JP2011167602A - Gas generator and system thereof - Google Patents

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治彦 信田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas generator with decreased energy loss by using plant air used for a plurality of uses and its system. <P>SOLUTION: The gas generator is characterized in that a prescribed gas is taken out of a gas separation apparatus by supplying plant air at pressure increased by a booster compressor to the gas separation apparatus. The gas generator is a gas generator for taking out a prescribed gas by a pressure increase step of increasing the pressure of plant air by a booster compressor and a separation step of separating the pressure-increased air by a gas separation apparatus. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

窒素または酸素等の製品ガスを空気から抽出する装置、またはそのシステム Apparatus or system for extracting product gas such as nitrogen or oxygen from air

特許文献1に記載の窒素ガス発生装置は、専用空気圧縮機および専用ドライヤを利用し、大気圧(0MPa)から必要な圧力(0.93MPa)まで昇圧し、圧縮された空気を気体分離装置(PSA式、膜式)に供給接続し、窒素ガスを発生させていた。   The nitrogen gas generator described in Patent Document 1 uses a dedicated air compressor and a dedicated dryer to increase the pressure from atmospheric pressure (0 MPa) to the required pressure (0.93 MPa), and the compressed air is separated into a gas separation device ( (PSA type, membrane type) was connected to supply and nitrogen gas was generated.

また、特許文献2に記載の空気を分離するための装置は空気圧縮機によって圧縮された空気を冷却し、更にブースター圧縮機で圧縮して、精留塔に供給し酸素、窒素を分離していた。   Further, the apparatus for separating air described in Patent Document 2 cools air compressed by an air compressor, further compresses it by a booster compressor, and supplies it to a rectifying column to separate oxygen and nitrogen. It was.

また、特許文献3には、従来におけるブースタ圧縮機が記載されている。   Patent Document 3 describes a conventional booster compressor.

特開平8−57241JP-A-8-57241 特開平10−54657JP-A-10-54657 特開2009―133282JP 2009-133282 A

特許文献1に記載の窒素ガス発生装置は、専用空気圧縮機および専用ドライヤを利用しているため、窒素ガスの発生量に応じた大きな出力が必要であり、エネルギーロスが大きい。   Since the nitrogen gas generator described in Patent Document 1 uses a dedicated air compressor and a dedicated dryer, a large output corresponding to the amount of nitrogen gas generated is required, and energy loss is large.

また、特許文献2に記載の空気を分離するための装置は専用の空気圧縮機を利用しているため、ブースタ圧縮機に圧縮空気を供給する際の冷却が必要となり、エネルギーロスが大きい。   In addition, since the apparatus for separating air described in Patent Document 2 uses a dedicated air compressor, cooling is required when supplying compressed air to the booster compressor, resulting in a large energy loss.

本発明は、複数用途に使用される工場エアーを用いることにより、エネルギーロスを小さくしたガス発生装置及びそのシステムを供給することを目的とする。   An object of this invention is to supply the gas generator and its system which made energy loss small by using the factory air used for multiple uses.

上述した課題を解決するために本発明におけるガス発生装置は、工場エアーをブースタ圧縮機により昇圧し、前記ブースタ圧縮機により昇圧した圧縮空気を気体分離装置に供給し、前記気体分離装置から所定のガスを取り出すことを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, a gas generator according to the present invention boosts factory air with a booster compressor, supplies compressed air boosted with the booster compressor to a gas separation device, and supplies a predetermined amount of air from the gas separation device. It is characterized by taking out gas.

また、他の観点における本発明におけるガス発生装置は、ブースタ圧縮機により工場エアーを昇圧する昇圧工程と、前記昇圧された空気を気体分離装置により分離する分離工程とにより所定のガスを取り出すガス発生装置を提供するものである。   In another aspect, the gas generator according to the present invention is a gas generator that takes out a predetermined gas by a boosting step of boosting factory air with a booster compressor and a separation step of separating the boosted air with a gas separator. A device is provided.

本発明によれば、複数用途に使用される工場エアーを用いることにより、従来のガス発生装置に比べ、小さなエネルギーロスで所定のガスを発生させることができる。   According to the present invention, by using factory air used for a plurality of purposes, it is possible to generate a predetermined gas with a small energy loss compared to a conventional gas generator.

本発明の実施例1によるガス発生システムを示す図である。It is a figure which shows the gas generation system by Example 1 of this invention. 本発明の実施例2によるガス発生システムを示す図である。It is a figure which shows the gas generation system by Example 2 of this invention.

図1は本発明の実施例1におけるガス発生システムを示す。   FIG. 1 shows a gas generation system according to Embodiment 1 of the present invention.

図1に示すガス発生システムは、工場エアー1を利用して、ブースタ圧縮機2により工場エアーを昇圧し、ブースタ圧縮機2により昇圧した圧縮空気をエアードライヤー3と気体分離装置4とに供給し、供給された気体を分離して所定のガスを取り出すものである。図1において、配管11は工場エアーの空気槽(バッファータンク)21の吐出口から出ており、ブースタ圧縮機2の吸込口に連結されている。配管12はブースタ圧縮機2の吐出口から出ており、エアードライヤー3の空気入口に連結されている。配管13はエアードライヤー3の空気出口から出ており、気体分離装置4の空気供給口に連結されている。   The gas generation system shown in FIG. 1 uses factory air 1 to boost the factory air by a booster compressor 2 and supply the compressed air boosted by the booster compressor 2 to an air dryer 3 and a gas separation device 4. The supplied gas is separated and a predetermined gas is taken out. In FIG. 1, a pipe 11 exits from a discharge port of an air tank (buffer tank) 21 for factory air and is connected to a suction port of a booster compressor 2. The pipe 12 exits from the discharge port of the booster compressor 2 and is connected to the air inlet of the air dryer 3. The pipe 13 exits from the air outlet of the air dryer 3 and is connected to the air supply port of the gas separation device 4.

ここで、工場エアー1とは、バッファータンク21に貯留され、複数用途に使用される圧縮空気をいう。工場エアー1は、ピストン式の往復動型圧縮機やスクロール式の回転型圧縮機、斜板式の圧縮機、スクリュー式の回転型圧縮機等で圧縮されることにより生成される。基本的には油分のない空気を使用する。油分を含む場合にはフィルタを設置することにより対応する。工場エアー1は、本発明におけるガス発生システムを含め、複数の用途に使用される。従って、特許文献2に記載の空気を分離するための装置では、ブースタ圧縮機で圧縮するために専用の空気圧縮機を用いて空気を圧縮していたが、本実施例では、工場エアー1の圧力まで圧縮するための専用の圧縮機が不要となる。従って、専用の圧縮機を設置するスペース・コストが不要となるため、システム・装置全体としての省スペース化・低コスト化を実現できる。工場エアー1は、通常の圧縮機におけるタンクよりも大きいバッファータンク21に貯留されるため、圧縮によって発熱してもすぐに常温に戻る。従って、特許文献2に記載の空気を分離するための装置とは異なり、ブースター圧縮機2で工場エアーを圧縮する前に圧縮空気を冷却する必要がない。従って、冷却のための装置を設置するスペース・コストが不要となるため、システム・装置全体としての省スペース化・低コスト化を実現できる。また、冷却に必要なエネルギーロスを少なくすることができ、装置全体としての省エネルギー化を実現できる。   Here, the factory air 1 refers to compressed air stored in the buffer tank 21 and used for multiple purposes. The factory air 1 is generated by being compressed by a piston-type reciprocating compressor, a scroll-type rotary compressor, a swash plate-type compressor, a screw-type rotary compressor, or the like. Basically, use oil-free air. If it contains oil, it can be handled by installing a filter. Factory air 1 is used for a plurality of uses including the gas generation system in the present invention. Therefore, in the apparatus for separating air described in Patent Document 2, the air is compressed using a dedicated air compressor for compression by the booster compressor. A dedicated compressor for compressing to pressure is not required. Accordingly, the space and cost for installing the dedicated compressor are not required, and thus the space and cost can be reduced as a whole system and apparatus. Since the factory air 1 is stored in a buffer tank 21 that is larger than a tank in a normal compressor, it immediately returns to room temperature even if heat is generated by compression. Therefore, unlike the apparatus for separating air described in Patent Document 2, it is not necessary to cool the compressed air before the factory air is compressed by the booster compressor 2. Accordingly, since the space and cost for installing the cooling device are not required, it is possible to realize space saving and cost reduction as a whole system and device. Moreover, the energy loss required for cooling can be reduced, and the energy saving as the whole apparatus is realizable.

ブースタ圧縮機2は、例えば、特許文献3に示されるように、外部のエア供給源(圧縮気体供給源)から大気圧よりも高圧に昇圧された一次側圧縮エア(一次側圧縮気体)が導入配管を介して導入され、これをさらに圧縮し圧力を高めて二次側圧縮エア(二次側圧縮気体)として吐出配管を介して供給先に向け吐出するものである。ここで、ブースタ圧縮機は例えば、駆動源によって駆動されたクランク機構によりピストンを往復動させることにより空気を圧縮する。ここで、ブースタ圧縮機は大気圧よりも高圧に昇圧された空気をさらに圧縮するものであるため、大気圧を圧縮する通常の圧縮機と比較して駆動負荷を低減させることが要請されてきた。駆動負荷の低減の方法としては、例えば、特許文献3に示される方法も含めて、具体的には、パイロットバルブ、逃がし弁、ストップバルブといった方法がある。   For example, as shown in Patent Document 3, the booster compressor 2 introduces primary compressed air (primary compressed gas) that has been boosted to a pressure higher than atmospheric pressure from an external air supply source (compressed gas supply source). Introduced through the piping, this is further compressed to increase the pressure, and discharged as secondary compressed air (secondary compressed gas) toward the supply destination through the discharge piping. Here, the booster compressor compresses air by, for example, reciprocating a piston by a crank mechanism driven by a drive source. Here, since the booster compressor further compresses the air whose pressure has been increased to a pressure higher than the atmospheric pressure, it has been required to reduce the driving load as compared with a normal compressor that compresses the atmospheric pressure. . As a method for reducing the driving load, for example, there are methods such as a pilot valve, a relief valve, and a stop valve.

気体分離装置4は、例えば、窒素ガスを生成するPSA式気体分離装置である。また、本実施例では、酸素分子を吸着して窒素ガスを生成する気体分離装置として気体分離装置4を説明するが、窒素ガスに限らず、他のガスを分離して生成する気体分離装置であってもよい。気体分離装置4は、酸素分子を吸着する吸着剤が充填された吸着槽23を有しており、吸着槽に圧縮機で生成された圧縮空気が供給されると、吸着槽内が昇圧することにより窒素分子以外のガス分子である酸素分子が吸着されて窒素分子が分離され、窒素分子を取り出すことができる。ここで、酸素分子の吸着効率を上げるためには、吸着槽内に供給する圧縮空気を高くする必要がある。これにより、酸素分子の吸着効率を上げ、より高純度の窒素ガスを分離して取り出すことができる。そして、PSA式気体分離装置において、分離された窒素ガスは、ガス供給配管を介して窒素ガス槽24に供給される。ここでは、吸着槽23は1つであってもよいが、図1に示すように2つ以上設けることにより、ある吸着槽を吸着を行っている間に他の吸着槽で脱着を行うといったことが可能となる。つまり、吸着槽23を複数設けることにより、効率よく窒素ガスを分離することができる。   The gas separation device 4 is, for example, a PSA type gas separation device that generates nitrogen gas. In this embodiment, the gas separation device 4 will be described as a gas separation device that generates nitrogen gas by adsorbing oxygen molecules. However, the gas separation device 4 is not limited to nitrogen gas, and is a gas separation device that separates and produces other gases. There may be. The gas separation device 4 has an adsorption tank 23 filled with an adsorbent that adsorbs oxygen molecules. When compressed air generated by a compressor is supplied to the adsorption tank, the pressure in the adsorption tank is increased. As a result, oxygen molecules, which are gas molecules other than nitrogen molecules, are adsorbed, nitrogen molecules are separated, and nitrogen molecules can be extracted. Here, in order to increase the adsorption efficiency of oxygen molecules, it is necessary to increase the compressed air supplied into the adsorption tank. Thereby, the adsorption efficiency of oxygen molecules can be increased, and higher-purity nitrogen gas can be separated and extracted. Then, in the PSA type gas separation device, the separated nitrogen gas is supplied to the nitrogen gas tank 24 through the gas supply pipe. Here, the number of adsorption tanks 23 may be one. However, by providing two or more adsorption tanks as shown in FIG. 1, desorption is performed in another adsorption tank while a certain adsorption tank is being adsorbed. Is possible. That is, by providing a plurality of adsorption tanks 23, nitrogen gas can be efficiently separated.

窒素ガス槽24の吐出口に接続された配管15には、塵埃等を除去するとともにガスの圧力を調整するフィルタレギュレータ31、流路を開閉する吐出弁32、ガスの流量を調整する流量調整弁33が設けられている。   The pipe 15 connected to the discharge port of the nitrogen gas tank 24 includes a filter regulator 31 that removes dust and the like and adjusts the gas pressure, a discharge valve 32 that opens and closes the flow path, and a flow rate adjustment valve that adjusts the gas flow rate. 33 is provided.

配管16のフィルタレギュレータ31と吐出弁32との間位置には配管17および配管18が接続されており、配管17には、配管16側から順に、流路を開閉する開閉弁34と、ガスの流量を調整する流量調整弁35と、サイレンサ36とが設けられている。配管18には、配管16側から順に、流路を開閉する開閉弁37と、ガスの流量を調整する流量調整弁38と、酸素濃度を検出する酸素センサ39とが設けられている。   A pipe 17 and a pipe 18 are connected to a position of the pipe 16 between the filter regulator 31 and the discharge valve 32. The pipe 17 has an opening / closing valve 34 for opening and closing a flow path in order from the pipe 16 side, A flow rate adjusting valve 35 for adjusting the flow rate and a silencer 36 are provided. The pipe 18 is provided with an open / close valve 37 that opens and closes the flow path, a flow rate adjustment valve 38 that adjusts the flow rate of gas, and an oxygen sensor 39 that detects the oxygen concentration in order from the pipe 16 side.

酸素センサ39は制御部60に通信可能に接続されており、検出信号を制御部60に出力する。また、駆動用電磁弁50、供給弁51、排気弁55、下均圧弁53、上均圧弁54、取出弁52、吐出弁32、流量調整弁33は、制御部60に通信可能に接続されており、制御部60からの指令で作動する。   The oxygen sensor 39 is communicably connected to the control unit 60 and outputs a detection signal to the control unit 60. The drive solenoid valve 50, the supply valve 51, the exhaust valve 55, the lower pressure equalizing valve 53, the upper pressure equalizing valve 54, the take-off valve 52, the discharge valve 32, and the flow rate adjusting valve 33 are connected to the control unit 60 so as to be communicable. And operates in response to a command from the control unit 60.

(圧縮空気の分離工程)
ここで、気体分離装置4で行われる圧縮空気の分離工程について説明する。圧縮空気の分離工程は、以下の(a)〜(d)の工程を順次行うように構成されている。
(Compressed air separation process)
Here, the separation process of compressed air performed by the gas separation device 4 will be described. The compressed air separation step is configured to sequentially perform the following steps (a) to (d).

(a)吸着工程:ブースタ圧縮機2により昇圧され空気槽22に貯留された圧縮空気を、供給弁51を開くことで、吸着剤が充填された吸着槽23に導入するとともに、窒素槽24内に残存する窒素ガスを、取出弁52を開くことで吸着槽23に還流して吸着槽23内を昇圧させ、圧力を利用して吸着剤に酸素分子を吸着させる工程。   (A) Adsorption process: The compressed air pressurized by the booster compressor 2 and stored in the air tank 22 is introduced into the adsorption tank 23 filled with the adsorbent by opening the supply valve 51, and in the nitrogen tank 24. The step of recirculating the remaining nitrogen gas to the adsorption tank 23 by opening the extraction valve 52 to increase the pressure in the adsorption tank 23 and adsorbing oxygen molecules to the adsorbent using the pressure.

(b)取出工程:吸着工程から引き続いて、空気槽22から圧縮空気を吸着槽23に導入し続けると同時に、吸着剤により分離生成された窒素ガスを吸着槽23より取り出して窒素槽24に貯留させる工程。   (B) Extraction step: Continuing from the adsorption step, compressed air is continuously introduced from the air tank 22 into the adsorption tank 23, and at the same time, nitrogen gas separated and generated by the adsorbent is taken out from the adsorption tank 23 and stored in the nitrogen tank 24. Process.

(c)均圧工程:下均圧弁53および上均圧弁54の開閉により取出工程終了後の均圧化を図り、次回の吸着工程の吸着効率を高めて、より高純度の窒素ガスを生成するための工程。   (C) Pressure equalization step: By opening and closing the lower pressure equalization valve 53 and the upper pressure equalization valve 54, pressure equalization after the end of the take-out step is achieved, and the adsorption efficiency of the next adsorption step is increased to generate higher purity nitrogen gas. Process.

(d)再生工程:均圧工程終了後の吸着槽23内の排気弁55を開くことにより配管14、排気サイレンサ56を介して大気開放して吸着剤に吸着された酸素分子を脱着することにより吸着剤を再生する工程。なお、この再生工程において、排気弁55以外の吸着槽23に関連する供給弁51、下均圧弁53、上均圧弁54および取出弁52は、閉状態とする。   (D) Regeneration process: By opening the exhaust valve 55 in the adsorption tank 23 after completion of the pressure equalization process, the air is released through the pipe 14 and the exhaust silencer 56 to desorb oxygen molecules adsorbed on the adsorbent. The process of regenerating the adsorbent. In this regeneration step, the supply valve 51, the lower pressure equalizing valve 53, the upper pressure equalizing valve 54, and the take-off valve 52 related to the adsorption tank 23 other than the exhaust valve 55 are closed.

制御部60は、これらの各工程(a)〜(d)の切り替えを、あらかじめ設定された時間、あるいは空気槽22、吸着槽23および窒素槽24等の圧力条件に基づいて、吸着槽23に配置された供給弁51、排気弁55、下均圧弁53、上均圧弁54および取出弁52の開閉を制御することにより行う。しかも、各工程(a)〜(d)の切り替えを、各吸着槽23毎に繰り返し行い、各吸着槽23における工程が連携して実行されるように、すなわち、一方の吸着槽23で吸着工程および取出工程が完了し、他方の吸着槽23で再生工程が完了した後、均圧工程を行うように、制御部60は制御する。   The controller 60 switches the steps (a) to (d) to the adsorption tank 23 based on a preset time or pressure conditions such as the air tank 22, the adsorption tank 23, and the nitrogen tank 24. This is performed by controlling the opening and closing of the supply valve 51, the exhaust valve 55, the lower pressure equalizing valve 53, the upper pressure equalizing valve 54 and the take-out valve 52 which are arranged. In addition, switching between the steps (a) to (d) is repeated for each adsorption tank 23 so that the processes in each adsorption tank 23 are executed in cooperation, that is, the adsorption process is performed in one adsorption tank 23. Then, after the extraction process is completed and the regeneration process is completed in the other adsorption tank 23, the control unit 60 controls to perform the pressure equalization process.

なお、(c)均圧工程は吸着槽23が1つの場合は不要である。   In addition, the (c) pressure equalization process is unnecessary when the number of adsorption tanks 23 is one.

ここで、特許文献1に記載の従来の窒素ガス発生装置では、発生させた窒素ガスの吐出圧力を得るため、大気圧(0MPa)から必要な圧力(0.93MPa)まで昇圧し、気体分離装置に供給するため、窒素ガスの発生量に応じた圧力、風量の大出力の圧縮機が必要であった。一方、以上説明したように本実施例におけるガス発生装置はブースタ圧縮機2において工場エア−1を昇圧する昇圧工程と昇圧された圧縮空気を気体分離装置4によって分離する分離工程とによって窒素ガスを取り出している。   Here, in the conventional nitrogen gas generator described in Patent Document 1, in order to obtain the discharge pressure of the generated nitrogen gas, the pressure is increased from the atmospheric pressure (0 MPa) to the necessary pressure (0.93 MPa), and the gas separation device Therefore, a compressor with a high output with a pressure and an air volume corresponding to the amount of nitrogen gas generated was necessary. On the other hand, as described above, the gas generator in the present embodiment generates nitrogen gas through the boosting step of boosting the factory air-1 in the booster compressor 2 and the separation step of separating the pressurized compressed air by the gas separation device 4. I'm taking it out.

本実施例では、気体分離装置4として、PSA式気体分離装置について説明してきたが、原料空気を昇圧して液化し、液化した後に沸点の違いで期待を分離するASU式分離装置を気体分離装置として適用してもよい。PSA気体分離装置は、供給する気体の圧力を高くすることによって、吸着効率をより高くすることができる。従って、PSA気体分離装置は、工場エアー1、ブースタ圧縮機2を用いることによって、高圧の圧縮空気を効率よく得ることができる本実施例の利点をASU式気体分離装置よりも活かすことができる。   In the present embodiment, the PSA type gas separation device has been described as the gas separation device 4, but the ASU type separation device that separates expectations based on the difference in boiling point after the raw material air is pressurized and liquefied is liquefied. You may apply as The PSA gas separation device can increase the adsorption efficiency by increasing the pressure of the gas to be supplied. Therefore, the PSA gas separation device can utilize the advantages of the present embodiment, which can efficiently obtain high-pressure compressed air, by using the factory air 1 and the booster compressor 2 as compared with the ASU type gas separation device.

<本実施例におけるエネルギー低減について>
ここで、大気を工場エアー1の圧力(0.5MPa)まで昇圧し、ブースタ圧縮機2によってさらに1MPaまで昇圧する本実施例におけるシステムのエネルギー低減効果について、専用の圧縮機によって大気圧から1MPaまで昇圧する従来のシステムと比較して説明する。
<About energy reduction in this embodiment>
Here, the atmospheric pressure is increased to the pressure of factory air 1 (0.5 MPa), and the booster compressor 2 further increases the pressure to 1 MPa. With respect to the energy reduction effect of the system in this embodiment, the pressure is increased from atmospheric pressure to 1 MPa by a dedicated compressor. This will be described in comparison with a conventional system for boosting pressure.

従来のように大気(0MPa)600L/minを専用の圧縮機によって1MPaへ昇圧した場合の理論断熱空気動力は次の通りである。

Figure 2011167602
The theoretical adiabatic aerodynamic power when the atmospheric pressure (0 MPa) 600 L / min is increased to 1 MPa by a dedicated compressor as in the prior art is as follows.
Figure 2011167602

次に本実施例において、大気(0MPa)600L/minを工場エアー1の圧力(0.5MPa)へ昇圧した場合の理論断熱空気動力は次の通りである。

Figure 2011167602
Next, in this example, the theoretical adiabatic aerodynamic power when the pressure of the atmosphere (0 MPa) 600 L / min is increased to the pressure of the factory air 1 (0.5 MPa) is as follows.
Figure 2011167602

本実施例では大気を昇圧して得られた工場エアー1を利用して、ガス発生に必要なエアーについて、ブースタ圧縮機で昇圧し、PSA式気体分離装置に供給する。   In this embodiment, the factory air 1 obtained by boosting the atmosphere is used to boost the air necessary for gas generation by a booster compressor and supply it to the PSA type gas separation device.

ここで、本実施例におけるシステムでは、工場エアー1は配管またはタンク内で自然冷却されており、温度は常温(20℃)くらいまで冷やされる。   Here, in the system in the present embodiment, the factory air 1 is naturally cooled in a pipe or a tank, and the temperature is cooled to about room temperature (20 ° C.).

ここで、使用する工場エアーの温度は、20℃であり、0.5MPaでの吸込み状態での1minあたりの実風量は以下の通りである。

Figure 2011167602
Here, the temperature of the factory air to be used is 20 ° C., and the actual air volume per minute in the suction state at 0.5 MPa is as follows.
Figure 2011167602

ここで、20℃まで冷やされた工場エアー1(0.5MPa)108L/minを1MPaへ昇圧した場合の理論断熱空気動力は以下の通りである。

Figure 2011167602
Here, the theoretical adiabatic air power when the factory air 1 (0.5 MPa) 108 L / min cooled to 20 ° C. is increased to 1 MPa is as follows.
Figure 2011167602

ここで、従来のシステムにおける昇圧に要するエネルギー(1)と本実施例における昇圧に要するエネルギー(2)+(3)とを比較する。従来のシステムでは3.33kWに対し、本実施例におけるシステムは3.04kWとなっており、約9%のエネルギーを低減させることができる。
<本実施例におけるドライヤの小型化について>
次に、大気を工場エアー1の圧力(0.5Mpa)まで昇圧し、ブースタ圧縮機2によってさらに1MPaまで昇圧する本実施例におけるシステムのドライヤの小型化について、専用の圧縮機によって大気圧から1MPaまで昇圧する従来のシステムと比較して説明する。
Here, the energy (1) required for boosting in the conventional system is compared with the energy (2) + (3) required for boosting in this embodiment. In contrast to 3.33 kW in the conventional system, the system in this embodiment is 3.04 kW, which can reduce energy by about 9%.
<About the downsizing of the dryer in this embodiment>
Next, regarding the downsizing of the dryer of the system in the present embodiment in which the atmosphere is increased to the pressure of factory air 1 (0.5 Mpa) and further increased to 1 MPa by the booster compressor 2, the atmospheric pressure is reduced to 1 MPa from the atmospheric pressure by a dedicated compressor. This will be described in comparison with a conventional system that boosts the pressure up to.

(I)飽和湿分
まず、本実施例におけるシステムでは、常温まで冷えた工場エアー1(0.5MPa、温度20℃)を使用するため、ブースタ圧縮機の吸込み空気は圧力0.5MPa、温度20℃となる。飽和水蒸気量表より、温度20℃、圧力0.1013MPaのときの飽和湿分が17.3g/m3であることから、温度20℃、圧力0.5MPaのときの飽和湿分は、
(数5)
17.3/(0.5+0.1013)・9.8 = 2.9g/m3 ・・・(4)
即ち、本実施例では、温度20℃、圧力0.5MPaの工場エアー1をブースター圧縮機により圧縮しているため、飽和湿分が17.3g/m3から2.9g/m3まで下がった空気をブースター圧縮機よって圧縮していることになる。即ち、本実施例におけるシステムは従来のシステムに比較して吸込み空気の飽和湿分を減らすことができる。そのため、本実施例におけるシステムでは従来のシステムと比較して、気体分離装置4に供給される圧縮空気中の水分を除去するためのドライヤを小型化することができる。
(I) Saturated moisture First, since the system in this embodiment uses factory air 1 (0.5 MPa, temperature 20 ° C.) cooled to room temperature, the intake air of the booster compressor has a pressure of 0.5 MPa and a temperature of 20 It becomes ℃. From the saturated water vapor amount table, since the saturated moisture at a temperature of 20 ° C. and a pressure of 0.1013 MPa is 17.3 g / m 3, the saturated moisture at a temperature of 20 ° C. and a pressure of 0.5 MPa is
(Equation 5)
17.3 / (0.5 + 0.1013) · 9.8 = 2.9 g / m 3 (4)
That is, in this example, the factory air 1 having a temperature of 20 ° C. and a pressure of 0.5 MPa is compressed by a booster compressor, so that the air whose saturated moisture has decreased from 17.3 g / m 3 to 2.9 g / m 3 is used. It is compressed by a booster compressor. That is, the system in the present embodiment can reduce the saturated moisture of the intake air as compared with the conventional system. Therefore, in the system in the present embodiment, the dryer for removing moisture in the compressed air supplied to the gas separation device 4 can be reduced in size as compared with the conventional system.

(II)入気温度
次に温度20℃,圧力0MPaから1MPaに昇圧した場合の吐出ガスの絶対温度は、

Figure 2011167602

温度20℃,圧力0.5MPaから1MPaに昇圧した場合の吐出ガスの絶対温度は
Figure 2011167602

ブースタ圧縮機で昇圧することで、231℃の温度差が得られ、ドライヤ入気温度の低減が可能となる。これによりドライヤにて冷却のエネルギーが低減可能となる。・・・(5) (II) Inlet temperature Next, the absolute temperature of the discharge gas when the pressure is increased from 20 ° C. and the pressure from 0 MPa to 1 MPa is as follows:
Figure 2011167602

The absolute temperature of the discharge gas when the temperature is raised from 20 ° C and pressure from 0.5 MPa to 1 MPa is
Figure 2011167602

By increasing the pressure with the booster compressor, a temperature difference of 231 ° C. is obtained, and the dryer inlet temperature can be reduced. As a result, the cooling energy can be reduced by the dryer. ···(Five)

また上記温度差より求められる熱量は

Figure 2011167602
The amount of heat calculated from the above temperature difference is
Figure 2011167602

よって2.7kWのエネルギー低減となる。・・・(6)
(4)(5)(6)よりブースタ圧縮機の吸込み空気の湿分が少ないこと、ブースタ圧縮機の吐出空気の温度が低いことより本システムに使用するドライヤの小型化が可能となる。
Therefore, the energy is reduced by 2.7 kW. ... (6)
(4) Since the humidity of the intake air of the booster compressor is lower than that of (5) and (6) and the temperature of the discharge air of the booster compressor is low, the dryer used in this system can be downsized.

従って、本実施例のように窒素ガス発生装置を構成することにより、従来の窒素ガス発生装置に比べて次のような効果が得られる。   Therefore, by configuring the nitrogen gas generator as in this embodiment, the following effects can be obtained as compared with the conventional nitrogen gas generator.

まず、効率よく大量に作られた工場エアー1をブースタ圧縮機2により昇圧するようにしたので、大気圧から昇圧する従来のガス発生装置よりも、圧縮前後の圧縮空気の圧縮比を小さくできるため、高効率となり、少ないエネルギーで窒素ガスを得ることができる。また、窒素ガスを得るためだけに工場エア1の圧力まで上げるための専用の圧縮機が不要となるため、装置全体として省スペース化・低コスト化が実現できる。また、従来のガス発生装置で用いた圧縮機よりも小出力のブースタ圧縮機2を用いたため、供給装置の設置面積を小さくすることができる。また、常温まで冷えた工場エアー1を使用するため、大気圧から昇圧する場合に比べて発生熱を低く抑えることができ、設置場所における環境温度変化を小さく抑えることができる。また、常温まで冷えた工場エアー1を使用するため、大気圧から昇圧する場合に比べて吸込み空気の湿分が小さいため、ドライヤを用いて除湿する場合にドライヤの小型化を測ることができる。   First, since the factory air 1 produced efficiently and in large quantities is boosted by the booster compressor 2, the compression ratio of the compressed air before and after compression can be made smaller than the conventional gas generator that boosts pressure from the atmospheric pressure. High efficiency and nitrogen gas can be obtained with less energy. In addition, since a dedicated compressor for raising the pressure of the factory air 1 only to obtain nitrogen gas is not required, space saving and cost reduction can be realized as a whole apparatus. Further, since the booster compressor 2 having a smaller output than the compressor used in the conventional gas generator is used, the installation area of the supply device can be reduced. Moreover, since the factory air 1 cooled to room temperature is used, the generated heat can be suppressed lower than when the pressure is increased from the atmospheric pressure, and the environmental temperature change at the installation location can be suppressed small. Further, since the factory air 1 cooled to room temperature is used, the moisture content of the suction air is smaller than that when the pressure is increased from the atmospheric pressure. Therefore, when the dehumidification is performed using the dryer, the size of the dryer can be measured.

本発明の実施例2を図2に基づき説明する。本実施例では実施例1と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。   A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

本実施例における窒素ガス供給システムは、でブースタ圧縮機、ドライヤ、気体分離装置のシステムを、1つの筐体の中に収めたものである。なお、圧縮機、ドライヤ、PSAと分けて構成してもよい。   The nitrogen gas supply system in this embodiment is a system in which a booster compressor, a dryer, and a gas separation system are housed in a single casing. In addition, you may comprise separately from a compressor, a dryer, and PSA.

本実施例のシステムのよれば、制御を1つの基板ででき、防音のための筐体を装置ごとに設ける必要がないため、省スペース化を実現できる。また、本実施例では、ブースタ圧縮機に供給される工場エアーは筐体の外から供給される。ここで、PSAを使用すると、PSAの周囲は酸素ガスが多くなり、窒素ガスが少なくなる。PSAに供給される圧縮空気に占める窒素ガスの割合が少なくなると、PSAによって窒素ガスを供給する効率が低くなる。しかし、本実施例のように窒素ガス供給システムを1つの筐体の中に収め、筐体の外から供給された工場エアーを用いることにより、長時間使用しても窒素ガスの供給効率を低下させることなく、窒素ガスを分離し、供給することができる。   According to the system of the present embodiment, control can be performed with a single substrate, and since it is not necessary to provide a housing for soundproofing for each apparatus, space saving can be realized. In the present embodiment, the factory air supplied to the booster compressor is supplied from outside the casing. Here, when PSA is used, oxygen gas increases around the PSA, and nitrogen gas decreases. When the proportion of nitrogen gas in the compressed air supplied to the PSA decreases, the efficiency of supplying nitrogen gas by the PSA decreases. However, the nitrogen gas supply system is housed in a single housing as in this embodiment, and the factory air supplied from outside the housing is used to reduce the nitrogen gas supply efficiency even when used for a long time. The nitrogen gas can be separated and supplied without causing it.

なお、本実施例では、ピストン式の往復動型圧縮機や、スクロール式の回転型圧縮機、斜板式の圧縮機、スクリュー式圧縮機等の空気を昇圧可能な圧縮機であれば構わない。   In this embodiment, any compressor capable of boosting air, such as a piston-type reciprocating compressor, a scroll-type rotary compressor, a swash plate-type compressor, or a screw-type compressor, may be used.

また、本実施例の気体分離装置は、PSA式、膜式のいずれでもよいし、一対以上の複数槽を持つ構成も可能である。さらに、ブースタ圧縮機及び気体分離装置のシステムを複数システム並列に接続し、必要に応じて製品ガスの吐出量を増やすことも可能である。   Further, the gas separation device of the present embodiment may be either a PSA type or a membrane type, and a configuration having a plurality of tanks of a pair or more is also possible. Furthermore, it is also possible to connect a plurality of booster compressor and gas separation system systems in parallel to increase the discharge amount of the product gas as required.

また、本実施例では、1つのパッケージにシステム全体を格納した例を説明したが、パッケージを複槽個持ち、装置毎に分かれてパッケージングされていてもよいし、それぞれをパッケージした後、すべてを連結して1つのパッケージにしてもよい。   Further, in this embodiment, an example in which the entire system is stored in one package has been described. However, the package may have multiple tanks and may be packaged separately for each device, or after packaging each, May be combined into one package.

また、分離する気体は、窒素ガスに限らず、酸素等の他気体でもよい。   Further, the gas to be separated is not limited to nitrogen gas but may be other gas such as oxygen.

また、工場エアーが油分を含む、または、ブースタ圧縮機が給油式の場合は、気体分離装置の上流側にフィルタ等を設置して油分を除去する構成としてもよい。なお、ブースタ圧縮機に吸い込まれる工場エアーの油分が事前に除去された状態であった場合は、ブースタ圧縮機は潤滑に油を用いないオイルフリータイプの圧縮機を選択できることは言うまでもなく、これにより本システム内ではオイルフィルターの設置を省略可能となり省スペース・低コストを可能とする。   Moreover, when factory air contains an oil component or a booster compressor is an oil supply type, it is good also as a structure which installs a filter etc. in the upstream of a gas separation apparatus, and removes an oil component. Needless to say, if the oil content of the factory air sucked into the booster compressor has been removed in advance, the booster compressor can select an oil-free type compressor that does not use oil for lubrication. Installation of an oil filter can be omitted in this system, and space saving and low cost are possible.

1:工場エアー、2:ブースタ圧縮機、3:エアードライヤ、4:気体分離装置、
11:配管、12:配管、13:配管、14:配管、15:配管、16:配管、17:配管、18:配管、
21:工場エアーの空気槽、22:ブースタ圧縮機の空気槽、23:吸着槽、24:窒素ガス槽、
31:フィルタレギュレータ、32:窒素ガス吐出弁、33:流量調整弁、34:開閉弁、35:流量調整弁、36:サイレンサ、37:開閉弁、38:流量調整弁、39:酸素センサ、
50:駆動用電磁弁、51:供給弁、52:取出弁、53:下均圧弁、54:上均圧弁、55:排気弁、56:排気サイレンサ、60:制御部
1: factory air, 2: booster compressor, 3: air dryer, 4: gas separation device,
11: piping, 12: piping, 13: piping, 14: piping, 15: piping, 16: piping, 17: piping, 18: piping,
21: factory air tank, 22: booster compressor air tank, 23: adsorption tank, 24: nitrogen gas tank,
31: Filter regulator, 32: Nitrogen gas discharge valve, 33: Flow rate adjusting valve, 34: Open / close valve, 35: Flow rate adjusting valve, 36: Silencer, 37: Open / close valve, 38: Flow rate adjusting valve, 39: Oxygen sensor,
50: Drive solenoid valve, 51: Supply valve, 52: Extraction valve, 53: Lower pressure equalization valve, 54: Upper pressure equalization valve, 55: Exhaust valve, 56: Exhaust silencer, 60: Control unit

Claims (10)

工場エアーをブースタ圧縮機により昇圧し、前記ブースタ圧縮機により昇圧した圧縮空気を気体分離装置に供給し、前記気体分離装置により分離された所定のガスを取り出すガス発生装置。   A gas generator that boosts factory air with a booster compressor, supplies the compressed air boosted with the booster compressor to a gas separator, and takes out a predetermined gas separated by the gas separator. 前記気体分離装置は、前記ブースタ圧縮機により圧縮された空気を吸着槽に導入し、前記吸着槽を昇圧させ、前記吸着槽の吸着剤に前記所定のガス以外のガスの分子を吸着させることにより、前記所定のガスを分離して取り出すPSA式気体分離装置であることを特徴とする請求項1に記載のガス発生装置。   The gas separation device introduces air compressed by the booster compressor to the adsorption tank, pressurizes the adsorption tank, and adsorbs molecules of gas other than the predetermined gas to the adsorbent of the adsorption tank. The gas generator according to claim 1, wherein the gas generator is a PSA type gas separator that separates and extracts the predetermined gas. 前記気体分離装置は複数の吸着槽を有することを特徴とする請求項2に記載のガス発生装置。   The gas generator according to claim 2, wherein the gas separation device has a plurality of adsorption tanks. 前記ブースタ圧縮機の吐出口と前記気体分離装置の空気供給口との間にエアードライヤーを備えた請求項1に記載のガス発生装置。   The gas generator according to claim 1, further comprising an air dryer between a discharge port of the booster compressor and an air supply port of the gas separation device. 前記工場エアーは、バッファータンクに貯留され、複数用途に使用される圧縮空気であることを特徴とする請求項1に記載のガス発生装置。   The gas generator according to claim 1, wherein the factory air is compressed air stored in a buffer tank and used for a plurality of purposes. 請求項1乃至5に記載のガス発生装置を1つの筐体の中に収めたガス発生システム。   A gas generation system in which the gas generation device according to claim 1 is housed in one casing. ブースタ圧縮機により工場エアーを昇圧する昇圧工程と、
前記昇圧された空気を気体分離装置により分離する分離工程とにより所定のガスを取り出すガス発生装置。
A boosting process for boosting factory air with a booster compressor;
A gas generator for extracting a predetermined gas by a separation step of separating the pressurized air by a gas separation device.
前記分離工程では、
前記ブースタ圧縮機により圧縮された空気のうち、前記所定のガス以外のガスの分子を吸着槽に吸着させる吸着工程と、
前記吸着槽から前記所定のガスを取り出す取出工程と、
前記吸着槽に吸着した分子を脱着させる再生工程と、
を行うことを特徴とする請求項7に記載のガス発生装置。
In the separation step,
Of the air compressed by the booster compressor, an adsorption step for adsorbing molecules of gas other than the predetermined gas in an adsorption tank;
An extraction step of taking out the predetermined gas from the adsorption tank;
A regeneration step for desorbing molecules adsorbed in the adsorption tank;
The gas generator according to claim 7, wherein:
前記分離工程では取出工程の後に複数の吸着槽の均圧化を行う均圧工程を行うことを特徴とする請求項8に記載のガス発生装置。   The gas generator according to claim 8, wherein in the separation step, a pressure equalization step of equalizing a plurality of adsorption tanks is performed after the extraction step. 前記場エアーは、バッファータンクに貯留され、複数用途に使用される圧縮空気であることを特徴とする請求項7に記載のガス発生装置。   The gas generator according to claim 7, wherein the field air is compressed air stored in a buffer tank and used for a plurality of purposes.
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