JPS5925475Y2 - 不活性ガス発生装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は不活性ガス発生装置、詳しくはボイラーなどの
排ガスを利用して高純度の（酸素濃度の低い）不活性ガ
スを効率良く発生させる不活性ガス発生装置に関する。

今田不活性ガスは、例えば熱処理炉の雰囲気ガスとして
、また、爆発事故防止用としてなど広範に使用されてい
る。

一般に、この不活性ガスはプロパンガスなどの燃料ガス
に空気を酸化剤として混合しこれを完全燃焼させ酸素を
除去することにより発生させている。

しかしながら、この不活性ガスを発生させる従来の不活
性ガス発生装置にあっては、燃料ガスを燃焼させる時に
発生する熱エネルギーを十分に活用いていなかった。

本考案はこのような実状に着目してなされたものであり
、熱エネルギーの利用効率が高いボイラーなどの１次燃
焼装置と、この１次燃焼装置の排ガスから余剰の酸素を
除去し高純度の不活性ガスを発生させる２次燃焼装置と
、を組合せることにより燃料を有効に利用することがで
きる不活性ガス発生装置を提供することを目的としてお
り、さらに詳しくは、２次燃焼装置に供給される排ガス
の温度を調節して、２次燃焼装置に用いられる触媒層の
触媒を有効に利用することにより、高純度の不活性ガス
を発生させる不活性ガス発生装置を提供することを目的
としている。

本考案の目的は以下の装置により達成することができる
。

すなわち、空気が過剰な割合で燃焼が行なわれる１次燃
焼装置と、この１次燃焼装置の排ガスを排出する一対の
配管と、これらの配管内を通過する排ガス量を調節する
調節弁と、一方の配管内を通過する排ガスの温度を低下
させる熱交換器と、これらの配管により供給される排ガ
スとこの排ガス中の酸素量に応じて供給される燃料とを
混合する混合器と、この混合器で混合された排ガスおよ
び燃料を触媒のもとに燃焼させ排ガス中の酸素を除去す
る２次燃焼装置と、この２次燃焼装置から排出される排
ガスの温度を検出しこの温度に応して前記調節弁を制御
する温度検出制御装置と、２次燃焼装置から排出される
排ガス中の酸素濃度を検出し前記燃料量を制御する濃度
検出制御装置と、を備えたことを特徴とする不活性ガス
発生装置である。

以下、本考案に係る不活性ガス発生装置の−実施例をフ
ローシートに基づ゛いて説明する。

図において、１は１次燃焼装置、例えばボイラーであり
、この１次燃焼装置１にはＬＰＧなどの燃料ガスと酸化
剤としての空気とが供給され、空気が過剰な割合（例え
ば空気過剰率が約１．１〜１．２）で燃焼が行なわれる
。

また、この１次燃焼装置１で発生する熱は他の目的に使
用され、排ガスは配管２より排出される。

配管２は途中から一対の配管３．４に分岐され、これら
の配管３，４はそれぞれ混合器５に接続されている。

一方の配管３の途中にはこの配管３内を通過する排ガス
の温度を低下させる熱交換器６が取り付けられるととも
に、この熱交換器６と前記混合器５との間の配管３には
配管７が接続され、この配管７には排出弁８が取り付け
られている。

すなわち、一方の配管３内の排ガスの一部は排出弁８を
開放することにより配管７より大気中に放出される。

９は熱交換器６に配管１０を介して空気を送風する送風
機である。

また、前記他方の配管４の途中には排ガスの流量を調節
する調節弁１１が設けられ、この調節弁１１は前記排出
弁８とともに混合器５に供給される前記１次燃焼装置１
からの排ガス量を調節する。

１２は図示していない燃料供給装置と混合器５とを接続
する配管であり、この配管１２の途中には燃料供給装置
からの燃料ガス量を調節する調節弁１３が取り付けられ
ている。

したがって、混合器５内では前記双方の配管３，４より
供給される排ガスとこの排ガス中の酸素量に応じて配管
１２より供給される燃料ガスとが混合され、この混合ガ
スは配管１４を介して２次燃焼装置１５に供給されるこ
とになる。

２次燃焼装置１５はＰｔ−Ａｌ２Ｏ３系の触媒などを有
する触媒層を備え、この触媒のもとて混合ガスの燃焼が
行なわれ前記排ガス中の酸素は除去される。

また、２次燃焼装置１５から排出される排ガス、すなわ
ち高純度の不活性ガスは配管１６を介して熱交換器１７
に供給される。

１８は２次燃焼装置１５から排出される排ガスの温度を
適当な検出手段により検出し、この排ガスの温度に応じ
て前記調節弁１１を制御する温度検出制御装置である。

１９はこの排ガス中の酸素濃度を検出し前記調節弁１３
を制御する濃度検出制御装置である。

すなわち、濃度検出制御装置１９により混合器５に供給
される燃料ガスの量は制御される。

２０は前記熱交換器６からの空気を熱交換器１７に供給
する配管であす、２１は熱交換器１７で熱交換され温度
が上昇した空気を前記１次燃焼装置１に供給する配管で
ある。

なお、このように燃交換器６，１７で熱交換され温度が
上昇した空気は配管方法を変えることにより他の工程な
どに容易に供給することもできる。

一方、熱交換器１７で熱交換され温度の低下した排ガス
は配管２２により冷却器２３に供給され、この冷却器２
３で所定の温度にまで冷却される。

２４は冷却器２３に配管２５を介して接続された圧縮機
であり、この圧縮機２４で排ガスは圧縮された後配管２
６を介して冷却器２７に供給される。

冷却器２７で再び冷却された排ガスは配管２８を介して
ガスだめ２９に供給され、このガスだめ２９から配管３
０を介して各種のガス使用機器３１に供給される。

配管３０の途中には調節弁３２が取り付けられており、
この調節弁３２は圧力検出制御装置３３により制御され
る。

この圧力検出制御装置３３は配管３０内の排ガスの圧力
を適当な検出手段を用いて検出し、この圧力に基づいて
調節弁３２を制御するものである。

次に、作用について説明する。

まず、１次燃焼装置１にＬＰＧなどの燃料ガスと酸化剤
としての空気とを供給し混合する。

このとき、空気は燃料ガスに対して過剰な割合、例えば
空気過剰率１．１〜１．２の割合で供給されている。

次に、これらの燃料ガスと空気とを１次燃焼装置１で燃
焼させ、高濃度の酸素を含有した排ガスを発生させる。

次に、この排ガスは配管２から排出される。

このとき、排ガスの温度は約３４０℃の高温で排出され
る。

次に、配管２より排出された排ガスは一対の配管３，４
により分割され、それぞれ混合器５に供給される。

このとき、一方の配管３を通過する排ガスは熱交換器６
において冷却されその温度は低下する。

すなわち、熱交換器６においては送風機９より送風され
た空気に排ガスの熱量は吸収され、排ガスの温度は約２
００℃にまで低下する。

したがって、混合器５には一方の配管３より相対的に低
温の排ガスが、他方の配管４より相対的に高温の排ガス
が供給されることになる。

このとき、混合器５に供給される排ガス量は排出弁８お
よび調節弁１１の開閉により調節する。

次に、混同器５においては前述した排ガスと燃料供給装
置から供給された燃料ガスとが混合され、この混合ガス
は２次燃焼装置１５に供給される。

このとき、混合器５に供給される燃料ガスは２次燃焼装
置１５に供給される混合ガスが理論混合比となるよう調
節弁１３により調節される。

次に、２次燃焼装置１５において混合ガスは触媒のもと
で完全燃焼される。

この結果、２次燃焼装置１５で発生する排ガスは酸素濃
度の低い、すなわち高純度の排ガスが得られる。

このとき、触媒層中のＰｔ−Ａｌ２Ｏ３系の触媒の酸化
開始温度は約１９０℃であるため、２次燃焼装置１５に
供給される混合ガスの温度は２３０〜２７０℃に設定さ
れる。

このため、２次燃焼装置１５から排出される排ガスの温
度は温度検出制御装置１８により検出され、この温度に
応じて調節弁１１は温度検出制御装置１８に制御される
。

すなわち、温度検出制御装置１８により検出された排ガ
スの温度が高いときは調節弁１１は絞り込まれ配管４か
らの高温の排ガス量は減少されることにより２次燃焼装
置１５に供給される混合ガスの温度は制御される。

したがって、２次燃焼装置１５の触媒が高温の混合ガス
にさらされて老化することはない。

また、このとき、排ガスの酸素濃度も濃度検出制御装置
１９により検出され、この排ガス中の酸素濃度に応じて
調節弁１３は調節される。

すなわち、排ガス中の酸素濃度が高いときは濃度検出制
御装置１９により調節弁１３は開かれ配管１２から混合
器５に供給される燃料ガスの量は増加される。

次に、２次燃焼装置１５から排出された排ガスは配管１
６を介して熱交換器１７に供給され、この熱交換器１７
において冷却される。

すなわち、排ガスの熱量は前記熱交換器６より配管２０
を介して供給される空気に吸収され、排ガスの温度は約
５００℃から約３００℃にまで低下する。

この結果、温度の上昇した空気は配管２１を介して前記
１次燃焼装置１に供給され、１次燃焼装置１の効率を高
めることができる。

次に、排ガスは配管２２を介して冷却器２３に供給され
、この冷却器２３において冷却される。

この結果、排ガスの温度は約４０℃にまで低下する。

次に、排ガスは配管２５を介して圧縮機２４に供給され
、この圧縮機２４において圧縮される。

この結果、排ガスは所定圧まで加圧されるとともに、そ
の温度も上昇する。

次に、排ガスは配管２６を介して冷却器２７に供給され
、売却器２７において再び冷却される。

この結果、排ガスの温度は約４０℃にまで低下する。

さらに、排ガスは配管２８を介してガスだめ２９に供給
され一時的に貯えられる。

次いで、排ガスは所定の温度（約４０℃）、所定の圧力
の状態で配管３０を介してガス使用機器３１に供給され
る。

このとき、配管３０を通過する排ガスの圧力は圧力検出
制御装置３３に検出、制御される。

すなわち、排ガスの圧力が低い場合には圧力検出制御装
置３３により調節弁３２は開放され配管３０内の排ガス
の圧力は高められる。

以上のようにして生成された高純度の不活性ガスはガス
使用機器３１に供給され、有効に利用されることになる
。

なお、この不活性ガス発生装置によれば、不活性ガスの
生成量は使用先の使用量に見合う量を必要な時に供給す
るように自動的に制御することもできる。

このとき、その流量は排ガスの温度により補正されるこ
とは言うまでもない。

また、排ガス中の酸素濃度を減少させたい場合には配管
２５などの適当な場所にピロガロール、ピロカテコール
などの酸素吸収剤を利用した吸収器を設けるようにして
もよい。

この場合、吸収器は配管２５にバイパス管路を設けてこ
れに設置し、必要な時にのみ排ガスか吸収器を通過する
ようにすることもできる。

さらに、ガスだめを適当な場所に設け、排ガスの流量の
変動を平均化することもできる。

以上説明してきたようにこの考案によれば、熱エネルギ
ーの利用効率の高い１次燃焼装置と、この１次燃焼装置
で発生した排ガスの余剰の酸素を除去し高純度の不活性
ガスを発生させる２次燃焼装置と、を組合せるようにし
たため、燃料を有効に利用することができるとともに２
次燃焼装置の触媒を老化させることのない不活性ガス発
生装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

添付図面は本考案に係る不活性ガス発生装置の一実施例
を示すそのフローシートである。 １・・・・・・１次燃焼装置、３，４・・・・・・配管
、５・・・・・・混合器、６・・・・・・熱交換器、１
１・・・・・・調節弁、１５・・・・・・２次燃焼装置
、１８・・・・・・温度検出制御装置、１９・・・・・
・濃度検出制御装置。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 空気が過剰な割合で燃焼が行なわれる１次燃焼装置と、
   この１次燃焼装置の排ガスを排出する一対の配管と、こ
   れらの配管内を通過する排ガス量を調節する調節弁と、
   一方と配管内を通過する排ガスの温度を低下させる熱交
   換器と、これらの配管より供給される排ガスとこの排ガ
   ス中の酸素量に応じて供給される燃料とを混合する混合
   器と、この混合器で混合された排ガスおよび燃料を触媒
   のもとに燃焼させ排ガス中の酸素を除去する２次燃焼装
   置と、この２次燃焼装置から排出される排ガスの温度を
   検出しこの温度に応じて前記調節弁を制御する温度検出
   制御装置と、２次燃焼装置がら排出される排ガス中の酸
   素濃度を検出し前記燃料量を制御する濃度検出制御装置
   と、を備えたことを特徴とする不活性ガス発生装置。