JP2015513999A - ガス分離装置及び方法 - Google Patents

Abstract

ガスを分離する装置であって、この分離装置は、次のコンポーネント、即ち、ガスのための源及び流量調節手段、透過ガス及び濃縮ガスを生じさせるメンブレンユニット（６）（なお、透過ガス及び濃縮ガスのうちの一方は、製品ガスである）、製品ガスの純度決定手段及び第１の制御ユニット（１３）、濃縮物制御システム（１９）及び製品ガス圧力測定手段を有し、上記源は、ガスの標的値の関数として流量調節手段を制御する第２の制御ユニット（１６）を有し、第１の制御ユニット（１３）は、第２の制御ユニット及び濃縮物制御システム（１９）に連結され、第１の制御ユニット（１３）は、標的値を決定することができると共に濃縮物制御システム（１９）を制御することができる、分離装置。

Description

本発明は、ガスを分離する装置及び方法に関する。

より具体的には、本発明は、互いに異なるガスの特性に基づいてこれら互いに異なるガスについて異なる透過性を有するメンブレンを備えたメンブレンユニットによってガスの混合物を分離する装置及び方法に関する。

状況に応じて、所望の製品は、透過物、したがってメンブレン壁を通ったガス又は濃縮物、したがってメンブレン壁をしなかったガスである場合がある。

伝統的に、ガスの混合物を分離するかかる装置は、実際にはガス混合物、例えば空気である供給ガスの圧力を増大させる圧縮機ユニット及び供給ガスを透過ガスと濃縮ガス、例えば酸素と窒素に分離するメンブレンユニットを有する。

選択性メンブレンは、極めて高価であり、しかもかかるユニットの全費用の大きな割合を占めるという理由、かかるユニットの容量が圧力にほぼ比例するという理由及び供給ガスの圧縮に必要なエネルギーが圧力と正比例する程度よりも極めて低く増大するという理由に鑑みて、作業圧力を所望の製品ガス圧力よりも実質的に高く増大させることによりかかる装置の全作動費を減少させるのが良い。

この作業圧力を一定に保つため、かかる装置は、一般に、最小圧力弁を備え、この最小圧力弁は、消費ユニットによる引出し及びかくして製品ガス圧力とは無関係に、メンブレンユニット中の作業圧力を所望レベルに保つ。

かかる装置の所要の製品ガス流量が設計上の公称流量よりも少ない場合、製品純度は、設計上の純度よりも高くなるが、少なくとも濃縮ガスが所望の製品である装置については回復レベル、即ち、製品ガス流量／供給ガス流量比が低下する。

これは、純度が高すぎる製品ガスが当該技術分野においては技術的に望ましくない場合があるという理由及び不必要に高い供給量の処理が不必要なコストを生じさせるという理由で不都合である。

これを改良する方法及び装置が例えば欧州特許第１，３２４，８１５号明細書、米国特許第５，４９６，３８８号明細書、同第５，６４９，９９５号明細書及び独国特許出願公開第１０．２０１０．００３．５０７号明細書に記載されている。

欧州特許第１，３２４，８１５号明細書は、速度制御型圧縮機が圧縮機ユニットとして用いられ、かかる圧縮機ユニットが製品ガス中に設けられたガスセンサ又は場合によっては製品ガス純度に特有の値を生じさせる別のセンサに基づいて圧縮機の速度を調節する装置及び関連方法を記載している。

これは、この方法が速度制御型圧縮機でしか作用せず、別の仕方で制御される形式の圧縮機では作用しないという欠点を有する。

この結果、圧縮機がその最小容量で作動し且つ製品ガス流量が更に減少する場合、所望の製品純度は、得られず、高すぎる製品純度が生じる。

別の欠点は、圧縮機の速度を適正に調節するためには必ず損傷の恐れがあり又は頻繁な保守を必要とするということにある。この速度範囲は、必ずしも知られている必要なく、或いは、その重要性は、メンブレンユニットの設計者には必ずしも認識されているわけではなく、その結果、圧縮機の時期尚早な故障の恐れが存在する。これは、許容可能な速度範囲が圧縮機の他のパラメータ、例えば作業圧力の複雑な関数である場合があるのでなおさらそうである。

別の欠点は、欧州特許第１，３２４，８１５号明細書の解決手段が、圧縮機ユニットがメンブレンユニットの提供に加えて、それ自体要件をもつ別のユニット、例えば圧縮空気ネットワークの供給源でもある場合には解決手段とはならないということにある。

米国特許第５，４９６，３８８号明細書は、スクリューの高さ位置のところに滑り弁を備えたスクリュー圧縮機が用いられる装置を記載しており、この装置は、或る特定の条件が満たされると、製品ガスの純度を測定したセンサからの測定信号に基づいて制御され、供給ガスの量が制御されるようになっている。

この解決手段も又、圧縮機ユニットがメンブレンユニットの提供に加えて、それ自体要件をもつ別のユニット、例えば圧縮空気ネットワークの供給源でもある場合には解決手段とはならないということにある。

別の欠点は、この調節及び方法を滑り弁を備えた圧縮機にしか利用できないということにある。

米国特許第５，６４９，９９５号明細書は、圧縮機を制御するのではなく制御弁として濃縮ガス出口に伝統的な公知の最小圧力弁を構成することによって製品ガスの純度を制御する装置を記載しており、制御弁は、純度センサによって測定された製品ガスの純度に基づいて制御され、その目的は、製品ガスの一定の純度をこのようにして得ることにある。

この欠点は、製品ガスの流量をそれにより制御することができないということにある。

このために多くの圧縮エネルギーが失われる。と言うのは、圧縮機は、常時容量一杯で作動しているからであり、かくして、高圧でのガスの多量のガス流量が供給され、次に、一般的にはかかるガスを膨張させなければならない。

独国特許出願公開第１０．２０１０．００３．５０７号明細書では、メンブレンユニットに供給されるガス流量の減少は、圧縮機とメンブレンユニットとの間に制御弁を配置することによって行われ、この制御弁は、製品ガスのパラメータ、例えば純度又は圧力に基づいて入口流量を調節し、それにより、圧縮機は、オンオフ制御により制御され、かかる圧縮機内における圧力の変動は、圧縮機の直後に配置されるバッファ容積部によって許容される。

上述の改良手段を含む伝統的な装置の全てには、製品ガスの引出し量がユニットの設計上の容量よりも多い場合、純度が設計値よりも低くなるという欠点がある。これにより、例えば爆発を阻止するために窒素が低い酸素含有量の状態で生成されたときに危険な状況が生じる場合がある。

さらに、この改良策は、製品ガス引出し量が少ない場合、製品ガスの純度が高すぎるという問題の発生を阻止することがない。

圧縮機の上述の制御は又、複雑であり、或いは、特定形式の制御可能な圧縮機以外の圧縮機を用いた場合には圧縮機の制御を行うことができず、しかも、互いに異なる形式の圧縮機を一圧縮機ユニットで用いた場合には、かかる制御を全く行うことができない。

また、純度の制御の面で知られている解決策は、圧縮機の作動の重要な観点、例えば最小エネルギー消費量、最大寿命及び最適保守間隔を考慮に入れておらず、これらは全て、圧縮機の作動条件の影響を大幅に受ける。

欧州特許第１，３２４，８１５号明細書 米国特許第５，４９６，３８８号明細書 米国特許第５，６４９，９９５号明細書 独国特許出願公開第１０．２０１０．００３．５０７号明細書

本発明の目的は、ガスの混合物を或る特定の純度要件を有する製品ガスと残留ガスに分離する装置であって、分離装置は、次のコンポーネント、即ち、
‐ガス混合物を圧力下で供給する源及び源によって供給されるべき流れを適合させる調節手段、
‐源に連結されていてガス混合物を透過ガスと濃縮ガスに分離することができるメンブレンユニット（なお、透過ガス及び濃縮ガスのうちの一方は、製品ガスである）、
‐製品ガスの純度を求める手段、及び
‐分離装置を制御する第１の制御ユニットを有し、
‐源は、源とメンブレンユニットとの間の箇所でガスの混合物の標的値の関数として調節手段を制御することができる第２の制御ユニットを備え、
‐分離装置は、製品ガスの圧力のための濃縮物制御システム及び測定機器を備え、
‐第１の制御ユニットは、第２の制御ユニット及び濃縮物制御システムへの制御接続部を有し、第１の制御ユニットは、製品ガスの圧力及び純度に基づいて標的値を決定することができると共に濃縮物制御システムを制御することができるアルゴリズムを有する、分離装置を提供することによって上述の欠点及び他の欠点のうちの少なくとも１つに対する解決手段を提供することにある。

この利点は、かかる装置内での製品ガスの所望の純度を要求される製品ガス流量が装置の設計流量よりも多い場合であっても常時保証することができるということにある。

濃縮物制御システムは、種々の仕方で構成でき、例えば、濃縮物にとって可変流れ抵抗を生じさせる濃縮物制御弁として又は各々が開放状態で互いに異なる流れ特性を示す並列開放／閉鎖弁の組み合わせとして構成でき、この組み合わせは、多数の弁を選択的に開閉することによって特定の流れ抵抗を示すことができる。

かかる装置では、所望の純度で所望の流量よりも少ない所望の製品ガス流量を得るために圧力下で供給されなければならない供給ガスの量は、公知の装置の量よりも少なく、したがって、エネルギー及び供給ガスを節約することができる。

別の利点は、圧力が所望の製造に必要なレベルまでしか増大させず、したがって、エネルギーが節約されるということにある。

かかる装置の別の利点は、この装置が高圧で作動でき、かくして、この装置がコンパクト且つ安価に作ることができ、他方、製品ガスの圧力が所望値よりも高くはないようにし、その結果、高い圧力の結果としての製品ガスの分布ネットワーク中での高い漏れ損失が阻止され、それにより製品ガスの実際に必要な量よりも多くを生じさせる必要がないということにある。

別の利点は、この装置がメンブレンの老化及びファウリングレベルを自己補償するということにある。

好ましい実施形態では、源は、調節手段を有する圧縮機ユニットであり、圧縮機ユニットは、メンブレンユニットに連結された出口を備え、標的値は、出口のところの標的値である。

これは、圧縮機ユニットがあらゆる形式の圧縮機、例えば、往復圧縮機、歯車圧縮機、スクリュー圧縮機及びターボ圧縮機又はこれらの組み合わせ（これが全てではない）と、あらゆる形式のコントローラ、例えばオン／オフコントローラ、ロード／アンロードコントローラ、速度コントローラ、ガス量入口コントローラ、滑り弁を備えたコントローラ又はこれらの組み合わせとを含むことができるという利点を有する。

導き出される利点として、圧縮機ユニットは、容易に、圧縮機のうちの１つを維持することができる圧縮機の組み合わせを含むのが良く、他方、１つ又は２つ以上の他の圧縮機は、メンブレンユニットへの供給を続けることができる。

本発明の装置は又、ガスを分離する装置の良好な作動を邪魔することなく他の装置を圧縮機ユニットに連結することができるという利点を有する。

上述の装置の制御は、圧縮機の最適制御をどれも邪魔することはなく、かかる最適制御は、圧縮機ユニットのコントローラによって別個独立に行われ、かかる制御は、例えば最大の安全性、最長の寿命、最小のエネルギー消費量、限定された圧力制御範囲及び最適化された保守期間のような観点を考慮に入れている。

好ましい実用的な実施形態では、標的値は、標的圧力である。

圧力が圧縮機を制御することができる対象としての普遍的な性質であるので、これは、種々の圧縮機を装置に組み込む仕方に関する追加の融通性を与える。

別の好ましい実施形態では、分離装置は、圧縮機ユニットとメンブレンユニットとの間に位置する入口ガス制御システムを備え、第１の制御ユニットは、入口ガス制御システムへの制御連結部を有する。

入口ガス制御システムは、種々の仕方で構成でき、例えば、入口ガスにとって可変流れ抵抗を生じさせる入口ガス制御弁として又は各々が開放状態で互いに異なる流れ特性を示す並列開放／閉鎖弁の組み合わせとして構成でき、この組み合わせは、多数の弁を選択的に開閉することによって特定の流れ抵抗を呈することができる。

このように、本装置は又、制御ユニットによって定められた標的圧力が圧縮機ユニットの最小作業圧力よりも低い場合に良好に作動し続けることができる。と言うのは、この場合、圧縮機ユニットは、その最小作業圧力で作動することができ、入口ガス制御システムは、メンブレンユニットが受け取るガス圧力を制御ユニットによって定められた標的圧力まで減少させるからである。

別の好ましい実施形態では、濃縮物は、製品ガスであり、本装置は、透過物制御システムを備え、第１の制御ユニットは、透過物制御システムに対する制御接続部を有する。

透過物制御システムは、種々の仕方で構成でき、例えば、透過物にとって可変流れ抵抗を生じさせる透過物制御弁として又は各々が開放状態で互いに異なる流れ特性を示す並列開放／閉鎖弁の組み合わせとして構成でき、この組み合わせは、多数の弁を選択的に開閉することによって特定の流れ抵抗を呈することができる。

この透過物制御システムにより、濃縮物制御システムが完全に開放状態であり、かくして、この濃縮物制御システムを一層開放することによって製品ガスの純度を減少させることができない状況であっても、透過物制御システムを部分的に閉鎖し、それによりメンブレンユニットの透過物側の圧力を増大させることによって純度を減少させ、かくして所望レベルに至らせる。

本発明の要旨は又、ガスの混合物を或る特定の純度要件を備えた製品ガスと残留ガスに分離する方法であって、
‐ガス混合物の圧力を増大させ、
‐混合物を増大させた圧力でメンブレンユニット中に押し込んで透過ガスと濃縮ガスに分離し（なお、透過ガス及び濃縮ガスのうちの一方は、製品ガスである）、
‐製品ガスの純度を決定する、方法において、
製品ガスの圧力を測定し、濃縮物流を調節すると共に加圧ガスに関する標的値を与えることによって製品ガスの圧力及び純度を第１の制御ユニットによって設定値に制御し、その後、濃縮物流が標的値を得るために調節手段を制御する第２の制御ユニットのところでメンブレンユニット中に流れるようにすることを特徴とする方法にある。

好ましい実施形態では、混合物の圧力を調節手段を備えた圧縮機ユニット内で増大させる。圧縮機ユニットがその最小容量で作動している場合、メンブレンユニットに至った混合物の圧力を、この混合物を膨張させることによって圧縮機ユニットの出口のところの圧力よりも低くする。

別の好ましい実施形態では、濃縮ガスが製品ガスであり、製品ガスの純度が高すぎ、他方、製品ガス圧力を減少させることができない場合、この純度は、濃縮物圧力を調節することによって制御される。本発明の装置及び方法により、優先順位が下がる状態で次のことを可能にする。
Ａ）製品ガスを正確な純度を備えた状態で製造することができ、
Ｂ）製品ガスの要求された量をＡについて製造することができ、
Ｃ）Ａ及びＢを考えられる限り最も少ない量のガス混合物で生じさせることができ、
Ｄ）Ａ、Ｂ及びＣをできるだけエネルギー効率の良い仕方で実現することができ、
Ｅ）Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤを装置の最適寿命で実現することができる。

本発明の特徴を良好に示す意図をもって、技術の現状の装置及び本発明の装置の２つの形態並びにこれらの関連方法と共に例示的に添付の図面を参照して非限定的な形で以下において説明する。

公知の装置を概略的に示す図である。 本発明の装置の一形態を概略的に示す図である。 本発明の装置の別の形態を概略的に示す図である。

図１に示された装置１は、空気から窒素を生じさせる装置であり、窒素は、或る特定の最低純度を有する。

この装置１は、圧縮機３を含む圧縮機ユニット２を有し、圧縮機３の出口４は、ガス処理ユニット５を経てメンブレンユニット６に連結されており、メンブレンユニット６は、窒素についてよりも酸素についてより高い透過性を有するメンブレン７を備えている。メンブレン７は、濃縮物側８をメンブレンユニット６の透過物側９から分離している。

圧縮機ユニット２は、図示されていないガス乾燥器を更に含むのが良い。

濃縮物側８は、最小圧力弁１０及び三方弁１１に連結されている。最小圧力弁１０とメンブレンユニット６との間には酸素センサ１２が設けられている。

酸素センサ１２は、信号伝送方式で制御ユニット１３に接続され、制御ユニット１３は、酸素センサ１２により測定された酸素濃度に応じて入口のところに設けられた滑り弁によって圧縮機の作動能力を調節するアルゴリズムを備えている。

制御ユニット１３は又、制御可能な仕方で三方弁１１に接続されている。

空気から窒素を生じさせるためのこの装置１の作動原理は、次の通りである。

圧縮機３が外部から空気を引き込んでこれを圧縮し、そしてこの空気を増大した圧力状態でガス処理ユニット５に送り、ここで、不純物が除去され、空気が加熱される。

次に、圧縮空気は、メンブレンユニット６に流れ、ここで、圧縮空気は、メンブレン７によって、空気に対して酸素含有量が増大した窒素／酸素混合物から成る透過物と酸素含有量が少ない状態の窒素である濃縮物に分離される。

透過物は、残留ガスであり、これを外気に逃がすのが良い。

製品ガスである濃縮物を次に最小圧力弁１０及び三方弁１１を経て、装置の一部をなしておらず、この製品ガスを必要とするユニット、例えば、窒素ネットワーク１４に供給する。

メンブレンユニット６内の圧力は、或る特定の圧力に設定された最小圧力弁１０によって所望のレベルに保たれる。

酸素センサ１２は、濃縮物の酸素含有量を連続的に設定し、この測定値を制御ユニット１３に送り、制御ユニット１３は、この測定値を用いて圧縮機３を制御する。

酸素含有量が所望含有よりも多い場合、この目的のため、圧縮機が高い容量で作動するよう滑り弁の位置を調節する。酸素含有量が所望含有量よりも少ない場合、逆のことが起こる。

測定酸素含有量が或る特定の限度を超えている場合、三方弁１１は、制御ユニット１３によって制御され、その結果、所要の仕様から外れた製品ガスの供給を阻止するため、三方弁１１は、製品ガスの逃がしを止めるような位置に移る。

かかる状況は、主として、装置の始動／オフ切換え時又は窒素ネットワーク１４により要求される流量が装置１の設計上の限度を超えている場合に起こる。

図２に示された本発明の装置１５は、図１に示された装置１に対して多くの相違点を有し、これらにつき以下において説明する。

第１の相違点は、最小圧力弁１０が設けられていないことである。

第２の相違点は、圧縮機ユニット２が多数の、この場合、２つの（しかしながら、必ずしもそうである必要はない）圧縮機３Ａ，３Ｂを出口４のところで課された圧力の関数として制御することができるコントローラ１６を備え、それにより、制御ユニット１３が圧縮機の容量を調節するための調節手段、例えば滑り弁又は変速モータに直接連結されているのではなく、コントローラ１６に連結されていることにある。

これを行うことができるようにするため、当然のことながら、圧縮機ユニット内には図示されていない圧力センサが設けられる必要性がある。

第３の相違点は、圧縮機ユニット２とガス処理ユニット５との間に入口ガス制御弁１７が設けられ、制御ユニット１３がこの入口ガス制御弁に対して制御接続部を有していることにある。

第４の相違点は、透過物側９でメンブレンユニット６の出口のところに透過物制御弁１８が設けられ、制御ユニット１３がこの透過物制御弁に対して制御接続部を有していることにある。

第５の相違点は、濃縮物側８におけるメンブレンユニット６の出口のところでメンブレンユニット６と酸素センサ１２との間に濃縮物制御弁１９が設けられ、制御ユニット１３がこの濃縮物制御弁に対して制御接続部を有していることにある。

第６の相違点は、三方弁１１と濃縮物制御弁１９との間に圧力センサ２０が設けられ、この圧力センサが信号伝送方式で制御ユニット１３に接続されていることにある。

第７の相違点は、圧縮機ユニット２と入口ガス弁１７との間に連結箇所２１が設けられ、圧縮空気を必要とする別のユニット２２をこの連結箇所２１に連結することができるということにある。

窒素を空気から生じさせるために説明したこの場合における本発明の空気１５の作動原理は、次の通りである。

圧縮機３Ａ，３Ｂは、外部から空気を引き込んでこれを或る特定標的圧力まで圧縮する。この標的圧力は、コントローラ１６について既知の圧力であり、この圧力は、制御ユニットによって課され、コントローラ１６は、この標的圧力に達するよう圧縮機３Ａ，３Ｂを制御し、それにより、圧縮機３Ａ，３Ｂの作動上の観点、例えば安全性、寿命、エネルギー消費量、圧力制御範囲及び保守期間の最適化を考慮に入れる。

コントローラ１６は、連結箇所２１に連結された任意他のユニット２２の最小圧力要件をも考慮に入れる。

標的圧力に加圧された空気は、入口ガス制御弁１７を経てガス処理ユニット５まで案内され、ここで、不純物が除かれてガス混合物が加熱される。

次に、加圧空気は、メンブレンユニット６に流れ、ここで、加圧空気は、メンブレン７によって、空気に対して酸素含有量が増大した窒素／酸素混合物から成る透過物と酸素含有量が少ない状態の窒素である濃縮物に分離される。

透過物制御弁１８によって透過物を除去する。

製品ガスである濃縮物を次に濃縮物制御弁１９及び三方弁１１を経て、装置の一部をなしておらず、この製品ガスを必要とするユニット、例えば、窒素ネットワーク１４に供給する。

装置１５は、制御ユニット１３によって制御される。これは、製品ガス圧力及び製品ガス純度を制御し、かかる製品ガス圧力と製品ガス純度は、両方共、製品ガスを必要とするユニット、例えば窒素ネットワーク１４によって課される。

製品ガス圧力の制御は、圧力センサ２０によって測定された製品ガス圧力が或る特定の設定値に制御されるよう実施される。と言うのは、制御ユニットは、制御ユニット１３がコントローラ１６に送る標的圧力を圧縮機ユニット出口４のところで調節するからである。

この標的圧力が、圧縮機３Ａ，３Ｂがこれら作動上の観点に関するあらかじめ課された条件の範囲内でしかも別の連結状態のユニット２２により課される任意の限度の範囲内で作動することができる範囲内にある場合、コントローラ１６は、圧縮機３Ａ，３Ｂを制御してこれら圧縮機が最適に作動するようにする。該当する場合には、このことは、２つの圧縮機３Ａ，３Ｂのうちの一方だけが作動し、他方は作動停止されることも又意味する場合がある。

制御ユニット１３により課される標的圧力が、圧縮機ユニット２が作動しなければならない圧力よりも低い場合、標的圧力は、許容可能な最も低い圧力であり、装置１５の残部に供給される圧力は、入口ガス弁１７によって減少し、その結果、メンブレンユニット６の低い作業圧力がそれにもかかわらず得られるようになる。

入口ガス制御弁１７を設けることは、オプションであり、この入口ガス制御弁１７を設けなくても、製品ガス圧力及び製品ガス純度も又、装置１５によって保証することが可能であるが、製品ガス流量の制御範囲が狭くなる。

製品ガス純度は、濃縮物制御弁１９が酸素センサ１２により測定される酸素濃度の関数として制御されるので制御される。

この酸素濃度が高すぎ、かくして、製品ガスの純度が低すぎる場合、濃縮物制御弁１９を閉じ、メンブレンユニット６内の圧力が増大し、透過物の大きなフラクションが得られ、かくして、製品ガスの純度を高めるようにする。

その結果、製品ガス圧力は、幾分低下し、これは、圧縮機ユニット２の標的圧力を増大させることによって補償される。

製品ガスの純度が高すぎる場合、制御を逆にする。

この作動中、透過物制御弁１８は、完全に開いたままである。

しかしながら、メンブレンユニット６内の圧力が低く、即ち、所望の製品ガス圧力に等しく又は事実上等しい場合、濃縮物制御弁１９は、完全に開放状態である。これは、例えば、装置１５が低い流量及び／又は低い純度で動作しなければならない場合に起こる。

かかる状況では、製品ガス純度が高すぎる場合、濃縮物制御弁１９をそれ以上開くことによっては製品ガス純度をそれ以上減少させることができない。

この場合、透過物制御弁１８を用いて透過物側９の圧力を増大させ、それにより純度の低い製品ガスを生じさせるのが良い。

上述の制御は又、違ったやり方で具体化できる。また、濃縮物制御弁１９の位置を調節することによって製品ガス圧力を設定値に制御し、圧縮機ユニット２の標的圧力を調節することによって製品ガスの純度を設定値に制御することが可能である。

圧縮機ユニット２の標的圧力と濃縮物制御弁１９の位置の両方を測定した製品ガス純度及び製品ガス圧力に基づいて調節する組み合わせ型制御も又可能である。

図２の装置１５に示されているが、透過物制御弁１８を設けることがオプションであり、装置１５は、依然として、大多数の環境において良好に作動することができるが、その設計上の容量を下回った状態で作動しているときに製品ガスの純度を制限することだけはできない。

図３で示された本発明の装置２３は、図２の装置１５とほぼ同じ装置であり、異なる点は、この装置が、濃縮物ではなく透過物が所望の製品ガスであるという状況に適合していることにある。

図２の装置１５に対する実際の相違点は、次の通りであり、即ち、酸素センサ１２、圧力センサ１２及び三方弁１１が濃縮物側８ではなく透過物側９に存在し、透過物制御弁１８が設けられていない。

装置２３の作動は、大部分が装置１５とほぼ同じであり、異なる点は、透過物制御弁１８が設けられていないために、これと関連した制御がもはや行われず、異常な純度値に対する濃縮物制御弁１９の応答が逆であるということにあり、このことは、濃縮物制御弁１９がそれ以上開くと、製品ガスの純度が増大し、またその逆の関係が成り立つことを意味している。

装置１５と装置２３の両方に関し、ちょうど伝統的な装置１の場合と同様、測定純度が或る特定の限度を超えている場合、三方弁１１は、制御ユニット１３によって制御され、その結果、所要の仕様から外れた製品ガスの供給を阻止するため、三方弁１１が製品ガスが逃がされる位置に動かされる。

入口ガス、透過物及び濃縮物の受ける流れ抵抗を調節するため、上述の実施例では弁が用いられている。

これに代わるシステム、例えば、各々が開放状態で互いに異なる流れ抵抗を示す並列開放／閉鎖弁の組み合わせの使用も又可能であり、この組み合わせは、多くの弁を選択的に開閉することによって特定の流れ抵抗を作ることができる。

本発明は、例示として説明され、図面に示された実施形態には何ら限定されず、本発明の装置及び方法を本発明の範囲から逸脱することなく、全ての種類の変形例の範囲内で実現できる。

Claims (23)

1. ガスの混合物を或る特定の純度要件を有する製品ガスと残留ガスに分離する装置であって、該分離装置は、次のコンポーネント、即ち、
   ‐前記ガス混合物を圧力下で供給する源及び前記源によって供給されるべき流れを適合させる調節手段、
   ‐前記源に連結されていて前記ガス混合物を透過ガスと濃縮ガスに分離することができるメンブレンユニット（６）、なお、前記透過ガス及び前記濃縮ガスのうちの一方は、前記製品ガスである、
   ‐前記製品ガスの純度を求める手段、及び
   ‐前記分離装置を制御する第１の制御ユニット（１３）を有する、分離装置において、
   ‐前記源は、前記源と前記メンブレンユニットとの間の箇所で前記ガスの前記混合物の標的値の関数として調節手段を制御することができる第２の制御ユニット（１６）を備え、
   ‐前記分離装置（１５，２３）は、前記製品ガスの圧力のための濃縮物制御システム（１９）及び測定機器（２０）を備え、
   ‐前記第１の制御ユニット（１３）は、前記第２の制御ユニット及び前記濃縮物制御システム（１９）への制御接続部を有し、前記第１の制御ユニット（１３）は、前記製品ガスの圧力及び純度に基づいて前記標的値を決定することができると共に前記濃縮物制御システム（１９）を制御することができるアルゴリズムを有する、分離装置。
2. 前記源は、調節手段を有する圧縮機ユニット（２）であり、前記圧縮機ユニット（２）は、前記メンブレンユニット（６）に連結された出口（４）を備え、前記標的値は、前記出口（４）のところの標的値である、請求項１記載の分離装置。
3. 前記第１の制御ユニット（１３）は、前記製品ガスの圧力に基づいて前記標的値を決定して該標的値を前記第２の圧縮機コントローラ（１６）に送り、前記製品ガスの純度に基づいて前記濃縮物制御システム（１９）を制御することができる、請求項１又は２記載の分離装置。
4. 前記標的値は、標的圧力である、請求項１〜３のうちいずれか一に記載の分離装置。
5. 前記標的値は、標的流量である、請求項１〜３のうちいずれか一に記載の分離装置。
6. 前記分離装置（１５，２３）は、前記圧縮機ユニットと前記メンブレンユニット（６）との間に位置する入口ガス制御システム（１７）を備え、前記第１の制御ユニット（１３）は、前記入口ガス制御システム（１７）への制御連結部を有する、請求項２〜５のうちいずれか一に記載の分離装置。
7. 前記製品ガスは、前記濃縮ガスである、請求項１〜６のうちいずれか一に記載の分離装置。
8. 前記分離装置（１５，２３）は、透過物制御システム（１８）を備え、前記第１の制御ユニット（１３）は、前記透過物制御システム（１８）に対する制御接続部を有する、請求項７記載の分離装置。
9. 前記分離装置（１５，２３）は、空気を分離するための装置である、請求項１〜８のうちいずれか一に記載の分離装置。
10. 前記製品ガスは、窒素である、請求項１〜９のうちいずれか一に記載の分離装置。
11. 前記純度要件は、最小濃度と最大濃度の両方を定め、前記最小及び前記最大濃度は、前記製品ガスの主要成分又は前記製品ガス中の或る特定の不純物又は一群の不純物と関連をもつことができる、請求項１〜１０のうちいずれか一に記載の分離装置。
12. 前記製品ガスの純度を決定する前記手段は、前記製品ガスの純度の測定機器（１２）を含む、請求項１〜１１のうちいずれか一に記載の分離装置。
13. 前記分離装置（１５，２３）は、製品ガスのためのバッファを備え、前記純度のための前記測定機器（１２）は、前記バッファと前記メンブレンユニット（６）との間に配置されている、請求項１２記載の分離装置。
14. 前記濃縮物制御システムは、濃縮物制御弁（１９）である、請求項１〜１３のうちいずれか一に記載の分離装置。
15. 前記入口ガス制御システムは、入口ガス制御弁（１７）である、請求項６〜１４のうちいずれか一に記載の分離装置。
16. 前記透過物制御システムは、透過物制御弁（１８）である、請求項８〜１４のうちいずれか一に記載の分離装置。
17. ガスの混合物を或る特定の純度要件を備えた製品ガスと残留ガスに分離する方法であって、
    ‐前記ガス混合物の圧力を増大させ、
    ‐前記混合物を増大させた圧力でメンブレンユニット（６）中に押し込んで透過ガスと濃縮ガスに分離し、前記透過ガス及び前記濃縮ガスのうちの一方は、前記製品ガスであり、
    ‐前記製品ガスの純度を決定する、方法において、前記製品ガスの圧力を測定し、前記濃縮物流を調節すると共に前記加圧ガスに関する標的値を与えることによって前記製品ガスの圧力及び純度を第１の制御ユニット（１３）によって設定値に制御し、その後、前記濃縮物流が前記標的値を得るために調節手段を制御する第２の制御ユニット（１６）のところで前記メンブレンユニット中に流れるようにする、方法。
18. 調節手段を備えた圧縮機ユニット（２）内の前記ガス混合物の圧力を増大させる、請求項１７記載の方法。
19. 前記加圧ガスに関する前記標的値を与えることによって前記製品ガスの圧力を設定値に制御し、その後、前記加圧ガスが第２の制御ユニット（１６）のところで前記メンブレンユニット中に流れるようにし、前記濃縮物流量を調節することによって前記製品ガスの純度を制御する、請求項１７又は１８記載の方法。
20. 前記標的値は、標的圧力である、請求項１７〜１９のうちいずれか一に記載の方法。
21. 前記圧縮機ユニット（２）がその最小容量で動作する場合、前記メンブレンユニット（６）に送られた前記ガス混合物の圧力を前記ガス混合物を膨張させることにより前記圧縮機ユニット（２）の前記出口（４）のところの圧力よりも低くする、請求項１８〜２０のうちいずれか一に記載の方法。
22. 前記製品ガスは、前記濃縮ガスである、請求項１７〜２１のうちいずれか一に記載の方法。
23. 前記製品ガスの純度が高すぎ、他方、前記製品ガス圧力を減少させることができない場合、前記透過物圧力を調節することによって前記純度を制御する、請求項２２記載の方法。

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