BR112012018803B1

BR112012018803B1 - Aparelho de bomba de vácuo dupla e sistema de purificação de gás

Info

Publication number: BR112012018803B1
Application number: BR112012018803-8A
Authority: BR
Inventors: Kazuo Haruna; Kiyokazu Maruta; Hidenori Kuwata; Koishi Shima
Original assignee: Sumitomo Seika Chemicals Co., Ltd.
Priority date: 2009-12-24
Filing date: 2010-12-22
Publication date: 2021-09-28
Also published as: TWI490411B; TW201139855A; BR112012018803A2; EP2518317A1; EP3502472A1; EP2518317A4; KR101506026B1; ES2731202T3; EP2518317B1; US8715400B2; EP3502472B1; WO2011078207A1; US20120255445A1; KR20120120256A; ES2818976T3

Abstract

aparelho de bomba de vácuo dupla, sistema de purificação de gás fornecido com aparelho de bomba de vácuo dupla, e dispositivo de supressão de vibração de gás de exaustão no aparelho de bomba de vácuo dupla. a presente invenção refere-se a um aparelho de bomba de vácuo dupla (y2) inclui uma bomba de vácuo de deslocamento positivo (40a, 40b) e (linhas 52, 60). cada uma das bombas de vácuo inclui uma porta de sucção (41), uma porta de descarga (42), e um detector de pressão (80) é provido nas proximidades da porta de sucção (41) do aparelho de bomba de vácuo dupla (y2). a linha (52) conecta a porta de descarga (42) da bomba de vácuo (40a) à porta de sucção (41) da bomba de vácuo (40b). a linha (60) tem uma extremidade (e6) e extremidade (e5), que são conectadas à linha de conexão (52) e inclui um tubo amortecedor (z1) e válvula liga-desliga (61) localizada entre o tubo (z1) e a extremidade (e5). um sinal de detecção de pressão a partir do detector de pressão (80) é usado como sinal liga-desliga para a válvula liga-desliga (61).

Description

Campo Técnico

A presente invenção refere-se a um aparelho (aparelho de bomba de vácuo dupla) incluindo um sistema de purificação de gás incorporado. Ademais, a presente invenção também se relaciona a um dispositivo supressor de vibração de gases de exaustão no aparelho de bomba de vácuo dupla.

Antecedentes da Técnica

Bombas de vácuo de deslocamento positivo são usadas em várias aplicações. Por exemplo, um aparelho de bomba de vácuo dupla, incluindo duas bombas de vácuo de deslocamento positivo conectadas em série, pode ser usado para executar adsorção por oscilação de pressão (PAS) como método de purificação de gás. Na PSA, por exemplo, é usada uma torre de adsorção preenchida com adsorvente para adsorver impurezas. Na purificação de gás com PSA usando uma torre de adsorção, por exemplo, o seguinte ciclo, incluindo etapa de adsorção e etapa de regeneração por despressurização, é repetido na torre de adsorção. Na etapa de adsorção, uma fonte de gás, que é um gás misturado, é introduzida na torre de adsorção, cujo interior se encontra em uma pressão relativamente alta, e as impurezas contidas na fonte de gás são adsorvidas pelo adsorvente, enquanto o gás não adsorvido é emitido da torre de adsorção. O gás não adsorvido é um gás enriquecido com o gás alvo, e obtido como gás purificado. Na etapa de regeneração por despressurização, enquanto o interior da torre é despressurizado para uma pressão relativamente baixa, as impurezas são dessorvidas do adsorvente, e o gás dessorvido, contendo as impurezas, é emitido da torre de adsorção. Bombas de vácuo de deslocamento positivo podem ser usadas para despressurizar o interior da torre de adsorção, na etapa de regeneração, por despressurização. Tais bombas de vácuo de deslocamento positi- vo estão descritas, por exemplo, nos Documentos de Patente 1 e 2: Documento de Patente 1: JP H10-296034A Documento de Patente 2: JP 2006-272325A

Como disposto nestas especificações, duas bombas de vácuo de deslocamento positivo (sopradores "blower") são conectadas quer paralelas ou em série com a torre de adsorção, de acordo com variações de carga (pressão na torre de adsorção). Por esta razão, é necessário realizar um controle de chaveamento entre conexão paralela e conexão série, sendo que o ajuste do tempo de chaveamento, não é fácil. Ademais, estas publicações, não provêem nenhuma informação com respeito ao tipo de controle necessário para minimizar o consumo de energia total das bombas de vácuo em sua operação. Ademais, embora ocorram vibrações de fluxo causadas pela pulsação do gás de exaustão das bombas de vácuo de deslocamento positivo, estas publicações também não trazem nenhuma informação com respeito a evitar o efeito adverso das vibrações sobre a válvula liga-desliga, disposta a jusante das bombas.

Descrição da Invenção

Por conseguinte, trata-se de objetivo da presente invenção prover um aparelho de bomba de vácuo dupla, que minimize o requisito de e- nergia das duas bombas de vácuo.

Outro objetivo da presente invenção é prover um sistema de purificação de gás, incluindo um aparelho de bomba de vácuo dupla, que minimize os requisitos de energia, como descrito acima.

Um objetivo adicional da presente invenção é prover um dispositivo supressor de vibração de gás de exaustão no aparelho de bomba de vácuo dupla.

De acordo com um primeiro aspecto da presente invenção, é provido um aparelho de bomba de vácuo dupla. O aparelho de bomba de vácuo dupla inclui uma primeira bomba de vácuo do tipo deslocamento positivo, incluindo uma porta de sucção e uma porta de descarga; uma segunda bomba de vácuo incluindo uma porta de sucção e uma porta de descarga, e tendo uma capacidade de descarga menor que a capacidade de descarga da primeira bomba de vácuo; uma linha de conexão conectando a porta de descarga da primeira bomba de vácuo com a porta de sucção da segunda bomba de vácuo; uma linha de derivação tendo uma primeira extremidade conectada à linha de conexão e uma segunda extremidade para emitir o gás; e uma válvula liga-desliga disposta entre a primeira extremidade e a segunda extremidade da linha de derivação. A válvula liga-desliga sendo configurada para ser chaveada de um estado aberto para um estado fechado, quando a quantidade de descarga da porta de descarga da primeira bomba de vácuo diminui igualando a capacidade de descarga da segunda bomba de vácuo.

Quando se utiliza o aparelho de bomba de vácuo dupla de acordo com o primeiro aspecto da presente invenção, a porta de sucção da primeira bomba de vácuo é ligada a um recipiente (recipiente a ser pressurizado), cujo interior precisa ser despressurizado para uma pré-determinada pressão, abaixo da pressão atmosférica, por exemplo, através de uma pré- determinada linha. Exemplos de um recipiente a ser despressurizado incluem uma torre de adsorção para realizar PSA e uma câmara de vácuo de um aparelho para fabricação de semicondutores. Ademais, durante operação da presente bomba de vácuo, a primeira bomba de vácuo e a segunda bomba de vácuo, conectadas em série através de uma linha de conexão, são operadas. A quantidade de descarga a partir da primeira bomba de vácuo, ou de sua porta de descarga, que excede a quantidade de descarga da segunda bomba de vácuo, é o excesso de gás para a segunda bomba de vácuo. Se esta quantidade de gás for diretamente alimentada para a segunda bomba de vácuo, a segunda bomba de vácuo fica sobrecarregada, resultando em um aumento no consumo global de energia do aparelho de bomba de vácuo dupla. Por conseguinte, de acordo com o primeiro aspecto da presente invenção, a válvula liga-desliga é colocada no estado aberto, quando a quantidade de descarga a partir da primeira bomba de vácuo excede a capacidade de descarga da segunda bomba de vácuo (isto é, quando há um excesso de gás), assim controlando o fluxo de gás no presente aparelho, para fazer o excesso de gás fluir para a linha de derivação a partir da linha de conexão.

Quando a quantidade de descarga a partir da primeira bomba de vácuo não excede a quantidade de descarga da segunda bomba de vácuo (quando não há um excesso de gás), a válvula liga-desliga da linha de derivação é colocada no estado fechado, colocando as duas válvulas de vácuo em um estado completamente serial. Em consequência, a segunda bomba de vácuo não é sobrecarregada, e, por conseguinte, é possível suprimir o consumo de e- nergia. No estado em que um excesso de gás é gerado, o excesso de gás flui para a linha de derivação a partir da linha de conexão, então passa pela válvula liga-desliga na linha de derivação e, em seguida, e sendo emitido pela segunda extremidade. A segunda extremidade da linha de derivação é indiretamente conectada a um silenciador, por exemplo, através de uma tubulação, que se estende da porta de descarga, através da segunda bomba de vácuo. Por outro lado, em um estado em que o excesso de gás não é gerado, a primeira bomba de vácuo e a segunda bomba de vácuo NO estado completamente serial despressurizam, de modo cooperativo, o interior do recipiente a ser despressurizado, e uma pré-determinada quantidade de gás é emitida a partir da segunda bomba de vácuo. Neste instante, a válvula liga- desliga se encontra no estado fechado, e, por conseguinte, nenhum gás passa pela linha de derivação.

Preferivelmente, o aparelho de bomba de vácuo dupla adicionalmente inclui um detector de pressão, que detecta a pressão nas proximidades da porta de sucção da primeira bomba de vácuo, e a válvula liga- desliga é configurada para passar do estado aberto para o estado fechado, quando o detector de pressão detecta que a quantidade de descarga provinda da porta de descarga da primeira bomba de vácuo diminui para um valor de pressão, que indica que a quantidade de descarga da primeira bomba de vácuo igualou a capacidade de descarga da segunda bomba de vácuo. Alternativamente, a válvula liga-desliga pode ser configurada para passar do estado aberto para o estado fechado, quando o detector de pressão detecta um valor de pressão, que indica que a pressão na linha de conexão diminuiu para pressão atmosférica.

As características do aparelho de bomba de vácuo dupla, de acordo com o primeiro aspecto da presente invenção, em razão de a quantidade de descarga aparente (quantidade de descarga não convertida em condições normais) e o requisito de energia se alterarem, de acordo com a pressão da porta de sucção da primeira bomba de vácuo, são previstas de antemão, na forma de gráfico de características, como mostrado na figura 8. Este gráfico de características sugere um ponto ótimo, onde apenas a primeira bomba de vácuo atua, e o excesso de gás para a segunda bomba de vácuo é emitido para fora a partir da linha de conexão, através da válvula liga-desliga da linha de derivação, e indica que a pressão da porta de sucção diminuiu para -42 kPaG, por exemplo, e, ao mesmo tempo, a pressão na linha de conexão baixa para a pressão atmosférica, através do que, o excesso de gás para a segunda bomba de vácuo fica igual a zero, e um requisito de energia mínimo e ótimo é provido para o aparelho de bomba de vácuo dupla, e assim as primeira e segunda bombas de vácuo podem descarregar o gás de exaustão, de maneira serial e cooperativa.

Os inventores da presente invenção descobriram que, quando a pressão na linha de conexão entre a primeira bomba de vácuo e a segunda bomba de vácuo iguala a pressão atmosférica, a correspondente pressão na porta de sucção da primeira bomba de vácuo não varia com a temperatura do gás. Especificamente, inventores da presente invenção descobriram que, mesmo se a temperatura do gás tiver se alterado, por exemplo, e daí a quantidade de adsorção também ter se alterado, por exemplo, quando a pressão na porta de sucção for -42 kPag, a pressão na linha de conexão será a pressão atmosférica, e não muda com a temperatura do gás. Como para uma pressão de 42 kPag, o ponto de curva do requisito de energia se desloca na direção de -42 kPag ou menos, quando a quantidade de descarga da primeira bomba de vácuo for aumentada em uma combinação da primeira bomba de vácuo e segunda bomba de vácuo, e se desloca na direção de -42 kPag ou mais, quando a quantidade de descarga da segunda bomba de vácuo for aumentada. Ademais, com respeito ao efeito da temperatura do gás, a quantidade de gás adsorvida no adsorvente diminui no verão, quando a temperatura do gás aumenta, (isto é, em 40°C) e a pressão no lado da porta de sucção, durante o processo de regeneração por despressurização, diminui e muda, como mostrado na curva de baixo na figura 7. Por outro lado, durante o inverno, quando a temperatura do gás diminui (chegando a 20°C), a quantidade de gás adsorvida no adsorvente aumenta, de 5 modo que a pressão no lado da porta de sucção, durante a regeneração por despressurização, aumenta e muda, como mostrado na curva de cima na figura 7. No entanto, no caso onde o aparelho de bomba de vácuo usa uma bomba de lóbulo, tipo deslocamento positivo, a quantidade de descarga aparente não muda, porque não é afetada pela mudança de capacidade de ad- 10 sorção de gás, que resulta da mudança de temperatura de gás, por causa de variações sazonais.

Em uma configuração preferida da presente invenção, a válvula liga-desliga é configurada para ser chaveada do estado aberto para o estado fechado, quando o detector de pressão detecta um valor de pressão, que 15 indica que a quantidade de descarga da porta de descarga da primeira bomba de vácuo iguala a quantidade de descarga da segunda bomba de vácuo. Esta configuração ajuda a operar o eficientemente o aparelho de bomba de vácuo dupla. Se a válvula liga-desliga fechar antes de a pressão na linha de conexão diminuir para a pressão atmosférica, o requisito de energia da se- 20 gunda bomba de vácuo aumenta, como mostrado na figura 14. Se a válvula liga-desliga se mantém no estado aberto, no qual a pressão acima descrita foi reduzida para pressão atmosférica ou menos, o requisito de energia da primeira bomba de vácuo aumenta, como mostrado na figura 15. Por conseguinte, é possível determinar um tempo de chaveamento preciso, prevendo 25 o ponto em que a pressão na linha de conexão baixa para a pressão atmosférica, detectando o valor de pressão no lado da porta de sucção da primeira bomba de vácuo com o detector, e fechando a válvula liga-desliga da linha de derivação, usando o sinal resultante.

Preferivelmente, cada uma das primeira e segunda bombas de 30 vácuo é uma bomba de lóbulo, incluindo uma carcaça e um rotor dentro da carcaça. O rotor da primeira bomba de vácuo e o rotor da segunda bomba de vácuo são configurados para serem movidos rotacionalmente em conjun- to por um único motor. Esta configuração é adequada para reduzir os requisitos de energia do presente aparelho de bomba de vácuo dupla.

Preferivelmente, a linha de derivação inclui um tubo amortecedor disposto entre a primeira extremidade e o tubo da válvula liga-desliga, para suprimir a vibração do fluxo de gás que flui para a linha de derivação.

Preferivelmente, o tubo amortecedor é configurado de modo que, quando a válvula liga-desliga se encontra no estado aberto, um tempo de permanência mínimo no tubo amortecedor do gás que passa por ele é 0,15 segundo ou mais, quando a quantidade de descarga da válvula de descarga da primeira bomba de vácuo excede a capacidade de descarga da segunda bomba de vácuo.

Preferivelmente, o tubo amortecedor inclui uma porção restritora que estreita localmente a trajetória do fluxo do gás, que passa através de seu interior, e qual porção restritora tem uma razão de abertura de 20% a 46%.

Preferivelmente, o tubo amortecedor inclui uma pluralidade de porções restritoras, para localmente estreitar a trajetória do fluxo do gás que passa através de seu interior, e a pluralidade de porções restritoras inclui uma primeira porção restritora, localizada mais a montante na trajetória de fluxo e uma segunda porção restritora localizada mais a jusante.

Preferivelmente, a porção restritora é uma placa de orifício tendo uma abertura ou placa abafadora.

Preferivelmente, a porção restritora é uma placa de orifício tendo uma abertura, e uma porção de borda da abertura nivelada com a superfície da parede interna do tubo amortecedor.

Preferivelmente, o tubo amortecedor é configurado de modo que no caso em que a válvula liga-desliga se encontra no estado aberto, a velocidade máxima do fluxo de gás no tubo amortecedor é 6 a 12 m/seg, quando a quantidade de gás descarregada da porta de descarga da primeira bomba de vácuo excede a capacidade de sucção da segunda bomba de vácuo.

De acordo com uma configuração preferida, o tubo amortecedor inclui uma primeira parede de extremidade no lado da primeira extremidade na linha de derivação, uma segunda parede de extremidade no lado da segunda extremidade, e uma parede circundante que se estende entre as primeira e segunda paredes de extremidade. A linha de derivação inclui uma porção de tubo de conexão conectada ao tubo amortecedor, em um local da parede circundante no lado da primeira parede de extremidade, para introduzir gás no tubo amortecedor, e conectar a porção de tubo, que se estende na direção que intersecta a direção estendida da parede circundante.

De acordo com outra configuração preferida, o tubo amortecedor inclui uma primeira parede de extremidade no lado da primeira extremidade na linha de derivação e uma segunda parede de extremidade no lado da segunda extremidade, e uma parede circundante, que se estende entre as primeira e segunda paredes de extremidade. A linha de derivação inclui uma porção de tubo de conexão conectada ao tubo amortecedor na primeira parede de extremidade para introduzir gás no tubo amortecedor, e uma porção de tubo de conexão tendo uma estrutura curvada para curvar o fluxo do gás imediatamente antes de o gás ser introduzido no tubo amortecedor.

De acordo com um segundo aspecto da presente invenção, é provido um sistema de purificação de gás. O sistema de purificação de gás inclui uma torre de adsorção, cujo interior é preenchido com um adsorvente, para purificar o gás usando adsorção por oscilação de pressão (PSA), e um aparelho de bomba de vácuo dupla, de acordo com o primeiro aspecto da presente invenção, para despressurizar o interior da torre de adsorção.

De acordo com um terceiro aspecto da presente invenção, é provido um dispositivo supressor de vibração de gás de exaustão incluindo uma primeira bomba de vácuo de tipo deslocamento positivo incluindo uma porta de sucção e uma porta de descarga; uma segunda bomba de vácuo incluindo uma porta de sucção e uma porta de descarga, a segunda bomba de vácuo tendo uma capacidade de descarga menor que a capacidade de descarga da primeira bomba de vácuo; uma linha de conexão conectando a porta de descarga da primeira bomba de vácuo com a porta de sucção da segunda bomba de vácuo; uma linha de derivação, tendo uma primeira extremidade conectada à linha de conexão, e uma segunda extremidade para emitir o gás; e uma válvula liga-desliga disposta entre as primeira e segunda extremidades da linha de derivação. No dispositivo supressor de vibração de gás de exaustão, é provido um tubo amortecedor para suprimir a vibração do fluxo de gás, que flui para a linha de derivação, entre a primeira extremidade e a válvula liga-desliga.

Breve Descrição dos Desenhos

A figura 1 é um diagrama mostrando uma configuração esquemática de um sistema de purificação de gás, de acordo com uma configuração da presente invenção;

A figura 2 é uma vista em seção transversal de uma bomba de lóbulo tomada ao longo da linha ll-ll na figura 1;

A figura 3 é uma vista de seção transversal parcial ampliada mostrando um tubo amortecedor e proximidades do mesmo, como na figura 1;

A figura 4 é uma vista de seção transversal tomada ao longo das setas IV-IV na figura 3;

A figura 5 é um diagrama mostrando uma configuração esquemática de uma modificação no sistema de purificação de gás da figura 1;

A figura 6 é uma tabela de processo mostrando um ciclo (Etapas 1 a 4) em um método de purificação de gás, que pode ser realizado com o sistema de purificação de gás mostrado na figura 1;

A figura 7 é um gráfico mostrando a relação entre o tempo de regeneração por despressurização e a pressão da porta de sucção, quando muda a temperatura do gás;

A figura 8 é um gráfico mostrando a relação da pressão de porta de sucção com respeito à quantidade de descarga aparente e requisito de energia ótimo do aparelho de bomba de vácuo dupla;

A figura 9 é um diagrama mostrando uma modificação da válvula liga-desliga de uma linha de derivação.

A figura 10 é uma vista esquemática de seção transversal parcial de uma primeira modificação do tubo amortecedor e proximidades do mesmo;

A figura 11 é uma vista esquemática de seção transversal parcial de uma segunda modificação do tubo amortecedor e proximidades do mesmo;

A figura 12 é uma vista de seção transversal tomada ao longo das setas XII-XII na figura 11;

A figura 13 é uma vista esquemática de seção transversal parcial de uma terceira modificação do tubo amortecedor e proximidades do mesmo;

A figura 14 é um gráfico mostrando a relação da pressão da porta de sucção do aparelho de bomba de vácuo dupla com respeito à quantidade de descarga aparente e requisito de energia, quando a válvula liga- desliga da linha de derivação é fechada prematuramente;

A figura 15 é um gráfico mostrando a relação da pressão de porta de sucção do aparelho de bomba de vácuo dupla com respeito à quantidade de descarga aparente e requisito de energia, quando a válvula liga- desliga da linha de derivação é fechada tardiamente;

A figura 16 é uma tabela sumarizando os resultados da medição para os Exemplos 3 a 16;

A figura 17 é um diagrama mostrando uma configuração esquemática do sistema de purificação de gás, de acordo com o Exemplo Comparativo 3;

A figura 18 é um gráfico mostrando os resultados da medição para os Exemplos 3 a 16 e Exemplo Comparativo 3;

A figura 19 é uma tabela sumarizando os resultados da medição para os Exemplos 17 a 22; e

A figura 20 é um gráfico mostrando os resultados da medição para os Exemplos 17 a 22.

Descrição das Modalidades

A figura 1 mostra uma configuração esquemática de um sistema de purificação de gás X1, de acordo com uma configuração da presente invenção. O sistema de purificação X1 inclui um aparelho PSA Y1, um aparelho de bomba de vácuo dupla Y2, e silenciador Y3.

O aparelho PSA Y1 inclui torres de adsorção 10A e 10B, um so- prador fonte 21, tanque 22, e tubos 31 a 34, e é configurado para remover impurezas por adsorção, a partir de uma fonte de gás, que é um gás misturado, usando adsorção por oscilação de pressão (PSA), através do que concentra e separa o componente de gás alvo, que, nesta configuração, é o gás oxigênio contido no ar. Neste caso, o nitrogênio é a impureza mais importante.

Cada uma das torres de adsorção 10A, 10B inclui aberturas de passagem de gás 11 e 12, dispostas em extremidades opostas, sendo que o espaço existente entre as aberturas de passagem de gás 11, 12, é preenchido com adsorvente, para seletivamente adsorver as impurezas no gás fonte. Nesta configuração, é usado como adsorvente um adsorvente baseado em zeolita, para seletivamente adsorver nitrogênio (a impureza mais importante, neste caso). No caso de usar um filtro de carbono molecular como adsorvente, é possível adsorver o gás hidrogênio contido no ar como impureza, e recuperar o nitrogênio como componente de gás alvo. Ademais, também pode ser possível recuperar dióxido de carbono, monóxido de carbono, hidrogênio, metano, etc. como componentes de gás alvo, selecionado a combinação da composição do gás fonte e adsorvente.

Nesta concretização, o soprador fonte 21 é um soprador de ar usado para suprir ou alimentar às torres de adsorção 10A e 10B o ar succio- nado como fonte de gás. O tanque 22 é usado para temporariamente armazenar o gás purificado (nesta configuração, oxigênio).

A tubulação 31 inclui uma trajetória principal 31’ e trajetórias ramificadas 31A e 31B. A trajetória principal 3T tem uma extremidade E1 que é conectada a uma porta de alimentação de gás do soprador fonte 21. As trajetórias ramificadas 31A e 31B são conectadas às aberturas de passagem de gás 11 das torres de adsorção 10A e 10B, respectivamente. Ademais, as trajetórias de ramificadas 31A e 31B são providas com válvulas automáticas 31a, 31b, que podem ser chaveadas entre o estado aberto e o estado fechado.

A tubulação 32 inclui uma trajetória principal 32’ e trajetórias ra- mificadas 32A e 32B. A trajetória principal 33’ tem uma extremidade E2 que é conectada ao tanque 22. As trajetórias ramificadas 32A, 32B são conectadas ao lado da abertura de passagem do gás 12 das torres de adsorção 10A e 10B respectivamente. Ademais, as trajetórias ramificadas 32A, 32B são providas com válvulas automáticas 32a e 32b, que podem ser chaveada entre o estado aberto e o estado fechado.

A tubulação 33 inclui uma trajetória principal 33’ e trajetórias ramificadas 33A e 33B. A trajetória principal 33’ tem uma extremidade E3, que é conectada ao aparelho de bomba de vácuo dupla Y2. As trajetórias ramificadas 33A e 33B são conectadas no lado da abertura de passagem de gás 11 das torres de adsorção 10A, 10B, respectivamente. Ademais, as trajetórias ramificadas 33A e 33B são providas com válvulas automáticas 33A e 33B, que podem ser chaveadas entre o estado aberto e o estado fechado. Um detector de pressão 80 é instalado nas proximidades da extremidade E3 da trajetória principal 33’, e o detector de pressão 80 detecta constantemente a pressão na porta de sucção 41 da bomba de vácuo 40A. Monitorando o valor de pressão (valor de pressão de entrada) detectado pelo detector de pressão 80, o valor de pressão (valor de pressão de saída) na linha de conexão 52, que conecta a porta de descarga 42 da bomba de vácuo 40A, é determinada indiretamente, e um sinal é enviado, quando o valor da pressão de entrada alcança um pré-determinado limite (valor de pressão ajustado), para abrir ou fechar a válvula liga-desliga 61. O limite pré-determinado do valor de pressão de entrada é ajustado, por exemplo, para um valor no qual o valor de pressão de saída acima descrito (pressão na linha de conexão 52) iguala a pressão atmosférica.

A tubulação 34 é provida para ligar as trajetórias ramificadas 32A, 32B da tubulação 32. Especificamente, a tubulação 34 é conectada à trajetória ramificada 32A e torre de adsorção 10A, e também à trajetória ramificada 32B, entre a válvula automática 32b e a torre de adsorção 10B. Também, a tubulação 34 é provida com uma válvula automática 34, que pode ser chaveada entre o estado aberto e o estado fechado.

O aparelho de bomba de vácuo dupla Y2 inclui duas bombas de vácuo 40A, 40B, um motor 51, uma linha de conexão 52, uma tubulação 53, uma linha de derivação 60, e é configurado para despressurizar o interior das torres de adsorção 10A, 10B do aparelho PSA Y1, acima descrito, com a operação das bombas de vácuo 40A e 40B.

A bomba de vácuo 40A é uma bomba de vácuo tipo deslocamento positivo, (uma bomba de lóbulo, nesta configuração). A bomba de vácuo 40B também é uma bomba de lóbulo, nesta configuração. A capacidade de descarga (quantidade máxima de gás descarregada per unidade de tempo - o mesmo que capacidade de sucção) da bomba de vácuo 40A é menor que da bomba de vácuo 40A. Cada uma das bombas de vácuo 40A, 40B tem uma porta de sucção 41 e porta de descarga 42. A extremidade E3 da tubu-lação 33 no aparelho PSA Y1, acima descrito, é conectada à porta de sucção 41 da bomba de vácuo 40A.

A bomba de lóbulo inclui, por exemplo, como na figura 2, uma carcaça 40a e dois rotores 40b, tendo, por exemplo, a forma de casulo, dentro do envoltório 40A. Os dois rotores 40b são configurados para girar sin- cronamente em direções opostas. No instante de acionar a bomba de lóbulo, o gás que entrou na carcaça 40A provindo da porta de sucção 40b é preso no espaço entre a carcaça 40a e o rotor 40b, e descarregado para o lado da porta de descarga 42 pela rotação dos rotores 40b. Ademais, nesta configuração, é provida a selagem dos meios de alimentação de água de selagem (não mostrados) para suprir a chamada água de selagem nas respectivas carcaças 40a das bombas de vácuo 40A, 40B no aparelho de bomba de vácuo dupla Y2. Com a água de selagem é possível obter um elevado grau de selagem para o ar no espaço formado entre a carcaça 40a e o rotor 40b.

O motor 51 é usado para operar as bombas de vácuo 40A, 40B. O aparelho de bomba de vácuo dupla Y2 é configurado de modo que os rotores das bombas de vácuo 40A, 40B sejam girados em conjunto por um motor 51. Especificamente, é provido um intertravamento mecânico entre o motor 51 e as bombas de vácuo 40A, 40B, através do componente eixo, componentes engrenagem, etc., de modo que os rotores das bombas de vácuo 40A, 40B girem em conjunto movidos por um único motor 51.

A linha de conexão 52 conecta a porta de descarga 42 da bomba de vácuo 40A à porta de sucção 41 da bomba de vácuo 40B. A tubulação 53 compreende extremidades E4 e E5. A extremidade E4 da tubulação 53 é conectada à porta de descarga 42 da bomba de vácuo 40b, e a extremidade E5 da tubulação 53 é conectada ao silenciador Y3.

A linha de derivação 60 tem uma extremidade E6 que serve de linha de entrada, e uma válvula liga-desliga 61 e tubo amortecedor Z1 nesta linha. A extremidade E6 é conectada a linha de conexão 52 entre as bombas de vácuo 40A e 40B. A extremidade E7 é conectada à tubulação 53. A válvula liga-desliga 61 é localizada entre o tubo amortecedor Z1 e a extremidade E5 na linha de derivação 60, e, nesta configuração, é aberta/ fechada, quando o valor de pressão ajustado do detector de pressão 80 é alcançado. Durante operação do aparelho de bomba de vácuo dupla Y2, há um período no qual a válvula liga-desliga 61 se mantém no estado aberto, para permitir a passagem de gás pela linha de derivação 60. A válvula liga-desliga 61 é configurada para detectar a pressão na porta de sucção 41 (a pressão sendo especificada por um teste preliminar) quando a quantidade de descarga (quantidade de gás efetivamente descarregada per unidade de tempo) a partir da porta de descarga 42 da bomba de vácuo 40a gradualmente diminui para igualar a capacidade de descarga da bomba de vácuo 40B, e ser cha- veada do estado aberto para o estado fechado. Este controle é necessário, porque a bomba de vácuo 40b é projetada tendo uma capacidade de descarga menor que da bomba de vácuo 40a, como descrito acima.

Como mostrado na figura 1 ou 3, o tubo amortecedor Z1 constitui parte da linha de derivação 60 e inclui uma parede de extremidade 71 no lado da extremidade E1 da linha de derivação 60, e a parede de extremidade 72 no lado da extremidade E7, uma parede circundante 73 se estendendo entre as paredes de extremidade 71 e 72, e uma placa de orifício 74. Nesta configuração, a parede circundante 73 tem uma forma cilíndrica. Uma entrada de gás 73a é provida em uma posição na parede circundante 73 no lado da parede de extremidade 71, e uma saída de gás 72a é provida na parede de extremidade 72. Preferivelmente, a parede circundante 73 se estende na direção horizontal H. O comprimento da parede circundante 73 (isto é, tubo amortecedor Z1) na direção da extensão é 1 metro ou mais, por exemplo. Também, a linha de derivação 60 inclui uma porção de tubo de conexão 62, conectada ao tubo amortecedor Z1, na entrada de gás 73a, provida na parede circundante 73. A porção de tubo de conexão 62 constitui parte da linha de derivação, imediatamente a montante do tubo amortecedor Z1, e define a trajetória de fluxo do gás imediatamente antes de o gás ser introduzido no tubo amortecedor Z1. Nesta configuração, a porção de tubo de conexão 62 se estende na direção da interseção com a parede circundante 73 (direção horizontal H). Mais preferivelmente, a porção de tubo de conexão 62 se estende na direção ortogonal à direção de extensão da parede circundante 73. Mais preferivelmente, a porção de tubo de conexão 62 se estende na direção V e é conectada à parede circundante 73 do tubo amortecedor Z1 no sentido ascendente na direção vertical V.

A placa de orifício 74 é uma porção restritora que estreita localmente a trajetória de fluxo do gás que passa através da parte interna do tubo amortecedor Z1, e tem uma abertura 74a, como mostrado nas figuras 3 e 4. A razão de abertura da placa de orifício 74 (porção restritora) é preferivelmente 20% a 46%, mais preferivelmente 29% a 39%. A abertura 74a tem uma borda 74a’ nivelada com a superfície interna 73’ da parede circundante 73 do tubo amortecedor Z1. Ou seja, o eixo geométrico rotacionalmente si-métrico do tubo amortecedor Z1 e o centro da abertura 74a trocam de posição, e a superfície interna 73’ da parede circundante 73 é nivelada com a extremidade distai 74’ da borda da abertura 74a.

Durante operação do aparelho de bomba de vácuo dupla Y2, há um período no qual a válvula liga-desliga 61 se encontra no estado aberto para permitir a passagem de gás através da linha de derivação 60. O tubo amortecedor Z1 é configurado de modo que, no caso em que a válvula liga- desliga 61 da linha de derivação 60 se encontra no estado aberto, o tempo de permanência mínimo no tubo amortecedor do gás que passa através do tubo amortecedor Z1 é 0,15 segundo ou mais, quando a quantidade de des-carga a partir da porta de descarga 42 da bomba de vácuo 40A excede a capacidade de descarga (o mesmo que capacidade de sucção) da bomba de vácuo 40b. Como descrito acima, este estado decorre da capacidade de descarga da bomba de vácuo 40B ser menor que a capacidade de descarga da bomba de vácuo 40A. Preferivelmente, o tubo amortecedor Z1 também é configurado, de modo que, quando a válvula liga-desliga 61 da linha de derivação 60 se encontra no estado aberto, durante operação do aparelho de bomba de vácuo dupla Y2, a velocidade máxima do fluxo do gás que passa através do tubo amortecedor Z1 é 6 a 12 metros/seg, quando a quantidade de descarga a partir da porta de descarga 42 da bomba de vácuo 40A excede a capacidade de descarga da bomba 40B.

O silenciador Y3 é um dispositivo para reduzir o ruído produzido durante a descarga do gás do sistema de purificação de gás X1. Por conseguinte, se o ruído não for problema, o silenciador pode ser dispensado, e a tubulação 53 e linha de derivação 60 podem ser abertos diretamente para atmosfera. Ademais, no entanto, na configuração mostrada na figura 1, a linha de derivação 60 é mesclada com a tubulação 53, e conecta-da ao mesmo silenciador Y3, a tubulação 53 e a linha de derivação 60 podem ser conectadas a silenciadores separados Y3 e Y3’, respectivamente, como mostrado na figura 5.

Usando o sistema de purificação de gás X1 (com aparelho PSA Y1 e aparelho de bomba de vácuo dupla Y2) com a configuração acima descrita, é possível purificar um gás alvo (nesta configuração, oxigênio) a partir de uma fonte de gás (nesta configuração, ar). Especificamente, durante operação do aparelho PSA Y1 e aparelho de bomba de vácuo dupla Y2, é possível conseguir o desejado estado de fluxo de gás no sistema, chaveando entre o estados aberto e o estado fechado as válvulas automáticas 31a, 31b, 32a, 32b, 33a, 33b, e 34a do aparelho PSA Y1 com uma pré-determinada temporização, e repetir o ciclo, incluindo Etapas 1 a 4 nas torres de adsorção 10A, 10B do aparelho PSA Y1, assim, obtendo um gás de oxigênio purificado. Em um ciclo (Etapas 1 a 4), etapa de adsorção, etapa de regeneração por despressurização, e etapa de restauração de pressão são realizadas, nas torres de adsorção 10A, 10B, como na figura 6.

Na Etapa 1, a etapa de adsorção é realizada na torre de adsorção 10A e a etapa de regeneração por despressurização realizada na torre 10B. O interior da torre de adsorção 10A, na qual a etapa de adsorção é realizada na Etapa 1, se encontra em um estado de pressão relativamente alta (isto é, cerca de 40 kPaG, que é ligeiramente maior que a pressão atmosférica: G representa a pressão manométrica; e o mesmo se aplica ao seguinte) depois de sofrer a Etapa 4 (a etapa de restauração de pressão é realizada na torre de adsorção 10A), que será descrito abaixo. Então, na Etapa 1, o ar é continuamente introduzido no lado da abertura de passagem de gás 11 da torre de adsorção 10A a partir do soprador fonte 21 via trajetória principal 31’ e a trajetória ramificada 31A da tubulação 31, e principalmente nitrogênio contido no ar é adsorvido pelo adsorvente na torre de adsorção 10A, e um gás purificado enriquecido de oxigênio é continuamente emitido no lado da abertura de passagem de gás 12 da torre de adsorção 10A. O gás oxigênio purificado é guiado através da trajetória ramificada 32A e trajetória principal 32’ da tubulação 32 para o tanque 22, e armazenado no tanque 22. O gás de oxigênio purificado pode ser continuamente suprido pelo tanque 22 a um pré-determinado aparelho ou instalação.

Junto com isto, na Etapa 1, o interior da torre de adsorção 10B, que sofreu as Etapas 3 e 4 (a etapa de adsorção é realizada na torre de adsorção 10B) como será descrito abaixo, é despressurizado pelo aparelho de bomba de vácuo dupla Y2. Especificamente, o lado da abertura de passagem de gás 11 da torre de adsorção 10B e a porta de sucção 41 da bomba de vácuo 40A do aparelho de bomba de vácuo dupla Y2 estão em um estado de comunicação através da tubulação 33, e, então, o interior da torre de adsorção 10b é despressurizado pelo aparelho de bomba de vácuo dupla Y2. Desta forma, principalmente nitrogênio é dessorvido do adsorvente na torre de adsorção 10B e emitido da torre. O nitrogênio (gás de saída) é guiado para o aparelho de bomba de vácuo dupla Y2 a partir do lado da abertura de passagem de gás 11 da torre de adsorção 10B através da trajetória ramificada 33B da trajetória principal 33’ na tubulação 33. Em consequência da dessorção de nitrogênio do adsorvente na torre de adsorção 10B, o adsor- vente é regenerado. A pressão interna da torre de adsorção 10B no início desta etapa de regeneração por despressurização é cerca de 40 kPaG por exemplo. A pressão interna da torre de adsorção 10B, que é finalmente alcançada ao fim da etapa de regeneração por despressurização, varia, dependendo da temperatura do gás, por exemplo, na faixa de -66 a -72 kPaG.

Na Etapa 2, a etapa de adsorção é realizada na torre de adsorção 10A continuamente a partir da Etapa 1, e a etapa de restauração de pressão é realizada na torre de adsorção 10B. Na Etapa 2, especificamente, continuamente a partir da Etapa 1, o ar é continuamente suprido ao lado da abertura de passagem de gás 11 da torre de adsorção 10A a partir do so- prador fonte 21, e o gás oxigênio purificado é continuamente emitido a partir do lado da abertura de passagem de gás 12 da torre de adsorção 10A. Uma parte do gás oxigênio purificado é introduzido e armazenado no tanque 22. Outra parte do gás purificado é guiada através da tubulação 34 para o lado da abertura de passagem de gás 12 no lado da torre de adsorção 10B. Na Etapa 2, o gás oxigênio purificado é introduzido a partir do lado de abertura de passagem de gás 12 do lado da torre de adsorção 10B, e, daí, a pressão interna da torre de adsorção 10B é restaurada. Ou seja, o interior da torre de adsorção 10B retorna para um estado de pressão relativamente alta (variando da pressão atmosférica a cerca de 40 kPaG).

Nas Etapas 3 a 4, a etapa de adsorção é realizada na torre de adsorção 10B do mesmo modo que na torre de adsorção 10A nas Etapas 1 e 2. Por conseguinte, nas Etapas 1 e 2, o gás oxigênio purificado é continuamente emitido a partir do lado de abertura de passagem de gás 12 da torre de adsorção 10B e o gás oxigênio purificado é introduzido e armazenado no tanque 22. Junto com isto, nas Etapas 3 a 4, a etapa de regeneração por despressurização (Etapa 3) e etapa de restauração de pressão (Etapa 4) são realizadas na torre de adsorção, do mesmo modo que na torre de adsorção 10B nas Etapas 1 e 2. Na etapa de regeneração por despressurização na torre de adsorção 10A (Etapa 3), o lado de abertura de passagem de gás 11 da torre de adsorção 10A do aparelho de bomba de vácuo dupla Y2 se encontra em um estado de comunicação através da tubulação 33, e, en- tão, o interior da torre de adsorção 10A é despressurizado pelo aparelho de bomba de vácuo dupla Y2, através do que principalmente nitrogênio é des- sorvido do adsorvente na torre de adsorção 10A e emitido para o aparelho de bomba de vácuo dupla Y2 a partir do lado da abertura de passagem de gás 11 e trajetória principal 33’ na tubulação 33. Em consequência da des- sorção de nitrogênio do adsorvente na torre de adsorção 10A, o adsorvente é regenerado.

Da maneira descrita acima, o gás oxigênio purificado pode ser obtido continuamente a partir do sistema de purificação de gás X1, usando ar como fonte de material. A bomba de vácuo Y2 é operada no sistema de purificação de gás X1, especificamente da seguinte maneira:

Na Etapa 1, descrita acima (a etapa de regeneração por despressurização é realizada na torre de adsorção 10B), o lado da abertura de passagem de gás 11 da torre de adsorção 10B do aparelho PSA Y1 e o lado da porta de sucção 41 da bomba de vácuo 40A do aparelho de bomba de vácuo dupla Y2 se encontram em um estado de comunicação através da tubulação 33, e as bombas de vácuo 40A e 4B (conectadas em série através da linha de conexão 52) são movidas pelo motor 51, e, assim, o interior da torre de adsorção 10B é despressurizado. A válvula liga-desliga 61 da linha de derivação 60 no aparelho de bomba de vácuo dupla Y2 está aberta. No início da Etapa 1 (etapa de regeneração por despressurização), a pressão interna da tubulação 33 nas proximidades da porta de vácuo 41 é ligeiramente mais alta que a pressão atmosférica (por causa de a pressão de adsorção nas torres de adsorção B ser, por exemplo, 40 kPaG) e o interior da linha de conexão 52 (o lado que foi pressurizado com a bomba de vácuo 40A) também tem uma pressão maior que a pressão atmosférica. Assim, imediatamente depois do início da etapa de regeneração por despressurização na torre de adsorção 10B do aparelho Y1 PSA, o gás de saída provindo da torre de adsorção 10B passa através da bomba de vácuo 40A no aparelho de bomba de vácuo dupla Y2, e, então, uma porção do gás passa pela bomba de vácuo 40B, através do que uma porção do gás passa pela linha de derivação 60 e é descarregada através do silenciador Y3.

Também, a quantidade de descarga da bomba de vácuo 40A que continua succionando o gás da torre de adsorção 10B que sofreu a Etapa 1 (onde foi realizada a etapa de regeneração por despressurização) muda de acordo com a pressão no lado da porta de sucção 41 conectada à torre de adsorção 10B (isto é, a pressão de entrada do aparelho de bomba de vácuo dupla Y2). Especificamente, a pressão interna da torre de adsorção 10B diminui (assim, a pressão do lado da porta de sucção 41 da bomba de vácuo 40A também diminui) enquanto prossegue a etapa de regeneração por despressurização, sendo que a quantidade de descarga da bomba de vácuo 40A diminui de modo correspondente.

Da quantidade de descarga da bomba de vácuo 40A que continua succionando o gás de descarga da torre de adsorção 10B que sofreu a Etapa 1, a taxa de fluxo que excede a quantidade descarga da bomba de vácuo 40B constitui o excesso de gás para a bomba de vácuo 40B (como descrito acima, a capacidade de descarga da bomba de vácuo 40B é menor que a capacidade de descarga da bomba de vácuo 40A). O excesso de gás a partir da bomba de vácuo 40B ocorre por um certo período de tempo, a partir do início da etapa de regeneração por despressurização (Etapa 1) para a torre de adsorção 10B. Quando a pressão interna da torre de adsorção 10B diminui na etapa de regeneração por despressurização, a pressão da bomba de vácuo 40A na porta de sucção diminui da mesma maneira. A quantidade de descarga 41 a partir da bomba de vácuo 40A, diminui, de modo correspondente, até igualar a capacidade de descarga (o mesmo que capacidade de sucção) da bomba de vácuo 40B. Depois de alcançada a equivalência, a válvula liga-desliga 61 passa para o estado fechado e, portanto, a quantidade de descarga da bomba de vácuo 40B continua diminuindo, conquanto continua se mantendo igual à quantidade de descarga a partir da bomba de vácuo 40B. A mudança de pressão no lado da porta de sucção 41 da bomba 40A na etapa de regeneração por despressurização, de acordo com a temperatura do gás, está mostrada na figura 7. Ou seja, como a quantidade de adsorção de gás do adsorvente diminui à medida que a temperatura do gás aumenta, a pressão na porta de sucção 41 (entrada do aparelho de bomba de vácuo dupla Y2) da primeira bomba de vácuo 40A diminui rapidamente durante a restauração da pressão, e a queda de pressão se torna muito lenta quando a temperatura do gás baixa, porque a quantidade de adsorção de gás do adsorvente aumenta.

Entrementes, uma relação ótima entre a pressão da porta de sucção e quantidade de descarga aparente (que se refere à quantidade de descarga não-convertida para a condição normal, a notação N indicando a condição normal é adicionada no caso de se referir à quantidade de descarga convertida à condição normal) e o requisito de energia estão mostrados na figura 8, como características de quantidade de descarga do aparelho de bomba de vácuo dupla Y2. Esta relação não é afetada pela temperatura do gás. O ponto em que a pressão na linha de conexão 52 entre as primeira e segunda bombas de vácuo 40A e 40B iguala a pressão atmosférica fica perto de um ponto no qual a pressão na porta de sucção 41 é cerca de -42 kPaG, e este ponto não muda, mesmo mudando a quantidade de adsorção de gás do adsorvente, em consequência da mudança de temperatura do gás de exaustão. Portanto, posicionando o detector de pressão 80 perto do lado da porta de sucção 41, onde ocorre vibração de fluxo, e ajustando de antemão a pressão de entrada (-42 kPaG) no ponto de mudança no qual a pressão na linha de conexão 52 entre as primeira e segunda bombas de vácuo 40A e 40B se torna igual ou menor que a pressão atmosférica, é possível operar as primeira e segunda bombas de vácuo 40A e 40B em uma combinação econômica, assim operando o aparelho de bomba de vácuo dupla Y2 com um requisito de energia mínimo.

No aparelho de bomba de vácuo dupla Y2, durante o período que começa a partir do início da etapa de regeneração por despressurização da torre de adsorção 10B, em que ocorre o excesso de gás (isto é, quando a quantidade de descarga da bomba de vácuo 40A excede a capacidade de descarga da bomba de vácuo 40B), é detectado que a pressão no lado da porta de sucção 41 é maior que a o valor ajustado de pressão (isto é, -42 kPag) do detector de pressão 80, a válvula liga-desliga 61 da linha de derivação é chaveada para o estado aberto, daí controlando o fluxo de gás, fa- zendo que o excesso de gás flua para a linha de derivação a partir da linha de conexão 52. Ademais, quando esta pressão se torna maior que o valor ajustado de pressão, acima descrito do presente detector 80, ou, em outras palavras, quando a quantidade de descarga a partir da bomba de vácuo 40A diminui gradualmente até igualar a capacidade de descarga da bomba de vácuo 40B, a válvula liga-desliga 61 da linha de derivação é chaveada para o estado fechado, daí colocando as duas bombas de vácuo 40A e 40B em um estado completamente serial.

Durante o período que começa a partir do início da etapa de regeneração por despressurização da torre de adsorção 10B, no qual o excesso de gás é gerado, o excesso de gás flui para a linha de derivação 60 a partir da linha de conexão 52, e, então, passa através do tubo amortecedor Z1 na linha de derivação 60, e subsequentemente através da válvula liga- desliga 61 e, então, é introduzido no silenciador Y3 (ou silenciador Y3’ separado, como mostrado na figura 5) através das extremidades E7 e E5, e, desta forma, o excesso de gás é descarregado através do silenciador Y3 do sistema de purificação de gás X1. Junto com isto, em um estado no qual o excesso de gás é gerado, o gás é também descarregado da porta de descarga 42 da bomba de vácuo 40B, conectada à bomba de vácuo 40A através da linha de conexão 52. Neste caso, no entanto, um trabalho de despressurização substancial é realizado somente na bomba de vácuo 40A a montante, e a bomba de vácuo a jusante 40B não sendo substancialmente envolvida na despressurização. Como a porta de descarga 42 da bomba de vácuo 40B é conectada ao silenciador Y3 através da tubulação 53, o gás que passa através da bomba de vácuo 40B é descarregado através do silenciador Y3 para fora do sistema de purificação de gás X1.

Por outro lado, em um estado em que nenhum excesso de gás é gerado na etapa de regeneração por despressurização da torre de adsorção 10B, as bombas de vácuo 40A e 40B, em um estado completamente serial, despressurizam cooperativamente o interior da torre de adsorção 10B, que é o recipiente a ser despressurizado, e, desta forma, uma pré-determinada quantidade de gás é descarregada da bomba de vácuo 40B. O gás descar- regado é introduzido através da tubulação 53 no silenciador Y3, e descarregado para fora do sistema de purificação de gás X1. Neste instante, a válvula liga-desliga 61 da linha de derivação 60 se encontra no estado fechado, e, por conseguinte, nenhum gás passa através da linha de derivação 60.

A etapa de regeneração por despressurização da torre de adsorção 10B (Etapa 1, descrita acima) é realizada operando o aparelho de bomba de vácuo dupla Y2, de modo a realizar despressurização da maneira descrita. Similarmente, a etapa de regeneração por despressurização é realizada operando o aparelho de bomba de vácuo dupla Y2, de modo a realizar a despressurização de mesma maneira descrita, com respeito à etapa de regeneração por despressurização para torre de adsorção 10B.

Durante a operação de despressurização do aparelho de bomba de vácuo dupla Y2, como descrito acima, a válvula liga-desliga 61, que se encontra no estado aberto no início da despressurização, é chaveada do estado aberto para o estado fechado, em consequência da detecção da pressão no lado da porta de sucção 41 pelo detector de pressão 80, quando a quantidade de descarga a partir da bomba de vácuo 40A diminui gradualmente até igualar a capacidade de descarga da bomba de vácuo 40B. Esta configuração ajuda a operar a bomba de vácuo 40A e bomba de vácuo 40B serialmente na última parte da etapa de regeneração por despressurização, assim, operando de modo eficiente o aparelho de bomba de vácuo dupla Y2. Ademais, o valor ajustado do detector de pressão 80,, que pode minimizar o requisito de energia do aparelho de bomba de vácuo dupla Y2, dificilmente é afetado pela mudança de temperatura e, por conseguinte, não causa problema aumentar o requisito de energia devido à mudança de temperatura, ao contrário do caso em que o controle de abrir/ fechar a válvula liga-desliga 61 é realizado previamente ajustando o tempo transcorrido depois do início da despressurização.

Ademais, o aparelho de bomba de vácuo dupla Y2 é configurado para o rotor 40a da bomba de vácuo 40A e o rotor 40b da bomba de vácuo 40B girarem em conjunto movidos por um único motor 51. Esta configuração é preferível para reduzir o requisito de energia do aparelho de bomba de vá- cuo dupla Y2.

A seguir, a ação do tubo amortecedor Z1 será descrita em detalhes. Como descrito acima, no aparelho de bomba de vácuo dupla Y2, a quantidade de descarga a partir da bomba de vácuo 40A se altera de acordo com a pressão no lado da porta de sucção 41 da bomba de vácuo 40A conectada à torre de adsorção 10A ou torre de adsorção 10B, e quanto mais baixa a pressão na porta de sucção 41, menor será a quantidade do gás de exaustão. Por conseguinte, a quantidade de descarga alcança seu valor máximo no início da etapa de regeneração por despressurização, e a quantidade de excesso de gás alcança seu valor máximo (taxa de fluxo) também no início da despressurização em um estado no qual o excesso de gás (porção da quantidade de descarga da bomba de vácuo 40A que excede a capacidade de descarga da bomba de vácuo 40B) é gerado (a válvula liga-desliga 61 da linha de derivação 60 se encontra no estado aberto, quando o excesso de gás é gerado). Ademais, a velocidade na qual o excesso de gás flui para a linha de derivação 60 a partir da linha de conexão 52 alcança seu valor máximo também no início da despressurização. O tempo no qual o excesso de gás passa através do tubo amortecedor Z1 na linha de derivação 60 permanece no tubo amortecedor Z1 é mais curto, quando o excesso de gás passa através do tubo amortecedor Z1 no início da despressurização, quando a velocidade de fluxo para a linha de derivação 60 a partir da linha de conexão 52 alcança seu valor máximo. O tempo requerido para o excesso de gás passar no tubo amortecedor Z1 no início da despressurização é chamado "tempo de permanência mínimo no tubo amortecedor". No aparelho de bomba de vácuo dupla Y2, o tubo amortecedor Z1 é configurado para o tem-po de permanência mínimo no tubo amortecedor ser 0,15 segundo ou menos.

Uma vibração de fluxo relativamente intensa ocorre no gás descarregado a partir da bomba de vácuo 40A durante a operação de despressurização. Em um estado no qual o excesso de gás é gerado no aparelho de bomba de vácuo dupla Y2, uma vibração de fluxo relativamente intensa também ocorre no excesso de gás, que flui para a linha de derivação 60 a partir da linha de conexão 52. Se não for provido o tubo amortecedor Z1 da linha de derivação 60 do aparelho de bomba de vácuo dupla Y2, a degradação mecânica do eixo 61a da válvula liga-desliga 61 da linha de derivação 60 será facilitada, devido à vibração de fluxo do excesso de gás. A razão para isto é que o eixo 61a continuamente exposto ao gás, que flui através do interior da linha de derivação 60 produzindo a vibração de fluxo, é submetido continuamente à energia de vibração do gás, e, por conseguinte, vibra conti-nuamente de maneira imprópria. A vibração do eixo 61a induz a destruição local da estrutura do material que constitui o eixo 61a, e, por conseguinte, promove a degradação da resistência mecânica do eixo 61a, particularmente perceptível quando água de selagem é suprida ao mecanismo de bomba da bomba de vácuo 40A, na operação do aparelho de bomba relevante. A vibração do eixo 61a produzida pela vibração de fluxo do excesso de gás alcança uma aceleração de vibração de cerca de 13 G ou mais.

Ao contrário, no aparelho de bomba de vácuo dupla Y2, de acordo com esta configuração, a linha de derivação 60 é provida com o tubo a- mortecedor Z1, que é configurado, de modo que o tempo de permanência mínimo no tubo amortecedor seja 0,15 segundo ou mais, e, desta forma, a vibração de fluxo do excesso de gás seja atenuada de modo eficiente no tubo amortecedor Z1, quando o excesso de gás passa através da linha de derivação 60. Por conseguinte, no aparelho de bomba de vácuo dupla Y2, a degradação da resistência mecânica dos membros localizados a jusante do tubo amortecedor Z1 (em particular, eixo 61a da válvula liga-desliga 61) pode ser suprimida de modo eficiente.

No aparelho de bomba de vácuo dupla Y2 como mostrado na figura 9, a linha de derivação 60 pode incluir uma válvula liga-desliga 61’ com a função de válvula de retenção, em lugar da válvula liga-desliga 61. A válvula liga-desliga 61’ é configurada para assumir o estado aberto, quando a pressão no lado do tubo amortecedor Z1 da válvula liga-desliga 61’ for maior que a pressão na extremidade E7 da mesma na linha de derivação 60, e assumir o estado fechado, quando a pressão no lado do tubo amortecedor Z1 se tornar igual ou menor que a pressão no lado da extremidade E7. Durante a despressurização do aparelho de bomba de vácuo dupla Y2, a válvula liga- desliga 61’ com a função de válvula de retenção se encontra no estado aberto, imediatamente depois do início da despressurização, e automaticamente chaveada do estado aberto para o estado fechado, quando a quantidade de descarga da bomba de vácuo 40A diminui gradualmente até igualar a capacidade de descarga da bomba de vácuo 40B (a pressão na linha de conexão 52, neste instante, é aproximadamente igual à pressão atmosférica). Esta configuração ajuda a reduzir perdas operacionais na bomba de vácuo 40B, assim operando de modo eficiente o aparelho de bomba de vácuo dupla Y2.

Como descrito acima, o tubo amortecedor Z1 inclui placa de orifício 74, como porção restritora, que estreita localmente a trajetória de fluxo do gás que passa através de seu interior, e a razão de abertura da placa de orifício 74 é 20% a 46%, mais preferivelmente 29% a 39%. Esta configuração é útil para atenuar de modo eficiente a vibração de fluxo do excesso de gás acima descrita, que passa através do tubo amortecedor Z1. Ademais, a placa de orifício 74 é preferível para ajustar com precisão a razão de abertura, como porção restritora.

Como descrito acima, a extremidade distai 74a’ da borda da a- bertura 74a é nivelada com a superfície de parede interna 73’ do tubo amortecedor Z1. Esta configuração facilita a passagem através do tubo amortecedor Z1 de gotas de água (que resultam da água de selagem, acima descrita) contidas no excesso de gás que passa através do tubo amortecedor Z1.

O tubo amortecedor Z1 pode ser configurado de modo que o tempo de permanência mínimo, acima descrito, no tubo amortecedor seja 0,15 segundo ou mais, ajustando apropriadamente comprimento e/ou diâmetro interno do tubo amortecedor Z1, sem prover a placa de orifício 74.

Como descrito acima, o tubo amortecedor Z1 é configurado de modo que a velocidade máxima de fluxo no tubo amortecedor do gás que passa através do tubo amortecedor Z1, seja 6 a 12 metros/seg, quando a quantidade de descarga da porta de descarga 42 da bomba de vácuo 40A excede a capacidade de descarga (capacidade de sucção) da bomba de vácuo 40B, no caso em que válvula liga-desliga 61 (ou 61’) da linha de deriva- ção 60 se encontra no estado aberto, durante a operação de despressurização do aparelho de bomba de vácuo dupla Y2. A velocidade de fluxo, na qual o excesso de gás passa no tubo amortecedor Z1 na linha de derivação 60 é máxima no início da despressurização, quando a velocidade do fluxo para a linha de derivação 60 a partir da linha de conexão 52 é máxima. A velocidade de fluxo na qual o excesso de gás passa no tubo amortecedor Z1 no início da despressurização é chamada "velocidade máxima de fluxo no tubo amortecedor". Para emitir de modo eficiente o excesso dado gás a partir da extremidade E7 da linha de derivação 60, e ainda conseguir um valor de 0,15 segundo ou mais para o tempo de permanência mínimo, acima descrito, no tubo amortecedor, é preferível configurar o tubo amortecedor Z1 de modo que a velocidade máxima do fluxo no tubo amortecedor seja 6 a 12 metros/seg.

Como descrito acima, a linha de derivação 60 inclui a porção de tubo de conexão 62, que é conectada ao tubo amortecedor Z1 na entrada de gás 73a provida em uma localização no lado da extremidade parede de extremidade 71 da parede circundante 73 no tubo amortecedor Z1, para introduzir gás no tubo amortecedor Z1. A porção de tubo de conexão 62 preferivelmente se estende em uma direção que intersecta a direção estendida (direção horizontal H na figura 3) da parede circundante 73, preferivelmente se estendendo na direção ortogonal (direção vertical V) à mesma, e, mais preferivelmente, se estendendo na direção vertical V, e conectada à parede circundante 73 no sentido ascendente na direção vertical V. Esta configuração é adequada para prover uma redução de tamanho para o tubo amortecedor, e conseguir um valor de 0,15 segundo para o tempo de permanência mínimo, acima descrito, no tubo amortecedor.

A figura 10 mostra uma vista esquemática de uma seção transversal parcial de um tubo amortecedor ZT com uma primeira modificação e suas proximidades. O tubo amortecedor ZT inclui uma parede de extremidade 71 no lado da extremidade E6 na linha de derivação 60, e parede de extremidade 62 no lado da extremidade E7, uma parede circundante 73 que se estende entre as paredes de extremidade 71 e 72, e uma pluralidade de pia- cas de orifício 74, sendo que a parede de extremidade 71 é cilíndrica. Cada uma das placas de orifício 71 é uma porção restritora, que estreita localmente a trajetória de fluxo do gás que passa através do tubo amortecedor ZT e tem uma abertura 74a. A pluralidade de placas de orifício 74 é nivelada ao longo da trajetória de fluxo gás no tubo ZT, e inclui uma placa de orifício 74’, localizada mais a montante na trajetória de fluxo de gás, e uma placa de orifício 74” localizada mais a jusante. O tubo amortecedor Z1, com esta confi-guração, atenua a vibração de fluxo do excesso de gás com a pluralidade de placas de orifício 74, de maneira escalonada, assim aumentando o efeito atenuador da vibração de fluxo.

As figuras 11 e 12 mostram um tubo amortecedor Z1”, com uma segunda modificação. O tubo amortecedor Z1” inclui uma parede de extremidade 71 no lado da extremidade E6 na linha de derivação 6, uma parede de extremidade 72 no lado da extremidade E7, uma parede circundante 73, que se estende entre as paredes de extremidade 71, 72, e uma placa abafadora 75, sendo que a parede circundante é cilíndrica. A placa abafadora 75 é uma porção restritora, que estreita localmente a trajetória de fluxo do gás que passa através do interior do tubo amortecedor Z1”. A razão de abertura da placa abafadora 75 é preferivelmente 20% a 46%, mais preferivelmente 29% a 39%. A razão de abertura da placa abafadora 75 se refere à razão entre a área de seção transversal da trajetória de fluxo de gás não ocupada pela placa abafadora 75 e a área de seção transversal do tubo amortecedor Z1”. O tubo amortecedor Z1”, com esta configuração, funciona como porção restritora da placa abafadora 75, e atenua de modo eficiente a vibração de fluxo do excesso de gás. Ademais, a razão de abertura da placa abafadora 75 pode ser ajustada mais facilmente que de uma placa de orifício.

O tubo amortecedor Z1” pode incluir uma pluralidade de placas abafadoras 75. Neste caso, a pluralidade de placas abafadoras 75 é arranjada ao longo da trajetória de fluxo de gás em intervalos apropriados, e inclui uma primeira placa abafadora localizada mais a montante na trajetória de fluxo de gás, e uma segunda placa abafadora localizada mais a jusante. O tubo amortecedor com esta configuração atenua a vibração de fluxo do ex- cesso de gás com a pluralidade de placas abafadoras 75, de maneira escalonada, e assim aumenta o efeito atenuador da vibração do fluxo.

As figuras 13 e 14 mostram um tubo amortecedor Z2 com uma terceira modificação. O tubo amortecedor Z2 inclui uma parede de extremidade 71 no lado de extremidade E6 da linha de derivação 60’ e parede de extremidade 72 no lado da extremidade E7, e uma parede circundante 73 que se estende entre as paredes de extremidade 71 e 72, e uma placa de orifício 74, sendo que a parede circundante 73 é cilíndrica. O tubo amortecedor Z2 é diferente do tubo amortecedor Z1 da figura 3, com respeito ao fato de a entrada de gás ser provida na parede de extremidade 71, ao invés de na parede circundante 73, mas o resto da configuração sendo igual àquela do tubo amortecedor Z1 da figura 3.

Entrementes, a porção de tubo de conexão 62’ da linha de derivação 60’ é conectada ao tubo amortecedor Z2 na entrada de gás 71a provida na parede de extremidade 71. A porção de tubo de conexão 62’ é localizada imediatamente a montante do tubo amortecedor Z2 na linha de derivação 60’ e define a trajetória de fluxo para o gás imediatamente antes de o gás ser introduzido no tubo amortecedor Z2. Ademais, a porção de tubo de conexão 62’ tem estrutura curvada para curvar o fluxo de gás imediatamente antes de o gás ser introduzido no tubo amortecedor Z2. Preferivelmente, a porção de tubo de conexão 62’ tem uma estrutura curvada para curvar o fluxo de gás imediatamente antes de o gás ser introduzido no tubo amortecedor Z2 em 90°. Mais preferivelmente, a porção de tubo de conexão 62’ é arranjado de modo a guiar o gás no sentido ascendente na direção vertical V para o tubo amortecedor Z2.

Embora várias configurações e modificações da presente invenção tenham sido descritas, tais configurações e modificações também poderiam ser providas em combinação. Por exemplo, o tubo amortecedor Z2, mostrado na figura 13, poderia ser combinado com a válvula liga-desliga 61’ com função de válvula de retenção, como mostrado na figura 9. No tubo a- mortecedor Z2, mostrado na figura 13, poderia ser provida uma pluralidade de placas de orifício 74 como na figura 10, e também poderia ser provida uma única placa abafadora 75 (ou uma pluralidade de placas abafadoras 75) como na figura 11, Ademais, a placa de orifício 74, provida na figura 3, poderia ser combinada com a placa abafadora 75, como na figura 11.

Exemplos

A seguir, exemplos da presente invenção serão descritos junto com exemplos comparativos. Deve ser notado, no entanto, que os exemplos comparativos são meramente exemplos de teste, executados pelo Depositante para confirmar os efeitos da presente invenção, e que eles não pertencem a qualquer técnica conhecida.

Exemplo 1

Com a capacidade de descarga da primeira bomba de vácuo 40A do aparelho de bomba de vácuo dupla Y2 ajustada em 14800 m3/h e a capacidade de descarga da segunda bomba de vácuo 40B em 14100 m3/ h, com as bombas conectadas em série, como bombas de lóbulo, e um ciclo (Etapas 1 a 4) incluindo etapa de adsorção, etapa de regeneração por despressurização, e etapa de restauração de pressão, mostrado na figura 6, foi repetido em cada uma das torres de adsorção 10A e 10B, quando a tempe-ratura do gás era 30°C, usando o sistema de purificação de gás X1 da figura 1, e daí obtendo o oxigênio do ar que serviu de fonte de gás. Neste exemplo, a quantidade de ar suprida pelo soprador fonte 21 do aparelho PSA Y1 foi 8300 N m3/h (N indicando condições normais, e o mesmo também se aplicando ao seguinte). A pressão interna das torres de adsorção 10A e 10B, sofrendo a etapa de adsorção, alcançou um máximo de 40 kPaG. A seguir, a pressão interna das torres de adsorção 10A e 10B, sofrendo a etapa de regeneração por despressurização foi -69 kPaG em um estágio tardio da e- tapa de regeneração por despressurização, e a pressão interna das torres de adsorção 10A e 10B, sofrendo a etapa de regeneração por despressurização, retornou para a pressão atmosférica. A seguir, a etapa de regeneração por despressurização das torres de adsorção 10A e 10B foi ajustada, chaveando a válvula liga-desliga 61 do estado aberto para o estado fechado, quando a pressão no lado da porta de sucção 41 alcançou um valor de pressão de -42 kPaG no detector de pressão 80, como mostrado na figura 8.

Neste exemplo, o aparelho de bomba de vácuo dupla Y2 foi operado para realizar uma despressurização como segue. Em um período, começando a partir do início da etapa de regeneração por despressurização, no qual o valor indicado do detector de pressão 80 é aproximadamente a pressão atmosférica a -42 kPaG, em outras palavras, quando a capacidade de descarga da bomba de vácuo 40A excedeu a capacidade de descarga da bomba de vácuo 40B, o fluxo de gás foi controlado, enviando um sinal para a válvula liga-desliga 61 na linha de derivação 60 para passar a válvula liga-desliga 61 para o estado aberto, de modo a fazer o excesso de gás fluir para a linha de derivação 60 partir da linha de conexão 52. Então, quando a quantidade de descarga a partir da bomba de vácuo 40A diminuiu gradualmente igualando a capacidade de descarga da bomba de vácuo 40B, em outras palavras, quando o detector de pressão 80 indicou-42 kPaG, a válvula liga-desliga passou do estado aberto para o estado fechado, colocando as duas bombas de vácuo 40A e 40B em um estado completamente serial e, em seguida, prosseguiu-se com a operação de despressurização do aparelho de bomba de vácuo dupla Y2. Em consequência, o requisito de energia média acumulada das bombas de vácuo resultou 206 Kw.

Exemplo 2

Com a capacidade de descarga da primeira bomba de vácuo 40A do aparelho de bomba de vácuo dupla Y2 ajustada em 14800 m3/h e a capacidade de descarga da segunda bomba de vácuo 40B em 14100 m3/h, com as bombas conectadas em série, como bombas de lóbulo, e um ciclo (Etapas 1 a 4) incluindo etapa de adsorção, etapa de regeneração por despressurização, e etapa de restauração de pressão, mostrado na figura 6, foi repetido em cada uma das torres de adsorção 10A e 10B, quando a tempe-ratura do gás era 40°C, usando o sistema de purificação de gás X1 mostrado na figura 1, e desta forma obtendo oxigênio a partir do ar que serviu de fonte de gás. Ademais, a quantidade de ar suprida pelo soprador fonte 21 do aparelho PSA Y1 foi 8300 N m3/h. A pressão interna das torres de adsorção 10A e 10B, sofrendo a etapa de adsorção, alcançou a pressão máxima de 40 kPaG. A pressão interna das torres de adsorção 10A e 10B, sofrendo a eta- pa de regeneração por despressurização, diminuiu para -27 kPaG em um estágio tardio da etapa de regeneração por despressurização, e a pressão interna das torres de adsorção 10A e 10B, sofrendo a etapa de restauração de pressão, retornou para a pressão atmosférica. Em seguida, a etapa de regeneração por despressurização para as torres de adsorção 10A e 10B foi ajustada, chaveando a válvula liga-desliga 61 do estado aberto para o estado fechado, quando a pressão no lado da porta de sucção 41 alcançou -42 kPaG no detector de pressão 80, como mostrado na figura 4.

A mesma operação do Exemplo 1 foi realizada para o aparelho, bomba de vácuo dupla Y2. Quando a pressão detectada no detector de pressão alcançou -42 kPaG, a válvula liga-desliga 61 foi chaveada do estado aberto para o estado fechado, colocando as duas bombas de vácuo 40A e 40B em um estado completamente serial, e, em seguida prossegui-se com a operação de despressurização do aparelho de bomba de vácuo dupla Y2. Em consequência, o requisito de energia média acumulada das bombas de vácuo resultou 213 Kw.

Exemplo Comparativo 1

Como no exemplo 1, com a capacidade de descarga da primeira bomba de vácuo 40A ajustada em 14800 m3/h e a capacidade de descarga da segunda bomba de vácuo 40B em 14100 m3/ h, e com as bombas conectadas em série, como bombas de lóbulo, e um ciclo (Etapas 1 a 4) incluindo etapa de adsorção, etapa de regeneração por despressurização, e etapa de restauração de pressão, mostrado na figura 6, foi repetido em cada uma das torres de adsorção 10A e 10B, quando a temperatura do gás era 30°C, u- sando o sistema de purificação de gás X1, mostrado na figura 1, e daí obtendo o oxigênio do ar que serviu de fonte de gás. Nesta comparação, a quantidade de ar suprida pelo soprador fonte 21 do aparelho PSA Y1 foi 8300 N m3/h, como no Exemplo 1. A pressão interna das torres de adsorção 10A e 10B, sofrendo a etapa de adsorção, foi uma pressão máxima de 40 kPaG. A seguir, a pressão final nas torres de adsorção 10A e 10B, sofrendo a etapa de regeneração por despressurização, foi -69 kPaG. O chaveamento da válvula liga-desliga 61 do estado aberto para o estado fechado foi realizado passando a válvula liga-desliga do estado aberto para o estado fechado depois de 7,5 segundos do tempo de regeneração por despressurização, como mostrado na figura 7. A pressão na porta de sucção 41 foi indicada -35 kPaG. A pressão interna das torres de adsorção 10A e 10B, sofrendo a etapa de restauração de pressão, retornou para a pressão atmosférica.

O aparelho de bomba de vácuo dupla Y2 foi operado para realizar etapa de despressurização da seguinte maneira. Durante um período no qual a pressão na porta de sucção 41 passou aproximadamente da pressão atmosférica para -35 kPaG em 7,5 segundos, a partir do início da etapa de regeneração por despressurização, a válvula liga-desliga 61 foi forçada a chavear do estado aberto para o estado fechado, colocando as duas bombas de vácuo 40A, 40B em um estado completamente serial, e, em seguida, prosseguiu-se com a operação de despressurização do aparelho de bomba de vácuo dupla Y2. Em consequência, o requisito de energia média das bombas de vácuo 40A, 40B foi 216 kw, isto é, 10 kw mais que no caso em que não foi realizado o controle com detector de pressão 80 no lado da porta de sucção 41.

Deve ser notado que a relação entre a pressão da porta de sucção, quantidade de descarga aparente e o requisito de energia, que corresponde ao Exemplo Comparativo 1, está mostrada no gráfico da figura 14.

Exemplo Comparativo 2

Como no exemplo 2, com a capacidade de descarga da primeira bomba de vácuo 40A ajustada em 14800 m3/h e a capacidade de descarga da segunda bomba de vácuo 40B em 14100 m3/ h, com as bombas conectadas em série, como bombas de lóbulo, e um ciclo (Etapas 1 a 4) incluindo etapa de adsorção, etapa de regeneração por despressurização, e etapa de restauração de pressão, mostrado na figura 6, foi repetido em cada uma das torres de adsorção 10A e 10B, quando a temperatura do gás era 30°C, u- sando o sistema de purificação de gás X1, mostrado na figura 1, e daí obtendo o oxigênio do ar que serviu de fonte de gás. Nesta comparação, a quantidade de ar suprida pelo soprador fonte 21 do aparelho PSA Y1 foi 8300 N m3/h, como no Exemplo 2. A pressão interna nas torres de adsorção 10A e 10B, sofrendo a etapa de adsorção, alcançou a pressão máxima de 40 kPaG. Ademais, a pressão final nas torres de adsorção 10A e 10B, sofrendo a etapa de regeneração por despressurização, foi -72 kPaG. O chaveamento da válvula liga-desliga 61 do estado aberto para estado fechado foi realizado passando a válvula liga-desliga do estado aberto para o estado fechado depois de 15 segundos do tempo de regeneração por despressurização, como mostrado na 8. A pressão na porta de sucção 41 foi -50 kPaG. A pressão interna das torres de adsorção 10A e 10B, sofrendo a etapa de restauração de pressão, retornou para pressão atmosférica.

O aparelho de bomba de vácuo dupla Y2 foi operado para realizar a etapa de despressurização da seguinte maneira. Durante um período no qual a pressão na porta de sucção 41 passou aproximadamente da pressão atmosférica para -50 kPaG em 15 segundos, a partir do início da etapa de regeneração por despressurização, a válvula liga-desliga 61 da linha de derivação 60 foi forçada a chavear do estado aberto para o estado fechado, de modo a colocar as duas bombas de vácuo 40A, 40B em um estado com-pletamente serial, e, em seguida, prosseguiu-se com a operação de despressurização do aparelho de bomba de vácuo dupla Y2. Em consequência, o requisito de energia média acumulada das bombas de vácuo 40A, 40B foi 224 kw, isto é, 11 kw mais que no caso em que não foi realizado o controle com detector de pressão 80 no lado da porta de sucção 41.

Deve ser notado que a relação entre a pressão da porta de sucção, quantidade de descarga aparente, e requisito de energia, correspondente ao Exemplo Comparativo 2, está mostrada no gráfico da figura 15.

Avaliação dos Exemplos 1 e 2, e Exemplos Comparativos 1 e 2

Baseado nos Exemplos 1 e 2 e Exemplos Comparativos 1 e 2, descritos acima, a seguinte avaliação pode ser feita. Chaveando a válvula liga-desliga do estado aberto para o estado fechado, no ponto em que a quantidade de descarga a partir da bomba de vácuo a montante 40A no aparelho de bomba de vácuo dupla Y2 diminuiu para igualar a capacidade de descarga a partir da bomba de vácuo a jusante 40B (neste ponto, a pressão interna da linha de conexão 52 era aproximadamente a pressão atmosférica), é possível minimizar o consumo de energia no aparelho de bomba de vácuo dupla Y2. Ademais, mesmo se a temperatura se alterar (30°C no E- xemplo 1, 40°C no Exemplo 2), a pressão na porta de sucção 41 da bomba de vácuo a montante 40A se mantém substancialmente constante (-42 kPaG nos Exemplos 1 e 2) no ponto em que a quantidade de descarga da bomba de vácuo a montante 40A no aparelho de bomba de vácuo dupla diminuiu para igualar a capacidade de descarga da bomba de vácuo a jusante 40B. Portanto, o efeito de variar a temperatura pode ser evitado, medindo a pressão perto da porta de sucção 41 da bomba de vácuo a montante 40A e controlando abertura e fechamento da válvula liga-desliga 61.

Exemplo 3

Um ciclo (Etapas 1 a 4) incluindo etapa de adsorção, etapa de regeneração por despressurização, e etapa de restauração de pressão, mostrado na figura 6, foi repetido para as torres de adsorção 10A e 10B, u- sando um sistema de purificação de gás X1, tendo a mesma configuração das figuras 1 a 4, exceto com respeito ao fato de o tubo amortecedor Z1 do aparelho de bomba de vácuo dupla Y2 não ter a placa de orifício 74, e, daí, obtendo oxigênio foi a partir do ar que serviu como fonte de gás. Neste e- xemplo, a quantidade de ar suprida pelo soprador fonte 21 do aparelho PSA Y1 foi ajustada em -4800 N m3/h. A pressão interna das torres de adsorção 10A e 10B, sofrendo a etapa de adsorção, foi ajustada à pressão atmosférica, a pressão interna das torres de adsorção 10A e 10B, sofrendo a etapa de regeneração por despressurização foi ajustada em -530 mm de Hg (pressão manométrica cerca de -70 kPaG), e a pressão interna da torres de adsorção 10A e 10B, sofrendo a etapa de restauração de pressão, retornou à pressão atmosférica. Em seguida, a etapa de regeneração por despressurização para as torres de adsorção 10A e 10B foi realizada, operando o aparelho de bomba de vácuo dupla Y2, tendo a mesma configuração que aquela descrita acima, exceto com respeito ao fato de o tubo amortecedor Z1 não incluir a placa de orifício para realizar a despressurização. Uma bomba de lóbulo tendo uma capacidade de descarga de 6053 m3/h foi usada na direção longi- tudinal (do comprimento) de 4,4 metros e um diâmetro interno de 400 mm foi usado como tubo amortecedor Z1, (sem a placa de orifício 74).

O aparelho de bomba de vácuo dupla Y2 foi operado para realizar a despressurização da seguinte maneira. Durante um pré-determinado período, a partir do início da etapa de regeneração por despressurização, e quando houve um excesso de gás (isto é, quando a quantidade de descarga a partir da bomba de vácuo 40A excedeu a capacidade de descarga da bomba de vácuo 40B), a válvula liga-desliga 61 da linha de derivação 61 foi chaveada para o estado aberto, assim controlando o fluxo de gás, de modo a fazer o excesso de gás fluir para a linha de derivação 60, a partir da linha de conexão 52. Então, quando a quantidade de descarga da bomba de vácuo 40A tiver gradualmente diminuído igualando a capacidade de descarga da bomba de vácuo 40B, a válvula liga-desliga 61 foi automaticamente chaveada do estado aberto para o estado fechado, colocando as duas bombas de vácuo 40A e 40B em um estado completamente serial, e, então, prosse- guiu-se com a operação de despressurização do aparelho de bomba de vácuo dupla Y2.

Em consequência da medição, tempo de permanência mínimo do excesso de gás (tempo requerido para o excesso de gás passar pelo tubo amortecedor Z1, imediatamente após o início da despressurização), durante operação de despressurização do aparelho de bomba de vácuo dupla Y2, no tubo amortecedor Z1 foi 0,5 segundo. Em consequência da medição, a aceleração de vibração aplicada ao eixo 61a da válvula liga-desliga 61 no estado aberto, alcançou um valor máximo de 3,0 G. Um medidor de vibração (VM-61 da RION Co Ltd) foi usado para medir a aceleração da vibração. Os resultados da medição do Exemplo 3 estão listados na tabela mostrada na figura 3.

Exemplos 4 a 9

Usando o mesmo sistema de purificação de gás X1 do Exemplo 3 exceto com respeito ao fato de o comprimento do tubo amortecedor Z1 (sem placa de orifício 74) no aparelho de bomba de vácuo dupla Y2 ter sido alterado de 4,4 metros para 3,6 metros (Exemplo 4), 2.8 metros (Exemplo 5), 2,1 metros (Exemplo 6), 1,5 metros (Exemplo 7), 1,3 metros (Exemplo 8), ou 1,05 metros (Exemplo 9), um ciclo (Etapas 1 a 4) incluindo etapa de adsorção, etapa de regeneração por despressurização, e etapa de restauração de pressão, mostrado na figura 6, foi repetido para as torres de adsorção 10A e 10B, operando o aparelho de bomba de vácuo dupla Y2 para realizar a despressurização na etapa de regeneração por despressurização, e, daí, obtendo oxigênio a partir do ar que serviu como fonte de gás.

O tempo de permanência mínimo no tubo amortecedor durante operação de despressurização do aparelho de bomba de vácuo dupla Y2 foi medido para o tubo amortecedor Z1, e tendo sido obtidos os seguintes resultados: 0,41 segundo (Exemplo 4), 0,32 segundo (Exemplo 5), 0,24 segundo (Exemplo 6), 0,17 segundo (Exemplo 7), 0,15 segundo (Exemplo 8), e 0,12 segundo (Exemplo 9). Em razão da medição da aceleração de vibração aplicada ao eixo 61a da válvula liga-desliga 61 no estado aberto na operação de despressurização para o aparelho de bomba de vácuo dupla Y2 dos Exemplos 4 a 9, foram obtidos os seguintes valores máximos: 3,1 G (Exemplo 4), 3,1 G (Exemplo 5), 3,2 G (Exemplo 6), 4,5 G (Exemplo 7), 5,5 G (Exemplo 8), e 7,0 G (Exemplo 9). Os resultados das medições para os Exemplos 4 a 9 estão mostrados na tabela da figura 16.

Exemplo Comparativo 3

Um ciclo (Etapas 1 a 4) incluindo etapa de adsorção, etapa de regeneração por despressurização, e etapa de restauração de pressão mostrada na figura 6 foi repetido em cada uma das torres de adsorção 10A e 10B, usando o sistema de purificação de gás X3, como mostrado na figura 17, e daí obtendo oxigênio a partir do ar que serviu como fonte de gás. O sistema de purificação de gás X3 usado no Exemplo Comparativo 3 tem a mesma configuração que, por exemplo, o sistema de purificação de gás X1 usado no Exemplo 3 exceto pelo fato de não incluir o tubo amortecedor Z1. No Exemplo Comparativo 3, a etapa de regeneração por despressurização para as torres de adsorção 40A e 40B foi realizada operando as bombas de vácuo 40A e 40B para realizar a pressurização da mesma maneira que no exemplo 3, exceto com respeito ao fato de o gás não passar pelo tubo amor- tecedor (a válvula liga-desliga 61 da linha de derivação 60 foi chaveada do estado aberto para o estado fechado, no meio da etapa de regeneração por despressurização). Em consequência da medição da aceleração de vibração aplicada ao eixo 61a da válvula liga-desliga 61 no estado aberto, durante a operação de despressurização das bombas de vácuo 40A e 40B do Exemplo Comparativo 3, o valor máximo alcançado foi 13,5 g.

Os resultados acima descritos das medições para os Exemplos 3 a 9 e Exemplo Comparativo 3, estão indicados em linhas tracejadas no gráfico da figura 18. No gráfico da figura 18, o eixo horizontal representa o tempo de permanência mínimo no tubo amortecedor (segundos) e o eixo vertical representa a aceleração de vibração (G) do eixo da válvula liga-desliga. Como nenhum tubo amortecedor foi provido no Exemplo Comparativo 3, a leitura no eixo horizontal no gráfico da figura 18 é zero.

Exemplo 10

Como no Exemplo 3, durante operação do aparelho de bomba de vácuo dupla Y2 para realizar a despressurização na etapa de regeneração por despressurização, um ciclo (Etapas 1 a 4), incluindo etapa de adsorção, etapa de regeneração por despressurização, e etapa de restauração de pressão, mostrado na figura 6, foi repetido em cada uma das torres de adsorção 10A e 10B, usando o mesmo sistema de purificação de gás X1 do Exemplo 3, exceto com respeito ao fato de o tubo amortecedor Z1 no aparelho de bomba de vácuo dupla Y2 incluir placa de orifício 74, assim, obtendo oxigênio a partir do ar que serviu como fonte de gás. A placa de orifício 74 foi provida no local no tubo amortecedor Z1, 500 mm afastada da parede de extremidade 71, localizada no lado da entrada do gás. Neste exemplo, uma placa de orifício tendo uma abertura 74a com diâmetro de 230 mm foi usada como placa de orifício 74. A razão de abertura da placa de orifício (diâmetro da abertura 74a era 230 mm) no tubo amortecedor Z1 com diâmetro interno de 400 mm, era33%.

Em consequência da medição, o tempo de permanência mínimo do gás de excesso no tubo amortecedor durante operação de despressurização do aparelho de bomba de vácuo dupla Y2 para o tubo de amortecedor Z1 (incluindo placa de orifício) foi 0,5 segundo. Ademais, em consequência da medição de aceleração de vibração aplicada ao eixo 61a da válvula liga- desliga 61 no estado aberto durante a operação de despressurização do a- parelho de bomba de vácuo dupla Y2, o valor máximo foi 2,1 G. Os resultados de medição para o Exemplo 9 estão mostrados na tabela da figura 16.

Exemplos 11 a 16

Usando o sistema de purificação de gás X1, mostrado na figura 1, exceto com respeito ao fato de o comprimento do tubo amortecedor Z1 (incluindo a placa de orifício 74) no aparelho de bomba de vácuo dupla Y2 ter sido alterado de 4,4 metros para 3,6 metros (Exemplo 11), 2.8 metros (Exemplo 12), 2,1 metros (Exemplo 13), 1,5 metros (Exemplo 14), 1,3 metros (Exemplo 15), ou 1,05 metros (Exemplo 16), um ciclo, incluindo etapa de adsorção, etapa de regeneração por despressurização, e etapa de restauração de pressão, foi repetido nas torres de adsorção 10A e 10B, operando o aparelho de bomba de vácuo dupla Y2 para realizar a despressurização na etapa de regeneração por despressurização, como no Exemplo 3, e daí obtendo oxigênio, a partir do ar, que serviu como fonte de gás.

Como no Exemplo 3, o tempo de permanência mínimo no tubo amortecedor durante a despressurização do aparelho de bomba de vácuo dupla Y2, foi medido para o tubo amortecedor Z1 do aparelho de bomba de vácuo dupla Y2 nos Exemplos 11 a 16, e os resultados obtidos foram os seguintes: 0,41 segundo (Exemplo 11), 0,32 segundo (Exemplo 12), 0,24 segundo (Exemplo 13), 0,17 segundo (Exemplo 14), 0,15 segundo (Exemplo 15), e 0,12 segundo (Exemplo 16). Em consequência da medição, a aceleração de vibração aplicada ao eixo 61a da válvula liga-desliga 61 no estado aberto durante operação de despressurização para o aparelho de bomba de vácuo dupla Y2, foram obtidos os seguintes valores máximos: 2,0 G (Exemplo 11), 2,1 G (Exemplo 12), 2,1 G (Exemplo 13), 2,5 G (Exemplo 14), 3,0 G (Exemplo 15), e 4.5 G (Exemplo 16). Os resultados das medições para E- xemplos 11 a 16 estão mostrados na tabela da figura 16. Em adição, os resultados das medições para os Exemplos 9 e 16 e Exemplos Comparativos 3, descritos acima, estão indicados em linha cheia no gráfico da figura 18.

Exemplos 17 a 22

Usando o mesmo sistema de purificação de gás X1 que da configuração exemplar 10, exceto com respeito ao fato de o diâmetro da abertura 74a da placa de orifício 74 do tubo amortecedor Z1 do aparelho de bomba de vácuo dupla Y2 ter sido alterado de 230 mm para 180 mm (Exemplo 17), 200 mm (Exemplo 18), 215 mm (Exemplo 19), 230 mm (Exemplo 20), 250 mm (Exemplo 21) ou 270 mm (Exemplo 22), um ciclo, incluindo etapa de adsorção, etapa de regeneração por despressurização, e etapa de restauração de pressão, foi repetido para as torres de adsorção 10A e 10B, operando o aparelho de bomba de vácuo dupla Y2 na etapa de regeneração por despressurização, e daí obtendo oxigênio a partir do ar, que serviu como fonte de gás. A razão de abertura da placa de orifício 74 no Exemplo 17 no tubo amortecedor Z1 com diâmetro interno de 4000 mm foi 20%, a razão de abertura da placa de orifício 74 no Exemplo 18 foi 5%, a razão de abertura da placa de orifício 74 no Exemplo 19 foi 29%, a razão de abertura da placa de orifício 74 no Exemplo 20 foi 33%, a razão de abertura da placa de orifício 74 no Exemplo 21 foi 39%, e a razão de abertura da placa de orifício no Exemplo 22 foi 46%.

Como no Exemplo 3, o tempo de permanência mínimo no tubo amortecedor durante a operação de despressurização do aparelho de bomba de vácuo dupla Y2 foi medido para o tubo amortecedor Z1 do aparelho de bomba de vácuo dupla Y2 nos Exemplos 17 a 22, e obteve-se para todos 0,22 segundo. Em consequência de medição da aceleração de vibração a- plicada ao eixo 61a da válvula liga-desliga 61 no estado aberto, durante a operação de despressurização para os aparelhos de bomba de vácuo dupla Y2, os valores máximos foram os seguintes: 4,2 G (Exemplo 17), 3,8 G (E- xemplo 18), 3,4 G (Exemplo 19), 3,0 G (Exemplo 20), 3,3 G (Exemplo 21), e 4,0 G (Exemplo 22). Os resultados das medições para os Exemplos 17 a 22 estão mostrados na tabela da figura 19, e indicados em linha cheia no gráfico da figura 20. No gráfico da figura 20, o eixo horizontal representa a razão de abertura da placa de orifício 74 (porção restritora) (%), e o eixo vertical representa a aceleração de vibração (G) do eixo 61a da válvula liga-desliga 61.

Avaliação

Uma comparação dos Exemplos 3 a 22 e Exemplo Comparativo 3 indica que a aceleração de vibração aplicada ao eixo 61a da válvula liga- 5 desliga 61 é menor no sistema de purificação de gás X1 (Exemplos 3 a 22) mostrado na figura 1, com o tubo amortecedor Z1 que no sistema de purificação de gás X3 (Exemplo Comparativo 3) mostrado na figura 17, sem o tubo amortecedor. Ademais, se o comprimento do tubo amortecedor for i- gual, a aceleração de vibração do eixo 61a da válvula liga-desliga 61 será 10 menor com a placa orifício (Exemplo 10 a 16) que sem a placa orifício. Ademais, no aparelho de bomba de vácuo dupla Y2 (Exemplos 3 a 8, e 10 a 15), usando o tubo amortecedor 21 no qual o tempo de permanência mínimo do gás de excesso é 0,15 segundo ou mais, a aceleração de vibração aplicada ao eixo 61a da válvula liga-desliga 61 pode ser feita particularmente peque- 15 na.

Claims

1. Aparelho de bomba de vácuo dupla (Y2) compreendendo: uma primeira bomba de vácuo (40A) do tipo deslocamento positivo, incluindo uma porta de sucção (41) e uma porta de descarga (42); uma segunda bomba de vácuo (40B) acionada em conjunto com a primeira bomba de vácuo (40A) por um único motor (51) e incluindo uma porta de sucção (41) e uma porta descarga (42) e tendo uma capacidade de descarga menor que uma capacidade de descarga da primeira bomba de vácuo (40A); uma linha de conexão (52) conectando entre a porta de descarga (42) da primeira bomba de vácuo (40A) e a porta de sucção (41) da segunda bomba de vácuo (40B) de uma maneira que a porta de descarga (42) da primeira bomba de vácuo (40A) e a porta de sucção (41) da segunda bomba de vácuo (40B) estão em um estado de comunicação constante; uma linha de derivação (60) tendo uma primeira extremidade (E6) conectada à linha de conexão (52) e uma segunda extremidade (E7) para emitir gás para fora; e uma válvula liga-desliga (61) disposta na linha de derivação (60) entre a primeira extremidade (E6) e a segunda extremidade (E7) da mesma; em que a válvula liga-desliga (61) é configurada para ser comutada a partir de um estado aberto para um estado fechado, quando a quantidade de descarga a partir da porta de descarga (42) da primeira bomba de vácuo (40A) diminui para igualar a capacidade de descarga da segunda bomba de vácuo (40B); em que a linha de derivação (60) compreende um tubo amortecedor (Z1) entre a primeira extremidade (E6) e a válvula liga- desliga (61) para suprimir a vibração do fluxo de gás que passa na linha de derivação (60); caracterizado pelo fato de que o tubo amortecedor (Z1) inclui uma porção restritora para estreitar localmente uma trajetória de fluxo de gás que passa no tubo amortecedor (Z1), e a porção restrita tem uma razão de abertura de 20% a 46%.

2. Aparelho de bomba de vácuo dupla (Y2), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda compreende um detector de pressão (80), que detecta uma pressão adjacente à porta de sucção (41) da primeira bomba de vácuo (40A), em que a válvula liga-desliga (61) é configurada para ser comutada a partir do estado aberto para o estado fechado, quando o detector de pressão (80) detecta que a quantidade de descarga a partir da porta de descarga (62) da primeira bomba de vácuo (40A) diminuiu para um valor de pressão indicando que a quantidade de descarga igualou a capacidade de descarga da segunda bomba de vácuo (40B).

3. Aparelho de bomba de vácuo dupla (Y2), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda compreende um detector de pressão (80), que detecta uma pressão adjacente à porta de sucção (41) da primeira bomba de vácuo (40A), em que a válvula liga-desliga (61) é configurada para ser comutada a partir do estado aberto para o estado fechado, quando o detector de pressão (80) detecta um valor de pressão indicando que a pressão na linha de conexão (52) diminuiu para a pressão atmosférica.

4. Aparelho de bomba de vácuo dupla (Y2), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que cada uma das primeira e segunda bombas de vácuo (40A,40B) é uma bomba de lóbulo incluindo uma carcaça (40a) e um rotor (40b) dentro da carcaça (40a), e o rotor (40b) da primeira bomba de vácuo (40A) e o rotor (40b) da segunda bomba de vácuo (40B) são configurados para serem acionados de modo rotativo em conjunto uma com a outra por um único motor (51).

5. Aparelho de bomba de vácuo dupla (Y2), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o tubo amortecedor (Z1) é configurado de modo que, quando a válvula liga-desliga (61) se encontra no estado aberto, o tempo de permanência mínimo do gás que passa através do tubo amortecedor (Z1) é 0,15 segundos ou mais quando a quantidade de descarga a partir da porta de descarga (42) da primeira bomba de vácuo (40A) excede a capacidade de descarga da segunda bomba de vácuo (40B).

6. Aparelho de bomba de vácuo dupla (Y2), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o tubo amortecedor (Z1) inclui uma pluralidade de porções restri- toras para estreitar localmente a trajetória de fluxo do gás que passa através do tubo amortecedor (Z1), e a pluralidade de porções restrito- ras inclui uma primeira porção restritora localizada mais a montante na trajetória de fluxo e uma segunda porção restritora localizada mais a jusante.

7. Aparelho de bomba de vácuo dupla (Y2), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a porção restritora é uma placa de orifício tendo uma abertura (74a) ou placa abafadora (75).

8. Aparelho de bomba de vácuo dupla (Y2), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a porção restritora é uma placa de orifício (74) tendo uma abertura (74a), e uma porção de borda da abertura (74a) é alinhada com a superfície da parede interna (73) do tubo amortecedor (Z1).

9. Aparelho de bomba de vácuo dupla (Y2), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o tubo amortecedor (Z1) é configurado de modo que quando a válvula liga-desliga (61) se encontra no estado aberto, a velocidade máxima do fluxo do gás que passa através do tubo amortecedor (Z1) é de 6 m/seg a 12 m/seg, quando a quantidade do gás descarregada a partir da porta de descarga (42) da primeira bomba de vácuo (40A) excede a capacidade de sucção da segunda bomba de vácuo (40B).

10. Aparelho de bomba de vácuo dupla (Y2), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o tubo amortecedor (Z1) inclui uma primeira parede de extremidade (71) no primeiro lado de extremidade na linha de derivação (60), uma segunda parede de extremidade (72) no segundo lado de extremidade, e uma parede circundante (73) que se estende entre as primeira e segunda paredes de extremidade (71,72), e a linha de derivação (60) inclui uma porção de tubo de conexão (62) conectada ao tubo amortecedor (Z1) em um local da parede circundante (73) na lateral da primeira parede de extremidade (71) para introduzir gás no tubo amortecedor (Z1), e a porção de tubo de conexão (62) se estende em uma direção que intersecta com uma direção (h) que se estende da parede circundante (73).

11. Aparelho de bomba de vácuo dupla (Y2), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o tubo amortecedor (Z1) inclui uma primeira parede de extremidade (71) no primeiro lado de extremidade na linha de derivação (60), uma segunda parede de extremidade (72) no segundo lado de extremidade, e uma parede circundante (73), que se estende entre as primeira e segunda paredes de extremidade (71,72), e a linha de derivação (60) inclui uma porção de tubo de conexão conectada ao tubo amortecedor na primeira parede de extremidade (71) para introduzir gás no tubo amortecedor (Z1), e a porção de tubo de conexão (62) tem uma estrutura curvada para curvar o fluxo de gás imediatamente antes de o gás ser introduzido no tubo amortecedor (Z1).

12. Sistema de purificação de gás caracterizado pelo fato de que compreende: uma torre de adsorção (10A) tendo um interior preenchido com um adsorvente para purificar o gás por adsorção por oscilação de pressão; e um aparelho de bomba de vácuo dupla (Y2), conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 11, para despressurizar o interior da torre de adsorção (10A).