JP2010502423A - 酸素を濃縮するシステムおよび方法 - Google Patents
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- B01D53/047—Pressure swing adsorption
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Abstract
Description
パージ制御装置190の制御された動作により、圧力スイング吸着システム100により生成される製品ガスの酸素濃度の増大が可能となる。既存の装置では、圧力スイング吸着サイクルの供給ステップの間、固定の機械加工オリフィスのみが使用され、一つのシーブチャンバから別のシーブチャンバへの酸素のパージ流が制御される。
上昇酸素濃度モードに加えて、パージ制御装置190の制御された動作により、圧力スイング吸着システム100による電力消費が抑制される。電力保護モードで作動する圧力スイング吸着システムの実施例では、アクティブパージ制御装置の流速アルゴリズムを使用することにより、システムの電力消費が最小限に抑制される。圧力スイング吸着システムの電力保護モード用の流速アルゴリズムは、実施されるアルゴリズムから、アクティブパージ制御装置のタイミングを変化させ、これにより最大酸素濃度が得られる。
上昇酸素濃度モードおよび電力保護モードに加えて、本発明では、圧力スイング吸着システム100が騒音抑制モードで動作されるように、パージ制御装置190の動作を制御することが想定される。騒音抑制モードで動作される圧力スイング吸着システムの実施例では、アクティブパージ制御装置用の流速アルゴリズムを実施することにより、システムの騒音が最小化される。圧力スイング吸着システムの騒音抑制モードにおける流速アルゴリズムは、実施されるアルゴリズムから、アクティブパージ制御装置のタイミングを変化させ、最大酸素濃度または最小電力消費のいずれかが得られる。
本発明では、圧力支持システムの作動モードの選定は、手動または自動で行われることが想定される。作動モードを手動選定する場合、入力/出力装置180は、ロジック制御装置150と通信可能に提供される。ユーザは、作動モードを手動で選択し、入力/出力装置180を用いて、例えば上昇酸素モード、電力保護モード、騒音抑制モードが選定される。本発明では、入力/出力装置180は、この機能を有するいかなる適当な装置、例えばスイッチ、ノブ、ボタン、キーパッド、タッチスクリーンディスプレイ、および音声活性化または音声認識装置等であっても良いことが想定される。これにより、ユーザに、幅広い自由度が提供され、ユーザの現在の要望に応じて、PSAシステムを作動する際の最良の方法が選定される。
通常、圧力スイング吸着サイクルには、バランス段階が挿入される。このバランス段階では、圧力スイング吸着システムのシーブチャンバが均等化される。バランス段階は、一つのシーブチャンバの加圧状態に依存し、別のシーブチャンバを加圧する際に利用され、これにより圧縮機の側での要求が抑制される。シーブチャンバでのパージ段階が完了後、シーブチャンバの圧力は、激減する。後続の供給段階を効率的にするため、シーブチャンバは、再加圧される必要がある。2以上のシーブチャンバを備える圧力スイング吸着システムでは、パージおよび供給の段階は、同期化され、一つのシーブチャンバがパージ段階の場合、他方のものは、供給段階となる。従って、パージされるチャンバを用いて、供給されるチャンバの加圧が助長される。バランス段階は、供給段階とパージ段階の間に生じる。
Claims (26)
- 空気を濃縮ガス成分に分離する方法であって、
吸着システムの作動により、前記濃縮ガス成分の最大量を生成するステップと、
前記吸着システムにより生じた前記濃縮ガスの出力量を供給するステップと、
前記濃縮ガスのパージ量を、脱着サイクル中の前記吸着システムのシーブチャンバに分配するステップであって、前記パージ量は、前記最大量と前記出力量の間の差以下の値であるステップと、
前記出力量に基づいて、前記パージ量を制御するステップと、
を有する方法。 - 前記パージ量は、前記出力量の低下とともに増加することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記吸着システムは、圧力スイング吸着システムを有することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記濃縮ガス成分は、酸素であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 空気を濃縮ガス成分に分離する吸着システムであって、
供給空気から空気を受容し圧縮し、供給圧縮空気を提供する圧縮機と、
前記供給圧縮空気を、濃縮ガス成分に分離するモレキュラーシーブ材料と、
前記モレキュラーシーブ材料を受容する第1のモレキュラーシーブチャンバと、
前記モレキュラーシーブ材料を受容する第2のモレキュラーシーブチャンバと、
前記供給圧縮空気を受容し、該供給圧縮空気を前記第1および第2のモレキュラーシーブチャンバに流通させる供給チャンバと、
前記モレキュラーシーブ材料からの前記濃縮ガス成分を供給する出口と、
前記第1のモレキュラーシーブチャンバおよび前記第2のモレキュラーシーブチャンバの間に、前記濃縮ガス成分を流通させるパージ装置であって、処理量の調整が可能なパージ装置と、
を有する吸着システム。 - 前記パージ装置の前記処理量は、ロジック制御ユニットにより調整されることを特徴とする請求項5に記載のシステム。
- 前記ロジック制御ユニットは、アルゴリズムを実施し、
前記アルゴリズムにより、前記第1のモレキュラーシーブチャンバまたは前記第2のモレキュラーシーブチャンバのパージステップの開始時に、所望の流速出力に従って、遅延のための異なる値が提供されることを特徴とする請求項6に記載のシステム。 - 前記パージ装置の処理量は、ゼロの値に調整することができることを特徴とする請求項5に記載のシステム。
- 空気を濃縮ガス成分に分離する吸着システムを作動させる方法であって、
供給圧縮空気で、第1のモレキュラーシーブチャンバを加圧するステップと、
前記第1のモレキュラーシーブチャンバから、生成ガスを出力するステップと、
前記第1のモレキュラーシーブチャンバを、第2のモレキュラーシーブチャンバにパージするステップと、
前記加圧するステップに相関して、前記パージするステップの開始時を変化させるステップと、
を有する方法。 - 前記パージするステップは、前記加圧するステップと同時に開始されることを特徴とする請求項9に記載の方法。
- 前記パージするステップは、前記加圧するステップの開始後に、所定の遅れで開始されることを特徴とする請求項9に記載の方法。
- 前記所定の遅れは、前記吸着システムの出力流速に応じて変化する値であることを特徴とする請求項11に記載の方法。
- 空気を濃縮ガス成分に分離する吸着システムを作動させる方法であって、
第1のモレキュラーシーブチャンバを、供給圧縮空気で加圧するステップと、
前記第1のモレキュラーシーブチャンバから生成ガスを出力するステップと、
前記第1のモレキュラーシーブチャンバの圧力レベルと、第2のモレキュラーシーブチャンバの圧力レベルとを、均等圧力にバランスさせるステップと、
前記第1のモレキュラーシーブチャンバおよび前記第2のモレキュラーシーブチャンバの前記圧力レベルを、同時に、前記均等圧力を超える圧力レベルに増加させるステップと、
を有する方法。 - 前記濃縮ガス成分は、酸素であることを特徴とする請求項13に記載の方法。
- 前記吸着システムは、圧力スイング吸着システムを有することを特徴とする請求項13に記載の方法。
- 空気を濃縮ガス成分に分離する吸着システムであって、
空気供給から空気を受容し圧縮し、供給圧縮空気を提供する圧縮機と、
前記供給圧縮空気を濃縮ガス成分に分離するモレキュラーシーブ材料と、
前記モレキュラーシーブ材料を受容する第1のモレキュラーシーブチャンバと、
前記モレキュラーシーブ材料を受容する第2のモレキュラーシーブチャンバと、
前記第1のモレキュラーシーブチャンバおよび前記第2のモレキュラーシーブチャンバの間に、前記濃縮ガス成分を流通させるパージ装置であって、処理量の調整が可能なパージ装置と、
前記パージ装置を制御する制御器であって、前記パージ装置を複数の作動モードで作動させるように適合された制御器と、
を有する吸着システム。 - 前記複数の作動モードは、
上昇酸素モード、電力消費モード、および騒音抑制モードのうち、少なくとも2つのモードを含むことを特徴とする請求項16に記載のシステム。 - さらに、前記複数の作動モードの一つをユーザが手動で選択することができるように適合された、入力装置を有し、
前記制御器は、前記入力装置を用いて前記選択されたモードに基づいて、前記パージ装置を制御することを特徴とする請求項16に記載のシステム。 - さらに、モニタリング装置を有し、
前記パージ装置を制御する前記作動モードは、前記モニタリング装置の出力に基づいて、自動で変更されることを特徴とする請求項16に記載のシステム。 - 前記モニタリング装置は、酸素センサであることを特徴とする請求項19に記載のシステム。
- 前記酸素センサは、前記第1および第2のモレキュラーシーブの下流に配置され、前記濃縮ガス成分中の酸素の濃度を検出し、
前記制御器は、閾値レベルを下回った前記酸素濃度に応じて、前記パージ装置を作動させる前記作動モードを、自動で、上昇酸素モードに変更することを特徴とする請求項20に記載のシステム。 - 空気を濃縮ガス成分に分離する吸着システムを作動させる方法であって、
供給圧縮空気で、第1のモレキュラーシーブチャンバを加圧するステップと、
第1のモレキュラーシーブチャンバから生成ガスを出力させるステップと、
前記第1のモレキュラーシーブチャンバを、第2のモレキュラーシーブチャンバにパージするステップと、
複数の作動モードで作動するように、前記パージするステップを制御するステップと、
を有する方法。 - 前記複数の作動モードは、
上昇酸素モード、電力消費モード、および騒音抑制モードのうちの少なくとも2つを有することを特徴とする請求項22に記載の方法。 - さらに、入力装置を用いて、前記複数の作動モードの一つを、手動で選択するステップを有することを特徴とする請求項22に記載のシステム。
- さらに、
前記生成ガスのパラメータをモニタリングするステップと、
前記モニタリングするステップの結果に基づいて、前記パージするステップの作動モードを、自動で変更するステップと、
を有することを特徴とする請求項22に記載の方法。 - 前記パラメータは、酸素であることを特徴とする請求項25に記載のシステム。
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