JP2007319727A

JP2007319727A - 空気精製装置の監視方法及び空気精製装置の監視システム

Info

Publication number: JP2007319727A
Application number: JP2006149408A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Kawaoka; 将行河岡; Takahiro Akiyama; 貴洋秋山
Original assignee: Takasago Thermal Engineering Co Ltd
Current assignee: Takasago Thermal Engineering Co Ltd
Priority date: 2006-05-30
Filing date: 2006-05-30
Publication date: 2007-12-13
Anticipated expiration: 2026-05-30
Also published as: JP5000931B2

Abstract

【課題】超低露点温度の空気を供給するための空気精製装置の露点温度を好適に監視し、露点温度の異常上昇を事前に検出し、高露点温度の空気が精製装置の出口から排出されることを未然に防止する。
【解決手段】吸着剤を充填した吸着装置において、筒体１２ａにおける入口と出口との間における出口寄りの空気を引き出し管２１によってサンプリングする。サンプリングした空気の露点温度を露点温度計３３によって計測して、計測値を制御装置４１に出力する。計測値がしきい値を超えている場合には、制御装置４１は、警報装置４２を作動させる。
【選択図】図４

Description

本発明は、空気精製装置の監視方法およびそのシステムに関するものであり、特に露点温度が−１００℃以下の乾燥空気を供給する空気精製装置の監視に適したものである。

圧力スイング（ＰＳＡ）式、温度スイング（ＴＳＡ）式、圧力温度スイング（ＰＴＳＡ）式のような、吸着剤を充填した筒を複数本用いて吸着・（加熱）再生を繰り返す空気精製装置において、精製空気の露点温度の上昇は供給先装置の故障を引き起こす可能性があるため、露点温度上昇時の早期発見、排出防止は極めて重要である。

装置出口の露点温度が予想以上に上昇する要因としては以下の事が考えられる。
（１）吸着・（加熱）再生の繰り返しによる吸着剤の劣化
（２）装置の処理流量以上の空気が装置内に流れてしまった場合
（３）想定以上の高露点の空気が装置内に流れてしまった場合

これらに対応するために従来は、装置出口の精製空気を露点温度計で計測、モニタリングを行い、出口露点温度の下降特性から露点温度上昇の警報を発する手法が取られている。（特許文献１）

特開平９−４７６３０号公報

必要な精製空気の露点温度が比較的高い（例えば露点温度が−６０℃よりも高い）場合には、安価な露点計が市販されているため、従来の方法では問題にならないが、超低露点（例えば露点温度が−１００℃よりも低い露点温度）の空気を露点温度計で測定するためには、非常に高価な露点温度計を必要とする。また、従来のように出口空気の露点温度を計測する方法では、供給空気の露点温度が上昇してから検出するために、検出した時にはすでに高露点温度の空気が排出されてしまうといった、タイムラグの問題がある。
以上のように超低露点用の空気精製装置においては、露点温度が上昇した際の高露点空気の排出を未然に防止する簡便な方法が未だ無いのが実状である。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、高価な露点計を用いることなく、例えば露点温度が−１００℃以下の超低露点温度の空気を供給するための空気精製装置を好適に監視し、露点温度の異常上昇を事前に検出して、高露点温度の精製空気が供給されるのを未然に防止することを目的としている。

前記目的を達成するため、本発明は、吸着剤を充填した吸着装置を有し、当該吸着装置の入口から導入した原料空気を前記吸着剤で精製して、前記吸着装置の出口から導出する空気精製装置において、前記吸着装置内の入口と出口との間に形成される吸着帯よりも下流側の空気をサンプリングし、当該サンプリングした空気の露点温度を計測して、前記空気精製装置を監視することを特徴としている。

図１に示したように、吸着剤１を充填した吸着装置２では、一定の長さ（上下方向の長さ）の水分濃度、すなわち吸着装置内の空気の水分濃度の変化が上流側から下流側にむけて顕著な部分（吸着帯）Ｘを保ちながら、入口３側から順に、当該吸着帯Ｘが、筒体４内を下流側となる出口５側へと移動していく事が知られている。そこでこの常に低濃度である領域の空気、すなわち前記吸着装置２内の入口３と出口５との間における吸着帯Ｘよりも下流側の空気をサンプリングし、当該サンプリングした空気の露点温度を計測することで、吸着帯Ｘが異常に早く出口５側に移動している事を検出し、出口５から高露点空気が排出される前に異常を発見する事ができる。すなわち高露点温度の空気が出口５から排出されることを未然に防止することができる。また吸着帯Ｘよりも下流側の空気は未だ超低露点温度の空気を精製する途中のものであるから、入手が容易な一般的な露点温度計を用いることができる。また実際の装置では安全面から、必要吸着剤量よりも多めに吸着剤１を筒体４内に充填している場合がある。そのため吸着装置２における出口５側の領域は、吸着開始から終了まで常に比較的低濃度であるのが一般的である。したがってこのような吸着装置２における出口５側の領域の空気をサンプリングするようにしてもよい。
なお本発明における吸着装置には、吸着筒、吸着塔などその名称、形状を問わず、吸着剤を充填して、原料空気導入用の入口部と処理済の空気を導出する出口部を有するものも含まれる。

またサンプリングは、吸着装置内の空気の流れに沿った複数個所、すなわち上流側から下流側に沿って複数個所で行うようにしてもよい。これによって、吸着帯の移動を刻々と検出することができる。この場合、さらに露点温度を計測した結果、上流側の露点温度が所定値を超えた場合には警報を発し、下流側の露点温度が所定値を超えた場合には空気精製装置を停止するようにしてもよい。

吸着装置を複数備えている場合には、前記サンプリングした空気を、再生運転する吸着装置の再生空気として用いるようにしてもよい。

さらに吸着装置を複数備え、各吸着装置が精製運転と再生運転とを切り替えて運転する場合には、前記計測した露点温度に基づいて、当該切り替えを行うようにしてもよい。

別な観点によれば、本発明の監視システムは、吸着剤を充填した吸着装置を有し、当該吸着装置の入口から導入した原料空気を前記吸着剤で精製して、前記吸着装置の出口から導出する空気精製装置を監視するシステムであって、前記吸着装置内における出口寄りの領域の空気を、吸着装置外部に抜き出すサンプリング経路と、前記サンプリング経路を流れる空気の露点温度を計測する露点温度計とを有することを特徴としている。

これによって、本発明の監視方法を好適に実施することができ、高露点温度の空気が空気精製装置の出口から排出されてしまうことを未然に防止することができる。

かかるシステムにおいて、前記サンプリング経路は、前記領域内において空気の流れに沿って複数個所に設定されていてもよい。また前記露点温度計による計測結果に基づいて、警報を発するか又は前記空気精製装置の運転を制御する制御装置を有するようにしてもよい。

吸着装置を複数備えている場合、露点温度計は各吸着装置からのサンプリング経路が合流した後の下流側に設置するようにしてもよい。これによって露点温度計を共有することができる。

本発明によれば、高価な露点計を用いることなく、超低露点温度の空気を供給するための空気精製装置を好適に監視し、露点温度の異常上昇をすばやく検出して、高露点温度の空気が精製装置の出口から排出されることを未然に防止することができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は、実施の形態にかかる監視システム１１の構成の概略を示しており、本実施の形態では、吸着装置として機能する２本の吸着筒１２、１３を備えている。各吸着筒１２、１３は同一構成である。吸着筒１２の筒体１２ａの内部には、例えばシリカゲル、ゼオライト、活性アルミナ等、空気精製の際に使用される吸着剤が充填されている。また筒体１２ａの内部には、吸着剤を再生する際に使用するヒータ１２ｂが設けられている。吸着筒１３も、同様に筒体１３ａの内部に、吸着剤が充填され、ヒータ１３ｂが設けられている。

吸着筒１２、１３の上部には、配管２１、２２が接続され、第１の合流管２３によって配管２１、２２は合流している。第１の合流管２３には精製空気導出管２４が接続されている。また配管２１、２２間には、第２の合流管２５が接続されている。この第２の合流管２５にも前記精製空気導出管２４が接続される。第１の合流管２３、第２の合流管２５においては、精製空気導出管２４との接続部を挟んで、各々逆止弁Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、Ｕ４が各々設けられている。第１の合流管２３を流れる気体は、逆止弁Ｕ１、Ｕ２の作用により、逆止弁Ｕ１、Ｕ２が相対する吸着筒側への流路を閉止しているため、精製空気導出管２４側へのみ流れる。また同様に、第２の合流管２５を流れる気体は、逆止弁Ｕ３、Ｕ４の作用により、逆止弁Ｕ３、Ｕ４が相対する吸着筒側への流路を閉止しているため、吸着筒１２又は１３側の一方へのみ流れる。したがって第１の合流管２３は、精製空気の導出系に使用され、第２の合流管２５は、吸着筒１２、１３の再生系に使用される。

吸着筒１２、１３の筒体１２ａ、１３ａには、引き出し管３１の両端が接続されている。そしてこの引き出し管３１には、さらに配管３２が設けられ、この配管３２には、配管３２内を流れる空気の露点温度を計測する露点温度計３３が設けられている。これによって、吸着筒１２、１３の筒体１２ａ、１３ａ内における精製途中の空気は、引き出し管３１、配管３２によって構成されるサンプリング経路によってサンプリングされ、その露点温度を計測することができる。配管３２は、分岐管３４、３５に分岐し、分岐管３４は第２の合流管２５における精製空気導出管２４との接続部と逆止弁Ｕ３との間に接続され、分岐管３５は第２の合流管２５における精製空気導出管２４との接続部と逆止弁Ｕ４との間に接続されている。

分岐管３４、３５には、各々電磁バルブＶ１、Ｖ２が設けられ、さらにその下流側には、圧力開放弁や管径を拡大させるなどした圧力開放装置３６、３７が各々設けられている。また引き出し管３１には、配管３２の接続部を挟んで各々電磁バルブＶ３、Ｖ４が設けられている。

露点温度計３３で計測した露点温度は、制御装置４１へと出力され、制御装置４１は、予め設定してある露点温度のしきい値と比較し、計測値がしきい値を超えている場合には、警報ブザー、警報ランプなどの警報装置４２を作動するようになっている。

吸着筒１２、１３の下部には、配管５１、５２が接続され、各配管５１、５２は合流管５３によって接続されている。この合流管５３には、原料ガス導入管５４が接続されている。合流管５３には、原料ガス導入管５４の接続部を挟んで各々電磁バルブＶ５、Ｖ６が設けられている。

合流管５３における電磁バルブＶ５、Ｖ６の設置箇所よりも各々吸着筒１２寄りの箇所、吸着筒１３寄りの箇所には、各々フィンチューブ５５、５６の一端部が接続され、フィンチューブ５５、５６の他端部は、ヘッダ管５７に接続されている。そしてこのヘッダ管５７には、再生ガス排出管５８が接続されている。再生ガス排出管５８を流れる気体は、流量計５９を経た後システム外に排出される。ヘッダ管５７には、再生ガス排出管５８との接続部を挟んで、電磁バルブＶ７、Ｖ８が設けられている。

実施の形態にかかる監視システム１１は以上の構成を有しており、その運転例について説明すると、図１に示した状態では、吸着筒１２が精製運転を行い、吸着筒１３が再生運転を行っている。

すなわち図１に示した状態の監視システム１１においては、電磁バルブＶ１、Ｖ４、Ｖ６、Ｖ７が閉鎖し、電磁バルブＶ２、Ｖ３、Ｖ５、Ｖ８が開放しており、ヒータ１２ｂはＯＦＦ、ヒータ１３ｂはＯＮ状態にある。この状態で原料ガス導入管５４からシステム内に原料ガス、例えば露点温度が−２０℃の原料ガスが供給されると、原料ガスは、配管５１を経て吸着筒１２の筒体１２ａ内に導入され、筒体１２ａ内の吸着剤によって精製処理される。

精製処理に付され、所定の露点温度、例えば−１００℃にまで精製、乾燥された精製空気は、配管２１、第１の合流管２３（開放された流路部分）、精製ガス導出管２４を経て、目的空間等へと供給される。このとき、第１の合流管２３を流れる精製空気の一部は、第２の合流管２５を経て分流し、再生を必要とする吸着筒１３の筒体１３ａ内へと導入される。吸着筒１３ではヒータ１３ｂがＯＮ状態にあり、導入された精製空気を再生ガスとして用い、筒体１３ａ内の吸着剤の再生処理がなされる。再生に付され昇温したガスは、配管５２から合流管５３を経てフィンチューブ５６へと流れ、そこである程度降温された後、ヘッダ管５７、再生ガス排出管５８を経て、システム外へと排出される。

そして吸着筒１２において精製運転されている間、吸着筒１２の筒体１２ａ内における精製途中の空気は、引き出し管３１、配管３２によってサンプリングされ、露点温度計３３によってその露点温度が逐次計測され、計測結果は制御装置４１へと出力されている。

既述したように、筒体１２ａ内に充填されている吸着剤は、精製運転が開始されると入口側となる筒体１２ａの下部側から濃度が高くなっていき、それに伴って吸着帯が次第に出口側となる筒体１２ａの上部へと移動していくが、初期状態においては、図３に示したように、吸着帯は筒体１２ａの下部側に位置している。本実施の形態では、引き出し管３１によって、筒体１２ａ内の出口側（上部側）の領域の精製途中の空気をサンプリングしているので、サンプリングした精製途中の空気の露点温度は、予め設定したしきい値、例えば−６０℃を下回っており、制御装置４１では正常運転として判断する。

かかる場合、何らかの原因で急に吸着帯が上昇した場合、従来のように、出口空気の露点温度を計測していたのでは、出口空気、つまり供給空気の露点温度が上昇してから検出することになるために、検出した時にはすでに高露点温度の空気が排出されてしまうおそれがあった。

しかしながら本実施の形態にかかる監視システム１１によれば、筒体１２ａ内の出口側（上部側）の領域の精製途中の空気をサンプリングしているので、出口空気がそのような高露点温度、例えば−２０℃に達する前の段階で、これを検出することができる。そして露点温度計３３がそのようなしきい値を超える露点温度を計測すると、制御装置３３は異常と判断し、警報装置４２を作動させてそのことを外部に報知することができる。したがって、目的空間に高露点空気が供給されることを未然に防止する事が可能である。

しかも露点温度計３３は精製途中の空気の露点を検出するので、例えば−１００℃の超低露点温度を検出できる高性能の露点温度計は不要であり、例えば−６０℃が検出できる、よりグレードの低い露点温度計を用いることができる。

また本実施の形態では、露点温度計３３で計測された後の空気は、分岐管３５を通じて第２の合流管２５へと流れ吸着筒１３の再生に使用されるから、サンプリングした空気を有効に再利用することができ、配管２１から一部を取り出して再生用に廻している精製空気の量を低減することができる。なお吸着筒１２では精製運転をしているので、サンプリングした空気は加圧状態にあり、一方再生運転している吸着筒２３では大気圧状態であるから、サンプリングした空気はそのままでは再生用に供することができないが、本実施の形態においては、圧力開放装置３７によって圧力を開放した後に第２の合流管２５へと流れているので、支障はない。

なお上記した例において制御装置４１は、サンプリングした空気の露点温度がしきい値を超えていた場合には、警報装置４２を作動するようにしていたが、これに替えて、あるいは当該警報装置４２による警報と共に、システム全体を停止したり、あるいは吸着筒１２の精製運転、吸着筒１３の再生運転を切り替えて吸着筒１２を再生運転、吸着筒１３を精製運転するようにシステムを制御するようにしてもよい。そのように切り替え制御を行うようにすれば、一定時間で吸着・再生を切替えるのではなく、負荷が小さい時、例えば流量が少ない、露点温度が低いときに、前もって切り替えする事ができるから、通常よりも長時間でサイクル運転するようになり、吸着剤の寿命を延ばすことできる。

かかる場合、サンプリング経路を複数設定して、吸着筒におけるサンプリング箇所を空気の流れに沿って複数設定すれば、さらに細かい制御を実施することが容易である。

例えば図５に示したように、吸着筒１２の上下方向に位置を変えて、複数の引き出し管、例えば引き出し管６１、６２を接続し、吸着筒１２内を流れる空気の流れに沿って異なった位置の空気をサンプリングし、各々を露点温度計６３、６４で計測するようにしてもよい。こうすることで、吸着筒１２内の露点温度の上昇、すなわち吸着帯の移動をより詳しく検出することができる。

図５のように構成した場合、引き出し管６２、すなわち上流側で検出した露点温度がしきい値を超えた場合には、制御装置４１は、警報装置４２を作動させ、引き出し管６１、すなわち下流側、で検出した露点温度がしきい値を超えた場合には、制御装置４１は、例えばシステムを停止したり、吸着筒の精製運転、再生運転を切り替える信号Ｓを出力するように構成することで、より一層、吸着筒内の実際の露点温度状況に応じたシステムの運用が行え、吸着剤の寿命の延伸やメンテナンスサイクルの延長を図る事ができる。

なお本発明においては、上記したように吸着装置内で精製されている途中の空気をサンプリングしてその露点温度を計測するようにしているため、例えばあるサンプリング位置における露点温度と、そのときの入口露点温度、すなわち吸着装置に導入される原料空気の露点温度との相関関係を予め調べておけば、サンプリングした空気の露点温度から、原料空気の露点温度を推定することができる。したがって、吸着装置の入口側に原料空気の露点温度を計測するためのセンサ等を別途設置する必要が無い。

本発明は、吸着剤を用いて空気、各種ガスを精製する精製装置に対して有用である。

本発明の原理を示す説明図である。本実施の形態にかかる監視システムの構成の概略を示す説明図である。本実施の形態にかかる監視システムにおいて、精製運転の初期状態にある吸着筒の様子を示す説明図である。本実施の形態にかかる監視システムにおいて、吸着筒内の露点温度が上昇したときの吸着筒の様子を示す説明図である。複数個所でサンプリングを行う吸着筒の構成を示す説明図である。

符号の説明

１吸着剤
２吸着筒
３入口
４筒体
５出口
１１監視システム
１２、１３吸着筒
１２ａ、１３ａ筒体
３１引き出し管
３２配管
３３露点温度計
４１制御装置
４２警報装置

Claims

吸着剤を充填した吸着装置を有し、当該吸着装置の入口から導入した原料空気を前記吸着剤で精製して、前記吸着装置の出口から導出する空気精製装置において、
前記吸着装置内の入口と出口との間に形成される吸着帯よりも下流側の空気をサンプリングし、当該サンプリングした空気の露点温度を計測して、前記空気精製装置を監視することを特徴とする、空気精製装置の監視方法。
前記サンプリングは、吸着装置内の空気の流れに沿った複数個所で各々行い、
前記露点温度の計測の結果、上流側の露点温度が所定値を超えた場合には警報を発し、下流側の露点温度が所定値を超えた場合には空気精製装置を停止することを特徴とする、請求項１に記載の空気精製装置の監視方法。
吸着装置を複数備えている場合には、前記サンプリングした空気を、再生運転する吸着装置の再生空気として用いることを特徴とする、請求項１〜２のいずれかに記載の空気精製装置の監視方法。
吸着装置を複数備え、各吸着装置が精製運転と再生運転とを切り替えて運転する場合には、前記計測した露点温度に基づいて、当該切り替えを行うことを特徴とする、請求項１に記載の空気精製装置の監視方法。
吸着剤を充填した吸着装置を有し、当該吸着装置の入口から導入した原料空気を前記吸着剤で精製して、前記吸着装置の出口から導出する空気精製装置を監視するシステムであって、
前記吸着装置内における出口寄りの領域の空気を、吸着装置外部に抜き出すサンプリング経路と、
前記サンプリング経路を流れる空気の露点温度を計測する露点温度計とを有することを特徴とする、空気精製装置の監視システム。
前記サンプリング経路は、前記領域内において空気の流れに沿って複数個所に設定されていることを特徴とする、請求項５に記載の空気精製装置の監視システム。
前記露点温度計による計測結果に基づいて、警報を発するか又は前記空気精製装置の運転を制御する制御装置を有することを特徴とする、請求項５又は６に記載の空気精製装置の監視システム。
前記吸着装置を複数備え、露点温度計は各吸着装置からのサンプリング経路が合流した後の下流側に設置されていることを特徴とする、請求項５〜７のいずれかに記載の空気精製装置の監視システム。