TWI634263B - Gas booster compression device and gas compressor - Google Patents

Abstract

於氣體壓縮機運轉中低純度之製品氣體流入氣體壓縮機之情形時會供給低純度之製品氣體。此時，為了再次提高製品氣體之純度，必須停止自氣體升壓壓縮裝置之製品氣體之供給，並運轉氣體升壓壓縮裝置以便使貯槽內之氣體純度恢復至規定值，從而浪費電力。

為了解決上述問題，本發明構成為具備：氣體分離裝置，其自空氣分離出一部分氣體；製品氣貯槽A，其貯存由上述氣體分離裝置分離出之氣體即製品氣體；氣體壓縮機，其使上述製品氣貯槽所貯存之製品氣體升壓；製品氣貯槽B，其貯存由上述氣體壓縮機升壓後之製品氣體；及控制部，其控制上述氣體分離裝置與上述氣體壓縮機；且上述控制部係根據上述氣體分離裝置之製品氣體噴出信號，控制上述氣體壓縮機之運轉及停止。

Description

氣體昇壓壓縮裝置及氣體壓縮機

本發明係關於一種氣體升壓壓縮裝置及氣體壓縮機。

作為本技術領域之背景，有專利文獻1。於專利文獻1中記載有「於藉由往復活塞式壓縮機9使惰性氣體源1中之惰性氣體升壓並送入升壓儲藏槽14之惰性氣體升壓送給方法中，與往復活塞式壓縮機9之停止實質上同時地，停止自惰性氣體源1向往復活塞式壓縮機9之惰性氣體供給，且使自往復活塞式壓縮機9噴出之惰性氣體於噴出配管12內放氣，當往復活塞式壓縮機9之再起動時，連通惰性氣體源1與往復活塞式壓縮機9，且當自往復活塞式壓縮機9噴出之惰性氣體以特定時間自噴出配管內放氣後，將達到特定純度之惰性氣體送入升壓儲藏槽14。」(參照摘要)。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2006-336574號公報

根據上述專利文獻1所記載之技術，可防止因氣體壓縮機之運轉停止時或卸載時空氣向氣體壓縮機內之混入所引起的氣體壓縮機之起動時之貯槽內之製品氣體純度下降。

然而，例如於使用PSA式之氣體分離裝置作為惰性氣體源之情形 時，由於PSA式之氣體分離裝置之氣體分離性能受到使用環境較大影響，故而有裝置之使用周圍溫度‧濕度變高時製品氣體純度變成低純度之可能性。

於氣體壓縮機運轉中此種低純度之製品氣體流入氣體壓縮機之情形時，低純度之製品氣體會被供給至氣體壓縮機內部。此時，為了再次提高製品氣體之純度，必須停止自氣體升壓壓縮裝置之製品氣體供給，運轉氣體升壓壓縮裝置以使貯槽內之氣體純度恢復到規定值，從而浪費電力。於本發明中，提供一種抑制多餘電力之消耗而供給製品氣體之氣體升壓壓縮裝置及氣體壓縮機。

為了解決上述問題，本發明構成為具備：氣體分離裝置，其自空氣分離出一部分氣體；製品氣貯槽A，其貯存由上述氣體分離裝置分離出之氣體即製品氣體；氣體壓縮機，其使上述製品氣貯槽所貯存之製品氣體升壓；製品氣貯槽B，其貯存由上述氣體壓縮機升壓後之製品氣體；及控制部，其控制上述氣體分離裝置與上述氣體壓縮機；且上述控制部係根據上述氣體分離裝置之製品氣體噴出信號，控制上述氣體壓縮機之運轉及停止。

根據本發明，可提供一種一面抑制電力消耗一面供給製品氣體之氣體升壓壓縮裝置及氣體壓縮機。

1‧‧‧PSA式氣體分離裝置

2‧‧‧壓縮機部

3‧‧‧PSA部

4‧‧‧空氣壓縮機

5‧‧‧空氣貯槽

6‧‧‧空氣乾燥機

7‧‧‧排洩濾器

17a、17b‧‧‧配管

18‧‧‧供給閥

18a、18b‧‧‧供給閥

19‧‧‧吸附槽

19a、19b‧‧‧吸附槽

21‧‧‧配管

21a、21b‧‧‧配管

22‧‧‧排氣閥

22a、22b‧‧‧排氣閥

25a、25b‧‧‧配管

26‧‧‧下均壓閥

26a、26b‧‧‧下均壓閥

31‧‧‧配管

31a、31b‧‧‧配管

32‧‧‧配管

32a、32b‧‧‧配管

33‧‧‧節流閥

35a、35b‧‧‧配管

36‧‧‧上均壓閥

36a、36b‧‧‧上均壓閥

38‧‧‧取出閥

38a、38b‧‧‧取出閥

40‧‧‧配管

41‧‧‧氮氣槽

42‧‧‧噴出口

43‧‧‧配管

44‧‧‧過濾器調節器

45‧‧‧噴出閥

46‧‧‧流量調整閥

48‧‧‧配管

49‧‧‧配管

51‧‧‧流量調整閥

52‧‧‧消音器

54‧‧‧開閉閥

56‧‧‧氧感測器

60‧‧‧控制部

71‧‧‧貯槽A

72‧‧‧氣體壓縮機

A72‧‧‧氣體壓縮機

73‧‧‧壓力檢測機構

74‧‧‧貯槽B

75‧‧‧壓力檢測機構

B75‧‧‧壓力檢測機構

77‧‧‧開閉閥

80‧‧‧配管

82‧‧‧取出口

88‧‧‧止回閥

90‧‧‧氣體升壓壓縮裝置

S201~S216‧‧‧步驟

圖1係表示本發明之實施例1之氣體升壓壓縮裝置之全體構成圖。

圖2係本發明之實施例1之氣體升壓壓縮裝置之控制流程圖。

[實施例1]

使用圖1對本發明之實施例1進行說明。使用圖1對本實施例之氣體升壓壓縮裝置90之全體構成進行說明。

圖1所示之氣體分離裝置1為PSA(Pressure Swing Adsorption)式之氣體分離裝置。氣體分離裝置1包括供給空氣之空氣供給單元2、及產生製品氣體之PSA單元3。於本實施例中，作為一例係將空氣供給單元2與PSA單元3分別儲存於不同殼體，但上述兩個單元亦可儲存於相同殼體內。

該空氣供給單元2具有壓縮空氣之空氣壓縮機4、貯存壓縮空氣之空氣貯槽5、對壓縮空氣進行除濕之空氣乾燥機6、及一面回收析出之排水一面去除雜質之排洩濾器7。於本實施例中，作為一例，該等空氣壓縮機4、空氣貯槽5、空氣乾燥機6及排洩濾器7係儲存於殼體內。另一方面，PSA單元3具有：吸附槽19a、19b，其等藉由自空氣供給單元2供給之壓縮空氣分離出特定氣體而產生製品氣體；及氮氣槽(製品氣體貯槽)41，其貯存製品氣體(氮氣)。

空氣貯槽5所貯存之壓縮空氣被供給至後述之吸附槽19a、19b，自空氣貯槽5所貯存之壓縮空氣分離出特定氣體。於本實施例中，係對藉由吸附槽19a、19b吸附氧氣而分離出氮氣之情形進行說明，但亦可藉由吸附氮氣而分離出氧氣，還可自大氣以外之壓縮空氣分離出其他氣體。又，於本實施例中係藉由吸附槽19a、19b之2個吸附槽構成氣體分離裝置，但亦可藉由3個以上之吸附槽構成氣體分離裝置。

作為空氣壓縮機4係使用往復移動式、螺旋式或渦旋式等之壓縮機、或自外部被供給1次壓而再次壓縮之升壓壓縮機等。於空氣貯槽5連接有供來自空氣貯槽5之壓縮空氣流通之配管16，於該配管16之末端位置連接有分支成2系統之配管17a、17b。於配管17a、17b，在中途分別設有將流路打開或關閉之供給閥18a、18b，且分別連接有用於吸附氧分子以取出氮氣作為製品氣體之吸附槽19a、19b。該吸附槽為容積固定。又，於配管17a、17b分別於供給閥18a、18b與吸附槽 19a、19b之間之位置連接有配管21a、21b，該等配管21a、21b於中途設有打開或關閉流路之排氣閥22a、22b，於末端設有附消音用過濾器之排氣消音器23。該排氣消音器可於各吸附槽19a、19b分別設置一個。又，於配管17a、17b以將相互之配管21a、21b與吸附槽19a、19b之間位置連結之方式連接有配管25a、25b，於該等配管25a、25b設有打開或關閉流路之下均壓閥26a、26b。

於吸附槽19a、19b填充有例如吸附氧分子之作為吸附手段之吸附劑。吸附劑具體而言係使用分子篩碳或沸石等。於吸附槽19a、19b分別連接有相互合流之配管31a、31b。於該等配管31a、31b以將相互之吸附槽19a、19b側之配管彼此連結之方式連接有配管32a、32b，於該等配管32a、32b設有節流閥33。又，於配管31a、31b以將較相互配管32a、32b更為吸附槽19a、19b相反側之配管彼此連結之方式連接有配管35a、35b，於該等配管35a、35b設有打開或關閉流路之上均壓閥36a、36b。又，於配管31a、31b，於較各配管35a、35b更為吸附槽19a、19b相反側分別設有打開或關閉流路之取出閥38a、38b。於配管31a、31b之合流位置連接有配管40，於該配管40連接有作為貯存氮氣之製品氣體貯槽之氮氣槽41。於該氮氣槽41連接有設有噴出口42之配管43，於該配管43之中途位置自氮氣槽41側依序設有去除塵埃等且調整氣體壓力之過濾器調節器44、打開或關閉流路之噴出閥45、及調整製品氣體之流量之流量調整閥46。於配管43之過濾器調節器44與噴出閥45之間位置連接有配管48及配管49，於配管48自配管43側依序設有打開或關閉流路之開閉閥50、調整氣體流量之流量調整閥51、及消音器52。於配管49自配管43側依序設有打開或關閉流路之開閉閥54、調整氣體流量之流量調整閥55、及檢測氧濃度之氧感測器56。氧感測器56係可通信地連接於控制部60，將檢測信號輸出至控制部60。控制部60接收檢測信號，而控制吸附槽19a、19b中之氮氣產生。

具體而言，供給閥18a、18b、排氣閥22a、22B、下均壓閥26a、26b、上均壓閥36a、36b、取出閥38a、38b、噴出閥45、開閉閥50及54係可通信地連接於控制部60，依照來自控制部60之指令而作動。

至此對氣體分離裝置1之構成進行了說明，此處對氣體分離裝置1中進行之氣體分離方法進行說明。於氣體分離裝置1中進行：壓縮步驟，其係藉由空氣壓縮機4壓縮空氣；貯藏步驟，其係將藉由壓縮步驟所壓縮之空氣貯存至空氣貯槽5；除濕步驟，其係藉由空氣乾燥機6對壓縮空氣進行除濕；及分離步驟，其係自經除濕步驟除濕後之空氣分離出氣體。於氣體分離裝置1之分離步驟中，依序重複進行以下之(a)~(d)之步驟。

(a)吸附‧回流步驟：將藉由空氣壓縮機4壓縮並貯存於空氣貯槽5之壓縮空氣，藉由打開供給閥18而供給至填充有吸附劑之吸附槽19，且將氮氣槽41內殘留之氮氣藉由打開取出閥38而回流至吸附槽19並使吸附槽19內升壓，利用壓力使氧分子吸附於吸附劑。

(b)取出步驟：於吸附步驟之後，繼續自空氣貯槽5向吸附槽19供給壓縮空氣，同時將利用吸附劑分離產生之氮氣自吸附槽19取出後貯存至氮氣槽41。

(c)均壓步驟：藉由上均壓閥36及下均壓閥26之開閉，實現取出步驟結束後之一對吸附槽19之均壓化，提高下一次之吸附步驟之吸附效率，產生更高純度之氮氣。

(d)再生步驟：對於均壓步驟結束後之吸附槽19內，藉由打開排氣閥22並經由配管21使吸附於吸附劑之氧分子解吸，而再生吸附劑。再者，於該再生步驟中，排氣閥22以外之與吸附槽19關聯之供給閥18、下均壓閥26、上均壓閥36及取出閥38均為關閉狀態。

於吸附槽19a進行吸附步驟‧取出步驟(步驟(a)(b))之期間，吸附槽19b內進行再生步驟(步驟(d))。其後，同時進行(c)均壓步驟，將吸 附槽19a、19b相互替換而進行吸附步驟‧取出步驟(步驟(a)(b))及再生步驟(步驟(d))。上述吸附步驟(a)、取出步驟(b)、均壓步驟(c)之時間加起來為週期時間。

將上述氣體分離裝置1產生之製品氣體通過噴出口42送入貯槽A71，並自貯槽A71通過配管80送入氣體壓縮機72。於噴出口42先頭連接有用於防止製品氣體自貯槽A向氣體分離裝置逆流之止回閥88，於配管80設置有打開或關閉流路之開閉閥77。將氣體壓縮機72升壓後之製品氣體貯存於貯槽B74，並經由取出口82而適當地送往供給目的地。

於貯槽A71連接有壓力檢測機構73，於貯槽B74連接有壓力檢測機構75，且以可與氣體分離裝置1之控制部60通信之方式連接。

使用圖2對本實施例之控制部60之控制流程進行說明。

若氣體升壓壓縮裝置開始運轉(S201)，首先開始運轉氣體分離裝置1(S202)。藉由進行上述(a)~(d)之分離步驟，將產生之製品氣體貯存於氮氣槽41。貯存之製品氣體之濃度係藉由內置於氣體分離裝置1之氧感測器56而感測。於製品氣體濃度超過預先規定之製品氣體濃度之情形時，將來自控制部60之製品氣體噴出信號N作為ON而輸出。於S203中，判斷是否輸出製品氣體噴出信號N，於判斷為輸出之情形時，打開噴出閥45(S204)，經由噴出口42向貯槽A71貯存製品氣體。此時開閉閥77關閉。另一方面，於S203中，於判斷為製品氣體噴出信號N未輸出之情形時，關閉噴出閥45(S205)，確認停止氣體壓縮機72(S206)。

其次，於S207中，藉由壓力檢測機構73檢測貯槽A71內貯存之製品氣體之壓力，並判斷貯槽A71之壓力P1是否超過預先規定之貯槽壓力Pmin1。

於貯槽A71之壓力P1超過Pmin1之情形時，根據來自控制部60之 信號而將開閉閥77打開(S208)，且開始氣體壓縮機78之運轉(S209)。

於S210中，再次判斷是否輸出製品氣體噴出信號N，於判斷為輸出(ON)之情形時，前進至S214。於製品氣體噴出信號N未輸出(OFF)之情形時，將噴出閥45關閉(S211)，中斷向貯槽A71之製品氣體供給。又，將開閉閥77關閉(S212)，停止氣體壓縮機(S213)。其後，於再次輸出有製品氣體噴出信號N之情形時(S203)將噴出閥打開，再次開始向貯槽A71供給製品氣體(S204)。此時，若貯槽A71之壓力P1超過Pmin1，便將噴出閥45打開，同時將開閉閥77打開，再次開始氣體壓縮機之運轉。

於S214中，氣體壓縮機78判斷藉由壓力檢測機構75所感測之貯槽B74之壓力P2是否超過預先規定之氣體壓縮機停止壓力Pmax。

藉由控制部60控制為，若貯槽B74之壓力P2超過氣體壓縮機停止壓力Pmax便停止氣體壓縮機之運轉(S215)。其後，因氣體壓縮機停止，壓力P2下降，當變成規定之氣體壓縮機恢復壓力Pmin2時，藉由控制部60控制氣體壓縮機78再次開始運轉(S216)。即，氣體壓縮機72係以貯槽B74內之壓力P2為Pmin2≦P2≦Pmax之方式進行運轉‧停止之控制。

又，無關於貯槽B之壓力P2，於貯槽A之壓力P1低於預先規定之壓力Pmin1之情形時，控制部60停止氣體壓縮機72之運轉。

如以上般，根據本實施例，於無製品氣體噴出信號N(OFF)之情形時，以關閉噴出閥，停止氣體壓縮機72之方式進行控制，故而於氣體升壓壓縮裝置運轉中，當氣體分離裝置內之製品氣體濃度為低純度時，可防止低純度之製品氣體流入貯槽B74內。因此，可消除貯槽B74內之製品氣體濃度變差時之氣體壓縮機之無用運轉，從而可抑制消耗電力。

又，於貯槽A之壓力變成特定壓力Pmin1以上之情形時，將開閉 閥77打開並運轉氣體壓縮機，故而可抑制吸入側之壓力變低時之氣體壓縮機之運轉。藉此，可於吸入側之壓力較高時運轉氣體壓縮機，從而可實現效率良好之運轉。

Claims (10)

1. 一種氣體升壓壓縮裝置，其特徵在於具備：氣體分離裝置，其自空氣分離出一部分氣體；製品氣貯槽A，其貯存由上述氣體分離裝置分離出之氣體即製品氣體；氣體壓縮機，其使上述製品氣貯槽A所貯存之製品氣體升壓；製品氣貯槽B，其貯存由上述氣體壓縮機升壓後之製品氣體；及控制部，其控制上述氣體分離裝置與上述氣體壓縮機；且上述控制部係根據上述氣體分離裝置之製品氣體噴出信號，控制上述氣體壓縮機之運轉及停止，以當上述氣體分離裝置之製品氣體噴出信號被輸出時，將由上述氣體分離裝置分離出之製品氣體貯存到上述製品氣貯槽A之方式控制上述氣體分離裝置。
2. 如請求項1之氣體升壓壓縮裝置，其中上述製品氣體噴出信號係於上述氣體分離裝置分離出之氣體之濃度超過特定濃度之情形時輸出的信號。
3. 如請求項1之氣體升壓壓縮裝置，其中上述控制部係以上述氣體分離裝置之製品氣體噴出信號被輸出，且上述製品氣貯槽A之壓力超過特定壓力之情形時，運轉上述氣體壓縮機之方式進行控制。
4. 如請求項1之氣體升壓壓縮裝置，其中上述控制部係以上述氣體分離裝置之製品氣體噴出信號變得消失之情形時，無關於上述製品氣貯槽A及上述製品氣貯槽B之壓力而停止上述氣體壓縮機的方式進行控制。
5. 如請求項1之氣體升壓壓縮裝置，其中上述控制部係以上述氣體分離裝置之製品氣體噴出信號變得消失之情形時，停止向上述 製品氣貯槽A貯存由上述氣體分離裝置分離出之製品氣體之方式控制上述氣體分離裝置。
6. 一種氣體壓縮機，其特徵在於，其係使由自空氣分離出一部分氣體之氣體分離裝置所供給並貯存於製品氣貯槽A之製品氣體升壓，並將升壓後之製品氣體供給至製品氣貯槽B者，且該氣體壓縮機係以如下方式進行控制：根據上述氣體分離裝置之製品氣體噴出信號被輸出，製品氣體開始自上述氣體分離裝置被供給到上述製品氣貯槽A時，該氣體壓縮機開始運轉。
7. 如請求項6之氣體壓縮機，其中上述製品氣體噴出信號係於上述氣體分離裝置分離出之氣體之濃度超過特定濃度之情形時輸出的信號。
8. 如請求項6之氣體壓縮機，其係以上述氣體分離裝置之製品氣體噴出信號被輸出，且自上述氣體分離裝置所供給之製品氣體之壓力超過特定壓力之情形時，開始運轉之方式被控制。
9. 如請求項6之氣體壓縮機，其係以上述氣體分離裝置之製品氣體噴出信號變得消失之情形時，無關於自上述氣體分離裝置供給之製品氣體之壓力及上述製品氣貯槽B之壓力，而停止運轉之方式被控制。
10. 如請求項6之氣體壓縮機，其係以於自上述氣體分離裝置供給之製品氣體之壓力低於特定壓力之情形時，無關於上述製品氣貯槽B之壓力，而停止運轉之方式被控制。