JPH08312584A - 遠心圧縮機を使用する吸着装置及び方法 - Google Patents
遠心圧縮機を使用する吸着装置及び方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 圧力スイング吸着又は真空スイング吸着によ
り気体混合物から構成成分を分離するのに使用される圧
力容器におけるサイクルの排気部分の間に遠心圧縮機を
使用するための方法と装置を提供する。 【解決手段】 サイクルの排気部分を開始する際に圧縮
機のモーターへのエネルギー供給を最小にして、圧縮機
の回転速度がその圧縮機についての効率的な圧縮比に合
致するまで（図中の点Ｂに至るまで）吸着気体成分との
接触により圧縮機を減速させ、次いでモーターに再度エ
ネルギーを供給して、圧縮機の回転速度をこの圧縮機を
またぐ最高出口圧力対入口圧力比に到達するまで（点Ｃ
に至るまで）この圧縮機についての最高効率曲線に従っ
て上昇させる。
り気体混合物から構成成分を分離するのに使用される圧
力容器におけるサイクルの排気部分の間に遠心圧縮機を
使用するための方法と装置を提供する。 【解決手段】 サイクルの排気部分を開始する際に圧縮
機のモーターへのエネルギー供給を最小にして、圧縮機
の回転速度がその圧縮機についての効率的な圧縮比に合
致するまで（図中の点Ｂに至るまで）吸着気体成分との
接触により圧縮機を減速させ、次いでモーターに再度エ
ネルギーを供給して、圧縮機の回転速度をこの圧縮機を
またぐ最高出口圧力対入口圧力比に到達するまで（点Ｃ
に至るまで）この圧縮機についての最高効率曲線に従っ
て上昇させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、遠心圧縮機に関
し、また圧力容器を排気するための手段として遠心圧縮
機を使用することに関する。
し、また圧力容器を排気するための手段として遠心圧縮
機を使用することに関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】気体混
合物から種々の成分を分離するのに、例えば空気から酸
素を分離するのに、工業的には吸着法が用いられている
ことは周知である。現在は、二つの主要な方法が用いら
れている。これらは圧力スイング吸着（ＰＳＡ）法と真
空スイング吸着（ＶＳＡ）法である。圧力スイング吸着
は、周囲よりはるかに高い圧力での吸収（供給）工程と
周囲により近い圧力での脱着を用いて実施される。圧力
スイング吸着法は、空気から酸素を分離するために使用
する場合には、酸素の回収率が低く且つ供給系統全体を
吸着圧力まで圧縮しなくてはならないので、エネルギー
消費量が多くなりやすい。圧力スイング吸着法の不効率
は、真空スイング吸着を使用することによりある程度回
避されあるいは最小限にされる。真空スイング吸着法に
おいては、吸着は周囲圧力に近い圧力で行われ、そして
吸着速度の復活は部分真空（ｓｕｂ−ａｔｍｏｓｐｈｅ
ｒｉｃ）圧力のレベルで行われる。吸着剤床は、酸素の
回収率を上昇させることと製品ガスの単位当たりの吸着
剤在庫量を減らすことを主目的としていくつかの二次的
な工程にかけられる。
合物から種々の成分を分離するのに、例えば空気から酸
素を分離するのに、工業的には吸着法が用いられている
ことは周知である。現在は、二つの主要な方法が用いら
れている。これらは圧力スイング吸着（ＰＳＡ）法と真
空スイング吸着（ＶＳＡ）法である。圧力スイング吸着
は、周囲よりはるかに高い圧力での吸収（供給）工程と
周囲により近い圧力での脱着を用いて実施される。圧力
スイング吸着法は、空気から酸素を分離するために使用
する場合には、酸素の回収率が低く且つ供給系統全体を
吸着圧力まで圧縮しなくてはならないので、エネルギー
消費量が多くなりやすい。圧力スイング吸着法の不効率
は、真空スイング吸着を使用することによりある程度回
避されあるいは最小限にされる。真空スイング吸着法に
おいては、吸着は周囲圧力に近い圧力で行われ、そして
吸着速度の復活は部分真空（ｓｕｂ−ａｔｍｏｓｐｈｅ
ｒｉｃ）圧力のレベルで行われる。吸着剤床は、酸素の
回収率を上昇させることと製品ガスの単位当たりの吸着
剤在庫量を減らすことを主目的としていくつかの二次的
な工程にかけられる。
【０００３】米国特許第４５６１８６５号明細書に、従
来技術の圧力スイング吸着法が説明されている。
来技術の圧力スイング吸着法が説明されている。
【０００４】通常の圧力スイング吸着法と真空スイング
吸着法は、流体の圧縮のためかあるいは吸着容器の排気
のために容積式圧縮機及び送風機を使用する。通常のこ
れらの機械類は典型的に、当該技術分野で知られている
遠心圧縮機よりも効率が低くて維持費が高い。過去にお
いては、圧力スイング吸着及び真空スイング吸着装置の
ために遠心圧縮機を利用しようとする試みは、入口案内
羽根のある又はそれらのない固定速度の遠心圧縮機に依
存していた。ところが、固定速度で運転する遠心圧縮機
は本質的に、圧力比が劇的にあるいはダイナミックに変
わる場合には低い方の圧力比での効率が低い。
吸着法は、流体の圧縮のためかあるいは吸着容器の排気
のために容積式圧縮機及び送風機を使用する。通常のこ
れらの機械類は典型的に、当該技術分野で知られている
遠心圧縮機よりも効率が低くて維持費が高い。過去にお
いては、圧力スイング吸着及び真空スイング吸着装置の
ために遠心圧縮機を利用しようとする試みは、入口案内
羽根のある又はそれらのない固定速度の遠心圧縮機に依
存していた。ところが、固定速度で運転する遠心圧縮機
は本質的に、圧力比が劇的にあるいはダイナミックに変
わる場合には低い方の圧力比での効率が低い。
【０００５】圧力スイング吸着装置及び真空スイング吸
着装置で現在使用されている容積式送風機は、三つの主
要な欠点を示す。第一に、容積式送風機は単一の設計点
において遠心圧縮機と比べて低い効率を示し、この効率
の差は場合によっては１５％ほどになる。容積式送風機
は、圧力の脈動、高い騒音レベルを含めて問題が生じや
すく、また機械的に故障しやすい。最後に、容積式送風
機の出口と入口との圧力比が大きい場合には、二つの直
列の容積式送風機が必要とされ、これらの送風機の内部
シールと冷却のために容積式送風機内のガスへ水が注入
される。水の注入を使用することは、水の費用のためと
水を容積式送風機の排気から分離することが必要なため
に、装置の総体的な経費を増加させる。
着装置で現在使用されている容積式送風機は、三つの主
要な欠点を示す。第一に、容積式送風機は単一の設計点
において遠心圧縮機と比べて低い効率を示し、この効率
の差は場合によっては１５％ほどになる。容積式送風機
は、圧力の脈動、高い騒音レベルを含めて問題が生じや
すく、また機械的に故障しやすい。最後に、容積式送風
機の出口と入口との圧力比が大きい場合には、二つの直
列の容積式送風機が必要とされ、これらの送風機の内部
シールと冷却のために容積式送風機内のガスへ水が注入
される。水の注入を使用することは、水の費用のためと
水を容積式送風機の排気から分離することが必要なため
に、装置の総体的な経費を増加させる。
【０００６】遠心圧縮機を使用するに当たってのただ一
つの最大の問題は、圧力比を効率的に低下させることが
困難なことである。遠心圧縮機を使用する場合、最高真
空（ｆｕｌｌ ｖａｃｕｕｍ）での真空スイング吸着の
節約と効率は低真空の期間中に失われる。真空レベルの
範囲を遠心圧縮機が効率的であるところに広げるため予
旋回装置として働くように入口圧縮機に案内羽根を取り
付けることにより遠心圧縮機の高い効率の範囲を増やす
ことが提案されている。この装置は、流量を減少させる
のに効率的な装置として働くが、圧力比を下げるために
は働かない。そのような技術は、米国特許第４６４６５
３４号及び同第４６８６８３４号明細書に開示されたよ
うに冷凍産業において、そしてまた空気分離のような他
の装置産業で使用されている。
つの最大の問題は、圧力比を効率的に低下させることが
困難なことである。遠心圧縮機を使用する場合、最高真
空（ｆｕｌｌ ｖａｃｕｕｍ）での真空スイング吸着の
節約と効率は低真空の期間中に失われる。真空レベルの
範囲を遠心圧縮機が効率的であるところに広げるため予
旋回装置として働くように入口圧縮機に案内羽根を取り
付けることにより遠心圧縮機の高い効率の範囲を増やす
ことが提案されている。この装置は、流量を減少させる
のに効率的な装置として働くが、圧力比を下げるために
は働かない。そのような技術は、米国特許第４６４６５
３４号及び同第４６８６８３４号明細書に開示されたよ
うに冷凍産業において、そしてまた空気分離のような他
の装置産業で使用されている。
【０００７】とは言え、過去においては、変速駆動（Ｖ
ＳＤ）遠心圧縮機は、通常は温度制御といったようなゆ
っくり変化する環境において、用いられていた。冷凍又
は寒冷（ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ）のための変速駆
動圧縮機は、米国特許第４４１７４５２号、同第４８９
３４７９号、同第５１２３０８０号及び同第５２１４３
６７号明細書に示されており、これらの特許明細書には
圧縮機を可変周波数で駆動する種々の方法が開示されて
いる。刊行された国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ９４／０１
０４１号パンフレットにも、圧縮機とともに使用するた
めの可変速モーターが開示されている。
ＳＤ）遠心圧縮機は、通常は温度制御といったようなゆ
っくり変化する環境において、用いられていた。冷凍又
は寒冷（ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ）のための変速駆
動圧縮機は、米国特許第４４１７４５２号、同第４８９
３４７９号、同第５１２３０８０号及び同第５２１４３
６７号明細書に示されており、これらの特許明細書には
圧縮機を可変周波数で駆動する種々の方法が開示されて
いる。刊行された国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ９４／０１
０４１号パンフレットにも、圧縮機とともに使用するた
めの可変速モーターが開示されている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】真空スイング吸着（ＶＳ
Ａ）又は圧力スイング吸着（ＰＳＡ）装置においてガス
を圧縮及び／又は排気するために、可変周波数駆動装置
を備えたモーター駆動の遠心圧縮機を使用することがで
きる。可変周波数駆動（ＶＦＤ）装置は、圧縮機の速度
を追跡するように、あるいは圧縮機の速度が減速するに
つれてモーターへのエネルギー（電流）投入量を最小限
にしながらその速度低下に追随するように設計されなく
てはならない。圧力スイング吸着と真空スイング吸着の
サイクルは、非常に高い圧力比（圧縮機の出口圧力対入
口圧力）から非常に低い圧力比まで短い時間で切り替わ
る。サイクルが最高の圧力比を要求する場合には、モー
ター／圧縮機の速度は可変周波数駆動装置を使用するこ
とで最大にされる。サイクルが低い圧力比を要求する場
合には、モーター／圧縮機の速度は可変周波数駆動装置
の出力を低周波数に調節することにより最小にされる。
最高速度から最低速度まで短い時間内で変えることは、
可変周波数駆動装置からモーターへの利用できるエネル
ギーを低い値あるいはゼロまで低下させて、プロセスガ
スをモーター／圧縮機の回転部品のためのブレーキとし
て働くようにさせることによってなされる。速度の上昇
は、可変周波数駆動装置の標準的な制御を利用して行う
ことができる。
Ａ）又は圧力スイング吸着（ＰＳＡ）装置においてガス
を圧縮及び／又は排気するために、可変周波数駆動装置
を備えたモーター駆動の遠心圧縮機を使用することがで
きる。可変周波数駆動（ＶＦＤ）装置は、圧縮機の速度
を追跡するように、あるいは圧縮機の速度が減速するに
つれてモーターへのエネルギー（電流）投入量を最小限
にしながらその速度低下に追随するように設計されなく
てはならない。圧力スイング吸着と真空スイング吸着の
サイクルは、非常に高い圧力比（圧縮機の出口圧力対入
口圧力）から非常に低い圧力比まで短い時間で切り替わ
る。サイクルが最高の圧力比を要求する場合には、モー
ター／圧縮機の速度は可変周波数駆動装置を使用するこ
とで最大にされる。サイクルが低い圧力比を要求する場
合には、モーター／圧縮機の速度は可変周波数駆動装置
の出力を低周波数に調節することにより最小にされる。
最高速度から最低速度まで短い時間内で変えることは、
可変周波数駆動装置からモーターへの利用できるエネル
ギーを低い値あるいはゼロまで低下させて、プロセスガ
スをモーター／圧縮機の回転部品のためのブレーキとし
て働くようにさせることによってなされる。速度の上昇
は、可変周波数駆動装置の標準的な制御を利用して行う
ことができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１は、真空スイング吸着装置に
適用された本発明を例示している。図１の１０の装置に
おいて、１２と１４は当該技術分野で周知の複式吸着床
を表している。吸着床１２と１４は、気体の入口導管１
６及び１８を有し、これらにはそれぞれ、床１２及び１
４への入口供給原料（例えば空気）を制御するために入
口制御弁２０、２２が設けられている。床１２と１４
は、排気弁２８と３０でそれぞれ制御される出口導管２
４、２６を経由して排気することができる。製品出口導
管３２、３４は、製品（例えば酸素）を導管３７を経由
して貯蔵容器又は更に処理を行ってそこから最終製品流
４０を得ることができる容器３９へ導くことができるよ
うに、それぞれ製品出口弁３６、３８により制御され
る。導管３２と３４の間には、制御弁４６、４８をそれ
ぞれ伴った均圧導管４２、４４がある。これらの機能は
当業者に知られているものであって、ここで更に詳しく
説明する必要はない。
適用された本発明を例示している。図１の１０の装置に
おいて、１２と１４は当該技術分野で周知の複式吸着床
を表している。吸着床１２と１４は、気体の入口導管１
６及び１８を有し、これらにはそれぞれ、床１２及び１
４への入口供給原料（例えば空気）を制御するために入
口制御弁２０、２２が設けられている。床１２と１４
は、排気弁２８と３０でそれぞれ制御される出口導管２
４、２６を経由して排気することができる。製品出口導
管３２、３４は、製品（例えば酸素）を導管３７を経由
して貯蔵容器又は更に処理を行ってそこから最終製品流
４０を得ることができる容器３９へ導くことができるよ
うに、それぞれ製品出口弁３６、３８により制御され
る。導管３２と３４の間には、制御弁４６、４８をそれ
ぞれ伴った均圧導管４２、４４がある。これらの機能は
当業者に知られているものであって、ここで更に詳しく
説明する必要はない。
【００１０】入口圧縮機５０は、入口ガス流、例えば空
気を導管５２を経由して吸入してこの供給原料流を主導
管５４とそれぞれ弁２０及び２２で制御される入口導管
１２及び１４とにより床１２及び１４へ導入するため圧
縮するのに使用される。
気を導管５２を経由して吸入してこの供給原料流を主導
管５４とそれぞれ弁２０及び２２で制御される入口導管
１２及び１４とにより床１２及び１４へ導入するため圧
縮するのに使用される。
【００１１】本発明によれば、主排気導管５６と排気弁
２８、３０によりそれぞれ制御される分岐排気導管２
４、２６とを通して床１２及び１４を排気するために、
遠心圧縮機６０が使用される。床１２及び１４からの排
気は、当該技術分野でよく知られているように、導管５
８を経由して大気へ、あるいは更に処理を行う容器へ導
くことができる。
２８、３０によりそれぞれ制御される分岐排気導管２
４、２６とを通して床１２及び１４を排気するために、
遠心圧縮機６０が使用される。床１２及び１４からの排
気は、当該技術分野でよく知られているように、導管５
８を経由して大気へ、あるいは更に処理を行う容器へ導
くことができる。
【００１２】本発明による圧縮機６０は、モーターとエ
ネルギー源との間に配置された可変周波数駆動装置を備
えた電気モーター駆動の遠心圧縮機である。この可変周
波数駆動（ＶＦＤ）装置は、下記において更に十分に説
明されるように、圧縮機のホイールが減速するにつれて
圧縮機の速度に追随するように構成されなくてはならな
い。
ネルギー源との間に配置された可変周波数駆動装置を備
えた電気モーター駆動の遠心圧縮機である。この可変周
波数駆動（ＶＦＤ）装置は、下記において更に十分に説
明されるように、圧縮機のホイールが減速するにつれて
圧縮機の速度に追随するように構成されなくてはならな
い。
【００１３】図１の装置において、成分を分離しようと
するガス混合物（例えば空気、そしてこの場合の分離し
ようとする成分は例えば酸素である）は導管５２を通し
て周囲圧力（１４．７ｐｓｉａ（１０１ｋＰａ（絶対
圧））で入口圧縮機５０に導入される。このプロセスガ
スはおよそ２０ｐｓｉａ（１３８ｋＰａ（絶対圧））の
圧力まで昇圧され、導管５４と弁２０及び導管１６を経
由して第一の吸着床１２へ送られる。サイクルのこの時
点では、弁２８、２２及び３８は標準的に閉じられてい
る。連続式の運転では、床１４は導管１８、２６及び弁
３０を通して導管５６と排気圧縮機６０へ減圧排気され
る。排気圧縮機６０は、約１気圧（１４．７ｐｓｉａ
（１０１ｋＰａ（絶対圧））で導管５８の出口流を供給
する。
するガス混合物（例えば空気、そしてこの場合の分離し
ようとする成分は例えば酸素である）は導管５２を通し
て周囲圧力（１４．７ｐｓｉａ（１０１ｋＰａ（絶対
圧））で入口圧縮機５０に導入される。このプロセスガ
スはおよそ２０ｐｓｉａ（１３８ｋＰａ（絶対圧））の
圧力まで昇圧され、導管５４と弁２０及び導管１６を経
由して第一の吸着床１２へ送られる。サイクルのこの時
点では、弁２８、２２及び３８は標準的に閉じられてい
る。連続式の運転では、床１４は導管１８、２６及び弁
３０を通して導管５６と排気圧縮機６０へ減圧排気され
る。排気圧縮機６０は、約１気圧（１４．７ｐｓｉａ
（１０１ｋＰａ（絶対圧））で導管５８の出口流を供給
する。
【００１４】空気分離装置の場合には、容器１２内に収
容され第一の吸着床へ導入された空気は、この床に吸着
された窒素と製品として送り出される導管３２の酸素と
になる。
容され第一の吸着床へ導入された空気は、この床に吸着
された窒素と製品として送り出される導管３２の酸素と
になる。
【００１５】容器１２内の床が窒素で飽和される点に近
づきそしてそれを脱着しなくてはならなくなったら、下
記で説明するように、圧縮機６０を非常に高い圧力比
（出口圧力対入口圧力）で運転する。当該技術分野で周
知のように、床１２が最大限飽和する直前に、入口弁２
０を閉じそして入口弁２２を開放する。同時に、床１４
が空気から酸素を分離し始めることができ且つ床１２が
減圧排気により窒素を脱着することができるように、排
気弁３０を閉じ、そして排気弁２８を開放する。弁２
０、２２、２８及び３０を切り換えるのと同時に、圧縮
機６０用のモーターへのエネルギーを最小限にする。こ
れは、可変周波数駆動装置がモーターへのエネルギー投
入量を最小限にするかあるいはエネルギーの投入を完全
に停止することによりなされる。圧縮機ホイールを駆動
するモーターへのエネルギー投入量を最小限にすること
により、駆動モーターのために利用できるエネルギーを
低下させそして床から排気されるガス流をモーター／圧
縮機の回転部品のためのブレーキとして働かせること
で、圧縮機ホイールの速度を最高の圧力比で必要とされ
る最大値から最小値まで短時間のうちに変更することが
できる。
づきそしてそれを脱着しなくてはならなくなったら、下
記で説明するように、圧縮機６０を非常に高い圧力比
（出口圧力対入口圧力）で運転する。当該技術分野で周
知のように、床１２が最大限飽和する直前に、入口弁２
０を閉じそして入口弁２２を開放する。同時に、床１４
が空気から酸素を分離し始めることができ且つ床１２が
減圧排気により窒素を脱着することができるように、排
気弁３０を閉じ、そして排気弁２８を開放する。弁２
０、２２、２８及び３０を切り換えるのと同時に、圧縮
機６０用のモーターへのエネルギーを最小限にする。こ
れは、可変周波数駆動装置がモーターへのエネルギー投
入量を最小限にするかあるいはエネルギーの投入を完全
に停止することによりなされる。圧縮機ホイールを駆動
するモーターへのエネルギー投入量を最小限にすること
により、駆動モーターのために利用できるエネルギーを
低下させそして床から排気されるガス流をモーター／圧
縮機の回転部品のためのブレーキとして働かせること
で、圧縮機ホイールの速度を最高の圧力比で必要とされ
る最大値から最小値まで短時間のうちに変更することが
できる。
【００１６】弁が切り換わる直前の瞬間では、圧縮機６
０の圧力比は窒素を脱着するために必要な容器の真空レ
ベルと出口の大気圧力のために高いものである。このと
きに、圧縮機の速度は最大限になる。
０の圧力比は窒素を脱着するために必要な容器の真空レ
ベルと出口の大気圧力のために高いものである。このと
きに、圧縮機の速度は最大限になる。
【００１７】弁が切り換わった直後の瞬間には、他方の
容器１２が約２０ｐｓｉａ（１３８ｋＰａ（絶対圧））
で吸着モードにあったので圧縮機の圧力比は低くなる。
弁が切り換わるのとほぼ同じ時に、可変周波数駆動装置
はある電流／エネルギー／周波数源から最小電流／エネ
ルギー源あるいは無電流／エネルギー源にモード変更す
る。可変周波数駆動装置からのエネルギーを最小限にす
ることにより、圧縮機／モーターはより遅い速度まで速
やかに減速する。容器１４からの排気ガスは、圧縮機を
遅くするためのブレーキとして利用される。圧縮機の速
度がそれの一番効率的な点における圧力比に合致する
と、可変周波数駆動装置は「再始動」してエネルギー／
電流を供給する。
容器１２が約２０ｐｓｉａ（１３８ｋＰａ（絶対圧））
で吸着モードにあったので圧縮機の圧力比は低くなる。
弁が切り換わるのとほぼ同じ時に、可変周波数駆動装置
はある電流／エネルギー／周波数源から最小電流／エネ
ルギー源あるいは無電流／エネルギー源にモード変更す
る。可変周波数駆動装置からのエネルギーを最小限にす
ることにより、圧縮機／モーターはより遅い速度まで速
やかに減速する。容器１４からの排気ガスは、圧縮機を
遅くするためのブレーキとして利用される。圧縮機の速
度がそれの一番効率的な点における圧力比に合致する
と、可変周波数駆動装置は「再始動」してエネルギー／
電流を供給する。
【００１８】減速線は圧縮機の回転部品の慣性に依存
し、そしてそれは圧縮機が異なれば異なるが、圧縮機が
製作されてしまえば決定することができる。最高効率線
も、圧縮機が製作されてから決定される。図２は、典型
的な減速曲線と最高効率曲線を検討する代表的な図であ
る。図２のｘ軸は時間を表すこともできる。
し、そしてそれは圧縮機が異なれば異なるが、圧縮機が
製作されてしまえば決定することができる。最高効率線
も、圧縮機が製作されてから決定される。図２は、典型
的な減速曲線と最高効率曲線を検討する代表的な図であ
る。図２のｘ軸は時間を表すこともできる。
【００１９】図２を参照すれば、点Ａは、圧縮機が床１
４を排気するために最高の圧力比を得るのに必要とされ
る１００％の最高速度で回転しているところである。弁
が切り換わりそして圧縮機のためのモーターへのエネル
ギーが絶たれると、圧縮機は減速曲線に沿って、減速曲
線が所定の圧縮機についての最高効率曲線と交差する点
Ｂに達するまで減速する。この時点で、モーターは再び
エネルギーを供給され、そして圧縮機の速度は可変周波
数駆動装置を使用することにより最高効率線に沿って、
この曲線上の点Ｃである１００％の最高速度に再び到達
するまで上昇する。図２に示されたように、圧縮機の入
口圧力は弁が切り換わる直前はおよそ５ｐｓｉａ（３４
ｋＰａ（絶対圧））であり、点Ａにある。切り換え直後
は、圧縮機の入口圧力はおよそ１５ｐｓｉａ（１０３ｋ
Ｐａ（絶対圧））、あるいは１の圧力比であることが分
かる。圧縮機への入口圧力は、圧縮機とモーターの減速
量による容器の排気のために低下する。点Ｂで、圧縮機
の速度と圧力比は最高効率線に沿って合致し、そこで可
変周波数駆動装置がエネルギーを再投入する。点Ｂと点
Ｃの間の運転は、速度を上昇させることで通常のやり方
でもって行われる。床１４を脱着しようとする時点で、
弁２２と２８が閉じ、弁２０と３０が開いて、サイクル
が繰り返される。
４を排気するために最高の圧力比を得るのに必要とされ
る１００％の最高速度で回転しているところである。弁
が切り換わりそして圧縮機のためのモーターへのエネル
ギーが絶たれると、圧縮機は減速曲線に沿って、減速曲
線が所定の圧縮機についての最高効率曲線と交差する点
Ｂに達するまで減速する。この時点で、モーターは再び
エネルギーを供給され、そして圧縮機の速度は可変周波
数駆動装置を使用することにより最高効率線に沿って、
この曲線上の点Ｃである１００％の最高速度に再び到達
するまで上昇する。図２に示されたように、圧縮機の入
口圧力は弁が切り換わる直前はおよそ５ｐｓｉａ（３４
ｋＰａ（絶対圧））であり、点Ａにある。切り換え直後
は、圧縮機の入口圧力はおよそ１５ｐｓｉａ（１０３ｋ
Ｐａ（絶対圧））、あるいは１の圧力比であることが分
かる。圧縮機への入口圧力は、圧縮機とモーターの減速
量による容器の排気のために低下する。点Ｂで、圧縮機
の速度と圧力比は最高効率線に沿って合致し、そこで可
変周波数駆動装置がエネルギーを再投入する。点Ｂと点
Ｃの間の運転は、速度を上昇させることで通常のやり方
でもって行われる。床１４を脱着しようとする時点で、
弁２２と２８が閉じ、弁２０と３０が開いて、サイクル
が繰り返される。
【００２０】図３を参照して、本発明を別のやり方で説
明する。この図には、圧縮機６０のサイクルが、毎分当
たりの実際の立方フィートの割合（％ＡＣＦＭ）で表し
た流量に対して圧力比の割合をプロットして示されてい
る。図３に示されたように、点Ａは、所定の吸着床につ
いて入口弁と排気弁を切り換える直前の圧縮機の最高圧
力比と最高速度に対応している。これらの弁が切り換わ
る時点で、モーターへのエネルギーは可変周波数駆動装
置を介して絶たれあるいは最小限にされる。圧縮機は、
即座に、点Ａ1 で約１．０の圧力比になることが分か
る。この時点で、圧縮機の回転部品は圧縮機内のガスの
ブレーキ作用のために減速し始め、図３の点Ａ1 と点Ｂ
の間の線に沿って流量が減少しながら減速が進行する。
圧縮機の最高効率線に沿った点でのより遅い圧縮機速度
と低い圧力比において、モーターへエネルギーがもう一
度加えられて、圧縮機ホイールの速度は再び点Ａに到達
するまで最高効率線に沿って上昇する。点Ｂは、モータ
ーに再度エネルギーが供給されときに圧縮機のサージン
グ起きるであろう点よりも下の点にある。
明する。この図には、圧縮機６０のサイクルが、毎分当
たりの実際の立方フィートの割合（％ＡＣＦＭ）で表し
た流量に対して圧力比の割合をプロットして示されてい
る。図３に示されたように、点Ａは、所定の吸着床につ
いて入口弁と排気弁を切り換える直前の圧縮機の最高圧
力比と最高速度に対応している。これらの弁が切り換わ
る時点で、モーターへのエネルギーは可変周波数駆動装
置を介して絶たれあるいは最小限にされる。圧縮機は、
即座に、点Ａ1 で約１．０の圧力比になることが分か
る。この時点で、圧縮機の回転部品は圧縮機内のガスの
ブレーキ作用のために減速し始め、図３の点Ａ1 と点Ｂ
の間の線に沿って流量が減少しながら減速が進行する。
圧縮機の最高効率線に沿った点でのより遅い圧縮機速度
と低い圧力比において、モーターへエネルギーがもう一
度加えられて、圧縮機ホイールの速度は再び点Ａに到達
するまで最高効率線に沿って上昇する。点Ｂは、モータ
ーに再度エネルギーが供給されときに圧縮機のサージン
グ起きるであろう点よりも下の点にある。
【００２１】ガスのブレーキ作用による圧縮機の最低速
度は、二つのやり方で調節することができる。回転部品
のための慣性モーメントを上昇又は低下させて最低速度
を決定することができ、あるいはより短い時間間隔で可
変周波数駆動装置にエネルギーを再供給することができ
る。
度は、二つのやり方で調節することができる。回転部品
のための慣性モーメントを上昇又は低下させて最低速度
を決定することができ、あるいはより短い時間間隔で可
変周波数駆動装置にエネルギーを再供給することができ
る。
【００２２】以上のとおり本発明を説明したが、ここに
記載された本発明の範囲は特許請求の範囲に示されてい
る。
記載された本発明の範囲は特許請求の範囲に示されてい
る。
【図１】複式の吸着床を利用する典型的な真空スイング
吸着装置の概略図である。
吸着装置の概略図である。
【図２】本発明の方法と装置を説明するために使用す
る、入口圧力に対して圧縮機ホイールの最高回転速度の
割合をプロットしたグラフである。
る、入口圧力に対して圧縮機ホイールの最高回転速度の
割合をプロットしたグラフである。
【図３】本発明の方法と装置を説明するために使用す
る、流量に対して圧力比（圧縮機をまたぐ入口圧力対出
口圧力）の割合をプロットしたグラフである。
る、流量に対して圧力比（圧縮機をまたぐ入口圧力対出
口圧力）の割合をプロットしたグラフである。
１２、１４…吸着床 ２０、２２…入口制御弁 ２８、３０…排気弁 ３６、３８…製品出口弁 ３９…容器 ５０…入口圧縮機 ６０…排気圧縮機
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョセフ ジェラード ウィールマン アメリカ合衆国，ペンシルバニア 18062, マカンジー，サウス ピューター ドライ ブ 2362 (72)発明者 スティーブン ジョン キング イギリス国，ファーナム サーレイ，チャ ート，ヘイル ハウス レーン，ブランド ール（番地なし) (72)発明者 カルウォント シン バーディ イギリス国，ミドルセックス エイチエー 29エヌオー，ハロウ，レイナーズ レー ン，キャプスローン アベニュ，58
Claims (10)
- 【請求項１】 下記の工程（ａ）〜（ｄ）を含む、遠心
圧縮機を最高の出口圧力対入口圧力比と低い出口圧力対
入口圧力比との間でサイクル運転する方法。 （ａ）当該遠心圧縮機の圧縮機ホイールを駆動するのに
使用するモーターを制御するための装置であって、当該
モーターへ供給されるエネルギーをこの圧縮機ホイール
が必要とする回転速度に対して合致させるため調節され
る可変周波数駆動装置を取り付ける工程 （ｂ）当該圧縮機を最高の圧力比を維持するのに必要と
される最高の回転速度で所定の時間運転する工程 （ｃ）当該モーターへのエネルギーの投入量を最小限に
して、当該圧縮機ホイールの回転速度がサイクルの圧力
比が当該圧縮機の効率的な圧縮比に合致する点まで低下
する低い点に至るまで当該圧縮機ホイールを減速させる
工程 （ｄ）当該モーターへ再びエネルギーを供給して、当該
圧縮機についての最高効率線に従って当該圧縮機ホイー
ルの回転速度を当該最高圧力比に達するまで上昇させる
工程 - 【請求項２】 前記モーターへのエネルギーを連続的に
エネルギー投入量を減少させることで最小にして、モー
ターが前記圧縮機の減速に合致するようにする、請求項
１記載の方法。 - 【請求項３】 前記モーターへのエネルギーの投入を、
前記減速がその低速点に達するまで当該モーターへのエ
ネルギーの投入を停止することで最小にする、請求項１
記載の方法。 - 【請求項４】 真空スイング吸着又は圧力スイング吸着
により気体の供給原料流の構成成分を分離するための装
置であり、吸着媒体を入れた少なくとも一つの容器を使
用して、当該容器が交互に、入口圧縮機を用いて昇圧さ
れそして排気装置により脱圧される分離装置において、
下記の（ａ）〜（ｄ）を含み、すなわち、 （ａ）当該容器の出口に排気装置として配置されてお
り、可変周波数駆動装置により制御される電気モーター
により回転される圧縮機ホイールを有する遠心圧縮機、 （ｂ）当該容器から上記入口圧縮機までの入口導管を開
閉するための第一の弁手段、 （ｃ）当該容器から上記遠心圧縮機までの出口導管を開
閉するための第二の弁手段、 （ｄ）これらの第一及び第二の弁手段を交互に開閉する
ための手段、を含み、上記圧縮機が、当該容器を排気す
るために上記第一の弁手段が閉じられそして上記第二の
弁手段が開放される切り換えが行われる直前の時点で高
い出口圧力対入口圧力比のために必要とされる高速で運
転されるように調節され、そしてこの切り換え後に、回
転速度が出口と入口との圧力比が当該圧縮機の効率的な
圧縮比に合致するレベルに低下するまで当該圧縮機の減
速を可能にするよう当該モーターへのエネルギーが最小
限にされ、そして当該圧縮機へのエネルギーが上記高速
で回転させることを特徴とする、気体供給原料流構成成
分の分離装置。 - 【請求項５】 前記第一の弁手段が閉じられそして前記
第二の弁手段が開放されるときに前記モーターへのエネ
ルギーの投入を停止するための手段を含む、請求項４記
載の装置。 - 【請求項６】 前記モーターへの電気周波数を前記減速
の速度に合わせるための手段を含む、請求項４記載の装
置。 - 【請求項７】 下記の工程（ａ）〜（ｆ）を含む、圧力
スイング吸着又は真空スイング吸着により気体混合物か
ら構成成分を分離するのに用いられる吸着剤の入った容
器から吸着されたガスを排気するための方法。 （ａ）当該容器を排気するのに使用される弁付きの導管
に可変周波数駆動装置で制御される電気モーター駆動の
遠心圧縮機を取り付ける工程 （ｂ）気体混合物を分離のため当該容器に入れる間上記
導管の上記弁を閉じる工程 （ｃ）上記圧縮機をまたぐ最高出口圧力対入口圧力比を
維持するための圧縮機ホイール回転速度で当該圧縮機を
運転する工程 （ｄ）当該容器に気体混合物が入るのを停止し、同時に
上記導管の弁を開放し、且つ当該圧縮機へのエネルギー
を、当該圧縮機の回転速度が当該容器から排気される吸
着された気体の構成成分のために低下するように最小限
にする工程 （ｅ）当該圧縮機の回転速度が当該圧縮機をまたぐ圧力
比が当該圧縮機の効率的な圧縮比に合致する点に低下す
るまで、当該圧縮機を減速させる工程 （ｆ）上記モーターに再度エネルギーを供給し、そして
当該圧縮機ホイールの回転速度を当該圧縮機をまたぐ上
記最高出口圧力対入口圧力比に到達するまで当該圧縮機
についての最高効率曲線に従って上昇させる工程 - 【請求項８】 前記圧縮機を、切り換え吸着器として運
転される少なくとも二つの圧力容器を交互に排気するた
めに使用する、請求項７記載の方法。 - 【請求項９】 前記モーターへのエネルギーを連続的に
減少させて前記圧縮機の減速に合わせる、請求項７記載
の方法。 - 【請求項１０】 前記モーターへのエネルギーを、前記
弁を開いてから前記圧縮機をまたぐ前記圧力比が当該圧
縮機の効率的な圧縮比に合致するまでの間停止する、請
求項７記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/431,693 US5555749A (en) | 1995-04-28 | 1995-04-28 | Use of centrifugal compressors in adsorptive systems |
| US431693 | 1995-04-28 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08312584A true JPH08312584A (ja) | 1996-11-26 |
| JP2839236B2 JP2839236B2 (ja) | 1998-12-16 |
Family
ID=23713037
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8109810A Expired - Fee Related JP2839236B2 (ja) | 1995-04-28 | 1996-04-30 | 遠心圧縮機を使用する吸着装置及び方法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5555749A (ja) |
| EP (1) | EP0743458B1 (ja) |
| JP (1) | JP2839236B2 (ja) |
| CA (1) | CA2174617C (ja) |
| DE (1) | DE69621884T2 (ja) |
| ES (1) | ES2175031T3 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| US5968234A (en) * | 1998-04-14 | 1999-10-19 | Air Products And Chemicals, Inc. | Temperature swing adsorption with regeneration by elevated pressure ASU nitrogen-enriched gas |
| US7785405B2 (en) | 2008-03-27 | 2010-08-31 | Praxair Technology, Inc. | Systems and methods for gas separation using high-speed permanent magnet motors with centrifugal compressors |
| US8529665B2 (en) * | 2010-05-12 | 2013-09-10 | Praxair Technology, Inc. | Systems and methods for gas separation using high-speed induction motors with centrifugal compressors |
| US8700221B2 (en) | 2010-12-30 | 2014-04-15 | Fluid Handling Llc | Method and apparatus for pump control using varying equivalent system characteristic curve, AKA an adaptive control curve |
| US8623118B2 (en) * | 2011-06-24 | 2014-01-07 | Praxair Technology, Inc. | Cyclic adsorption process using centrifugal compressors |
| US8657918B2 (en) | 2011-11-17 | 2014-02-25 | Praxair Technology, Inc. | Cyclic adsorption process using centrifugal machines |
| CN104024965B (zh) | 2011-12-16 | 2018-02-13 | 流体处理有限责任公司 | 用于可变速度泵控制的动态线性控制方法和装置 |
| EP2628520B1 (de) * | 2012-02-14 | 2015-08-12 | ultra air gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur zyklischen Adsorption einer Komponente aus einem Ausgangsgas mit einem Verdichter mit variabler Leistung |
| US9702365B2 (en) * | 2012-05-31 | 2017-07-11 | Praxair Technology, Inc. | Anti-surge speed control |
| CN103321934B (zh) * | 2013-06-24 | 2015-07-29 | 河南龙宇煤化工有限公司 | 防止大型离心式压缩机反转的系统 |
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|---|---|---|---|---|
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| FR675322A (fr) * | 1928-06-04 | 1930-02-08 | Brown | Procédé de réglage de compresseurs centrifuges |
| DE1403070A1 (de) * | 1959-07-17 | 1969-01-23 | Gutehoffnungshuette Sterkrade | Turboarbeitsmaschine,insbesondere Turbokompressor oder -geblaese,mit einem Hauptteil mindestens etwa konstanter Drehzahl und einem drehzahlregelbaren Teil |
| GB2003742B (en) * | 1977-08-10 | 1982-01-27 | Boc Ltd | Fluid supply system including a pressure-swing adsorption plant |
| US4197096A (en) * | 1978-08-22 | 1980-04-08 | Boc Limited | Fluid supply system including a pressure-swing adsorption plant |
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