JP2001241383A - 流体処理プラントの調整方法、流体処理プラント、およびこのようなプラントの空気成分の製造への応用 - Google Patents

流体処理プラントの調整方法、流体処理プラント、およびこのようなプラントの空気成分の製造への応用

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フレデリック・デスプロー
Nathalie Derive-Teuscher
ナタリー・ドゥリブトゥシャー
Christian Monereau
クリスチアン・モネロー
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 典型的に圧力スウィング吸着タイプの流体処
理プラントに関係する流体圧縮機を、断続的に運転およ
び制御するシンプルで効果的なデザインの方法であっ
て、冷却しない圧縮機の場合も含めて、運転上の適応性
が非常に大きく安全性の高い方法を提供する。 【解決手段】 典型的に圧力スウィング吸着による流体
処理プラントの圧縮機（コンプレッサー４および／また
はポンプ５）。この圧縮機は可動部分とステータとの間
のクリアランスを検出して測定信号を出す少なくとも１
つの検出器を備え、この測定信号を用いて、この測定に
依存して、プラントの運転を変更し、特に圧縮機が過度
に高い速度で動作している段階を自動的に短くする。特
に空気成分の分離に応用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、プラント内に流体
フローを作る少なくとも１つの圧縮機を備える流体処理
プラント、より詳細には圧力スウィング吸着タイプの流
体処理プラントの分野に関する。
【０００２】
【従来の技術】圧縮機は、吸気ポートと送出ポートとの
間に圧力差を作るため、流体をより高い圧力にするコン
プレッサーとして、または流体を吸引して上流の回路を
減圧するためのポンプとして用いることができる。圧縮
機は、一般に、所望する入口／出口圧力差、または通常
の動作条件での圧力比に基づいてデザインされる。動作
条件は、圧縮機に対するいくつかの動作パラメーター、
特に可動部分の温度によって表わされる。ステータおよ
びベアリングに対する可動部分のクリアランスは、これ
らのいろいろな部品の膨張（停止中の圧縮機と通常動作
中の圧縮機との間の温度上昇に起因する）を考慮に入れ
る。
【０００３】過圧が小さい（典型的に、コンプレッサー
として動作する場合には１バールのオーダーであり、真
空ポンプとして動作する場合には０．５バールのオーダ
ーである）場合には、殆どの圧縮機、特にプロファイル
されたロータを有する回転形機は、冷却しなくても運転
でき、膨張は適度な状態に留まっている。
【０００４】過圧が大きい場合、および動作時間が長い
場合には、冷ガスまたは冷水を流体回路へ導入して圧縮
機を冷却しなければならない。
【０００５】圧縮機を冷却することは、性能および安全
性は高まるが、特に補助的な装置が必要であるためとて
も費用がかかることになる。
【０００６】結果として、冷却は高圧縮比で長時間使用
する場合にのみ必要であることが分かる。従って、事前
に定めたチャートに従って、圧縮機を最高速度で運転す
る時間を制御し制限すれば、冷却の必要性をなくすこと
ができる。このことは、例えば、Hibon International
社によって販売されるRoots-Hibon-Series SCスーパー
チャージャー用の運転マニュアル（１９９３年３月）に
記載されている。
【０００７】しかし、最高速度で運転する段階の間のみ
についてこのような圧縮機を制御し運転することは、需
要によって速度が変わり処理サイクルが短く圧縮段階お
よび／またはポンピング段階が非常に短いプラント、あ
るいは可逆的な圧縮機を用いて稼動するプラント（たと
えば出願人の名義である文献EP-A-0743087に記載されて
いるプラント）で実施するのは、簡単なことではない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の主題は、典型
的に圧力スウィング吸着タイプの流体処理プラントに関
係する流体圧縮機を、断続的に運転および制御するシン
プルで効果的なデザインの方法であって、冷却しない圧
縮機の場合も含めて、運転上の適応性が非常に大きく安
全性の高い方法である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】このことを行うために、
本発明の１つの特徴によれば、プラントの運転中に、圧
縮機の相対運動する２つの部品間の少なくとも１つのク
リアランスを測定し、この測定に基づいてプラントの運
転を変更する。
【００１０】より詳細な特徴によれば、クリアランス測
定信号を発生させ、この信号を予め決めた閾値と比較し
て、信号が一時的に閾値を超えたときにプラントの運転
を変更する。特に、圧力スウィング吸着タイプのプラン
トの場合には、吸着サイクルまたは脱着サイクルの全部
または一部を変更する。
【００１１】圧縮機、特に回転形機におけるクリアラン
ス測定は、当該技術分野において周知であり、例えば、
文献US-A-5198763およびUS-A-5696444に記載されてい
る。
【００１２】しかし、周知のクリアランス測定の目的
は、本質的に、特に相対運動する部品が摩滅したときに
ゆっくりと恒久的に変化するクリアランスの変化をモニ
ターして、最終的に警報を出しおよび／または圧縮機を
停止することであり、本発明に係るガス処理プラントの
運転を調整する連続プロセスを行うことではない。
【００１３】また本発明の主題は、流体を流体処理プラ
ントの少なくとも一部の領域に導入しおよび／または流
体をプラントから抽出するために、ステータ内に少なく
とも１つの可動部分を備える少なくとも１つの流体圧縮
機、より詳細には外部流体によって冷却されていないタ
イプの流体圧縮機を備える流体処理プラントであって、
圧縮機は、可動部分の一部の領域とステータとの間のク
リアランスを検出して信号を出す少なくとも１つの検出
器と、前記信号に応答してプラントの運転を変更する制
御装置とを備えるプラントである。
【００１４】最後に本発明の主題は、空気成分を、典型
的に他の空気成分を１または複数の吸着床に保持させる
ことによって製造することへの、このようなプラントの
応用である。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明の他の特徴および利点を、
例示するために与えたが何ら限定を意味しない以下の実
施形態の記載の中で、図面を参照して明らかにする。
【００１６】図１は、どちらか一方の側の圧力が大気圧
である圧力スウィング吸着（ＶＰＳＡ（真空圧力スウィ
ング吸着）と呼ばれる）による流体処理プラント１の全
体の配置を示す。
【００１７】図示した例において、プラントは２つの吸
着器Ａ、Ｂを備え、これらにはそれぞれ少なくとも１つ
の吸着床が充填されている。吸着器Ａ、Ｂへの入口は、
バッファタンクＣを含む製造ライン２に接続され、ま
た、分離すべきガス混合物（コンプレッサー４によって
圧縮されている）を受け入れる取り入れライン３と排出
ポンプ５に接続する排出ライン１４とに、もう１つのバ
ルブの組を介して選択的に接続可能となっている。
【００１８】好ましくはコンプレッサー４は、ポンプ５
と同様に、複葉ロータ６を有し外部冷媒を使用しないい
わゆるルーツタイプの回転形機であり、これは上述した
Roots-Hibonのドキュメンテーションに記載されてい
る。ルーツタイプは、コンプレッサー４の過圧が１．３
ｂａｒ以下であることが要求されポンプ５の真空が０．
６ｂａｒ未満を保つことが要求される、大気空気から酸
素を製造するこのタイプのＶＰＳＡプラントに最も適し
ている。コンプレッサー４およびポンプ５は、電気モー
ターＭ１およびＭ２によって、それぞれ駆動される。
【００１９】本発明においては、図１に詳細に示されて
いるように、少なくとも１つの近接検出器７が、１つの
ロータ６の一端（たとえば図２に示す例では軸方向の
端）の付近で、ポンプ５またはコンプレッサー４のケー
シング８中に設けられていて、検出器７の参照面とロー
タ端面との間のクリアランスｅを表わす信号を、中央制
御ユニット９に送るようになっている。こうして、回転
形機がその速度およびいろいろな速度における動作時間
に依存して膨張する効果が測定される。
【００２０】センサー７が出した信号は、中央制御ユニ
ット９の比較器段階において、少なくとも１つの予め設
定した参照値と比較される。参照値は、プラント１の公
称サイクルおよびユーザーがその場で課した速度変化に
基づいて実験的に決定する。この参照値によって表わさ
れる閾値を超えると、ユニット９は信号１１、１２をコ
ンプレッサーおよび／またはポンプ５に送って、その回
転速度を一時的に下げ、および／またはそれらの停止時
期の１つを早め、および／または圧縮機がそれほど強制
的でない段階（a less stringent step）に移ることを
早める。これは、信号が閾値未満に戻るまで行われる。
このようにして、ユニット９に記録されたプラントの公
称サイクル設定が一時的に「強制」される。
【００２１】好ましくは、また付随的に、回転形機４お
よび５に課された付加的なむだ時間（dead times）を考
慮するために、ユニット９は信号１３を種々の入口バル
ブおよび出口バルブにも送ることによってそれらの開／
閉を早め、ライン２における製造ガスパラメーターをほ
ぼ一定に保つ。
【００２２】上述したRoots -Series C machine（出力
が１８０ｍ3／時未満、ロータ６の直径が０．３ｍ未
満）のような圧縮機に対しては、ロータ用ドライブシャ
フトと反対側の圧縮機エンドプレート８内に磁気効果近
接検出器７（たとえばMetrix Instrument社から販売さ
れるもの）を、継続時間が６０秒未満のＶＰＳＡサイク
ルの場合には、圧縮機の公称動作に対応して約１．２５
ｍｍの制御距離ｅで組み込むことができる。このような
ＶＰＳＡサイクルとは、すなわち８９％を上回る純度の
酸素を少なくとも１つのゼオライト系吸着床上に生成す
るために、圧縮段階および吸入段階が２５秒以下である
ＶＰＳＡサイクルである。
【００２３】本発明を特定の実施形態について説明して
きたが、それによって本発明は何ら限定されることはな
く、請求の範囲の構成内において当業者が考え得る修正
および変形が可能である。特に、プロセスおよびプラン
トは、他のタイプのガス処理、たとえば吸着による合成
ガスからの一酸化炭素または二酸化炭素の分離に、適用
することができる。
【００２４】本発明は、一時的に過度に高い速度で動作
することが、予期せずに強制される冷却式圧縮機にも適
用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る圧力スウィング吸着による流体処
理プラントの一例を概略的に示す図。
【図２】本発明に係る回転形圧縮機の１つの実施形態を
示す部分断面図。
【符号の説明】
１…流体処理プラント ２…製造ライン ３…取り入れライン ４…コンプレッサー ５…排出ポンプ ６…複葉ロータ ７…近接検出器 ８…ケーシング ９…中央制御ユニット １１、１２、１３…信号 １４…排出ライン Ａ、Ｂ…吸着器 Ｃ…バッファタンク Ｍ１、Ｍ２…電気モーター
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ナタリー・ドゥリブトゥシャー フランス国、94220 シャルントン、リ ュ・アルフレッド・サブーレ、９ (72)発明者 クリスチアン・モネロー フランス国、75011 パリ、リュ・ドゥ・ シャロンヌ、159

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも１つの流体圧縮機を備える流
    体処理プラントの調整方法であって、プラントの運転中
    に圧縮機の相対運動する２つの部品間の少なくとも１つ
    のクリアランスを測定して、この測定に基づいて流体処
    理プラントの運転を変更することを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 クリアランス測定信号を発生させ、この
    信号を少なくとも１つの予め決めた閾値と比較して、信
    号が前記予め決めた閾値を一時的に超えたときにプラン
    トの運転を変更することを特徴とする請求項１記載の方
    法。
  3. 【請求項３】 信号が予め決めた閾値を超えたときに、
    圧縮機の動作時間を短くすることを特徴とする請求項２
    記載の方法。
  4. 【請求項４】 信号が予め決めた閾値を超えたときに、
    圧縮機の速度を下げることを特徴とする請求項２または
    ３記載の方法。
  5. 【請求項５】 プラントは、吸着剤への吸着および圧力
    スウィングによる流体処理プラントであることを特徴と
    する請求項１ないし４いずれか１項記載の方法。
  6. 【請求項６】 圧縮機が吸着剤を脱着するためのポンプ
    であることを特徴とする請求項５記載の方法。
  7. 【請求項７】 信号が予め決めた閾値を超えたときに、
    プラントの圧縮段階および／またはポンピング段階の継
    続時間を短くすることを特徴とする請求項２、５、また
    は６記載の方法。
  8. 【請求項８】 信号が予め決めた閾値を超えたときに、
    プラントのサイクルにむだ時間を導入するかまたはサイ
    クルのむだ時間を延長し、および／またはそれほど強制
    的でない段階への圧縮機の移行を早めることを特徴とす
    る請求項２、５、または６記載の方法。
  9. 【請求項９】 空気成分を分離することを特徴とする請
    求項５ないし８いずれか１項記載の方法。
  10. 【請求項１０】 一酸化炭素または二酸化炭素を、これ
    らの化合物を含むガス混合物から製造することを特徴と
    する請求項５ないし８いずれか１項記載の方法。
  11. 【請求項１１】 流体のフローを流体処理プラントの少
    なくとも一部の領域に導入し、および／または流体のフ
    ローをプラントから抽出するために、ステータ内に少な
    くとも１つの可動部分を有する少なくとも１つの流体圧
    縮機を備える流体処理プラントであって、 圧縮機は、可動部分の一部の領域とステータとの間のク
    リアランスを測定して信号を出す少なくとも１つの検出
    機と、前記信号に応答してプラントの運転を変更する制
    御装置とを備えることを特徴とするプラント。
  12. 【請求項１２】 制御装置は、信号を少なくとも１つの
    予め決めた閾値と比較する段階を含むことを特徴とする
    請求項１１記載のプラント。
  13. 【請求項１３】 プラントは、少なくとも１つの吸着剤
    マスを備える圧力スウィング吸着による流体処理プラン
    トであることを特徴とする請求項１１または１２記載の
    プラント。
  14. 【請求項１４】 可動部分がロータであることを特徴と
    する請求項１１ないし１３いずれか１項記載のプラン
    ト。
  15. 【請求項１５】 圧縮機は複葉ロータを有するルーツタ
    イプの圧縮機であることを特徴とする請求項１３または
    １４記載のプラント。
  16. 【請求項１６】 吸着剤はゼオライトであることを特徴
    とする請求項１３ないし１５いずれか１項記載のプラン
    ト。
  17. 【請求項１７】 空気成分の製造への請求項１１ないし
    １６いずれか１項記載のプラントの応用。
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