(57)【要約】【課題】従来のガス混合装置の問題点を解決し、液体を使用せず、ガスのみを供給することにより、安全に、効率良く、安定した混合比で均一な混合ガスが得られる気体混合装置を低コストで提供する。【解決手段】炭化水素ガスと水素ガスと酸素ガス、または炭化水素ガスと水素ガスを所定の割合で混合する装置であり、混合容器内に該容器の下方から前記ガスを供給管を介してそれぞれ注入し、各供給管が混合容器内に開口する先端部に多孔質通気性材料を設置する。さらに各多孔質通気性材料の上方に、ガス流によって自転する軸流羽根車を設置した。ガスを供給するすべての供給管の先端部の上部全体を覆う１つの上に窄まったじょうご状のホッパーを設け、ホッパーの天部にステンレス製の平織金網を張ることにより、ガスの混合状態を更に均一になるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素ガスと水素ガスと酸素ガス、または炭化水素ガスと水素ガスを所定の割合で混合する装置であり、混合容器内に該容器の下方から前記３種類または２種類のガスを供給管を介してそれぞれ注入し、前記各供給管が前記容器内に開口する先端部に多孔質通気性材料が設置されていることによりガスの拡散・混合を促進することを特徴とするガス混合装置。
【請求項２】
前記供給管の先端に設けた各多孔質通気性材料の上方に、それぞれ、ガス流によって自転する軸流羽根車を設置することにより、更にガスの拡散・混合を促進することを特徴とする請求項１に記載したガス混合装置。
【請求項３】
前記複数種類のガスを供給するすべての供給管の先端部の上部全体を覆う１つのホッパーを設け、該ホッパーは上に窄まったじょうご状であり、天部にステンレス製の平織金網を張ることにより、ガスの混合状態を均一にすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載したガス混合装置。
【請求項４】
前記混合容器内に供給する炭化水素ガスは圧縮されたボンベから供給され、該ボンベから前記混合容器の配管途中でベーパーライザーにより強制気化され、水素ガスと酸素ガスは前記炭化水素ガスの容器内圧力より約０.０１ＭＰａ〜０．０５ＭＰａだけ高い圧力で前記容器内に導入されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載したガス混合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロパンガスなどの炭化水素ガス（以下ＬＰガスと称す）に、水素ガスと酸素ガス、または水素ガスのみを所定の混合比で均一に混合するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在燃料として利用されている化石燃料の中で、石油は価格は安いが炭素含有量が多めであるためＣＯ２排出の面で問題があり、より炭素含有量の少ないＬＰガスはＣＯ２の排出量が少ないが価格は高い傾向にあった。
最近の状況を見るに従来より価格差が無くなり、むしろ安定供給に不安がありこの点を解決する為にＬＰガスに水素・酸素ガス、または水素ガス単体を混合することによって燃焼効率を改善し、二酸化炭素など温室効果ガスの排出量抑制及び燃料費削減を目指し、食品業界、農業・工業用、建設業、クリーニング業界と多岐に渡り応用の利くボイラー用の燃料混合装置が提案されている。
【０００３】
たとえば特許文献１では、ブラウンガス（酸素と水素を体積比１：２の比率で含む混合ガス）に、揮発性有機化合物ガス、酸素ガス、可燃性有機化合物ガスなどを均一に混合する方法として、液体状有機化合物を内部に収納した混合槽の下方から、ブラウンガス、酸素ガス、可燃性有機化合物ガスなど供給して、気泡を発生させ、気泡同士が融合して大型化した後に破壊し、かつ隔壁部の細孔を通過することによって混合ガスを得る方法が発明されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３２０４１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の液体状有機化合物内にガスを気泡として供給して混合する方法では、以下のような問題があった。
（１）ガス流量を増やすと、気泡の融合過程が不安定になるおそれがあるので、混合ガスの生産効率を高くできない。
（２）液面高さで混合効率が変化するので揮発性有機化合物の液面高さを制御する必要がある。
（３）温度によって混合ガス中の揮発性有機化合物濃度が変化するので混合容器内の温度制御を正確に行う必要がある。
（４）揮発性有機化合物としてプロパンガス等を使用するには、液化するために混合槽を高圧容器にする必要があり、装置が高価になる。
【０００６】
本発明は従来の混合装置の上記のような問題点を解決することであり、液体を使用せず、ガスのみを供給することにより、安全に、効率良く、安定した混合比で均一な混合ガスが得られる気体混合装置を低コストで提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
炭化水素ガスと水素ガスと酸素ガス、または炭化水素ガスと水素ガスを所定の割合で混合する装置であり、混合容器内に該容器の下方から前記ガスを供給管を介してそれぞれ注入し、各供給管が混合容器内に開口する先端部に多孔質通気性材料を設置することによりガスの拡散・混合を促進した。
【０００８】
前記供給管の先端に設けた各多孔質通気性材料の上方に、それぞれ、ガス流によって自転する軸流羽根車を設置することにより、更にガスの拡散・混合を促進した。
【０００９】
混合容器内に、ガスを供給するすべての供給管の先端部の上部全体を覆う１つの上に窄まったじょうご状のホッパーを設け、ホッパーの天部にステンレス製の平織金網を張ることにより、ガスの混合状態を更に均一になるようにした。
【００１０】
前記混合容器内に供給する炭化水素ガスは圧縮されたボンベから供給され、該ボンベから前記混合容器の配管途中でベーパーライザーにより強制気化され、水素ガスと酸素ガスは前記炭化水素ガスの容器内圧力より約０.０１ＭＰａだけ高い圧力で前記容器内に導入した。
【発明の効果】
【００１１】
混合容器内に液体が存在しないので液面管理等が不要であり、非常にシンプルな構造のガス混合装置を得ることができ、ボイラー等燃焼装置に混合ガスを安定供給し連続運転することができる。
ガス供給管の先端に多孔質通気性材料（焼結金属など）を設けることにより、供給ガス圧によって供給ガスが多方向に向かって分散するので容器内ガスとの拡散・混合が促進される。
【００１２】
前期多孔質通気性材料の上方に、ガス流によって自転する軸流羽根車を設置することにより、更にガスの拡散・混合が促進される。軸流式の羽根車は自転式なので動力の供給が不要であり、従って引火等の危険がない。
【００１３】
ガスの供給管の上部全体を覆うホッパーを設け、ホッパーの天部にステンレス製の平織金網を張ることにより、ガスの混合状態が更に均一になる。
複数のガスが供給された場合に、すべての種類のガスが一旦ホッパーの内部に集まり上昇して、網目を通過する際に渦が発生し、混合が促進される。
【００１４】
混合装置内に供給する各ガスの圧力を制御することにより、流量、混合比がコントロールできるので制御システムをシンプルにできる。
また、混合容器内の圧力も低く設定できるので安全性が高く、低コストで製作可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明による電解ガスアシスト燃焼装置の概略構成図を示す。
【図２】シリンダーの平面図を示す。
【図３】シリンダーの断面図を示す。
【図４】シリンダーの多孔質通気性材料の平面図である。
【図５】シリンダーの多孔質通気性材料の断面図である。
【図６】ホッパーの平面図である。
【図７】ホッパーの断面図である。
【図８】軸流ファンの取付断面図である。
【図９】軸流ファンの平面図である。
【図１０】軸流ファンの断面図である。
【図１１】混合器拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以上のことを次の通り図面に基づき説明する。
図１において本発明における炭化水素ガスの混合・燃焼システムは、水素・酸素ガスもしくは水素ガス単体の生成装置とＬＰガス供給装置（バルク含む）の複数種類のガスを混合させる気体混合装置から成り、筒内で混合されたガスを鋼管にてバーナーに送り、汎用のガスボイラーにて安全にかつ安定して燃焼する。
【００１７】
前述水素・酸素ガスもしくは水素ガス単体の生成装置は水の電気分解装置であり、電極の形状と枚数、電気分解槽の構造を充分考慮し、水酸化カリウム溶液の濃度を調合し効率よく電気分解させる。この時の電流値も電気分解ガス生成に大きく作用する事と温度管理が大切であり、発生したガスは逆火性は強いが混合ガスとして燃焼させる場合は安全なガスではあり念の為に乾式安全器、水封安全器を設置し減圧されたガスにして燃焼させる。燃焼圧、消費量については燃焼器の能力を充分検討、考慮し安定したガス供給を行う事とする。
【００１８】
電気分解された水素・酸素ガスもしくは水素ガス単体を安定して生成させる為に、電気分解液（電解質水溶液）の濃度を一定に、温度を60℃以下に安定させるべく冷却ファンを用いて一定温度を保ち、混合ガス生成時に圧力、容量を圧力調整器とフロート流量計もしくはタービンメーターを取り付けてバランスよく燃焼ガスの安定的な供給を図る。
【００１９】
既存のＬＰガスに対し酸素・水素ガスもしくは水素ガス単体を混合させる事によりそれぞれが持つ燃焼特性を生かし、高温かつ完全燃焼させることによりボイラーの燃焼効率の向上と燃料の高効率化及び高燃焼を図ることにより一酸化炭素、二酸化炭素排出量の抑制と削減、省エネルギーに繋がるガス混合器と燃焼システムである。
【００２０】
主燃料ＬＰガスは液化ガスである為に大量消費、連続燃焼させる場合は強制気化装置（ベーパーライザー）を設置して安定供給し、酸素・水素ガスもしくは水素ガス単体は水を電気分解し生成する。それぞれ別系統から取入れ二種類のガスを混合させるべく筒状の気体混合装置に注入しLPガスと酸素・水素ガス及び水素ガス単体の混合ガスを生成させ混合器の内部にスムーズに混合ならしめる機能を持つ。
【００２１】
前項の気体混合装置には安全弁、逆止弁、圧力計を設け常に安全の確保に努めるとものとし、２〜３系列のガスをそれぞれのガス圧力を利用して取り入れることとするが、この時LPガス圧を基準にしてアシストガス（水素・酸素ガスもしくは水素ガス単体）は圧力スイッチを用いて間欠注入する。注入時間は３０秒以内、圧力はLPガス0.07MPa〜0.12MPa、酸素・水素ガス0.12MPa〜0.15MPa以下とする。
間欠注入することによって、注入する酸素・水素ガスは、ＬＰガスより０．０１ＭＰａ〜０．０５ＭＰａだけ高い圧力に設定でき、ガスの混合比は注入と停止のインターバル比を調節することにより制御することができる。
【００２２】
それぞれのガス入口を混合装置の下部に設け、多孔質通気性材料（軽石、セラミック、特殊金属・アルミナ等の焼結材など）で分散放出し、さらに混合させるべく軸流羽根車を各多孔質通気性材料の上部に設置し、その大きさは口径に応じたサイズに設定し、更にホッパー（ステンレス製平織り金網付）を１個、最良の窄み角度に決めて設置し、混合ガスとして所定の圧力に減圧しガスバーナーに送り燃焼する。この段階で混合されたガスは一定時間混合器の中にあり完全な混合ガスとして燃焼消費されることになる。
【００２３】
実施例では多孔質通気性材料として厚さ3mmの焼結金属を使用し、空隙率30％以上、見かけ比重４．０以上ののものを半円形SUS材に溶接し消費量に応じて直径20mm〜90mmの形状にて設置数を増減させ、配管径サイズも同様に比例させるものとし、各系列ごとに逆止弁、ストップ弁を設け差圧による逆流を防止するものとする。連続運転に入ればガスバーナーで混合ガスが燃焼するため逆流することはない。
【００２４】
ボイラーの消費量にもよるが気体混合装置は呼径300A〜500A×1300L（円筒状の外形３１８．５ｍｍ〜５０８ｍｍ、高さ１３００ｍｍ）、厚さ3mm程度のSUS製円筒材を使用し、上部フランジに取出弁、安全弁、圧力計、温度計、サンプリングガス採取弁を設け、下部フランジには各ラインにストップ弁、逆止弁、多孔資通気性材料を取付け差圧によってガスを筒内に送り混合ガスとする。導入配管及びガス混合装置については漏洩を防止する為に溶接仕上げとする。また念の為に下部フランジにドレン抜弁を取り付けておく事とする。
【００２５】
混合ガス体だけの燃焼時には一旦ブロアーの空気調整が出来れば少量の過剰空気で完全に安定燃焼して安全であるが、水素ガスは爆発限界濃度の範囲が広く逆火性が強く安全性考慮の観点から水封安全器、乾式安全器の二段構えとし、更に電気分解槽には安全弁や破裂板を取り付け静電気除去の手段を講じ、常に災害防止に努める。
【００２６】
水の電気分解装置で得られた水素・酸素ガスもしくは水素ガス単体は燃焼時に二酸化炭素を発生せず窒素化合物を抑え、またＬＰガスに添加する事により二酸化炭素排出量削減及び高燃焼かつ完全燃焼させる事により高カロリーの確保と燃料費削減にも寄与する効果は大きく安定した燃料が供給出来る。
【００２７】
二種類の気体をより効率よく混合生成する為に、多孔質通気性材料の出口上部に動力を使用せずにガスの流速だけで軸流羽根車を回転させ効率よく混合させる方法をとり、安定した混合ガスの生成をさせるべく軸流羽根車は樹脂製とし、上下二箇所のベアリングにより軽量、高速回転させることにより混合性の高いガスが出来ることになる。
【００２８】
実証時の条件として、本発明によるガス混合装置で混合した混合ガスの燃焼排気ガスを測定の結果、燃料費は現在10％程度、一酸化炭素10%以下、二酸化炭素は8％以下程度の減少が確認され、今後の実証の中で高燃焼、高カロリーの混合点を追及する事により窒素化合物等測定可能な限り排出ガス削減の効果を見つけ、更なる温室効果ガスの削減と燃料費削減に貢献できる事が証明された。
【符号の説明】
【００２９】
１    LPガス供給設備（バルク含）
１-A  LPガス供給ライン
２    水素・酸素ガス生成装置
２-A  水素・酸素ガス供給ライン
３    ガス混合装置
４    ガスバーナー
５    ボイラー本体
６    圧力調整器
７    強制気化装置（ベーパーライザー）
31    ガス出口弁
32    サンプリングガス採取弁
33    圧力計
34    安全弁
35    フロート流量計
36    多孔質通気性材料
37    軸流羽根車
38    整流筒
39    ホッパー
40    ステンレス製金網
41    浅型キャップ
42    羽根車軸
43    羽根車軸受け
44    ベアリング
45    スナップリング
46    スペーサー
50    ストップ弁
51    逆支弁
52    圧力計
53    圧力計元弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2011111574.tif 000010
【図９】
2011111574.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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