JPS60253729A

JPS60253729A - 燃焼用酸素富化気体供給装置

Info

Publication number: JPS60253729A
Application number: JP60056798A
Authority: JP
Inventors: Shiro Asakawa; 浅川　史朗; Yoshimasa Ito; 伊東　良将
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1985-03-20
Filing date: 1985-03-20
Publication date: 1985-12-14

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
、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
焼に無関係表不活性気体、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
パラメーターにしたものである。これは、天然ガス（１
ａＡ）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。図から明らか々ように、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。捷だ、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／べ使用に
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外事、ガス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蓬いが見
られる。このことは使用条件が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
。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
ある事が必要であり、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り溶焼温度及び燃焼速
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。

つまり、燃焼装置の条件、あるいは理論燃焼に近い値で
燃焼させるために流量を可変とする必要がちる。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す・琳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
富化気体の流速か大きく変動（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。

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）、ΔＦ（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Ｆｔ＝＝Ｆ（Ｎ２）十Ｆ（
０，、）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（Ａ）と二次側
の圧（Ｂ）（透過気体）との圧死（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破度（％）
であり、曲線Ｑおよび右縦軸は透過量を８７人−ｏｉ６
　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（（ｈ）／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）上式よシ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（Ｅｐ）　とも相関を持つものである。

第１表がそのＥｐＱ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″Ｃ増加すると約
１０％もの透過係数の増加が見られる。つ捷りこの事実
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。通常燃焼イ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°Ｃ附近から４０’Ｃ前後の間を変化する。

この様に数１Ｑ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表から酸素と窒素の活性
化エネルギー（Ｅｐ）　ｔ／″ｉ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。

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。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
どの様に近づ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。つ捷りポンプの動
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
い状態とがった気体）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。また、風向制御板２６は装置
の側面や下方に設けてもよい。２了は防音材、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たものが第
３図である。図において空気３ｏ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
ための外気導入部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、複数個有
っても良く、ポンプの前後いす、？１．にありても有効
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
ためにフィードバックコントロール３７によりフィード
バックする。残りの気体は脈動を除去するためバッファ
ー室３８を通り燃焼用富化気体として取り出される。３
６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
。

以上が各部の主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。

牢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々うだめの制御
が必要である事から、捷ず第１に酸素濃度、流量を可変
とするだ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
％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−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
個以上の制御バルブ４７を持ち、このバルブ４７に対し
１組以上の補助膜セル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。補助膜セル４
６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５Ｑ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
る空気取り入れ口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
流量はバルブ５３により調節する。このバルブ６３は流
量可変のタイプであり、手動あるいけ、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、−実流量が少ない場
合に使用する事ができるもので、この制御は前述した補
助膜用パルプ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６４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５７はバルブ５３と同様に流量可
変タイプのものであり、手動あるいけ、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４
９　、５１側の圧力を減少させるた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５
７の制御はバルブ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。

寸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Ｃ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６８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
６を通シ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
にする事によシ解決した。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
こ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
熱にょシ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（
２Ｌ）　、　（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
る外気温のみにょる露結ではなく、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３０ｍ１／／
ｈｒの時２β／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ょシ外部に取り出し、取シ出された
水は窒素富化気体（低湿度気体）により蒸発し、この時
の潜熱により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シ送られる。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ｆａ）　、　（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。つまり、露結した
水８１が導管８γを通りトラップ８２に一定量溜まると
、導管８３を通り毛管物質板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
はテフロンの隊な高分子材料からなるもので、外気温度
をしゃ断する。まだバット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４３６により外部へ排出す
る。なお、本装置においては導管８了の内圧は燃焼部分
の条件によっても異なるが、１５００〜２０００ｍｍｌ
（ｇ　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５０Ｃｍ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た
ものであるが、装置能力、ｌＡ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）により蒸
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、−万態を伝導
させる金属６６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２０００ｍｍＡｇ
の状態となっても実用的には問題とならなかった。

さらに詳細な流れ番示したものが第９図である。

図において第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６２Ｆｉポンプ５５の直後に設置する必要がある。つ
まりポンプ５５の入口６４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０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。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によシ自動
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【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。捷、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
七／サー９６．圧力センサー９６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２．６よし多量の窒素富
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。これらを得るだめの制
御部分としては、補助膜開閉、大気導入パルプおよびバ
イパスパルプの操作の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
る膜特性は膜材料特有のものである。

したがって膜自身の差圧（ΔＰ）、透過量（Ｊ）、酸素
濃度（Ｃｈ）、温度に対する透過係数（Ｐ、）を知り、
単なる演算処理を行な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ａ要を得るために数ケ所の制御パルプのど
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１
１１のラインは第５図の圧力センサー５Ｑ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１１５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。寸だライン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１１６に
加えられる。

同様にライ／１１３は第９図の流量センサー９０の出力
であり、オペアンプ１１４．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、／Ｃ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
。同時にパルプ駆動用モーフコントローラ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：ｚ　２１で、バルブ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
シ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ＣＰＨ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、真空ボ／ノ駆動用三相電源１
３１および単相１ｏＯｖの電源１３２よりの電圧は、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を通り各電
源が供給される。１００Ｖの電源１４０は各コン）。

−ラにおいて必要に応じＤＣ変換される。この電源はＣ
ＰＵｅ６　、ノア／２２Ｉ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了よりデータ入力
されその値が異常値（規定値からの犬き々ズレ、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１３６を駆動シて電源遮断
、ライン１４９を介して警報ブザ−１６０の作動および
ライフ１６１を介して制御コントローラ１４４の制御等
を指示する。１５２゜１５３．１５４，１５６は各種の
動作状態を表示するた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２０１／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／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
濃度は燻焼に適した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
湿度に対してもより安定であり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Ｙ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１ｏ図は本発明装置の実施例を示す構成図、第１
１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、２４゜３３．
５５・・・・真空ポンプ、２６　脈動除去部、２６　・
・・風向制御板、２７　・・・防音材、２８・・・・・
３５　・・・温度検知部、３６　除湿室、３Ｔフイード
バノクコ／トロール、３８　・・バッファー室、９Ｑ　
・流量検知器、９１　圧力検知器、９２・　燃焼装置、
９３　・玉流量制御用吐出口。代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図（α）？ρ　３１）　４ρ Ｍ素濃攪（φ）第　１　図（Ｌ）ミ（Ｃ）（′Ｃ）ンＴＶ／σ０第５図第　６　図３６２ ″　リ

Claims

【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の
流量および酸素濃度の少なくとも一方を制御する手段と
、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。
（２）圧力差を設ける手段が二次側圧力を一次側圧力よ
り低くする減圧手段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。
（３）減圧手段が選択気体透過膜セルの後段に配された
真空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。
（４）選択気体透過膜セルが主模セルと複数個の膜セル
で構成された補助膜セルにより構成され、前記補助膜セ
ルからの酸素富化気体の流量を制御する特許請求の範囲
第１項記載の燻焼用酸素富化気体供給装置。