專利名稱：氣體供給裝置及廢氣發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣體供給裝置及廢氣發(fā)電系統(tǒng)，尤其涉及將從熱處理爐排出的廢氣供給到發(fā)電裝置的氣體供給裝置、以及包括該氣體供給裝置的廢氣發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在熱處理爐中，有時使用可燃性的氣體來作為用于加熱被處理物的氣氛。例如，在奧氏體化溫度以上的溫度區(qū)域?qū)τ射摌?gòu)成的被處理物進(jìn)行加熱的滲碳處理、滲碳氮化處理、淬火硬化處理等熱處理中，一般使用以烴類氣體為原料的吸熱型轉(zhuǎn)換氣體(日文吸熱型変成力I)來作為氣氛氣體。通過將該吸熱型轉(zhuǎn)換氣體用作氣氛氣體，能利用布杜阿爾反應(yīng)(日文7''— K 了反佑)來控制被處理物表面的含碳量。一般而言，通過在高溫(例如1050°C左右)且存在Ni催化劑的條件下，將烴類氣體與空氣混合，就可產(chǎn)生吸熱型轉(zhuǎn)換氣體。通常用作原料的烴類氣體是CH4 (甲烷)、C3H8 (丙烷)、C4H1(i (丁烷)、或它們的混合氣體。例如，在使用C3H8作為原料氣體的情況下，能得到CO(一氧化碳)的體積百分比為23. 7%、H2 (氫)的體積百分比為31. 6%、N2 (氮)的體積百分比為44. 6%的吸熱型轉(zhuǎn)換氣體(例如，參照原泰三，熱處理爐的設(shè)計和實(shí)際，改訂第2版，新日本鑄鍛造出版社，2005年，p. 120(原泰三、熱処理爐0設(shè)&実際、改訂第2版、新日本鋳鍛造出版會、2005年、p. 120)(非專利文獻(xiàn)I))。構(gòu)成上述吸熱型轉(zhuǎn)換氣體的CO及H2具有可燃性。而且，在一般的熱處理中，以保持熱處理爐內(nèi)的壓力保持為正壓(表壓為50 200Pa左右)為目的，將比實(shí)際對與被處理物的反應(yīng)作貢獻(xiàn)的量要多得多的量的吸熱型轉(zhuǎn)換氣體供給到熱處理爐內(nèi)。其結(jié)果是，吸熱型轉(zhuǎn)換氣體在其組分沒有較大改變的情況下作為廢氣從熱處理爐排出。此處，如上所述，由于CO及H2是可燃性氣體，因此，若不做任何處理就排出到大氣中，則在高溫下就可能與大氣中的氧混合而發(fā)生爆炸等。此外，由于CO具有毒性，因此，不適合就這樣排出到大氣中。因此，在熱處理爐的排氣口附近設(shè)有燃燒器，通過該燃燒器將吸熱型轉(zhuǎn)換氣體中含有的CO及H2點(diǎn)燃，以將其分別轉(zhuǎn)換為CO2 (二氧化碳)及H2O (水)后排放到大氣中。然而，CO的燃燒熱為283kJ / mol, H2的燃燒熱為286kJ / moL·即，上述這樣從CO及H2轉(zhuǎn)換為CO2及H2O的轉(zhuǎn)換過程中會產(chǎn)生較大的能量。針對這種情況，提出有一種發(fā)電系統(tǒng)，該發(fā)電系統(tǒng)在熱處理爐的排氣口的下游側(cè)設(shè)置氣體壓縮機(jī)和渦輪發(fā)動機(jī)作為發(fā)電裝置，以將廢氣中的可燃性氣體作為燃料加以利用。此外，在這種的發(fā)電系統(tǒng)中，提出有如下結(jié)構(gòu)即使在停止對發(fā)電裝置的驅(qū)動或使它們的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況發(fā)生改變，而使廢氣向發(fā)電裝置的供給速度(單位時間的供給量)下降的情況下，也能使熱處理爐繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)(例如，參照日本專利特開2008 — 57508號公報(專利文獻(xiàn)I))?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :日本專利特開2008 — 57508號公報、
非專利文獻(xiàn)非專利文獻(xiàn)I :原泰三，熱處理爐的設(shè)計和實(shí)際，改訂第2版，新日本鑄鍛造出版社，2005 年，p. 120

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的問題本發(fā)明人為了使上述的將廢氣中的可燃性氣體作為燃料加以利用的廢氣發(fā)電系統(tǒng)實(shí)用化而進(jìn)行了詳細(xì)的研究。其結(jié)果是，發(fā)現(xiàn)若要使廢氣發(fā)電系統(tǒng)實(shí)用化，必須解決以下的技術(shù)問題。S卩，在利用從熱處理爐排出的氣體進(jìn)行發(fā)電時，需要避免該發(fā)電對熱處理爐的運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。如上所述，即使在氣體壓縮機(jī)或渦輪發(fā)動機(jī)的驅(qū)動停止或它們的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況發(fā)生改變，而使廢氣向發(fā)電裝置的供給速度下降的情況下，也能通過采用專利文獻(xiàn)I記載的結(jié)構(gòu)使熱處理爐繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。但是，通過本發(fā)明人的研究，發(fā)現(xiàn)即使在對發(fā)電裝置供給廢氣的供給速度沒有下降的情況下，有時也會出現(xiàn)熱處理爐的運(yùn)轉(zhuǎn)難以繼續(xù)的情況。如上所述，熱處理爐內(nèi)的壓力保持為比大氣壓稍高的壓力。其目的在于避免因氧從外部進(jìn)入存在高溫的可燃性氣體的熱處理爐內(nèi)而發(fā)生爆炸等情況。但是，在因發(fā)電裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況發(fā)生變動而使對發(fā)電裝置供給廢氣的供給速度上升的情況下，熱處理爐內(nèi)有可能會變?yōu)樨?fù)壓。在此情況下，氧有可能從外部進(jìn)入熱處理爐內(nèi)而發(fā)生爆炸等。因此，為了使上述廢氣發(fā)電系統(tǒng)實(shí)用化，必須解決上述技術(shù)問題。因此，本發(fā)明的目的在于提供能抑制熱處理爐內(nèi)的壓力下降的氣體供給裝置及廢氣發(fā)電系統(tǒng)。解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案本發(fā)明的一個方面的氣體供給裝置是將從熱處理爐排出的廢氣供給到發(fā)電裝置的氣體供給裝置。該氣體供給裝置包括第一流路，該第一流路連接熱處理爐和發(fā)電裝置；壓力控制部，該壓力控制部配置在第一流路中，對流過第一流路的廢氣的壓力進(jìn)行控制；以及爐內(nèi)壓力計，該爐內(nèi)壓力計對熱處理爐內(nèi)的壓力進(jìn)行測定。而且，在由爐內(nèi)壓力計測定得到的熱處理爐內(nèi)的壓力低于預(yù)先確定的值時，上述壓力控制部對廢氣的壓力進(jìn)行控制，以使第一流路內(nèi)的廢氣的壓力上升。此外，本發(fā)明的其它方面的氣體供給裝置是將從熱處理爐排出的廢氣供給到發(fā)電裝置的氣體供給裝置。該氣體供給裝置包括第一流路，該第一流路連接熱處理爐和發(fā)電裝置；壓力控制部，該壓力控制部配置在第一流路中，對流過第一流路的廢氣的壓力進(jìn)行控制；以及質(zhì)量流量計，該質(zhì)量流量計配置在第一流路的壓力控制部的上游側(cè)，對流過第一流路的廢氣的質(zhì)量流量進(jìn)行測定。而且，在由質(zhì)量流量計測定得到的廢氣的質(zhì)量流量高于預(yù)先確定的值時，上述壓力控制部對廢氣的壓力進(jìn)行控制，以使第一流路內(nèi)的廢氣的壓力上升。在上述其它方面的氣體供給裝置中，也可以包括對熱處理爐內(nèi)的壓力進(jìn)行測定的爐內(nèi)壓力計。在此情況下，在由爐內(nèi)壓力計測定得到的熱處理爐內(nèi)的壓力低于預(yù)先確定的 值時，壓力控制部對廢氣的壓力進(jìn)行控制，以使第一流路內(nèi)的廢氣的壓力上升。此外，本發(fā)明的又一方面的氣體供給裝置是將從熱處理爐排出的廢氣供給到發(fā)電裝置的氣體供給裝置。該氣 體供給裝置包括第一流路，該第一流路連接熱處理爐和發(fā)電裝置；壓力控制部，該壓力控制部配置在第一流路中，對流過第一流路的廢氣的壓力進(jìn)行控制；以及流路壓力計，該流路壓力計配置于第一流路的壓力控制部的上游側(cè)，對流過第一流路的廢氣的壓力進(jìn)行測定。而且，在由流路壓力計測定得到的第一流路內(nèi)的壓力低于預(yù)先確定的值時，上述壓力控制部對廢氣的壓力進(jìn)行控制，以使第一流路內(nèi)的廢氣的壓力上升。在上述又一方面的氣體供給裝置中，也可以包括質(zhì)量流量計，該質(zhì)量流量計配置在第一流路的壓力控制部的上游側(cè)，并對流過第一流路的廢氣的質(zhì)量流量進(jìn)行測定。在此情況下，在由質(zhì)量流量計測定得到的廢氣的質(zhì)量流量高于預(yù)先確定的值時，上述壓力控制部對廢氣的壓力進(jìn)行控制，以使第一流路內(nèi)的廢氣的壓力上升。在上述又一方面的氣體供給裝置中，也可以包括對熱處理爐內(nèi)的壓力進(jìn)行測定的爐內(nèi)壓力計。在此情況下，在由爐內(nèi)壓力計測定得到的熱處理爐內(nèi)的壓力低于預(yù)先確定的值時，上述壓力控制部對廢氣的壓力進(jìn)行控制，以使第一流路內(nèi)的廢氣的壓力上升。如上所述，在本發(fā)明的氣體供給裝置中，在連接熱處理爐和發(fā)電裝置的第一流路中配置有壓力控制部，且設(shè)置有對熱處理爐內(nèi)的壓力進(jìn)行測定的爐內(nèi)壓力計、對壓力控制部上游側(cè)的廢氣的質(zhì)量流量進(jìn)行測定的質(zhì)量流量計和對壓力控制部上游側(cè)的廢氣的壓力進(jìn)行測定的流路壓力計中的至少一個。而且，在爐內(nèi)壓力計、質(zhì)量流量計及流路壓力計中的至少任意一個的測定值為表示熱處理爐內(nèi)的壓力下降的值時，壓力控制部使第一流路內(nèi)的廢氣的壓力上升，從而使熱處理爐內(nèi)的壓力上升。其結(jié)果是，根據(jù)上述本發(fā)明的氣體供給裝置，即使在例如因發(fā)電裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況而使廢氣的消耗速度上升的情況下，也能抑制熱處理爐內(nèi)的壓力下降。上述氣體供給裝置中，優(yōu)選還包括第二流路，該第二流路從第一流路的壓力控制部的上游側(cè)分叉出，并將廢氣排出到外部；以及連通控制閥，該連通控制閥配置在第二流路中，并控制第二流路與外部的連通和切斷。由此，在發(fā)電裝置對廢氣的消耗速度下降，而使?fàn)t內(nèi)壓力計、質(zhì)量流量計及流路壓力計中的任意一個的測定值為表示熱處理爐內(nèi)的壓力上升的值時，能使連通控制閥處于將第二流路與外部連通的狀態(tài)，來將廢氣從第二流路排出到外部。其結(jié)果是，能抑制氣氛氣體因熱處理爐內(nèi)壓力上升而從熱處理爐漏出。在上述氣體供給裝置中，優(yōu)選還包括燃燒器，該燃燒器配置成與第二流路朝向外部的開口相鄰，并使從該開口排出的廢氣燃燒。由此，能使從第二流路排出的廢氣燃燒，并使具有可燃性和毒性的氣體成分無害化。在上述氣體供給裝置中，優(yōu)選還包括節(jié)流閥，該節(jié)流閥配置在第二流路中，并對流過第二流路的廢氣的壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。由此，能對第二流路內(nèi)的壓力進(jìn)行控制，并將從第二流路排出廢氣時的熱處理爐內(nèi)的壓力調(diào)節(jié)到所希望的范圍內(nèi)。在上述氣體供給裝置中，優(yōu)選還包括止回閥，該止回閥配置在第二流路中，并抑制外部的氣氛從外部經(jīng)由第二流路流入第一流路。由此，即使在第二流路內(nèi)為負(fù)壓的情況下，也能抑制外部的氣氛中所含的氧經(jīng)由第二流路流入熱處理爐內(nèi)。上述氣體供給裝置中，優(yōu)選還包括加壓鼓風(fēng)機(jī)，該加壓鼓風(fēng)機(jī)配置在第一流路的壓力控制部的下游側(cè)，并對廢氣進(jìn)行加壓。由此，能將廢氣以加壓的狀態(tài)供給到發(fā)電裝置，有助于發(fā)電裝置中的廢氣進(jìn)行穩(wěn)定的燃燒。在上述氣體供給裝置中，優(yōu)選還包括儲氣罐，該儲氣罐配置在第一流路的加壓鼓風(fēng)機(jī)的下游側(cè)，并對經(jīng)加壓鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行了加壓的廢氣進(jìn)行保持。由此，能將經(jīng)加壓鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行了加壓的廢氣暫時保持在儲氣罐內(nèi)，并將發(fā)電裝置中所需的量的廢氣從儲氣罐供給到發(fā)電裝置。其結(jié)果是，能在不影響熱處理爐內(nèi)的壓力的情況下，實(shí)現(xiàn)根據(jù)發(fā)電裝置的運(yùn)行狀況的變化來將廢氣供給到發(fā)電裝置。在上述氣體供給裝置中，優(yōu)選還包括供給鼓風(fēng)機(jī)，該供給鼓風(fēng)機(jī)配置在第一流路的上述儲氣罐的下游側(cè)，并將儲氣罐內(nèi)的廢氣加壓后供給到發(fā)電裝置。由此，能將儲氣罐內(nèi)的廢氣以進(jìn)一步加壓的狀態(tài)供給到發(fā)電裝置。其結(jié)果是，能使發(fā)電裝置中的廢氣進(jìn)一步穩(wěn)定地燃燒。本發(fā)明的廢氣發(fā)電系統(tǒng)包括熱處理爐；發(fā)電裝置；以及將從熱處理爐排出的廢氣供給到發(fā)電裝置的氣體供給裝置。而且，該氣體供給裝置是上述本發(fā)明的氣體供給裝置。本發(fā)明的廢氣發(fā)電系統(tǒng)由于包括能抑制熱處理爐內(nèi)的壓力下降的本發(fā)明的氣體供給裝置，因此，能抑制熱處理爐內(nèi)的壓力下降，并能利用廢氣進(jìn)行發(fā)電。發(fā)明效果從以上的說明可知，根據(jù)本發(fā)明的氣體供給裝置及廢氣發(fā)電系統(tǒng)，可提供能抑制熱處理爐內(nèi)的壓力下降的氣體供給裝置及廢氣發(fā)電系統(tǒng)。


圖I是表示廢氣發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的示意圖。圖2是表示實(shí)施方式2中的廢氣發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的示意圖。圖3是表示實(shí)施方式3中的廢氣發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的示意圖。圖4是表示實(shí)驗裝置的結(jié)構(gòu)的示意圖。圖5是表示經(jīng)過時間與熱處理爐內(nèi)的壓力的關(guān)系的圖。圖6是表示經(jīng)過時間與熱處理爐內(nèi)的壓力的關(guān)系的圖。
具體實(shí)施例方式以下，根據(jù)附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。另外，在以下的附圖中，對相同或相當(dāng)?shù)牟糠謽?biāo)注相同的參照編號，不再重復(fù)其說明。(實(shí)施方式I) 首先，參照圖1，對作為本發(fā)明一實(shí)施方式的實(shí)施方式I中的氣體供給裝置、以及包括該氣體供給裝置的廢氣發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行說明。另外，在以下的圖I 圖4中，實(shí)線的箭頭表示廢氣的流動，虛線的箭頭表示控制信號的流動。參照圖1，本實(shí)施方式中的廢氣發(fā)電系統(tǒng)I包括熱處理爐2，該熱處理爐2從氣氛氣體供給源(未圖示)提供吸熱型轉(zhuǎn)換氣體，以對例如由鋼構(gòu)成的被處理物進(jìn)行熱處理；發(fā)電裝置3 ;以及氣體供給裝置4，該氣體供給裝置4將從熱處理爐2排出的含CO及H2的廢氣供給到發(fā)電裝置3。氣體供給裝置4包括連接熱處理爐2和發(fā)電裝置3的第一流路11 ;作為壓力控制部的壓力控制閥21 ;該壓力控制閥21配置在第一流路11中，對流過第一流路11的廢氣的壓力進(jìn)行控制；對熱處理爐2內(nèi)的壓力進(jìn)行測定的爐內(nèi)壓力計51 ;以及質(zhì)量流量計52，該質(zhì)量流量計52配置在第一流路11的壓力控制閥21的上游側(cè)，對流過第一流路11的廢氣的質(zhì)量流量進(jìn)行測定。發(fā)電裝置3包含氣體發(fā)動機(jī)31，該氣體發(fā)動機(jī)31利用廢氣的燃燒使渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，將燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)換為動能；以及發(fā)電機(jī)32，該發(fā)電機(jī)32與氣體發(fā)動機(jī)31相連接，將在氣體發(fā)動機(jī)31中產(chǎn)生的動能轉(zhuǎn)換為電能。第一流路11與氣體發(fā)動機(jī)31相連接。而且，在由爐內(nèi)壓力計51測定得到的熱處理爐2內(nèi)的壓力低于預(yù)先確定的值時，壓力控制閥21通過減少流過壓力控制閥21的廢氣量，或是通過阻止廢氣流過壓力控制閥21，來使第一流路11內(nèi)的廢氣的壓力上升。此外，在由質(zhì)量流量計52測定得到的廢氣的質(zhì)量流量高于預(yù)先確定的值時，壓力控制閥21也同樣使第一流路11內(nèi)的廢氣的壓力上升。通過具有上述結(jié)構(gòu)，即使在例如因發(fā)電裝置3的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況而使廢氣的消耗速度上升的情況下，本實(shí)施方式中的氣體供給裝置4也能抑制熱處理爐2內(nèi)的壓力下降。此外，本實(shí)施方式中的氣體供給裝置4包括加壓鼓風(fēng)機(jī)22，該加壓鼓風(fēng)機(jī)22配置在第一流路11的壓力控制閥21的下游側(cè)，對廢氣進(jìn)行加壓。該加壓鼓風(fēng)機(jī)22在本發(fā)明的氣體供給裝置中并非是必須的，但通過具備該加壓鼓風(fēng)機(jī)22，本實(shí)施方式的氣體供給裝置4就可將廢氣以加壓的狀態(tài)供給到發(fā)電裝置3，從而能有助于發(fā)電裝置3中的廢氣進(jìn)行穩(wěn)定的燃燒。而且，本實(shí)施方式中的氣體供給裝置4包括儲氣罐23，該儲氣罐23配置在第一流路11的加壓鼓風(fēng)機(jī)22的下游側(cè)，對經(jīng)加壓鼓風(fēng)機(jī)22進(jìn)行了加壓的廢氣進(jìn)行保持。該儲氣罐23在本發(fā)明的氣體供給裝置中也并非是必須的，但通過具備該儲氣罐23，本實(shí)施方式的氣體供給裝置4將經(jīng)加壓鼓風(fēng)機(jī)22進(jìn)行了加壓的廢氣暫時保持在儲氣罐23內(nèi)，能將發(fā)電裝置3中所需的量的廢氣從儲氣罐23供給到發(fā)電裝置3。其結(jié)果是，在不影響熱處理爐2內(nèi)的壓力的情況下，能根據(jù)發(fā)電裝置3的運(yùn)行狀況的變化將廢氣供給到發(fā)電裝置3。此外，填充率計25與儲氣罐23相連接，從而能測定廢氣相對于儲氣罐23的規(guī)定容量的填充率。而且，本實(shí)施方式中的氣體供給裝置4包括供給鼓風(fēng)機(jī)24，該供給鼓風(fēng)機(jī)24配置在第一流路11的儲氣罐23的下游側(cè)，對儲氣罐23內(nèi)的廢氣進(jìn)行加壓后將其供給到發(fā)電裝置3。該供給鼓風(fēng)機(jī)24在本發(fā)明的氣體供給裝置中也并非是必須的，但通過具備該供給鼓風(fēng)機(jī)24，本實(shí)施方式的氣體供給裝置4能將儲氣罐23內(nèi)的廢氣以進(jìn)一步加壓的狀態(tài)供給到發(fā)電裝置3，因此，能使發(fā)電裝置3中的廢氣進(jìn)一步穩(wěn)定地燃燒。此外，本實(shí)施方式中的氣體供給裝置4包括第二流路12，該第二流路12從第一流路11的壓力控制閥21的上游側(cè)、且質(zhì)量流量計52的下游側(cè)開始分叉，并將廢氣排出到外部；以及作為連通控制閥的電磁閥42，該電磁閥42配置在第二流路12中，控制第二流路12與外部的連通和切斷。該第二流路12及電磁閥42在本發(fā)明的氣體供給裝置中也并非是必須的，但通過具備該第二流路12及電磁閥42，在發(fā)電裝置3對廢氣的消耗速度下降、而使?fàn)t內(nèi)壓力計51及質(zhì)量流量計52中至少一方的測定值成為表示熱處理爐2內(nèi)壓力上升的值時，本實(shí)施方式的氣體供給裝置4使電磁閥42處于第二流路12與外部連通的狀態(tài)，從而能將廢氣從第二流路12排出到外部。其結(jié)果是，氣體供給裝置4能抑制氣氛氣體因熱處理爐、2內(nèi)的壓力上升而從熱處理爐2漏出。而且，本實(shí)施方式中的氣體供給裝置4包括燃燒器44，該燃燒器44配置成與第二流路12朝向外部的開口 12A相鄰，使從開口 12A排出的廢氣燃燒。該燃燒器44在本發(fā)明的氣體供給裝置中也并非是必須的，但通過具備該燃燒器44，本實(shí)施方式的氣體供給裝置4可使從第二流路12排出的廢氣燃燒，從而可使具有可燃性、毒性的氣體成分即CO及H2無害化。
此外，本實(shí)施方式中的氣體供給裝置4包括節(jié)流閥41，該節(jié)流閥41配置在第二流路12中，并對流過第二流路12的廢氣的壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。該節(jié)流閥41在本發(fā)明的氣體供給裝置中也并非是必須的，但通過具備該節(jié)流閥41，本實(shí)施方式的氣體供給裝置4能控制第二流路12內(nèi)的壓力，并能將從第二流路12排出廢氣時的熱處理爐2內(nèi)的壓力調(diào)節(jié)到所希望的范圍內(nèi)。而且，本實(shí)施方式中的氣體供給裝置4包括止回閥43，該止回閥43配置在第二流路12中，抑制外部的氣氛從外部經(jīng)由第二流路12流入第一流路11。該止回閥43在本發(fā)明的氣體供給裝置中也并非是必須的，但通過具備該止回閥43，即使第二流路12內(nèi)處于負(fù)壓的情況下，本實(shí)施方式的氣體供給裝置4也能抑制外部氣氛中所含的氧經(jīng)由第二流路12流入熱處理爐2內(nèi)。此外，如圖I所示，能在第一流路11中配置用于除去廢氣中所含的碳黑等的過濾器71、用于除去廢氣中所含的水等的霧分離器72。由此，能抑制廢氣中的碳黑、水等流入氣體發(fā)動機(jī)。接下來，以由鋼構(gòu)成的被處理物在吸熱型轉(zhuǎn)換氣體氣氛中被加熱至奧氏體化溫度以上的溫度區(qū)域來進(jìn)行熱處理的情況為例，對實(shí)施方式I中的廢氣發(fā)電系統(tǒng)I的動作進(jìn)行說明。參照圖1，首先，在將被處理物裝入熱處理爐2的狀態(tài)下，在將吸熱型轉(zhuǎn)換氣體從轉(zhuǎn)換爐(日文変成爐)等氣氛氣體供給源(未圖示)供給到熱處理爐2的同時，將被處理物加熱至所希望的溫度來進(jìn)行熱處理。此時，包含作為可燃性氣體的CO氣體及H2氣體的廢氣在冷卻至室溫附近的狀態(tài)下被從熱處理爐排出，例如以IONm3 / h的流量流入第一流路11。此外，熱處理爐2的內(nèi)部維持為正壓(比大氣壓高的壓力)。因此，廢氣壓力也為50 200Pa左右的正壓，例如，為IOOPa (表壓)的正壓。另一方面，在熱處理爐2上設(shè)置有爐內(nèi)壓力計51，對熱處理爐2內(nèi)的壓力進(jìn)行監(jiān)視。從熱處理爐2排出的廢氣與吸熱型轉(zhuǎn)換氣體為基本相同的組成，因此，當(dāng)冷卻至室溫附近時，就會析出碳黑(石墨)。因此，流入第一流路11的廢氣首先流過配置在流入口附近的過濾器71，以除去碳黑。接著，流過過濾器71的廢氣會流過質(zhì)量流量計52。然后，利用質(zhì)量流量計52來對廢氣的質(zhì)量流量進(jìn)行監(jiān)視。流過質(zhì)量流量計52的廢氣流經(jīng)壓力控制閥21及過濾器71后到達(dá)加壓鼓風(fēng)機(jī)22，并被加壓至例如IkPa左右。壓力控制閥21采用能進(jìn)行微壓差控制的壓力控制閥。此外，作為壓力控制閥21，優(yōu)選采用其開閉速度高的壓力控制閥，例如，能采用氣動式的閥。此處，隨著廢氣被加壓鼓風(fēng)機(jī)22加壓，加壓鼓風(fēng)機(jī)22上游側(cè)(熱處理爐2 —側(cè))的廢氣被朝向加壓鼓風(fēng)機(jī)22吸引。此時，若熱處理爐2內(nèi)為負(fù)壓，則氧有可能會從外部流入熱處理爐2內(nèi)。因此，在監(jiān)視爐內(nèi)壓力的爐內(nèi)壓力計的測定值低于預(yù)先確定的值的情況下，或是在監(jiān)視加壓鼓風(fēng)機(jī)22及壓力控制閥21的上游側(cè)的廢氣的質(zhì)量流量的質(zhì)量流量計的測定值高于預(yù)先確定的值的情況下，使壓力控制閥21進(jìn)行動作，以使流過壓力控制閥21的廢氣量減少，或使廢氣不流過壓力控制閥21，從而使第一流路11內(nèi)的廢氣的壓力上升。由此，能避免熱處理爐2內(nèi)處于負(fù)壓。經(jīng)加壓鼓風(fēng)機(jī)22進(jìn)行了加壓的廢氣被儲存在配置于加壓鼓風(fēng)機(jī)22下游側(cè)(發(fā)電裝置3 —側(cè))的儲氣罐23內(nèi)。例如可以采用耐壓為15MPa左右、容量為50L左右的罐作為儲氣罐23。此外，在儲氣罐23上設(shè)有填充率計25，以監(jiān)視填充率。儲存在儲氣罐23內(nèi)的廢氣在配置于下游側(cè)的供給鼓風(fēng)機(jī)24的作用下被進(jìn)一步加壓至例如50kPa左右，然后作為燃料被供給到氣體發(fā)動機(jī)31。此時，廢氣流過霧分離器72及過濾器71后到達(dá)供給鼓風(fēng)機(jī)24，從而除去水和碳黑等。由此，能抑制水和碳黑等進(jìn)入氣體發(fā)動機(jī)31。而且，在氣體發(fā)動機(jī)31中，使用廢氣作為燃料，通過發(fā)電機(jī)32進(jìn)行動作來完成發(fā)電。由此獲得的電能例如能用作熱處理爐2的恒溫保持等的能量。另一方面，在上述發(fā)電過程出現(xiàn)問題等時，進(jìn)行如下所示的安全機(jī)構(gòu)(self-safestructure)進(jìn)行動作。例如，在發(fā)電裝置3對廢氣的消耗速度下降或停止時，在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時處于關(guān)閉狀態(tài)的電磁閥42處于打開狀態(tài)。由此，能利用第二流路12，將第一流路11的質(zhì)量流量計52的下游側(cè)、且壓力控制閥21的上游側(cè)的區(qū)域與外部連通。此時，通過節(jié)流閥41的作用，第二流路12內(nèi)例如處于壓力為IOOPa (表壓)、廢氣流量為IONm3 / h的流量的狀態(tài)。其結(jié)果是，不會受上述發(fā)電過程中產(chǎn)生的問題的影響，維持將廢氣以壓力為IOOPa (表壓)、流量為10Nm3/h從熱處理爐2排出的狀態(tài)。然后，從第二流路12的開口 12A排出的廢氣中的CO及H2被燃燒器44點(diǎn)燃，并在分別轉(zhuǎn)換為CO2及H2O來使其無害化之后，排放到大氣中。上述的廢氣發(fā)電系統(tǒng)I的動作通過例如存儲有以下動作的程序的控制部61進(jìn)行控制。首先，在廢氣發(fā)電系統(tǒng)I起動之前，上述安全機(jī)構(gòu)是正在進(jìn)行動作的狀態(tài)，設(shè)于第二流路12的電磁閥42為打開狀態(tài)，壓力控制閥21為關(guān)閉狀態(tài)。然后，當(dāng)廢氣發(fā)電系統(tǒng)I起動時，通過來自控制部61的控制信號，使加壓鼓風(fēng)機(jī)22進(jìn)行動作，并實(shí)施壓力控制閥21向打開狀態(tài)的變更和電磁閥42向關(guān)閉狀態(tài)的變更。而且，當(dāng)儲氣罐23的填充率例如達(dá)到50%時，供給鼓風(fēng)機(jī)24、氣體發(fā)動機(jī)31及發(fā)電機(jī)32進(jìn)行動作，從而開始發(fā)電。在動作中的廢氣發(fā)電系統(tǒng)I停止時，通過來自控制部61的控制信號，使加壓鼓風(fēng)機(jī)22、供給鼓風(fēng)機(jī)24、氣體發(fā)動機(jī)31及發(fā)電機(jī)32停止。然后，使電磁閥42為打開狀態(tài)，并使壓力控制閥21為關(guān)閉狀態(tài)。另一方面，在廢氣發(fā)電系統(tǒng)I的動作中，例如，當(dāng)質(zhì)量流量計52的指示值成為相對于目標(biāo)值超過±30%的狀態(tài)時，或爐內(nèi)壓力計51的指示值成為相對于目標(biāo)值超過±30%的狀態(tài)時，通過來自接收了該信息的控制部61的控制信號，使加壓鼓風(fēng)機(jī)22、供給鼓風(fēng)機(jī)24、氣體發(fā)動機(jī)31及發(fā)電機(jī)32停止。此外，將電磁閥42變更為打開狀態(tài)，并將壓力控制閥21變更為關(guān)閉狀態(tài)。然后，例如經(jīng)過10分鐘后，對質(zhì)量流量計52的指示值及爐內(nèi)壓力計51的指示值進(jìn)行確認(rèn)。在這些指示值相對于目標(biāo)值沒有落在例如±5%以內(nèi)的情況下，再經(jīng)過10分鐘之后，對質(zhì)量流量計52的指示值及爐內(nèi)壓力計51的指示值進(jìn)行再次確認(rèn)。 另一方面，一旦確認(rèn)這些指示值相對于目標(biāo)值落在例如±5%以內(nèi)，則通過來自接收了該信息的控制部61的控制信號，加壓鼓風(fēng)機(jī)22進(jìn)行動作，將壓力控制閥21變更為打開狀態(tài)，并將電磁閥42變更為關(guān)閉狀態(tài)。而且，利用填充率計25來測定儲氣罐23的填充率，一旦確認(rèn)填充率達(dá)到例如50%，則通過來自接收了該信息的控制部61的控制信號，使供給鼓風(fēng)機(jī)24、氣體發(fā)動機(jī)31及發(fā)電機(jī)32再次開始動作此外，在廢氣發(fā)電系統(tǒng)I的動作中，當(dāng)利用填充率計25測定得到的儲氣罐23的填充率例如小于20%時，則通過來自接收了該信息的控制部61的控制信號，使供給鼓風(fēng)機(jī)24、氣體發(fā)動機(jī)31及發(fā)電機(jī)32停止。之后，一旦確認(rèn)上述填充率達(dá)到例如50%，則通過來自接收了該信息的控制部61的控制信號，使供給鼓風(fēng)機(jī)24、氣體發(fā)動機(jī)31及發(fā)電機(jī)32再次進(jìn)行動作。此外，在廢氣發(fā)電系統(tǒng)I的動作中，當(dāng)利用填充率計25測定得到的儲氣罐23的填充率為例如110%以上時，則通過來自接收了該信息的控制部61的控制信號，使加壓鼓風(fēng)機(jī)22、供給鼓風(fēng)機(jī)24、氣體發(fā)動機(jī)31及發(fā)電機(jī)32停止，將電磁閥42變更為打開狀態(tài)，并將壓力控制閥21變更為關(guān)閉狀態(tài)。此后，一旦確認(rèn)上述填充率例如下降至50%，則通過來自接收了該信息的控制部61的控制信號，將電磁閥42變更為關(guān)閉狀態(tài)，并將壓力控制閥21變更為打開狀態(tài)，且使加壓鼓風(fēng)機(jī)22、供給鼓風(fēng)機(jī)24、氣體發(fā)動機(jī)31及發(fā)電機(jī)32進(jìn)行動作。另外，在上述實(shí)施方式I中，對設(shè)置壓力控制閥21來作為壓力控制部的情況進(jìn)行了說明，但出于減少零部件個數(shù)的觀點(diǎn)，例如，也可以省略壓力控制閥21，且將加壓鼓風(fēng)機(jī)22與能進(jìn)行逆變控制的控制裝置相連接，將加壓鼓風(fēng)機(jī)22用作壓力控制部。此外，在上述實(shí)施方式I中，對同時設(shè)置對熱處理爐2內(nèi)的壓力進(jìn)行監(jiān)視的爐內(nèi)壓力計51和對從熱處理爐2排出的廢氣的質(zhì)量流量進(jìn)行監(jiān)視的質(zhì)量流量計52的情況進(jìn)行了說明，但若僅采用這些儀器中的任一個也能實(shí)現(xiàn)同樣的動作。不過，出于確保更高安全性的觀點(diǎn)，優(yōu)選如上所述兩者都設(shè)置的結(jié)構(gòu)。(實(shí)施方式2)接下來，對作為本發(fā)明的另一實(shí)施方式的實(shí)施方式2進(jìn)行說明。參照圖2，實(shí)施方式2中的廢氣發(fā)電系統(tǒng)I及氣體供給裝置4具有與上述實(shí)施方式I的情況基本相同的結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行同樣的動作，起到同樣的效果。但是，實(shí)施方式2中的廢氣發(fā)電系統(tǒng)I包括多臺(三臺)熱處理爐，相應(yīng)地，氣體供給裝置4的結(jié)構(gòu)也與實(shí)施方式I不同。S卩，實(shí)施方式2中的氣體供給裝置4的第一流路11在其與三臺熱處理爐2的連接部處包括三個流路11A、11B、11C，這三個流路11A、11B、11C分別與一臺熱處理爐2相連接。而且，三個流路11A、1 IBUlC在下游側(cè)進(jìn)行合流而成為一條第一流路11。而且，在第一流路11中，在合流點(diǎn)的下游側(cè)，與實(shí)施方式I的情況相同地設(shè)有質(zhì)量流量計52、壓力控制閥21、以及加壓鼓風(fēng)機(jī)22等。而且，在第一流路11中，在上述合流點(diǎn)的下游側(cè)、且質(zhì)量流量計52的上游側(cè)處配置有對流過第一流路11的廢氣壓力進(jìn)行測定的流路壓力計53。利用該流路壓力計53測定得到的流過第一流路11的廢氣的壓力信息被傳送給控制部61。然后，通過來自基于該信息的控制部61的控制信號，對壓力控制閥21、加壓鼓風(fēng)機(jī)22的動作進(jìn)行控制。即，在由流路壓力計53測定得到的壓力測定值低于規(guī)定的值的情況下，使作為壓力控制部的壓力控制閥21、加壓鼓風(fēng)機(jī)22進(jìn)行動作，以使第一流路11內(nèi)的壓力上升。此外，在第一流路11中，在壓力控制閥21的下游側(cè)、且加壓鼓風(fēng)機(jī)22的上游側(cè)處配置有第二質(zhì)量流量計54。由該第二質(zhì)量流量計54測定得到的質(zhì)量流量的信息也被傳送給控制部61。
另一方面，從第一流路11的三個流路11A、11B、11C各自分叉出第二流路12。在每個第二流路12中，均從上游側(cè)(熱處理爐一側(cè))依次配置有與實(shí)施方式I相同的節(jié)流閥41和電磁閥42。而且，在其下游側(cè)，與三個流路11A、11B、11C相對應(yīng)的三個第二流路12進(jìn)行合流而成為一條第二流路12。在合流點(diǎn)的下游側(cè)配置有與實(shí)施方式I相同的止回閥43。通過具有上述結(jié)構(gòu)，實(shí)施方式2中的氣體供給裝置4能將從多臺(三臺)熱處理爐2排出的廢氣供給到發(fā)電裝置3。(實(shí)施方式3)接下來，對作為本發(fā)明的又一實(shí)施方式的實(shí)施方式3進(jìn)行說明。參照圖3，實(shí)施方式3中的廢氣發(fā)電系統(tǒng)I及氣體供給裝置4具有與上述實(shí)施方式2的情況基本相同的結(jié)構(gòu)。但是，實(shí)施方式3中的氣體供給裝置4與實(shí)施方式2的情況的不同之處在于三個流路11A、1 IBUlC各自配置有質(zhì)量流量計52及壓力控制閥21。這樣，通過包含與三臺熱處理爐2各自相對應(yīng)的作為壓力控制部的壓力控制閥21，實(shí)施方式3中的氣體供給裝置4能獨(dú)立地控制多臺熱處理爐2內(nèi)的壓力。另外，在沒有必要獨(dú)立控制多個熱處理爐2內(nèi)的壓力的情況下，通過采用上述實(shí)施方式2的結(jié)構(gòu)，能減少零部件個數(shù)，實(shí)現(xiàn)氣體供給裝置的低成本化。另外，實(shí)施方式3中的廢氣發(fā)電系統(tǒng)I及氣體供給裝置4與上述實(shí)施方式I及2進(jìn)行同樣的動作，起到相同的效果。此外，也可將上述實(shí)施方式中所說明的爐內(nèi)壓力計51、質(zhì)量流量計52及流路壓力計53中的任一個、或2個以上組合設(shè)置在氣體供給裝置4上。實(shí)施例為了使本發(fā)明的氣體供給裝置發(fā)揮所希望的功能，需要能利用壓力控制部來對熱處理爐內(nèi)的壓力合適地進(jìn)行控制。為此，準(zhǔn)備了具有與本發(fā)明的氣體供給裝置相同結(jié)構(gòu)的實(shí)驗裝置，進(jìn)行了確認(rèn)壓力控制部能對熱處理爐內(nèi)的壓力合適地進(jìn)行控制的實(shí)驗。實(shí)驗步驟如下。首先，參照圖4對實(shí)驗裝置進(jìn)行說明。實(shí)驗裝置100包括取下設(shè)置在排氣口的爐壓調(diào)節(jié)用的節(jié)流閥的熱處理爐102 ;與熱處理爐102的排氣口相連接的作為配管的流路111 ;在流路111中從上游側(cè)(靠近熱處理爐102 —側(cè))依次設(shè)置的過濾器171、流量計152、作為壓力控制部的壓力控制閥121及加壓鼓風(fēng)機(jī)122 ;設(shè)置在熱處理爐102上的爐內(nèi)壓力計151 ;以及接收來自爐內(nèi)壓力計151的信息對壓力控制閥121進(jìn)行控制的控制部161。然后，將氮?dú)?N2)以5、10、15Nm3 / h這三種流量供給到熱處理爐102內(nèi)，且控制成熱處理爐102內(nèi)的壓力每隔3分鐘或每隔6分鐘重復(fù)50Pa的狀態(tài)和150Pa的狀態(tài)，合計進(jìn)行了六個條件下的實(shí)驗(實(shí)驗編號I 6)。熱處理爐102的加熱溫度在任一實(shí)驗條件下均為940°C。然后，將該實(shí)驗進(jìn)行30分鐘，記錄了熱處理爐102內(nèi)的壓力變化。表I示出了具體的實(shí)驗條件。[表 I]
權(quán)利要求
1.ー種氣體供給裝置(4)，所述氣體供給裝置(4)將從熱處理爐(2)排出的廢氣供給到發(fā)電裝置(3)，其特征在于，包括 第一流路(11)，該第一流路(11)連接所述熱處理爐(2 )和所述發(fā)電裝置(3 ); 壓カ控制部(21)，該壓カ控制部(21)配置在所述第一流路(11)中，對流過所述第一流路(11)的所述廢氣的壓カ進(jìn)行控制；以及 爐內(nèi)壓カ計(51)，該爐內(nèi)壓カ計(51)對所述熱處理爐(2)內(nèi)的壓カ進(jìn)行測定， 在由所述爐內(nèi)壓カ計(51)測定得到的所述熱處理爐(2)內(nèi)的壓カ低于預(yù)先確定的值時，所述壓カ控制部(21)對所述廢氣的壓カ進(jìn)行控制，以使所述第一流路(11)內(nèi)的所述廢氣的壓力上升。
2.如權(quán)利要求I所述的氣體供給裝置(4)，其特征在于，還包括 第二流路(12)，該第二流路(12)從所述第一流路(11)的所述壓カ控制部(21)的上游側(cè)分叉出，將所述廢氣排出到外部；以及 連通控制閥(42)，該連通控制閥(42)配置在所述第二流路(12)中，控制所述第二流路(12)與外部的連通和切斷。
3.如權(quán)利要求2所述的氣體供給裝置(4)，其特征在于，還包括燃燒器(44)，該燃燒器(44)配置成與所述第二流路(12)朝向外部的開ロ( 12A)相鄰，并使從所述開ロ( 12A)排出的廢氣燃燒。
4.如權(quán)利要求2所述的氣體供給裝置(4)，其特征在于，還包括節(jié)流閥(41)，該節(jié)流閥(41)配置在所述第二流路(12)中，以對流過所述第二流路(12)的所述廢氣的壓カ進(jìn)行調(diào)節(jié)。
5.如權(quán)利要求2所述的氣體供給裝置(4)，其特征在于，還包括止回閥(43)，該止回閥(43)配置在所述第二流路(12)中，并抑制外部的氣氛從外部經(jīng)由所述第二流路(12)流入所述第一流路(11)。
6.如權(quán)利要求I所述的氣體供給裝置(4)，其特征在于，還包括加壓鼓風(fēng)機(jī)(22)，該加壓鼓風(fēng)機(jī)(22)配置在所述第一流路(11)的所述壓カ控制部(21)的下游側(cè)，并對所述廢氣進(jìn)行加壓。
7.如權(quán)利要求6所述的氣體供給裝置(4)，其特征在于，還包括儲氣罐(23)，該儲氣罐(23)配置在所述第一流路(11)的所述加壓鼓風(fēng)機(jī)(22)的下游側(cè)，并對經(jīng)所述加壓鼓風(fēng)機(jī)(22)進(jìn)行了加壓的所述廢氣進(jìn)行保持。
8.如權(quán)利要求7所述的氣體供給裝置(4)，其特征在于，還包括供給鼓風(fēng)機(jī)(24)，該供給鼓風(fēng)機(jī)(24)配置在所述第一流路(11)的所述儲氣罐(23)的下游側(cè)，并將所述儲氣罐(23)內(nèi)的廢氣加壓后供給到所述發(fā)電裝置(3)。
9.ー種廢氣發(fā)電系統(tǒng)(I)，其特征在于，包括 熱處理爐(2)； 發(fā)電裝置(3);以及 氣體供給裝置(4)，該氣體供給裝置(4)將從所述熱處理爐(2)排出的廢氣供給到所述發(fā)電裝置(3)， 所述氣體供給裝置(4)是權(quán)利要求I所述的氣體供給裝置(4)。
10.ー種氣體供給裝置(4)，所述氣體供給裝置(4)將從熱處理爐(2)排出的廢氣供給到發(fā)電裝置(3)，其特征在于，包括 第一流路(11)，該第一流路(11)連接所述熱處理爐(2 )和所述發(fā)電裝置(3 ); 壓カ控制部(21)，該壓カ控制部(21)配置在所述第一流路(11)中，并對流過所述第一流路(11)的所述廢氣的壓カ進(jìn)行控制；以及 流路壓カ計(53)，該流路壓カ計(53)配置在所述第一流路(11)的所述壓カ控制部(21)的上游側(cè)，并對流過所述第一流路(11)的所述廢氣的壓カ進(jìn)行測定， 在由所述流路壓カ計(53)測定得到的所述第一流路(11)內(nèi)的壓カ低于預(yù)先確定的值時，所述壓カ控制部(21)對所述廢氣的壓カ進(jìn)行控制，以使所述第一流路(11)內(nèi)的所述廢氣的壓力上升。
11.如權(quán)利要求10所述的氣體供給裝置(4)，其特征在于，還包括對所述熱處理爐(2)的壓カ進(jìn)行測定的爐內(nèi)壓カ計(2)， 在由所述爐內(nèi)壓カ計(2)測定得到的所述熱處理爐(2)內(nèi)的壓カ低于預(yù)先確定的值時，所述壓カ控制部(21)對所述廢氣的壓カ進(jìn)行控制，以使所述第一流路(11)內(nèi)的所述廢氣的壓力上升。
12.如權(quán)利要求10所述的氣體供給裝置(4)，其特征在于，還包括加壓鼓風(fēng)機(jī)(22)，該加壓鼓風(fēng)機(jī)(22)配置在所述第一流路(11)的所述壓カ控制部(21)的下游側(cè)，并對所述廢氣進(jìn)行加壓。
13.如權(quán)利要求12所述的氣體供給裝置(4)，其特征在于，還包括儲氣罐(23)，該儲氣罐(23)配置在所述第一流路(11)的所述加壓鼓風(fēng)機(jī)(22)的下游側(cè)，并對經(jīng)所述加壓鼓風(fēng)機(jī)(22)進(jìn)行了加壓的所述廢氣進(jìn)行保持。
14.如權(quán)利要求13所述的氣體供給裝置(4)，其特征在于，還包括供給鼓風(fēng)機(jī)(24)，該供給鼓風(fēng)機(jī)(24)配置在所述第一流路(11)的所述儲氣罐(23)的下游側(cè)，并將所述儲氣罐(23)內(nèi)的廢氣加壓后供給到所述發(fā)電裝置(3)。
15.—種廢氣發(fā)電系統(tǒng)(I),其特征在于,包括 熱處理爐(2)； 發(fā)電裝置(3);以及 氣體供給裝置(4)，該氣體供給裝置(4)將從所述熱處理爐(2)排出的廢氣供給到所述發(fā)電裝置(3)， 所述氣體供給裝置(4)是權(quán)利要求10所述的氣體供給裝置(4)。
全文摘要
一種氣體供給裝置(4)，包括第一流路(11),該第一流路(11)連接熱處理爐(2)和發(fā)電裝置(3)；壓力控制閥(21),該壓力控制閥(21)配置在第一流路(11)中，對流過第一流路(11)的廢氣的壓力進(jìn)行控制；以及爐內(nèi)壓力計(51),該爐內(nèi)壓力計(51)對熱處理爐(2)內(nèi)的壓力進(jìn)行測定。而且，在由爐內(nèi)壓力計(51)測定得到的熱處理爐(2)內(nèi)的壓力低于預(yù)先確定的值時，壓力控制閥(21)對廢氣的壓力進(jìn)行控制，以使第一流路(11)內(nèi)的廢氣的壓力上升。
文檔編號F02C9/16GK102630271SQ20108005401
公開日2012年8月8日 申請日期2010年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月30日
發(fā)明者大木力 申請人:Ntn株式會社