JP4664444B1 - Dual vacuum pump device, gas purification system including the same, and control method of dual vacuum pump device - Google Patents
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Abstract
【課題】ガスの温度や気流振動に影響されることなく、少ない所要動力で減圧排気できる二連型真空ポンプ装置を提供する。
【解決手段】二連型真空ポンプ装置Ｙ２は、容積式の真空ポンプ４０Ａ，４０Ｂ及びライン５２，６０を備える。各真空ポンプ４０Ａ，４０Ｂは吸気口４１と排気口４２を有し、二連型真空ポンプ装置Ｙ２の吸気口４１近傍に圧力検出器８０を備えている。ライン５２は、真空ポンプ４０Ａの排気口４２と真空ポンプ４０Ｂの吸気口４１を連結する。ライン６０は、連結ライン５２に接続された端部Ｅ６と端部Ｅ５とを有し、バッファー管Ｚ１および当該管Ｚ１と端部Ｅ５との間に位置する開閉弁６１を含み、圧力検出器８０の圧力検出信号を開閉弁６１の開閉信号とする。
【選択図】図１The present invention provides a dual vacuum pump device that can be evacuated with less required power without being affected by gas temperature or airflow vibration.
A double vacuum pump device Y2 includes positive displacement vacuum pumps 40A and 40B and lines 52 and 60. Each vacuum pump 40A, 40B has an intake port 41 and an exhaust port 42, and is provided with a pressure detector 80 in the vicinity of the intake port 41 of the dual vacuum pump device Y2. The line 52 connects the exhaust port 42 of the vacuum pump 40A and the intake port 41 of the vacuum pump 40B. The line 60 has an end E6 and an end E5 connected to the connecting line 52, and includes a buffer pipe Z1 and an on-off valve 61 positioned between the pipe Z1 and the end E5. This pressure detection signal is used as the open / close signal of the open / close valve 61.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、二連の真空ポンプを含む装置（二連型真空ポンプ装置）、およびそれを備えるガス精製システムに関する。さらに、本発明は、二連型真空ポンプ装置の所要動力を最小にして運転する制御方法にも関する。 The present invention relates to an apparatus including a dual vacuum pump (double vacuum pump apparatus) and a gas purification system including the same. Furthermore, the present invention also relates to a control method for operating the dual vacuum pump apparatus with minimum required power.
容積式の真空ポンプが、様々な用途で使用されている。例えば、ガス精製方法としての圧力変動吸着法（ＰＳＡ法）を実行するうえで、容積式の真空ポンプを二基直列に接続した二連型真空ポンプが使用される場合がある。 Positive displacement vacuum pumps are used in a variety of applications. For example, when executing the pressure fluctuation adsorption method (PSA method) as a gas purification method, a double vacuum pump in which two positive displacement vacuum pumps are connected in series may be used.
ＰＳＡ法では、例えば、不純物を吸着するための吸着剤が充填された吸着塔が使用される。そのような吸着塔を使用して行われるＰＳＡ法によるガスの精製においては、吸着塔にて、例えば次のような吸着工程および減圧再生工程を含むサイクルが繰り返される。吸着工程では、塔内が相対的に高圧な状態にある吸着塔に対して混合ガスたる原料ガスが導入されて、当該原料ガス中の不純物が吸着剤に吸着されつつ、当該吸着塔から非吸着ガスが導出される。この非吸着ガスは、目的ガスが富化されたガスであり、精製ガスとして取得される。減圧再生工程では、塔内が減圧されて相対的に低圧化されつつ、吸着剤から不純物が脱着され、この不純物を含む脱着ガスが塔外へ導出される。この減圧再生工程にて吸着塔内を減圧するために、容積式真空ポンプが使用される場合があるのである。このような容積式真空ポンプについては、例えば下記の特許文献１，２に記載されている。 In the PSA method, for example, an adsorption tower filled with an adsorbent for adsorbing impurities is used. In gas purification by the PSA method performed using such an adsorption tower, a cycle including, for example, the following adsorption process and reduced pressure regeneration process is repeated in the adsorption tower. In the adsorption process, a raw material gas that is a mixed gas is introduced into an adsorption tower in which the inside of the tower is in a relatively high pressure state, and impurities in the raw material gas are adsorbed by the adsorbent and are not adsorbed from the adsorption tower. Gas is derived. This non-adsorbed gas is a gas enriched in the target gas, and is obtained as a purified gas. In the decompression regeneration process, impurities are desorbed from the adsorbent while the inside of the tower is decompressed to a relatively low pressure, and a desorption gas containing these impurities is led out of the tower. In order to decompress the inside of the adsorption tower in this decompression regeneration step, a positive displacement vacuum pump may be used. Such positive displacement vacuum pumps are described, for example, in Patent Documents 1 and 2 below.
容積式真空ポンプから排出されるガスにおいては、比較的に大きな気流振動が生じる。容積式真空ポンプの排気口が所定のラインと連結されている場合には、容積式真空ポンプからの排出ガスの気流振動（排ガス振動）に起因して、当該ラインの一部を構成する要素ないし部材（例えば、開閉弁のシャフト）の機械的強度の劣化が促進されることがある。気流振動を伴ってライン内を流れるガスに曝され続ける、ライン内の部材は、当該ガスから振動エネルギーを付与され続けて不当に振動し続けるからである。当該部材の当該振動は、部材構成材料組織の局所的破壊を誘発し、ひいては、当該部材の機械的強度の劣化を促進することがあるのである。また、容積式真空ポンプは、いわゆるシール水がポンプ機構内に供給されつつ稼動される場合がある。この場合、容積式真空ポンプの排気口からは、シール水に由来する微小水滴がガスとともに振動して排出されて、当該微小水滴の振動が実質的に排ガス振動に含まれることとなる。そして、この場合、当該微小水滴もライン内の部材に対して振動エネルギーを付与し続けるので、部材の機械的強度の劣化の促進は顕著となる傾向がある。 In the gas discharged from the positive displacement vacuum pump, a relatively large air flow vibration occurs. When the exhaust port of the positive displacement vacuum pump is connected to a predetermined line, the elements constituting part of the line due to the air flow vibration (exhaust gas vibration) of the exhaust gas from the positive displacement vacuum pump Deterioration of mechanical strength of a member (for example, a shaft of an on-off valve) may be promoted. This is because the members in the line that continue to be exposed to the gas flowing in the line with the airflow vibration continue to be improperly vibrated while being given vibration energy from the gas. The vibration of the member may induce local destruction of the member constituent material structure, and thus promote deterioration of the mechanical strength of the member. Further, the positive displacement vacuum pump may be operated while so-called sealing water is supplied into the pump mechanism. In this case, the minute water droplets derived from the seal water are vibrated and discharged together with the gas from the exhaust port of the positive displacement vacuum pump, and the vibration of the minute water droplets is substantially included in the exhaust gas vibration. In this case, since the minute water droplets continue to impart vibration energy to the members in the line, the deterioration of the mechanical strength of the members tends to be remarkable.
以上のような問題を解決するために、本発明の発明者らは、先願である特願２００９−２９１７９６号において、吸気口および排気口を有する容積式の第１真空ポンプと、吸気口および排気口を有する第２真空ポンプと、前記第１真空ポンプの前記排気口および前記第２真空ポンプの前記吸気口の間を連結する連結ラインと、前記連結ラインに接続された第１端部およびガス導出用の第２端部を有するバイパスラインと、を備え、前記バイパスラインは、バッファー管、および、当該バッファー管と前記第２端部の間に位置する開閉弁を含む、二連型真空ポンプ装置を提案した。このような二連型真空ポンプ装置では、所要動力を低減するための方法として、第１真空ポンプの排気量を第２真空ポンプの排気量より大きくして、第１真空ポンプと第２真空ポンプの連結ラインに圧力検出器を設置して、減圧排気しているときにこの圧力を検出し、その検出圧力が大気圧以上となっているときには開閉弁を開として第２真空ポンプが排気する以上に過剰なガス量を大気へ排出し、連結ラインにおける検出圧力が減少して大気圧以下となった場合には圧力検出器が作動しバイパス弁を閉として第１真空ポンプと第２真空ポンプが連携するように排出することが考えられる。しかしながら、連結ラインに圧力を検出する検出器を設置して連結ラインの圧力で開閉弁の開閉を行うと、第１真空ポンプ出口につながる連結ラインの気流振動により圧力検出器が破損し正しく圧力を検出し続けることができなくなる。 In order to solve the above problems, the inventors of the present invention disclosed in Japanese Patent Application No. 2009-29179, which is a prior application, a positive displacement first vacuum pump having an intake port and an exhaust port, an intake port, A second vacuum pump having an exhaust port; a connection line connecting between the exhaust port of the first vacuum pump and the intake port of the second vacuum pump; a first end connected to the connection line; A bypass line having a second end for gas extraction, the bypass line including a buffer pipe and an on-off valve positioned between the buffer pipe and the second end A pump device was proposed. In such a double vacuum pump device, as a method for reducing the required power, the first vacuum pump and the second vacuum pump are configured such that the exhaust amount of the first vacuum pump is larger than the exhaust amount of the second vacuum pump. A pressure detector is installed in the connection line of this, and this pressure is detected when the pressure is exhausted, and when the detected pressure exceeds the atmospheric pressure, the on-off valve is opened and the second vacuum pump is exhausted. When an excessive amount of gas is discharged to the atmosphere and the detected pressure in the connection line decreases to below atmospheric pressure, the pressure detector is activated, the bypass valve is closed, and the first vacuum pump and the second vacuum pump are It is possible to discharge in a coordinated manner. However, if a detector for detecting pressure is installed in the connection line and the on-off valve is opened and closed with the pressure of the connection line, the pressure detector will be damaged by the air flow vibration of the connection line connected to the outlet of the first vacuum pump, and the pressure will be correctly applied. It cannot be detected continuously.
また、二連型真空ポンプ装置における所要動力を低減するための別の方法として、この連結ラインの圧力検出器を用いずに減圧排気初期から所要時間を予測して、操作時間プログラミングして、決まった時間にこの開閉弁を開閉させるという解決策も考えられる。しかしながら、この解決策では、例えば温度が比較的高い夏季には吸着剤のガス吸着量が減少するため、連結ラインの圧力が早く降下し、温度が比較的低い冬季にはガス吸着量が増加するため連結ラインの圧力の降下速度が遅くなり、このバイパス弁の適正な開閉タイミングがずれることがあった。 Also, as another method for reducing the required power in the dual vacuum pump device, the required time is predicted from the beginning of the reduced pressure exhaust without using the pressure detector of this connection line, and the operation time is programmed and determined. A solution is also conceivable in which the on-off valve is opened and closed at a later time. However, in this solution, for example, the amount of gas adsorbed by the adsorbent decreases in summer when the temperature is relatively high, so the pressure in the connecting line drops quickly, and the amount of gas adsorbed increases in winter when the temperature is relatively low. For this reason, the pressure drop speed of the connecting line is slow, and the proper opening / closing timing of the bypass valve may be shifted.
本発明は、真空ポンプの気流振動による影響を受けずに、また、季節変動でガス温度が変化してガス吸着量が変わっても第１真空ポンプと第２真空ポンプの連結ラインの圧力変化を正しく予測し、正確にバイパス弁の開閉を行い、真空ポンプの所要動力を最小化できる二連型真空ポンプ装置を提供することを課題とする。 In the present invention, the pressure change in the connection line between the first vacuum pump and the second vacuum pump is not affected by the air flow vibration of the vacuum pump, and even if the gas adsorption amount changes due to the change in gas temperature due to seasonal fluctuations. It is an object of the present invention to provide a dual-type vacuum pump device that can correctly predict, accurately open and close a bypass valve, and minimize the required power of the vacuum pump.
本発明の別の課題は、以上のように所要動力を最小化できる二連型真空ポンプ装置を含むガス精製システムを提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a gas purification system including a dual vacuum pump device that can minimize the required power as described above.
本発明のさらに別の課題は、以上のような二連型真空ポンプ装置における所要動力を最小化するための制御方法を提供することにある。 Still another object of the present invention is to provide a control method for minimizing the required power in the dual vacuum pump apparatus as described above.
本発明の第１の側面によると、二連型真空ポンプ装置が提供される。この二連型真空ポンプ装置は、吸気口および排気口を有する容積式の第１真空ポンプと、吸気口および排気口を有する第２真空ポンプと、前記第１真空ポンプの前記排気口および前記第２真空ポンプの前記吸気口の間を連結する連結ラインと、前記連結ラインに接続された第１端部およびガス導出用の第２端部を有するバイパスラインと、前記バイパスラインにおける前記第１端部および前記第２端部の間に配置された開閉弁と、前記第１真空ポンプの前記吸気口の近傍の圧力を検出する圧力検出器と、を備え、前記開閉弁を前記圧力検出器に連動させるように構成されている。 According to a first aspect of the present invention, a dual vacuum pump device is provided. The dual vacuum pump device includes a positive displacement first vacuum pump having an intake port and an exhaust port, a second vacuum pump having an intake port and an exhaust port, the exhaust port of the first vacuum pump, and the first vacuum pump. A connection line connecting between the suction ports of the two vacuum pumps, a bypass line having a first end connected to the connection line and a second end for gas extraction, and the first end of the bypass line And an on-off valve disposed between the first end and the second end, and a pressure detector for detecting a pressure in the vicinity of the intake port of the first vacuum pump, the on-off valve serving as the pressure detector It is configured to be linked.
本発明の第１の側面による二連型真空ポンプ装置の使用に際しては、第１真空ポンプの吸気口は、例えば所定のラインを介して、大気圧より低い所定圧力まで内部を減圧することが必要な容器（減圧対象容器）に連結される。そのような減圧対象容器としては、例えば、ＰＳＡ法を実行するための吸着塔や、半導体製造装置の真空チャンバなどが挙げられる。また、本ポンプ装置の稼動時には、連結ラインを介して直列に接続された第１および第２真空ポンプが稼動される。第１真空ポンプないしその排気口からの排気量のうち、第２真空ポンプの排気量を超える流量のガスは、第２真空ポンプにとっての過剰ガスである。本ポンプ装置の稼動時においては、例えば、第１真空ポンプの排気量が第２真空ポンプの排気量を超えているとき（即ち、過剰ガスのあるとき）には、バイパスラインの開閉弁を開状態として、過剰ガスが連結ラインからバイパスラインに流入するように本装置のガス流れを制御し、また、第１真空ポンプの排気量が第２真空ポンプの排気量を超えていないとき（過剰ガスのないとき）には、バイパスラインの開閉弁を閉状態として、両真空ポンプを完全直列状態とする。この過剰ガスが生じている状態にあっては、当該過剰ガスは、連結ラインからバイパスラインに流入した後、バイパスライン内において、開閉弁を通過し、その後に第２端部から導出される。バイパスラインの第２端部は、例えば、第２真空ポンプの排気口から伸びる配管を通じて、間接的に消音器に連結されている。一方、過剰ガスが生じていない状態にあっては、完全直列状態にある第１および第２真空ポンプが協働して減圧対象容器の内部を減圧し、第２真空ポンプから所定量のガスが導出される。このとき、バイパスラインの開閉弁は閉状態にあるため、バイパスラインを通過するガスはない。 When the dual vacuum pump device according to the first aspect of the present invention is used, the intake port of the first vacuum pump needs to be decompressed to a predetermined pressure lower than the atmospheric pressure via a predetermined line, for example. Connected to a suitable container (depressurized object container). Examples of such a decompression target container include an adsorption tower for executing the PSA method, a vacuum chamber of a semiconductor manufacturing apparatus, and the like. Further, when the pump device is operated, the first and second vacuum pumps connected in series via the connection line are operated. Of the exhaust amount from the first vacuum pump or its exhaust port, the gas having a flow rate exceeding the exhaust amount of the second vacuum pump is an excess gas for the second vacuum pump. When the pump device is in operation, for example, when the displacement of the first vacuum pump exceeds the displacement of the second vacuum pump (that is, when there is excess gas), the on-off valve of the bypass line is opened. As a state, the gas flow of the apparatus is controlled so that excess gas flows into the bypass line from the connection line, and when the exhaust amount of the first vacuum pump does not exceed the exhaust amount of the second vacuum pump (excess gas When there is no, the on-off valve of the bypass line is closed, and both vacuum pumps are in complete series. In the state where the excess gas is generated, the excess gas flows into the bypass line from the connection line, passes through the on-off valve in the bypass line, and is then led out from the second end. The second end of the bypass line is indirectly connected to the silencer, for example, through a pipe extending from the exhaust port of the second vacuum pump. On the other hand, when there is no excess gas, the first and second vacuum pumps in a completely in-line state cooperate to depressurize the inside of the object to be depressurized, and a predetermined amount of gas from the second vacuum pump Derived. At this time, since the on-off valve of the bypass line is in a closed state, there is no gas passing through the bypass line.
本ポンプ装置の特性として、予め二連型真空ポンプ装置の吸気口圧力に応じて、見掛け排気量（標準状態に換算していない排気量）がどのように変化するか、および、所要動力がどのように変化するかを、図５のような特性グラフとして予測しておく。この特性グラフは、第１真空ポンプのみが作用して連結ラインからバイパスラインの開閉弁を通じて第２真空ポンプにとって過剰なガスが外部に排出される最適なポイントを示唆しており、吸気口圧力が例えば−４２ｋＰａＧにまで低下し、同時に連結ラインの圧力が大気圧にまで降下し、第２真空ポンプにとって過剰なガスが０となるとき、第１真空ポンプと第２真空ポンプが連携して直列に排気ガスを排出すれば、二連型真空ポンプ装置が最小で最適な所要動力をもたらすことを表している。 The characteristics of this pump device are how the apparent displacement (displacement not converted into the standard state) changes in advance according to the intake port pressure of the dual vacuum pump device, and what power is required. It is predicted as a characteristic graph as shown in FIG. This characteristic graph suggests the optimum point where only the first vacuum pump acts and excess gas is discharged to the second vacuum pump from the connection line through the on-off valve of the bypass line. For example, when the pressure of the connection line drops to atmospheric pressure and the excess gas for the second vacuum pump becomes 0 at the same time, the first vacuum pump and the second vacuum pump work together in series. If exhaust gas is exhausted, the double vacuum pump device provides the minimum and optimum power requirements.
本発明者らは、本ポンプ装置の特性において、第１真空ポンプと第２真空ポンプの連結ラインの圧力が大気圧となるとき、これに対応する第１真空ポンプの吸気口の圧力がガス温度によって変動しないこと、具体的にはガス温度が変化してガス吸着量が変わっても、例えば、吸気口の圧力が−４２ｋＰａＧのときに、連結ラインの圧力が大気圧であってガス温度によって変化しないことを発見した。この−４２ｋＰａＧの圧力は第１真空ポンプと第２真空ポンプの組み合わせにおいて第１真空ポンプの排気量を大きくすると、所要動力の折れ曲がり点は−４２ｋＰａＧ以下の方向へ移動し、第２真空ポンプの排気量を大きくすると−４２ｋＰａＧ以上の方向へ移動する。更にガス温度の影響については、ガス温度が高くなる夏季には（例えば４０℃のとき）、吸着剤へのガス吸着量が減少し、減圧再生時の吸気口側の圧力が下がり、図８の下側の曲線のように変化する。一方、ガス温度が低下する冬季には（例えば２０℃になると）吸着剤へのガス吸着量が増加し、減圧再生時の吸気口側の圧力は上昇し図８の上側の曲線のように変化する。しかしながら、本ポンプ装置はルーツポンプで定容量式であるので季節変動によるガス温度変化から起こるガス吸着量変化の影響を受けず見掛け排気量は変わらない。 When the pressure of the connection line of the first vacuum pump and the second vacuum pump becomes atmospheric pressure in the characteristics of the present pump device, the inventors have determined that the corresponding pressure at the intake port of the first vacuum pump is the gas temperature. Even if the gas temperature changes and the gas adsorption amount changes, for example, when the inlet pressure is -42 kPaG, the pressure of the connecting line is atmospheric pressure and changes depending on the gas temperature. I found it not. When the pressure of -42 kPaG increases the displacement of the first vacuum pump in the combination of the first vacuum pump and the second vacuum pump, the bending point of the required power moves in the direction of -42 kPaG or less, and the exhaust of the second vacuum pump When the amount is increased, it moves in the direction of −42 kPaG or more. Further, regarding the influence of the gas temperature, in the summer when the gas temperature becomes high (for example, at 40 ° C.), the amount of gas adsorbed to the adsorbent decreases, the pressure on the inlet side during decompression regeneration decreases, and FIG. It changes like the lower curve. On the other hand, in the winter season when the gas temperature decreases (for example, when it reaches 20 ° C.), the amount of gas adsorbed on the adsorbent increases, and the pressure on the inlet side during decompression regeneration rises and changes as indicated by the upper curve in FIG. To do. However, since this pump device is a roots pump and is a constant capacity type, the apparent exhaust amount does not change without being affected by the gas adsorption amount change caused by the gas temperature change due to seasonal variation.
本発明の第１の側面において、前記第１真空ポンプの前記排気口からの排気量が前記第２真空ポンプの排気量に一致したことを示す圧力値を前記圧力検出器が検出したときに、前記開閉弁は開状態から閉状態へと切り替えるように構成されている。このような構成は、二連型真空ポンプ装置を効率よく稼動させるのに資する。この開閉弁を連結ラインの圧力が大気圧に降下する前に閉じると、図６のように第２真空ポンプの所要動力が増加し、また、大気圧以下に減圧される状態にまで開のままで放置すると図７のように第１真空ポンプの所要動力が増加する。したがって、連結ラインの圧力が大気圧まで降下する点を予測し、第１真空ポンプの吸気口側の圧力値を圧力検出器で検出し、その信号でバイパスラインの開閉弁を閉じると、正確な切り替えタイミングを捕らえることができる。 In the first aspect of the present invention, when the pressure detector detects a pressure value indicating that the exhaust amount from the exhaust port of the first vacuum pump matches the exhaust amount of the second vacuum pump, The on-off valve is configured to switch from an open state to a closed state. Such a configuration contributes to the efficient operation of the dual vacuum pump device. If this on-off valve is closed before the pressure in the connecting line drops to atmospheric pressure, the required power of the second vacuum pump increases as shown in FIG. 6, and it remains open until the pressure is reduced to below atmospheric pressure. If left unattended, the required power of the first vacuum pump increases as shown in FIG. Therefore, predicting the point where the pressure in the connection line drops to atmospheric pressure, detecting the pressure value on the inlet side of the first vacuum pump with the pressure detector, and closing the on-off valve of the bypass line with that signal, the accurate The switching timing can be captured.
好ましくは、第１および第２真空ポンプは、それぞれ、ケーシングと当該ケーシング内のロータとを有するルーツポンプであり、単一のモータによって第１真空ポンプのロータと第２真空ポンプのロータとが連動して回転駆動されるように構成されている。このような構成は、本二連型真空ポンプ装置の所要動力を低減するうえで好適である。 Preferably, each of the first and second vacuum pumps is a Roots pump having a casing and a rotor in the casing, and the rotor of the first vacuum pump and the rotor of the second vacuum pump are interlocked by a single motor. And is configured to be rotationally driven. Such a configuration is suitable for reducing the required power of the dual vacuum pump device.
本発明の第２の側面によるとガス精製システムが提供される。このガス精製システムは、圧力変動吸着法（ＰＳＡ法）を利用してガスを精製するための、吸着剤が内部に充填された吸着塔と、当該吸着塔の内部を減圧するための、本発明の第１の側面に係る二連型真空ポンプ装置と、を備える。このような構成のガス精製システムにおいては、第１の側面に係る二連型真空ポンプ装置によって奏される技術的効果を享受しつつ、ＰＳＡ法によって目的ガスを精製することが可能である。 According to a second aspect of the present invention, a gas purification system is provided. This gas purification system includes an adsorption tower for purifying a gas by using a pressure fluctuation adsorption method (PSA method), an adsorption tower filled with an adsorbent inside, and the present invention for depressurizing the inside of the adsorption tower. A double vacuum pump device according to the first aspect of the present invention. In the gas purification system having such a configuration, it is possible to purify the target gas by the PSA method while enjoying the technical effect exhibited by the double vacuum pump device according to the first aspect.
本発明の第３の側面によると二連型真空ポンプ装置の制御方法が提供される。この制御方法では、前記圧力検出器により前記第１真空ポンプの前記吸気口の近傍の圧力を検出し、前記圧力検出器により検出した圧力が、前記第１真空ポンプの前記排気口からの排気量が前記第２真空ポンプの排気量に一致したことを示す値になったときに、前記開閉弁を開状態から閉状態へと切り替える。この制御方法によれば、第１の側面に係る二連型真空ポンプ装置にて意図された技術的効果が発揮されることになる。 According to a third aspect of the present invention, a control method for a dual vacuum pump device is provided. In this control method, the pressure detector detects the pressure in the vicinity of the intake port of the first vacuum pump, and the pressure detected by the pressure detector is the amount of exhaust from the exhaust port of the first vacuum pump. When the value becomes equal to the displacement of the second vacuum pump, the on-off valve is switched from the open state to the closed state. According to this control method, the technical effect intended in the double vacuum pump device according to the first aspect is exhibited.
図１は、本発明の実施形態に係るガス精製システムＸ１の概略構成を表す。ガス精製システムＸ１は、ＰＳＡ装置Ｙ１と、二連型真空ポンプ装置Ｙ２と、消音器Ｙ３とを備える。 FIG. 1 shows a schematic configuration of a gas purification system X1 according to an embodiment of the present invention. The gas purification system X1 includes a PSA device Y1, a dual vacuum pump device Y2, and a silencer Y3.
ＰＳＡ装置Ｙ１は、吸着塔１０Ａ，１０Ｂと、原料ブロワ２１と、タンク２２と、配管３１〜３４とを備え、混合ガスたる原料ガスから圧力変動吸着法（ＰＳＡ法）を利用して不純物を吸着除去して目的ガスを濃縮分離することが可能なように構成されている。精製対象たる目的ガスは、本実施形態では、空気中の酸素である。この場合、主な不純物は窒素である。 The PSA apparatus Y1 includes adsorption towers 10A and 10B, a raw material blower 21, a tank 22, and pipes 31 to 34, and adsorbs impurities from a raw material gas, which is a mixed gas, using a pressure fluctuation adsorption method (PSA method). It is configured to be able to remove and concentrate and separate the target gas. In this embodiment, the target gas to be purified is oxygen in the air. In this case, the main impurity is nitrogen.
吸着塔１０Ａ，１０Ｂのそれぞれは、両端にガス通過口１１，１２を有し、ガス通過口１１，１２の間において、原料ガス中の不純物を選択的に吸着するための吸着剤が充填されている。本実施形態では、吸着剤として、主な不純物たる窒素を選択的に吸着するためのゼオライト系吸着剤が採用される。 Each of the adsorption towers 10A and 10B has gas passage ports 11 and 12 at both ends, and is filled with an adsorbent for selectively adsorbing impurities in the raw material gas between the gas passage ports 11 and 12. Yes. In the present embodiment, a zeolitic adsorbent for selectively adsorbing nitrogen as a main impurity is employed as the adsorbent.
原料ブロワ２１は、本実施形態では空気ブロワであり、原料ガスとして吸引した空気を吸着塔１０Ａ，１０Ｂに向けて供給ないし送出するためのものである。タンク２２は、精製されたガス（本実施形態では酸素）を一旦貯留するためのものである。 The raw material blower 21 is an air blower in the present embodiment, and is used to supply or send air sucked as a raw material gas toward the adsorption towers 10A and 10B. The tank 22 is for temporarily storing the purified gas (oxygen in this embodiment).
配管３１は、主幹路３１’および分枝路３１Ａ，３１Ｂを有する。主幹路３１’は、端部Ｅ１を有する。端部Ｅ１は、原料ブロワ２１のガス送出口に接続されている。分枝路３１Ａ，３１Ｂは、それぞれ、吸着塔１０Ａ，１０Ｂのガス通過口１１側に連結されている。また、分枝路３１Ａ，３１Ｂには、開状態と閉状態との間を切り替わることが可能な自動弁３１ａ，３１ｂが付設されている。 The pipe 31 has a main road 31 'and branch paths 31A and 31B. The main trunk road 31 'has an end E1. The end E1 is connected to the gas delivery port of the raw material blower 21. The branch paths 31A and 31B are connected to the gas passage port 11 side of the adsorption towers 10A and 10B, respectively. In addition, automatic valves 31a and 31b capable of switching between an open state and a closed state are attached to the branch paths 31A and 31B.
配管３２は、主幹路３２’および分枝路３２Ａ，３２Ｂを有する。主幹路３２’は、端部Ｅ２を有する。端部Ｅ２は、タンク２２に接続されている。分枝路３２Ａ，３２Ｂは、それぞれ、吸着塔１０Ａ，１０Ｂのガス通過口１２側に連結されている。また、分枝路３２Ａ，３２Ｂには、開状態と閉状態との間を切り替わることが可能な自動弁３２ａ，３２ｂが付設されている。 The pipe 32 has a main road 32 'and branch paths 32A and 32B. The main trunk path 32 'has an end E2. The end E2 is connected to the tank 22. The branch paths 32A and 32B are connected to the gas passage 12 side of the adsorption towers 10A and 10B, respectively. The branch paths 32A and 32B are provided with automatic valves 32a and 32b capable of switching between an open state and a closed state.
配管３３は、主幹路３３’および分枝路３３Ａ，３３Ｂを有する。主幹路３３’は、端部Ｅ３を有する。端部Ｅ３は、二連型真空ポンプ装置Ｙ２に対して接続されている。分枝路３３Ａ，３３Ｂは、それぞれ、吸着塔１０Ａ，１０Ｂのガス通過口１１側に連結されている。また、分枝路３３Ａ，３３Ｂには、開状態と閉状態との間を切り替わることが可能な自動弁３３ａ，３３ｂが付設されている。主幹路３３'の端部Ｅ３の近傍には、圧力検出器８０が設置されており、当該圧力検出器８０は真空ポンプ４０Ａの吸気口４１の圧力を常時検出する。この圧力検出器８０で検出される圧力値（入口圧力値）を監視することにより、真空ポンプ４０Ａの排気口４２につながる連結ライン５２内の圧力（出口圧力値）を間接的に予測し、この入口圧力値が所定の閾値になったとき、開閉弁６１が開閉するように信号を発信する。この入口圧力値の所定の閾値は、例えば上記出口圧力値（連結ライン５２内の圧力）が大気圧になる値に設定される。 The pipe 33 has a main trunk path 33 'and branch paths 33A and 33B. The main trunk path 33 'has an end E3. The end E3 is connected to the double vacuum pump device Y2. The branch paths 33A and 33B are connected to the gas passage 11 side of the adsorption towers 10A and 10B, respectively. Further, the branch paths 33A and 33B are provided with automatic valves 33a and 33b capable of switching between an open state and a closed state. A pressure detector 80 is installed in the vicinity of the end E3 of the main trunk path 33 ', and the pressure detector 80 constantly detects the pressure of the intake port 41 of the vacuum pump 40A. By monitoring the pressure value (inlet pressure value) detected by the pressure detector 80, the pressure (outlet pressure value) in the connection line 52 connected to the exhaust port 42 of the vacuum pump 40A is indirectly predicted. When the inlet pressure value reaches a predetermined threshold value, a signal is transmitted so that the on-off valve 61 opens and closes. The predetermined threshold value of the inlet pressure value is set to a value at which the outlet pressure value (pressure in the connection line 52) becomes atmospheric pressure, for example.
配管３４は、配管３２の分枝路３２Ａ，３２Ｂを架橋するように設けられている。具体的には、配管３４は、分枝路３２Ａにおける自動弁３２ａと吸着塔１０Ａとの間に連結され、且つ、分枝路３２Ｂにおける自動弁３２ｂと吸着塔１０Ｂとの間に連結されている。また、配管３４には、開状態と閉状態との間を切り替わることが可能な自動弁３４ａが付設されている。 The pipe 34 is provided so as to bridge the branch paths 32 </ b> A and 32 </ b> B of the pipe 32. Specifically, the pipe 34 is connected between the automatic valve 32a and the adsorption tower 10A in the branch path 32A, and is connected between the automatic valve 32b and the adsorption tower 10B in the branch path 32B. . The pipe 34 is provided with an automatic valve 34a that can switch between an open state and a closed state.
二連型真空ポンプ装置Ｙ２は、二つの真空ポンプ４０Ａ，４０Ｂと、モータ５１と、連結ライン５２と、配管５３と、バイパスライン６０とを備え、真空ポンプ４０Ａ，４０Ｂの稼動によって上述のＰＳＡ装置Ｙ１の吸着塔１０Ａ，１０Ｂの内部を減圧し得るように構成されている。 The double vacuum pump device Y2 includes two vacuum pumps 40A and 40B, a motor 51, a connecting line 52, a pipe 53, and a bypass line 60. The above-described PSA device is operated by operating the vacuum pumps 40A and 40B. The inside of the Y1 adsorption towers 10A and 10B can be decompressed.
真空ポンプ４０Ａは、容積式の真空ポンプであり、本実施形態ではルーツポンプである。真空ポンプ４０Ｂも、本実施形態ではルーツポンプである。真空ポンプ４０Ｂの排気量は、真空ポンプ４０Ａの排気量より小さい。真空ポンプ４０Ａ，４０Ｂは、それぞれ、吸気口４１および排気口４２を有する。上述のＰＳＡ装置Ｙ１における配管３３の端部Ｅ３は、真空ポンプ４０Ａの吸気口４１に接続されている。 The vacuum pump 40A is a positive displacement vacuum pump, and is a roots pump in this embodiment. The vacuum pump 40B is also a roots pump in this embodiment. The exhaust amount of the vacuum pump 40B is smaller than the exhaust amount of the vacuum pump 40A. The vacuum pumps 40A and 40B have an intake port 41 and an exhaust port 42, respectively. The end E3 of the pipe 33 in the above-described PSA device Y1 is connected to the intake port 41 of the vacuum pump 40A.
ルーツポンプは、例えば、図２に示すように、ケーシング４０ａと、当該ケーシング４０ａ内の二個の例えばマユ型のロータ４０ｂとを有する。二個のロータ４０ｂは、互いに反対方向に同期回転するように構成されている。このようなルーツポンプの駆動時には、吸気口４１からケーシング４０ａ内に入った気体は、ケーシング４０ａとロータ４０ｂ間の空間に閉じ込められ、ロータ４０ｂの回転で排気口４２の側に排出される。また、本実施形態では、いわゆるシール水を真空ポンプ４０Ａ，４０Ｂの各ケーシング４０ａ内に供給するためのシール水供給手段（図示略）が、二連型真空ポンプ装置Ｙ２に設けられている。シール水により、ケーシング４０ａとロータ４０ｂの間に形成される空間について高い気密性を実現することが可能となる。 For example, as illustrated in FIG. 2, the Roots pump includes a casing 40 a and two, for example, mayu-shaped rotors 40 b in the casing 40 a. The two rotors 40b are configured to rotate synchronously in opposite directions. When such a Roots pump is driven, the gas that has entered the casing 40a from the intake port 41 is confined in the space between the casing 40a and the rotor 40b, and is discharged to the exhaust port 42 side by the rotation of the rotor 40b. Moreover, in this embodiment, the double vacuum pump apparatus Y2 is provided with sealing water supply means (not shown) for supplying so-called sealing water into the casings 40a of the vacuum pumps 40A and 40B. With the sealing water, it is possible to realize high airtightness in the space formed between the casing 40a and the rotor 40b.
モータ５１は、真空ポンプ４０Ａ，４０Ｂを稼動させるためのものである。二連型真空ポンプ装置Ｙ２においては、単一のモータ５１によって真空ポンプ４０Ａのロータ４０ｂと真空ポンプ４０Ｂのロータ４０ｂとが連動して回転駆動されるように構成されている。具体的には、単一のモータ５１によって真空ポンプ４０Ａのロータ４０ｂと真空ポンプ４０Ｂのロータ４０ｂとが連動して回転駆動されるように、モータ５１と真空ポンプ４０Ａ，４０Ｂの間は、軸部品やギア部品等を介して機械的に連結されている。 The motor 51 is for operating the vacuum pumps 40A and 40B. The double vacuum pump device Y2 is configured such that the rotor 40b of the vacuum pump 40A and the rotor 40b of the vacuum pump 40B are rotationally driven by a single motor 51. Specifically, a shaft component is provided between the motor 51 and the vacuum pumps 40A and 40B so that the rotor 40b of the vacuum pump 40A and the rotor 40b of the vacuum pump 40B are rotated and driven by a single motor 51. And mechanically connected via gear parts.
連結ライン５２は、真空ポンプ４０Ａの排気口４２に接続され、真空ポンプ４０Ｂの吸気口４１に接続され、当該排気口４２と吸気口４１の間を連結する。配管５３は、端部Ｅ４，Ｅ７を有する。配管５３の端部Ｅ４は、真空ポンプ４０Ｂの排気口４２に接続されている。配管５３のもう一方の端部Ｅ７は、消音器Ｙ３に接続されている。 The connection line 52 is connected to the exhaust port 42 of the vacuum pump 40A, is connected to the intake port 41 of the vacuum pump 40B, and connects between the exhaust port 42 and the intake port 41. The pipe 53 has end portions E4 and E7. An end E4 of the pipe 53 is connected to the exhaust port 42 of the vacuum pump 40B. The other end E7 of the pipe 53 is connected to the silencer Y3.
バイパスライン６０は、ライン入口たる端部Ｅ６およびライン出口たる端部Ｅ５を有し、且つ、開閉弁６１およびバッファー管Ｚ１をライン内に有する。端部Ｅ６は、真空ポンプ４０Ａ，４０Ｂ間の連結ライン５２に接続されている。端部Ｅ５は、配管５３に接続されている。開閉弁６１は、バイパスライン６０におけるバッファー管Ｚ１と端部Ｅ５の間に位置し、本実施形態では、検出圧力が圧力検出器８０の圧力設定値に到達した時点で開閉される。二連型真空ポンプ装置Ｙ２の稼動時には、開閉弁６１が開状態とされてバイパスライン６０をガスが通流可能とされる期間があるが、開閉弁６１は、真空ポンプ４０Ａの排気口４２からの排気量が漸減して真空ポンプ４０Ｂの排気量に一致したときの吸気口４１の圧力を検知し、開状態から閉状態へと切り替えられるように、構成されている。上述したように、真空ポンプ４０Ｂの排気量は、真空ポンプ４０Ａの排気量より小さく設計されているため、このような制御が必要となる。 The bypass line 60 has an end E6 that is a line inlet and an end E5 that is a line outlet, and has an on-off valve 61 and a buffer pipe Z1 in the line. The end E6 is connected to a connecting line 52 between the vacuum pumps 40A and 40B. The end E5 is connected to the pipe 53. The on-off valve 61 is located between the buffer pipe Z1 and the end E5 in the bypass line 60, and is opened and closed when the detected pressure reaches the pressure set value of the pressure detector 80 in this embodiment. During operation of the dual vacuum pump device Y2, there is a period during which the on-off valve 61 is opened and gas can flow through the bypass line 60. The on-off valve 61 is connected to the exhaust port 42 of the vacuum pump 40A. The pressure of the intake port 41 is detected when the amount of exhaust gas gradually decreases and matches the exhaust amount of the vacuum pump 40B, and is switched from the open state to the closed state. As described above, since the exhaust amount of the vacuum pump 40B is designed to be smaller than the exhaust amount of the vacuum pump 40A, such control is necessary.
バッファー管Ｚ１は、真空ポンプ４０Ａで発せられた気流振動を吸収する役目を果たす。 The buffer tube Z1 serves to absorb airflow vibration generated by the vacuum pump 40A.
消音器Ｙ３は、本ガス精製システムＸ１から排気されるガスの当該排気に際して放射される騒音を小さくするための装置である。従って、騒音が問題にならないのであれば、消音器Ｙ３は省略して、配管５３及びバイパスライン６０を直接大気中に開放してもよい。また、図１の実施形態では、バイパスライン６０は配管５３に合流させた上で同一の消音器Ｙ３に接続しているが、図３に示すように、配管５３とバイパスライン６０とをそれぞれ別の消音器Ｙ３、Ｙ３’に接続するようにしてもよい。 The silencer Y3 is a device for reducing the noise radiated when the gas exhausted from the gas purification system X1 is exhausted. Therefore, if noise is not a problem, the silencer Y3 may be omitted and the pipe 53 and the bypass line 60 may be directly opened to the atmosphere. In the embodiment shown in FIG. 1, the bypass line 60 is joined to the pipe 53 and then connected to the same silencer Y3. However, as shown in FIG. 3, the pipe 53 and the bypass line 60 are separated from each other. The silencers Y3 and Y3 ′ may be connected.
以上のような構成を有するガス精製システムＸ１（ＰＳＡ装置Ｙ１および二連型真空ポンプ装置Ｙ２を含む）を使用して、原料ガス（本実施形態では空気）から目的ガス（本実施形態では酸素）を精製することができる。具体的には、ＰＳＡ装置Ｙ１および二連型真空ポンプ装置Ｙ２の稼動時において、ＰＳＡ装置Ｙ１における自動弁３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ，３３ａ，３３ｂ，３４ａを所定のタイミングで開閉状態を切り替えることによって、システム内にて所望のガスの流れ状態を実現して、ＰＳＡ装置Ｙ１の吸着塔１０Ａ，１０Ｂにて以下のステップ１〜４からなる１サイクルを繰り返し、精製酸素ガスを取得することができる。１サイクル（ステップ１〜４）においては、図４に示すように、吸着塔１０Ａ，１０Ｂのそれぞれにて、吸着工程、減圧再生工程、および復圧工程が行われる。 Using the gas purification system X1 (including the PSA device Y1 and the double vacuum pump device Y2) having the above-described configuration, the target gas (oxygen in the present embodiment) is converted from the source gas (air in the present embodiment). Can be purified. Specifically, when the PSA device Y1 and the dual-type vacuum pump device Y2 are in operation, the automatic valves 31a, 31b, 32a, 32b, 33a, 33b, and 34a in the PSA device Y1 are switched at a predetermined timing. By realizing a desired gas flow state in the system, the purified oxygen gas can be obtained by repeating one cycle consisting of the following steps 1 to 4 in the adsorption towers 10A and 10B of the PSA apparatus Y1. . In one cycle (steps 1 to 4), as shown in FIG. 4, an adsorption process, a decompression regeneration process, and a return pressure process are performed in each of the adsorption towers 10A and 10B.
ステップ１では、吸着塔１０Ａにて吸着工程が行われ、且つ、吸着塔１０Ｂにて減圧再生工程が行われる。ステップ１にて吸着工程が行われる吸着塔１０Ａは、後述のステップ４（吸着塔１０Ａでは復圧工程が行われる）を経て塔内が相対的に高圧（大気圧より若干高い約４０ｋＰａＧ：Ｇはゲージ圧を示し、以下も同じ）の状態にある。そして、ステップ１では、このような吸着塔１０Ａのガス通過口１１側に、原料ブロワ２１から、配管３１における主幹路３１’および分枝路３１Ａを介して、空気が導入され続け、当該空気中の主に窒素が吸着塔１０Ａ内の吸着剤に吸着され、且つ、酸素が富化された精製酸素ガスが吸着塔１０Ａのガス通過口１２側から導出され続ける。精製酸素ガスは、配管３２の分枝路３２Ａおよび主幹路３２’を介してタンク２２へと導かれて当該タンク２２に貯留される。この精製酸素ガスについては、タンク２２から所定の装置やプラントに供給し続けてもよい。 In Step 1, an adsorption process is performed in the adsorption tower 10A, and a reduced pressure regeneration process is performed in the adsorption tower 10B. The adsorption tower 10A in which the adsorption process is performed in Step 1 is relatively high in the tower (about 40 kPaG: G slightly higher than the atmospheric pressure) through Step 4 (described later, the return pressure process is performed in the adsorption tower 10A). Indicates gauge pressure, and so on. In Step 1, air is continuously introduced from the raw material blower 21 to the gas passage port 11 side of the adsorption tower 10A through the main passage 31 ′ and the branch passage 31A in the pipe 31. Nitrogen is mainly adsorbed by the adsorbent in the adsorption tower 10A, and purified oxygen gas enriched in oxygen continues to be led out from the gas passage 12 side of the adsorption tower 10A. The purified oxygen gas is guided to the tank 22 via the branch path 32 </ b> A and the main trunk path 32 ′ of the pipe 32 and stored in the tank 22. The purified oxygen gas may be continuously supplied from the tank 22 to a predetermined device or plant.
これとともに、ステップ１では、後述のステップ３〜４（吸着塔１０Ｂでは吸着工程が行われる）を経た吸着塔１０Ｂにおいて、二連型真空ポンプ装置Ｙ２によって内部が減圧される。具体的には、吸着塔１０Ｂのガス通過口１１側と二連型真空ポンプ装置Ｙ２の真空ポンプ４０Ａの吸気口４１側とが配管３３を介して連通した状態とされたうえで、二連型真空ポンプ装置Ｙ２によって吸着塔１０Ｂの内部が減圧される。これにより、吸着塔１０Ｂ内の吸着剤から主に窒素が脱着されて塔外に導出され、当該窒素（オフガス）は、吸着塔１０Ｂのガス通過口１１側から配管３３における分枝路３３Ｂおよび主幹路３３’を介して二連型真空ポンプ装置Ｙ２へと導かれる。吸着塔１０Ｂ内の吸着剤から窒素が脱着することにより、当該吸着剤は再生されることとなる。このような減圧再生工程の開始時における吸着塔１０Ｂの内部圧力は、例えば約４０ｋＰａＧである。また、減圧再生工程の終了時における吸着塔１０Ｂの最終到達内部圧力は、ガス温度によって変化するが、例えば、−６６〜−７２kＰａＧである。 At the same time, in Step 1, the inside of the adsorption tower 10B that has undergone Steps 3 to 4 described below (the adsorption process is performed in the adsorption tower 10B) is depressurized by the double vacuum pump device Y2. Specifically, after the gas passage port 11 side of the adsorption tower 10B and the suction port 41 side of the vacuum pump 40A of the dual-type vacuum pump device Y2 are in communication with each other via the pipe 33, the double-type type is used. The inside of the adsorption tower 10B is depressurized by the vacuum pump device Y2. Thereby, nitrogen is mainly desorbed from the adsorbent in the adsorption tower 10B and led out of the tower, and the nitrogen (off gas) is branched from the gas passage 11 side of the adsorption tower 10B to the branch path 33B and the trunk in the pipe 33. It is led to the double vacuum pump device Y2 through the path 33 ′. By desorbing nitrogen from the adsorbent in the adsorption tower 10B, the adsorbent is regenerated. The internal pressure of the adsorption tower 10B at the start of such a decompression regeneration process is, for example, about 40 kPaG. Further, the final internal pressure of the adsorption tower 10B at the end of the decompression regeneration step varies depending on the gas temperature, but is, for example, −66 to −72 kPaG.
ステップ２では、吸着塔１０Ａにてステップ１から引き続き吸着工程が行われ、且つ、吸着塔１０Ｂにて復圧工程が行われる。ステップ２では、具体的には、ステップ１から引き続き、原料ブロワ２１から吸着塔１０Ａのガス通過口１１側に空気が供給され続け、吸着塔１０Ａのガス通過口１２側から精製酸素ガスが導出され続ける。精製酸素ガスの一部は、タンク２２に導入されて貯留される。精製ガスの他の一部は、配管３４を介して吸着塔１０Ｂのガス通過口１２側に導かれる。ステップ２では、吸着塔１０Ｂのガス通過口１２側から精製酸素ガスが導入されることにより、吸着塔１０Ｂの内部圧力が回復される（即ち、吸着塔１０Ｂ内が相対的に高圧（例えば大気圧から約４０ｋＰａＧの圧力）の状態に復帰させられる。 In step 2, the adsorption process is continued from step 1 in the adsorption tower 10A, and the return pressure process is performed in the adsorption tower 10B. In Step 2, specifically, continuing from Step 1, air continues to be supplied from the raw material blower 21 to the gas passage 11 side of the adsorption tower 10A, and purified oxygen gas is led out from the gas passage 12 side of the adsorption tower 10A. to continue. A part of the purified oxygen gas is introduced into the tank 22 and stored. The other part of the purified gas is guided to the gas passage 12 side of the adsorption tower 10B through the pipe 34. In step 2, the purified oxygen gas is introduced from the gas passage 12 side of the adsorption tower 10B, whereby the internal pressure of the adsorption tower 10B is recovered (that is, the inside of the adsorption tower 10B is relatively high pressure (for example, atmospheric pressure). To a pressure of about 40 kPaG).
ステップ３〜４では、ステップ１〜２で吸着塔１０Ａにおいて行われたのと同様に、吸着塔１０Ｂにおいて吸着工程が行われる。したがって、ステップ３〜４では、吸着塔１０Ｂのガス通過口１２側から精製酸素ガスが導出され続け、この精製酸素ガスは、タンク２２に導入されて貯留される。これとともに、ステップ３〜４では、ステップ１〜２で吸着塔１０Ｂにおいて行われたのと同様に、吸着塔１０Ａにおいて、減圧再生工程（ステップ３）および復圧工程（ステップ４）が行われる。ステップ３における吸着塔１０Ａの減圧再生工程では、吸着塔１０Ａのガス通過口１１側と二連型真空ポンプ装置Ｙ２の真空ポンプ４０Ａの吸気口４１側とが配管３３を介して連通した状態とされたうえで、二連型真空ポンプ装置Ｙ２によって吸着塔１０Ａの内部が減圧され、これにより、吸着塔１０Ａ内の吸着剤から主に窒素が脱着されて塔外に導出され、当該窒素（オフガス）は、吸着塔１０Ａのガス通過口１１側から配管３３における分枝路３３Ａおよび主幹路３３’を介して二連型真空ポンプ装置Ｙ２へと導かれる。吸着塔１０Ａ内の吸着剤から窒素が脱着することにより、当該吸着剤は再生されることとなる。 In steps 3 to 4, the adsorption step is performed in the adsorption tower 10B in the same manner as in the adsorption tower 10A in steps 1-2. Therefore, in steps 3 to 4, the purified oxygen gas continues to be led out from the gas passage 12 side of the adsorption tower 10B, and this purified oxygen gas is introduced into the tank 22 and stored. At the same time, in steps 3 to 4, the decompression regeneration step (step 3) and the decompression step (step 4) are performed in the adsorption tower 10A in the same manner as in the adsorption tower 10B in steps 1-2. In the decompression regeneration process of the adsorption tower 10A in Step 3, the gas passage port 11 side of the adsorption tower 10A and the suction port 41 side of the vacuum pump 40A of the double vacuum pump device Y2 are in communication with each other via the pipe 33. In addition, the inside of the adsorption tower 10A is depressurized by the double vacuum pump device Y2, whereby mainly nitrogen is desorbed from the adsorbent in the adsorption tower 10A and led out of the tower, and the nitrogen (off-gas) Is led from the gas passage 11 side of the adsorption tower 10A to the double vacuum pump device Y2 via the branch path 33A and the main path 33 'in the pipe 33. When nitrogen is desorbed from the adsorbent in the adsorption tower 10A, the adsorbent is regenerated.
以上のようにして、ガス精製システムＸ１からは、空気を原料として精製酸素ガスを取得し続けることができる。このようなガス精製システムＸ１において、二連型真空ポンプ装置Ｙ２については、具体的には以下のように稼動させる。 As described above, the purified oxygen gas can be continuously obtained from the gas purification system X1 using air as a raw material. In such a gas purification system X1, the dual vacuum pump device Y2 is specifically operated as follows.
上述のステップ１（吸着塔１０Ｂでは減圧再生工程が行われている）においては、ＰＳＡ装置Ｙ１の吸着塔１０Ｂのガス通過口１１側と、二連型真空ポンプ装置Ｙ２の真空ポンプ４０Ａの吸気口４１側とが、配管３３を介して連通している状態にあり、モータ５１によって真空ポンプ４０Ａ，４０Ｂ（連結ライン５２を介して直列に接続されている）が駆動されて、吸着塔１０Ｂの内部が減圧される。二連型真空ポンプ装置Ｙ２におけるバイパスライン６０の開閉弁６１は、このステップ１（減圧再生工程）の開始時においては吸気口４１の近傍における配管３３の内部圧力は大気圧より若干高い圧力にあり（吸着塔１０Ｂにおける吸着圧力が例えば４０ｋＰａＧであるため）、連結ライン５２の内部も大気圧以上となっている。そのため、ＰＳＡ装置Ｙ１の吸着塔１０Ｂにおける減圧再生工程の開始直後には、吸着塔１０Ｂからのオフガスは、二連型真空ポンプ装置Ｙ２において、真空ポンプ４０Ａを通過した後、一部が真空ポンプ４０Ｂを通過し、一部がバイパスライン６０を通過し、消音器Ｙ３を通じて外部へ排出される。 In the above-mentioned step 1 (the decompression regeneration process is performed in the adsorption tower 10B), the gas passage 11 side of the adsorption tower 10B of the PSA apparatus Y1 and the intake port of the vacuum pump 40A of the dual vacuum pump apparatus Y2 41 side is in communication with the piping 33, and the vacuum pumps 40A and 40B (connected in series via the connecting line 52) are driven by the motor 51, and the interior of the adsorption tower 10B. Is depressurized. In the open / close valve 61 of the bypass line 60 in the double vacuum pump device Y2, the internal pressure of the pipe 33 in the vicinity of the intake port 41 is slightly higher than the atmospheric pressure at the start of step 1 (decompression regeneration step). (Because the adsorption pressure in the adsorption tower 10B is 40 kPaG, for example), the inside of the connection line 52 is also at atmospheric pressure or higher. Therefore, immediately after the start of the decompression regeneration process in the adsorption tower 10B of the PSA apparatus Y1, off-gas from the adsorption tower 10B passes through the vacuum pump 40A in the duplex vacuum pump apparatus Y2, and a part of the off-gas is supplied to the vacuum pump 40B. And a part passes through the bypass line 60 and is discharged to the outside through the silencer Y3.
また、ステップ１にある吸着塔１０Ｂ（減圧再生工程が行われている）からのオフガスを吸引し続ける真空ポンプ４０Ａからの排気量は、吸着塔１０Ｂと連結されている真空ポンプ４０Ａの吸気口４１の側の圧力（即ち、二連型真空ポンプ装置Ｙ２の入口圧力）に応じて変化する。具体的には、当該減圧再生工程が進行するほど、吸着塔１０Ｂの内部圧力は小さくなり（従って、真空ポンプ４０Ａの吸気口４１側圧力も小さくなり）、それに応じて真空ポンプ４０Ａからの排気量は減少していく。 Further, the exhaust amount from the vacuum pump 40A that continues to suck off-gas from the adsorption tower 10B in step 1 (the decompression regeneration process is performed) is the intake 41 of the vacuum pump 40A connected to the adsorption tower 10B. It changes in accordance with the pressure on the side (that is, the inlet pressure of the double vacuum pump device Y2). Specifically, as the decompression regeneration process proceeds, the internal pressure of the adsorption tower 10B becomes smaller (therefore, the pressure on the intake port 41 side of the vacuum pump 40A also becomes smaller), and the exhaust amount from the vacuum pump 40A accordingly. Will decrease.
ステップ１にある吸着塔１０Ｂからのオフガスを吸引し続ける真空ポンプ４０Ａからのこのような排気量のうち、真空ポンプ４０Ｂの排気量を超える流量のガスは、真空ポンプ４０Ｂにとっての過剰ガスである（上述のように、真空ポンプ４０Ｂの排気量は、真空ポンプ４０Ａの排気量より小さい）。真空ポンプ４０Ｂにとっての過剰ガスは、吸着塔１０Ｂの減圧再生工程（ステップ１）の開始時からある期間だけ存在する。減圧再生工程にて吸着塔１０Ｂの内部圧力が小さくなると、真空ポンプ４０Ａの吸気口４１側圧力も同様に小さくなる。それに応じて真空ポンプ４０Ａからの排気量は真空ポンプ４０Ｂの吸気量に一致するまで減少し続ける。減圧再生工程における真空ポンプ４０Ａの吸気口４１側の圧力変化は、ガス温度によって図８に示されるようになる。すなわち、ガス温度が高くなると吸着剤のガス吸着量が減少するため、第１真空ポンプ４０Ａの吸気口４１（二連型真空ポンプ装置Ｙ２の入口）側圧力は減圧再生時間の中で早く降下し、ガス温度が低くなると吸着剤のガス吸着量が増加するため、この圧力の降下は遅くなる。 Of the exhaust amount from the vacuum pump 40A that continues to suck off gas from the adsorption tower 10B in step 1, the gas having a flow rate exceeding the exhaust amount of the vacuum pump 40B is an excess gas for the vacuum pump 40B ( As described above, the displacement of the vacuum pump 40B is smaller than the displacement of the vacuum pump 40A). Excess gas for the vacuum pump 40B exists for a certain period from the start of the decompression regeneration process (step 1) of the adsorption tower 10B. When the internal pressure of the adsorption tower 10B is reduced in the decompression regeneration step, the pressure on the intake port 41 side of the vacuum pump 40A is similarly reduced. Accordingly, the exhaust amount from the vacuum pump 40A continues to decrease until it matches the intake amount of the vacuum pump 40B. The pressure change on the inlet 41 side of the vacuum pump 40A in the decompression regeneration process is as shown in FIG. 8 depending on the gas temperature. That is, since the gas adsorption amount of the adsorbent decreases as the gas temperature increases, the pressure on the intake port 41 (inlet of the dual vacuum pump device Y2) on the first vacuum pump 40A quickly decreases during the decompression regeneration time. When the gas temperature is lowered, the gas adsorption amount of the adsorbent increases, so that the pressure drop is delayed.
一方、二連型真空ポンプ装置Ｙ２の排気量特性として、図５に吸気口圧力と見掛け排気量（標準状態に換算しない排気量をいい、標準状態に換算した排気量をいう場合には、標準状態を表す“Ｎ”の表示を付加する）、および所要動力の最適な関係を表わした。この関係はガス温度には影響を受けず、第１真空ポンプ４０Ａと第２真空ポンプ４０Ｂの連結ライン５２内の圧力が大気圧以下となる点は吸気口４１での圧力がほぼ−４２ｋＰａＧ付近で移動せず、排気ガスの温度が変わり吸着剤の吸着ガス量が変化しても変わることはない。従って、気流振動のない吸気口４１側近傍に圧力検出器８０を設置し、予め第１真空ポンプ４０Ａと第２真空ポンプ４０Ｂの連結ライン５２内の圧力が大気圧以上となったり大気圧以下となったりするときの変化点に達するときの、入口圧力値（例えば−４２ｋＰaＧ）を設定しておけば第１真空ポンプ４０Ａと第２真空ポンプ４０Ｂを常に無駄のない組み合わせで運転し、二連型真空ポンプ装置Ｙ２として最小の所要動力運転を行うことができる。 On the other hand, as the displacement characteristics of the double vacuum pump device Y2, FIG. 5 shows the intake port pressure and the apparent displacement (the displacement that is not converted into the standard state is referred to, and the displacement that is converted into the standard state is referred to as standard. "N" representing the state is added), and the optimum relationship of the required power is represented. This relationship is not affected by the gas temperature, and the pressure in the connection line 52 between the first vacuum pump 40A and the second vacuum pump 40B is less than atmospheric pressure when the pressure at the inlet 41 is approximately -42 kPaG. It does not move and does not change even if the temperature of the exhaust gas changes and the amount of adsorbed gas in the adsorbent changes. Therefore, the pressure detector 80 is installed in the vicinity of the intake port 41 side where there is no airflow vibration, and the pressure in the connection line 52 of the first vacuum pump 40A and the second vacuum pump 40B is set to be higher than atmospheric pressure or lower than atmospheric pressure in advance. If the inlet pressure value (for example, −42 kPaG) when the change point when reaching the point is reached is set, the first vacuum pump 40A and the second vacuum pump 40B are always operated in a lean combination, and the dual type The minimum required power operation can be performed as the vacuum pump device Y2.
二連型真空ポンプ装置Ｙ２においては、吸着塔１０Ｂの減圧再生工程の開始時から過剰ガスの存在する期間中（即ち、真空ポンプ４０Ａからの排気量が真空ポンプ４０Ｂの排気量を超えているとき）には、吸気口４１側の圧力が圧力検出器８０の圧力設定値（例えば、−４２ｋＰａＧ）より高いことを検出し、バイパスライン６０の開閉弁６１を開状態として、当該過剰ガスが連結ライン５２からバイパスライン６０に流入するようにガス流れを制御する。また、この圧力が圧力検出器８０の上記圧力設定値となったとき、即ち、真空ポンプ４０Ａからの排気量が漸減して真空ポンプ４０Ｂの排気量に等しくなったとき、バイパスライン６０の開閉弁６１を閉状態として両真空ポンプ４０Ａ，４０Ｂを完全直列状態とする。吸着塔１０Ｂの減圧再生工程の開始時から過剰ガスが生じている期間中にあっては、当該過剰ガスは、連結ライン５２からバイパスライン６０に流入した後、バイパスライン６０内において、バッファー管Ｚ１を通過し、続いて開閉弁６１を通過し、その後に端部Ｅ５とＥ７を介して消音器Ｙ３（または図３の別個の消音器Ｙ３’）に導入され、当該過剰ガスは消音器Ｙ３を介してガス精製システムＸ１外に排気される。これとともに、過剰ガスが生じている状態にあっては、連結ライン５２を介して真空ポンプ４０Ａと連結されている真空ポンプ４０Ｂの排気口４２からも所定量のガスが排出される（但し、この場合は、実質的な減圧の仕事は前段の真空ポンプ４０Ａのみにて行われており、後段の真空ポンプ４０Ｂは減圧に実質的に関与していない）。真空ポンプ４０Ｂの排気口４２は、配管５３を介して端部Ｅ７に連結されており、真空ポンプ４０Ｂからの排出ガスも、端部Ｅ７を介して消音器Ｙ３に導入され、当該ガスは消音器Ｙ３を介してガス精製システムＸ１外に排気される。一方、吸着塔１０Ｂの減圧再生工程において過剰ガスが生じていない状態にあっては、完全直列状態にある真空ポンプ４０Ａ，４０Ｂが協働して減圧対象容器たる吸着塔１０Ｂの内部を減圧し、真空ポンプ４０Ｂから所定量のガスが排出される。このガスは、配管５３および端部Ｅ７を介して消音器Ｙ３に導入される（そして、当該ガスは消音器Ｙ３を介してガス精製システムＸ１外に排気される）。このとき、バイパスライン６０の開閉弁６１は閉状態にあるため、バイパスライン６０を通過するガスはない。 In the dual vacuum pump device Y2, during the period in which excess gas exists from the start of the decompression regeneration process of the adsorption tower 10B (that is, when the exhaust amount from the vacuum pump 40A exceeds the exhaust amount of the vacuum pump 40B). ) Detects that the pressure on the inlet 41 side is higher than the pressure set value (for example, −42 kPaG) of the pressure detector 80, opens the on-off valve 61 of the bypass line 60, and the excess gas is connected to the connection line. The gas flow is controlled to flow into the bypass line 60 from 52. Further, when this pressure reaches the pressure setting value of the pressure detector 80, that is, when the exhaust amount from the vacuum pump 40A gradually decreases and becomes equal to the exhaust amount of the vacuum pump 40B, the on-off valve of the bypass line 60 61 is closed and both vacuum pumps 40A and 40B are brought into a complete series state. During the period in which excess gas is generated from the start of the decompression regeneration process of the adsorption tower 10B, the excess gas flows into the bypass line 60 from the connection line 52, and then in the bypass line 60, the buffer tube Z1. And then through the on-off valve 61 and then introduced into the silencer Y3 (or a separate silencer Y3 ′ in FIG. 3) via the ends E5 and E7, the excess gas passing through the silencer Y3. Through the gas purification system X1. At the same time, when excess gas is generated, a predetermined amount of gas is also discharged from the exhaust port 42 of the vacuum pump 40B connected to the vacuum pump 40A via the connection line 52 (however, this In this case, the work of substantial pressure reduction is performed only by the front vacuum pump 40A, and the rear vacuum pump 40B is not substantially involved in pressure reduction). The exhaust port 42 of the vacuum pump 40B is connected to the end E7 via the pipe 53, and the exhaust gas from the vacuum pump 40B is also introduced into the silencer Y3 via the end E7, and the gas is silenced. The gas is exhausted out of the gas purification system X1 via Y3. On the other hand, in a state where excess gas is not generated in the decompression regeneration process of the adsorption tower 10B, the vacuum pumps 40A and 40B in a completely in-line state cooperate to decompress the inside of the adsorption tower 10B as a decompression target container, A predetermined amount of gas is discharged from the vacuum pump 40B. This gas is introduced into the silencer Y3 via the pipe 53 and the end E7 (and the gas is exhausted outside the gas purification system X1 via the silencer Y3). At this time, since the on-off valve 61 of the bypass line 60 is in a closed state, no gas passes through the bypass line 60.
上述のステップ１における吸着塔１０Ｂについての減圧再生工程は、以上のように二連型真空ポンプ装置Ｙ２を減圧稼動させることにより、実行する。上述のステップ３における吸着塔１０Ａについての減圧再生工程も、吸着塔１０Ｂの減圧再生工程に関して上述したのと同様にして二連型真空ポンプ装置Ｙ２を減圧稼動させることにより、実行する。 The decompression regeneration process for the adsorption tower 10B in Step 1 described above is executed by operating the dual vacuum pump device Y2 under reduced pressure as described above. The decompression regeneration process for the adsorption tower 10A in the above-described step 3 is also performed by operating the dual vacuum pump device Y2 under reduced pressure in the same manner as described above for the decompression regeneration process of the adsorption tower 10B.
二連型真空ポンプ装置Ｙ２の減圧稼動時には、上述のように、減圧開始時に開状態にある開閉弁６１は、真空ポンプ４０Ａからの排気量が漸減して真空ポンプ４０Ｂの排気量に一致したときに開状態から閉状態へと吸気口４１側の圧力を圧力検出器８０にて検出して切り替えられる。このような構成は、減圧工程の後半において真空ポンプ４０Ａと真空ポンプ４０Ｂが直列に作動し二連型真空ポンプ装置Ｙ２を効率よく稼動させるのに資する。しかも、二連型真空ポンプ装置Ｙ２の所要動力を最小化できる圧力検出器８０の設定値は温度変化の影響を殆ど受けないから、減圧開始時からの経過時間を予め設定して開閉弁６１の開閉制御を行う場合と比較して、温度変化による所要動力増加の問題は生じない。 As described above, when the double vacuum pump device Y2 is operated for pressure reduction, the on-off valve 61 that is open at the time of pressure reduction starts when the exhaust amount from the vacuum pump 40A gradually decreases to match the exhaust amount of the vacuum pump 40B. From the open state to the closed state, the pressure on the inlet 41 side is detected by the pressure detector 80 and switched. Such a configuration contributes to efficient operation of the double vacuum pump device Y2 by operating the vacuum pump 40A and the vacuum pump 40B in series in the latter half of the decompression step. In addition, since the set value of the pressure detector 80 that can minimize the required power of the double vacuum pump device Y2 is hardly affected by the temperature change, the elapsed time from the start of the pressure reduction is set in advance, and the on-off valve 61 Compared to the case where the opening / closing control is performed, the problem of an increase in required power due to a temperature change does not occur.
また、二連型真空ポンプ装置Ｙ２においては、上述のように、単一のモータ５１によって真空ポンプ４０Ａのロータ４０ｂと真空ポンプ４０Ｂのロータ４０ｂとが連動して回転駆動されるように構成されている。このような構成は、二連型真空ポンプ装置Ｙ２の所要動力を低減するうえで好適である。 Further, in the dual vacuum pump device Y2, as described above, the rotor 40b of the vacuum pump 40A and the rotor 40b of the vacuum pump 40B are rotationally driven by a single motor 51 in conjunction with each other. Yes. Such a configuration is suitable for reducing the required power of the dual vacuum pump device Y2.
次に本発明の実施例について、比較例とともに説明する。但し、比較例は本発明の効果を確認するために出願人が行った実験例であるにすぎず、公知技術に属する技術ではないことに留意すべきである。 Next, examples of the present invention will be described together with comparative examples. However, it should be noted that the comparative example is merely an experimental example performed by the applicant in order to confirm the effect of the present invention, and is not a technique belonging to a known technique.
〔実施例１〕
二連型真空ポンプ装置Ｙ２の第１真空ポンプ４０Ａの見掛け排気量を１４，８００ｍ3／ｈ、第２真空ポンプ４０Ｂの見掛け排気量を１４，１００ｍ3/ｈのルーツポンプとして直列に接続し、ガス温度３０℃のときに、ガス精製システムＸ１を使用して、図４に示す吸着工程、減圧再生工程、および復圧工程からなる１サイクル（ステップ１〜４）を吸着塔１０Ａ，１０Ｂのそれぞれにて繰り返すことにより、原料ガスたる空気から酸素を取得した。本実施例では、ＰＳＡ装置Ｙ１の原料ブロア２１による空気の供給量は８，３００Ｎｍ3／ｈ（Ｎ：標準状態を表し、以下も同じ）とした。吸着工程にある吸着塔１０Ａ、１０Ｂの内部圧力を最大４０ｋＰaＧとした。また、減圧再生工程にある１０Ａ、１０Ｂの内部の減圧再生工程末期圧力は−６９ｋＰaＧとなり、復圧工程にある吸着塔１０Ａ、１０Ｂについては、その内部圧力を大気圧にまで復帰させた。また、吸着塔１０Ａ，１０Ｂについての減圧再生工程は、吸気口４１側の圧力が圧力検出器８０で図５のような特性として、−４２ｋＰaＧの圧力値に到達したときにバイパス弁６１が開から閉となるように設定した。
[Example 1]
The apparent vacuum displacement of the first vacuum pump 40A of the double vacuum pump device Y2 is 14,800 m 3 / h, and the apparent vacuum displacement of the second vacuum pump 40B is connected in series as a roots pump of 14,100 m 3 / h, When the gas temperature is 30 ° C., the gas purification system X1 is used to perform one cycle (steps 1 to 4) consisting of the adsorption step, the decompression regeneration step, and the return pressure step shown in FIG. The oxygen was obtained from the air as the source gas. In this example, the amount of air supplied by the raw material blower 21 of the PSA apparatus Y1 was 8,300 Nm 3 / h (N: represents a standard state, and the same applies hereinafter). The internal pressure of the adsorption towers 10A and 10B in the adsorption process was set to a maximum of 40 kPaG. The final pressure in the decompression regeneration process 10A and 10B in the decompression regeneration process was −69 kPaG, and the internal pressure of the adsorption towers 10A and 10B in the decompression process was returned to atmospheric pressure. Further, in the decompression regeneration process for the adsorption towers 10A and 10B, the bypass valve 61 is opened when the pressure on the intake port 41 side reaches the pressure value of −42 kPaG as a characteristic as shown in FIG. It was set to be closed.
本実施例の二連型真空ポンプ装置Ｙ２については、具体的には次のように減圧稼動させた。減圧再生工程の開始時から圧力検出器８０の指示値がほぼ大気圧から−４２ｋＰａＧの間、即ち真空ポンプ４０Ａからの排気量が真空ポンプ４０Ｂの排気量を超えているときには、バイパスライン６０の開閉弁６１に信号を発信して開状態として、当該過剰ガスが連結ライン５２からバイパスライン６０に流入するようにガス流れを制御した。そして、真空ポンプ４０Ａからの排気量が漸減して真空ポンプ４０Ｂの排気量に一致したとき、すなわち圧力検出器８０が−４２ｋＰaＧを示したとき、開閉弁６１を開状態から閉状態へと切り替えて両真空ポンプ４０Ａ，４０Ｂを完全直列状態としたうえで、二連型真空ポンプ装置Ｙ２の減圧稼動を継続した。その結果真空ポンプの積算平均所要動力は２０６ｋｗとなった。 Specifically, the dual vacuum pump device Y2 of this example was operated under reduced pressure as follows. When the indicated value of the pressure detector 80 is approximately between atmospheric pressure and −42 kPaG from the start of the decompression regeneration process, that is, when the exhaust amount from the vacuum pump 40A exceeds the exhaust amount of the vacuum pump 40B, the bypass line 60 is opened and closed. A signal was sent to the valve 61 to open it, and the gas flow was controlled so that the excess gas flowed into the bypass line 60 from the connection line 52. When the exhaust amount from the vacuum pump 40A gradually decreases to coincide with the exhaust amount of the vacuum pump 40B, that is, when the pressure detector 80 indicates -42 kPaG, the on-off valve 61 is switched from the open state to the closed state. After the vacuum pumps 40A and 40B were completely in series, the pressure reduction operation of the double vacuum pump device Y2 was continued. As a result, the integrated average required power of the vacuum pump was 206 kw.
〔実施例２〕
二連型真空ポンプ装置Ｙ２の第１真空ポンプ４０Ａの見掛け排気量を、１４，８００ｍ3／ｈ、第２真空ポンプ４０Ｂの見掛け排気量を１４，１００ｍ3/ｈのルーツポンプとして直列に接続し、ガス温度４０℃のときに、ガス精製システムＸ１を使用して、図４に示す吸着工程、減圧再生工程、および復圧工程からなる１サイクル（ステップ１〜４）を吸着塔１０Ａ，１０Ｂのそれぞれにて繰り返すことにより、原料ガスたる空気から酸素を取得した。また、ＰＳＡ装置Ｙ１の原料ブロア２１による空気の供給量は８，３００Ｎｍ3／ｈとし、吸着工程にある吸着塔１０Ａ、１０Ｂの内部圧力を最大４０ｋＰaＧとした。減圧再生工程にある１０Ａ、１０Ｂの内部の減圧再生工程末期圧力は−７２ｋＰaＧまで降下した。復圧工程にある吸着塔１０Ａ、１０Ｂについては、その内部圧力を大気圧にまで復帰させた。また、吸着塔１０Ａ，１０Ｂについての減圧再生工程は、吸気口４１側の圧力が圧力検出器８０で図４のような特性として、−４２ｋＰaＧの圧力値に到達したときにバイパス弁６１が開から閉となるように設定した。
[Example 2]
The apparent displacement of the first vacuum pump 40A of the dual vacuum pump device Y2 is 14,800 m 3 / h, and the apparent displacement of the second vacuum pump 40B is connected in series as a root pump of 14,100 m 3 / h. When the gas temperature is 40 ° C., the gas purification system X1 is used to perform one cycle (steps 1 to 4) consisting of the adsorption step, the decompression regeneration step, and the return pressure step shown in FIG. By repeating each, oxygen was acquired from the air as the raw material gas. The supply amount of air from the raw material blower 21 of the PSA apparatus Y1 was 8,300 Nm 3 / h, and the internal pressure of the adsorption towers 10A and 10B in the adsorption process was set to 40 kPaG at maximum. The final pressure in the decompression regeneration process at 10A and 10B in the decompression regeneration process dropped to -72 kPaG. For the adsorption towers 10A and 10B in the return pressure step, the internal pressure was returned to atmospheric pressure. Further, in the decompression regeneration process for the adsorption towers 10A and 10B, the bypass valve 61 is opened when the pressure on the inlet 41 side reaches the pressure value of −42 kPaG as a characteristic as shown in FIG. It was set to be closed.
二連型真空ポンプ装置Ｙ２については、実施例１と同様の操作を行い圧力検出器８０が−４２ｋＰaＧを示したとき、開閉弁６１を開状態から閉状態へと切り替えて両真空ポンプ４０Ａ，４０Ｂを完全直列状態としたうえで、二連型真空ポンプ装置Ｙ２の減圧稼動を継続した。その結果真空ポンプの積算平均所要動力は２１３ｋｗとなった。 As for the double vacuum pump device Y2, when the pressure detector 80 indicates -42 kPaG by performing the same operation as in the first embodiment, the on-off valve 61 is switched from the open state to the closed state, and both vacuum pumps 40A, 40B are used. Were kept in series, and the vacuum operation of the double vacuum pump device Y2 was continued. As a result, the integrated average required power of the vacuum pump was 213 kW.
〔比較例１〕
実施例１と同様に、二連型真空ポンプ装置Ｙ２の第１真空ポンプ４０Ａの見掛け排気量を１４，８００ｍ3／ｈとし、第２真空ポンプの見掛け排気量を１４，１００ｍ3/ｈのルーツポンプにして直列に連結し、ガス温度３０℃のときに、実施例１と同様の構成を有するガス精製システムＸ１を使用して、図４に示す吸着工程、減圧再生工程、および復圧工程からなる１サイクル（ステップ１〜４）を吸着塔１０Ａ，１０Ｂのそれぞれにて繰り返すことにより、原料ガスたる空気から酸素を取得した。本比較例では、ＰＳＡ装置Ｙ１の原料ブロア２１による空気の供給量は実施例１と同様に８，３００Ｎｍ3／ｈとし、吸着工程にある吸着塔１０Ａ、１０Ｂの内部圧力を最大４０ｋＰaＧとした。また、吸着塔１０Ａ，１０Ｂについての減圧再生工程では末期圧力は−６９ｋＰａＧとなった。バイパス弁６１の開状態から閉状態への切り替えは図８のように減圧再生時間が７．５秒経過したときにバイパス弁６１が開から閉となるように設定した。そのときの吸気口の圧力は−３５ｋＰaＧを示していた。復圧工程にある吸着塔１０Ａ、１０Ｂについては、その内部圧力を大気圧まで復帰させた。
[Comparative Example 1]
As in the first embodiment, the apparent displacement of the first vacuum pump 40A of the double vacuum pump device Y2 is 14,800 m 3 / h, and the apparent displacement of the second vacuum pump is 14,100 m 3 / h. Using the gas purification system X1 connected in series as a pump and having a configuration similar to that of Example 1 when the gas temperature is 30 ° C., the adsorption process, the decompression regeneration process, and the decompression process shown in FIG. Oxygen was acquired from the air as the raw material gas by repeating one cycle (steps 1 to 4) in each of the adsorption towers 10A and 10B. In this comparative example, the amount of air supplied from the raw material blower 21 of the PSA apparatus Y1 was 8,300 Nm 3 / h as in Example 1, and the internal pressure of the adsorption towers 10A, 10B in the adsorption process was set to 40 kPaG at maximum. Further, in the reduced pressure regeneration process for the adsorption towers 10A and 10B, the final pressure was -69 kPaG. The switching of the bypass valve 61 from the open state to the closed state was set so that the bypass valve 61 was closed from the open state when the decompression regeneration time was 7.5 seconds as shown in FIG. The pressure at the intake port at that time was -35 kPaG. About the adsorption towers 10A and 10B in the pressure-reducing step, the internal pressure was returned to atmospheric pressure.
二連型真空ポンプ装置Ｙ２については、具体的には次のように減圧稼動させた。吸気口４１の圧力が減圧再生工程の開始時から７．５秒間、ほぼ大気圧から−３５ｋＰａＧに至る間、バイパスライン６０の開閉弁６１を開状態として、その後、開閉弁６１を強制的に開状態から閉状態へと切り替えて両真空ポンプ４０Ａ，４０Ｂを完全直列状態とした上で、二連型真空ポンプ装置Ｙ２の減圧稼動を継続した。その結果、真空ポンプの平均積算所要動力は２１６ｋｗとなり、吸気口４１側の圧力検出器８０で制御しない場合より１０ｋｗ増加した。 Specifically, the dual vacuum pump device Y2 was operated under reduced pressure as follows. The on-off valve 61 of the bypass line 60 is opened while the pressure of the intake port 41 reaches approximately -35 kPaG for approximately 7.5 seconds from the start of the decompression regeneration process, and then the on-off valve 61 is forcibly opened. After switching from the closed state to the closed state, the vacuum pumps 40A and 40B were brought into a completely in-line state, and the vacuum operation of the double vacuum pump device Y2 was continued. As a result, the average integrated power requirement of the vacuum pump was 216 kW, which was 10 kW higher than the case where it was not controlled by the pressure detector 80 on the intake port 41 side.
なお、この比較例１に対応する吸気口圧力、見掛け排気量及び所要動力の関係を図６のグラフに示している。 In addition, the graph of FIG. 6 shows the relationship between the inlet pressure, the apparent exhaust amount, and the required power corresponding to the first comparative example.
〔比較例２〕
実施例２と同様に、二連型真空ポンプ装置Ｙ２の第１真空ポンプ４０Ａの排気量を１４，８００ｍ3／ｈとし、第２真空ポンプの排気量を１４，１００ｍ3/ｈのルーツポンプにして直列に連結し、ガス温度４０℃のときに、実施例２と同様の構成を有するガス精製システムＸ１を使用して、図４に示す吸着工程、減圧再生工程、および復圧工程からなる１サイクル（ステップ１〜４）を吸着塔１０Ａ，１０Ｂのそれぞれにて繰り返すことにより、原料ガスたる空気から酸素を取得した。本比較例では、ＰＳＡ装置Ｙ１の原料ブロア２１による空気の供給量は実施例２と同様に８，３００Ｎｍ3／ｈとし、吸着工程にある吸着塔１０Ａ、１０Ｂの内部圧力を最大４０ｋＰaＧとした。また、吸着塔１０Ａ，１０Ｂについての減圧再生工程では末期圧力は−７２ｋＰａＧとなった。バイパス弁６１の開状態から閉状態への切り替えは図８のように減圧再生時間が１５秒経過したときにバイパス弁６１が開から閉となるように設定した。そのときの吸気口の圧力は−５０ｋＰaＧを示していた。復圧工程にある吸着塔１０Ａ、１０Ｂについては、その内部圧力を大気圧まで復帰させた。
[Comparative Example 2]
As in the second embodiment, the first vacuum pump 40A of the double vacuum pump device Y2 has a displacement of 14,800 m 3 / h, and the second vacuum pump has a displacement of 14,100 m 3 / h. 1 consisting of an adsorption process, a decompression regeneration process, and a decompression process shown in FIG. 4 using a gas purification system X1 having the same configuration as in Example 2 when the gas temperature is 40 ° C. By repeating the cycle (steps 1 to 4) in each of the adsorption towers 10A and 10B, oxygen was obtained from the air as the raw material gas. In this comparative example, the amount of air supplied by the raw material blower 21 of the PSA apparatus Y1 was 8,300 Nm 3 / h, as in Example 2, and the internal pressure of the adsorption towers 10A, 10B in the adsorption process was 40 kPaG at maximum. Further, in the reduced pressure regeneration process for the adsorption towers 10A and 10B, the final pressure was -72 kPaG. The switching from the open state to the closed state of the bypass valve 61 was set so that the bypass valve 61 was closed from the open state when the decompression regeneration time was 15 seconds as shown in FIG. The pressure at the intake port at that time was -50 kPaG. About the adsorption towers 10A and 10B in the pressure-reducing step, the internal pressure was returned to atmospheric pressure.
二連型真空ポンプ装置Ｙ２については、具体的には次のように減圧稼動させた。吸気口４１の圧力が減圧再生工程の開始時から１５秒間、ほぼ大気圧から−５０ｋＰａＧに至る間、バイパスライン６０の開閉弁６１を開状態として、その後、開閉弁６１を強制的に開状態から閉状態へと切り替えて両真空ポンプ４０Ａ，４０Ｂを完全直列状態としたうえで、二連型真空ポンプ装置Ｙ２の減圧稼動を継続した。その結果真空ポンプの平均積算所要動力は２２４ｋｗとなり、吸気口４１側の圧力検出器８０で制御しない場合より１１ｋｗ増加した。 Specifically, the dual vacuum pump device Y2 was operated under reduced pressure as follows. The on-off valve 61 of the bypass line 60 is opened for about 15 seconds from the start of the decompression regeneration process until the pressure of the intake port 41 reaches from −50 kPaG, and then the on-off valve 61 is forced from the open state. After switching to the closed state and putting both vacuum pumps 40A and 40B into a complete series state, the pressure reduction operation of the double vacuum pump device Y2 was continued. As a result, the average integrated power requirement of the vacuum pump was 224 kW, which was 11 kW higher than when not controlled by the pressure detector 80 on the intake port 41 side.
なお、この比較例２に対応する吸気口圧力、見掛け排気量及び所要動力の関係を図７のグラフに示している。 In addition, the graph of FIG. 7 shows the relationship between the inlet pressure, the apparent exhaust amount, and the required power corresponding to the comparative example 2.
Ｘ１， ガス精製システム
Ｙ１ ＰＳＡ装置
Ｙ２ 二連型真空ポンプ装置
Ｙ３ 消音器
１０Ａ，１０Ｂ 吸着塔
２１ 原料ブロワ
２２ タンク
４０Ａ，４０Ｂ 真空ポンプ
４０ａ ケーシング
４０ｂ ロータ
４１ 吸気口
４２ 排気口
５１ モータ
５２ 連結ライン
６０ バイパスライン
６１ 開閉弁
８０ 圧力検出器
Ｚ１ バッファー管
X1, Gas purification system Y1 PSA device Y2 Double vacuum pump device Y3 Silencer 10A, 10B Adsorption tower 21 Raw material blower 22 Tank 40A, 40B Vacuum pump 40a Casing 40b Rotor 41 Inlet 42 Exhaust 51 Motor 52 Connection line 60 Bypass Line 61 On-off valve 80 Pressure detector Z1 Buffer pipe
Claims (4)
吸気口および排気口を有するとともに、前記第１真空ポンプよりも排気量が小さい第２真空ポンプと、
前記第１真空ポンプの前記排気口および前記第２真空ポンプの前記吸気口の間を連結する連結ラインと、
前記連結ラインに接続された第１端部およびガスを外部に排出するための第２端部を有するバイパスラインと、
前記バイパスラインにおける前記第１端部および前記第２端部の間に配置された開閉弁と、
前記第１真空ポンプの前記吸気口の近傍の圧力を検出する圧力検出器と、を備え、
前記圧力検出器により検出した圧力が所定の閾値になったときに、前記開閉弁が開閉されるように構成されており、前記所定の閾値は、前記連結ラインにおける圧力が大気圧となる値に設定されている、二連型真空ポンプ装置。 A positive displacement first vacuum pump having an inlet and an outlet;
A second vacuum pump having an intake port and an exhaust port and having a smaller displacement than the first vacuum pump ;
A connection line connecting between the exhaust port of the first vacuum pump and the intake port of the second vacuum pump;
A bypass line having a first end connected to the connecting line and a second end for discharging gas to the outside ;
An on-off valve disposed between the first end and the second end of the bypass line;
A pressure detector for detecting a pressure in the vicinity of the intake port of the first vacuum pump,
The on-off valve is configured to open and close when the pressure detected by the pressure detector reaches a predetermined threshold, and the predetermined threshold is a value at which the pressure in the connection line becomes atmospheric pressure. A set of dual vacuum pump devices.
前記圧力検出器により前記第１真空ポンプの前記吸気口の近傍の圧力を検出し、
前記圧力検出器により検出した圧力が所定の閾値になったときに、前記開閉弁が開閉されるように構成されており、前記所定の閾値は、前記連結ラインにおける圧力が大気圧となる値に設定されている、二連型真空ポンプ装置の制御方法。 A control method for a dual vacuum pump device according to claim 1 or 2,
Detecting the pressure in the vicinity of the inlet of the first vacuum pump by the pressure detector;
The on-off valve is configured to open and close when the pressure detected by the pressure detector reaches a predetermined threshold, and the predetermined threshold is a value at which the pressure in the connection line becomes atmospheric pressure. A control method for the dual vacuum pump device that is set .
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