KR101086357B1 - 가스분리장치의 제어방법, 제어장치, 프로그램 및 기록매체 - Google Patents

Abstract

본 발명의 가스분리장치의 제어방법은 흡착제를 충전한 복수의 흡착탑(20－1~2)의 각각에 대하여 적어도 흡착공정, 균압공정 및 재생공정을 반복하는 것에 의해 원료혼합가스 중의 역 흡착 성분과 난 흡착 성분을 분리하여 제품가스를 제조하는 가스분리장치(2)의 제어방법으로서, 흡착공정 및 재생공정의 종료 후에 휴지공정을 마련함과 동시에 제품탱크의 변동 예측에 응하여 휴지공정의 시간을 변화시킨다.

가스분리장치, 흡착제, 흡착탑, 원료혼합가스, 흡착공정, 균압공정, 재생공정, 휴지공정

Description

가스분리장치의 제어방법, 제어장치, 프로그램 및 기록매체{Control Method, Control Apparatus, Program, and Recording Medium in Gas Separating Apparatus}

본 발명은 가스분리장치의 제어방법, 제어장치, 프로그램 및 기록매체에 관한 것이다.

종래, 여러 종류의 가스로 되어있는 혼합 가스에서 소정의 한 종류의 가스를 분리하는 방법으로서는 온도 차이나 압력 차이에 의해서 가스를 분리하는 PSA(Pressure Swing Adsorption) 법, TSA(Thermal Swing Adsorption) 법, 및 PSA와 TSA를 조합한 PTSA(Pressure and Thermal Swing Adsorption) 법 등이 있다. 또 가스를 흡착하는 막을 통하여 여과함으로써 가스를 분리하는 막 분리법 등이 있다.

예를 들면, 압력 변동 흡착 가스분리법인 PSA 방식에 있어서는 흡착공정과 재생공정을 반복하는 흡착탑에 원료혼합가스를 공급하여 이 흡착탑 내에 충전된 각종 흡착제에 역흡착(易吸着) 성분을 흡착시키는 것으로 원료혼합가스 중의 역흡착 성분과 난흡착(難吸着) 성분을 분리한다. 예를 들면, 흡착제로서 분자 낡은 탄소를 사용할 경우, 공기로부터 질소가스(공기보다 질소농도가 높은 농축질소도 포함：이하 동일)를 제조할 수 있기 때문에 본 질소 PSA 장치는 널리 실용화되어 있다.

그런데 질소 PSA장치는 제품 질소가스의 사용자(사용처, 수요자)가 희망하는 제품 질소가스의 순도(사양 순도), 압력(사양 압력) 및 사용 유량(사양 유량)을 만족할 수 있도록 설계 제작된다.

이러한 질소 PSA 장치는 통상적인 운전에 있어서는 각 사양치가 만족 될 수 있도록 운전된다(통상운전, 100% 운전). 그렇지만, 실제 운전 상황에서는 사용자 측의 사정에 의하여 제품가스의 순도와 압력과의 사양치를 만족시킨 상태에서 제품가스의 취출유량(제품취출유량)을 사양치 대비 감량하는 수가 있다.

그러나 제품취출유량이 감소하더라도 PSA 장치의 공정시간이 동일한 경우, 제품취출유량의 감소비율보다 전력 소비율의 감소비율이 적기 때문에 제품의 취출량에 대한 소비 전력량의 비율은 증가한다.

이와 관련하여 제품취출유량의 감소에 맞추어 전력 소비율을 삭감하는 종래 기술이 있다. 일본국 특개 2005－270953호 공보에 개시된 바와 같이, 인버터 타입의 압축기를 사용하여 흡착탑의 출구 산소농도의 설정치에 응하여 흡착탑의 변경주기를 자동으로 변화시킴으로써 흡착시간을 연장시켜 전력소비의 삭감을 실현하는 방법이 있다. 또 일본국 특개 2003－88721호 공보에 개시된 바와 같이, 휴지공정을 마련하여 제품취출유량에 응하여 휴지공정시간을 조절하는 방법이 있다.

그렇지만, 상기에 언급한 바와 같이 일본국 특개 2005－270953호 공보의 수법은 가격이 비싼 인버터 타입의 압축기를 사용하고 있어 저렴하게 실현되기는 어렵다. 또, 일본국 특개 2003－88721호 공보의 수법은 인버터 타입의 압축기가 아니더라도 실현 가능하지만, 제품 압력 사양치, 제품가스를 저장하기 위한 제품조(製 品槽)의 용량, 제품순도, 부속 압축기의 토출량 등 조건이 변경될 경우 많은 설정치 변경이 필요하다. 게다가 각 설정치는 사용자가 희망하는 사양 조건에 맞추어 가동실험을 수행하여 최적의 설정치를 실험적으로 구하기 때문에 설정치의 결정이 어렵고 즉응성(卽應性)이 부족하다는 문제점이 있다.

또, 휴지공정이 없는 운전의 경우, 흡착공정 중의 압축기로부터 PSA 장치에의 입구 압력이 상한 압력에 도달하면 압축기는 자동으로 무 부하 운전으로 이행된다. 그러나 무 부하 운전 후, 바로 PSA 장치에의 입구 압력은 저하하기 때문에 압축기는 부하 운전과 무 부하 운전을 교대로 빈번하게 반복하게 된다. 압축기에 있어서 부하 운전과 무 부하 운전을 빈번히 반복하는 것은 압축기에 기계 구조적인 부하가 높아지기 때문에 내구기간 내의 열화(劣化) 진행이 앞당겨지기 쉽다. 또, 압축기에서 무 부하 운전으로 전환될 경우, 무부하 운전 개시 직후부터 서서히 압축기의 소비 전력량이 하강하기 때문에 빈번하게 부하 운전과 무부하 운전으로 전환될 경우, 소비 전력량의 삭감에 도움이 되지 않는다.

본 발명은 이러한 문제점을 고려하여 행하여 진 것으로, 그 목적은 가스분리장치 내의 압력에 응한 휴지공정을 마련하는 것에 의해 상기의 문제점을 해결하고, 제품가스의 취출 유량이 사양치로부터 감소할 경우, 사용자가 요구하는 제품가스 순도와 압력을 만족시키면서 확실하고 효율적으로 소비전력의 삭감을 즉각적으로 가능토록 하고 또 압축기가 안정적인 운전이 되도록 가스분리장치의 제어 시스템을 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 가스분리장치의 제어방법은 흡착제를 충전한 복수의 흡착탑의 각각에 대하여 적어도 흡착공정, 균압(均壓)공정 및 재생공정의 3개의 공정을 반복하는 것으로 원료혼합가스 중의 역흡착 성분(예를 들면, 실시형태의 산소가스)과 난흡착 성분(예를 들면, 실시형태의 질소가스)을 분리하여 제품가스를 제조하는 가스분리장치의 제어방법으로써, 흡착공정 및 재생공정의 종료 후에 휴지공정을 마련함과 동시에 제품탱크의 변동 예측에 응하여 휴지공정 시간을 변화시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 가스분리장치의 제어방법은 흡착제를 충전한 복수의 흡착탑의 각각에 에 대하여 적어도 흡착공정, 균압공정 및 재생공정의 3개의 공정을 반복하는 것으로, 원료혼합가스 중의 역흡착 성분과 난흡착 성분을 분리하여 제품가스를 제조하는 가스분리장치의 제어방법으로서, 미리 실험치에 의하여 동정(同定) 된 가스 분리장치가 구비하는 제품탱크의 압력치에 있어서의 함수 모델(예를 들면, 실시형태의 수학 모델)을 기억하는 과정; 가스분리장치로부터 입력되는 가스의 사용량을 나타내는 유량정보(예를 들면, 실시형태의 가스 취출량)와 제품탱크 내의 압력치와 타이머 정보(예를 들면, 실시형태의 밸브 개폐상태 정보)를 기억하는 과정; 함수 모델을 독출하고, 독출한 함수 모델에 독출한 유량정보와 압력치와 타이머 정보를 입력하는 것에 의해 제품탱크의 압력 예측치를 산출하고 압력 예측치에 응하여 가스분리장치의 흡착공정 및 재생공정의 종료 후에 마련되는 휴지공정의 개시시각과 종료시각(예를 들면, 실시형태의 흡착공정의 개시시각)을 조절하여 산출하는 과정; 상기 3개의 공정과 휴지공정의 개시시각과 종료시각을 기초로 하여 가스분리장치를 제어하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제어장치는 흡착제를 충전한 복수의 흡착탑의 각각에 대하여 적어도 흡착공정, 균압공정 및 재생공정의 3개의 공정을 반복하는 것에 의해 원료혼합가스 중의 역흡착 성분과 난흡착 성분을 분리하여 제품가스를 제조하는 가스분리장치의 제어장치로서, 미리 실험치에 의하여 동정 된 가스분리장치가 구비하는 제품탱크의 압력치의 함수 모델을 기억하는 함수 모델 기억부(예를 들면, 실시형태의 사양치 축적부); 가스분리장치로부터 입력되는 가스의 사용량을 나타내는 유량정보와 제품탱크 내의 압력치와 타이머 정보를 기억하는 입력치 정보기억수단(예를 들면, 실시형태의 입력치 정보축적부); 함수 모델을 함수 모델 기억부로부터 독출하고, 독출한 함수 모델에 입력치 정보기억수단으로부터 독출한 유량정보와 압력치와 타이머 정보를 입력하는 것에 의해 제품탱크의 압력 예측치를 산출하고 압력 예측 치에 응하여 가스분리장치의 흡착공정 및 재생공정의 종료 후에 마련되는 휴지공정의 개시시각과 종료시각을 조절하여 산출하는 산출부; 상기 3개의 공정과 휴지공정의 개시시각과 종료시각을 기초로 하여 가스분리장치를 제어하는 제어부(예를 들면, 실시형태의 가스분리장치 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명은 산출부가 소정의 주기마다 제품탱크압력의 압력 예측치를 산출하고 산출한 압력 예측치와 제품탱크압력의 상한 설정치(예를 들면, 실시형태의 상한 압력치)를 비교하는 것으로서, 압력 예측치가 상한 설정을 초과하는지 아닌지를 검출하는 것으로 흡착공정의 종료시각 또는 흡착공정의 계속시간(예를 들면, 실시형태의 공정시간)을 산출하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명은 산출부가 소정의 주기마다 제품탱크압력의 압력 예측치를 산출하고 산출한 압력 예측치와 제품탱크압력의 하한 설정치(예를 들면, 실시형태의 하한 압력치)를 비교하는 것으로서, 압력 예측치가 하한 설정을 밑도는지 아닌지를 검출하는 것으로 휴지공정의 종료시각 또는 휴지공정의 계속시간을 산출하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명은 산출부가 제품탱크로부터 입력되는 제품탱크 압력의 실측치 중, 최저치와 하한 설정치와의 차이를 산출하고 차이가 소정의 임계치를 초과할 경우는 하한 설정치를 조절하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명은 산출부가 가스분리장치로부터 입력되는 제품탱크의 제품가스농도의 실측치에 응하여 하한 설정치를 조절하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명은 산출부가 가스분리장치로부터 입력되는 제품가스의 유량정보 로 응하여 하한 설정치를 조절하는 것을 특징으로 한다.

　본 발명의 프로그램은 상기 제어장치를 정보처리장치로서 기능 시키기 위한 프로그램이다.

　본 발명의 기록매체는 상기 프로그램을 기록한 컴퓨터 독출 가능한 기록매체이다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 가스분리장치가 사용자의 사양치 와는 다르게 운용이 될 경우에도 최적의 휴지공정시간이 마련되어 때문에 사용자의 사양치를 만족하면서 소비 전력을 효율적으로 삭감하는 효과가 있다. 또, 가스분리장치 내의 상황에 의한 휴지공정을 마련함으로써, 흡착공정 중에는 부하 운전이 계속 되고 휴지공정 중에는 무부하 운전이 계속 되도록 조절할 수 있기 때문에 압축기의 기계 구조적인 부하를 감소시킬 수 있다.

다음으로, 본 발명의 일 실시형태를 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 가스분리시스템의 전체 구성을 나타내는 블록 도이다. 또한, 본 실시형태에 있어서 가스분리장치는 질소 PSA 장치의 동작, 구성을 예로서 설명한다.

　우선 가스분리시스템은 혼합 가스에서 단일 종류의 가스를 분리하여 취출하는 가스분리장치(2)와 이 가스분리장치(2)를 제어하는 가스분리장치 제어장치(1)가 연결된다.

가스분리장치(2)가 구비하는 구성에 대하여 도 1과 가스분리장치(2)의 구성 을 나타내는 도 5를 가지고 설명한다. 가스분리장치(2)에서 제어부(21)는 가스분리장치 제어장치(1)와의 사이에서 정보의 입출력을 수행하고 또 가스분리장치 제어장치(1)로부터 입력된 명령신호에 의하여 가스분리장치(2)의 제어를 수행한다.

도 5에서, 압축기(26)는 가압하는 것에 의해 압축된 제품가스 분리대상인 원료혼합가스를 흡착탑(20－1) 또는 흡착탑(20－2)에 공급한다.

흡착탑(20－1)과 흡착탑(20－2)이란, 흡착제를 구비하고 원료혼합가스가 주입되면 제품가스 이외의 가스를 우선적으로 흡착하는 것에 의해 제품가스(본 실시 예에서는 질소가스)만 분리하여 제품탱크(200)에 송출한다.

단, 흡착제란, 예를 들면 산소가 역흡착 성분인 분자 낡은 탄소 등이고 사용자에게 공급되는 제품가스 이외 우선적으로 흡착되는 흡착제라면 어떠한 흡착제라도 무방하다.

또 제품탱크(200)는 혼합 가스로부터 분리된 질소가스를 축적한다.

또 흡착탑(20－1)과 흡착탑(20－2)이란, 도 3에 나타낸 바와 같이 아래와 같은 공정 조합에 의하여 질소가스를 공급한다. 또 각 공정의 가스분리장치(2)의 각 밸브의 개폐상태를 나타낸 도 5 내지 도 8의 모식도로 나타낸다.

제 1공정으로서 도 5에 나타낸 것처럼 흡착탑(20－1)이 흡착공정을, 흡착탑(20－2)이 재생공정이 되는 조합에 의하여 처리를 수행할 수 있다.

제 2공정으로서 도 6에 나타낸 것처럼 흡착탑(20－1)과 흡착탑(20－2)이 동시에 휴지공정이 되는 조합에 의하여 처리를 수행할 수 있다.

제 3공정으로서 도 7에 나타낸 것처럼 흡착탑(20－1)과 흡착탑(20－2)이 동 시에 균압공정이 되는 조합에 의하여 처리를 수행할 수 있다.

제 4공정으로서 도 8에 나타낸 것처럼 흡착탑(20－1)이 재생공정을, 흡착탑(20－2)이 흡착공정이 되는 조합에 의하여 처리를 수행할 수 있다.

제 5공정으로서 도 6에 나타낸 것처럼 흡착탑(20－1)과 흡착탑(20－2)이 동시에 휴지공정이 되는 조합에 의하여 처리를 수행할 수 있다.

제 6공정으로서 도 7에 나타낸 것처럼 흡착탑(20－1)과 흡착탑(20－2)이 동시에 균압공정이 되는 조합에 의하여 처리를 수행할 수 있다.

모든 공정에 있어서 수시로 제품탱크(200)로부터 사용자에 의하여 질소가스가 취출 되고 있다. 흡착공정은 흡착공정 개시 후, 압축기(26)가 흡착탑에 압축된 원료가스를 공급하는 것으로 흡착탑 내를 가압한다. 흡착탑 내의 압력치가 제품탱크(200) 내의 압력치 이상이 될 때까지 압력을 상승시킨 후, 도 5에 나타낸 바와 같이 밸브(252)를 개방하고 질소가스를 제품탱크(200)에 공급한다. 이상의 처리가 흡착공정에서 수행된다. 따라서, 흡착공정 개시 후도 제품탱크(200)에 제품가스가 공급되지 않는 동안은 사용자에 의하여 질소가스가 계속 취출 되기 때문에 제품탱크(200) 내의 압력은 계속 저하한다.

재생공정은 흡착탑의 압력을 저하하고 역흡착 성분을 흡착제로부터 이탈시켜 다음의 흡착공정에 대비한다. 본 실시 예에서는, 도 5에서 흡착탑(20－2)이 재생공정이며 밸브(222)를 개방하는 것에 의해 압력을 개방하고 있다.

휴지공정은, 도 6에 나타낸 바와 같이 모든 밸브를 닫는 것에 의해 흡착탑(20－1)과 흡착탑(20－2)의 쌍방에 있어서, 압축기(26)로부터의 가스의 유입도 제품탱크(200)에의 가스 유출도 일어나지 않는다.

균압공정은, 도 7에 나타낸 바와 같이 밸브(231)와 밸브(241)를 개방하고 재생공정에 의하여 압력이 저하한 흡착탑 측에 흡착공정을 실행하고 있던 흡착탑 측의 가스를 이동시키는 것에 의해 압력 회수(回收)를 수행하는 공정이다. 이 공정을 수행함으로써 흡착공정으로 전환될 때에 대기압보다 높은 압력으로 흡착공정을 개시할 수 있어 흡착탑 내를 가압하는 시간을 단축하는 효과가 있다.

단, 도 8은 흡착탑(20－2)이 흡착공정의 경우에 밸브의 개폐 상황을 나타내는 모식도이다.

도 1 및 도 5의 탱크압력 측정부(22)는 제품탱크(200) 내의 압력을 측정하고 측정한 압력치를 제어부(21)로 출력한다.

가스 취출량 측정부(24)는 사용자가 취출한 가스의 유량을 측정하고 측정한 가스의 취출량을 제어부(21)로 출력한다.

밸브 개폐 제어부(25)는 제어부(21)를 통하여 가스분리장치 제어장치(1)로부터 입력되는 공정개시명령에 응하여 가스분리장치(2) 내에 구비된 각 밸브의 개폐를 제어한다.

도 5에 있어서의 밸브(211, 212, 221, 222, 231, 241, 251, 252)는 각각 가스분리장치(2) 내의 가스의 흐름을 제어하기 위한 변이다.

도 1의 가스분리장치 제어장치(1)에서 가스분리장치 제어부(11)는 가스분리장치(2)와의 사이에 정보의 입출력을 수행하고 또 가스분리장치(2)를 제어하기 위한 명령신호를 가스분리장치(2)로 출력한다. 또 가스분리장치 제어부(11)는 가스분 리장치(2)로부터 입력된 정보를 입력치 정보축적부(15), 운전전환 시각정보 축적부(17)에 기록한다. 또 가스분리장치 제어부(11)는 시계기능을 구비하고 있어 현재 시각 정보를 취득할 수 있다.

입력치 정보축적부(15)에는, 도 2에 나타낸 바와 같이 가스분리장치(2)의 탱크압력 측정부(22)에 의하여 측정된 제품탱크(200) 내의 압력치 정보와 밸브 개폐 제어부(25)로부터 입력된 밸브 개폐상태 정보와 가스 취출량 측정부(24)에 의하여 측정된 현재로부터 m주기 전까지의 질소가스 유량치가 각각 가스분리장치 제어부(11)에 의하여 측정 주기 정보와 대응하도록 기록된다.

운전전환 시각정보 축적부(17)에는, 도 3에 나타낸 바와 같이 가스분리 각 공정의 개시시각과 공정 처리 예정시간을 나타내는 공정시간이 각 공정과 대응하도록 기록된다. 단, 공정시간은 가스분리장치(2)의 가동개시 시에는 사용자의 사양치를 기초로 하여 미리 요구되는 사양 공정시간이 가스분리장치 제어부(11)에 의하여 운전전환 시각정보 축적부(17)에 기록되지만, 가스분리장치(2)가 가동된 후 산출부(12)에 의하여 산출되는 최적의 공정시간이 수시 운전전환 시각정보 축적부(17)에 기록되는 것에 의해 갱신된다.

단, 사용자의 사양치란, 사용자가 원하는 제품가스의 사양이며, 질소가스의 순도(사양 순도), 압력(사양 압력), 사용 유량(사양 유량)으로 되어 있다.

또, 사양 공정시간은 다음의 순서에 의하여 미리 구해지는 값이다. 가스분리장치(2)를 사용자의 사양치에 맞추어 사전에 가동실험한다. 본 가동실험에서 얻어진 실험치에서 경험적으로 얻어진 최적의 공정시간을 사양 공정시간으로서 미리 보 관 유지한다.

본 기술에서는 제품탱크(200)의 압력을 예측할 때에 사용하는 함수 모델을 결정하기 위해서 시스템 동정을 채용하고 있다. 시스템 동정이란, 시스템 전체의 수학 모델을 관측 데이터에 의하여 구하는 것을 의미한다. 구체적으로는, 예를 들어 자기 회귀 모델인 ARX(autoregressive model with exogenous input) 모델이나, ARMAX(autoregressive moving average exogenous) 모델 등에 의한 모델 식에 다수의 관측 데이터(예를 들어 본 발명에 있어서는, 가스분리장치(2)의 가동실험에 있어서 측정한 제품탱크(200)의 측정 압력치, 각 공정에 걸리는 시간 등의 실험치)를 대입하는 것에 의해 가스분리장치(2)에 의한 가스분리시스템의 수학 모델을 통계학적으로 추정하여 구한다. 단, 수학 모델이란, 시스템을 기술하는 전달 함수의 함수형이며 수학 모델, 즉 전달 함수의 함수형을 구한다는 것은 장치 고유의 전달 함수의 계수를 구하는 것을 의미한다.

본 명세서에서는 모델 식의 일례로서 2 입력 1 출력의 경우의 ARX 모델을 예로 설명하지만, 가스분리장치(2)의 가스분리시스템을 기술할 수 있는 수학 모델이라면 어떠한 모델이라도 시스템 동정에 이용할 수 있다.

단, 2 입력 1 출력의 ARX 모델은 다음 (식 1)로 주어진다.

.... 식 1

상기 (식 1)에서, A(q), B1(q), B2(q)가 동정 파라미터 m차의 다항식, y(k)가 출력변수의 데이터열(본 실시 예에서는 제품탱크(200) 내의 압력치), u1(k), u2(k)가 입력변수의 데이터열(제품 유량, 밸브 개폐 정보), w(k)가 백색 잡음열, q가 시프트 오퍼레이터, k가 현재 시각이다. 기존의 입출력 데이터를 대입하여 시스템 동정을 수행하는 것에 의해 전달 함수의 계수인 A(q), B1(q), B2(q)를 결정한다. 또 동정 파라미터 다항식 A(q), B1(q), B2(q)는 본 다항식과 관계되는, 즉 곱셈하는 k로부터 (k－m)까지의 데이터열 보다 1단계 전인 (k－1)로부터 (k－m－1)까지의 데이터열을 안내한다.

여기서, 백색 잡음열 w(k)=0으로 가정했을 경우에 (식 1)를 변형하여 다음의 (식 2)를 얻을 수 있다.

.... 식 2

상기의 (식 2)에, 시스템 동정에 의하여 결정한 A(q), B1(q), B2(q)와 입력변수인 u1(k＋1), u2(k＋1)와 y(k)를 대입하는 것에 의해 제품탱크(200) 내의 압력치의 데이터열y(k＋1)를 산출하는 것이 가능해 지고, y(k＋1)가 1초 전의 제품탱크(200)의 압력이 된다. 제품 유량이 변화하지 않는다고 가정했을 경우, u1와 u2가 시각 t=(k＋1) 이후도 자명하고, 즉 산출 가능함으로 u1(k＋2), u2(k＋2)와 연산한 y(k＋1)를 (식 2)에 대입하는 것에 의해 y(k＋2)를 얻어진다. 이것을 반복하는 것에 의해 임의 시간 전의 제품탱크(200)의 압력치를 예측할 수 있다.

사양치 축적부(18)에는 사용자의 사양치와 사용자의 사양치를 기초로 하여 사양 공정시간과 시스템 동정에 의하여 구해진 수학 모델이 기록되어 있다. 또, 사용자의 사양치에 의하여 정해지는, 제품탱크(200) 내의 상한 압력치와 하한 압력치 와 균압공정으로부터 흡착공정에 걸쳐 흡착탑 내의 압력치를 제품탱크(200) 내의 압력치와 동일하게 될 때까지 상승시키는 시간에 대하여도 사양치 축적부(18)에 기록한다.

산출부(12)는 사양치 축적부(18)로부터 동정한 수학 모델을 독출하고, 독출한 수학 모델에 입력변수인 u1(k), u2(k)와 압력치의 y(k)를 대입하는 것에 의해 시각 t=(k＋1)의 제품탱크(200) 내의 압력 예측치를 산출한다.

단, 산출부(12)는 산출치 축적부(19)로부터 가스 취출량과 밸브 개폐상태를 독출하는 것으로 입력변수인 u1(k), u2(k)를 얻는다. 또, 산출부(12)는 산출한 압력치를 산출치 축적부(19)에 기록한다. 또, 산출부(12)는 산출한 압력치의 값에 응하여 가스분리의 각 공정의 개시시각을 산출한다. 또, 산출부(12)는 시계기능을 구비하고 있어 현재 시각 정보를 취득할 수 있다.

산출치 축적부(19)에는 도 4에 나타낸 바와 같이 시각 t=(k－m)로부터 시각 t=(k＋1)에 대응하는 제품탱크(200) 내의 압력치와 밸브(252)의 개폐상태가 대응하도록 기록된다.

단, 본 실시 예에 있어서, 가스분리장치(2)로서 질소 PSA 장치를 예로 설명하였으나, 가스분리장치(2)는 예를 들어 PSA(Pressure Swing Adsorption) 장치, TSA(Thermal Swing Adsorption) 장치, 또 PSA와 TSA를 조합한 PTSA(Pressure and Thermal Swing Adsorption) 장치 등, 어떠한 가스분리장치에도 적용이 가능하다. 특히, 휴지공정을 마련하는 것에 의해 전력 삭감의 효과가 높아지는 장치를 구비하는 가스분리장치에 적합하다. 단, 휴지공정을 마련함으로써 전력 삭감의 효과가 높 아지는 장치는 예를 들면 압축기가 될 수 있다.

다음으로, 도 1의 구성의 가스분리시스템의 동작 예에 대하여 도 9 및 도 10의 플로차트(flow chart)를 이용하여 설명한다. 단, 본 실시 예에서는 가스분리장치(2)의 가동실험에 의해 사양 공정시간과 시스템 동정에 의해 얻어진 동정 수학 모델이 미리 사양치 축적부(18)에 기록되어 있는 것으로 한다.

우선, 미리 사양치 축적부(18)에 기록되어 있는 사양 공정시간 정보에 따라서 가스분리를 수행하는 과정에 대하여 설명한다.

가스분리장치 제어장치(1)에서, 가스분리 개시의 명령신호가 입력되면 산출부(12)가 사양치 축적부(18)로부터 공정마다 사양 공정시간 정보를 독출 한다. 산출부(12)는 공정에 대하여 독출한 사양 공정시간 정보를 운전전환 시각정보 축적부(17)에 기록한다. 또, 산출부(12)는 현재 시각을 흡착탑(20－1)의 흡착공정의 개시시각으로 하고, 사양 공정시간 정보를 기초로 하여 각 공정의 개시시각을 산출하여 운전전환 시각정보 축적부(17)에 기록한다.

상술한 처리를 수행하는 것에 의해 운전전환 시각정보 축적부(17)의 초기화를 수행하고, 동시에 가스분리장치 제어부(11)에 운전전환 시각정보 축적부(17)의 초기화 완료를 나타내는 신호를 출력한다(스텝 S1).

가스분리장치 제어부(11)는 운전전환 시각정보 축적부(17)의 초기화 완료 신호가 입력되면 가장 개시시각정보가 빠른 공정인 제 1공정의 식별정보를 운전전환 시각정보 축적부(17)로부터 독출한다. 가스분리장치 제어부(11)는 독출한 제 1공정의 운전 개시 명령을 가스분리장치(2)로 출력함과 동시에, 출력한 제 1공정의 식별 정보를 메모리에 유지시킨다. 가스분리장치(2)에서, 밸브 개폐 제어부(25)는 제어부(21)를 통하여 입력된 운전을 개시하는 상기 제 1의 공정의 식별 정보를 기초로 하여 각 밸브를 개폐한다(스텝 S2). 단, 상기 각 밸브의 개폐는 공정의 식별 정보와 함께 밸브 개폐 제어부(25)가 각 밸브의 개폐 명령 정보를 수신하고, 밸브 개폐 제어부(25)가 이 개폐 정보를 기초로 하여 각 밸브를 제어해도 무방하다. 또, 미리 밸브 개폐 제어부(25)가 공정의 식별 정보에 대응시켜 각 밸브의 개폐상태 정보를 메모리에 유지해 두고 입력된 공정 식별 정보를 기초로 하여 개폐상태 정보를 참조하고 각 밸브를 제어해도 좋다.

여기서, 가스분리장치 제어장치(1)는 소정의 주기마다 다음 공정으로 전환하는지 아닌지를 판정한다. 이 처리로서는 우선 가스분리장치 제어장치(1)에서, 가스분리장치 제어부(11)는 소정의 주기마다 현재 메모리 내에 유지하고 있는 제 1공정 식별 정보의 다음인 제2 공정에 대응하는 개시시각정보를 운전전환 시각정보 축적부(17)로부터 독출한다. 가스분리장치 제어부(11)는 독출한 개시시각정보와 현재 시각을 비교하여 다음 공정의 개시시각인지 아닌지를 검출한다(스텝 S3).

가스분리장치 제어부(11)는 다음 공정의 개시시각이 검출될 때까지 스텝S3를 반복하고 다음 공정의 개시시각이 검출되면 가스분리장치(2)로 다음 공정의 공정 식별 정보와 운전 전환의 명령신호를 출력함과 동시에, 가스분리장치(2)에 출력한 공정의 식별 정보를 보관 유지한다(스텝 S4). 가스분리장치 제어장치(1)에서, 가스분리 종료의 명령신호가 입력될 때까지 스텝 S3에서 스텝S4까지를 반복한다.

상술한 스텝 S1~S4에서는 항상 제 1~ 제 6 사양 공정시간을 참조하여 가스분 리의 공정 전환을 수행한다. 이들 공정에는 휴지공정이 포함되어 있다. 즉, 사용자의 사양치에 적합한 사양 공정시간을 기초로 하여, 흡착공정과 균압공정에 더하여 휴지공정이 도입되게 된다. 이때, 압축기 등, 전력 소비량이 큰 장치의 운전을 휴지시킨다. 이에 의하여 항상 사용자 사양을 만족시키면서, 휴지공정이 없는 경우에 비해 전력 절약화를 실현하는 것이 가능해진다. 그러나 가스의 취출량이 사용자의 사양치보다 감소할 경우에 있어서는, 제품탱크(200) 내의 압력이 하한 압력치에 이를 때까지의 시간이 연장되기 때문에 휴지공정시간으로 설정할 수 있는 시간도 연장하게 되지만, 사양 공정시간은 사용자 사양을 기초로 한 일정한 값이기 때문에 반드시 최적의 공정시간이라고는 할 수 없다.

여기서, 다음으로 가스의 취출량에 응하여 산출하는 제품탱크(200) 내의 압력 예측치를 이용하여 더욱더 적합한 각 공정의 공정시간을 산출하고 갱신된 공정시간을 기초로 하여 운전을 전환하는 가스분리장치(2)의 운전제어방법의 동작 예를 나타낸다. 단, 상기의 제품탱크(200)의 압력 예측치는 현재 시각으로부터 n주기 전까지를 예측 범위로서 각각의 주기에 대하여 구한다. 또 주기란 가스분리장치(2)에 있어서 각 데이터가 측정되는 사이클을 의미한다.

도 11~도 16은 본 실시 예의 동작 개념도이다.

도 11은 흡착공정 중에서, 현재로부터 n주기 후까지의 예측 범위 내에서 압력 예측치가 상한 압력치에도 하한 압력치에도 도달하지 못한 경우의 제품탱크(200) 내의 압력 그래프를 나타낸다. 단, 이것은 후술하는 스텝 S44에 해당한다.

도 12는 흡착공정 중에서, 현재로부터 n주기 후까지의 예측 범위 내에서 α1 주기 후에 압력 예측치가 상한 압력치에 이르렀을 경우의 제품탱크(200) 내의 압력 그래프를 나타낸다. 단, 이것은 후술하는 스텝 S19에 해당한다.

도 13은 흡착공정 중에서, 현재로부터 n주기 후까지의 예측 범위 내에서,α2주기 후에 압력 예측치가 상한 압력치에 이르고, 한편, β2주기 후에 압력 예측치가 하한 압력치에 이르렀을 경우의 제품탱크(200) 내의 압력 그래프를 나타낸다(α2＜β2). 단, 이것은 후술하는 스텝 S19와 스텝 S33가 현재로부터 n주기 후까지의 사이에 수행되는 경우에 해당한다.

도 14는 휴지공정 중에서, 현재로부터 n주기 후까지의 예측 범위 내에서 압력 예측치가 상한 압력치에도 하한 압력치에도 도달하지 못한 경우의 제품탱크(200) 내의 압력 그래프를 나타낸다. 단, 이것은 후술하는 스텝 S45에 해당한다.

도 15는 휴지공정 중에서, 현재로부터 n주기 후까지의 예측 범위 내에서,β3주기 후에 압력 예측치가 하한 압력치에 이르렀을 경우의 제품탱크(200) 내의 압력 그래프를 나타낸다. 단, 이것은 후술하는 스텝 S33에 해당한다.

도 16은 휴지공정 중에서, 현재로부터 n주기 후까지의 예측 범위 내에서,β4주기 후에 압력 예측치가 하한 압력치에 이르고, 한편 α4 주기 후에 압력 예측치가 상한 압력치에 이르렀을 경우의 제품탱크(200) 내의 압력 그래프를 나타낸다(β4＜α4). 단, 이것은 후술하는 스텝 S33과 스텝 S19가 현재로부터 n주기 후까지의 사이 수행하는 경우에 해당한다.

다음으로, 본 발명의 특징인 공정시간의 조절의 동작에 대하여 도 10의 플로차트(flow chart)를 이용하여 설명한다. 이 동작 예에서는 상술한 스텝 S1~ 스텝 S4의 처리가 수행되고 있어 본 동작에 본 발명의 특징인 공정시간의 조절의 동작이 더해진다.

우선, 가스분리장치(2)에서, 소정의 주기마다 탱크압력 측정부(22)가 측정한 탱크압력치 정보와 가스 취출량 측정부(24)가 측정한 가스 취출량 정보와 밸브 개폐 제어부(25)가 관리하는 밸브 개폐상태 정보들이 가스분리장치 제어장치(1)에 출력된다. 가스분리장치 제어부(11)는 도 2의 테이블에서 입력된 정보를 각각 현재의 값으로 등록하고 이미 등록된 데이터를 1 주기씩 과거로 늦추는 것에 의해 테이블 전체를 갱신한다(스텝 S11). 단, 이 스텝 S11는 소정의 주기마다 항상 반복하여 수행되고 압력치와 밸브 개폐상태 정보와 가스 취출량 정보로 이루어지는 동정 수학 모델에 입력하기 위한 정보가 현재로부터 m주기 전까지의 각 주기에 대하여 입력치 정보축적부(15)에 기록되어 있는 것으로 한다.

다음으로, 가스분리장치 제어장치(1)에서, 산출부(12)는 압력 예측 계산을 하는 시각인 것을 검출한다(스텝 S12). 이 검출 수법은 n주기 마다 수행된다. 또, n주기가 지나는 시간은 소정의 주기를 필요로 하는 시간에 주기 회수 n를 곱하여 예측 범위 시간을 산출하고 가동개시시각에 예측 범위 시간을 가산한 시각을 압력 예측 계산을 하는 시각으로 한다.

산출부(12)는 도 2에 나타낸 입력치 정보축적부(15)의 테이블에서 현재로부터 m주기 전까지의 각 주기 마다 압력치와 밸브 개폐상태 정보와 가스 취출량 정보를 입력치로서 독출한다. 산출부(12)는 독출한 입력치를 산출치 축적부(19)의 도 4에 나타내는 테이블에 k주기부터 (k－m)주기까지의 값으로 기록한다(스텝 S13). 여 기서, k는 압력 예측 계산을 할 때에 대입하는 입력치중 가장 새로운 입력치에 대응하는 주기이며, m는 수학 모델에 대입되는 입력치의 사이클 수이다. 즉, k주기째의 입력치로부터 m주기로 거슬러 올라간 입력치까지의 (m＋1)주기 분의 입력치가 수학 모델에 대입되는 것을 의미한다.

산출부(12)는 사양치 축적부(18)로부터 동정 된 수학 모델을 독출한다. 그리고 산출부(12)는 산출치 축적부(19)에 기록한 입력치를 대입하여 얻어지는 함수 u1(k)와 함수 u2(k)를 독출한 수학 모델에 적용하고 1 주기 전의 압력 예측치를 산출한다(스텝 S14). 산출부(12)는 산출한 1 주기 전의 압력 예측치를 (k＋1)주기의 압력치로서 도 4에 나타낸 산출치 축적부(19)의 테이블에 기록한다(스텝 S15).

다음으로, 산출부(12)는 산출치 축적부(19)로부터 k주기의 압력치와 (k＋1) 주기의 압력치를 독출하여 비교하고 압력치가 증가하는 경향인지 감소하는 경향인지, 즉 (k＋1)주기에 있어서 흡착공정인지 아닌지를 검출한다. 다만, 흡착공정이라도 흡착탑 내의 압력치를 제품탱크(200) 내의 압력치와 동일하게 될 때까지 상승시키는 시간에서는 제품탱크(200) 내의 압력이 감소 경향인 경우가 있다(스텝 S16).

압력치가 증가하는 경우, 산출부(12)는 가스분리장치(2)가 흡착공정 중이라고 판단하고 사양치 축적부(18)으로부터 상한 압력치를 독출한다. 다음으로, 산출부(12)는 독출한 상한 압력치와 (k＋1)주기의 압력 예측치를 비교하고 압력 예측치가 상한 압력치를 초과하는지 아닌지에 의해 (k＋1)주기 시에 흡착공정을 종료해야할 것인지 아닌지를 판단한다(스텝 S17).

압력 예측치가 상한 압력치 이상의 값인 경우, 현재로부터 (k＋1)주기 후가 휴지공정을 개시하는 시각이 되기 때문에 (k＋1)주기에 대응하는 시각을 흡착공정 종료시각으로서 (k＋1)주기에 대응하는 밸브 개폐상태를 「휴지공정」으로서 산출치 축적부(19)에 기록한다(스텝 S18). 이 스텝 S18에 의하여 제품탱크(200) 내의 압력이 상한 압력치를 초과하는 경우, 일어날 수 있는 제품탱크(200)의 손상 및 역류나 압축기(26)에의 부하가 필요 이상으로 걸리는 등의 사태를 방지할 수 있다.

산출부(12)는 다음 순서에 의하여 현재의 공정의 개시시각정보와 다음 공정의 개시시각정보를 취득하는 것에 의해 현재 공정의 공정시간을 산출한다. 우선, 산출부(12)는 현재의 공정 식별 정보 출력 요구 신호를 가스분리장치 제어부(11)에 대하여 출력한다. 가스분리장치 제어부(11)는 산출부(12)에 현재의 공정 식별 정보를 출력한다. 이에 의하여 산출부(12)는 현재의 공정의 식별 정보를 얻을 수 있다. 다음으로, 산출부(12)는 휴지공정 개시시각을 다음의 순서에 의하여 산출한다. 산출부(12)는 (k＋1)주기의 시각을 현재 시각과 1 주기의 사이클 시간으로부터 산출한다. 또, 산출부(12)는 산출한 휴지공정 개시시각을 도 3의 운전전환 시각정보 축적부(17)의 테이블에 기록한다(스텝 S19).

산출부(12)는 산출치 축적부(19)의 운전 전환 시각 정보 갱신 플래그의 기억 영역에 1을 기록하는 것에 의해 운전 전환 시각 정보가 갱신된 것을 나타내는 플래그를 세운다(스텝 S20). 다음으로 산출부(12)는 n주기 중 다음의 소정 주기의 압력 예측을 수행하기 위하여 k에 1을 더한 값을 새로운 k로 하는 인크리먼트(increment)를 수행한다(스텝 S21).

또, 스텝 S16에서, k주기의 압력치보다 (k＋1)주기의 압력치가 감소할 경우, 산출부(12)는 제품탱크(200)에 가스를 공급하고 있지 않다고 판단하고 사양치 축적부(18)로부터 하한 압력치를 독출한다. 다음으로, 산출부(12)는 독출한 하한 압력치와 (k＋1)주기의 압력 예측치를 비교하고 압력 예측치가 하한 압력치를 밑도는지 아닌지에 의하여 (k＋1)주기 시에 제품탱크(200)에 가스 공급을 개시해야 할 것인지 아닌지를 판단한다(스텝 S31). 압력 예측치가 하한 압력치 이하의 값인 경우, (k＋1)주기 시에 제품탱크(200)에 가스 공급을 개시하지 않으면 압력이 저하하여 사용자 사양치를 만족할 수 없기 때문에 현재로부터 (k＋1)주기 후가 제품탱크(200)로의 질소가스 공급 개시시각이 된다.

따라서, 질소가스 공급개시시각인 밸브(252)를 개방하는 시각은 흡착공정 개시 후인 흡착탑 내의 압력치가 제품탱크(200) 내의 압력치와 동일하게 되는 시각이 된다. 따라서, 흡착공정의 개시시각은 현재로부터 (k＋1)주기 후의 시각으로부터 흡착탑 내의 압력치가 제품탱크(200) 내의 압력치와 동일하게 될 때까지의 시간분 감산한 시각이 된다. 따라서, 산출부(12)는 (k＋1)주기에 대응하는 밸브 개폐상태를 「흡착공정」으로서 산출치 축적부(19)에 기록한다(스텝 S32).

산출부(12)는 다음의 순서에 의하여 현재 공정의 개시시각정보와 다음 공정의 개시시각정보와 흡착탑 내의 압력치가 제품탱크(200) 내의 압력치와 동일하게 될 때까지의 시간 정보를 취득하는 것에 의해 현재 공정의 공정시간을 산출한다. 우선, 산출부(12)는 현재의 공정 식별 정보의 출력 요구 신호를 가스분리장치 제어부(11)에 대하여 출력한다. 가스분리장치 제어부(11)는 산출부(12)에 현재의 공정 식별 정보를 출력한다. 이에 의하여 산출부(12)는 현재의 공정의 식별 정보를 얻을 수 있다. 다음으로, 산출부(12)는 흡착공정 개시시각을 다음의 순서에 의하여 산출한다. 우선, 산출부(12)는 흡착탑 내의 압력치가 제품탱크(200) 내의 압력치와 동일하게 될 때까지의 시간을 사양치 축적부(18)로부터 독출한다. 산출부(12)는 (k＋1)주기의 시각을 현재 시각과 1 주기의 사이클 시간으로부터 산출한다. 또, 산출부(12)는 산출한 (k＋1)주기의 시각으로부터 흡착탑 내의 압력치가 제품탱크(200) 내의 압력치와 동일하게 될 때까지의 시간분을 거슬러 올라간 시각을 흡착공정 개시시각으로서 산출한다. 또, 산출부(12)는 산출한 흡착공정의 개시시각을 도 3의 테이블의 운전전환 시각정보 축적부(17)에 기록한다. 또, 산출부(12)는 현재의 공정 식별 정보로 대응하는 개시시각과 기록한 흡착공정 개시시각을 비교하는 것에 의해 현재 공정의 공정시간을 산출하고 산출한 새로운 공정시간을 현재 공정의 공정시간으로서 운전전환 시각정보 축적부(17)에 기록한다(스텝 S33).

산출부(12)는 산출치 축적부(19)의 운전 전환 시각 정보 갱신 플래그의 기억 영역에 1을 기록하는 것에 의해 운전 전환 시각 정보가 갱신된 것을 나타내는 플래그를 세운다(스텝 S34). 다음으로, 산출부(12)는 스텝 S21의 k의 인크리먼트 처리를 수행한다. 또, 스텝 S17에서 압력 예측치가 상한 압력치에 못 미친 값일 경우 및 스텝 S31에서 압력 예측치가 하한 압력치 보다 웃도는 값일 경우도 스텝 S21의 k의 인크리먼트 처리를 수행한다.

산출부(12)는 k와 n를 비교하여 k=n인지 아닌지에 의하여 미리 정해진 예측 주기의 범위인 n주기 전까지 압력 예측치의 산출을 완료한 것인지 아닌지를 검출한다(스텝 S41).

아직 압력 예측치의 산출이 n주기 전까지 완료하지 못한 경우, 산출부(12)는 스텝 S15로부터 처리를 반복하여 n주기 전까지 압력 예측치를 산출한다.

다음으로, n주기 전까지 압력 예측치를 산출한 경우의 동작에 대하여 설명한다. 산출부(12)는 산출치 축적부(19)의 개시시각정보 갱신 플래그가 기록되어 있는 기억 영역을 독출하고 갱신 플래그가 서있는지 아닌지를 검출한다(스텝 S42). 갱신 플래그가 서있지 않은 경우, 예측 범위 내에서 공정이 전환되지 않았음을 판단하고 예측 범위 내에서 공정이 전환되지 않도록 운전전환 시각정보 축적부(17)의 공정 개시시각을 갱신한다.

스텝 S16과 마찬가지로 산출부(12)는 시각 t=k의 압력 예측치와 시각 t=(k＋1)의 압력 예측치를 비교하여 압력 예측치가 증가하는 경향인지, 감소하는 경향인지를 판단한다(스텝 S42). 제품탱크(200)의 압력 예측치가 증가 경향인 경우는 휴지공정의 개시시각을 예측 범위 시각 이후로 하고, 제품탱크(200)의 압력 예측치가 감소 경향인 경우는 흡착공정 개시시각은 예측 범위 시각 이후로 하여 산출부(12)는 가정(假定)의 개시시각을 운전전환 시각정보 축적부(17)에 기록한다. 단, 흡착공정 및 휴지공정의 가정 개시시각은, 예를 들어 시각 t=(k＋2) 등, 예측 범위 이후라면 압력 예측을 수행할 때에 수시로 개시시각이 갱신되기 때문에 어떤 시각으로 해도 무방하다.

상술한 스텝 S11~S42는 소정의 주기 시간에 예측 범위인 n주기를 곱하는 것에 의해 산출되는 예측 범위 시간 마다의 시각으로 수행된다. 본 구성에 의하면, 사용자의 가스 취출량이 사용자 사양보다 감소한 경우라도 사용자의 가스 취출량과 제품탱크(200)의 압력치와의 관계로부터 제품탱크(200)의 압력치가 상한 압력치에 이르는 시각을 산출하는 것이 가능하다. 따라서, 산출부(12)는 이 시각을 휴지공정 개시시각으로서 운전전환 시각정보 축적부(17)에 기록하는 것에 의해 가스분리장치 제어부(11)가 운전전환 시각정보 축적부(17)의 개시시각정보를 기초로 하여 가스분리장치(2)에 공정을 전환하는 명령신호를 출력한다. 가스분리장치(2)는 공정 전환 명령을 수신하는 것으로서 휴지공정의 개시를 수행하는 것이 가능해 진다. 또, 이때, 사용자의 가스 취출량이 감소하는 것으로서 제품탱크(200) 내의 압력이 하한 압력치에 이르기까지 시간이 사용자 사양치에 의하여 가동할 때보다 길어지는 경우도 하한 압력치에 이를 때까지의 시각을 예측하고 이 시각에서 휴지공정으로부터 흡착공정으로 전환하는 시각을 산출하는 것이 가능해진다.

가스분리장치(2)에서는, 휴지공정을 종료하고 흡착공정으로 전환할 때 흡착탑 내의 압력치를 제품탱크(200) 내의 압력치와 동일하게 될 때까지 상승시키는 시간에 의하여 흡착공정 개시 후, 제품탱크(200) 내의 압력 상승까지 타임 랙이 있다. 따라서, 종래 수법에서는 제품탱크(200) 내의 압력이 하한 압력치에 이른 다음, 흡착공정으로 전환하는 것은 사용자 사양치의 압력을 만족할 수 없기 때문에 불가능했다. 그러나 본 발명의 구성에 의하면 종래 미리 정해진 휴지공정 종료시각에, 제품탱크(200) 내의 압력이 하한 압력치에 이르지 않은 경우라도 가스분리장치 제어장치(1)는 하한 압력치에 이르는 시각을 산출하여 최적의 휴지공정 종료시각을 산출하는 것이 가능해졌고 휴지공정의 시간을 가능한 길게 하는 것에 의해 전력 소비를 큰 폭으로 억제하면서 사용자의 사양치를 만족시키는 효과가 있다.

또 상술의 실시 예에서는 제품탱크(200) 내의 하한 압력치를 미리 사용자 사양에 따라 정해진 일정한 값이라고 설명하였으나, 제품가스인 질소 가스 취출량에 비례하는 값으로서 다음과 같은 식으로 산출된 하한 압력치를 이용하는 것도 가능하다.

Psp=(Pmax－Pmin)/(Fmax)×F

Psp는 구하는 하한 압력치, Pmax는 가스 취출량이 사용자 사양치의 100%인 경우의 제품탱크(200) 내의 하한 압력치, Pmin는 사용자 사양치에 있어서의 압력치, Fmax는 사용자 사양치에 있어서의 가스 취출량(최대치), F는 현재의 가스 취출량이다. 단, Fmax 및 F는 가스 취출율이라도 좋다.

상기 식으로 산출된 하한 압력치를 이용함으로써 가스 취출량에 응하여 한층 더 접합한 공정 전환 시각을 산출할 수 있게 된다.

또, 제품 압력 사양치, 제품가스를 저장하기 위한 제품조의 용량, 제품순도, 부속 압축기의 토출량 등에서 가스분리장치(2)가 구비하는 장치부품에는 다양한 패턴이 있으나, 이러한 각 패턴에 간단한 설정치 변경만으로 대응하고 더 나아가 저렴하게 실현할 수 있는 방법을 제안한다.

제품탱크의 용량, 제품순도, 부속 압축기 토출량 등의 다른 패턴의 가스분리장치(2)에서는 제품탱크압력의 수학 모델이 다르다. 따라서, 시스템 동정으로 결정하는 수학 모델도 장치 패턴에 따라서 다르다. 그러나 장치마다 시스템 동정을 수행할 경우 장치 시운전으로의 작업량이 많아진다. 따라서, 제품탱크압력의 최저치의 실측치와 하한 압력치를 비교하여 양쪽에 차이가 있는 경우는 하한 압력치의 증 감을 수행하는 것에 의해 조정할 수 있고 장치 패턴의 차이에 대응하는 것이 가능해진다.

제품순도는 장치를 운전하는 환경(예를 들면, 기온이나 기압, 계절 등)에 의하여 영향을 받는 경우가 있다. 여기서, 제품순도가 소정의 값 이하에 이르렀을 경우는 제품탱크압력의 하한 압력치를 증가시키는 것에 의해 제품순도의 악화를 막을 수 있다. 구체적으로는 가스분리장치(2)에서 도 17에 나타낸 바와 같이 새롭게 가스농도 측정부(23)를 설치한다. 단, 도 17에서 도 1과 같은 구성에 대하여는 동일한 부호를 부여하고 그 설명을 생략한다.

가스농도 측정부(23)는 제품탱크(200) 내의 질소가스, 또는 질소가스 이외의 불순 가스의 농도를 측정하고 제품탱크(200) 내의 질소가스의 순도를 산출하여 산출한 질소가스의 순도치를 제어부(21)로 출력한다.

제품순도의 하한치를 다음의 계산식으로 연산하여 얻어진 제품순도의 하한치와 가스농도 측정부(23)가 측정한 제품순도를 비교한다.

Csp=Cmax-(Cmax－Cmin)/(Fmax)×F

Csp는 구하는 제품순도의 하한치, Cmax는 제품순도의 최고치, Cmin는 사용자 사양치에 있어서의 가스 취출량 100% 시의 제품순도, Fmax는 사용자 사양치에 있어서의 가스 취출량(최대치), F는 현재의 가스 취출량이다. 단, Fmax 및 F는 가스 취출율이라도 좋다.

상기 식으로 구할 수 있는 제품순도의 하한치와 가스농도 측정부(23)로 측정된 제품 순도치를 비교여 가스농도 측정부(23)로 측정한 최저 순도치가 제품순도의 하한치를 밑도는 경우, 제품탱크(200) 내의 압력의 하한 압력치를 소정 값으로 올림으로써 순도의 악화를 방지하는 효과가 있다.

단, 본 발명의 소정 값이란 미리 가스분리장치 제어장치(1)에 입력되어 있어도 좋고, 가스분리장치 제어장치(1)에 입력 수단을 마련하여 사용자가 입력 수단으로부터 소정의 값을 정해도 좋다.

단, 본 실시 예에서는 가스분리장치(2)를 제어하는 가스분리장치 제어장치(1)를 가스분리장치(2)의 외부에 구비하는 구성으로 설명하였으나, 가스분리장치(2)의 내부에 가스분리장치 제어장치(1)가 있는 구성이라도 좋다.

또, 본 실시 예에서는 가스분리장치 제어장치(1)의 가스분리장치 제어부(11)가 시계기능을 구비하고 있고 이 시계기능에 의하여 현재 시각 정보를 취득하여 공정을 전환하는 구성으로 설명하였으나, 가스분리장치 제어부(11)가 시계 기능뿐만 아니라 공정의 경과시간을 취득하는 기능을 구비하는 구성이라도 좋다. 이 경우, 가스분리장치 제어부(11)가 운전전환 시각정보 축적부(17)으로부터 독출한 공정의 공정시간과 공정의 경과시간을 비교한다. 가스분리장치 제어부(11)는 수시로 공정시간의 독출과 공정의 경과시간을 비교하여 공정 시의 경과시간이 공정시간을 초과하는지 아닌지에 의하여 공정의 전환 시각인지 아닌지를 검출한다.

단, 본 공정의 전환 방법은 상기에 한정되지 않으며 산출부(12)가 산출한 공정 전환 시각 또는 공정시간을 기초로 하여 공정을 전환하는 것이 가능한 방법이라면 어떠한 전환 방법이어도 적용할 수 있다.

본 발명에 의하면, 가스분리장치가 사용자의 사양치와는 다르게 운용이 이루어졌을 경우에라도, 최적의 휴지공정시간을 마련할 수 있기 때문에 사용자의 사양치를 만족하면서 소비 전력을 효율적으로 삭감할 수 있는 효과가 있다. 또, 가스분리장치 내의 상황에 따라 휴지공정을 마련하는 것에 의해 흡착공정 중에는 부하 운전이 계속되고 휴지공정 중에는 무부하 운전이 계속 되도록 조절할 수 있기 때문에 압축기의 기계 구조적인 부하를 절감할 수 있기 때문에 산업상 큰 의의가 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 있어서의 가스분리장치 및 가스분리장치 제어장치의 구성 예를 나타내는 블럭도이다.

도 2는 입력치 정보축적부에 기억된 입력치의 일례를 나타내는 도면이다.

도 3은 운전전환시각 정보축적부에 기억된 테이블의 일례를 나타내는 도면이다.

도 4는 산출치 축적부에 기억된 데이터의 일례를 나타내는 도면이다.

도 5는 제 1공정의 가스분리장치의 밸브의 개폐상태를 나타내는 도면이다.

도 6은 제2 또는 제5 공정에 있어서의 가스분리장치의 밸브의 개폐상태를 나타내는 도면이다.

도 7은 제3 또는 제6 공정에 있어서의 가스분리장치의 밸브의 개폐상태를 나타내는 도면이다.

도 8은 제4 공정에 있어서의 가스분리장치의 밸브의 개폐상태를 나타내는 도면이다.

도 9는 공정을 전환할 때의 가스분리장치 제어장치의 동작 플로우를 나타내는 플로차트(flow chart)이다.

도 10은 압력 예측치를 산출하고 휴지공정시간을 변경하는 동작 플로우를 나타내는 플로차트(flow chart)이다.

도 11 내지 도 13은 본 발명의 흡착공정 시의 압력변화 그래프의 예이다.

도 14 내지 도 16은 본 발명의 밸브가 닫혀 있는 상태의 압력변화 그래프의 예이다.

도 17은 가스분리장치에 있어서 가스농도 측정부를 마련한 경우의 구성 예를 나타내는 블럭도이다.

[부호의 설명]

1　가스분리장치 제어장치　 2　가스분리장치

11　가스분리장치 제어부　 12　산출부

15　입력치 정보축적부 　 17　운전전환 시각정보 축적부

18　사양치 축적부　 19　산출치 축적부

21　제어부 　 22　탱크압력 측정부

23　가스농도 측정부 　 24　가스 취출량 측정부

25　밸브 개폐 제어부　 20－1, 20－2　흡착탑

26　압축기 200　제품탱크

211, 212, 221, 222, 231, 241, 251, 252 밸브

Claims (10)

1. 삭제
2. 흡착제를 충전한 복수의 흡착탑의 각각에 대하여 적어도 흡착공정, 균압공정 및 재생공정의 3개의 공정을 반복하는 것에 의해 원료혼합가스 중의 역흡착 성분과 난흡착 성분을 분리하여 제품가스를 제조하는 가스분리장치의 제어방법에 있어서,

   미리 실험치에 의해서 동정(同定) 된 상기 가스분리장치가 구비한 제품탱크 압력치의 함수 모델을 기억하는 과정;

   상기 가스분리장치로부터 입력되는 가스의 사용량을 나타내는 유량정보와 상기 제품탱크 내의 압력치와 타이머 정보를 기억하는 과정;

   상기 함수 모델을 독출하고 독출한 상기 함수 모델에 독출한 상기 유량정보와 상기 압력치와 상기 타이머 정보를 입력하는 것에 의해 상기 제품탱크의 압력 예측치를 산출하고, 상기 압력 예측치에 응하여 상기 가스분리장치의 상기 흡착공정 및 상기 재생공정의 종료 후에 마련되는 휴지공정의 개시시각과 종료시각을 조 절하여 산출하는 과정;

   상기 3개의 공정과 상기 휴지공정의 개시시각과 종료시각을 기초로 하여 상기 가스분리장치를 제어하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 압력변동흡착가스분리장치의 제어방법.
3. 흡착제를 충전한 복수의 흡착탑의 각각에 대하여 적어도 흡착공정, 균압공정 및 재생공정의 3개의 공정을 반복하는 것으로 원료혼합가스 중의 역흡착 성분과 난흡착 성분을 분리하여 제품가스를 제조하는 가스분리장치의 제어장치에 있어서,

   미리 실험치에 의해서 동정 된 상기 가스분리장치가 구비하는 제품탱크 압력치의 함수 모델을 기억하는 함수 모델 기억부;

   상기 가스분리장치로부터 입력된 가스의 사용량을 나타내는 유량정보와 상기 제품탱크 내의 압력치와 타이머 정보를 기억하는 입력치 정보기억수단;

   상기 함수 모델을 상기 함수 모델 기억부로부터 독출하고 독출한 상기 함수 모델에 상기 입력치 정보기억수단으로부터 독출한 상기 유량정보와 상기 압력치와 상기 타이머 정보를 입력하는 것에 의해 상기 제품탱크의 압력 예측치를 산출하고 상기 압력 예측치에 응하여 상기 가스분리장치의 상기 흡착공정 및 상기 재생공정 종료 후에 마련되는 휴지공정의 개시시각과 종료시각을 조절하여 산출하는 산출부;

   상기 3개의 공정과 상기 휴지공정의 개시시각과 종료시각을 기초로 하여 상기 가스분리장치를 제어하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 제어장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 산출부는,

   소정의 주기마다 상기 제품탱크압력의 상기 압력 예측치를 산출하고 산출한 상기 압력 예측치와 상기 제품탱크압력의 상한 설정치를 비교하는 것에 의해 상기 압력 예측치가 상기 상한 설정을 초과하는지 아닌지를 검출하는 것으로, 상기 흡착공정의 종료시각 또는 상기 흡착공정의 계속시간을 산출하는 것을 특징으로 하는 제어장치.
5. 제 3항에 있어서,

   상기 산출부는,

   소정의 주기마다 상기 제품탱크압력의 상기 압력 예측치를 산출하고 산출한 상기 압력 예측치와 상기 제품탱크압력의 하한 설정치를 비교하는 것에 의해 상기 압력 예측치가 상기 하한 설정을 밑도는지 아닌지를 검출하는 것으로, 상기 휴지공정의 종료시각 또는 상기 휴지공정의 계속시간을 산출하는 것을 특징으로 하는 제어장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 산출부는,

   상기 제품탱크로부터 입력되는 상기 제품탱크압력의 실측치 중, 최저치와 상기 하한 설정치의 차이를 산출하고 차이가 소정의 임계치를 초과한 경우는 상기 하한 설정치를 조절하는 것을 특징으로 하는 제어장치.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 산출부는,

   상기 가스분리장치로부터 입력되는 상기 제품탱크에 있어서의 제품가스농도의 실측치에 응하여 상기 하한 설정치를 조절하는 것을 특징으로 하는 제어장치.
8. 제 5 항에 있어서,

   상기 산출부는,

   상기 가스분리장치로부터 입력되는 상기 제품가스의 상기 유량정보에 응하여 상기 하한 설정치를 조절하는 것을 특징으로 하는 제어장치.
9. 삭제
10. 삭제

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