JPS6367606B2

JPS6367606B2 -

Info

Publication number: JPS6367606B2
Application number: JP60056796A
Authority: JP
Inventors: Shiro Asakawa; Yoshimasa Ito
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1985-03-20
Filing date: 1985-03-20
Publication date: 1988-12-27
Also published as: JPS60253727A

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。

【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
（P_T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。

【図面の簡単な説明】

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。

Claims

【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。