JPS60253726A - 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２１ＶＯＬ
％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
、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％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、各燃焼温度をパ
ラメーターにしたものである。これは、天然ガス（１３
Ａ）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％〜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
えばピアノ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な事、ガヌもれの危険等である。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、よシ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大である事が
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が１つだ〈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
。しかるに、酸素富化気体供給装置製造に関して上記条
件を満すだめには、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
ある事が必要であり、他に利用される様な酸素富化気体
の２、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な条件を示すと、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シ燃焼温度及び燃焼
速度が著しく変化することによる。すなわち、酸素濃度
がわずか１悸増加する事により約８０°Ｃ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
が大きく変わる。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。

つ捷り、燃焼装置の条件、あるいは理論燃焼に近い値で
燃焼させるだ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。

つ捷り選択気体透過膜を用いた本装置においては温度変
化により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
過しだ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溶
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〒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シ示
される。

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（０
２）はそれぞれ膜材質にともなう窒素、酸素の透過係数
、ΔＰ（Ｎ２）。

Δｐ（ｏ２’）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。つ捷りこの式から分かる様に膜を透過
する全流量（Ｆｔ）はＰ′ｔ−Ｆ（Ｎ２）十Ｆ（ｏ２）
テあり、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（Ａ）と二次側の圧（Ｂ）（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（
Ｆ　（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り絶
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
るだ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湿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　＝　Ｐｏｅｘｐ　−（Ｅｐ／ｋＴ）　・・・（３）
上式より透過量の増大は温度Ｔの上昇によるｐ（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
（Ｆ、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
の透過係数を示しだもので、温度が１０°Ｃ増加すると
約１０％もの透過係数の増加が見られる。つまシとの事
実は酸素富化気体供給装置の設置環境の温度変化に犬き
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。つ捷シ四季を通じ装置周
辺の温度は０°Ｃ附近から４０°Ｃ前後の間を変化する
。この様に数１０度の変化に対し、常に透過流量を制御
しなければなら々い。さらに第１表から酸素と窒素の活
性化エネルギー（Ｅｐ）は等しくなく、式（３）からＥ
ｐ及び温度Ｔによる透過係数Ｆ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。

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
過係数が大きい。と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シ
も犬きくなり、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。つまシ国内の一年間の湿度
変化は１０数チ〜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。つまシポンプの動
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
。そのだ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
々い条件であり、本発明はこれを満足する燃焼用富化酸
素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の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によりこの
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
状態となった気体）はファン２２によりさらに後部へ流
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２６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。捷だ、風向制御板２６は装置
の側面や下方に設けてもよい。２７は防音材、２８は膜
セ／Ｉ／１の後段に設けた外気導入部で、詳細は第５図
によシ後述する。外気導入部４２８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の後方に設けだが
、ファン２２は単に気体を流すだ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だものが第
３図である。図において空気３０は常時使用中の主膜セ
）ｖ３１及び酸素濃度及び流量を制御するだめの補助膜
セ）ｖ３２を通過し、膜を酸素が選択的に透過する。ど
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２８に相当する。外気導入部２８は、外部の通常
空気（酸素２１ｖｏ１％）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、１ケ所
以上有り、ポンプの前後の双方、またはいずれかにある
。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ための除湿室３６を通る。ここで得
られた気体の一部はさらに濃度、流量を制御するだめに
フィードバックコントロール３７によりフィードハック
スル。

残りの気体は脈動を除去するためバッファー室３８を通
り燃焼用富化気体として取シ出される。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。

以上が各部の生々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４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、使用環境によりさらに最適燃焼を行なうだめの制御
が必要である。

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１００ｆｏ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）ｖ４６を制御するだめに、１個以上の制
御バルブ４７を持ち、とのバルブ４７に対し１組以上の
補助膜セ／Ｌ’４６を有する構成である。またこのバル
ブ４７は０Ｎ−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、バルブ４了を開にす
る事により補助膜セ／ｌ／４６の酸素富化気体は導管４
８を通り、主膜セ）ｖ４５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
数を制御するととによシ膜セ／ｌ／１より得られる酸素
富化気体の流量まだは酸素濃度を制御できる。補助膜セ
／ｌ／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／Ｉ／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６１゜６８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２
８に対応する空気取り入れ口５２を設けである。これは
、取導入れ口５２にフィルターを使用しであるもので、
取り入れる流量はハルプロ３により調節する。

この／くルプ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。

前述したように、膜セルを主膜セル４５および補助膜セ
１Ｖ４６により構成し、補助膜セル４６をバルブ４７で
０Ｎ−ＯＦＦ制御するととにより酸素濃度および（！ｆ
、たけ）流量を調整することができるが、この方式によ
ると膜セル総数が増加することになる。このため、一定
酸素濃度より低くして使用する場合は、酸素富化空気に
、外部よシ通常空気を混ぜる方式が有効で、この方法に
より酸素濃度を所望の濃度に低下させ、その替シに大容
量の／ｌｉ量を得ることができる。空気取り入れ口５２
およびこれを調節するバルブ５３は、膜セ／Ｉ／１の後
段にあれば何処でも良いが、ポンプ５５と膜セル１との
中間にある場合は、ポンプ圧力を変化させることになり
、従って酸素濃度の変化量が大である。一方、ポンプ後
段に設置される場合は、単なる酸素富化空気の稀釈とな
り、変化量は小さい。

好ましくは、この双方に必要に応じて複数個所設置され
ることが望ましい。

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とを接続するだ
めのバルブ５７が設けられている。

このバルブ５了はバルブ５３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。又バルブ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
する事により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。このバルブ５７の制御は補
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
だ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６９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
、後述する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。

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ま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を通り常圧まだ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！ｌｌ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シ出す。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だめに
、次の方法により解決した。理想的には３度を下げる方
法として０°Ｃ以下の温度の中に透過気体を通す事によ
シ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
圧で外部に取シ出され、大気中で気化するとき、さらに
潜熱によシ温度を下げる事によシ、より温度を下げ露結
を促進させるものである。

第６図は除湿部および脈流除去部を設けた構成を示し、
第５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５６の直後に設置する必要がある。つまシポンプ５
５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。

つまりこの除湿部６２を通さずに行なうと、バルブ５７
の近傍で露結が生じ、流量変動と同時に、さらに水蒸気
が逆流する事となる。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。このためバッファー
２５により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を通シ、かつ圧力計９１を通る。首
だこの部分の導管９２が異常圧（燃焼バーナー系への導
管が７１−ノブされた場合等）の時又は流量が多過ぎる
時はバルブ９３により自動的に減圧又は排出されるよう
に設置されている。この燃焼用酸素密化気体は導管９２
に送られ導管９４か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９
６を設ける事によりさらに高品位の酸素富化気体とする
事が可能である。

第７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６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
ているだめ、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に捷わ
りと壕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点でありこ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ｙＡ特有のものである。

しだがって膜自身の差圧（ΔＰ）、透過量（Ｊ）、酸素
濃度（０２）、温度に対する透過係数（ＰＴ）を知シ、
単なる演算処理を行彦う事により可能である。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シの変動を観察
し、これを膜それ自身の特性と比較演算し、最適流量お
よび濃度を得るだ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８図の構成で制御する。図中１１１．１１２，１１３
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６０からの入力でありこれを
オペアンプ１１４で正規化した後、セレクター１１６を
通り処理回路１１６でＡ／Ｄ変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５
９の畠カであり室温補正された後オペアンプ１１４に入
り、セレクター１１５を経て処理回路１１６に加えられ
る。同様にライン１１３は第６図の流量センサー９０の
出力テアリ、オペアンプ１１４．セレクター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の表示装置である。キー
ボード６３より入力させた値と膜特性の比較により指定
される条件を決定し、次いで制御方法を決定し表示する
。同時にバルブ駆動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はバ
ルブ駆動用コントローラ１２１で、バルブ４了はバルブ
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ＲＡＭ１１８に蓄えられる。

以上の方法により制御を行う。なお、図中６６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９図でちる。

次に第１０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ｒｊ
、１３１および単相１００Ｖの電源１３２よりの電圧は
、それぞれ電源防止用ブレーカ−１３３，１３４を通シ
、開閉コンｌ−ロールボノクヌ１３５に入る。さらにザ
ーマル型の過電流防止プレーカー１３６，１３７を通り
各電源が供給される。１０ＯＶ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
ＣＰＵ６６、ファン２２．指示ランプ１５４．警報ブザ
−１５０および各バルブの制御コントローラー１４４に
供給される。電源１４５は１０ＯＶ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／＜ツク
アップ電源および警報ブザ−１４６用′亀源である。次
にコントロール回路であるが、ライン１４了よりデータ
入力されその値が異常値（規定値からの大きなプレ、あ
るいは制御不可能な値等）が検出された時ライン１４８
によす開閉コントロールボックス１３５を駆動して電源
遮断、ライン１４９を介して警報ブザ−１５０１５４，
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している事か
ら最低でも２０１７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ヲ含ム膜材が好適であり、
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チ以下のものである。

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、まだ規定
の濃度、流量が温度等の外部条件により変動せず、かつ
湿度に対してもより安定であシまだ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な酸
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（ｂ）は選択気体透過膜の両側の差圧と図、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６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
は本発明装置の全体構成を示す図、第７図は本発明装置
の実施例を示す構成図、第８図は本発明装置の制御系の
説明図、第９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１０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、２
２　・・ファン、２３　・・湿度除去部、２４゜３３．
５５・・　真空ポンプ、２５　・・脈動除去部、２６　
・・風向制御板、２了・・・・・防音材、２８・・・・
・外気導入部、３１．４５・・・・主膜セル、３２．４
６補助膜セル、３４，５０・・・・内部圧力検知部、３
５・・・温度検知部、３６・・・・除湿室、３７フイー
ドバソクコントロール、３８−−バッファー八 Ｆ、　９０−　°°゛流量検知器・９１−−−−　ＰＥ
圧力知器・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 （Ｑｌ 酢素′７ｘ度　（’／６） １図 （ｂ） ２ろ二　νｂ　（β／４） （Ｃ）（ａＣ） ／／ＴＸ／ρ３ 箆３図 第４図 ）　） ２　μ

Claims (1)

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、前記酸素富化気体の湿度を
   一定値に制御する手段と、前記酸素富化気体の脈動を除
   去する手段と、前記配管系の少くとも１ケ所に設けられ
   た外気取り入れ手段とを備えたことを特徴とする燃焼用
   酸素富化気体供給装置。 い）外気取り入れ手段が選択気体透過膜セルと圧力差を
   設ける手段との間に設けられた特許請求の範囲第１項記
   載の燃焼用酸素富化気体供給装置。 （３）外気取り入れ手段が圧力差を設ける手段と燃焼装
   置との間に設けられた特許請求の範囲第１項記載の燃焼
   用酸素富化気体供給装置。 （４）外気数υ入れ手段が選択気体透過膜セルと圧力差
   を設ける手段の間および圧力差を設ける手段と燃焼装置
   との間の各々に設けられた特許請求の範囲第１項記載の
   燃焼用酸素富化気体供給装置。 （５）外気取り入れ手段がフィルターを配した外気取り
   入れ口と、取り入れ量を制御するバルブとから成る特許
   請求の範囲第１項記載の燃焼用酸素富化気体供給装置。 （６）圧力差を設ける手段が減圧ポンプである特許請求
   の範囲第１項記載の燃焼用酸素富化気体供給装置。