JP2007314589A

JP2007314589A - 水素とｌｐｇとの混合燃料ガス

Info

Publication number: JP2007314589A
Application number: JP2006142371A
Authority: JP
Inventors: Makoto Sagara; 信相良; Hiroshi Tsujigami; 博司辻上; Makoto Morisawa; 誠森澤; Kunihiko Koike; 国彦小池
Original assignee: Iwatani International Corp
Current assignee: Iwatani Corp
Priority date: 2006-05-23
Filing date: 2006-05-23
Publication date: 2007-12-06

Abstract

【課題】既存の燃焼機器に対して充分に適合することのできるＬＰＧと水素との混合燃料ガスを提供する。
【解決手段】水素ガスとＬＰＧとを混合してなる民生用燃焼機器用の混合燃料ガスであって、ＬＰＧ燃焼機器用として使用する場合の水素ガスの割合を０.１〜３０ vol％とし、都市ガス燃焼機器用として使用する場合には水素ガスの割合を４５〜７０ vol％とした。
【選択図】なし

Description

本発明は、ガス燃焼機器用の燃料ガスに関し、特に水素ガスと液化石油ガス(ＬＰＧ)との混合燃料ガスに関する。

この種の混合燃料ガスとしては、例えば特許文献１、２に示すものが知られている。特許文献１には、クリーンなガスとして期待される水素を液化天然ガス(ＬＮＧ)及び液化石油ガス(ＬＰＧ)と混合して混合燃料ガスとして利用することが記載されている。また、特許文献２には、天然ガスに一定量の水素を混合して都市ガス用燃焼機器と水素利用機器(燃料電池等)に併用するようにした技術が開示されている。
特開平１１−２２８１０１号公報特開２００２−２１３６９５号公報

前記特許文献１に示すものでは、一層クリーンな混合燃料ガスとしての水素ガスの利用可能性を示唆しているが、そのガスを使用する燃焼機器との適合性を示すものではなく、具体性に欠けるという問題があった。また、特許文献２においてはガス事業法によるグループ分けに使用される燃焼速度指数及びウォッベ指数の記述はあるものの、ＬＰＧに対する水素ガスの具体的な混合比率などは記載されておらず、混合ガスとしての具体性に欠けるという問題があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、既存の燃焼機器に対して充分に適合することのできるＬＰＧと水素との混合燃料ガスを提供することを目的としている。

上述の目的を達成するために請求項１に記載の発明は、水素ガスとＬＰＧとを混合してなる混合燃料ガスであって、ＬＰＧ用燃焼機器に適合する混合燃料ガスとして、水素ガスの割合を０.１〜３０ vol％にしたことを特徴とし、請求項２に記載の発明は、都市ガス用燃焼機器に適合する混合燃料ガスとして、水素ガスの割合を４５〜７０ vol％にしたことを特徴としている。

本発明では、ＬＰＧに対する水素ガスの混合割合をＬＰＧ用燃焼機器に適合する混合燃料ガスの場合には、０.１〜３０ vol％、都市ガス(１３Ａ)用燃焼機器に適合する混合燃料ガスの場合には、４５〜７０ vol％としていることから、いずれの燃焼機器に対しても、燃料ガスとして最適な水素ガスとＬＰＧとの混合燃料ガスを提供することができる。

一般に、都市ガス燃焼機器の安定燃焼を確保するために、都市ガスの特性としてガス組成から、発熱量とガスの空気に対する比重との関数として算出されるウォッベ指数および燃焼速度指数を基にグループ分けがなされる。

そして、ＬＰＧに水素ガスを混合していくと、図１に示すようにウォッベ指数は低下し、燃焼速度指数は上昇する。このため、ＬＰＧと水素ガスとの混合燃料ガスをＬＰＧ用燃焼機器で使用した場合には、熱量不足と逆火とが懸念され、ＬＰＧと水素ガスとの混合燃料ガスを高カロリー都市ガス(１３Ａ)用燃焼機器に使用した場合には、不完全燃焼と逆火が懸念される。

そこで、図２に示す実験装置を使用して、目視による火炎の安定性、排ガス測定による不完全燃焼有無の確認、熱効率評価による熱量不足有無の確認、燃焼機器内部温度測定による逆火発生有無の確認を行った。

実験装置は、図２に示すように混合原料ガスとしての水素ガスを貯蔵している水素貯蔵容器(１)から導出した水素ガス供給路(２)を水素ガス用マスフローコントローラ(３)を介して混合器(４)に連通してある。一方、この混合器(４)に混合原料ガスとしてＬＰＧを貯蔵している液化石油ガス貯蔵容器(５)から導出したＬＰＧ供給路(６)がＬＰＧ用マスフローコントローラ(７)を介して連通接続できるようにしてある。

さらに、混合器(４)から導出した混合ガス路(８)にはＬＰＧ用マスフローコントローラ(９)とＬＰＧ用調整器(10)及び温度計(11)、微差圧計(12)が介装してあり、この混合ガス路(８)はＬＰＧ用燃焼機器(13)及び高カロリー都市ガス用燃焼機器(14)に接続され、これらＬＰＧ用燃焼機器(13)及び高カロリー都市ガス用燃焼機器(14)は択一的に使用するようにしてある。

上述の実験装置を使用して、全体を１００％としたときの水素ガスの割合を変化させた場合の目視による火炎の安定性の評価結果は図３に示すとおりであった。図３中「○」は安定に燃焼をしていることを示し、「△」はやや不安定な燃焼、「×」は不安定な燃焼を示している。その結果、ＬＰＧ用燃焼機器にあっては、水素ガスの割合が３０ vol％以下であれば安定した燃焼が得られ、高カロリー都市ガス燃焼機器にあっては、４５〜７５ vol％の範囲であれば安定することがわかった。

また、ＬＰＧへの水素ガスの割合を変化させた場合におけるＪＩＳＳ２１０３「家庭用ガス調理機器」の性能及び試験方法に準拠した方法で理論乾燥燃料ガス中の一酸化炭素濃度を測定した結果は図４及び図５に示す通りであった。図４はＬＰＧ用燃焼機器を使用した場合で、ＬＰＧと水素ガスとの混合比率を１０ vol％、２０ vol％、３０ vol％とした混合ガスと、水素ガスを無添加の場合を示している。図５は高カロリー都市ガス燃焼機器を使用した場合で、水素ガスとの割合を４０ vol％、５０ vol％、６０ vol％、７０vol％とした混合燃料ガスと、高カロリー都市ガス相当ガスとしてのメタンガスを使用した場合を示している。

図４及び図５から、ＬＰＧ用燃焼機器では水素ガスの割合を３０ vol％までとした場合であっても、一酸化炭素濃度は基準値以下であった。また、高カロリー都市ガス燃焼機器を使用した場合には、水素ガスの割合が５０〜７０ vol％で基準値を下回った。

図６及び図７は混合燃料ガスの水素ガスの割合を変えた場合におけるＪＩＳＳ２１０３「家庭用ガス調理機器」の性能及び試験方法に準じた方法で熱効率を測定した結果であり、図６はＬＰＧ用燃焼機器を使用した場合で、水素ガスの割合を１０ vol％、２０ vol％、３０ vol％とした混合燃料ガスと、水素ガスを無添加の場合を示している。図７は高カロリー都市ガス燃焼機器を使用した場合で、水素ガスの割合を４０ vol％、５０ vol％、６０ vol％、７０vol％とした混合燃料ガスと、高カロリー都市ガス相当ガスとしてのメタンガスを使用した場合を示している。

図６及び図７から、ＬＰＧ用燃焼機器では水素ガスの割合を３０ vol％までとした場合であっても熱効率に変化は見られなかった。また、高カロリー都市ガス燃焼機器を使用した場合には、水素ガスの割合が５０〜７０ vol％の範囲での熱効率に差は見られなかった。

図８はＬＰＧ用燃焼機器及び高カロリー都市ガス燃焼機器において混合燃料ガスを３０分間燃焼させたときの燃焼機器内部(混合管)の温度を示す。逆火の場合、混合管の内部において火炎が発生することから、混合管内部温度が高温となるが、図８からわかるように、ＬＰＧ燃焼機器を使用した場合、水素ガスの割合を３０ vol％とした混合燃料ガスを燃焼させた場合と水素を混合しないプロパンガス(ＬＰＧ)を燃焼させた場合とで混合管の内部温度に顕著な差はなかった。また、高カロリー都市ガス燃焼機器を使用した場合でも、都市ガスに相当するメタンガスを燃焼させた場合と水素ガスの割合をそれぞれ５０ vol％、７０vol％とした混合燃料ガスを燃焼させた場合とで混合管の内部温度に顕著な差はなかった。
この結果、検出温度はいずれの場合にも火炎が発生している温度とは考えにくい程度の温度であることから、この範囲の混合燃料ガスではいずれの場合にも逆火は発生していないと考えられる。

以上のことから、ＬＰＧと水素との混合ガスを、既設のＬＰＧ用燃焼機器や高カロリー都市ガス用燃焼機器に使用する混合燃料ガスとする場合、水素ガスの割合をＬＰＧ用燃焼機器の場合には０.１〜３０ vol％、高カロリー都市ガス用燃焼機器の場合には４５から７０ vol％とすることが妥当である。

図９は本発明にかかる混合燃料ガスをＬＰＧ供給地域で供給するシステムの一例を示すもので、一定規模の需要家をまとめた個所にＬＰＧ貯蔵槽(20)と水素ガス貯蔵槽(21)とを設置し、この両ガス貯蔵槽(20)(21)からそれぞれ導出したガス取り出し路(22)(23)にそれぞれ流量調整器(24)(25)を配置し、両ガス取り出し路(22)(23)で供給されるＬＰＧと水素ガスとを予め設定されて所定の一定流量で混合器(26)に供給することにより所定の混合率に混合し、この混合器(26)から導出した混合ガス供給路(27)を流路開閉弁(28)、ガスメータ(29)を介して各需要家(30)に連通接続し、混合器(26)と流路開閉弁(28)との間の混合ガス供給路(27)にバッファタンク(31)を介装している。

ＬＰＧと水素ガスとの混合燃料ガスの水素ガスの割合に対する燃焼速度指数とウォッベ指数との関係を示す図である。燃焼実験装置の一例を示す概略構成図である。ＬＰＧと水素ガスとの混合燃料ガスの水素ガスの割合に対する燃焼状態の目視結果を示す図である。ＬＰＧと水素ガスとの混合燃料ガスをＬＰＧ燃焼機器で燃焼させた場合の燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度を示す図である。ＬＰＧと水素ガスとの混合燃料ガスを高カロリー都市ガス用燃焼機器で燃焼させた場合の燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度を示す図である。ＬＰＧと水素ガスとの混合燃料ガスを高カロリー都市ガス用燃焼機器で燃焼させた場合の熱効率を示す図である。ＬＰＧと水素ガスとの混合燃料ガスをＬＰＧ燃焼機器で燃焼させた場合の熱効率を示す図である。ＬＰＧと水素ガスとの混合燃料ガスをＬＰＧ燃焼機器及び高カロリー都市ガス用燃焼機器で燃焼させた場合の混合管内部温度を示す図である。ＬＰＧ供給地域での混合燃料ガス供給系の一例を示す配管図である。

Claims

水素ガスとＬＰＧとを混合してなる混合燃料ガスであって、ＬＰＧ燃焼機器用として、水素ガスの割合を０.１〜３０ vol％としたことを特徴とする水素ガスとＬＰＧとの混合燃料ガス。
水素ガスとＬＰＧとを混合してなる混合燃料ガスであって、都市ガス燃焼機器用として、水素ガスの割合を４５〜７０ vol％としたことを特徴とする水素ガスとＬＰＧとの混合燃料ガス。