JP2022106348A - 気体分離装置及び気体分離方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】使用者の希望に沿った流量で分離した気体を供給可能な気体分離装置を提供する。【解決手段】気体分離装置100は、圧力スイング吸着法に基づき原料気体中の第2気体を分離する吸着槽19と、吸着槽19で分離した前記第2気体を需要端70に供給するとともに、流れる前記第2気体の流量調整により吸着槽19で分離する前記第2気体の純度を所定純度にする流量調整機構60を備える流路48と、流路48のうちの流量調整機構60の下流側の圧力を測定する圧力センサ49と、流路48を流れる前記第2気体の流量を、圧力センサ49の測定値が所定圧力未満のときには、前記第2気体の純度を前記所定純度にする第1所定流量になるように、圧力センサ49の測定値が所定圧力以上のときには、流路48の最大流量で流通するように、流量調整機構60を制御する制御装置50と、を備える。【選択図】図1
Description
本開示は、気体分離装置及び気体分離方法に関する。
特許文献1には、「圧力スイング吸着法により精製される炭酸ガスの純度を、回収率を低下させることなく高くできる炭酸ガスの精製方法と精製システムを提供する。」ことが記載されている。また、特許文献1には「吸着塔それぞれにおいて、吸着工程、減圧工程、脱着工程、昇圧工程を順次実行し、原料炭酸ガスに含まれる炭酸ガスを吸着剤に加圧下で吸着すると共に、吸着剤に吸着されない不純物ガスをオフガスとして排出する。脱着工程後であって昇圧工程前の状態にある吸着塔の何れかに、減圧工程にある吸着塔の別の何れかの内部ガスを導入することで、その脱着工程後であって昇圧工程前の状態にある吸着塔の何れかにおいて、内部に滞留する炭酸ガスを外部に押し出すガス押出工程を実行する。吸着塔それぞれから脱着工程で排出される炭酸ガスと、ガス押出工程で押し出される炭酸ガスとを精製ガスとして回収する。」ことも記載されている。
特許文献1に記載の技術では、吸着塔で分離した気体は、吸着塔での吸着圧力を調節する第1圧力調整弁を通じて取り出される(特許文献1の段落0022、図1)。
気体分離装置の設置形態によっては、第1圧力調整弁の下流側の圧力が高いことがある。この場合、吸着塔と第1圧力調整弁の下流側との差圧が小さく、分離した気体が例えば第1圧力調整弁を流れ難い。この結果、第1圧力調整弁において流量が制限され、使用者が希望する流量を確保できないことがある。
本開示が解決しようとする課題は、使用者の希望に沿った流量で分離した気体を供給可能な気体分離装置及び気体分離方法の提供である。
気体分離装置の設置形態によっては、第1圧力調整弁の下流側の圧力が高いことがある。この場合、吸着塔と第1圧力調整弁の下流側との差圧が小さく、分離した気体が例えば第1圧力調整弁を流れ難い。この結果、第1圧力調整弁において流量が制限され、使用者が希望する流量を確保できないことがある。
本開示が解決しようとする課題は、使用者の希望に沿った流量で分離した気体を供給可能な気体分離装置及び気体分離方法の提供である。
本開示の気体分離装置は、第1気体を一部に含み残部が第2気体により構成される原料気体から、圧力スイング吸着法に基づく前記第1気体の吸着により前記第2気体を分離する吸着槽と、前記吸着槽で分離した前記第2気体を需要端に供給するとともに、流れる前記第2気体の流量調整により前記吸着槽で分離する前記第2気体の純度を所定純度にする流量調整機構を備える流路と、前記流路のうちの前記流量調整機構の下流側の圧力を測定する圧力センサと、前記流路を流れる前記第2気体の流量を、前記圧力センサの測定値が所定圧力未満のときには、前記第2気体の純度を前記所定純度にする第1所定流量になるように、前記圧力センサの測定値が所定圧力以上のときには、前記第1所定流量よりも多い第2所定流量で流通するように、前記流量調整機構を制御する制御装置と、を備える。その他の解決手段は発明を実施するための形態において後記する。
本開示によれば、使用者の希望に沿った流量で分離した気体を供給可能な気体分離装置及び気体分離方法を提供できる。
以下、図面を参照しながら本開示を実施するための形態(実施形態と称する)を説明する。以下の一の実施形態の説明の中で、適宜、一の実施形態に適用可能な別の実施形態の説明も行う。本開示は以下の一の実施形態に限られず、異なる実施形態同士を組み合わせたり、本開示の効果を著しく損なわない範囲で任意に変形したりできる。また、同じ部材については同じ符号を付すものとし、重複する説明は省略する。更に、同じ機能を有するものは同じ名称を付すものとする。図示の内容は、あくまで模式的なものであり、図示の都合上、本開示の効果を著しく損なわない範囲で実際の構成から変更することがある。
図1は、第1実施形態の気体分離装置100を示す系統図である。気体分離装置100は、圧力スイング吸着法に基づき、第1気体を一部に含み残部が第2気体により構成される原料気体から第2気体を分離するものである。原料気体は例えば空気であり、第1気体は例えば酸素等を含む気体であり、第2気体は例えば窒素等を含む気体である。ただし、原料気体、第1気体及び第2気体は、いずれもこれらに限られない。
気体分離装置100は、圧縮機8と、圧縮気体槽5と、吸着槽19と、第2気体槽41と、フィルタレギュレータ47と、流量調整機構60を備える流路48と、を備える。
圧縮機8は、原料気体を圧縮するものであり、例えば往複動式、スクリュー式あるいはスクロール式等の圧縮機、外部から1次圧を供給され再圧縮するブースタ圧縮機等により構成される。圧縮された原料気体は、圧縮機8の後段に備えられる圧縮気体槽5に供給される。
吸着槽19は、原料気体から圧力スイング吸着法に基づく第1気体の吸着により第2気体を分離するものである。図示の例では、原料気体は、吸着槽19の前段に備えられる圧縮機8により圧縮されたものである。吸着槽19は第1吸着槽191及び第2吸着槽192を備え、原料気体の供給先を切り替えながら第2気体を分離することで、連続的な分離が行われる。吸着槽19は、例えば吸着槽本体(不図示)の内部に分子ふるいカーボン、ゼオライト等の吸着剤(不図示)を収容して構成される。分離した第2気体は、吸着槽19の後段に設置された第2気体槽41に供給される。
フィルタレギュレータ47は、第2気体槽41の後段に備えられ、塵埃の除去とともに下流側の圧力を所定圧に維持するものである。ただし、フィルタレギュレータ47に代えて、レギュレータ(不図示)が備えられてもよく、後段側の圧力を一定に維持可能な任意の減圧機構(不図示)が備えられてもよい。第2気体槽41の下流側にはフィルタレギュレータ47が備えられるため、圧力スイング吸着に起因する第2気体の排出圧の変動がフィルタレギュレータ47の下流側に伝達することを抑制できる。
流量調整機構60は、流路48(後記)を流れる第2気体の流量調整により吸着槽19で分離する第2気体の純度を所定純度にするものである。流量調整機構60によって流路48を流れる第2気体の流量を絞ることで、原料気体の吸着槽19での滞留時間を確保できる。これにより、吸着槽19で分離される第2気体の純度を所定純度(例えば99体積%以上)にできる。
気体分離装置100は、例えば配管等を備えて構成される流路16,48を備える。流路16は、圧縮機8での圧縮後の原料気体を吸着槽19に供給するものである。流路48は、吸着槽19の後段に接続され、吸着槽19で分離した第2気体を、例えば配管接続口等により構成される需要端70に供給するものである。需要端70には、例えば配管等を備えて構成される流路73が接続され、流路73はタンク71及び流量調整弁72を備える。需要端70を通じて気体分離装置100から取り出された第2ガスはタンク71に貯留された後、使用者が流量調整弁72を適宜開閉することで、タンク71から取り出される。なお、流量調整弁72が全閉の場合、タンク71等の流量調整機構60の下流側の圧力は、通常は、フィルタレギュレータ47の設定圧になる。この状態で更に吸着槽19で吸着が行われると、第2気体は流通しないものの第2気体の純度が更に上昇する。
流量調整機構60は、第2気体の純度を上記所定純度にする第1所定流量で第2気体を流すように予め流量を固定した流量固定弁63を備える第1流路61と、流量固定弁63をバイパスさせる第2流路62とを含む。第1流路61及び第2流路62は、いずれも流路48の一部として備えられる。
流量固定弁63は、例えば開度調整可能な流量調整弁であって、例えば気体分離装置100の出荷前、試運転時等において予め第1所定開度に調整(例えば絞る)した後で開度を固定したものである。ここでいう第1所定開度は、第2気体の純度を上記所定純度にする第1所定流量で第2気体を流通させる開度であり、第1所定流量に対応する開度である。気体分離装置100の運転中、流量固定弁63の開度は変更されない。流量調整弁を使用することで、気体分離装置100の設計条件等に応じて所定開度を気体分離装置100毎に調整し易くできる。
流量調整機構60は、第1流路61に開閉弁64を、第2流路62に開閉弁65を備える。開閉弁64,65は例えば電磁弁等により構成され、後記する制御装置50に破線で示す電気信号線を通じて接続される。
気体分離装置100は、流量センサ45及び純度センサ46を備える。流量センサ45は、流路48のうちの吸着槽19と流量調整機構60との間を流れる第2気体の流量を測定するものである。純度センサ46は、流路48のうちの吸着槽19と流量調整機構60との間を流れる第2気体の純度を測定するものである。流量センサ45及び純度センサ46は、いずれも、後記する制御装置50に破線で示す電気信号線を通じて接続される。純度センサ46は、第2気体の量を測定することで第2気体の純度を直接的に測定するセンサ、濃度既知の原料気体に基づき間接的に第2気体の純度を算出するため第1気体の量を測定するセンサ等により構成される。図示の例では、純度センサ46は、第1気体の濃度を測定するセンサである。
気体分離装置100は、流路48のうちの流量調整機構60の下流側の圧力を測定する圧力センサ49を備える。圧力センサ49は、後記する制御装置50に破線で示す電気信号線を通じて接続される。図示の例では、圧力センサ49は、流量調整機構60と需要端70との間の第2気体の圧力を測定する。圧力センサ49は、需要端70に接続されたタンク71の圧力を測定してもよい。
気体分離装置100は、流量調整機構60を含む気体分離装置100を制御する制御装置50を備える。
制御装置50は、流路48を流れる第2気体の流量を、圧力センサ49の測定値が上記所定圧力未満のときには、第2気体の純度を上記所定純度にする上記第1所定流量になるように、圧力センサ49の測定値が所定圧力以上のときには、第1所定流量よりも多い第2所定流量で流通するように、流量調整機構60を制御する。
第2所定流量は、図示の例では、流路48の最大流量である。流路48は、最大流量で流したときに、フィルタレギュレータ47の設定圧と圧力センサ49の測定値とが一致するように構成される。ここでいう一致は、配管等での流通に起因して避けられない圧力損失等によるずれを許容するものとする。最大流量で第2気体を流すことで、第2気体の使用量が特に大きくなっても対応できる。
流量調整機構60の下流側の圧力が所定圧力未満の場合、流路48において流量調整機構60の前段と後段との差圧が大きく、第2気体が流れ易い。しかし、第2気体が極端に流れ易くなると、吸着槽19での原料気体の滞留時間が確保されず、第2気体の純度が低下し得る。そこで、第2気体の純度を所定純度に確保するため、上記第1所定流量になるように流量調整機構60が第2気体の流量を調整する。このように調整された第1所定流量を、例えば気体分離装置100の使用可能流量の仕様値(カタログ値等)にすることで、使用者は仕様値通りの流量内で第2気体を使用できる。
一方で、流量調整機構60の下流側の圧力が所定圧力以上である場合、流路48において流量調整機構60の前段と後段との差圧が小さく、第2気体が流量調整機構60を流れ難い。従って、この場合には、流路48を第2所定流量、図示の例では最大流量で流れる量に第2流路62に第2気体を流すことで、流量固定弁63による流れ難さを回避できる。これにより需要端70に第2気体が流れ易くなり、使用者が所望する流量で需要端70を通じて第2気体を取り出すことができる。
流量を変更する閾値となる圧力センサ49の所定圧力は、例えばフィルタレギュレータ47の設定圧未満の圧力であり、例えば、流量調整機構60の前段と後段との差圧に起因する急激な流量変動を抑制可能な程度の圧力であって当該設定圧未満の圧力である。第2気体が使用されないか又は使用量が少ない場合、流量調整機構60の下流側の圧力(圧力センサ49により測定される圧力。例えばタンク71の圧力でもよい)は上昇する。ただし、流量調整機構60の前段にはフィルタレギュレータ47が備えられているため、流量調整機構60の下流側の圧力の上限は通常はフィルタレギュレータ47の設定圧である。そこで、流量調整機構60の下流側の圧力が所定圧力に至った時に第2所定流量に切り替えることで、急激な流量変動を抑制した状態で、第2気体を需要端70に流すことができる。これにより、使用者が希望の流量で第2気体を使用できる。
図示の例では、制御装置50は、分離した第2気体を、圧力センサ49の測定値が所定圧力未満のときに第1流路61に流し、圧力センサ49の測定値が所定圧力以上のときに第2流路62に流すように流路48を切り替える。このようにすることで、圧力センサ49の測定値に応じて流通可能な流量が異なる流路48に流すことができ、需要端70に供給される第2気体の流量を制御できる。特に、第2流路62は流量固定弁63をバイパスするように配置され、流量減少の原因となる機構を備えていない。従って、第2流路62に流通させることで、流路48を流通可能な流量の第2所定流量(図示の例では最大流量)で第2気体を流通できる。
第1流路61と第2流路62との切り替えは、制御装置50による開閉弁64,65の開閉により行うことができる。第1流路61に第2気体を流す場合、制御装置50は、開閉弁64を開き、開閉弁65を閉じる。一方で、第2流路62に第2気体を流す場合、制御装置50は、開閉弁65を開き、開閉弁64を閉じる。
制御装置50は、圧力センサ49の測定値が所定圧力以上のとき、純度センサ46により測定される、吸着槽19から排出された第2気体の純度によらず、流路48に第2所定流量で第2気体を流す。圧力センサ49の測定値が所定圧力以上になれば、第2ガスは十分に高圧かつ所定純度以上と考えられる。このため、第2気体の純度を測定することなく流路48に第2所定流量で第2気体を流すことで、純度センサ46で確認することなく、所定純度の第2気体を希望流量で得ることができる。
制御装置50は、第2気体が流路48を第2所定流量で流れているとき、吸着槽19から排出される第2気体の純度異常の原因となる所定条件を満たしたときに、流れる第2気体の流量が上記第1所定流量になるように、流量調整機構60を制御する。このようにすることで、第2気体の純度が例えば所定純度未満のような異常純度になりそうなときに流量調整機構60によって第2気体の流量を減少させて、第2気体の純度を確保できる。図示の例では、制御装置50は、第2気体が第2流路62を流れているとき、所定条件を満たせば、第2気体が第1流路61を流れるように制御装置50が流路48を切り替える。
所定条件は、例えば、流量センサ45の測定値が第3所定流量以上かつ純度センサ46の測定値が所定の基準純度未満のときを含む。このようにすることで、使用流量が多くかつ第2気体の純度が低下したとき流量調整機構60によって第2気体の流量を制御することで、第2気体の所定純度に維持できる。
流量センサ45の測定値と比較される第3所定流量は、例えば、気体分離装置100の設計上の仕様値(例えばカタログ値)にすることができる。従って、例えば、第2気体の使用流量が例えば仕様値を超えた場合に、流量センサ45の測定値が第3所定流量以上と判断できる。この場合、仕様値を超える使用量で第2気体が使用されるため、吸着槽19での原料気体の滞留時間が確保され難くなり、純度が低下し易い。なお、第3所定流量は、上記の第1所定流量と例えば同じであるが、異なっていてもよい。
純度センサ46の測定値と比較される基準純度は、例えば、気体分離装置100の設計上の仕様値(例えばカタログ値に記載の上記所定純度)を基準とした所定割合にすることができる。従って、例えば、純度センサ46が一例として第1気体の濃度を測定するセンサである場合、残留する第1気体濃度の許容量の例えば50%を超えた場合、即ち第2気体の純度が所定純度未満になりそうになった場合に、純度センサ46の測定値が所定値未満になったと判断できる。
制御装置50は、吸着槽19での吸着開始から圧力センサ49の測定値が上記所定圧力に至るまで、流路48を流れる第2気体の流量が上記第1所定流量になるように流量調整機構60を制御する。更に、制御装置50は、圧力センサ49の測定値が所定圧力に至った時に流路48を流れる第2気体の流量が第2所定流量になるように流量調整機構60を制御する。このようにすることで、吸着開始後の第2気体の純度が低いときには第1所定流量で流すことで第2気体の純度を向上できる。一方で、圧力センサ49の測定値が所定圧力に至ることで純度が所定純度になったときに第2所定流量で流すことで、流量調整機構60により制限された流量よりも増やすことができ、所定純度の第2気体を希望流量で得ることができる。
制御装置50は、いずれも図示はしないが、例えばCPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)等を備えて構成される。制御装置50は、ROMに格納されている所定の制御プログラムがRAMに展開され、CPUによって実行されることにより具現化される。
図2は、第1実施形態の気体分離方法を示すフローチャートである。図2に示す気体分離方法は、気体分離装置100(図1)において行われるため、適宜図1を参照しながら図2を説明する。
第1実施形態の気体分離方法は、上記原料気体から、分離する第2気体の純度を上記所定純度にする流量調整機構60を備える流路48を下流側に接続した吸着槽19において、第1気体を圧力スイング吸着法に基づいて吸着させることで第2気体を分離する分離工程S20を含む。分離工程S20は、第1分離工程S11及び第2分離工程S12を含む。
第1分離工程S11は、圧力センサ49の測定値が所定圧力未満のときに行われ、流路48を流れる第2気体の流量が第2気体の純度を所定純度にする第1所定流量になるように流量調整機構60によって第2気体の流量を制御しながら行われる工程である、図示の例では、第1分離工程S11は、後記するステップS1~S4,S6~S8により構成される。第2分離工程S12は、圧力センサ49の測定値が所定圧力以上のときに行われ、流路48を流れる第2気体の流量が第1所定流量よりも多い第2所定流量(図1の例では流路48の最大流量)になるように流量調整機構60によって第2気体の流量を制御しながら行われる工程である。図示の例では、第2分離工程S12は、後記するステップS4~S6により構成される。以下、図2に沿ってステップS1~S8を説明することで、分離工程S20、第1分離工程S11及び第2分離工程S12について説明する。
操作部(不図示)を通じて使用者による運転開始指示が制御装置50に入力されると、制御装置50は初期運転を行う(ステップS1)。初期運転では、制御装置50は開閉弁64,65を閉じた状態で、吸着槽19で第1気体の吸着が行われる。これにより、第2気体の純度が効率的に高められる。純度センサ46による測定される第2気体の純度が上記の所定純度(例えば残留第1気体濃度が規定値以下)に達すると、制御装置50は開閉弁64を開くことで吐出を開始し、第2気体が第1流路61を流れる(ステップS2)。タンク71の後段に設置された流量調整弁72の開度は通常は絞られているため、第2気体はタンク71に貯留される。このとき、タンク71の圧力は吐出開始直後には通常大気圧に近い状態であるが、吐出の進行により、圧力が高くなる。
第2気体が第1流路61を流れるとき、制御装置50は、常時又は所定時間ごとに、圧力センサ49による流量調整機構60の下流側の圧力を測定する(ステップS3)。第2気体の供給量より使用量が少ないと、圧力は上昇する。制御装置50は、圧力センサ49により測定される圧力が所定圧力以上であるか否かを判断する(ステップS4)。ここでいう所定圧力は、図1の気体分離装置100において説明した上記の所定圧力と同義である。所定圧力以上でなければ(即ち、所定圧力未満であれば。ステップS4のNo。)、制御装置50は、再度ステップS3を行う。これらのステップS1~S4が、上記の第1分離工程S11である。
一方で、所定圧力以上であれば(ステップS4のYes)、制御装置50は、開閉弁64を閉じて開閉弁65を開くことで、第2気体を第2流路62に流す(ステップS5)。第2流路62は、第1流路61とは異なり、例えば内径が絞られることによる流れ難さ及び流量減少の原因となる流量固定弁63を備えない。このため、流量調整機構60の下流側の圧力を、フィルタレギュレータ47の設定圧と等しくできる。そして、フィルタレギュレータ47の設定圧を使用者が希望する圧力に予め設定しておくことで、使用者は、希望圧力の第2気体を使用できる。
第2気体を第2流路62に流しているとき、制御装置50は、常時又は所定時間ごとに、所定条件を満たすか否かを判断する(ステップS6)。ここでいう所定条件は、図1の気体分離装置100において説明した上記の所定条件と同義である。例えば第2気体の使用量が少ない等、所定条件を満たさなければ、吸着槽19での原料気体の滞留時間が確保され、第2気体の純度異常は生じ難い。従って、この場合(ステップS6のNo)には第2気体の純度を維持できるため、引き続き第2気体が第2流路62を流れる。これらのステップS4~S6が、上記の第2分離工程S12である。
一方で、所定条件を満たせば(ステップS6のYes)、制御装置50は、開閉弁65を閉じ、開閉弁64を開くことで、第2気体を第1流路61に流す(ステップS7)。第2気体が第1流路61を流れることで流量固定弁63による流量制限を受け、第2気体の需要端70を通じた供給量が制限される。これにより、吸着槽19での原料気体の滞留時間を確保でき、第2気体の純度異常を抑制できる。これらのステップS6~S8が、上記の第1分離工程S11である。
制御装置50は、操作部(不図示)を通じた使用者による運転停止操作の有無を判断する(ステップS8)。運転停止操作が無い場合には、制御装置50は運転終了ではないと判断し(ステップS8のNo)、ステップS3以降が繰り返される。一方で、運転停止操作がある場合には、制御装置50は運転終了と判断し(Yes)、圧縮機8の駆動を停止し、開閉弁64,65を全閉にする。
以上の気体分離方法によれば、使用者の希望に沿った流量で需要端70を通じ第2気体(分離)を供給できる。
図3は、第2実施形態の気体分離装置101を示す系統図である。気体分離装置101は、流量調整機構60(図1)に代えて流量調整機構601を備えること以外は、気体分離装置100(図1)と同じである。また、流量調整機構601は、流量固定弁63として流量調整弁(図1)に代えて、流量固定弁631としての定流量弁を備えること以外は、流量調整機構60(図1)と同じである。
定流量弁は希望の流量が流れるように設計することで例えば気体分離装置101毎に製造された弁である。吸着槽19で分離する第2気体の純度を所定純度にする第1所定流量を流すことができるように製造された定流量弁を備えることで、流量管理を精度良く行うことができる。
図4は、第3実施形態の気体分離装置102を示す系統図である。気体分離装置102は、流量調整機構60(図1)に代えて流量調整機構602を備えること以外は、気体分離装置100(図1)と同じである。流量調整機構602は、制御装置50による開度制御により流量調整される制御弁632である。
制御装置50は、圧力センサ49の測定値が上記所定圧力未満のときには、制御弁632の開度を上記第1所定流量に対応する第1所定開度に制御し、圧力センサ49の測定値が上記所定圧力以上のときには、制御弁632の開度を上記第2所定流量に対応する第2所定開度に制御する。第2所定開度は、第2気体を流路48に第2所定流量で流通できる開度である。第2所定流量が最大の場合は、通常は、第2所定開度は最大開度である。圧力センサ49の測定値に応じて制御弁632の開度を調整することで、需要端70に供給される第2気体の流量を制御できる。なお、流路48は、図示の例では、制御弁632の開度を例えば最大開度にしたとき、フィルタレギュレータ47の設定圧と圧力センサ49の測定値とが一致するように構成される。ここいう一致の解釈は、気体分離装置100(図1)での説明と同義である。
図5は、第3実施形態の気体分離方法を示すフローチャートである。図5に示す気体分離方法は、図2に示す気体分離方法のステップS2,S5,S7に代えてステップS21,S51,S71を含むこと以外は、図2に示す気体分離方法と同じである。
制御装置50は、例えば制御弁632を全閉にすることで、初期運転を行う(ステップS1)。第2気体の純度が所定純度に到達すると、制御装置50は、制御弁632を開けることで第2気体の吐出を開始し、制御弁632の開度を第1所定開度に制御する(ステップS21)。ここでいう第1所定開度は、気体分離装置100(図1)での説明と同義であり、第2気体の純度を上記所定純度にする上記第1所定流量で第2気体を流通させる開度である。第1所定開度への制御により、吸着槽19での原料気体の滞留時間が確保され、第2気体の純度を所定純度以上にできる。
所定開度の制御弁632の流通中、制御装置50は、圧力測定を行い(ステップS3)、所定圧力以上であるか否かを判断する(ステップS4)。判断の結果、所定圧力以上でなければ(No)、ステップS3が再度行われ、所定圧力以上であれば(Yes)、制御装置50は、制御弁632の開度を第2所定開度に制御する(ステップS51)。第2所定開度への制御により流路48の流量を増やすことことができ、需要端70を通じた第2気体の流量を使用者の希望通りにすることができる。
制御装置50は、所定条件を満たすか否かを判断し(ステップS6)、満たさなければ(No)、再度ステップS6を行う。一方で、満たせば(Yes)、制御装置50は制御弁632の開度を上記第1所定開度に制御する(ステップS71)。第1所定開度への制御により、第2気体の純度低下を抑制できる。その後、運転終了でなければ(ステップS8のNo)、ステップS3以降が繰り返され、運転終了であれば(Yes)、制御装置50は、圧縮機の駆動を停止し、制御弁632を全閉にする。
以上の気体分離方法によれば、図2に示した気体分離方法と同様に、使用者の希望に沿った流量で需要端70を通じ第2気体(分離)を供給できる。
100,101,102 気体分離装置
16 流路
19 吸着槽
191 第1吸着槽
192 第2吸着槽
41 第2気体槽
42 流量センサ
46 純度センサ
47 フィルタレギュレータ
48 流路
49 圧力センサ
5 圧縮気体槽
50 制御装置
60,601,602 流量調整機構
61 第1流路
62 第2流路
63,631 流量固定弁
632 制御弁
64,65 開閉弁
70 需要端
71 タンク
72 流量調整弁
73 流路
8 圧縮機
S1,S2,S21,S3,S4,S5,S51,S6,S7,S71,S8 ステップ
S11 第1分離工程
S12 第2分離工程
S20 分離工程
16 流路
19 吸着槽
191 第1吸着槽
192 第2吸着槽
41 第2気体槽
42 流量センサ
46 純度センサ
47 フィルタレギュレータ
48 流路
49 圧力センサ
5 圧縮気体槽
50 制御装置
60,601,602 流量調整機構
61 第1流路
62 第2流路
63,631 流量固定弁
632 制御弁
64,65 開閉弁
70 需要端
71 タンク
72 流量調整弁
73 流路
8 圧縮機
S1,S2,S21,S3,S4,S5,S51,S6,S7,S71,S8 ステップ
S11 第1分離工程
S12 第2分離工程
S20 分離工程
Claims (10)
- 第1気体を一部に含み残部が第2気体により構成される原料気体から、圧力スイング吸着法に基づく前記第1気体の吸着により前記第2気体を分離する吸着槽と、
前記吸着槽で分離した前記第2気体を需要端に供給するとともに、流れる前記第2気体の流量調整により前記吸着槽で分離する前記第2気体の純度を所定純度にする流量調整機構を備える流路と、
前記流路のうちの前記流量調整機構の下流側の圧力を測定する圧力センサと、
前記流路を流れる前記第2気体の流量を、
前記圧力センサの測定値が所定圧力未満のときには、前記第2気体の純度を前記所定純度にする第1所定流量になるように、
前記圧力センサの測定値が所定圧力以上のときには、前記第1所定流量よりも多い第2所定流量で流通するように、
前記流量調整機構を制御する制御装置と、を備える
ことを特徴とする気体分離装置。 - 前記第2所定流量は、前記流路の最大流量である
ことを特徴とする請求項1に気体分離装置。 - 前記制御装置は、
前記吸着槽での吸着開始から前記圧力センサの測定値が前記所定圧力に至るまで、前記流路を流れる前記第2気体の流量が前記第1所定流量になるように前記流量調整機構を制御し、
前記圧力センサの測定値が前記所定圧力に至った時に前記流路を流れる前記第2気体の流量が前記第2所定流量になるように前記流量調整機構を制御する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の気体分離装置。 - 前記制御装置は、前記圧力センサの測定値が所定圧力以上のとき、前記吸着槽から排出された前記第2気体の純度によらず、前記流路に前記第2所定流量で前記第2気体を流す
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の気体分離装置。 - 前記流量調整機構は、
前記第2気体の純度を前記所定純度にする前記第1所定流量で前記第2気体を流すように予め流量を固定した流量固定弁を備え、前記流路の一部としての第1流路と、
前記流量固定弁をバイパスさせ、前記流路の一部としての第2流路と、
を含み、
前記制御装置は、分離した前記第2気体を、前記圧力センサの測定値が所定圧力未満のときに前記第1流路に流し、前記圧力センサの測定値が所定圧力以上のときに前記第2流路に流すように流路を切り替える
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の気体分離装置。 - 前記流量固定弁は、前記第1所定流量で前記第2気体を流通させる第1所定開度に固定した流量調整弁、又は、定流量弁の何れかである
ことを特徴とする請求項5に記載の気体分離装置。 - 前記流量調整機構は、前記制御装置による開度制御により流量調整される制御弁であり、
前記制御装置は、
前記圧力センサの測定値が所定圧力未満のときには、前記制御弁の開度を前記第1所定流量に対応する第1所定開度に制御し、
前記圧力センサの測定値が所定圧力以上のときには、前記制御弁の開度を前記第2所定流量に対応する第2所定開度に制御する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の気体分離装置。 - 前記制御装置は、前記第2気体が前記流路を前記第2所定流量で流れているとき、前記吸着槽から排出される前記第2気体の純度異常の原因となる所定条件を満たしたときに、流れる前記第2気体の流量が前記第1所定流量になるように、前記流量調整機構を制御する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の気体分離装置。 - 前記流路のうちの前記吸着槽と前記流量調整機構との間を流れる前記第2気体の流量を測定する流量センサと、
前記流路のうちの前記吸着槽と前記流量調整機構との間を流れる前記第2気体の純度を測定する純度センサと、を備え、
前記所定条件は、前記流量センサの測定値が第3所定流量以上かつ前記純度センサの測定値が所定の基準純度未満のときを含む
ことを特徴とする請求項8に記載の気体分離装置。 - 第1気体を一部に含み残部が第2気体により構成される原料気体から、分離する前記第2気体の純度を所定純度にする流量調整機構を備える流路を下流側に接続した吸着槽において、前記第1気体を圧力スイング吸着法に基づいて吸着させることで前記第2気体を分離する分離工程を含み、
前記分離工程は、
前記流路のうちの前記流量調整機構の下流側の圧力を測定する圧力センサの測定値が所定圧力未満のときに行われ、前記流路を流れる前記第2気体の流量が前記第2気体の純度を前記所定純度にする第1所定流量になるように前記流量調整機構によって前記第2気体の流量を制御しながら行われる第1分離工程と、
前記圧力センサの測定値が所定圧力以上のときに行われ、前記流路を流れる前記第2気体の流量が前記第1所定流量よりも多い第2所定流量になるように前記流量調整機構によって前記第2気体の流量を制御しながら行われる第2分離工程と、を含む
ことを特徴とする気体分離方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021001253A JP2022106348A (ja) | 2021-01-07 | 2021-01-07 | 気体分離装置及び気体分離方法 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021001253A JP2022106348A (ja) | 2021-01-07 | 2021-01-07 | 気体分離装置及び気体分離方法 |
Publications (1)
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JP2021001253A Pending JP2022106348A (ja) | 2021-01-07 | 2021-01-07 | 気体分離装置及び気体分離方法 |
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Country | Link |
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-
2021
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---|---|---|---|
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