JPS60253723A - 燃焼用酸素富化気体供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は燃焼用酸素富化気体供給装置に関するものであ
る。

近年エネルギーコストの上昇は著しく、エネルギー利用
機器に対して省エネルギー化が強く要請されている。特
にエネルギーを直接燃料として利用する燃焼機器、内燃
機関、外燃機関などに対してはその燃焼効率の向上に関
して種々の改良が試みられている。その１つとして酸素
富化燃焼法がある。周知のように燃焼は化学的に見れば
、燃料の酸素による酸化反応であり、この時発生する反
応熱が利用されるものである。一般的に燃焼と云えば、
古今東西を問わず、自然の大気中、すなわち２１　ＶＯ
Ｌ％の酸素濃度下における燃焼であった。

この時発生した反応熱は排ガス、（たとえば、炭酸ガス
１水分および空気中の窒素ガスなど）に与えられ、回収
不可能な場合は排ガス損失となる。

あるいは、その排ガス容量によって燃焼温度が左右され
る。いずれにしても排ガス量が少ければ少い相別用しう
る熱量利得は大きくなる。排ガス中で、大きな影響をも
たらす因子は生成した水分および空気中に含有される燃
焼に無関係な不活性気体、特に窒素である。この窒素の
量を低減させることにより、燃焼速度の上昇、燃焼温度
の上昇が認められ結果的には大きな燃焼における省エネ
ルギー化が果しうる。窒素量の低減は、すなわち、酸素
富化空気を用いることであり、その効果は。

例えば第１図（ａ）に示すように数条の酸素富化によっ
ても大きな燃焼節減が可能となる。図中、横軸は酸素富
化空気の酸素濃度を、縦軸は燃焼の節減率を示し、各燃
焼温度をバラメー久にしたものである。これは、天然ガ
ス（１３Ａ）を燃料とした場合の例であるが、他の燃料
に対しても同様の傾向は見られる。図から明らかなよう
に、省エネルギー（燃料節減効果）は高温利用領域にな
ればなる相方れており、ガラス溶解、ガラス加工、金属
溶解、セラミック焼成、各種鍛造炉用一般ボイラーなど
の用途に広く有効である。１だ、酸素富化率は、数φ〜
２０％程度上昇すれば大きな効果を示し、必らずしも高
濃度酸素を必要としないことが理解される。副次的な効
果としては、酸素富化空気を用いることにより、燃焼時
たとえばビアンバーナーでは火炎長が短かく鋭くなり、
精密加工用として特に秀れた効果も与える。

このように酸素富化空気による燃焼は数々の長所、特に
省エネルギー効果において顕著な特長を有するが、これ
を実現具体化するためには低コストの酸素、もしくは酸
素富化空気の供給が強く要請されてくる。

現在燃焼用として必要となる酸素富化気体は、一般に酸
素ボンベにより供給されているが、しかしボンベ使用に
関しての問題は、高圧ガスを使用すると云う事、あるい
はボンベ交換が必要々事、ガスもれの危険等である０さ
らにボンベ以外としては液体酸素の使用が行なわれてい
るが、これについても同様な問題が見られる。

前述した如く、現在省エネルギー化が必要な時代となっ
ている中で、より効率的に空気中の無尽蔵の酸素を取り
出す事が必要である。

すでにほとんどの高分子膜は、ピンホールの無い状態で
は窒素の透過係数に較べ酸素の透過係数が犬である事が
知られている。この事から当然高分子膜を選択分離用と
して使用可能であるが、しかし高分子膜を用いた装置か
ら得られる酸素富化気体を燃焼用として用いる場合、以
下に示す条件を満足することが必要であり、医療用（特
開昭５１−３２９１号公報、特開昭５１−６８７６号公
報など）として必要とされる条件とはかなりの違いが見
られる。このことは使用条件かまったく異なる事による
ものである。

一般に燃焼装置は種々の燃焼方法、燃焼温度。

装置の形状、大きさを有しており、個々の装置により酸
素富化気体の酸素濃度、流量が規定される。

この事から、酸素富化気体を燃焼装置に利用する場合、
これらの条件に合う酸素富化気体供給装置が必要となる
０しかるに、酸素富化気体供給装置製造に関して上記条
件を満すためには、単に酸素富化気体を得る装置であれ
ば良いと云う事ではない。つまり使用状態、使用条件、
装置の外部条件など種々の変化に対応できる供給装置で
ある事が必要てあジ、他に利用される様な酸素富化気体
の必要条件とはかなりの違いがある。具体的に酸素富化
供給装置として必要々条件を示すと、第１に燃焼装置が
必要とする酸素濃度を可変できることである。このこと
は酸素富化気体を気体あるいは液体燃料と混合して燃焼
させた場合その時の酸素濃度によジ燃焼温度及び燃焼速
度が著しく変化することによる。す々わち、酸素濃度が
わずか１チ増加する事により約８０℃の温度上昇が見ら
れると同時に、燃焼速度の大巾な変化により火炎長が太
きく変わる。この事から酸素富化気体供給装置としては
燃焼装置が必要とする酸素濃度は可変である事が必要で
ある。第２の点としては第１と同様に酸素富化気体の流
量を可変とする必要がある〇つｇ、燃焼装置の条件、あ
るいは理論燃焼に近い値で燃焼させるために流量を可変
とする必要がある。第３に酸素富化供給装置の外部条件
、主に温度の変化に対する適応が可能である事である。

つまり選択気体透過膜を用いた本装置においては温度変
化によジ膜の気体透過量が変化し、この結果酸素富化気
体の流量が変化するので、この変化を無くする事を可能
とする事である。

第４に外部温度と同様に湿度に対しても適応する事であ
る。一般に高分子膜に対する水分の透過は酸素、窒素よ
り大きい事が知られており、事実湿度が高い状況では透
過した富化気体の中に多量の水分が含まれる。この事は
富化気体中の水蒸気により燃焼時での熱伝導の変化、酸
素濃度の変化を起すので、できるだけ一定水分とする必
要がある。第５に酸素供給装置に関する点で、本装置で
は真空ポンプを用いているが、その結果得られた酸素富
化気体の流速が大きく変動（脈動）し、燃焼時に炎の脈
動が生じる。よってこの脈動を防止する必要がある。

以上の諸条件を解決することにより燃焼用として使用可
能な酸素富化気体が得られる。本発明ではこれらの点を
解決し、燃焼用として使用可能な酸素富化気体を得る装
置を提供するものである。

以下さらに前述した必要条件を詳細に説明する。

一般に燃焼用ガス量、あるいはカロリーに適した理論燃
焼を行うだめの酸素富化気体の酸素濃度および流量の最
適量を得るだめの一つの方法として装置内の選択気体透
過膜の両面における差圧を変化させる事が考えられる。

しかし単に差圧を変化させる事により上記の目的を達成
させる事はできない。この理由は差圧と透過流量に関し
て次の関係があるからである。透過流量は次式により示
される。

＝　Ｆ（Ｎ２）＝Ｋ・Ｐ（Ｎ２）ΔＰ（Ｎ２）（１）Ｆ
（０２）二Ｋ　Ｐ（０２）ΔＰ（０２）　−・（２）こ
こでＦ（Ｎ２）、Ｆ（０２）は窒素及び酸素の透過量、
Ｋは膜の物理的定数、Ｐ（Ｎ２）、Ｐ（０２）はそれぞ
れ膜材質にともなり窒素、酸素の透過係数、ΔＰ（Ｎ２
）　、ΔＰ（０２）は窒素及び酸素の膜面に対する分圧
差を示すものである。つまりこの式から分かる様に膜を
透過する全流量（Ｆｔ）はＦ　ｔ＝Ｆ　（Ｎ２）→Ｆ（
０２）であり、差圧を変化させると透過流量（Ｆｔ　）
は必要量に制御されるが、一方酸素濃度（Ｆ　（０２）
／Ｆ（ｔ）　）も同時に変化する。これを実験結果から
示したものが第１図（ｂ）である。この図では一次側と
して空気（２１％酸素）を用いている。

図中横軸は選択気体透過膜の一次側の圧＾と二次側の正
中）（透過気体）との正比（Ｂ／Ａ）を示したもので、
曲線Ｐおよび左縦軸はその時の酸素濃度（％）であり、
曲線Ｑおよび右縦軸は透過量をＢ／Ａ＝０．５の時１と
したときの流量比を示したものである。この結果から分
かる様に差圧を減少すると、透過量（Ｆｔ）も減少し、
かつ酸素濃度ＣＦ　（０２）／Ｆ（ｔ））　も減少する
事となる。

尚この値は膜の透過性能及びポンプの排気能力によジ絶
対値は変化するが、しかしこの傾向はどの様な状態でも
同じと云える。この様に必要とする酸素濃度と流量を得
るためには単に差圧を変化する事では解決できない。さ
らに以下に示す効果も加味する必要がある。

一般に多くの高分子膜は温度上昇により透過量も増加す
る傾向を示している。これは次式により示される。

Ｐ＝Ｐｏ　ｅｘｐ　−（Ｅｐ／ｋＴ　）　−（３）上式
より透過量の増大は温度Ｔの上昇にょるｔ（透過係数）
の増加にともなうもので、さらに活性化エネルギー（Ｅ
ｐ）とも相関を持つものである。

第１表がそのＥｐＯ例を示したものである。又第１図Ｃ
はＥｐの小さいポリジメチルシロキサンの温度と酸素の
透過係数を示したもので、温度が１０℃増加すると約１
０係もの透過係数の増加が見られる０つまりこの事実は
酸素富化気体供給装置の設置環境の温度変化に大きく依
存している事であり温度変化に対して適応可能な装置で
ある必要がある。通常燃焼用装置の設置環境としてはか
なりきびしい環境にある。つまり四季を通じ装置周辺の
温度は０℃附近から４０℃前後の間に変化する。この様
に数１０度の変化に対し、常に透過流量を制御しなけれ
ばならない。さらに第１表がら酸素と窒素の活性化エネ
ルギー（Ｅ　）は等しくなく、式（３）からＥｐ及び温
度Ｔによる透過係数Ｐは酸素の場合と窒素とでは異なる
事から当然温度変化に対する酸素と窒素の流量変化も一
致しないと云う事になる。

第　１　表 外部環境について同様の事は湿度についても云える。前
記したように多くのものは窒素、酸素気体よりも水の透
過係数が太きい。この事は大気中の酸素を選択的に膜を
用い分離しようとする時、当然水分を同時に透過し、結
果として透過した気体中の水の分圧は大気中のそれより
も大きくなり、外部の温度に対応し露結現象も生じる。

この現象で特に燃焼に与える効果は透過気体中の湿度増
加である。つまり富化気体中の湿度増加により各気体の
分圧の変化、及び水蒸気混入による燃焼時の熱伝導変化
による燃焼効率の低下である。この様に湿度の効果は特
に温度と同様装置の設置場所により異なるが、燃焼用と
して使用される場合、外部環境は温度と同様非常に悪く
室外と同程度の状況である。つまり国内の一年間の湿度
変化は１゜数条〜９０％の範囲を変動している。このよ
うな状況下で燃焼用として必要な条件はいかに湿度を減
少させるかと云う事ではなく、いかに一定とするかと云
う事で、実際問題としては年間を通じて最低の湿度にど
の様に近ずけるかを工夫すればよい。

次いで得られた酸素富化気体がいかに安定したものであ
るかと云う事が重要である。本発明の装置においては気
体の輸送は真空型のポンプにより行なっているが、問題
となる点はポンプ自身の特性である。つまりポンプの動
作として常に減圧〜圧縮のサイクルと云う動作で行なわ
れ、本質的に輸送される気体は脈動すると云う事である
。そのため単に真空型ポンプで送られた酸素富化気体を
燃焼用気体として用いると、炎が脈動を打ち、最悪の時
には最適燃焼状態を破壊する事となる。よってできるだ
け安定した気体を得る事が、燃焼用気体としての必要条
件である。

以上が燃焼用酸素富化装置として少くとも欠く事のでき
ない条件であり、本発明はこれを満足する燃焼用酸素富
化供給装置を提供しようとするものである。

第２図は本装置の主要部分の１つの構成図である。この
図は空気の導入口から出口まで各部の配置構成及び非透
過気体の流れを示したものである。

図において、２１は金属ネットあるいはフィルターで、
膜セルの保護をするために設けられている。

外気はファン２２によジこの金属ネットあるいはフィル
ター２１を通って導入され、膜セル１を通過し、酸素及
び水蒸気が選択気体透過膜を通過して酸素及び水蒸気が
選択的に除かれる。膜セル１については第４図で後述す
る。次いで、選択気体透過膜を通過しない窒素富化気体
（酸素および水蒸気が少ない状態と々った気体）はファ
ン２２によジさらに後部へ流れるか、又は直接放出され
る。

後部へ流れる場合は湿度除去部２３で水を蒸発させて冷
却し、真空ポンプ２４を通り、脈動除去部２５を通って
、気体の流れる方向を制御する風向制御板２６で方向を
変えられ外部へ出る。風向制御板２６は図では縦に複数
枚並べているが、横方向に複数枚並べてもよい。筐だ、
風向制御板２６は装置の側面や下方に設けてもよい。２
７は防音　材、２８は膜セル１の後段に設けた外気導入
部で、詳細は第５図により後述する。外気導入部２８は
酸素濃度が一定である外気に接する必要があるので、排
出気体を出す風向制御板２６からは離した位置にする必
要がある。

なおファン２２は第２図では膜セル１の後方に設けたか
、ファン２２は単に気体を流すためのものであるから、
空気取り入れ口、あるいは空気排出口に設けてもよい。

一方膜を透過した酸素富化気体の流れを示したものが第
３図である。図において空気３０は常時使用中の主膜セ
ル３１及び酸素濃度及び流量を制御するだめの補助膜セ
ル３２を通過し、膜を酸素が選択的に透過する。この酸
素富化気体は真空ポンプ３３に進むが、その中間に、こ
の気体の内部圧力検知部３４及び酸素濃度、流量制御の
だめの外気導入部２８がある。これは第２図の外気導入
部２已に相当する。外気導入部２８は、外部の通常空気
（酸素２Ｉ　ＶＯＬ係）を導入し、酸素富化気体を稀釈
して、酸素濃度および、流量を調節するもので、複数個
有っても良く、ポンプの前後いずれにあっても有効であ
る。さらに真空ポンプ３３を通過した富化気体はこの気
体中の水分を除去するだめの除湿室３６を通る。ここで
得られた気体の一部はさらに濃度、流量を制御するため
にフィ〜トハノクコントロール３７ｉ／ｉｍｊ５フィー
ドバックする。残りの気体は脈動を除去するためバノン
７−室３８を通り燃焼用富化気体として取り出される。

３５は温度検知器、９０は流量検知器、９１は圧力検知
器、９２は燃焼装置、９３は圧、流量制御用吐出口であ
る。

以上が各部の王な配置構成と流れを全体的に示したもの
であるが、さらに各々について詳しく説明する。

燃焼用酸素富化気体供給装置の製造において、あらかじ
め一応の使用条件等を加味し、必要酸素濃度、流量を満
足するものを作る事が出来るが。

前述した如く、使用条件、使用環境によりでらに最適燃
焼を行なうための制御が必要である事から、まず第１に
酸素濃度、流量を可変とするための方法について示す。

すなわち外部条件、変動等に対応できる様に第１の方式
として膜セル部分で可変とする事である。第４図がその
膜セル部分の構成を示したものである。図中１は膜セル
全体を示し４５は１つ又は複数の膜セルで構成され、通
常の動作状態で１００係可動している主膜セルである。

４６は補助膜セルで複数の膜セルで構成され使用条件、
外部変動が生じた時に使用するもので、全膜セルに占め
る割合は各種条件により異なるが２０％前後である。又
この補助膜セル４６を制御するために、１個以上の制御
パルプ４７を持ち、このバルブ４了に対し１組以上の補
助膜セル４６を有する構成である。捷たこのパルプ４７
はＯＮ〜ＯＦＦ制御による手動、あるいは電動式バルブ
である。動作方法としては、パルプ４７を開にする事に
より補助膜セル４６の酸素富化気体は導管４８を通り、
主膜セル４５の酸素富化気体が通過している導管４９と
合流する事となる。開とする補助膜セルの数を制御する
ことにより膜セル１よジ得られる酸素富化気体の流量ま
たは酸素濃度を制御できる。補助膜セル４６を使用した
時の酸素富化気体の変化としては、圧が一定の場合には
、酸素濃度一定で、流量の増加が起る事となる。

次に第５図について説明する。図に示されている様に膜
セル１からの酸素富化気体の流れは導管４９を通る流れ
を示すが、途中圧力センサー５０を通る。これは膜の透
過気体側の圧を知るものでありこれにより透過気体の状
態を膜特性温度、流量等からめようとするものである。

また導管５１を通る経路で酸素富化気体の状態を変化さ
せるため、第２図及び第３図の空気導入部２８に対応す
る空気取り入れ目５２を設けである。これは、取り入れ
口６２にフィルターを使用しであるもので、取り入れる
流量はパルプ６３により調節する。このパルプ５３は流
量可変のタイプであり、手動あるいは、モーターにより
可変する事が可能なものである。この装置の働きは、た
とえば、酸素濃度が規定より高く、一方流量が少ない場
合に使用する事ができるもので、この制御は前述した補
助膜用バルブ４７と、後述する制御方法との兼ね合いに
なる事は云うまでもない。次に導管５１を通ってきた気
体は減圧ポンプ５５に達するが、この導管５４とポンプ
排出側導管５６とを接続するため（７：）　ハ／Ｌ／　
フ５７が設けられている。このパルプ５７はパルプ６３
と同様に流量可変タイプのものであり、手動あるいは、
モーターによる制御が可能なものである。又パルプ５７
の役目は導管４９゜５１側の圧力を減少させるだめのバ
イパスであり、これを開とする事によジ透過気体の酸素
濃度、流量を減少させ規定値に達成させるものである。

このパルプ５７の制御はパルプ５３と同様に種々の条件
、つまり、補助膜バルブ４７、空気取り入れバルブ５３
の使用可否、温度、圧力、流量等のファクターと相関が
ある事は云うまでもない。以上が、燃焼用酸素富化気体
として必要とする規定流量、規定酸素濃度を得るためと
、外部条件の変動に対し、一定値を得るだめの制御部で
ある。尚補助膜は使用条件により必要としない場合は不
要である。また制御バルブの操作はすべであるいは一部
手動とする事も可能である。

すでに記した如く、温度による変動を制御するために膜
セル１部分に温度センサー５９を取り付け、常時温度を
監視し温度変化が生じた時は上記したと同様に補助膜４
６の使用、外気の導入、バイパスバルブ５７の開閉の可
否を解析し規定値を達成させる。本装置では前述した如
く、温度、圧力、透過流量、酸素濃度とがそれぞれ相関
関係にありこれらの制御を手動で行う事も可能であるが
、本装置では最後に示す自動集中制御の方式を用いれば
実時間で制御を行うことも可能である。詳細については
後述する。

この様にポンプの排気口５８から得られた酸素富化気体
中には多量の水分が含才れているためこれを除く必要が
ある。特に大気湿度が高い場合、減圧状態からポンプ５
５を通り常圧またはそれ以上になると、水蒸気は外部温
度との相対温度差により露結現象が起る。この事を利用
し通常はスパイラル状の管を通し、この管を常温にする
事により水蒸気を露結し取り出す。しかるに外気温度に
より湿度や露結量が変化すると云う問題が生じる。

本装置ではできるだけ透過気体中の湿度を下げるために
、次の方法により解決した。理想的には湿度を下げる方
法として０℃以下の温度の中に透過気体を通す事により
達成する事ができるが、このような方法を用いると、装
置の大型化および維持管理に伴うコスト上昇が避けられ
ない。よって本装置ではできるだけ簡便でかつ常温以下
にする事により解決した。つまり水が浸透しやすい材質
と熱伝導のよい材質とを密着させた状態で透過気体の導
通管に接続させる。この原理は、透過気体中の水蒸気が
との導通管で露結した時、この水が浸透圧あるいは内圧
で外部に取り出され、大気中で気化するとき、さらに潜
熱により温度を下げる事により、より温度を下げ露結を
促進させるものである。第６図、第７図および第８図（
ａｌ　、　（ｂ）がその構成を示したものである。

特に燃焼用酸素富化気体の使用量は多量であり、かつ高
湿度と云う外部条件にさらされる事、および湿度を外部
条件の低湿度の場合の条件に近づける必要性から、単な
る外気温のみによる露結ではなく、さらに低温度にする
ため、露結した水を利用し、この水が蒸発するときの、
潜熱を利用する事が本装置の特徴である。透過気体から
得られる水の量は、実測によると透過量が３０　？？Ｚ
’　／　ｈ　ｒ　。

時２μ／ｈ　ｒ以上の水が回収される。特に雨天時等に
はこの効果が太きい。第６図および第７図のものは外部
温度が１年を通じて低い場合、あるいは装置が小型の場
合に適しているものである。第６図および第７図におい
て、６２は除湿部全体、６３は金属板６５上に毛管物質
板６４を重ね合せた板で、毛管物質板６４は露結した水
を毛管作用によジ外部に取り外し、取り出された水は窒
素富化気体（低湿度気体）により蒸発し、この時の潜熱
によジ下げられた温度は金属板６５により酸素富化気体
中に熱伝導により送られる。以上のくり返しにより除湿
される。又図中６６はポンプからの固型物やオイルを除
くフィルターであり、これは使用ポンプにより、これら
ミストの排出がないものについては不要である。

第８図（ａ）　、　（ｂ）はさらに大型の場合の実施例
である。原理は前述したものと同様であるが、露結水が
多量の場合に適しているものである。つｔｆ）、露結し
た水８１が導管８７を通りトラップ８２に一定量溜まる
と、導管８３全通９毛管物質板６４と金属板６５から成
る蒸発用バット８４にこの水が浸透し、窒素富化気体に
より蒸発し、温度を下げる。トラップ８２は断熱剤ある
いはテフロンの様な高分子材料からなるもので、外気温
度をしゃ断する。またバット８４上での蒸発を超える多
量の水が回収された時には導管８６により外部へ排出す
る。なお、本装置においては導管８７の内圧は燃焼部分
の条件によっても異なるが、１６００〜２０００　ｒａ
ｎ　Ｈｆである。よって水を送る導管８３の高さＨは原
理的にはこの高さまで可能であるが実際には５ＱＣｍ以
下である事が望ましい。以上が本装置の除湿部分を示し
だものであるが、装置能力、外部条件により、第６図お
よび第７図に示したものを複数個設けたものでもよく、
あるいは第８図のものを多段接続してもよく、また両者
混合したもの等が使用可能である。またこの除湿部分は
膜表面を通過した非透過気体（窒素富化気体）によジ蒸
発を促進させるが、この非透過気体は透過気体とは逆に
水分の少ない気体である事からさらに効果を上げるもの
であり、第２図に湿度除去部２３として示すように膜の
後方に設置する事が必要である。第６図および第７図で
水を外気に導く毛管物質６４としては、紙、布、無機繊
維あるいはこれらの混合物が可能であり、一方熱を伝導
させる金属６５としてはいかなる金属でも可能である。

また枚数は装置能力により決定される。このようにして
常温では得られなかった低湿度のものを得る事ができた
。この方式によると一見この浸透材質からの気体のもれ
が考えられるが、実測の結果、圧力が２０００　ｗｎ　
Ａｐの状態となっても実用的には問題と彦らなかった。

さらに詳細な流れを示したものが第９図である。

図において第６図と同一部分には同一符号を付して説明
を省略する。図に示されているように特に前述した除湿
部６２はポンプ６５の直後に設置する必要がある。つｔ
ｐ水ポンプ６の入口５４と出口５６とのバイパスに除湿
部６２を通す必要がある０９′−１シこの除湿部６２を
通さずに行なうと、バルブ６７の近傍で露結が生じ、流
量変動と同時に、さらに水蒸気が逆流する事と彦る。以
上のように除湿された酸素富化気体は向流れに脈動を生
じている。このためバッフ７−２５にょジこの脈動を阻
止している。さらにこの気体は流量センサー部９０を通
り、かっ圧力計９１を通る。またこの部分の導管９２が
異常圧（燃焼バーナー系への導管がストップされた場合
等）の時又は流量が多過ぎる時にバルブ９３にょジ自動
的に減圧又は排出されるように設置されている。この燃
焼用酸素富化気体は導管９２に送られ導管９４がらの燃
焼用ガスあるいは燃焼用液体燃料と混合される。また本
装置外の燃焼部分あるいは燃焼用燃料部分には、流量セ
ンサー９６．圧力センサー９６を設ける事によジさらに
高品位の酸素富化気体とする事が可能である。

第１０図は装置全体の長さを短くし、小型化を図った場
合の実施例で、膜セル部１を上段に、その他の部分を下
段にし、気体の流れをコ字形としたものである。図にお
ける各符号は第２図、第４図、第５図、第９図の各部と
同一であり説明を省略する。この実施例においては、空
気取り入れ口２１と窒素富化気体排出口とが同一方向に
向っているため、風向制御板２６より多量の窒素富化気
体を排出する場合は風向制御板２６の向きを左右方向に
広げるなどして、窒素富化気体が空気取り入れ口２１に
まわ９こまないようにしなければならない。

次に前述した規定流量および酸素濃度を安定に供給する
だめの制御方法について述べる。これらを得るための制
御部分としては、補助膜開閉、大気導入バルブおよびバ
イパスバルブの操作の３点でありとの操作はどれを取っ
ても、流量、酸素濃度との関数となっている。一方これ
らの操作に関し、流量および酸素濃度を知る手段は膜付
近の温度、透過気体の圧、最終取り出し口の流量あるい
は圧力の数点である。これらの関係は一見複雑な操作で
あるが、自動制御可能なものである。すなわち、使用す
る膜特性は膜材料特有のものである。

したがって膜自身の差圧（ΔＰ）、透過量（１）、酸素
濃度（０２）　、温度に対する透過係数（ＰＴ、）を知
り、単なる演算処理を行なう事にょ９可能である。

具体的にはマイクロコンピュータ−を使用し、センサー
部分の複数ケ所を測定し、その結果から指定値よりの変
動を観察し、これを膜それ自身の特性と比較演算し、最
適流量および濃度を得るために数ケ所の制御バルブのど
れを変化させるのが最適であるかを予測し決定する。具
体的には第１１図の構成で制御する。図中１１１，１１
２−．１１３は各センサーからの入力である。たとえば
１１１のラインは第５図の圧力センサー５０からの入力
でアりこれ全オペアンプ１１４で正規化した後、セレク
ター１１５を通り処理回路１１６でＡ／Ｉ７＆換され演
算その他の処理を行なう。またライン１１２は第５図の
温度センサー５９の出力であり室温補正された後オペア
ンプ１１４に入り、セレクタ１１５を経て処理回路１１
６に加えられる。

同様にライン１１３は第９図の流量センサー９゜の出力
であり、オペアンプ１１４１セレクタ１１５を経て処理
回路１１６に加えられる。処理回路１１６で演算、処理
されて得られたデータは、ＲＯＭ１１７に記憶されてい
る膜特性、たとえば第１図すに示された特性と比較され
る。このデータは、使用する膜の基本的データである。

一方、燃焼条件の初期値設定はキーボード６３より入力
させる。６４はキーボード６３の表示袋、置である。キ
ーボード６３より入力させた値と膜用モータコントロー
ラ１２０に指示を与え、バルブ５３を駆動する。同様に
バルブ５７はパルプ駆動用コントローラ１２１で、パル
プ４７はバルブ駆動用コントローラ１２２で制御する。

この動作をくり返すことにより精度を上げてゆく。この
時のデータ、補正データはＲＡＭ１１ｓに蓄えられ　。

る。以上の方法により制御を行う。なお、図中％ｅｅは
ＣＰＵの一例を示したものであり、ＣＰＵの種類により
異なるが、要するに、各種データを膜特性と比較演算し
制御方法の最適条件を決定するものである。なお本方法
ではさらに外部条件の複雑な変化に対し、膜特性をさら
に補正し、最適化へ進める事が可能である。以上の方法
をソフトウェアから見たものが第１２図である。

次に第１３図により本装置の電気回路、安全装置回路に
ついて説明する。図中、実線は電源回路、破線はコント
ロール回路である。まず、真空ポンプ駆動用三相電源１
３１および単相１ｏｏｖの電源１３２よジの電圧は、そ
れぞれ電源防止用プレーカー１３３　、１３４を通り、
開閉コントロールボックス１３５に入る。さらにサーマ
ル型の過電流防止ブレーカ−１３６，１３７’ｉ通り各
電源が供給される。１００ｖの電源１４０は各コントロ
ーラにおいて必要に応じＤＣ変換される。この電源はＣ
ＰＵ６６　、ファン２２．指示ランプ１５４゜警報ブザ
−１５０および各パルプの制御コントローラー１４４に
供給される。電源１４６は１００Ｖ入力電源１３２の異
常あるいは停電の時に使用するだめの、ＣＰＵバックア
ップ電源および警報ブザ−１４６用電源である。次にコ
ントロール回路であるが、ライン１４了よジデータ入力
されその値が異常値（規定値からの大きなズレ、あるい
は制御不可能な値等）が検出された時ライン１４８によ
り開閉コントロールボックス１３５を駆動して電源遮断
、ライ／１４９を介して警報ブザ−１５０の作動および
ライン１５１を介して制御コントローラ１４４の制御等
を指示する。１６２゜１６３　、１５４　、１５５は各
種の動作状態を表示するだめのランプあるいはＬＥＤ表
示装置である。

本装置で使用している膜は燃焼用を目的とじている事か
ら最低でも２０２／分以上の流量を得るために透過能の
良いポリジメチルシロキサンを含む膜材が好適であり、
また本装置として最終的に燃焼用として用いられる酸素
濃度は燃焼に適した３９％以下のものである。

以上の方式により燃焼用として主に必要とされる条件で
ある酸素濃度および流量の可変が可能であり、また規定
の濃度、流量が温度等の外部条件により変動せず、かつ
湿度に対してもよυ安定でろｖまた得られた富化気体が
脈動のないものであり、燃焼用として十分実用可能々酸
素富化気体が得られるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は酸素濃度と燃焼節約率との関係を示す図
、第１図０））は選択気体透過膜の両側の差圧と酸素濃
度および流量の関係を示す図、第１図（Ｃ）は選択気体
透過膜の温度と透過係数との関係を示す図、第２図は本
発明による燃焼用酸素富化気体供給装置の原理構成図、
第３図は本発明による燃焼用酸素富化気体供給装置の構
成および動作原理を説明するだめのブロック図、第４図
は本発明に使用される膜セル部構成図、第５図は本発明
装置における酸素富化気体系の説明図、第６図および第
７図は本発明装置に使用される湿度除去部の斜視図およ
び断面図、第８図（ａ）　、　（ｂ）は本発明に使用さ
れる湿度除去部の他の実施例を示す斜視図およびそのｘ
　−ｘ’線断面図、第９図は本発明装置の全体構成を示
す図、第１０図は本発明装置の実施例を示す構成図、第
１１図は本発明装置の制御系の説明図、第１２図は本発
明装置の制御系動作を説明するフローチャート、第１３
図は本発明装置における電気回路系説明図である。 １・・・・・・選択気体透過膜セル、２１°・・・フィ
ルター、２２−・・ファン、２３・　・湿度除去部、２
４゜３３．５５−・・真空ポンプ、２５　・・脈動除去
部、２６・・・　風向制御板、２７　・防音材、２８・
外気導入部、３１．４５・　主膜セル、３２．４６・・
　補助膜セル、３４．５０・・・内部圧力検知部、３６
・　温度検知部、３６−・・・除湿室、３７・・・・フ
ィードバックコントロール、３８・・・・バッファー室
、９０・・流量検知器、９１・・・圧力検知器、９２　
・燃焼装置、９３・−・・圧、流量制御用吐出口。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 （α） 云酌克　１ｋ　２暎、２延　（γ・） 第１図 （ｂ） （Ｃ） ｐ（） シ’ＴｘｔθＪ 区　全　べ 恢 ３図 第４図 第　６　図 牟免需イじり（不参 第７図 ５ 第８図 （α） 区　５　Ｎ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 選択気体透過膜セルに空気を供給する手段と、選択気体
   透過膜の一次側と二次側間に圧力差を設ける手段と、前
   記選択気体透過膜セルを透過した酸素富化気体を燃焼装
   置に供給する配管系と、前え、前記湿度を制御する手段
   が水を吸収浸透させる部材と熱伝導のよい部材とを密着
   させて成る構造体より成り、前記構造体を一端が酸素富
   化気体または酸素富化気体中の凝縮水と接触し、他端が
   大気捷たは窒素富化気体に接触するよう配したことを特
   徴とする燃焼用酸素富化気体供給装置。