JPS5854101B2 - 高温加圧気体の高速ジエツト流噴出方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高温加圧気体の高速ジェット流噴出方法に関係
する。

従来、高温度に保たれた白金など白金族金属材料製の壁
で囲まれて形成された開口部、たとえばノズルから高温
加圧気体の高速ジェット流を噴出させることが知られて
いる。

例えば特開昭５２２５１１３および西ドイツ国公開特許
第 ２６３７５３６には、ガラス等の熱軟化性物質の溶融円
柱状流に空気や燃焼廃ガス等の高温加圧気体の旋回ジェ
ット流を作用させて該熱軟化性物質を細く繊維化させる
方法が記載されている。

このような方法においては、良質の繊維を得るためには
、使用される気体の高速ジェット流の持つ運動量を一定
に保つことが必要である。

ところが実際には、旋回ジェット流による繊維化中に白
金族金属材料製の旋回ジェット流噴出ノズルの内壁部分
が次第に消耗しノズル孔径が拡大して、噴出される気体
流量がノズル孔開口面積にほぼ比例して増大し気体の旋
回ジェット流の持つ運動量が増大しすぎて前記繊維化が
安定せず良質な繊維を長期間連続して製造することが困
難であるという欠点を有していた。

本発明は、このような従来方法の欠点を克服し白金族金
属材料製の壁で囲まれて形成された開口部の消耗とそれ
にともなう開口部の開口面積の拡大を防止することによ
り長期間にわたり安定した運動量を持った高温加圧気体
の高速ジェット流を噴出させる方法を提供することを目
的とするものである。

本発明者等は上記の開口部の白金壁の消耗の原因につい
て種々研究した結果、高温度の白金壁の表面からの酸化
白金の蒸発によってこの消耗が生ずること、および白金
壁の表面が空気のような高濃度酸素含有気体の高速気流
により洗われることによって上記白金の酸化蒸発が促進
されて白金壁が消耗することを見出した。

白金族金属例えば白金は空気等の高濃度の酸素含有気体
に触れると常温においてもその表面が酸化され酸化白金
（ＰｔＯ２）の固体薄膜で覆われた形となる。

このような酸化白金薄膜は空気中で５００℃に加熱され
ると膜厚が厚くなり、７５０°Ｃ以上に加熱されるとそ
の表面からの酸化白金の蒸発がはじまる。

酸化白金の蒸気圧は白金のそれの六百万倍もあり、白金
自体の蒸気圧が問題にならないような比較的に低い温度
でも酸化白金の蒸発が重大な意味を持つ場合が起こり得
る。

このように白金は酸化白金という中間体を経て蒸発する
がこれは白金の酸化蒸発と称されてよく知られている。

酸化白金は７５００〜１０００℃でもかなり蒸発するが
、温度が高くなるほどその蒸発速度が大きい。

また７５０℃以上の高温での白金の酸化蒸発速度は雰囲
気中の酸素濃度に比例すると言われている。

このような白金の酸化蒸発現象は他の白金族金属あるい
はその各種合金にも見られ、その蒸発速度はそれら材料
の温度、それら材料に接している雰囲気温度、雰囲気中
の酸素濃度および雰囲気中の白金族金属酸化物の濃度に
依存している。

普通、白金族金属材料を高温で使用する場合、例えば白
金製ルツボを密閉した電気炉で加熱する場合に、白金表
面から酸化白金の蒸発が始っても白金表面には蒸発した
高濃度の気体状の酸化白金が滞留して境膜を形成し、こ
の境膜が蒸発に対する抵抗となってその後の蒸発を抑制
するので実際の白金の酸化蒸発による消耗量は微量であ
り実用上さしつかえるものとはならない。

ところが白金族金属材料を高温で使用する場合にその表
面が空気等の高濃度酸素含有気体の気流に激しく洗われ
るならば、上述のような白金表面に形成された高濃度の
気体状酸化白金境膜がこの気体流により洗い去られるの
で白金表面の気体状酸化白金濃度が低下し白金の酸化蒸
発が促進されることになる。

白金族金属材料製の壁で囲まれた開口部に静圧と動圧の
和が０．５ｋｇ／−以上の高温空気を通気させて高速ジ
ェット流を噴出せしめる場合などは白金表面上の酸化白
金境膜などは常に高速ジェット流に洗い流されて白金が
むき出しとなっており白金の酸化蒸発が極めて大きくな
る。

本発明者等は、このような白金壁の消耗はそこを通過さ
せる気体の酸素含有率を小にすることにより防止するこ
とができることを見出し、本発明に到達したのである。

すなわち、本発明は、高温度たとえば７５０℃以上の温
度に保たれた白金族金属材料製の壁で囲まれて形成され
た開口部たとえば管状またはスリット状ノズルから高温
加圧気体、たとえば７５０℃以上の温度を有し、かつ噴
出させる雰囲気の圧力に比して静圧と動圧との和が開口
部において０、５ ｋｇ／ｉ以上高い圧力を有する気体
、の高速ジェット流を噴出させる方法において、使用す
る前記気体の酸素含有率を０〜２容量％に保つことによ
り前記の壁の消耗による開口部の開口面積の拡大を防止
することを特徴とする高温加圧気体の高速ジェット流を
噴出させる方法である。

ここにおいて白金族金属とは、白金、ロジウム、パラジ
ウム、オスミウム、イリジウム、ルテニウムの白金族六
金属のうちいずれかの金属あるいはこれら白金族六金属
のうち少くとも一種以上をその合計が５０％以上になる
ように含む合金を指している。

本発明において、高温加圧気体の酸素含有率を０〜２容
量％に保つ具体的な方法として例えば次のものもをあげ
ることができる。

（１）エアーコンプレッサーによりカロ圧された空気や
４廃ガス等の高濃度の酸素含有気体に可燃ガスを圧入混
合せしめ、次にこれを白金、パラジウム、酸化バナジウ
ムのような酸化触媒に接触させるなどして燃焼させて気
体中の酸素を消費せしめ、燃焼後の高温加圧気体の酸素
含有量を２容量％以下にせしめる。

なおこの高温加圧気体には各種用途に応じ途中で炭酸ガ
ス、水蒸気、窒素ガス、亜硫酸ガス等を圧入混合せしめ
ることがある。

酸素含有率を低下させるために、１度燃焼した気体中に
可燃ガスを混入して更に燃焼させることが好ましい。

（２）−たん空気や４廃ガス等の高濃度酸素含有気体に
可燃ガスを混合し燃焼せしめて酸素含有量を２容量％以
下としこれを冷却（たとえば１’Ｏ０℃以下に）した上
でエアーコンプレッサー、ジーゼルコンプレッサーやス
チームコンプレッサー等により加圧せしめる。

なお、スチームコンプレッサーを使用する時にはその動
力源である高圧スチームの使用後の圧力が下ったスチー
ムをさらにこの加圧気体に混入して酸素含有率を低下せ
しめることもできる。

そして上記（１）と同様に各種用途に応じ炭酸ガス、水
蒸気、窒素ガス、亜硫酸ガス等を混合せしめることがあ
る。

その他に、酸素混入率がＯ〜２容量％の窒素、水蒸気な
どの白金族金属材料に対し不活性な気体を加熱加圧した
ものも本発明における高温加圧気体として使用すること
ができる。

本発明において用いる高温加圧気体中の酸素濃度は低い
ほど開口部壁の消耗防止に効果的である。

白金族金属材料の酸化蒸発は、気体の酸素含有量が２容
量％以下であれば極めて微量である。

白金族金属材料製の開口部たとえば内径が０．３〜２．
５關の管状ノズルよりこの気体の高速ジェット流を開口
部において雰囲気の圧力よりも０．５ｋｇ／−以上高い
圧力で３力月の長期間の雰囲気への連続噴出を行っても
開口部内壁部の酸化蒸発による消耗は軽微であり、気体
の高速ジェット流の持つ運動量が大きくは変化しないこ
とが確かめられた。

この高温加圧気体中の酸素含有率は好ましくは１容量％
以下であり、更に好ましくは０．５容量％以下である。

前記（１）の方法で酸素含有量を２容量％以下にするた
めには使用する可燃ガス量をかなり多くしなければなら
ないがこの場合燃焼方法にもよるが不完全燃焼を起こし
やすい。

理論燃焼酸素量となるように空気等の酸素含有気体と燃
焼ガスの比率を調節しても一部分は不完全燃焼を起こし
、燃焼後気体中に０．１〜２．０容量％の酸素が残存し
これに相当する量の一酸化炭素、アルデヒド、炭化水素
等を含むことが多い。

このような不完全燃焼の程度は燃焼の仕方にもよるが、
可燃ガスを理論燃焼酸素量相当量以下に加えても不完全
燃焼を起こすことがある。

不完全燃焼したガス中に存在する若干の一酸化炭素、ア
ルデヒド類、炭化水素類は白金族金属材料を消耗せしめ
ることは全くない。

可燃ガスを理論燃焼酸素量相当量以上に加えて十分に燃
焼反応させると、燃焼後の気体中の残存酸素量をほぼゼ
ロ容量％にせしめることができ、この場合でも気体中に
残存する上記還元性ガス成分が白金族金属材料を消耗す
ることは全くない。

可燃ガスを燃焼すると微量の硫黄酸化物や窒素酸化物、
五酸化ヴアナジウムが燃焼ガス中に存在することがある
が、これらのガスも白金族金属材料を消耗せしめること
は全くない。

以上のように可燃ガスの燃焼によって酸素を消費せしめ
る場合は気体の温度が上昇しすぎるので配管の材質上の
制約により気体温度８ｏｏ℃以下に降下させることが好
ましい。

燃焼後のガス中の残存酸素が２容量％以下になるように
可燃ガスを燃焼させると燃焼後のガス温度が１０００’
Ｃを越えるので、１０００Ｃ〜２５０℃の水蒸気等の不
活性ガスを適当量燃焼後のガス中に圧入混合せしめるこ
とにより、燃焼後のガス温度を８００℃以下に低下させ
ることができる。

この際の水蒸気も白金族金属材料を消耗させることはな
い。

気体中の酸素濃度を低下させるための前記不活性ガスと
して炭酸ガスや窒素ガス等の白金族金属材料に対し不活
性なガスを用いることができる。

次に本発明を実施例をあげて説明する。

実施例 １ 直径１．２ミＩＪのノズル孔を内径２．５ ｍｍ、肉厚
４ｍｍ、長さ３００ｍｍの白金ロジウム合金製（９０％
ｐ５１０％Ｒｈ）のマニホールド（分岐管）の側壁に約
５ｎ間隔で５０個あけてマニホールドを１３５０℃に加
熱し、第１表にあげる気体を第１図のような方法にて第
３表に示すように燃焼あるいは混合せしめ、第２表にあ
げるような組成を有し、酸素含有量が０．１６容量％で
、圧力５．０ ｋｇ／ｄ１温度８５０℃の燃焼気体をこ
のマニホールド内に吹き込み５０個のノズルより高速ジ
ェット流として１００日間噴出せしめたところ５０個の
ノズル孔径は全く拡大しておらずノズルの白金ロジウム
製の内壁の消耗が防止できノズル孔から噴出する高温高
圧気体の高速ジェット流の運動量も全く変化しなかった
。

なお第１図の酸化触媒１を通過した直後の燃焼気体の温
度および酸素含有量はそれぞれ５００℃および１５．１
容量％であった。

そしてノズル部における高温加圧気体の有する静圧と動
圧との和は５．０ｋｇ／ａｎｔであり、マニホールドお
よびノズル内での圧力損失は測定できないほど小であっ
た。

次に比較のため、従来方法による例をあげる。

前記実施例で用いたと同じ寸法、材質の孔あきマニホー
ルドを１３５０℃に加熱し、８５０℃に予熱した圧力５
．０ｋｇ／ｍの酸素含有量２０．６容量％の空気をこの
マニホールド内に吹き込み５０個のノズルより７日間噴
出せしめたところ５０個のノズル径は平均で当初１．２
闘であったものが１，７關に拡大し白金ロジウム製の内
壁は６５０■／ａの割合で酸化蒸発により消耗していた
。

そして噴出される高速ジェット流の運動量は噴出開始当
初に比して７日後において約１００％増加していた。

実施例 ２ 温度１５０℃、圧力５ｋｇ／ｃｒｔｔの高温加圧水蒸気
と圧力５ｋｇ／ｃｒＡの常温の空気とを種々の割合で混
合し、それを加圧加熱して圧力が６ｋｇ／ｃｒｔｔで温
度が８００℃の、第４表に示すような酸素含有率を有す
る８種の高温加圧気体を準備する。

実施例１で用いたと同じ寸法、材質の孔あきマニホール
ド８個を１３５０℃に加熱し、その各々の内部に前記各
高温加圧気体を送り込んでノズル孔より７日間にわたっ
て連続的に噴出せしめた。

噴出開始当初のノズル内径（１，２０ｍｍ）と噴出７日
後におけるそれとを比較すると第４表に示す通りであっ
た。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すフローチャーある。 トで

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 高温度に保たれた白金族金属材料製の壁で囲まれて
   形成された開口部から高温加圧気体の高速ジェット流を
   噴出させる方法において、使用する前記気体の酸素含有
   率をＯ〜２容量□に保つことにより前記の壁の消耗によ
   る開口部の開口面積の拡大を防止することを特徴とする
   高温加圧気体の高速ジェット流を噴出させる方法。