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JPS6367606B2 - - Google Patents
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JPS6367606B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6367606B2
JPS6367606B2 JP60056796A JP5679685A JPS6367606B2 JP S6367606 B2 JPS6367606 B2 JP S6367606B2 JP 60056796 A JP60056796 A JP 60056796A JP 5679685 A JP5679685 A JP 5679685A JP S6367606 B2 JPS6367606 B2 JP S6367606B2
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JP
Japan
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oxygen
combustion
gas
flow rate
pressure
Prior art date
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Application number
JP60056796A
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Japanese (ja)
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JPS60253727A (en
Inventor
Shiro Asakawa
Yoshimasa Ito
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication of JPS6367606B2 publication Critical patent/JPS6367606B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23LSUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L7/00Supplying non-combustible liquids or gases, other than air, to the fire, e.g. oxygen, steam
    • F23L7/007Supplying oxygen or oxygen-enriched air
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/34Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Regulation And Control Of Combustion (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Drying Of Gases (AREA)
  • Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

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つた。
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つて燃焼温度が左
右される。いずれにしても排ガス量が少なければ
少ない程利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
によつ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、縦軸は燃料の
節減率を示し、各燃焼温度をパラメータにしたも
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
なる程秀れており、ガラス溶解、ガラス加工、金
属溶解、セラミツク焼成、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。また、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
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な事、
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
代となつている中で、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まつたく異なる事によ
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%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。 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
た理論燃焼を行うた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た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・(N2)・ΔP(N2)………(1) R(O2)=K・(O2)・ΔP(O2)………(2) ここでR(N2)、F(O2)は窒素及び酸素の透過
量、Kは膜の物理的定数、(N2)、(O2)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)+F(O2)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(O2)/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、圧比(B/A)は1に
近付き、透過量(Ft)も減少し、かつ酸素濃度
(F(O2)/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。 =o exp−(Ep/kT) ………(3) 上式より透過量の増大は温度Tの上昇による
(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Epの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10%もの透過係数の増加が見ら
れる。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。つまり四季を通じて装置周
辺の温度は0℃附近から40℃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)は等しくな
く、式(3)からEp及び温度Tによる透過係数は
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。
The present invention relates to an oxygen-enriched gas supply device for combustion. In recent years, energy costs have risen significantly, and there is a strong demand for energy-saving equipment for energy-using equipment. In particular, various improvements have been made to improve the combustion efficiency of combustion equipment, internal combustion engines, external combustion engines, etc. that use energy directly as fuel. One of them is the oxygen-enriched combustion method. As is well known, chemically speaking, combustion is an oxidation reaction of fuel with oxygen, and the reaction heat generated at this time is utilized. Generally speaking, combustion has always been combustion in the natural atmosphere, that is, under an oxygen concentration of 21 VOL%, regardless of whether it is ancient or modern.
The reaction heat generated at this time is given to the exhaust gas (for example, carbon dioxide, moisture, nitrogen gas in the air, etc.), and if it cannot be recovered, it becomes a loss of exhaust gas.
Alternatively, the combustion temperature is influenced by the exhaust gas volume. In any case, the smaller the amount of exhaust gas, the greater the available heat gain. In the exhaust gas, factors that have a major influence are the produced moisture and inert gases unrelated to combustion contained in the air, especially nitrogen. By reducing the amount of nitrogen, an increase in the combustion rate and combustion temperature can be observed, and as a result, energy savings can be achieved in large-scale combustion. Reducing the amount of nitrogen is, in other words, using oxygen-enriched air, and the effect is that, for example, as shown in FIG. 1a, large combustion savings can be achieved even with oxygen enrichment of a few percent. In the figure,
The horizontal axis shows the oxygen concentration of the oxygen-enriched air, and the vertical axis shows the fuel saving rate, with each combustion temperature used as a parameter. This is an example when natural gas (13A) is used as fuel, but similar trends can be seen with other fuels. As is clear from the figure, energy saving (fuel saving effect) is better the higher the temperature is used. It is widely effective. Furthermore, it is understood that an increase in the oxygen enrichment rate of several to 20% will produce a significant effect, and that high concentration oxygen is not necessarily required. As a secondary effect, the use of oxygen-enriched air shortens and sharpens the flame length during combustion, for example in a pian burner, and provides an especially excellent effect for precision machining. As described above, combustion using oxygen-enriched air has many advantages, especially in its energy-saving effect, but in order to realize this, there is a strong demand for the supply of low-cost oxygen or oxygen-enriched air. It's coming. The oxygen-enriched gas currently required for combustion is
Oxygen is generally supplied by oxygen cylinders, but problems with using cylinders include the use of high-pressure gas or the need to replace the cylinders.
There is a risk of gas leakage, etc. Furthermore, liquid oxygen is also used as an alternative to cylinders, but similar problems can be seen with this as well. As mentioned above, in the current era where energy conservation is necessary, it is necessary to more efficiently extract the inexhaustible oxygen from the air. It is already known that most polymer membranes have a higher oxygen permeability coefficient than nitrogen permeability coefficient in the absence of pinholes. From this, it is obvious that polymer membranes can be used for selective separation, but when using oxygen-enriched gas obtained from equipment using polymer membranes for combustion, it is necessary to satisfy the following conditions. For medical use (Unexamined Japanese Patent Publication No. 1983)
There is a considerable difference from the conditions required in JP-A-3291, JP-A-51-6876, etc.). This is due to the vastly different usage conditions. In general, combustion equipment uses various combustion methods, combustion temperatures,
Each device has its own shape and size, and the oxygen concentration and flow rate of the oxygen-enriched gas are determined by each device. For this reason, when oxygen-enriched gas is used in a combustion device, an oxygen-enriched gas supply device that meets these conditions is required. However, in order to satisfy the above conditions regarding the production of an oxygen-enriched gas supply device, it is not enough to simply use a device that obtains oxygen-enriched gas. In other words, it is necessary for the supply device to be able to respond to various changes in usage conditions, usage conditions, external conditions of the device, etc., and the requirements for oxygen-enriched gases used elsewhere are quite different. Specifically, the conditions necessary for the oxygen enrichment supply device are as follows: First, the oxygen concentration required by the combustion device can be varied. This is because when oxygen-enriched gas is mixed with gas or liquid fuel and combusted, the combustion temperature and combustion rate vary significantly depending on the oxygen concentration at that time. In other words, a mere 1% increase in oxygen concentration causes a temperature increase of about 80°C, and at the same time, a large change in combustion rate causes a large change in flame length. For this reason, as an oxygen-enriched gas supply device, it is necessary that the oxygen concentration required by the combustion device is variable. As for the second point, like the first point, it is necessary to make the flow rate of the oxygen-enriched gas variable. In other words, it is necessary to make the flow rate variable in order to achieve combustion under the conditions of the combustion device or at a value close to theoretical combustion. Thirdly, it is possible to adapt the oxygen enrichment supply device to changes in external conditions, mainly temperature. In other words, in this device that uses a selective gas permeation membrane, the amount of gas permeation through the membrane changes due to temperature changes, and as a result, the flow rate of oxygen-enriched gas changes, so it is possible to eliminate this change. . By solving the above conditions, an oxygen-enriched gas that can be used for combustion can be obtained. The present invention solves these problems and provides an apparatus for obtaining oxygen-enriched gas that can be used for combustion.
The above-mentioned requirements will be further explained in detail below. In general, one way to obtain the optimal amount of combustion gas or the oxygen concentration and flow rate of oxygen-enriched gas for theoretical combustion appropriate to the calorie is to determine the differential pressure on both sides of the selective gas permeable membrane in the device. It is possible to change it. However, the above objective cannot be achieved simply by changing the differential pressure. The reason for this is that the following relationship exists between the differential pressure and the permeation flow rate. The permeation flow rate is expressed by the following equation. F(N 2 )=K・(N 2 )・ΔP(N 2 )……(1) R(O 2 )=K・(O 2 )・ΔP(O 2 )……(2) Here R(N 2 ) and F(O 2 ) are the nitrogen and oxygen permeation amounts, K is the physical constant of the membrane, (N 2 ) and (O 2 ) are the nitrogen and oxygen permeability coefficients of the membrane material, respectively, and ΔP (N 2 ) and ΔP (O 2 ) indicate the partial pressure difference between nitrogen and oxygen with respect to the film surface. In other words, as can be seen from this equation, the total flow rate (Ft) that permeates through the membrane is Ft=
F(N 2 ) + F(O 2 ), and by changing the differential pressure, the permeation flow rate (Ft) is controlled to the required amount, but at the same time the oxygen concentration (F(O 2 )/F(t)) also changes. Change.
Figure 1b shows this based on experimental results. In this figure, air (21% oxygen) is used as the primary side. The horizontal axis in the figure shows the pressure ratio (B/A) between the pressure on the primary side of the selective gas permeable membrane (A) and the pressure on the secondary side (B) (permeated gas), and the curve P and the left vertical axis is the oxygen concentration (%) at that time, and the curve Q and the right vertical axis indicate the flow rate ratio when the permeation amount is set to 1 when B/A=0.5. As can be seen from these results, when the differential pressure is decreased, the pressure ratio (B/A) approaches 1, the permeation amount (Ft) decreases, and the oxygen concentration (F(O 2 )/F(t) also decreases. The absolute value of this value changes depending on the permeation performance of the membrane and the exhaust capacity of the pump, but this tendency can be said to be the same under any conditions.In this way, the required oxygen concentration and flow rate can be obtained. This cannot be solved by simply changing the differential pressure.It is also necessary to take into account the effects shown below.In general, many polymer membranes show a tendency for the amount of permeation to increase as the temperature rises.This is due to the following. It is shown by the formula: =o exp−(Ep/kT) ......(3) From the above formula, the increase in permeation amount is due to the increase in (transmission coefficient) due to the rise in temperature T, and the activation energy (Ep ). Table 1 shows an example of the Ep. Figure 1c shows the temperature and oxygen permeability coefficient of polydimethylsiloxane with a small Ep. but
When the temperature increases by 10°C, the permeability coefficient increases by about 10%. In other words, this fact is largely dependent on temperature changes in the installation environment of the oxygen-enriched gas supply device, and the device needs to be adaptable to temperature changes. This is a fairly harsh environment for normally installing combustion equipment. In other words, the temperature around the device changes from around 0°C to around 40°C throughout the four seasons. In this way, the permeation flow rate must be constantly controlled against changes of several tens of degrees. Furthermore, from Table 1, the activation energies (Ep) of oxygen and nitrogen are not equal, and from equation (3), the permeability coefficient depending on Ep and temperature T is different for oxygen and nitrogen. This means that the flow rate changes also do not match.

【表】 以上が燃焼用酸素富化装置として必要な条件で
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は金属ネツトあるいはフイ
ルターで、膜セルの保護をするために設けられて
いる。外気はフアン22によりこの金属ネツトあ
るいはフイルター21を通つて導入され、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つた気体)はフアン
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の外周を通
り、脈動除去部25の外周を通つて、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。27は放音材、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。 なおフアン22は第2図では膜セル1の後方に
設けたが、フアン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
御するための補助膜セル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。外気導入部28は、外部
の通常空気(酸素21VOL%)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、複数個有つても良く、ポンプの前後
いずれにあつても有効である。さらに真空ポンプ
33を通過した富化気体は必要ならばこの気体中
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
するためにフイードバツクコントロール37によ
りフイードバツクする。残りの気体は必要ならば
脈動を除去するため脈動除去室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。 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
最適燃焼を行なうた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、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り、ポンプの吸
引能力が一定の場合には、減圧度は悪くなり、酸
素濃度は低くなり流量も変化する。 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
量等から求めようとするものである。また導管5
1,58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図の空気導入部28に対応する
空気取り入れ口52を設けてある。これは、取り
入れ口52にフイルターを使用してあるもので、
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
補助膜セル46により構成し、補助膜セル46を
バルブ47でON−OFF制御することにより酸素
濃度および(または)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、外部より通常
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、その替りに大容量
の流量を得ることが出来る。空気取り入れ口5
2、およびこれを調節するバルブ53は、膜セル
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、従つ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
数箇所設置されることが望ましい。 導管51を通つ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
とを接続するためのパルブ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側の減圧度を変化させるた
めのバイパスであり、これを開とする事により、
ポンプ排出側導管56より気体が49,51側に
環流され、49,51側の減圧度が悪くなり透過
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、流量等のフアクターと相関があ
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
るための制御部である。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
ブの操作はすべて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46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
富化気体中には水分が含まれているため、必要な
らば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55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。
よつ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55の直後に設置する
必要がある。そして除湿部62を経て除湿された
酸素富化気体は更に脈動除去部25に向かうと共
に、その一部はバルブ57を経てフイードバツク
される。この除湿部62を通さずにフイードバツ
クさせると、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尚流
れに脈動を生じている場合がある。このため脈動
除去部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を通り、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ツプされた場
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。この燃焼用酸素富化気体は導管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95、
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7図は装置全体の長さを短くし、小型化を図
つた場合の実施例で、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、フイルター21
と窒素富化気体排出口とが同一方向に向つている
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、窒素富化気体がフイルター2
1にまわり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
供給するた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つても、流量、酸素濃
度との関数となつている。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。したがつて膜自身の差圧(ΔP)、透過量
(J)、酸素濃度(O2)、温度に対する透過係撰
(PT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ユーターを
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8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11
6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の出力であり、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b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16
3より入力させる。164はキーボード163の
表示装置である。キーボード163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RAM118
に蓄えられる。以上の方法により制御を行う。な
お、図中166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
法をソフトウエアから見たものが第9図である。 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源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
レーカー133,134を通り、開閉コントロー
ルボツクス135に入る。さらにサーマル型の過
電流防止ブレーカー136,137を通り各電源
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CPU166、フアン22、指示ランプ15
4、警報ブザー150および各バルブの制御コト
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
使用するための、CPUバツクアツプ電源および
警報ブザー146用電源である。次にコントロー
ル回路であるが、ライン147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ツクス135を
駆動して電源遮断、ライン149を介して警報ブ
ザー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。15
2,153,154,155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20/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。
[Table] The above are the necessary conditions for an oxygen enrichment device for combustion, and the present invention aims to provide an enriched oxygen supply device for combustion that satisfies these conditions. FIG. 2 is a block diagram of one of the main parts of this device. This figure shows the arrangement of each part from the air inlet to the outlet and the flow of non-permeable gas. In the figure, 21 is a metal net or filter, which is provided to protect the membrane cell. Ambient air is introduced through the metal net or filter 21 by a fan 22, passes through the membrane cell 1, and oxygen and water vapor are selectively removed by passing through a selective gas permeable membrane. The membrane cell 1 will be described later with reference to FIG. The nitrogen-enriched gas (gas depleted in oxygen and water vapor) that does not pass through the selective gas permeation membrane then flows further to the rear by the fan 22 or is directly discharged. If the water flows to the rear, the water is evaporated and cooled in the humidity removing section 23, passes around the outer periphery of the vacuum pump 24, passes through the outer periphery of the pulsation removing section 25, and the direction is controlled by the wind direction control plate 26 that controls the direction in which the gas flows. Change and go outside. In the figure, a plurality of wind direction control plates 26 are arranged vertically, but a plurality of them may be arranged horizontally.
Further, the wind direction control plate 26 may be provided on the side or below the device. Reference numeral 27 denotes a sound emitting material, and 28 denotes an outside air introduction section provided at the rear stage of the membrane cell 1, the details of which will be described later with reference to FIG. Since the outside air introduction part 28 needs to be in contact with outside air having a constant oxygen concentration, it needs to be located away from the wind direction control plate 26 that outputs exhaust gas. Although the fan 22 is provided at the rear of the membrane cell 1 in FIG. 2, since the fan 22 is simply for flowing gas, it may be provided at the air intake or air outlet. On the other hand, FIG. 3 shows the flow of oxygen-enriched gas that has passed through the membrane. In the figure, air 30 passes through a main membrane cell 31 that is always in use and an auxiliary membrane cell 32 for controlling oxygen concentration and flow rate, and oxygen selectively permeates through the membrane. This oxygen-enriched gas advances to the vacuum pump 33, and in the middle there is an internal pressure detection section 34 for this gas and an outside air introduction section 28 for controlling oxygen concentration and flow rate. The outside air introduction section 28 introduces outside normal air (oxygen 21VOL%), dilutes the oxygen-enriched gas, and adjusts the oxygen concentration and flow rate. It is valid even if Furthermore, the enriched gas that has passed through the vacuum pump 33 passes through a dehumidification chamber 36 for removing moisture in this gas, if necessary. A part of the gas obtained here is further fed back by a feedback control 37 to control the concentration and flow rate. The remaining gas is removed as enriched combustion gas through a pulsation removal chamber 38 to remove pulsation if necessary. 35 is a temperature sensor, 90 is a flow rate sensor, 91 is a pressure sensor, 92
93 is a combustion device, and 93 is a discharge port for controlling pressure and flow rate. The above is an overall overview of the main arrangement and flow of each part, and each will be explained in more detail. In the production of oxygen-enriched gas supply equipment for combustion,
It is possible to make a product that satisfies the required oxygen concentration and flow rate by considering the usage conditions in advance.
As mentioned above, it is necessary to control the fuel to achieve optimal combustion depending on the conditions of use and the environment of use. First, a method for making the oxygen concentration and flow rate variable will be described. In other words, the first method is to make the membrane cell part variable so that it can respond to external conditions, fluctuations, etc. FIG. 4 shows the structure of the membrane cell portion. 1 in the figure indicates the entire membrane cell 45
consists of one or more membrane cells, with the main membrane cell being 100% mobile under normal operating conditions. 46
is an auxiliary membrane cell, which is composed of multiple membrane cells and is used when operating conditions or external fluctuations occur.The proportion of the total membrane cell varies depending on various conditions, but is 20%.
Before and after. Further, in order to control this auxiliary membrane cell 46, one or more control valves 47 are provided, and for each valve 47, one or more sets of auxiliary membrane cells 46 are provided. Also, this valve 47 is ON-OFF
Manual or electrically controlled valves.
In operation, by opening the valve 47, the oxygen-enriched gas in the auxiliary membrane cell 46 passes through the conduit 48 and joins the conduit 49 through which the oxygen-enriched gas in the main membrane cell 45 is passing. . By controlling the number of auxiliary membrane cells that are opened, the flow rate or oxygen concentration of the oxygen-enriched gas obtained from the membrane cell 1 can be controlled. When the auxiliary membrane cell 46 is used, the change in the oxygen-enriched gas is that when the pressure is constant, the oxygen concentration is constant and the flow rate increases, and when the suction capacity of the pump is constant, , the degree of pressure reduction worsens, the oxygen concentration decreases, and the flow rate changes. Next, FIG. 5 will be explained. As shown, the flow of oxygen-enriched gas from the membrane cell 1 is shown to flow through conduit 49, with a pressure sensor 50 along the way.
pass through. This is to know the pressure on the permeate gas side of the membrane, and from this, the state of the permeate gas can be determined from the membrane characteristic temperature, flow rate, etc. Also, conduit 5
In order to change the state of the oxygen-enriched gas along the path passing through the air inlets 1 and 58, an air inlet 52 corresponding to the air inlet 28 in FIG. 2 is provided. This uses a filter in the intake port 52,
The intake flow rate is adjusted by a valve 53. This valve 53 is of a variable flow rate type, and can be varied manually or by a motor. This device can be used, for example, when the oxygen concentration is higher than specified, but the flow rate is low. As mentioned above, the membrane cell is composed of the main membrane cell 45 and the auxiliary membrane cell 46, and the oxygen concentration and/or flow rate can be adjusted by controlling the auxiliary membrane cell 46 on and off with the valve 47. According to this method, the total number of membrane cells increases. Therefore, when using the oxygen concentration lower than a certain level, it is effective to mix the oxygen-enriched air with regular air from outside. It is possible to obtain a flow rate of air intake 5
2 and the valve 53 that adjusts it can be placed anywhere as long as it is located downstream of the membrane cell 1, but if it is located between the pump 55 and the membrane cell 1, the pump pressure will be changed, and therefore the oxygen The amount of change in concentration is large. On the other hand, if it is installed after the pump, it simply dilutes the oxygen-enriched air and the amount of change is small. Preferably, a plurality of locations are installed in both of these locations as necessary. The gas that has passed through the conduit 51 reaches the decompression pump 55, but this conduit 54 and the pump discharge side conduit 56
A valve 57 is provided for connecting the two. Like the valve 53, this valve 57 is of a variable flow rate type and can be controlled manually or by a motor. The role of the valve 57 is to act as a bypass to change the degree of pressure reduction on the conduit 49, 51 side, and by opening it,
Gas is circulated from the pump discharge side conduit 56 to the 49, 51 side, and the degree of pressure reduction on the 49, 51 side deteriorates, reducing the oxygen concentration and flow rate of the permeated gas to reach the specified values. It goes without saying that the control of this valve 57 is correlated with factors such as whether or not the auxiliary membrane valve 47 and air intake valve 53 are used, temperature, pressure, and flow rate. The above is a control unit for obtaining a specified flow rate and a specified oxygen concentration necessary for the oxygen-enriched gas for combustion, and for obtaining a constant value in response to fluctuations in external conditions. Note that the auxiliary membrane is not necessary if it is not required depending on the usage conditions. It is also possible to operate all or some of the control valves manually. As already mentioned, in order to control fluctuations due to temperature, a temperature sensor 59 is attached to the membrane cell 1 part, and the temperature is constantly monitored, and when a temperature change occurs, the auxiliary membrane 46 is used and outside air is introduced in the same way as described above. , analyze whether the bypass valve 57 can be opened or closed and achieve the specified value. As mentioned above, in this device, temperature, pressure, permeation flow rate, and oxygen concentration are correlated with each other, and these can be controlled manually, but if you use the automatic centralized control method described later, you can control them in real time. Control is also possible. Since the oxygen-enriched gas thus obtained from the pump exhaust port 58 contains moisture, it is necessary to remove this moisture if necessary. Particularly when atmospheric humidity is high, when water vapor passes through the pump 55 from a reduced pressure state to normal pressure or higher, dew condensation occurs due to the relative temperature difference with the outside temperature. Taking advantage of this fact, water vapor is usually passed through a spiral tube and brought to room temperature to condense and extract the water vapor. However, a problem arises in that the humidity and the amount of dew condensation change depending on the outside temperature. In order to reduce the humidity in the permeated gas as much as possible with this device, we solved the problem using the following method. Ideally, humidity can be reduced by passing permeate gas through a temperature below 0°C, but using such a method increases the cost of equipment and maintenance. Inevitable.
Therefore, in this device, we solved the problem by making it as simple as possible and keeping the temperature below room temperature. In other words, a material that allows water to easily permeate and a material that has good thermal conductivity are brought into close contact with each other and connected to the permeation gas conduit. The principle behind this is that when water vapor in the permeated gas condenses in this conduit, this water is taken out to the outside by osmotic pressure or internal pressure.
When it vaporizes in the atmosphere, it further lowers the temperature due to latent heat, thereby further lowering the temperature and promoting dew condensation. FIG. 6 shows a configuration in which a dehumidifying section and a pulsating flow removing section are provided, and the same parts as in FIG. 5 are given the same reference numerals and explanations are omitted. As shown in the figure, the dehumidifying section 62 described above must be installed immediately after the pump 55. The dehumidified oxygen-enriched gas passes through the dehumidifying section 62 and further heads toward the pulsation removing section 25, and a part of it is fed back via the valve 57. If the water is fed back without passing through the dehumidifying section 62, dew condensation will occur near the valve 57, and at the same time as the flow rate changes, water vapor will further flow back. The oxygen-enriched gas dehumidified as described above may still cause pulsations in its flow. Therefore, this pulsation is prevented by the pulsation removing section 25. Further, this gas passes through a flow rate sensor section 90 and a pressure gauge 91. In addition, the conduit 92 in this section is installed so that it can be automatically depressurized or discharged by a valve 93 when the pressure is abnormal (such as when the conduit to the combustion burner system is stopped) or when the flow rate is too high. This combustion oxygen-enriched gas is sent to conduit 92 and mixed with combustion gas or liquid fuel from conduit 94. In addition, a flow rate sensor 95,
By providing the pressure sensor 96, it is possible to obtain even higher quality oxygen-enriched gas. Figure 7 shows an embodiment in which the overall length of the device is shortened to make it more compact.The membrane cell section 1 is placed on the upper level, the other parts are placed on the lower level, and the gas flow is made into a U-shape. . Each symbol in the figure is shown in Figures 2 and 4.
Each part is the same as that shown in FIG. 5, FIG. 6, and the explanation thereof will be omitted. In this embodiment, the filter 21
Since the nitrogen-enriched gas discharge port and the nitrogen-enriched gas outlet face in the same direction, when discharging a large amount of nitrogen-enriched gas from the wind direction control plate 26, the direction of the wind direction control plate 26 should be widened in the left and right direction. Chemical gas is filter 2
You have to make sure that it doesn't go around to 1. Next, a control method for stably supplying the above-mentioned specified flow rate and oxygen concentration will be described. The control parts for obtaining these are three points: opening and closing of the auxiliary membrane, operation of the atmosphere introduction valve, and the operation of the bypass valve, and any of these operations is a function of the flow rate and oxygen concentration. On the other hand, regarding these operations, the means for knowing the flow rate and oxygen concentration are several points: temperature near the membrane, pressure of permeate gas, and flow rate or pressure at the final outlet. Although these relationships appear to be complicated operations, they can be automatically controlled. That is, the membrane properties used are specific to the membrane material. Therefore, it is possible by knowing the differential pressure (ΔP) of the membrane itself, the permeation amount (J), the oxygen concentration (O 2 ), and the permeation coefficient (P T ) with respect to temperature, and simply performing arithmetic processing. uses a microcomputer to measure at multiple locations on the sensor part, observe fluctuations from the specified value from the results, compare this with the characteristics of the membrane itself, and measure at several locations to obtain the optimal flow rate and concentration. Predict and determine which of the control valves is optimal to change.Specifically, control is performed using the configuration shown in Figure 8.111, 11 in the figure.
2,113 are inputs from each sensor. For example, the line 111 is the pressure sensor 50 in FIG.
After normalizing it with the operational amplifier 114, it passes through the selector 115 and is sent to the processing circuit 11.
6, A/D conversion is performed and calculations and other processing are performed.
A line 112 is the output of the temperature sensor 59 shown in FIG. 5, and after being corrected for the room temperature, it enters the operational amplifier 114 and is applied to the processing circuit 116 via the selector 115. Similarly, line 113 is the output of flow rate sensor 90 in FIG.
The signal is applied to the processing circuit 116 via the selector 115. The data calculated and processed by the processing circuit 116 is compared with the film characteristics stored in the ROM 117, for example, the characteristics shown in FIG. 1b. This data is the basic data for the membrane used. On the other hand, initial values for combustion conditions can be set using the keyboard 16.
Input from step 3. 164 is a display device for the keyboard 163. The specified conditions are determined by comparing the values entered from the keyboard 163 and the film characteristics, and then the control method is determined and displayed. At the same time, an instruction is given to the valve drive motor controller 120 to drive the valve 53. Similarly, the valve 57 is a valve drive controller 121, and the valve 47
is controlled by a valve drive controller 122.
Accuracy increases by repeating this action. The data and correction data at this time are RAM118
is stored in Control is performed using the method described above. In addition, 166 in the figure shows an example of a CPU, and although it differs depending on the type of CPU, in short, various data are compared and calculated with the film characteristics to determine the optimum conditions of the control method. Furthermore, with this method, it is possible to further correct the film properties and proceed with optimization in response to complex changes in external conditions. FIG. 9 shows the above method seen from the software perspective. Next, the electric circuit and safety device circuit of this device will be explained with reference to FIG. In the figure, the solid line is the power supply circuit, and the broken line is the control circuit. First, the voltages from the vacuum pump driving three-phase power supply 131 and the single-phase 100V power supply 132 pass through power supply prevention breakers 133 and 134, respectively, and enter the opening/closing control box 135. Further, each power source is supplied through thermal overcurrent prevention breakers 136 and 137. A 100V power supply 140 is DC converted as necessary in each controller. This power supply includes a CPU 166, a fan 22, and an indicator lamp 15.
4, supplied to the alarm buzzer 150 and the control controller 144 of each valve. The power supply 145
This is a CPU backup power supply and a power supply for the alarm buzzer 146, which is used in the event of an abnormality or power outage of the 100V input power supply 132. Next, regarding the control circuit, data is input through line 147, and when an abnormal value (such as a large deviation from a specified value or an uncontrollable value) is detected, the control circuit drives the opening/closing control box 135 through line 148. It instructs to shut off the power, activate the alarm buzzer 150 via line 149, and control the controller 144 via line 151. 15
Reference numerals 2, 153, 154, and 155 are lamps or LED display devices for displaying various operating states. Since the membrane used in this device is intended for combustion, it is preferable to use a membrane material containing polydimethylsiloxane, which has good permeability, in order to obtain a flow rate of at least 20 min. Generally speaking, the oxygen concentration used for combustion is 39
% or less. The above method makes it possible to vary the oxygen concentration and flow rate, which are the main conditions required for combustion, and the specified concentration and flow rate do not fluctuate due to external conditions such as temperature, and are also stable against humidity. The oxygen-enriched gas is more stable and has no pulsation, and is sufficiently usable for combustion.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図aは酸素濃度と燃料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圧比と
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
説明するためのブロツク図、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
説明するフローチヤート、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……フイルタ
ー、22……フアン、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、2
8……外部導入部、31,45……主膜セル、3
2,46……補助膜セル、34,50……内部圧
力検知部、35……温度検知部、36……除湿
室、37……フイードバツクコントロール、38
……脈動除去室、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。
Figure 1a is a diagram showing the relationship between oxygen concentration and fuel saving rate, Figure 1b is a diagram showing the relationship between the pressure ratio on both sides of the selective gas permeation membrane, oxygen concentration and flow rate, and Figure 1c is a diagram showing the relationship between the selective gas permeation membrane. A diagram showing the relationship between membrane temperature and permeability coefficient, FIG. 2 is a diagram showing the principle configuration of the combustion oxygen-enriched gas supply device according to the present invention, and FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the combustion oxygen-enriched gas supply device according to the present invention. and a block diagram for explaining the operating principle, FIG. 4 is a configuration diagram of the membrane cell used in the present invention, FIG. 5 is an explanatory diagram of the oxygen enriched gas system in the device of the present invention, and FIG. 6 is a diagram of the present invention. FIG. 7 is a diagram showing the overall configuration of the device, FIG. 7 is a configuration diagram showing an embodiment of the device of the present invention, FIG. 8 is an explanatory diagram of the control system of the device of the present invention, and FIG. 9 is an illustration of the operation of the control system of the device of the present invention. The flowchart shown in FIG. 10 is an explanatory diagram of the electric circuit system in the apparatus of the present invention. 1... Selective gas permeable membrane cell, 21... Filter, 22... Fan, 23... Humidity removal section, 2
4, 33, 55...Vacuum pump, 25...Pulsation removal unit, 26...Wind direction control board, 27...Soundproofing material, 2
8... External introduction part, 31, 45... Main membrane cell, 3
2, 46... Auxiliary membrane cell, 34, 50... Internal pressure detection section, 35... Temperature detection section, 36... Dehumidification chamber, 37... Feedback control, 38
...Pulsation removal chamber, 90...Flow rate detector, 91...
Pressure detector, 92... Combustion device, 93... Pressure, flow rate control discharge port.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 選択気体透過膜セルと、前記選択気体透過膜
セルの供給側に空気を供給する手段と、前記選択
気体透過膜セルの透過側に設けられた第1の配管
系と、前記第1の配管系の後段に位置し、前記第
1の配管系を減圧にして選択気体透過膜セルの供
給側と透過側である第1の配管系との間に圧力差
を設ける手段と、前記圧力差を設ける手段の出口
側に設けられ、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第2の配管
系と、前記選択気体透過膜セルの供給側の圧力と
透過側である第1の配管系内の圧力との差を可変
制御する手段とを備え、前記圧力差を可変制御す
る手段が少なくとも第1の配管系に設けられた外
気取り入れ手段及び圧力差を設ける手段を跨いで
第1の配管系と第2の配管系とを接続するフイー
ドバツク用バイパス径路から構成されていること
を特徴とする燃焼用酸素富化気体供給装置。 2 外気取り入れ手段がフイ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。 3 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給装
置。
[Scope of Claims] 1. A selective gas permeable membrane cell, means for supplying air to the supply side of the selective gas permeable membrane cell, and a first piping system provided on the permeation side of the selective gas permeable membrane cell. , means located downstream of the first piping system to reduce the pressure in the first piping system to create a pressure difference between the supply side and the first piping system on the permeation side of the selective gas permeable membrane cell; a second piping system provided on the outlet side of the means for creating a pressure difference and supplying the oxygen-enriched gas that has passed through the selective gas permeable membrane cell to the combustion device; and a supply side of the selective gas permeable membrane cell. means for variably controlling the difference between the pressure in the first piping system and the pressure in the first piping system on the permeation side; 1. A combustion oxygen-enriched gas supply device comprising a feedback bypass path connecting a first piping system and a second piping system across a means for creating a pressure difference. 2. The apparatus for supplying oxygen-enriched gas for combustion according to claim 1, wherein the outside air intake means comprises an outside air intake in which a filter is arranged, and a valve for controlling the intake amount. 3. The oxygen-enriched gas supply device for combustion according to claim 1, wherein the means for creating a pressure difference is a vacuum pump.
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