気体分離装置および方法
【課題】本発明は、サイクルタイムのどの段階にあるかを考慮して圧縮機の運転台数を製品ガスの使用量に応じて制御することにより、製品ガス純度・圧力を維持しつつ、製品ガスの使用量に応じて圧縮機の運転台数を制御することにより省エネ運転を可能とする気体分離装置および方法を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、空気を圧縮する複数台の圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された空気の一部を吸着する吸着槽と、前記圧縮機の運転を制御し、前記吸着槽に圧縮空気を供給して一の気体を吸着する吸着工程と、前記吸着槽から他の気体を製品ガスとして取出す取出工程を行う制御部とを備え、前記制御部は、吸着工程開始時において、全台数の圧縮機を運転させ、製品ガスの使用量が減少した場合に前記圧縮機の運転台数を減らすことを特徴とする気体分離装置を提供する。
【解決手段】本発明は、空気を圧縮する複数台の圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された空気の一部を吸着する吸着槽と、前記圧縮機の運転を制御し、前記吸着槽に圧縮空気を供給して一の気体を吸着する吸着工程と、前記吸着槽から他の気体を製品ガスとして取出す取出工程を行う制御部とを備え、前記制御部は、吸着工程開始時において、全台数の圧縮機を運転させ、製品ガスの使用量が減少した場合に前記圧縮機の運転台数を減らすことを特徴とする気体分離装置を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は気体分離装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１の気体分離装置は、圧縮機とＰＳＡを含めた窒素ガス発生装置を複数台を設置し、製品ガス使用量の変動に応じて、窒素ガス発生装置の運転台数を制御することにより省エネを実施している。特許文献２の気体分離装置は、製品ガス使用量の変動に応じて、圧縮機のモータの回転数を制御することにより、省エネを実施している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４００２８５２号公報
【特許文献２】特開２００２−４５６３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の気体分離装置は、窒素ガス生成のサイクルタイムのどの段階にあるかに関係なく、製品ガスの使用量の変動に応じて窒素ガス発生装置の運転台数を制御するものである。また、特許文献２の気体分離装置も窒素ガス生成のサイクルタイムのどの段階にあるかに関係なく、製品ガスの使用量に応じてモータの回転数を制御するものである。しかし、製品ガスの純度・圧力を維持するためには、特にサイクルタイムの初めにおいて高い圧力が必要であるが、製品ガスの使用量が少ない場合に窒素ガス発生装置の運転台数を減らしたり、モータを減速させたりすると製品ガスの純度・圧力が低下する。
【０００５】
本発明は上記問題点に鑑み、サイクルタイムのどの段階にあるかを考慮して圧縮機の運転台数を製品ガスの使用量に応じて制御することにより、製品ガス純度・圧力を維持しつつ、製品ガスの使用量に応じて圧縮機の運転台数を制御することにより省エネ運転を可能とする気体分離装置および方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するために本発明は、空気を圧縮する複数台の圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された空気の一部を吸着する吸着槽と、前記圧縮機の運転を制御し、前記吸着槽に圧縮空気を供給して一の気体を吸着する吸着工程と、前記吸着槽から他の気体を製品ガスとして取出す取出工程とを行う制御部とを備え、前記制御部は、吸着工程開始時において、全台数の圧縮機を運転させ、製品ガスの使用量が減少した場合に前記圧縮機の運転台数を減らすことを特徴とする気体分離装置を提供する。
【０００７】
また、本発明は、複数台の圧縮機により空気を圧縮する圧縮工程と、前記圧縮工程により圧縮された空気から前記圧縮機で圧縮された空気の一部を吸着槽に吸着させる吸着工程と、前記吸着槽から他の気体を製品ガスとして取出す取出工程とを行い、前記圧縮工程では、前記吸着工程開始時に全台数の圧縮機を運転させ、製品ガスの使用量が減少した場合に前記圧縮機の運転台数を減らすことを特徴とする気体分離方法を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、製品ガス濃度・圧力を維持しつつ、製品ガスの使用量に応じた省エネ運転を可能とする気体分離装置および方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施例１に係る気体分離装置の概略構成図
【図２】本発明の実施例１に係る気体分離装置の圧力変化を示すグラフ
【図３−１】本発明の実施例１に係る気体分離装置の制御フロー図（全体）
【図３−２】本発明の実施例１に係る気体分離装置の制御フロー図（判別処理）
【図４】本発明の実施例１に係る気体分離装置の省エネ効果を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明に係る各実施例について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１１】
本発明について図１−４を用いて説明する。
【００１２】
図１に示す気体分離装置１はＰＳＡ式の気体分離装置である。気体分離装置１は、空気を供給する空気供給ユニット２と、製品ガスを生成するＰＳＡユニット３で構成される。この空気供給ユニット２は、空気を圧縮する圧縮機４と、圧縮空気を貯留させる空気槽（空気貯留タンク）５、圧縮空気を除湿するドライヤー６と、析出したドレン水を回収しながら不純物を除去するドレンフィルター７を有している。本実施例では、一例として、これら圧縮機４と、空気槽５と、ドライヤー６とドレンフィルター７とは筐体に格納されている。一方、ＰＳＡユニット３は、空気供給ユニット２から供給される圧縮空気から所定の気体を分離することにより、製品ガスを生成する吸着槽１９と、製品ガス（窒素）を貯留する窒素槽（製品ガス貯留タンク）４１を有している。
【００１３】
空気槽５で貯留された圧縮空気は後述の吸着槽１９に供給され、空気槽５で貯留された圧縮空気から所定の気体が分離される。本実施例では、吸着槽１９で酸素を吸着することにより、窒素を分離する場合について説明するが、窒素を吸着することにより酸素を分離してもよいし、大気以外の圧縮空気から他の気体を分離するものであってもよい。
【００１４】
圧縮機４として、往復動式、スクリュー式あるいはスクロール式等の圧縮機や、外部から１次圧を供給され再圧縮する所謂ブースタ圧縮機等が用いられており、それらは複数台搭載されている。本実施例としては、３台または４台搭載しているものとして説明する。
【００１５】
空気槽５には、空気槽５からの圧縮空気を流す配管１６が接続されており、この配管１６の端末位置には２系列に分岐した配管１７が接続されている。配管１７には、それぞれ流路を開閉する供給弁１８が途中に設けられており、端末には酸素分子を吸着して窒素ガスを製品ガスとして取り出すための吸着槽１９がそれぞれ接続されている。この吸着槽は容積一定である。また、配管１７には、それぞれ供給弁１８と吸着槽１９との間位置に配管２１が接続されており、これら配管２１には、途中に流路を開閉する排気弁２２が、端末に消音用のフィルタ付きの排気サイレンサ２３が設けられている。この排気サイレンサは各吸着槽１９毎に設けられていてもよい。また、配管１７には、互いの配管２１と吸着槽１９との間位置を結ぶように配管２５が接続されており、この配管２５には流路を開閉する下均圧弁２６が設けられている。
【００１６】
吸着槽１９には、例えば、酸素分子を吸着する吸着手段である吸着剤が充填されている。吸着剤は、具体的には分子ふるいカーボンやゼオライト等を用いている。吸着槽１９には、端末位置で互いに合流する配管３１がそれぞれ接続されている。これら配管３１には、互いの吸着槽１９側同士を結ぶように配管３２が接続されており、この配管３２には絞り３３が設けられている。また、配管３１には、互いの配管３２よりも吸着槽１９とは反対側同士を結ぶように配管３５が接続されており、この配管３５には流路を開閉する上均圧弁３６が設けられている。また、配管３１には、それぞれの配管３５よりも吸着槽１９とは反対側に流路を開閉する取出弁３８がそれぞれ設けられている。配管３１の合流位置には配管４０が接続されており、この配管４０の端末位置には窒素ガスを貯留させる製品ガス貯留タンクとしての窒素槽４１が接続されている。この窒素槽４１には、端末位置が吐出口４２とされた配管４３が接続されており、この配管４３の途中位置には窒素槽４１側から順に、塵埃等を除去するとともにガスの流量を調整するフィルターレギュレーター４４、流路を開閉する吐出弁４５、ガスの流量を調整する流量調整弁４６が設けられている。配管４３のフィルターレギュレーター４４と吐出弁４５との間位置には配管４８および配管４９が接続されており、配管４８には、配管４３側から順に、流路を開閉する開閉弁５０と、ガスの流量を調整する流量調整弁５１と、サイレンサ５２とが設けられている。配管４９には、配管４３側から順に、流路を開閉する開閉弁５４と、ガスの流量を調整する流量調整弁５５と、酸素濃度を検出する酸素センサー５６とが設けられている。酸素センサー５６は制御部６０に通信可能に接続されており、検出信号を制御部６０に出力する。また、製品ガス使用量Ｑuを検出する流量センサー５７は、吐出口４２の手前に設置されており、検出信号を制御部６０に通信可能に接続されている。さらに窒素ガスの圧力を検出する圧力センサー５８は、窒素槽４１に接続されており、検出信号を制御部６０に通信可能に接続されている。
【００１７】
供給弁１８、排気弁２２、下均圧弁２６、上均圧弁３６、取出弁３８、吐出弁４５、流量調整弁４６、開閉弁５０、流量調整弁５１、および開閉弁５４は、制御部６０に通信可能に接続されており、制御部６０からの指令で作動する。
【００１８】
上記に記載の酸素センサー５６、流量センサー５７、圧力センサー５８は、外部に設置したバッファタンク７０および吐出口７１に接続させていてもよい。
【００１９】
ここまで、気体分離装置１の構成を説明してきたが、ここで気体分離装置において行われる気体分離方法について説明する。
【００２０】
気体分離装置１では、圧縮機４によって空気を圧縮する圧縮工程、圧縮工程により圧縮された空気を空気槽５に貯留する貯蔵工程、圧縮空気をエアードライヤー６により除湿する除湿工程、除湿工程により除湿された空気から気体を分離する分離工程が行わる。
【００２１】
気体分離装置１の分離工程では、以下の（ａ）〜（ｄ）の工程が順次繰り返される。
【００２２】
（ａ）吸着工程：圧縮機４により圧縮され空気槽５に貯留された圧縮空気を、供給弁１８を開くことで、吸着剤が充填された吸着槽１９に導入するとともに、窒素槽４１内に残存する窒素ガスを、取出弁３８を開くことで吸着槽１９に還流して吸着槽１９内を昇圧させ、圧力を利用して吸着剤に酸素分子を吸着させる工程。
【００２３】
（ｂ）取出工程：吸着工程から引き続いて、空気槽５から圧縮空気を吸着槽１９に導入し続けると同時に、吸着剤により分離生成された窒素ガスを吸着槽１９より取り出して窒素槽４１に貯留させる工程。
【００２４】
（ｃ）均圧工程：上均圧弁３６および下均圧弁２６の開閉により取出工程終了後の一対の吸着槽１９の均圧化を図り、次回の吸着工程の吸着効率を高めて、より高純度の窒素ガスを生成するための工程。なお、ここでは吸着槽１９が複数ある場合について説明したが、吸着槽１９は１つであってもよく、その場合は均圧工程は不要である。
【００２５】
（ｄ）再生工程：均圧工程終了後の吸着槽１９内を、排気弁２２を開くことにより配管２１を介して、吸着剤に吸着された酸素分子を脱着することにより吸着剤を再生する工程。なお、この再生工程において、排気弁２２以外の吸着槽１９に関連する供給弁１８、下均圧弁２６、上均圧弁３６および取出弁３８は、閉状態とする。
【００２６】
なお、吸着槽１９が複数ある場合は、ある吸着槽１９で吸着工程・取出工程（工程(a)(b)）が行われている間に他の吸着槽１９では、再生工程（工程(d)）が行われる。その後、（ｃ）均圧工程が同時に行われ、吸着槽１９を入れ替えて吸着工程・取出工程（工程(a)(b)）と再生工程（工程(d)）が行われる。
【００２７】
（ｃ）均圧工程では、（ｄ）再生工程で排気した吸着槽を吸着工程・取出工程（工程(a)(b)）において昇圧した吸着槽と均圧化させるため、吸着槽１９の圧力は吸着工程・取出工程（工程(a)(b)）で酸素ガスを吸着させるために必要な圧力よりも低くなる。また、吸着槽１９が１つの場合でも吸着工程・取出工程（工程(a)(b)）の直前は再生工程（工程(d)）であるため、吸着工程開始時の圧力は大気圧である。従って、吸着工程・取出工程（工程(a)(b)）開始時は、吸着槽１９に酸素分子を吸着させるには圧力が低いため、窒素ガスの純度・圧力を維持するために本実施例では、吸着工程の開始時には、全台数の圧縮機４を運転させる。
【００２８】
気体分離装置１は、制御部６０によって複数台の圧縮機４が制御され、上記のように分離工程が行われる。複数台の圧縮機４を搭載した圧縮機ユニットを通常運転としては、吸着工程の開始時（サイクルタイムの開始時）には定格発生量Qmの性能を維持するため、複数台（n台）搭載されている圧縮機を全台数運転させて、あらかじめ選定された分離工程時間（工程(a)(b)(c)(d)）：基本サイクルタイムTiにて、上記記載の気体分離方法の各工程を踏み、それを繰り返すことで製品ガスを発生させている。（そのときの吸着工程・取出工程（工程(a)(b)）の合計時間はｔ秒で表す。）
ここで、製品ガスの使用量に応じて圧縮機４の運転台数を制御する方法について図２に示すグラフ、図３−１、図３−２のフローを用いて説明する。
【００２９】
まず、図３−１に示すように。全台数（n台）の圧縮機４を運転させ、ＰＳＡユニット３を基本サイクルタイムＴにて運転させる。
【００３０】
次に、製品ガス使用量Quを流量センサー５７により検出し、製品ガス使用量Quに応じて圧縮機４の台数、サイクルタイムＴの制御を行う。この制御について以下説明する。
【００３１】
本実施例において、複数の圧縮機４を全台数運転させた場合に供給される圧縮空気の量である定格発生量Qmに対する使用量の比率Ｒqは、使用量比率Ｒq＝100・Qu／Qm、（0％＜Rq＜100％）で表される。この使用量比率Ｒqを定格発生量Qm、製品ガス使用量Quから求める。
【００３２】
例えば、定格発生量Qm＝500L/minに対して、実際に使用している製品ガスの使用量はQu＝250L/minとすると、使用量比率Rq＝100・Qu／Qm＝50となる。つまり定格発生量に対して50％の量しか使用していないと判断できる。
【００３３】
次に以下のようにして、使用量比率Rqの区分判別処理を行う。
【００３４】
本装置の空気供給ユニットに搭載している圧縮機の台数をn台とする。
【００３５】
台数制御にて停止させた台数をi台で表す。（基本的には１台づつ停止させるi=0,1,2,…n）
実際に運転している台数は、n-i台 (i=0,1,2,…n)で表される。
【００３６】
例えば、搭載台数をn=3台とする。
i=0台のときは、実際の運転台数は、n-i=3台
i=1台のときは、実際の運転台数は、n-i=2台
i=2台のときは、実際の運転台数は、n-i=1台
i=3台のときは、実際の運転台数は、n-i=0台となる。
【００３７】
そのときの製品ガス使用量Quが0％〜100％の間のどの区分にあるかで、性能を維持しながら、運転台数を減らすと同時にサイクルタイムを延長させて、省エネ運転を行う。サイクルタイムを延長することで、消費電力を低減しつつ供給される原料空気量が減っても窒素ガスの純度・圧力を維持することができる。
【００３８】
圧縮機１台あたりが供給する原料空気量は多いため、一度に複数停止させると製品ガス濃度・圧力を維持することができなくなる。そこで、本実施例では定格性能を維持するため、圧縮機全台数での運転状態から、製品ガス使用量Quを見ながら、段階的に１台づつ停止させていく方法をとる。
【００３９】
まず搭載台数nで等分して、定格発生量Qm に対するn-i台で運転した場合の空気の発生量の比率をRiとする。 Riは、定格発生量Qmを100％とすると、100・(n-i)／nとなる。
【００４０】
例えば、搭載台数n=3（i=0,1,2,3）のとき、
i=0のとき、R0=100・(3-0)/3=100%
i=1のとき、R1=100・(3-1)/3=66%
i=2のとき、R2=100・(3-2)/3=33%
i=3のとき、R3=100・(3-3)/3=0% となる。
【００４１】
例えば、搭載台数n=4（停止台数i=0,1,2,3,4）のとき、
i=0のとき、R0=100・(4-0)/4=100%
i=1のとき、R1=100・(4-1)/4=75%
i=2のとき、R2=100・(4-2)/4=50%
i=3のとき、R3=100・(4-3)/4=25%
i=4のとき、R4=100・(4-4)/4=0% となる。
【００４２】
ここで、使用量比率Ｒq＝100・Qu／Qmが上記Riに対するどの区分にあるかを判定（区分判別処理）した上で運転台数やサイクルタイムの増減を段階的に制御する。
【００４３】
例えば、n=3の場合、Riに対応して、使用量比率Ｒq＝100・Qu／Qmが[R0<Ri<R1]、[R1<Ri<R2]、[R2<Ri<R3]に3区分に区分し、どの区分にあるかで運転台数やサイクルタイムの増減を段階的に制御する。
【００４４】
また、n=4の場合、Riに対応して、使用量比率Ｒq＝100・Qu／Qmを[R0<Ri<R1]、[R1<Ri<R2]、[R2<Ri<R3]、[R3<Ri<R4]に4区分に区分し、どの区分にあるかで運転台数やサイクルタイムの増減を段階的に制御する。
【００４５】
このときの段階的な動作をSTEPi（i=0,1,2・・・n）とし、図３−２に示す。また、このときの圧縮機４の運転台数、サイクルタイムＴの変化に応じた気体分離装置１の各部位の圧力変化を図２のグラフに示す。
【００４６】
空気供給ユニットの圧縮機の搭載台数はn台であり、吸着工程の開始（サイクルタイムの開始）時には、性能を維持するためn台の全台数にて運転を行っている（STEP0）。製品ガス使用量Quが定格発生量Qmより減少した場合、使用量比率Rqが、Riに対して範囲区分に該当するかを判別し、運転台数を1台ずつ段階毎に停止していく（STEPi）。１台停止した残りの運転台数で、吸着工程・取出工程（工程(a)(b)）時間Ti秒から延長して運転させる。
【００４７】
定格発生量Qm発生させるために、圧縮機をn台運転して、あらかじめ選定された基本サイクルタイムの吸着工程・取出工程（工程(a)(b)）時間をt秒とする。運転台数ごとに変化する吸着工程・取出工程（工程(a)(b)）時間は、Ti=t・(n-i)/nとする。
【００４８】
例えば、圧縮機の搭載台数n=3の場合について説明する。
【００４９】
使用量比率Rqが、範囲[R0<Ri<R1]の場合（100％〜66％の範囲）、基本サイクルタイムで通常運転を行う。「STEP0」として圧縮機は３台運転させて、吸着工程・取出工程（工程(a)(b)）をｔ秒間行い、工程(c)(d)を行い、これを繰り返す。
【００５０】
使用量比率Rqが、範囲[R1<Ri<R2]の場合（66％〜33％の範囲）、通常運転と同じく「STEP0」として圧縮機を３台運転させて、吸着工程・取出工程（工程(a)(b)）をｔ秒間行い、その後、「STEP1」として圧縮機を1台停止させ合計２台の圧縮機を運転させて、吸着工程・取出工程を2/3ｔ秒間延長して行う。その後は、通常運転と同様に、工程(c)(d）を行い、圧縮機を３台運転させて、「STEP0」以降を繰り返す。
【００５１】
使用量比率Rqが、範囲[R2<Ri<R3]の場合（33％〜0％の範囲）、通常運転と同じく「STEP0」として圧縮機を３台運転させて、吸着工程・取出工程（工程(a)(b)）をｔ秒間行い、その後、「STEP1」として圧縮機を１台停止させ合計２台の圧縮機を運転させて、吸着工程・取出工程を2/3ｔ秒間延長して行う。さらに「STEP2」として圧縮機を１台停止させ残り１台で運転させて、さらに吸着工程・取出工程を1/3ｔ秒間延長して行う。その後は、通常運転と同様に、工程(c)(d)を行い、圧縮機を３台運転させて、「STEP0」以降を繰り返す。
【００５２】
また、例えば、圧縮機の搭載台数n=4台の場合について説明する。
【００５３】
使用量比率Rqが、範囲[R0<Ri<R1]の場合（100％〜75％の範囲）、基本サイクルタイムで通常運転を行う。「STEP0」として圧縮機は４台運転させて、吸着工程・取出工程（工程(a)(b)）をｔ秒間行い、工程(c)(d)を行い、これを繰り返す。
【００５４】
使用量比率Rqが、範囲[R1<Ri<R2]の場合（75％〜50％の範囲）、通常運転と同じく「STEP0」として圧縮機を４台運転させて、吸着工程・取出工程（工程(a)(b)）をｔ秒間行い、その後、「STEP1」として圧縮機を1台停止させ合計３台の圧縮機を運転させて、吸着工程・取出工程を3/4ｔ秒間延長して行う。その後は、通常運転と同様に、工程(c)(d)を行い、圧縮機を４台運転させて、「STEP0」以降を繰り返す。
【００５５】
使用量比率Rqが、範囲[R2<Ri<R3]の場合（50％〜25％の範囲）、通常運転と同じく「STEP0」として圧縮機を４台運転させて、吸着工程・取出工程（工程(a)(b)）をｔ秒間行い、その後、「STEP1」として圧縮機を１台停止させ合計３台の圧縮機を運転させて、吸着工程・取出工程を3/4ｔ秒間延長して行う。さらに「STEP2」として圧縮機を１台停止させ合計２台で運転させて、吸着工程・取出工程を1/2ｔ秒間延長して行う。その後は、通常運転と同様に、工程(c)(d)を行い、圧縮機を４台運転させて、「STEP0」以降を繰り返す。
【００５６】
使用量比率Rqが、範囲[R3<Ri<R4]の場合（25％〜0%の範囲）、通常運転と同じく「STEP0」として圧縮機を４台運転させて、吸着工程・取出工程（工程(a)(b)）をt秒間行い、その後、「STEP1」として圧縮機を１台停止させ合計３台の圧縮機を運転させて、吸着工程・取出工程を3/4ｔ秒間延長して行う。さらに「STEP2」として圧縮機を１台停止させ合計２台で運転させて、吸着工程・取出工程を1/2ｔ秒間延長して行う。さらに「STEP3」として圧縮機を１台停止させ残り１台で運転させる、吸着工程・取出工程を1/4ｔ秒間延長して行う。その後は、通常運転と同様に、工程(c)(d)を行い、圧縮機を４台運転させて、「STEP0」以降を繰り返す。
【００５７】
上記の省エネ運転の最中で、製品ガス使用量Quが急激に増加した場合や、窒素ガス純度が急激に悪くなった（酸素濃度が上がった）場合に、性能を維持するため、もしくは回復させるために、瞬時に吸着工程・取出工程（工程(a)(b)）を停止し、均圧工程(c)を行い、次の吸着槽へ切替える動作を行う。全台数の圧縮機４を運転させ、基本サイクルタイムの通常運転に戻る。即ち、上記の省エネ運転の最中で、製品ガス使用量Quが規定値を超えた場合や、酸素濃度が規定値を上回った場合は、全台数の圧縮機４にて運転を開始することになる。なお、製品ガスの圧力を検出する圧力センサー５８、または製品ガスの濃度を検出する酸素センサー５６によって、圧力変化速度Rp=Pdt（傾き）または、残留酸素濃度変化速度Rd=Ddt（傾き）を割り出して、これらが規定値を上回った場合に上記制御を行ってもよい。
【００５８】
本実施例における省エネの効果について図４を用いて説明する。図４に例えば、圧縮機４を３台搭載した気体分離装置において、本実施例の台数制御を適用した場合の消費電力を本実施例の台数制御を適用しない場合（比較例）の消費電力と比較して示す。図４に示すように、本実施例によれば、比較例に対して製品ガスの使用量が０〜３３％の場合６０％の消費電力とすることができ、３３〜６６％の場合、８０％の消費電力とすることができ、図４のグラフの斜線部に示す面積の分の省エネ効果を得ることができる。
【００５９】
本実施例によれば、サイクルタイムの開始時は全台数の圧縮機４を運転させるため、製品ガスの濃度・圧力を維持しつつ、省エネ運転をすることができる。
【実施例２】
【００６０】
実施例１の気体分離装置において、圧縮機４が故障した場合に、装置を完全停止するか、他の故障していない圧縮機４により気体分離装置を作動し続けるかモードを選択可能にする。
【００６１】
「通常モード」を選択すると、圧縮機が１台でも故障により停止した場合、気体分離装置を完全に停止する。「応急モード」を選択すると、他の正常な圧縮機により気体分離装置を作動し続け、製品ガスの性能（濃度、圧力、流量）が満たされていない状況でも、運転し続ける。
【００６２】
本実施例によれば、圧縮機４が故障した場合に、製品ガスの性能（濃度、圧力、流量）が低下しても運転を継続するか、製品ガスの性能を維持するために運転を停止するかを使用者の要求に応じて選択することができる。
【００６３】
ここで、実施例１、２において、一対の吸着槽１，２を有するＰＳＡ式窒素発生装置を用いて説明したが、本発明はこれに限ることはなく、単一および２つ以上の吸着槽を有していてもよい。
【００６４】
また、実施例１、２では、気体分離装置として窒素ガスを発生させる窒素発生装置を例に挙げて説明したが、例えば酸素ガスを発生させる酸素発生装置に適用してもよいものである。
【００６５】
これまで説明してきた実施例は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されない。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１・・・気体分離装置
２・・・空気供給ユニット
３・・・ＰＳＡユニット
４・・・圧縮機
５・・・空気槽（空気貯留タンク）
６・・・エアードライヤー
７・・・ドレンフィルター
１８・・・供給弁
１９・・・吸着槽
２２・・・排気弁
２３・・・排気口
２６・・・下均圧弁
３３・・・オリフィス
３６・・・上均圧弁
３８・・・取出弁
４１・・・窒素槽（製品ガス貯留タンク）
４２・・・吐出口
４４・・・フィルターレギュレーター
４５・・・吐出弁
４６・・・流量調整弁
５０・・・開閉弁（排気用）
５１・・・流量調整弁（排気用）
５２・・・サイレンサ
５４・・・開閉弁（センサー用）
５５・・・流量調整弁（センサー用）
５６・・・酸素センサー
５７・・・流量センサー
５８・・・圧力センサー
６０・・・制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は気体分離装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１の気体分離装置は、圧縮機とＰＳＡを含めた窒素ガス発生装置を複数台を設置し、製品ガス使用量の変動に応じて、窒素ガス発生装置の運転台数を制御することにより省エネを実施している。特許文献２の気体分離装置は、製品ガス使用量の変動に応じて、圧縮機のモータの回転数を制御することにより、省エネを実施している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４００２８５２号公報
【特許文献２】特開２００２−４５６３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の気体分離装置は、窒素ガス生成のサイクルタイムのどの段階にあるかに関係なく、製品ガスの使用量の変動に応じて窒素ガス発生装置の運転台数を制御するものである。また、特許文献２の気体分離装置も窒素ガス生成のサイクルタイムのどの段階にあるかに関係なく、製品ガスの使用量に応じてモータの回転数を制御するものである。しかし、製品ガスの純度・圧力を維持するためには、特にサイクルタイムの初めにおいて高い圧力が必要であるが、製品ガスの使用量が少ない場合に窒素ガス発生装置の運転台数を減らしたり、モータを減速させたりすると製品ガスの純度・圧力が低下する。
【０００５】
本発明は上記問題点に鑑み、サイクルタイムのどの段階にあるかを考慮して圧縮機の運転台数を製品ガスの使用量に応じて制御することにより、製品ガス純度・圧力を維持しつつ、製品ガスの使用量に応じて圧縮機の運転台数を制御することにより省エネ運転を可能とする気体分離装置および方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するために本発明は、空気を圧縮する複数台の圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された空気の一部を吸着する吸着槽と、前記圧縮機の運転を制御し、前記吸着槽に圧縮空気を供給して一の気体を吸着する吸着工程と、前記吸着槽から他の気体を製品ガスとして取出す取出工程とを行う制御部とを備え、前記制御部は、吸着工程開始時において、全台数の圧縮機を運転させ、製品ガスの使用量が減少した場合に前記圧縮機の運転台数を減らすことを特徴とする気体分離装置を提供する。
【０００７】
また、本発明は、複数台の圧縮機により空気を圧縮する圧縮工程と、前記圧縮工程により圧縮された空気から前記圧縮機で圧縮された空気の一部を吸着槽に吸着させる吸着工程と、前記吸着槽から他の気体を製品ガスとして取出す取出工程とを行い、前記圧縮工程では、前記吸着工程開始時に全台数の圧縮機を運転させ、製品ガスの使用量が減少した場合に前記圧縮機の運転台数を減らすことを特徴とする気体分離方法を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、製品ガス濃度・圧力を維持しつつ、製品ガスの使用量に応じた省エネ運転を可能とする気体分離装置および方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施例１に係る気体分離装置の概略構成図
【図２】本発明の実施例１に係る気体分離装置の圧力変化を示すグラフ
【図３−１】本発明の実施例１に係る気体分離装置の制御フロー図（全体）
【図３−２】本発明の実施例１に係る気体分離装置の制御フロー図（判別処理）
【図４】本発明の実施例１に係る気体分離装置の省エネ効果を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明に係る各実施例について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１１】
本発明について図１−４を用いて説明する。
【００１２】
図１に示す気体分離装置１はＰＳＡ式の気体分離装置である。気体分離装置１は、空気を供給する空気供給ユニット２と、製品ガスを生成するＰＳＡユニット３で構成される。この空気供給ユニット２は、空気を圧縮する圧縮機４と、圧縮空気を貯留させる空気槽（空気貯留タンク）５、圧縮空気を除湿するドライヤー６と、析出したドレン水を回収しながら不純物を除去するドレンフィルター７を有している。本実施例では、一例として、これら圧縮機４と、空気槽５と、ドライヤー６とドレンフィルター７とは筐体に格納されている。一方、ＰＳＡユニット３は、空気供給ユニット２から供給される圧縮空気から所定の気体を分離することにより、製品ガスを生成する吸着槽１９と、製品ガス（窒素）を貯留する窒素槽（製品ガス貯留タンク）４１を有している。
【００１３】
空気槽５で貯留された圧縮空気は後述の吸着槽１９に供給され、空気槽５で貯留された圧縮空気から所定の気体が分離される。本実施例では、吸着槽１９で酸素を吸着することにより、窒素を分離する場合について説明するが、窒素を吸着することにより酸素を分離してもよいし、大気以外の圧縮空気から他の気体を分離するものであってもよい。
【００１４】
圧縮機４として、往復動式、スクリュー式あるいはスクロール式等の圧縮機や、外部から１次圧を供給され再圧縮する所謂ブースタ圧縮機等が用いられており、それらは複数台搭載されている。本実施例としては、３台または４台搭載しているものとして説明する。
【００１５】
空気槽５には、空気槽５からの圧縮空気を流す配管１６が接続されており、この配管１６の端末位置には２系列に分岐した配管１７が接続されている。配管１７には、それぞれ流路を開閉する供給弁１８が途中に設けられており、端末には酸素分子を吸着して窒素ガスを製品ガスとして取り出すための吸着槽１９がそれぞれ接続されている。この吸着槽は容積一定である。また、配管１７には、それぞれ供給弁１８と吸着槽１９との間位置に配管２１が接続されており、これら配管２１には、途中に流路を開閉する排気弁２２が、端末に消音用のフィルタ付きの排気サイレンサ２３が設けられている。この排気サイレンサは各吸着槽１９毎に設けられていてもよい。また、配管１７には、互いの配管２１と吸着槽１９との間位置を結ぶように配管２５が接続されており、この配管２５には流路を開閉する下均圧弁２６が設けられている。
【００１６】
吸着槽１９には、例えば、酸素分子を吸着する吸着手段である吸着剤が充填されている。吸着剤は、具体的には分子ふるいカーボンやゼオライト等を用いている。吸着槽１９には、端末位置で互いに合流する配管３１がそれぞれ接続されている。これら配管３１には、互いの吸着槽１９側同士を結ぶように配管３２が接続されており、この配管３２には絞り３３が設けられている。また、配管３１には、互いの配管３２よりも吸着槽１９とは反対側同士を結ぶように配管３５が接続されており、この配管３５には流路を開閉する上均圧弁３６が設けられている。また、配管３１には、それぞれの配管３５よりも吸着槽１９とは反対側に流路を開閉する取出弁３８がそれぞれ設けられている。配管３１の合流位置には配管４０が接続されており、この配管４０の端末位置には窒素ガスを貯留させる製品ガス貯留タンクとしての窒素槽４１が接続されている。この窒素槽４１には、端末位置が吐出口４２とされた配管４３が接続されており、この配管４３の途中位置には窒素槽４１側から順に、塵埃等を除去するとともにガスの流量を調整するフィルターレギュレーター４４、流路を開閉する吐出弁４５、ガスの流量を調整する流量調整弁４６が設けられている。配管４３のフィルターレギュレーター４４と吐出弁４５との間位置には配管４８および配管４９が接続されており、配管４８には、配管４３側から順に、流路を開閉する開閉弁５０と、ガスの流量を調整する流量調整弁５１と、サイレンサ５２とが設けられている。配管４９には、配管４３側から順に、流路を開閉する開閉弁５４と、ガスの流量を調整する流量調整弁５５と、酸素濃度を検出する酸素センサー５６とが設けられている。酸素センサー５６は制御部６０に通信可能に接続されており、検出信号を制御部６０に出力する。また、製品ガス使用量Ｑuを検出する流量センサー５７は、吐出口４２の手前に設置されており、検出信号を制御部６０に通信可能に接続されている。さらに窒素ガスの圧力を検出する圧力センサー５８は、窒素槽４１に接続されており、検出信号を制御部６０に通信可能に接続されている。
【００１７】
供給弁１８、排気弁２２、下均圧弁２６、上均圧弁３６、取出弁３８、吐出弁４５、流量調整弁４６、開閉弁５０、流量調整弁５１、および開閉弁５４は、制御部６０に通信可能に接続されており、制御部６０からの指令で作動する。
【００１８】
上記に記載の酸素センサー５６、流量センサー５７、圧力センサー５８は、外部に設置したバッファタンク７０および吐出口７１に接続させていてもよい。
【００１９】
ここまで、気体分離装置１の構成を説明してきたが、ここで気体分離装置において行われる気体分離方法について説明する。
【００２０】
気体分離装置１では、圧縮機４によって空気を圧縮する圧縮工程、圧縮工程により圧縮された空気を空気槽５に貯留する貯蔵工程、圧縮空気をエアードライヤー６により除湿する除湿工程、除湿工程により除湿された空気から気体を分離する分離工程が行わる。
【００２１】
気体分離装置１の分離工程では、以下の（ａ）〜（ｄ）の工程が順次繰り返される。
【００２２】
（ａ）吸着工程：圧縮機４により圧縮され空気槽５に貯留された圧縮空気を、供給弁１８を開くことで、吸着剤が充填された吸着槽１９に導入するとともに、窒素槽４１内に残存する窒素ガスを、取出弁３８を開くことで吸着槽１９に還流して吸着槽１９内を昇圧させ、圧力を利用して吸着剤に酸素分子を吸着させる工程。
【００２３】
（ｂ）取出工程：吸着工程から引き続いて、空気槽５から圧縮空気を吸着槽１９に導入し続けると同時に、吸着剤により分離生成された窒素ガスを吸着槽１９より取り出して窒素槽４１に貯留させる工程。
【００２４】
（ｃ）均圧工程：上均圧弁３６および下均圧弁２６の開閉により取出工程終了後の一対の吸着槽１９の均圧化を図り、次回の吸着工程の吸着効率を高めて、より高純度の窒素ガスを生成するための工程。なお、ここでは吸着槽１９が複数ある場合について説明したが、吸着槽１９は１つであってもよく、その場合は均圧工程は不要である。
【００２５】
（ｄ）再生工程：均圧工程終了後の吸着槽１９内を、排気弁２２を開くことにより配管２１を介して、吸着剤に吸着された酸素分子を脱着することにより吸着剤を再生する工程。なお、この再生工程において、排気弁２２以外の吸着槽１９に関連する供給弁１８、下均圧弁２６、上均圧弁３６および取出弁３８は、閉状態とする。
【００２６】
なお、吸着槽１９が複数ある場合は、ある吸着槽１９で吸着工程・取出工程（工程(a)(b)）が行われている間に他の吸着槽１９では、再生工程（工程(d)）が行われる。その後、（ｃ）均圧工程が同時に行われ、吸着槽１９を入れ替えて吸着工程・取出工程（工程(a)(b)）と再生工程（工程(d)）が行われる。
【００２７】
（ｃ）均圧工程では、（ｄ）再生工程で排気した吸着槽を吸着工程・取出工程（工程(a)(b)）において昇圧した吸着槽と均圧化させるため、吸着槽１９の圧力は吸着工程・取出工程（工程(a)(b)）で酸素ガスを吸着させるために必要な圧力よりも低くなる。また、吸着槽１９が１つの場合でも吸着工程・取出工程（工程(a)(b)）の直前は再生工程（工程(d)）であるため、吸着工程開始時の圧力は大気圧である。従って、吸着工程・取出工程（工程(a)(b)）開始時は、吸着槽１９に酸素分子を吸着させるには圧力が低いため、窒素ガスの純度・圧力を維持するために本実施例では、吸着工程の開始時には、全台数の圧縮機４を運転させる。
【００２８】
気体分離装置１は、制御部６０によって複数台の圧縮機４が制御され、上記のように分離工程が行われる。複数台の圧縮機４を搭載した圧縮機ユニットを通常運転としては、吸着工程の開始時（サイクルタイムの開始時）には定格発生量Qmの性能を維持するため、複数台（n台）搭載されている圧縮機を全台数運転させて、あらかじめ選定された分離工程時間（工程(a)(b)(c)(d)）：基本サイクルタイムTiにて、上記記載の気体分離方法の各工程を踏み、それを繰り返すことで製品ガスを発生させている。（そのときの吸着工程・取出工程（工程(a)(b)）の合計時間はｔ秒で表す。）
ここで、製品ガスの使用量に応じて圧縮機４の運転台数を制御する方法について図２に示すグラフ、図３−１、図３−２のフローを用いて説明する。
【００２９】
まず、図３−１に示すように。全台数（n台）の圧縮機４を運転させ、ＰＳＡユニット３を基本サイクルタイムＴにて運転させる。
【００３０】
次に、製品ガス使用量Quを流量センサー５７により検出し、製品ガス使用量Quに応じて圧縮機４の台数、サイクルタイムＴの制御を行う。この制御について以下説明する。
【００３１】
本実施例において、複数の圧縮機４を全台数運転させた場合に供給される圧縮空気の量である定格発生量Qmに対する使用量の比率Ｒqは、使用量比率Ｒq＝100・Qu／Qm、（0％＜Rq＜100％）で表される。この使用量比率Ｒqを定格発生量Qm、製品ガス使用量Quから求める。
【００３２】
例えば、定格発生量Qm＝500L/minに対して、実際に使用している製品ガスの使用量はQu＝250L/minとすると、使用量比率Rq＝100・Qu／Qm＝50となる。つまり定格発生量に対して50％の量しか使用していないと判断できる。
【００３３】
次に以下のようにして、使用量比率Rqの区分判別処理を行う。
【００３４】
本装置の空気供給ユニットに搭載している圧縮機の台数をn台とする。
【００３５】
台数制御にて停止させた台数をi台で表す。（基本的には１台づつ停止させるi=0,1,2,…n）
実際に運転している台数は、n-i台 (i=0,1,2,…n)で表される。
【００３６】
例えば、搭載台数をn=3台とする。
i=0台のときは、実際の運転台数は、n-i=3台
i=1台のときは、実際の運転台数は、n-i=2台
i=2台のときは、実際の運転台数は、n-i=1台
i=3台のときは、実際の運転台数は、n-i=0台となる。
【００３７】
そのときの製品ガス使用量Quが0％〜100％の間のどの区分にあるかで、性能を維持しながら、運転台数を減らすと同時にサイクルタイムを延長させて、省エネ運転を行う。サイクルタイムを延長することで、消費電力を低減しつつ供給される原料空気量が減っても窒素ガスの純度・圧力を維持することができる。
【００３８】
圧縮機１台あたりが供給する原料空気量は多いため、一度に複数停止させると製品ガス濃度・圧力を維持することができなくなる。そこで、本実施例では定格性能を維持するため、圧縮機全台数での運転状態から、製品ガス使用量Quを見ながら、段階的に１台づつ停止させていく方法をとる。
【００３９】
まず搭載台数nで等分して、定格発生量Qm に対するn-i台で運転した場合の空気の発生量の比率をRiとする。 Riは、定格発生量Qmを100％とすると、100・(n-i)／nとなる。
【００４０】
例えば、搭載台数n=3（i=0,1,2,3）のとき、
i=0のとき、R0=100・(3-0)/3=100%
i=1のとき、R1=100・(3-1)/3=66%
i=2のとき、R2=100・(3-2)/3=33%
i=3のとき、R3=100・(3-3)/3=0% となる。
【００４１】
例えば、搭載台数n=4（停止台数i=0,1,2,3,4）のとき、
i=0のとき、R0=100・(4-0)/4=100%
i=1のとき、R1=100・(4-1)/4=75%
i=2のとき、R2=100・(4-2)/4=50%
i=3のとき、R3=100・(4-3)/4=25%
i=4のとき、R4=100・(4-4)/4=0% となる。
【００４２】
ここで、使用量比率Ｒq＝100・Qu／Qmが上記Riに対するどの区分にあるかを判定（区分判別処理）した上で運転台数やサイクルタイムの増減を段階的に制御する。
【００４３】
例えば、n=3の場合、Riに対応して、使用量比率Ｒq＝100・Qu／Qmが[R0<Ri<R1]、[R1<Ri<R2]、[R2<Ri<R3]に3区分に区分し、どの区分にあるかで運転台数やサイクルタイムの増減を段階的に制御する。
【００４４】
また、n=4の場合、Riに対応して、使用量比率Ｒq＝100・Qu／Qmを[R0<Ri<R1]、[R1<Ri<R2]、[R2<Ri<R3]、[R3<Ri<R4]に4区分に区分し、どの区分にあるかで運転台数やサイクルタイムの増減を段階的に制御する。
【００４５】
このときの段階的な動作をSTEPi（i=0,1,2・・・n）とし、図３−２に示す。また、このときの圧縮機４の運転台数、サイクルタイムＴの変化に応じた気体分離装置１の各部位の圧力変化を図２のグラフに示す。
【００４６】
空気供給ユニットの圧縮機の搭載台数はn台であり、吸着工程の開始（サイクルタイムの開始）時には、性能を維持するためn台の全台数にて運転を行っている（STEP0）。製品ガス使用量Quが定格発生量Qmより減少した場合、使用量比率Rqが、Riに対して範囲区分に該当するかを判別し、運転台数を1台ずつ段階毎に停止していく（STEPi）。１台停止した残りの運転台数で、吸着工程・取出工程（工程(a)(b)）時間Ti秒から延長して運転させる。
【００４７】
定格発生量Qm発生させるために、圧縮機をn台運転して、あらかじめ選定された基本サイクルタイムの吸着工程・取出工程（工程(a)(b)）時間をt秒とする。運転台数ごとに変化する吸着工程・取出工程（工程(a)(b)）時間は、Ti=t・(n-i)/nとする。
【００４８】
例えば、圧縮機の搭載台数n=3の場合について説明する。
【００４９】
使用量比率Rqが、範囲[R0<Ri<R1]の場合（100％〜66％の範囲）、基本サイクルタイムで通常運転を行う。「STEP0」として圧縮機は３台運転させて、吸着工程・取出工程（工程(a)(b)）をｔ秒間行い、工程(c)(d)を行い、これを繰り返す。
【００５０】
使用量比率Rqが、範囲[R1<Ri<R2]の場合（66％〜33％の範囲）、通常運転と同じく「STEP0」として圧縮機を３台運転させて、吸着工程・取出工程（工程(a)(b)）をｔ秒間行い、その後、「STEP1」として圧縮機を1台停止させ合計２台の圧縮機を運転させて、吸着工程・取出工程を2/3ｔ秒間延長して行う。その後は、通常運転と同様に、工程(c)(d）を行い、圧縮機を３台運転させて、「STEP0」以降を繰り返す。
【００５１】
使用量比率Rqが、範囲[R2<Ri<R3]の場合（33％〜0％の範囲）、通常運転と同じく「STEP0」として圧縮機を３台運転させて、吸着工程・取出工程（工程(a)(b)）をｔ秒間行い、その後、「STEP1」として圧縮機を１台停止させ合計２台の圧縮機を運転させて、吸着工程・取出工程を2/3ｔ秒間延長して行う。さらに「STEP2」として圧縮機を１台停止させ残り１台で運転させて、さらに吸着工程・取出工程を1/3ｔ秒間延長して行う。その後は、通常運転と同様に、工程(c)(d)を行い、圧縮機を３台運転させて、「STEP0」以降を繰り返す。
【００５２】
また、例えば、圧縮機の搭載台数n=4台の場合について説明する。
【００５３】
使用量比率Rqが、範囲[R0<Ri<R1]の場合（100％〜75％の範囲）、基本サイクルタイムで通常運転を行う。「STEP0」として圧縮機は４台運転させて、吸着工程・取出工程（工程(a)(b)）をｔ秒間行い、工程(c)(d)を行い、これを繰り返す。
【００５４】
使用量比率Rqが、範囲[R1<Ri<R2]の場合（75％〜50％の範囲）、通常運転と同じく「STEP0」として圧縮機を４台運転させて、吸着工程・取出工程（工程(a)(b)）をｔ秒間行い、その後、「STEP1」として圧縮機を1台停止させ合計３台の圧縮機を運転させて、吸着工程・取出工程を3/4ｔ秒間延長して行う。その後は、通常運転と同様に、工程(c)(d)を行い、圧縮機を４台運転させて、「STEP0」以降を繰り返す。
【００５５】
使用量比率Rqが、範囲[R2<Ri<R3]の場合（50％〜25％の範囲）、通常運転と同じく「STEP0」として圧縮機を４台運転させて、吸着工程・取出工程（工程(a)(b)）をｔ秒間行い、その後、「STEP1」として圧縮機を１台停止させ合計３台の圧縮機を運転させて、吸着工程・取出工程を3/4ｔ秒間延長して行う。さらに「STEP2」として圧縮機を１台停止させ合計２台で運転させて、吸着工程・取出工程を1/2ｔ秒間延長して行う。その後は、通常運転と同様に、工程(c)(d)を行い、圧縮機を４台運転させて、「STEP0」以降を繰り返す。
【００５６】
使用量比率Rqが、範囲[R3<Ri<R4]の場合（25％〜0%の範囲）、通常運転と同じく「STEP0」として圧縮機を４台運転させて、吸着工程・取出工程（工程(a)(b)）をt秒間行い、その後、「STEP1」として圧縮機を１台停止させ合計３台の圧縮機を運転させて、吸着工程・取出工程を3/4ｔ秒間延長して行う。さらに「STEP2」として圧縮機を１台停止させ合計２台で運転させて、吸着工程・取出工程を1/2ｔ秒間延長して行う。さらに「STEP3」として圧縮機を１台停止させ残り１台で運転させる、吸着工程・取出工程を1/4ｔ秒間延長して行う。その後は、通常運転と同様に、工程(c)(d)を行い、圧縮機を４台運転させて、「STEP0」以降を繰り返す。
【００５７】
上記の省エネ運転の最中で、製品ガス使用量Quが急激に増加した場合や、窒素ガス純度が急激に悪くなった（酸素濃度が上がった）場合に、性能を維持するため、もしくは回復させるために、瞬時に吸着工程・取出工程（工程(a)(b)）を停止し、均圧工程(c)を行い、次の吸着槽へ切替える動作を行う。全台数の圧縮機４を運転させ、基本サイクルタイムの通常運転に戻る。即ち、上記の省エネ運転の最中で、製品ガス使用量Quが規定値を超えた場合や、酸素濃度が規定値を上回った場合は、全台数の圧縮機４にて運転を開始することになる。なお、製品ガスの圧力を検出する圧力センサー５８、または製品ガスの濃度を検出する酸素センサー５６によって、圧力変化速度Rp=Pdt（傾き）または、残留酸素濃度変化速度Rd=Ddt（傾き）を割り出して、これらが規定値を上回った場合に上記制御を行ってもよい。
【００５８】
本実施例における省エネの効果について図４を用いて説明する。図４に例えば、圧縮機４を３台搭載した気体分離装置において、本実施例の台数制御を適用した場合の消費電力を本実施例の台数制御を適用しない場合（比較例）の消費電力と比較して示す。図４に示すように、本実施例によれば、比較例に対して製品ガスの使用量が０〜３３％の場合６０％の消費電力とすることができ、３３〜６６％の場合、８０％の消費電力とすることができ、図４のグラフの斜線部に示す面積の分の省エネ効果を得ることができる。
【００５９】
本実施例によれば、サイクルタイムの開始時は全台数の圧縮機４を運転させるため、製品ガスの濃度・圧力を維持しつつ、省エネ運転をすることができる。
【実施例２】
【００６０】
実施例１の気体分離装置において、圧縮機４が故障した場合に、装置を完全停止するか、他の故障していない圧縮機４により気体分離装置を作動し続けるかモードを選択可能にする。
【００６１】
「通常モード」を選択すると、圧縮機が１台でも故障により停止した場合、気体分離装置を完全に停止する。「応急モード」を選択すると、他の正常な圧縮機により気体分離装置を作動し続け、製品ガスの性能（濃度、圧力、流量）が満たされていない状況でも、運転し続ける。
【００６２】
本実施例によれば、圧縮機４が故障した場合に、製品ガスの性能（濃度、圧力、流量）が低下しても運転を継続するか、製品ガスの性能を維持するために運転を停止するかを使用者の要求に応じて選択することができる。
【００６３】
ここで、実施例１、２において、一対の吸着槽１，２を有するＰＳＡ式窒素発生装置を用いて説明したが、本発明はこれに限ることはなく、単一および２つ以上の吸着槽を有していてもよい。
【００６４】
また、実施例１、２では、気体分離装置として窒素ガスを発生させる窒素発生装置を例に挙げて説明したが、例えば酸素ガスを発生させる酸素発生装置に適用してもよいものである。
【００６５】
これまで説明してきた実施例は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されない。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１・・・気体分離装置
２・・・空気供給ユニット
３・・・ＰＳＡユニット
４・・・圧縮機
５・・・空気槽（空気貯留タンク）
６・・・エアードライヤー
７・・・ドレンフィルター
１８・・・供給弁
１９・・・吸着槽
２２・・・排気弁
２３・・・排気口
２６・・・下均圧弁
３３・・・オリフィス
３６・・・上均圧弁
３８・・・取出弁
４１・・・窒素槽（製品ガス貯留タンク）
４２・・・吐出口
４４・・・フィルターレギュレーター
４５・・・吐出弁
４６・・・流量調整弁
５０・・・開閉弁（排気用）
５１・・・流量調整弁（排気用）
５２・・・サイレンサ
５４・・・開閉弁（センサー用）
５５・・・流量調整弁（センサー用）
５６・・・酸素センサー
５７・・・流量センサー
５８・・・圧力センサー
６０・・・制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気を圧縮する複数台の圧縮機と、
前記圧縮機で圧縮された空気の一部を吸着する吸着槽と、
前記圧縮機の運転を制御し、前記吸着槽に圧縮空気を供給して一の気体を吸着する吸着工程と、前記吸着槽から他の気体を製品ガスとして取出す取出工程とを行う制御部とを備え、
前記制御部は、吸着工程開始時において、全台数の圧縮機を運転させ、製品ガスの使用量が減少した場合に前記圧縮機の運転台数を減らすことを特徴とする気体分離装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記圧縮機の運転台数を減らす場合に、吸着工程および取出工程の時間を延長することを特徴とする請求項１に記載の気体分離装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記圧縮機の運転台数を1台ずつ減らすことを特徴とする請求項１に記載の気体分離装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記圧縮機の運転台数を減らした後、製品ガスの使用量が増加した場合に全台数の前記圧縮機を運転させることを特徴とする請求項１に記載の気体分離装置。
【請求項５】
複数台の前記圧縮機のうち、1台の前記圧縮機が故障した場合に、他の前記圧縮機を停止するか、他の前記圧縮機を作動し続けるかをあらかじめ選択可能にしたことを特徴とする請求項１に記載の気体分離装置。
【請求項６】
複数台の圧縮機により空気を圧縮する圧縮工程と、
前記圧縮工程により圧縮された空気から前記圧縮機で圧縮された空気の一部を吸着槽に吸着させる吸着工程と、前記吸着槽から他の気体を製品ガスとして取出す取出工程とを行い、
前記圧縮工程では、前記吸着工程開始時に全台数の圧縮機を運転させ、製品ガスの使用量が減少した場合に前記圧縮機の運転台数を減らすことを特徴とする気体分離方法。
【請求項７】
前記圧縮機の運転台数を減らす場合に、吸着工程および取出工程の時間を延長することを特徴とする請求項６に記載の気体分離方法。
【請求項８】
前記圧縮工程では、前記圧縮機の運転台数を1台ずつ減らすことを特徴とする請求項６に記載の気体分離方法。
【請求項９】
前記圧縮工程では、前記圧縮機の運転台数を減らした後、製品ガスの使用量が増加した場合に全台数の前記圧縮機を運転させることを特徴とする請求項６に記載の気体分離方法。
【請求項１０】
前記圧縮工程では、複数台の前記圧縮機のうち、1台の前記圧縮機が故障した場合に、他の前記圧縮機を停止するか、他の前記圧縮機を作動し続けるかをあらかじめ選択可能にしたことを特徴とする請求項６に記載の気体分離方法。
【請求項１】
空気を圧縮する複数台の圧縮機と、
前記圧縮機で圧縮された空気の一部を吸着する吸着槽と、
前記圧縮機の運転を制御し、前記吸着槽に圧縮空気を供給して一の気体を吸着する吸着工程と、前記吸着槽から他の気体を製品ガスとして取出す取出工程とを行う制御部とを備え、
前記制御部は、吸着工程開始時において、全台数の圧縮機を運転させ、製品ガスの使用量が減少した場合に前記圧縮機の運転台数を減らすことを特徴とする気体分離装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記圧縮機の運転台数を減らす場合に、吸着工程および取出工程の時間を延長することを特徴とする請求項１に記載の気体分離装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記圧縮機の運転台数を1台ずつ減らすことを特徴とする請求項１に記載の気体分離装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記圧縮機の運転台数を減らした後、製品ガスの使用量が増加した場合に全台数の前記圧縮機を運転させることを特徴とする請求項１に記載の気体分離装置。
【請求項５】
複数台の前記圧縮機のうち、1台の前記圧縮機が故障した場合に、他の前記圧縮機を停止するか、他の前記圧縮機を作動し続けるかをあらかじめ選択可能にしたことを特徴とする請求項１に記載の気体分離装置。
【請求項６】
複数台の圧縮機により空気を圧縮する圧縮工程と、
前記圧縮工程により圧縮された空気から前記圧縮機で圧縮された空気の一部を吸着槽に吸着させる吸着工程と、前記吸着槽から他の気体を製品ガスとして取出す取出工程とを行い、
前記圧縮工程では、前記吸着工程開始時に全台数の圧縮機を運転させ、製品ガスの使用量が減少した場合に前記圧縮機の運転台数を減らすことを特徴とする気体分離方法。
【請求項７】
前記圧縮機の運転台数を減らす場合に、吸着工程および取出工程の時間を延長することを特徴とする請求項６に記載の気体分離方法。
【請求項８】
前記圧縮工程では、前記圧縮機の運転台数を1台ずつ減らすことを特徴とする請求項６に記載の気体分離方法。
【請求項９】
前記圧縮工程では、前記圧縮機の運転台数を減らした後、製品ガスの使用量が増加した場合に全台数の前記圧縮機を運転させることを特徴とする請求項６に記載の気体分離方法。
【請求項１０】
前記圧縮工程では、複数台の前記圧縮機のうち、1台の前記圧縮機が故障した場合に、他の前記圧縮機を停止するか、他の前記圧縮機を作動し続けるかをあらかじめ選択可能にしたことを特徴とする請求項６に記載の気体分離方法。
【図１】
【図２】
【図３−１】
【図３−２】
【図４】
【図２】
【図３−１】
【図３−２】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−７８７３４（Ｐ２０１３−７８７３４Ａ）
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２０６２２（Ｐ２０１１−２２０６２２）
【出願日】平成２３年１０月５日（２０１１．１０．５）
【出願人】（５０２１２９９３３）株式会社日立産機システム (1,140)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月５日（２０１１．１０．５）
【出願人】（５０２１２９９３３）株式会社日立産機システム (1,140)
【Ｆターム（参考）】
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