JP2005052757A - Gas supply apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はガス供給装置に関し、詳細には空気分離装置を大型化しなくても製品ガス使用量の変動に追随可能なガス供給装置に関する。 The present invention relates to a gas supply device, and more particularly to a gas supply device that can follow fluctuations in the amount of product gas used without increasing the size of an air separation device.
従来、ガス供給装置の一種として、空気中から窒素又は酸素を選択的に分離して製品ガスとして生成する空気分離装置が知られており、窒素又は酸素を連続的に消費する装置に数多く組み込まれている。このような空気分離装置において、供給先の製品ガス使用量は常時変動することが多く、製品ガスの使用量が少ない場合でも、製品ガスの最大使用量に追随可能な空気分離装置を用いなければならず、装置が大型化し、消費電力も増大して、経済的に不効率となることが問題となっていた。 Conventionally, as one type of gas supply device, there is known an air separation device that selectively separates nitrogen or oxygen from the air to produce a product gas, and is incorporated in many devices that continuously consume nitrogen or oxygen. ing. In such an air separation device, the amount of product gas used at the supply destination often fluctuates constantly, and even if the amount of product gas used is small, an air separation device that can follow the maximum amount of product gas must be used. In addition, the size of the apparatus is increased, the power consumption is increased, and it is economically inefficient.
このような問題に対処するため、例えば、供給先の製品ガス使用量が、空気分離装置の製品ガス生成量を下回る場合は、空気分離装置が生成した余剰分の製品ガスを液化して液化ガス貯槽に貯留しておき、供給先の製品ガス使用量が空気分離装置の製品ガス生成量を上回る場合は、液化ガス貯槽に貯留された液化ガスを蒸発器で再度気化させ、気化されたガスを供給先に補充するガス供給装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。 In order to deal with such a problem, for example, when the amount of product gas used at the supply destination is lower than the amount of product gas generated by the air separation device, the excess product gas generated by the air separation device is liquefied to liquefy the gas. If it is stored in a storage tank and the amount of product gas used at the supply destination exceeds the amount of product gas produced by the air separation device, the liquefied gas stored in the liquefied gas storage tank is vaporized again with an evaporator, and the vaporized gas is removed. A gas supply device for replenishing a supply destination is known (see, for example, Patent Document 1).
また、窒素が生成される精留塔の冷熱源を生成する膨張タービンを定常運転させて、所定量の窒素を製造させ、需要変動分の窒素を液体窒素貯槽から補うようにしたガス供給装置も知られている(例えば、特許文献2及び3参照)。このガス供給装置では、供給先の窒素需要量の変動に応じて、精留塔の底部に貯留される原料の液体空気の液面に上下変動が生じるので、この液面の上下変動を精留塔に設けられた液面計が検知し、液体窒素貯槽の窒素供給管路に設けられたバルブの開閉を制御することにより、窒素の需要量の変動に対応できるようにしている。
There is also a gas supply device in which an expansion turbine that generates a cooling heat source for a rectifying column in which nitrogen is generated is steadily operated to produce a predetermined amount of nitrogen, and nitrogen for the demand fluctuation is supplemented from the liquid nitrogen storage tank. Known (for example, see
さらに、銅の溶錬炉及び銅の転炉に酸素富化空気を供給するガス供給装置も知られている。このガス供給装置は、供給先(溶錬炉、転炉)の酸素富化空気の消費量が少量の場合には、空気分離ユニットが生成した酸素と、コンプレッサによって生成された圧縮空気の一部をバッファタンクに貯留し、供給先(溶錬炉、転炉)の酸素富化空気の消費量が多量の場合には、バッファタンクに貯留された酸素富化空気を供給先に補充することができる(特許文献4参照)。このガス供給装置では、コンプレッサによって圧縮された空気の一部は、空気分離ユニットで処理されて酸素となる。そして、その酸素は、銅の溶錬炉及び銅の転炉に供給される圧縮空気の中に吹き込まれ、酸素富化空気として供給先で消費されるようになっている。
しかしながら、特許文献1に記載のガス供給装置では、生成した酸素の一部を液化する液化器及び液化されたガスを再度気化させる熱交換器のような高価な機器を装置内に備えなければならず、コストが高くなるという問題点があった。また、ガス供給装置の内部には、製品ガスを生成する工程に加え、空気分離装置によって生成された製品ガスの一部を液化する工程と液化された製品ガスを気化させる工程とが設けられているため、ガス供給装置全体の消費電力が増大する等の問題点もあった。
However, in the gas supply apparatus described in
また、特許文献2及び3のガス供給装置では、窒素ガスの需要変動量を、精留塔内に貯留された液体空気の液面の上下変動によって判断しており、空気を液化して窒素を分離する深冷液化分離方式にのみ適用できる。しかしながら、空気中から窒素又は酸素を選択的に吸着して酸素又は窒素を生成する吸着分離方式では、原料となる空気は液化されないので、利用範囲が深冷液化分離方式の装置に限定されるという問題点があった。
Moreover, in the gas supply apparatus of
また、特許文献4に記載のガス供給装置では、バッファタンクに貯留されるのは、空気分離ユニットによって生成された酸素と、コンプレッサによって生成された圧縮空気の一部とが混合された酸素富化空気であるので、純度の低い酸素でも利用可能な装置ならば適用できるが、純度の高い酸素を必要とする装置には適用できないという問題点があった。また、供給先に酸素富化空気を供給し、バッファタンクに酸素富化空気を供給する動力源は、酸素の原料となる圧縮空気を生成するコンプレッサに集約されるため、コンプレッサの消費電力の増大を引き起こすという問題点もあった。
In the gas supply device described in
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、装置を大型化せず、消費電力を増大させずに製品ガス使用量の変動に追随可能なガス供給装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a gas supply device that can follow fluctuations in the amount of product gas used without increasing the size of the device and without increasing power consumption. Objective.
上記目的を達成するために、請求項1に記載のガス供給装置は、供給先に製品ガスを供給するガス供給装置であって、空気中から選択的に窒素又は酸素を分離する圧力変動吸着式空気分離装置と、当該空気分離装置によって得られるガスと同一のガスが予め貯蔵されたガスボンベと、前記空気分離装置のバッファタンクから定流量で供給されるガスと、ガスボンベから供給されるガスとを混合する第2のバッファタンクと、ガスボンベからのガス供給管路に介装された電磁弁と、前記第2のバッファタンクから供給先へ供給される製品ガス流量を検出する流量検出手段と、当該流量検出手段が検出した製品ガス流量が設定流量を超えた時に前記電磁弁を開く電磁弁開閉制御手段とを備えている。
In order to achieve the above object, the gas supply apparatus according to
また、請求項2に記載のガス供給装置は、請求項1に記載の発明の構成に加え、前記空気分離装置のバッファタンクから定流量で供給されるガスの流量及び前記設定流量が、製品ガスに要求されるガス純度を確保できる空気分離装置の最大生成量に設定されていることを特徴とする。
In addition to the configuration of the invention according to
また、請求項3に記載のガス供給装置は、供給先に製品ガスを供給するガス供給装置であって、空気中から選択的に窒素又は酸素を分離する圧力変動吸着式空気分離装置と、当該空気分離装置のバッファタンク前段の管路に接続され、空気分離装置によって得られるガスと同一のガスが予め貯蔵されたガスボンベと、前記バッファタンク内の圧力を検出する圧力検出手段と、前記ガスボンベからのガス供給管路に介装された電磁弁と、前記バッファタンクから供給先へ供給される製品ガス流量を検出する流量検出手段と、当該流量検出手段が検出した製品ガス流量が設定流量を超えた時、又は前記圧力検出手段が検出したバッファタンク内の圧力が設定圧力未満に低下した時に前記電磁弁を開く電磁弁開閉制御手段とを備えている。
The gas supply apparatus according to
また、請求項4に記載のガス供給装置は、請求項3に記載の発明の構成に加え、前記設定流量が、製品ガスに要求されるガス純度を確保できる空気分離装置の最大生成量に設定され、また、前記設定圧力が、製品ガスの圧力仕様を下回らない最低値に設定されていることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in addition to the configuration of the third aspect of the invention, the set flow rate is set to the maximum production amount of the air separation device that can ensure the gas purity required for the product gas. Further, the set pressure is set to a minimum value that does not fall below the product gas pressure specification.
本発明の請求項1に記載のガス供給装置によれば、空気分離装置のバッファタンクから第2のバッファタンクにガスが定流量で供給され、流量検出手段によって第2のバッファタンクから供給先に供給される製品ガス流量を検出することができる。そして、その検出された製品ガス流量が設定流量を超えた時には、電磁弁開閉制御手段はガスボンベからのガス供給管路の電磁弁を開いて、ガスボンベ内のガスを第2のバッファタンクに補充することができるので、供給先に供給される製品ガス流量が増大しても、空気分離装置は定流量で第2のバッファタンクに生成したガスを供給すればよく、空気分離装置にかかる負荷を軽減することができる。したがって、ガス供給装置のランニングコストの低減を図ることができる。 According to the gas supply device of the first aspect of the present invention, the gas is supplied at a constant flow rate from the buffer tank of the air separation device to the second buffer tank, and the flow rate detecting means supplies the gas from the second buffer tank to the supply destination. The supplied product gas flow rate can be detected. When the detected product gas flow rate exceeds the set flow rate, the solenoid valve opening / closing control means opens the solenoid valve of the gas supply line from the gas cylinder to replenish the gas in the gas cylinder to the second buffer tank. Therefore, even if the product gas flow rate supplied to the supply destination increases, the air separation device only needs to supply the generated gas to the second buffer tank at a constant flow rate, reducing the load on the air separation device. can do. Therefore, the running cost of the gas supply device can be reduced.
また、請求項2に記載のガス供給装置では、請求項1に記載の発明の効果に加えて、空気分離装置のバッファタンクから定流量で供給されるガスの流量及び電磁弁開閉制御手段が電磁弁を開く設定流量は、製品ガスに要求されるガス純度を確保できる空気分離装置の最大生成量に設定されているので、空気分離装置の最大生成量を超えてガスを生成する必要がなく、最大生成量を超えるガス量はガスボンベにより補充することができる。よって、空気分離装置のガス生成量を一定として、最小限のエネルギーロスで効率的に、安定した純度の製品ガスを供給先に供給することができる。
Further, in the gas supply device according to
また、請求項3に記載のガス供給装置では、流量検出手段が供給先に供給される製品ガス流量を検出して、その検出した製品ガス流量が設定流量を超えた時、又は圧力検出手段が空気分離装置のバッファタンク内の圧力を検出して、その検出した圧力が、設定圧力未満である時は、電磁弁開閉制御手段はガスボンベからのガス供給管路の電磁弁を開いて、空気分離装置のバッファタンクにガスを補充するので、バッファタンク内のガス圧力は常時設定圧力以上に保持され、設定圧力を保持した製品ガスを安定して供給先に供給することができる。また、空気分離装置は、設定流量を超えてガスを生成する必要がないので、空気分離装置の消費電力を増大させることがない。
Further, in the gas supply device according to
また、請求項4に記載のガス供給装置では、請求項3に記載の発明の効果に加えて、設定流量が、製品ガスに要求されるガス純度を確保できる空気分離装置の最大生成量に設定され、また、設定圧力が製品ガスの圧力仕様を下回らない最低値に設定されているので、バッファタンクから効率的に安定した純度の製品ガスを供給先に供給することができる。
In addition, in the gas supply device according to
以下、本発明を適用したガス供給装置1の第1の実施形態について、図面に基づいて説明する。まず、図1を参照して、ガス供給装置1の構成について説明する。図1は、第1の実施形態のガス供給装置1の構成を示した構成図である。尚、第1の実施形態のガス供給装置1は、主にゴミ焼却炉でのゴミの燃焼に利用される濃縮酸素を生成して供給する装置であり、図1に示すように、ガス供給装置1を構成する各部品間は、配管によって接続されている。ガス供給装置1は、圧力変動吸着式(PSA)の空気分離装置4(PSA空気分離装置本体2からコントローラ付流量計36まで)と、酸素ボンベ3を備え、不足分の酸素を補充する酸素補充ライン9(酸素ボンベ3から電磁弁54までと、酸素ボンベ3から逆支弁44まで)と、PSA空気分離装置4から定流量で供給される濃縮酸素と酸素ボンベ3からの濃縮酸素とを混合して供給先に供給する供給ライン11(バッファタンク12からガス供給口55まで)とで構成されている。
Hereinafter, a first embodiment of a
次に、PSA空気分離装置4の構成について説明する。図1に示すように、空気中から窒素を選択的に吸着分離して酸素を生成するPSA空気分離装置本体2には、逆支弁35が接続され、逆支弁35の下流側には、PSA空気分離装置本体2で生成される濃縮酸素を一時的に貯蔵するバッファタンク10が接続され、バッファタンク10にはタンク内部の濃縮酸素の圧力を検出する監視用の圧力計10aが設けられている。さらに、図1に示すように、バッファタンク10の下流側には、酸素流量を一定の流量に調整するコントローラ付流量計36が接続されている。
Next, the configuration of the PSA
次に、供給ライン11について説明する。図1に示すように、コントローラ付流量計36の下流側には、コントローラ付流量計36から定流量で供給される濃縮酸素と、後述する酸素ボンベ3から供給される濃縮酸素とを混合し、混合された濃縮酸素を一時的に貯蔵するバッファタンク12が接続され、バッファタンク12にはタンク内部の濃縮酸素の圧力を検出する監視用の圧力計12aが設けられている。
Next, the
そして、バッファタンク12の下流側には、ストップバルブ48が接続され、さらにストップバルブ48の下流側には減圧弁49が接続されている。そして、減圧弁49の下流側には流量検出器53が接続され、減圧弁49と流量検出器53との間に接続された配管には、製品ガスとして外部に供給される濃縮酸素の圧力を検出できる監視用の圧力計51が設けられている。また、流量検出器53はコントローラ5に接続され、流量検出器53での流量検出値Fはコントローラ5に出力されるようになっている。そして、流量検出器53の下流側には電磁弁54が接続され、さらに電磁弁54の下流側には、生成された濃縮酸素を製品ガスとして供給先に供給するガス供給口55が設けられている。
A
次に、酸素ボンベ3を備えた酸素補充ライン9の構成について、図1を参照して説明する。図1に示すように、酸素補充ライン9には、液化酸素が貯蔵された2つの酸素ボンベ3,3が設けられ、各々の酸素ボンベ3,3の出口には、元バルブ3a,3aが設けられ、常時開放されている。そして、2つの酸素ボンベ3,3に各々接続された配管の下流側は1本に結合され、さらにその1本に結合された配管の下流側は供給ライン60と供給ライン70とに分岐されている。
Next, the configuration of the
まず、供給ライン60に分岐する配管には、手動のストップバルブ37が接続され、さらにストップバルブ37の下流側には、減圧弁38が接続されている。そして、減圧弁38に接続される配管の一端側と反対の他端側は、電磁弁54に接続されている。減圧弁38は、酸素ボンベ3から電磁弁54に供給する酸素を所定圧力にまで減圧する。また、ストップバルブ37は、ガス供給装置1の起動時に開放され、酸素ボンベ3から開放された濃縮酸素は電磁弁54を通過してガス供給口55に供給される。尚、減圧弁38の減圧の設定は、外部に接続された装置の起動時に消費する製品ガスの最大量を想定して設定される。
First, a
また、図1に示すように、供給ライン70に分岐する配管には、ストップバルブ39が接続され、ストップバルブ39の下流側には、減圧弁45が接続されている。そして、減圧弁45の下流側には、酸素補充弁42が接続され、酸素補充弁42と減圧弁45との間に接続された配管には、配管内の濃縮酸素の圧力を検出する監視用の圧力計41が設けられている。また、酸素補充弁42にはコントローラ5が接続されている。さらに酸素補充弁42の下流側には、監視用の流量計43が接続され、さらにその流量計43の下流側には逆支弁44が接続され、逆支弁44の下流側に接続された配管の一端側と反対の他端側は、上述したコントローラ付流量計36とバッファタンク12とに接続された配管に接続されている。尚、図1に示すガス供給装置1の構成図のPSA空気分離装置4が「圧力変動吸着式空気分離装置」に相当し、酸素ボンベ3が「ガスボンベ」に相当し、さらに、バッファタンク12が「第2のバッファタンク」に相当し、酸素補充弁42が「電磁弁」に相当し、流量検出器53が「流量検出手段」に相当する。
As shown in FIG. 1, a
次に、PSA空気分離装置本体2について、図2を参照して説明する。図2は、PSA空気分離装置本体2の構成を示した構成図である。図2に示すPSA(Pressure swing adsorption)空気分離装置本体2は、空気中から窒素を選択的に吸着分離して酸素を濃縮する。PSA空気分離装置本体2の後述する第1吸着筒7及び第2吸着筒8の内部に充填されている吸着剤は、結晶性含水アミノ珪酸塩であるゼオライトであり、多数の細孔を有し、窒素を多量に吸着する性質をもっている。そして、第1吸着筒7及び第2吸着筒8において加圧(吸着)と減圧(脱着)の操作を交互に繰り返しながら、目的とする濃縮酸素を連続的に生成する。尚、PSA空気分離装置本体2は、約90%純度の濃縮酸素を生成することができる。また、PSA空気分離装置本体2において、起動時に生成される酸素純度は低く、起動とともに酸素純度が徐々に上昇する立ち上がり特性を有する。
Next, the PSA air separation device
次に、PSA空気分離装置本体2の構成について説明する。尚、PSA空気分離装置本体2を構成する各部品間は、配管によって接続されているものとする。図2に示すように、PSA空気分離装置本体2には、外部空気を圧縮するコンプレッサ15が設けられ、コンプレッサ15は、空気が吸引される側に接続されたフィルタ15bと、空気を圧縮するポンプ15aと、ポンプ15aによって圧縮された圧縮空気をさらにろ過するフィルタ15cとによって構成されている。さらに、コンプレッサ15の下流側にはストップバルブ16が接続され、ストップバルブ16のさらに下流側にはフィルタ17a,17b及び17cの3個のフィルタが順に接続されている。フィルタ17a,17bは、ミストセパレータ型のフィルタであり、空気中の水分及び油分等を除去し、フィルタ17cは、空気中の臭い成分等を除去する。
Next, the configuration of the PSA air separation device
そして、図2に示すように、フィルタ17cの下流側には、監視用の流量計18が接続され、その流量計18の下流側に接続された配管は2つの配管に分岐され、分岐された各々の配管は、第1吸着筒7及び第2吸着筒8の空気流入側に各々接続されている。尚、第1吸着筒7及び第2吸着筒8には、筒内のガス圧力を検出するための監視用圧力計7a及び8aが各々設けられている。また、流量計18の下流側の近傍には、監視用の圧力計20が設けられている。さらに、2つに分岐された各々の配管と第1吸着筒7,第2吸着筒8とに接続された2つの各々の配管の中間には、電磁弁23,24が各々接続され、第1吸着筒7及び第2吸着筒8に各々圧縮空気が交互に供給される。
As shown in FIG. 2, a monitoring flow meter 18 is connected to the downstream side of the
さらに、図2に示すように、第1吸着筒7と電磁弁23とに接続された配管の中間には、さらに配管が分岐して接続され、その接続された一端側と反対の他端側には電磁弁25が接続されている。さらに、第2吸着筒8と電磁弁24とに接続された配管の中間にも配管が分岐して接続され、その接続された一端側と反対の他端側には電磁弁26が接続されている。そして、電磁弁25と電磁弁26との間には、1本の配管が接続されている。さらに、電磁弁25と電磁弁26とを接続する配管の中間には配管が分岐して接続され、その接続された一端側と反対の他端側にはサイレンサ22が接続され、サイレンサ22の下流側には、ガス排気口28が設けられている。
Further, as shown in FIG. 2, a pipe is further branched and connected to the middle of the pipe connected to the
また、電磁弁23と電磁弁25との間に介装された配管の中間にも、配管が接続され、さらに電磁弁24と電磁弁26との間に介装された配管の中間にも配管が接続され、各々の配管の電磁弁25又は26に接続された一端側と反対の他端側は電磁弁27を介在して互いに連結されている。
Further, a pipe is connected to the middle of the pipe interposed between the electromagnetic valve 23 and the
そして、図2に示すように、第1吸着筒7の酸素放出側には1本の配管が接続され、接続された一端側と反対の他端側には電磁弁29が接続されている。また第2吸着筒8の酸素放出側にも1本の配管が接続され、接続された一端側と反対の他端側には電磁弁30が接続されている。電磁弁29と電磁弁30との間には1本の配管が接続され、その中間から1本の配管が分岐して接続されることにより、その配管から第1吸着筒7及び第2吸着筒8で生成される濃縮酸素が外部に供給されるようになっている。尚、第1吸着筒7と電磁弁29とに接続された配管の中間と、第2吸着筒8と電磁弁30とに接続された配管の中間とには、1本の配管が接続されており、その接続された配管の中間には電磁弁31が接続されている。また、第1吸着筒7と電磁弁29とに接続された配管の上流側と、第2吸着筒8と電磁弁30とに接続された配管の上流側とには、1本の配管が接続され、その接続された配管の中間には、オリフィス6が設けられている。
As shown in FIG. 2, one pipe is connected to the oxygen releasing side of the
次に、コントローラ付流量計36について説明する。図1に示すコントローラ付流量計36は、バッファタンク10からバッファタンク12に供給される濃縮酸素の流量を自由に設定することができる。ここで流量値をaと設定すると、設定流量値aは、製品ガスとして要求される酸素純度を確保できるPSA空気分離装置本体2の最大生成量から決定される。よって、PSA空気分離装置本体2は、バッファタンク12に対して設定流量値aを超える量の濃縮酸素を生成する必要がないので、PSA空気分離装置本体2は、安定して高純度の濃縮酸素を生成することができる。尚、第1の実施形態のガス供給装置1では、設定流量値aを130L/minと設定する。
Next, the controller-equipped
次に、減圧弁45について説明する。図1に示すように、酸素補充ライン9の供給ライン70の減圧弁45は、酸素補充弁42に供給される濃縮酸素を所定圧力にまで減圧する。この減圧弁45の圧力の設定は、外部に接続された装置で消費される製品ガスの最大使用量を想定して設定されている。
Next, the
次に、PSA空気分離装置本体2の動作原理について、図2を参照して説明する。図2に示すように、PSA空気分離装置本体2が起動すると、コンプレッサ15のポンプ15aが起動し、外部の空気がフィルタ15bを通過して吸引され、さらにフィルタ15cを通過してろ過され、PSA空気分離装置本体2の内部に圧縮空気として供給される。次いで、吸引された圧縮空気は、開放されたストップバルブ16を通過し、さらにフィルタ17a,17b及び17cを通過して、水分、油分及び臭い成分等が除去される。そして、ろ過された圧縮空気は流量計18を通過し、第1吸着筒7と第2吸着筒8との2方向に分岐する配管に各々流れ込む。
Next, the operating principle of the PSA air separation device
そして、図2に示す電磁弁23,電磁弁29及び電磁弁26が開放され、電磁弁24,電磁弁30及び電磁弁25が閉じられることにより、第1吸着筒7に圧縮空気が供給される。この時、第1吸着筒7は加圧状態となり、第2吸着筒8は減圧状態となる。第1吸着筒7に供給された圧縮空気中の窒素は吸着剤に吸着分離され、第1吸着筒7の酸素が濃縮され、電磁弁29を通過してバッファタンク10に向かって濃縮酸素が放出される。さらに、第1吸着筒7から放出される濃縮酸素の一部はオリフィス6を通過し、第2吸着筒8に流れ込む。次いで、オリフィス6から流れ込んだ濃縮酸素により、第2吸着筒8内のガスが、電磁弁26を通過して排出されると同時に、第2吸着筒8内の吸着剤に吸着されていた窒素が脱着(パージ)され、ガス排気口28より排出される。尚、ガス排気口28の上流側に設けられたサイレンサ22によって、ガス排気口28の近傍に取り付けられた電磁弁25及び電磁弁26の開閉切換時に発生するガスの排気音が減少される。
Then, the solenoid valve 23, the
次いで、図2に示す電磁弁24,電磁弁30及び電磁弁25が開放され、電磁弁23、電磁弁29及び電磁弁26が閉じられることにより、第1吸着筒7と第2吸着筒8との吸着及び脱着が切り替わる。この時に、第1吸着筒7及び第2吸着筒8内の急激な圧力変化を防ぐため、各電磁弁の切換時から所定時間(約10秒程度)は電磁弁27及び電磁弁31を開放する。そして、第2吸着筒8に圧縮空気が供給され、同様に濃縮酸素が生成され、生成された濃縮酸素は、電磁弁30を通過してバッファタンク10に供給される。第1吸着筒7でも同様に、オリフィス6を通過する濃縮酸素により、第1吸着筒7内のガスが排出されると同時に、第1吸着筒7内の吸着剤に吸着されている窒素が脱着(パージ)され、ガス排気口28から排出される。したがって、第1吸着筒7及び第2吸着筒8では、空気中の窒素を吸着分離して濃縮酸素を生成する吸着工程と窒素を脱着する脱着工程とが交互に繰り返されることにより、連続的に濃縮酸素が生成され、生成された濃縮酸素は、逆支弁35を通過してバッファタンク10に供給される。
Next, the electromagnetic valve 24, the
次に、上記の構成のガス供給装置1の動作について、図1及び図3を参照して説明する。図3は、コントローラ5の酸素補充弁42の制御を示すフローチャートである。まず、ガス供給装置1の起動に伴い、PSA空気分離装置本体2が起動するが、PSA空気分離装置本体2の立ち上がり特性により純度の低い酸素が生成される。そこで、酸素補充ライン9の供給ライン60のストップバルブ37を手動で開放することにより、減圧弁38により減圧された濃縮酸素が電磁弁54に向かって放出され、電磁弁54が開放されることにより、ガス供給口55から濃縮酸素が供給先に供給される。よって、ガス供給装置1の起動時のガス供給口55から供給される濃縮酸素の純度の低下を防ぐことができる。尚、ストップバルブ37は、PSA空気分離装置本体2の生成する濃縮酸素の純度が約90%に到達すると予測される時間(第1の実施形態のガス供給装置1では約30分間)だけ開放する。
Next, the operation of the
そして、PSA空気分離装置本体2で生成された濃縮酸素は、逆支弁35を通過してバッファタンク10に貯蔵される。さらにバッファタンク10から放出される濃縮酸素は、コントローラ付流量計36により、毎分130Lの流量でバッファタンク12に供給され、貯蔵される。バッファタンク12に貯蔵された濃縮酸素は、開放されたストップバルブ48を通過し、その濃縮酸素の圧力は減圧弁49で減圧される。減圧された濃縮酸素は、流量検出器53を通過する。この時、流量検出器53において、製品ガスとして供給先に供給される濃縮酸素の流量検出値Fが検出される(S1)。流量検出器53により検出された検出値Fはコントローラ5に出力され、コントローラ5では、流量検出値Fが設定流量値a(a:130L/ml)を超えているか否かが判断される(S2)。濃縮酸素の流量が設定流量値aを超えている場合は(S2:YES)、PSA空気分離装置本体2の製品ガスとして要求される酸素純度の最大生成量を超えているので、酸素ボンベ3の補充を必要とする。
Then, the concentrated oxygen generated in the PSA air separation device
したがって、コントローラ5は酸素補充弁42を開放する(S3)。酸素補充弁42が開放されると、酸素ボンベ3内に封入されていた液化酸素は、元バルブ3aを通過することにより、昇圧して気化し、ストップバルブ39を通過して減圧弁45で所定圧力に減圧される。減圧された濃縮酸素は、開放された酸素補充弁42を通過し、バッファタンク12に供給される。尚、監視用の圧力計41を確認することにより、通過する濃縮酸素が所定通り減圧されているか否かを目視で判断できる。そして、開放された酸素補充弁42を通過した濃縮酸素は、監視用の流量計43,逆支弁44を通過して、バッファタンク12でPSA空気分離装置4のバッファタンク10から定流量で供給される濃縮酸素と混合されて供給先に供給される。
Therefore, the controller 5 opens the oxygen replenishment valve 42 (S3). When the
また、流量検出値Fが設定流量値a以下の場合は(S2:NO)、PSA空気分離装置本体2で生成できる最大生成量以下であるので、製品ガスとして要求される酸素純度90%以上を保持しながら、PSA空気分離装置4のみからバッファタンク12に濃縮酸素が供給される。したがって、酸素ボンベ3から濃縮酸素をバッファタンク12に補充する必要がないので、酸素補充弁42が閉じられる(S4)。そして、流量検出器53は、供給される製品ガスの酸素流量を引き続き検出し続け(S1)、製品ガス要求側の濃縮酸素の使用量に応じて、酸素ボンベ3からバッファタンク12への濃縮酸素の補充が行われる。尚、図3に示すフローチャートのS3及びS4の判断処理を実行するコントローラ5が「電磁弁開閉制御手段」として機能する。
In addition, when the flow rate detection value F is equal to or less than the set flow rate value a (S2: NO), since it is less than the maximum production amount that can be produced by the PSA air separation device
以上説明したように、第1の実施形態のガス供給装置1は、PSA空気分離装置4と、酸素ボンベ3から濃縮酸素をバッファタンク12に補充する酸素補充ライン9とを備えている。PSA空気分離装置本体2で生成される濃縮酸素はバッファタンク10に貯蔵され、さらにコントローラ付流量計36により設定流量値a(=130L/min)に基づいてバッファタンク12に供給される。そして、バッファタンク12から製品ガスとして供給先に供給される酸素流量は流量検出器53により検出され、その流量検出値Fはコントローラ5に出力される。流量検出値Fが設定流量値a以下の場合は、PSA空気分離装置4で生成された濃縮酸素のみがバッファタンク12に供給されるが、製品ガス要求側の酸素使用量が大きく変動して、設定流量値aを超えた場合は、コントローラ5は酸素補充弁42を開放し、酸素ボンベ3内の濃縮酸素をバッファタンク12に補充する。設定流量値aは、PSA空気分離装置4の製品ガスとして要求される純度を保持できる最大生成量として決定されているため、バッファタンク12には、常時高純度の酸素が貯蔵されるので、ガス供給装置1は、製品ガス要求側の使用量に応じて効率的に安定した純度の濃縮酸素を供給することができる。さらに、ガス供給装置1に小型のPSA空気分離装置4を使用しても、酸素ボンベ3の設置本数を増やせば、製品ガス要求側の濃縮酸素の使用量の変動に対応することができるので、ガス供給装置1の初期投資を抑えることができ、ガス供給装置1の設置スペースを削減することもできる。
As described above, the
次に、本発明の第2の実施形態であるガス供給装置100について説明する。まず、ガス供給装置100の構成について、図4を参照して説明する。図4は、第2の実施形態のガス供給装置100の構成を示した構成図である。ここで、PSA空気分離装置本体2は、上述したガス供給装置1のPSA空気分離装置本体2と同じであるものとする。図4に示すように、ガス供給装置100は、PSA空気分離装置40(PSA空気分離装置本体2からバッファタンク10まで)と、酸素ボンベ3を備え、不足分の酸素を補充する酸素補充ライン90(酸素ボンベ3から電磁弁54までと、酸素ボンベ3から逆支弁44まで)と、PSA空気分離装置40のバッファタンク10内の濃縮酸素を供給先に供給する供給ライン110(ストップバルブ48からガス供給口55まで)とで構成されている。
Next, the
まず、PSA空気分離装置40について説明する。図4に示すように、PSA空気分離装置本体2には、監視用の流量計62が接続され、流量計62の下流側には、逆支弁61を介してPSA空気分離装置本体2で生成される濃縮酸素を貯蔵するバッファタンク10が接続されている。バッファタンク10にはタンク内部の濃縮酸素の圧力を検出する圧力検出器10bが接続され、さらに圧力検出器10bには、コントローラ50が接続されている。
First, the PSA
次に、供給ライン110について説明する。図4に示すように、PSA空気分離装置のバッファタンク10の下流側には、ストップバルブ48が接続され、ストップバルブ48のさらに下流側には減圧弁49が接続されている。そして、減圧弁49の下流側には流量検出器53が接続され、減圧弁49と流量検出器53との間に接続される配管には、製品ガスとして供給先に供給される濃縮酸素の圧力を検出できる圧力計51が設けられている。また、流量検出器53はコントローラ50に接続されている。そして、流量検出器53の下流側には電磁弁54が接続されている。そして、電磁弁54の下流側には、濃縮酸素を製品ガスとして供給先に供給するガス供給口55が設けられている。尚、第1の実施形態のガス供給装置1に設けられていたバッファタンク12は設けない。
Next, the
次に、酸素補充ライン90について説明する。図4に示すように、酸素ボンベ3を備えた酸素補充ライン90の構成は、図1に示す第1の実施形態のガス供給装置1の酸素補充ライン90と同じ構成となっており、供給ライン60と供給ライン70とに分岐されている。尚、供給ライン70の逆支弁44に接続された配管の一端側と反対の他端側は、PSA空気分離装置40の逆支弁61とバッファタンク10との間に接続された配管に接続されている。尚、図4に示すガス供給装置100の構成図の圧力検出器10bが「圧力検出手段」に相当し、バッファタンク10が「バッファタンク」に相当する。
Next, the
次に、圧力検出器10bについて説明する。図4に示す圧力検出器10bは、バッファタンク10内の圧力を検出し、検出された圧力検出値Dをコントローラ50に出力する。この圧力検出器10bの圧力検出値Dは、コントローラ50の酸素補充弁42の開閉を決定する際に利用され、コントローラ50は、圧力検出値Dを後述する設定圧力値bと比較することにより、酸素補充弁42の開閉の制御を行う。
Next, the
次に、設定圧力値bについて説明する。設定圧力値bは、上述した設定流量値aと同様に、酸素補充ライン90の供給ライン70に設けられた酸素補充弁42を開放するか否かを判断するために設定された設定値である。この設定圧力値bは、製品ガスに要求される圧力値を下回らない最低値として設定されている。尚、第2の実施形態のガス供給装置100では、設定圧力値bを0.45MPa(メガパスカル)として設定されている。
Next, the set pressure value b will be described. The set pressure value b is a set value set to determine whether or not to open the
次に、上記の構成のガス供給装置100の動作について、図4及び図5を参照して説明する。図5は、コントローラ50の酸素補充弁42の制御を示すフローチャートである。まず、ガス供給装置100の起動に伴い、PSA空気分離装置本体2が起動するが、PSA空気分離装置本体2の立ち上がり特性により純度の低い酸素が生成される。そこで、酸素補充ライン90の供給ライン60のストップバルブ37を手動で開放することにより、減圧弁38により減圧された濃縮酸素が放出され、電磁弁54が開放されることにより、ガス供給口55から濃縮酸素が供給先に供給される。尚、ストップバルブ37の開放時間は、第1の実施形態のガス供給装置1のストップバルブ37と同様に約30分間だけ開放する。
Next, the operation of the
次いで、PSA空気分離装置本体2で生成された濃縮酸素は、監視用の流量計62,逆支弁61を通過し、バッファタンク10に一時的に貯蔵される。そして、バッファタンク10に設けられた圧力検出器10bにより、バッファタンク10内の圧力検出値Dが検出され(S7)、検出された圧力検出値Dはコントローラ50に出力される。そしてバッファタンク10に貯蔵された濃縮酸素は、開放されたストップバルブ48を通過し、その濃縮酸素は減圧弁49で減圧される。次いで、減圧された濃縮酸素は、流量検出器53を通過する。流量検出器53では、製品ガスとして供給先に供給される濃縮酸素の流量検出値Fが検出され(S8)、検出された流量検出値Fはコントローラ50に出力される。流量検出器53を通過した濃縮酸素は、開放された電磁弁54を通過し、ガス供給口55から製品ガスとして供給先に供給される。
Next, the concentrated oxygen generated in the PSA air separation device
そしてコントローラ50では、検出された圧力検出値Dと、流量検出値Fとによって、酸素補充弁42の開閉の判断が行われる(S9,S10)。バッファタンク10内の圧力検出値Dが、設定圧力値b(b=0.45MPa)未満である場合は(S9:YES)、製品ガスとして要求される圧力値を下回っているので、PSA空気分離装置本体2には能力以上の負荷がかかっている。PSA空気分離装置本体2に能力以上の負荷がかかると、生成される酸素純度の低下が起こり、製品ガスとして要求される酸素純度に到達できない。そこで、コントローラ50は、酸素補充弁42を開放する(S12)。
Then, the
また、圧力検出値Dが、設定圧力値b以上で(S9:NO)、流量検出値Fが設定流量値aを超えている場合は(S10:YES)、PSA空気分離装置本体2の製品ガスとして要求される酸素純度の最大生成量を超えているので、酸素ボンベ3からの濃縮酸素の補充を必要とする。したがって、コントローラ50は酸素補充弁42を開放する(S12)。以上の条件で酸素補充弁42が開放されると、酸素ボンベ3内に封入されていた液化酸素は、元バルブ3aを通過することにより、昇圧して気化し、ストップバルブ39を通過して減圧弁45で設定圧力に減圧される。減圧された濃縮酸素は、開放された酸素補充弁42を通過し、バッファタンク10に供給される。
When the detected pressure value D is equal to or higher than the set pressure value b (S9: NO) and the detected flow rate value F exceeds the set flow value a (S10: YES), the product gas of the PSA air separation device
したがって、圧力検出値Dが設定圧力値b以上で(S9:NO)、流量検出値Fが設定流量値a以下である場合(S10:NO)のみ、酸素補充弁42は閉じられる(S11)。そして、圧力検出器10bと、流量検出器53とに設定された酸素補充弁42の2つの開閉条件(S9,S10)の内、1つでも開放する条件となれば、酸素補充弁42は開放されるようになっている。そしてS7に戻り、引き続き流量検出値Fと圧力検出値Dの監視が行われる。このようにして、ガス供給装置1は常に純度の高い濃縮酸素を製品ガスの要求量に応じて生成することができる。尚、図5のフローチャートのS11及びS12の判断処理を実行するコントローラ50が「電磁弁開閉制御手段」として機能する。
Therefore, the
以上説明したように、第2の実施形態のガス供給装置100は、第1の実施形態のガス供給装置1の構成をさらに簡素化し、ガス供給装置の制作コストを削減するために、ガス供給装置1の変形例として、バッファタンク12を省略した。流量検出器53は流量検出値Fを検出し、バッファタンク10に接続された圧力検出器10bは圧力検出値Dを検出してコントローラ50に出力する。そしてコントローラ50は、圧力検出値Dが設定圧力値b未満である場合、又は、流量検出値Fが設定流量値aを超えている場合には、酸素ボンベ3の酸素補充弁42を開放してバッファタンク10に酸素ボンベ3からの濃縮酸素を補充するように制御される。ここで、設定流量値aは第1の実施形態のガス供給装置1と同様に設定され、設定圧力値bは製品ガスとして要求される圧力値の最低値に設定されいるので、バッファタンク10から供給される濃縮酸素は常時、製品ガスとして要求される圧力を保持しつつ、濃縮酸素を供給先に供給することができる。また、PSA空気分離装置本体2は、第1の実施形態のガス供給装置1と同様に能力以上の濃縮酸素を生成する必要がないので、消費電力が増大することもなく、安定した純度の濃縮酸素が得られる。さらに、小型のPSA空気分離装置40を使用しても、酸素ボンベ3の設置本数を増やせば、製品ガス要求側の濃縮酸素の使用量の変動に対応することができるので、ガス供給装置100の初期投資を抑えることができ、ガス供給装置100の設置スペースを削減することもできる。
As described above, the
尚、本発明は、上記の実施の形態に限定されることなく、各種の変形が可能である。例えば、ガス供給装置1,100は酸素を生成して供給する装置として説明したが、酸素に限らず窒素でも利用可能である。また、酸素ボンベ3の本数は、PSA空気分離装置4,40の濃縮酸素生成能力と、供給先の製品ガスの最大使用量とを考慮して決定すればよく、本発明の実施の形態のガス供給装置1,100の酸素ボンベ3は2本であるが、これより多くしても少なくしてもよい。尚、コントローラ付流量計36は、通過するガス量を調整できるものなら何でもよく、例えば定流量弁のようなものでも変更可能である。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made. For example, the
本発明は、酸素を消費する装置に製品ガスとして、酸素を供給するガス供給装置に適用できるだけでなく、窒素等の各種のガスを供給するガス供給装置にも適用できる。 The present invention can be applied not only to a gas supply device that supplies oxygen as a product gas to a device that consumes oxygen, but also to a gas supply device that supplies various gases such as nitrogen.
1 ガス供給装置
2 PSA空気分離装置本体
3 酸素ボンベ
5 コントローラ
10 バッファタンク
12 バッファタンク
36 コントローラ付流量計
42 酸素補充弁
50 コントローラ
53 流量検出器
DESCRIPTION OF
Claims (4)
空気中から選択的に窒素又は酸素を分離する圧力変動吸着式空気分離装置と、
当該空気分離装置によって得られるガスと同一のガスが予め貯蔵されたガスボンベと、
前記空気分離装置のバッファタンクから定流量で供給されるガスと、ガスボンベから供給されるガスとを混合する第2のバッファタンクと、
ガスボンベからのガス供給管路に介装された電磁弁と、
前記第2のバッファタンクから供給先へ供給される製品ガス流量を検出する流量検出手段と、
当該流量検出手段が検出した製品ガス流量が設定流量を超えた時に前記電磁弁を開く電磁弁開閉制御手段と
を備えたことを特徴とするガス供給装置。 A gas supply device for supplying product gas to a supply destination,
A pressure fluctuation adsorption air separation device that selectively separates nitrogen or oxygen from the air;
A gas cylinder in which the same gas as the gas obtained by the air separation device is stored in advance;
A second buffer tank for mixing the gas supplied at a constant flow rate from the buffer tank of the air separation device and the gas supplied from the gas cylinder;
A solenoid valve interposed in the gas supply line from the gas cylinder;
Flow rate detection means for detecting the flow rate of product gas supplied from the second buffer tank to the supply destination;
A gas supply device comprising: an electromagnetic valve opening / closing control means for opening the electromagnetic valve when a product gas flow rate detected by the flow rate detection means exceeds a set flow rate.
空気中から選択的に窒素又は酸素を分離する圧力変動吸着式空気分離装置と、
当該空気分離装置のバッファタンク前段の管路に接続され、空気分離装置によって得られるガスと同一のガスが予め貯蔵されたガスボンベと、
前記バッファタンク内の圧力を検出する圧力検出手段と、
前記ガスボンベからのガス供給管路に介装された電磁弁と、
前記バッファタンクから供給先へ供給される製品ガス流量を検出する流量検出手段と、
当該流量検出手段が検出した製品ガス流量が設定流量を超えた時、又は前記圧力検出手段が検出したバッファタンク内の圧力が設定圧力未満に低下した時に前記電磁弁を開く電磁弁開閉制御手段と
を備えたことを特徴とするガス供給装置。 A gas supply device for supplying product gas to a supply destination,
A pressure fluctuation adsorption air separation device that selectively separates nitrogen or oxygen from the air;
A gas cylinder that is connected to a pipe line in front of the buffer tank of the air separation device and stores the same gas as the gas obtained by the air separation device;
Pressure detecting means for detecting the pressure in the buffer tank;
A solenoid valve interposed in a gas supply line from the gas cylinder;
Flow rate detection means for detecting the flow rate of the product gas supplied from the buffer tank to the supply destination;
Solenoid valve opening / closing control means for opening the solenoid valve when the product gas flow rate detected by the flow rate detection means exceeds a set flow rate or when the pressure in the buffer tank detected by the pressure detection means falls below a set pressure; A gas supply device comprising:
The set flow rate is set to the maximum generation amount of the air separation device that can ensure the gas purity required for the product gas, and the set pressure is set to the lowest value that does not fall below the product gas pressure specification. The gas supply device according to claim 3.
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