膜を用いたガス回収方法およびシステム
速いガスは、ガス分離膜を用いて、速いガスおよび少なくとも１種の遅いガスを含む供給ガスから回収される。コントローラーは、供給ガスと組み合わせるため、膜からの浸透するガスの部分的な再利用に関連してコントロールバルブをコントロールする。コントローラーは、膜からの残余ガスの背圧に関連してコントロールバルブをコントロールする。
【発明の詳細な説明】
【発明の概要】
【０００１】
［関連出願のクロスレファレンス］
この特許出願は、２００９年６月１０日に出願された米国特許仮出願 Ｎｏ．６１／１８５，９６５の利益の権利を主張する。
【０００２】
［従来技術］
ガスを利用する数多くのプロセスがあり、ガスのコストが比較的高いことから、これらを回収することが望まれている。このようなプロセスの多くは、しかしながら、回収のための変動するガスの量を生出する。典型的な回収システムは、回収されることができるガスの量が時間をかけて変化する場合でさえ、効果的且つ経済的にガスを回収する。これらのプロセスの２つは、光ファイバーの製造のための光ファイバー冷却タワー、およびバキューム炉内のパーツの熱処理を含む。ガス分離の当業者は、このような変動する流れを生出する比較的高価なガスの回収が所望される他の数多くのプロセスがあることを理解するであろう。
【０００３】
光ファイバーの製造において、溶融したガラスがダイを通して押し出される。この溶融したガラスは、長い冷却タワー（ドロータワー）を用いて急激に冷却される。この冷却タワー内における熱の移動を達成するため、ヘリウムが熱移動媒体として使用される。ヘリウム供給が短く且つ価格が増大することから、ヘリウムの収集および再利用が所望される。
【０００４】
光ファイバー糸紡ぎのための冷却ドロータワーからのヘリウムの再利用は、要求のきびしい適用である。タワーからの回収プロセスの間の空気のヘリウムへの追加のため、抽出されたヘリウムは、空気に対して６０％より低い体積を含むことができる。高い純度のヘリウムの高い回収率が所望される。冷却タワーへの回収のための高い純度のヘリウム生成物（例えば体積比９９％を超える）が冷却効率のため要求される一方で、有用な高いヘリウムの回収が回収プロセスの経済的な理由のため要求される。
【０００５】
一般的な光ファイバー糸紡ぎ設備は多くのタワーを含む。タワーごとのヘリウムの流れは、そのタワーの冷却要求に基づいて変化する。おそらく、各タワーは、異なるヘリウム供給の流れを有することができる。経済的な理由のため、単一のヘリウム回収システムに多数のタワーを手当てすることが好ましい。このような可能性のあるシステムは、流れにおけるこれらの変化のため理想的に補償することができる。従って、このような可能性のあるシステムは、個々のドロータワーが施設に加えられ或いは施設から取り除かれるように、供給の流れにおける広い種類とともに動作することができなければならない。
【０００６】
ガス分離技術の１つのタイプは、膜、特に重合体の膜によるガス分離である。膜を用いたガス分離は、ガス分離膜の入口へ供給ガスを供給することによって実行される。重合体の膜の構成に基づいて、いくらかのガス（速いガスと呼ばれる）は、他のガス（遅いガスと呼ばれる）より大きな割合で膜を染みとおるであろう。この速いガスが染みとおる流れの中で収集される一方で、遅いガスは保持或いは残余流れで収集される。光ファイバー冷却タワーからヘリウムを回収する膜の使用のいくつかが提案されている。ガラス製の重合体の膜の場合、ヘリウムが速いガスであり、一方、空気の酸素および窒素が遅いガスである。膜システムは、一般に、固定された供給流速に基づいてデザインされている。言い換えると、予め決められたタイプの膜の膜モジュールの数は、処理にあてにされた供給ガスの固定された流速に基づいてデザインされている。予め決められた適用のために必要とされる膜モジュールの数は、供給の流れに直接的に釣り合っている。高い供給の流れを有する膜システムのため、多くの数の膜モジュールが必要とされる。折り曲げた部分は、最大の流れと比較して供給の流れにおける変化を取り扱うプロセス或いはシステムの可能性を説明するパラメーターである。それは以下の式によって示される。
【０００７】
折り曲げ部分＝［１・正確な供給の流れ／最大の供給の流れ］×１００％
【０００８】
比較的大きなシステムのための折り曲げ部分における変化は、数多くの膜モジュールの１つ或いはそれ以上を活性化或いは不活性化することによって簡単に適応させることができる。つまり、供給ガスに晒される膜表面の全ての領域は、供給の流れにおける変化を補償するように調節される。
【０００９】
光ファイバードローカラムのような比較的低い供給の流れを有するシステムにおいて、この複合モジュールのアプローチは難しい。これは、最大の流れで所望する生成物の純度および回収が単一の商業スケールの膜モジュールだけで達成されるためである。例えば、単一の直径１”或いは２”の膜（しばしば最も小さい商業的に入手可能な膜装置）が最大の流れにとって十分である。単一膜モジュールの使用が現金の支出に関してコストの面で効果的である一方で、受け入れることのできないパフォーマンスが最大の流れより極めて低い流れで実現されるであろう。このような低い流れに関連した問題に取り組むための１つの可能性のある解決策は、上述した複合モジュールによるアプローチを利用することである。このような低い流れへ複合モジュールによるアプローチを適用するため、数多くのカスタム製造された小さな浸透器が必要とされる。従って、これは、高い改造された効率の悪い（コストに関して）問題になる。
【００１０】
バキューム炉内のパーツの熱処理において、パーツの比較的高い温度が、ヘリウムのような不活性の冷却ガスの使用を伴ってすばやく冷却される。熱処理を必要とするパーツの量に基づいて、１つ或いはそれ以上のバキューム炉が作動状態に置かれ或いは動作を止めさせられる。一方、いくつかは、ガス分離膜の使用を含む精製ステップを含む冷却ガスの再利用のための種々の戦略を提案される。光ファイバー冷却タワーからのヘリウムの再利用と同様に、経済的な理由のため、１つがガス分離膜を使用するような単一のガス回収システムを用いた複合バキューム炉からヘリウムのような不活性ガスを再利用することが好ましい。このような可能性のあるシステムは、個々のバキューム炉がサービスに加えられ或いはサービスから取り除かれるように、理想的に、供給の流れにおける広いバリエーションのため補償することができる。
【００１１】
特にヘリウムに関しては、特許文献において、種々の回収戦略のいくつかが提案されている。
【００１２】
米国特許ＮＯ．６，５１７，７９１は、冷たいしぶきを形成するためのヘリウム回収システムを開示している。膜は、単一の通路内で作用する。システムのための精製目標は、約９０％のヘリウムから９７％のヘリウムへの比較的狭い上昇でヘリウム量を増大することである。これに対し、光ファイバー糸紡ぎのためのヘリウム回収は、しばしば、ガスの比較的大きな濃縮を要求する。
【００１３】
米国特許ＮＯ．４，４４８，５８２は、光ファイバードロータワー内での再利用のためのヘリウム回収のための極低温の方法を使用する。
【００１４】
米国特許ＮＯ．５，３７７，４９１および５，４５２，５８３は、光ファイバードロータワーからのヘリウムの再利用に関係する。膜は、ドロータワー内における再利用のためのヘリウム精製のいくつかの方法の１つとして説明されている。同様に、米国特許ＮＯ．６，０９２、３９１および６，２５３、５７５は、合併、ドロー炉、およびドローファイバー冷却を含む光ファイバー糸紡ぎプロセス全体のためのより完全なヘリウム回収システムを開示している。膜システムは、ヘリウムを回収するための１つの手段として説明されている。
【００１５】
米国特許ＮＯ．５，１５８，６２５は、ヘリウムが硬化ガスとして使用されるタイプの処理される物に接触する再循環ガス媒体内でそれらを硬化することによる熱処理物のためのプロセスを開示している。硬化ガスは熱交換器の手段によって冷却される。硬化動作の終りで、最終段階でポンプによって一次真空が得られるまで、処理容器からヘリウムが引き出される。この引き出されたヘリウムは、機械的なフィルターを備えたコンプレッサーによって精製圧に晒されて、精製圧の下のヘリウムが、不純物が除去された精製器へ送られる。
【００１６】
米国特許ＮＯ．６，５１７，７９１は、ヘリウムガスの回収および精製のための３段階プロセス、およびこの３段階プロセスを用いるためのシステムを開示している。冷たいしぶきを形成するチャンバーからのガスは、粒子がないヘリウムガスを形成するため、粒子除去装置へ導入される。粒子がないヘリウムガスの第１の部分は、再利用のためチャンバーへ戻される。粒子がないヘリウムガスの第２の部分は、精製されたヘリウムガスおよび排気ガスを形成するため、ヘリウムガス精製膜を通り抜ける前に第１のコンプレッサーへ通される。そして、この精製されたヘリウムガスは、粒子がないヘリウムガスの第１の部分と混合するように、チャンバーへ通される。粒子がないヘリウムガスの第３の部分は、液体を含まないヘリウムガスを形成するため、水を除去するための液分離装置へ通されて、あらゆる振動を減衰させるためのレシーバーへ通される。この液体を含まないヘリウムガスは、冷たいしぶきを形成するチャンバーへ再利用される。
【００１７】
上述した特許文献が種々の解決策を開示しているけれども、供給流速の広い範囲の提供を十分に開示した方法の説明はない。
【００１８】
従って、供給流速の広い範囲を通じて十分に高い純度を達成するために適用された、膜を用いたガスの回収のための改良された方法およびシステムを提供することが目的である。
【００１９】
供給流速の広い範囲を通じて十分に高い回収率を達成するために適用された、膜を用いたガスの回収のための改良された方法およびシステムを供給することが他の目的である。
【００２０】
供給流速の広い範囲を通じて十分に機能する一方で十分に低い資本コストを負うように適用された、膜を用いたガスの回収のための改良された方法およびシステムを提供することが目的である。
【００２１】
［要約］
速いガスおよび少なくとも１種の遅いガスを含む排気ガスの変動する流速を生出するプロセスから速いガスを回収する方法が開示される。この方法は、以下の複数のステップを含む。速いガスおよび遅いガスを含む混合ガスの多くの供給源が与えられる。速いガスおよび遅いガスを含む供給ガスの流れは、１つ或いはそれ以上の供給源から得られ、この供給ガスの流れは、どれだけ多くの供給源が混合ガスを活発に生出するかに基づく変動する流速を有する。これら供給ガスの流れは圧縮される。この圧縮された供給ガスは、第１のガス分離膜へ供給される。速いガスの中で濃縮された第１の浸透する流れ、および速いガスの中で不足した第１の残余流れは、第１のガス分離膜から回収される。供給ガスの流れに混合されて圧縮された第１の浸透する流れの第１の部分は、コンプレッサーへ仕向けられる。第１の浸透する流れの残りの部分は、製品ガスを供給するため回収される。第１の浸透する流れが上記第１の部分と残りの部分との間で配分された度合いは、この方法の動作パラメータに基づいて調節される。
【００２２】
また、排出ガスの変化する流速を生出するプロセスから余分のガスを回収するためのシステムが開示される。このシステムは、速いガスおよび遅いガスを含む上記排出ガスの複数の供給源と；上記複数の供給源に流通可能に選択的に接続した供給ガス導管と；上記供給ガス導管に流通可能に接続した入口と出口とを有するコンプレッサーと；入口、浸透出口、および残余出口を有する第１のガス分離膜と；上記第１のガス分離膜の上記入口は、上記コンプレッサーの出口に流通可能に接続され、上記第１のガス分離膜は、上記余分のガスを優先的に浸透し、上記第１のガス分離膜の上記浸透出口に流通可能に接続した第１の浸透導管と；上記第１の浸透導管に流通可能に接続した製品ガス導管と；上記第１の浸透導管と上記コンプレッサー入口を流通可能に接続した再利用導管と；上記第１の浸透導管、上記再利用導管、および上記製品ガス導管に流通可能に接続した再利用コントロールバルブと；上記再利用コントロールバルブによる釣り合った調節をコントロールするように設けられたコントローラーと；を有する。上記排出ガスは、速いガスおよび少なくとも１種の遅いガスを含む。上記再利用コントロールバルブは、上記第１の浸透導管から上記製品ガス導管ではなく上記再利用導管への流れを許容された浸透ガスの割合を調節するように設けられている。上記第１のガス分離膜の上記入口は、上記コンプレッサー出口に流通可能に接続されている。上記第１のガス分離膜は、上記少なくとも１種の遅いガスではなく上記速いガスを優先的に浸透可能である。
【００２３】
上記方法および／或いはシステムは、１つ或いはそれ以上の以下の形態を含む：
・上記動作パラメータは、そこから上記供給ガス流れが得られる複数の供給源の数、上記製品ガスの純度、当該方法の実行によって達成された余分のガスの回収、上記供給ガス流れの流速、および上記混合された供給ガス流れおよび上記第１の浸透流れの上記第１の部分の圧力、からなるグループから選択される。
【００２４】
・上記複数の供給源は、複数の光ファイバー冷却タワーを有し、上記速いガスはヘリウムであり、上記遅いガスは空気である。
【００２５】
・上記複数の供給源は、複数のヘリウム炉を有し、上記速いガスはヘリウムである。
【００２６】
・当該方法は、
上記第１の残余流れを第２のガス分離膜へ供給する工程と；
上記第２のガス分離膜から第２の浸透流れおよび第２の残余流れを回収する工程と；
上記第２の浸透流れを上記コンプレッサーへ指向する工程と；をさらに有し、上記第２の浸透流れは、上記第１の部分および上記供給ガス流れとともに圧縮される。
【００２７】
・上記供給ガス流れを得る工程は、
１つ或いはそれ以上の複数の供給源からの排出ガス流れを合流する工程と；
上記合流された排出ガス流れを圧縮する工程と；
上記合流されて圧縮された排出ガス流れを第２のガス分離膜へ供給する工程と；
上記第２のガス分離膜から上記速いガス内で濃縮された第２の浸透流れおよび上記速いガス内で不足した第２の残余流れを回収する工程と；を有し、上記第２の浸透流れは、上記供給ガス流れである。
【００２８】
・当該方法は、
上記第１の浸透流れを流通可能なコントロールバルブを設ける工程と；
そこから上記供給ガス流れが得られる上記複数の供給源の数を表わす信号をコントローラーへ送る工程と；をさらに有し、
上記動作パラメータは、そこから上記供給ガス流れが得られる上記複数の供給源の数であり、
上記コントローラーは、上記信号に基づいて、上記コントロールバルブを介して、上記第１の浸透流れの上記第１の部分および上記残りの部分への割り当てをコントロールする。
【００２９】
・当該方法は、
上記第１の残余流れを流通可能なコントロールバルブを設ける工程と；上記コントロールバルブは、上記第１の残余流れの圧力を選択的に調節するように設けられており、
上記製品ガス内の上記速いガスの純度を計測する工程と；
上記計測された純度を表わす信号を上記コントローラーへ送る工程と；をさらに有し、
上記コントローラーは、上記第１の残余流れを流通可能な上記コントロールバルブを介して、上記計測された純度に基づいて、上記第１の残余流れの圧力の調節をコントロールする。
【００３０】
・上記供給ガス流れを得る工程は、
１つ或いはそれ以上の上記複数の供給源からの排出ガス流れを合流する工程と；
上記合流された排出ガス流れを圧縮する工程と；
上記合流されて圧縮された排出ガス流れを第２のガス分離膜へ供給する工程と；
上記第２のガス分離膜から上記速いガス内で濃縮された第２の浸透流れおよび上記速いガス内で不足した第２の残余流れを回収する工程と；を有する。
【００３１】
・当該方法は、
上記第２の残余流れを流通可能なコントロールバルブを設ける工程と；上記コントロールバルブは、上記第２の残余流れの圧力を選択的に調節するように設けられており、
上記製品ガス内の上記速いガスの純度を決定する工程と；
上記計測された純度を表わす信号を上記コントローラーへ送る工程と；をさらに有し、
上記コントローラーは、上記第２の残余流れを流通可能なコントロールバルブを介して、上記計測された純度に基づいて、上記第２の残余流れの圧力の調節をコントロールする。
【００３２】
・当該方法は、
上記第１の浸透流れを流通可能なコントロールバルブを設ける工程と；
当該方法の実行によって達成された上記速いガスの回収を決定する工程と；
上記決定された回収を表わす信号をコントローラーへ送る工程と；をさらに有し、
上記動作パラメータは、当該方法の実行によって達成された上記余分のガスの回収であり、
上記コントローラーは、上記コントロールバルブを介して、上記信号に基づく、上記第１の浸透流れの上記第１の部分および上記残りの部分への割り当てをコントロールする。
【００３３】
・当該方法は、
上記第１の残余流れを流通可能なコントロールバルブを設ける工程と；上記コントロールバルブは、上記第１の残余流れの圧力を選択的に調節するように設けられており、
上記製品ガス内の上記速いガスの純度を計測する工程と；
上記計測された純度を表わす信号をコントローラーへ送る工程と；をさらに有し、
上記コントローラーは、上記第１の残余流れを流通可能な上記コントロールバルブを介して、上記製品ガス純度信号に基づいて、上記第１の残余流れ圧力の調節をコントロールする。
【００３４】
・上記供給ガス流れを得る工程は、
１つ或いはそれ以上の上記複数の供給源からの排出ガス流れを合流する工程と；
上記合流された排出ガス流れを圧縮する工程と；
上記合流されて圧縮された排出ガス流れを第２のガス分離膜へ供給する工程と；
上記第２のガス分離膜から上記速いガス内で濃縮された第２の浸透流れおよび上記速いガス内で不足した第２の残余流れを回収する工程と；を有し、
上記第２の浸透流れは、上記供給ガス流れであり、
・当該方法は、
上記第２の残余流れを流通可能なコントロールバルブを設ける工程と；上記コントロールバルブは、上記第２の残余流れの圧力を選択的に調節するように設けられており、
上記製品ガス内の上記速いガスの純度を計測する工程と；
上記計測された純度を表わす信号をコントローラーへ送る工程と；をさらに有し、
上記コントローラーは、上記第２の残余流れを流通可能な上記コントロールバルブを介して、上記製品ガス純度信号に基づいて、上記第２の残余流れ圧力の調節をコントロールする。
【００３５】
・当該方法は、
コントローラーを設ける工程と；
上記供給ガス流れが第１の流速を有する一方で当該方法の工程を実行する工程と；
そこから上記供給ガス流れが得られる冷却タワーの数を変えて、それにより上記供給ガス流れの上記流速を変える工程と；
そこから上記供給ガスが得られる冷却タワーの新たな数を表わす信号を上記コントローラーへ送る工程と；
上記第１の浸透流れが、上記信号に基づいて、上記第１の部分および上記残りの部分に割り当てられる度合いを上記コントローラーを伴って調節する工程と；
をさらに有する。
【００３６】
・当該方法は、
合流された供給ガス流れと浸透流れの第１の部分の圧力を計測する工程と；
上記第１の浸透流れを流通可能なコントロールバルブを設ける工程と；
上記計測された圧力を表わす信号をコントローラーへ送る工程と；をさらに有し、
上記動作パラメータは、合流された供給ガス流れおよび浸透流れの第１の部分の上記圧力であり、
上記コントローラーは、上記信号に基づいて、上記コントロールバルブを介して、上記第１の浸透流れの上記第１の部分および上記残りの部分への割り当てをコントロールする。
【００３７】
・上記速いガスおよび上記遅いガスは、Ｈ２およびＮｅ、Ｈ２およびＣＯ２、Ｈ２およびＣＨ４、Ｈ２およびＮ２、Ｈ２およびＯ２、Ｈ２およびＯ２／Ｎ２、ＣＯ２およびＮ２、ＣＯ２およびＯ２、ＣＯ２およびＮ２／Ｏ２、ＣＯ２およびＣＨ４、ＮｅおよびＮ２、ＮｅおよびＯ２、ＮｅおよびＮ２／Ｏ２、ＨｅおよびＮ２、ＨｅおよびＯ２、ＨｅおよびＮ２／Ｏ２からなるグループから選択される。
【００３８】
・上記速いガスはヘリウムであり、上記遅いガスは空気である。
【００３９】
・上記第１のガス分離膜の上記残余出口に流通可能に接続した入口、第２の残余出口、および第２の浸透出口を有する第２のガス分離膜と；および
・上記第２のガス分離膜の上記浸透出口と上記再利用導管との間を流通可能に接続した第２の浸透導管。
【００４０】
・上記複数の供給源に選択的に流通可能に接続した入口、第２の残余出口、および上記供給ガス導管に流通可能に接続した第２の浸透出口を有する第２のガス分離膜。
【００４１】
・１つ或いはそれ以上の上記供給源が上記排出ガスを積極的に生出するか否かを検知する装置、上記コントローラーは、さらに、上記検知装置から、上記排出ガスを積極的に生出する供給源の数を表わす信号を受けるように設けられ、上記信号に基づいて、上記再利用コントロールバルブによる釣り合った調節をコントロールする。
【００４２】
・上記コントローラーは、さらに、
当該システムの動作によって達成される上記速いガスの回収を表わす信号を検知装置から受け、
上記回収信号に基づく上記再利用コントロールバルブによる釣り合った調節をコントロールするように設けられている。
【００４３】
・上記製品ガス導管内の製品ガス中の上記速いガスの濃度を計測し、計測した濃度を表わす信号を上記コントローラーへ送るように設けられた検知装置を含み、
上記コントローラーは、さらに、
上記検知装置から上記濃度信号を受け、
上記濃度信号に基づく上記再利用コントロールバルブによる釣り合った調節をコントロールする。
【００４４】
・第２のガス分離膜は、上記第１のガス分離膜の上記残余出口に流通可能に接続した入口、第２の残余出口、および第２の浸透出口を有する。
【００４５】
・第２の浸透導管は、上記第２のガス分離膜の上記浸透出口と上記再利用導管との間を流通可能に接続し、上記複数の供給源は光ファイバー冷却タワーであり、上記速いガスはヘリウムである。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
本願発明の特性および目的のさらなる理解のため、添付図面と共に与えられた以下の詳細な説明が参照されるべきであり、その中で、同様の構成要素には、同一の或いは相似の参照符号が与えられる。
【図１】図１は、流速において広い種類を生出するプロセスから余分のガスを回収するためのプロセスおよびシステムの１つの実施例の概略図である。
【図２】図２は、流速において広い種類を生出するプロセスから余分のガスを回収するためのプロセスおよびシステムの他の実施例の概略図である。
【図３】図３は、流速において広い種類を生出するプロセスから余分のヘリウムのガスを回収するためのプロセスおよびシステムの他の実施例の概略図である。
【図４】図４は、光ファイバー製造プロセスからヘリウムを回収するためのプロセスおよびシステムの１つの実施例の概略図である。
【図５】図５は、光ファイバー製造プロセスからヘリウムを回収するためのプロセスおよびシステムの他の実施例の概略図である。
【図６】図６は、光ファイバー製造プロセスからヘリウムを回収するためのプロセスおよびシステムの他の実施例の概略図である。
【００４７】
［好ましい実施例の説明］
本願の方法およびシステムは、浸透する流れの部分的な再利用を用いた１つ或いは２つのガス分離膜段階の連続した使用へ仕向けられ、速いガスおよび１つ或いはそれ以上の遅いガスを含む混合ガスの大きく変動する流れを生出するプロセスから、十分高い回収で、余分の速いガスの十分に高い純度を達成できる。
【００４８】
膜を用いたガス分離の当業者は、複数の混合ガスと、この混合ガスを速いガスを含む浸透する流れおよび１つ或いはそれ以上の遅いガスを含む残余の流れへ分離する複数のガス分離膜と、の多くの組み合わせがあることに気付くであろう。当業者は、ここに説明された方法およびシステムがこのようなあらゆる組み合わせへ適用され得ることを理解するであろう。速いガスと遅いガスの組み合わせの特別な例は、以下に限定されるものではなく、Ｈ２およびＮｅ、Ｈ２およびＣＯ２、Ｈ２およびＣＨ４、Ｈ２およびＮ２、Ｈ２およびＯ２、Ｈ２およびＯ２／Ｎ２、Ｈ２および空気、ＣＯ２およびＮ２、ＣＯ２およびＯ２、ＣＯ２およびＮ２／Ｏ２、ＣＯ２および空気、ＣＯ２およびＣＨ４、ＮｅおよびＮ２、ＮｅおよびＯ２、ＮｅおよびＮ２／Ｏ２、Ｎｅおよび空気、ＨｅおよびＮ２、ＨｅおよびＯ２、ＨｅおよびＮ２／Ｏ２、Ｈｅおよび空気の例を含む。
【００４９】
上記速いガスおよび遅いガスを含む混合ガスは、混合ガスを変動する流速で製造するプロセスからくる。膜を用いたガス分離の当業者が多くのタイプのこのようなプロセスがあることに気付く一方で、このようなプロセスの特別な例は、以下に限定されるものではないが、多くの冷却タワー内でヘリウム冷却を利用する光ファイバー製造プロセス、および多くの真空炉からのヘリウム冷却を利用するプロセスを含む。
【００５０】
混合ガスが運ばれるこのような特別なプロセスにかかわらず、上記速いガスおよび遅いガスを含む混合ガスが、１つ或いはそれ以上の混合ガスの供給源（冷却タワーや真空炉なのような）から収集され、１つ或いはそれ以上のガス分離膜による処理のための供給ガスの流れを供給する。本願の方法およびシステムは固定された膜領域を利用する。これは、供給ガスの流量が減少或いは増加したとき、膜の全ての表面領域の一部が加えられたり取り除かれたりしないことを意味する。本願の方法およびシステムは、０−８７．５％ほどのターンダウン範囲の下で、有用な製品純度（例えば、＞９９＋％）を維持或いは上回ることが可能で、且つ有用な製品回収率（例えば、＞９０％）を維持或いは上回ることが可能である。この意外に良い順応性は、浸透する流れの部分的な再利用によって達成される。
【００５１】
本願の方法およびシステムは、特に、多くの冷却タワーやプラズマ炉へ適用可能であり、これらのそれぞれは必ずしも時間中ずっと動作しない。例えば、光ファイバーの製造のピークの時間、或いは炉動作のピークの時間の間、全ての冷却タワー、或いは炉（例えば６つ）が動作状態にある。一方、最少の製造の時間の間、全ての冷却タワー或いは炉より少ない台数（例えば、１つ）が動作状態にある。
【００５２】
３つの実施例のうち第１のセットの説明が図１−３を参照して以下になされる。
【００５３】
図１を参照して、システム１００は、変動する流速を有し且つ速いガスおよび遅いガスの混合物の複数の供給源（図示せず）から集められた速いガスおよび遅いガスを含む供給流れＦＳを有する。一定期間を通して、上記流速は、最大流速と最小流速の比が８：１程度に変化する。これは、８７．５％のターンダウンと一致する。この供給流れＦＳは、環境圧力、超環境圧力、或いは副環境圧力で、上流のプロセスに基づく。
【００５４】
上記供給流れＦＳは、ガス分離膜ＧＳＭ１の動作圧力程度にガスを圧縮するコンプレッサーＣの入口へ差し向けられる。膜ＧＳＭ１において、余分の速いガス（ヘリウムのような）は、優先的にこの膜に浸透する。結果的に浸透した流れＰＥＲＭ１は、速いガスの中で濃縮されて遅いガス（空気中の酸素や窒素のような）の中で不足する。この混合ガスの浸透しなかった部分は、残余流れＲＥＳ１として膜ＧＳＭ１を離れる。
【００５５】
当業者の１人は、供給流れＦＳのあてにされた最大流速の率である、膜ＧＳＭ１の相対的なサイズ（或いは、図２−３および５−６の実施例における膜ＧＳＭ１、ＧＳＭ２の相対的なサイズ）が、膜ＧＳＭ１の全表面領域（或いは、図２−３および５−６の実施例における膜ＧＳＭ１、ＧＳＭ２の全表面領域）に基づいて計算されることに気付くであろう。言い換えると、速いガスおよび遅いガスの混合物の全ての供給源（冷却タワーやヘリウム炉のような）が最大能力で動作された場合に得られた供給流れＦＳの量は、利用された膜ＧＳＭ１のサイズ（或いは膜ＧＳＭ１、ＧＳＭ２のサイズ）を酷使する。ガス分離の分野の当業者の１人は、供給流れＦＳ（速いガスおよび遅いガスを含む）の構成に基づいて、膜ＧＳＭ１（およびシステム２００、３００の場合の膜ＧＳＭ２）の材料の適したタイプが選択されることに気付くであろう。
【００５６】
浸透流れＰＥＲＭ１は、２つの流れに分かれる。１つの流れは、供給流れＦＳと合流されてコンプレッサーＣへ戻される。他方の流れは、コントロールバルブＣＶｂを通して製品流れＰＳとして与えられる。製品流れＰＳの小さな部分は、連続的或いは間欠的に分析器Ａによって引き抜かれ、余分の速いガスの濃度（或いは、熱伝導率のように余分のガスの濃度と一致する均等のパラメータ）が計測される。通常の動作において、上記製品流れＰＳは、製品のために有用な純度（例えば、９９％を超える）を有する。計測された純度を表わす信号は、分析器Ａによってプログラム可能なロジックコントローラーＰＬＣへ送られる。
【００５７】
図２に示すように、システム２００は、ガス分離膜ＧＭＳ１の下流側に連続して置かれた第２のガス分離膜ＧＭＡ２を配置するため、システム１００から異なる。第２の膜ＧＳＭ２からの残余流れＲＥＳ２は、コントロールバルブＣＶａを通してベントへ送られる。上述したように、浸透流れＰＥＲＭ１の一部は、コントロールバルブＣＶｂを通るように指向されて製品流れＰＳとして引き抜かれ、他の部分は、コンプレッサーＣでの圧縮のため供給流れＦＳと合流される。第２のガス分離膜ＧＳＭ２からの浸透流れＰＥＲＭ２の全ても、供給流れＦＳ、および上述した第１段階の浸透流れＰＥＲＭ１の部分に合流される。２つの浸透流れＰＥＲＭ１、ＰＥＲＭ２の位置は、コントロールバルブＣＶｂおよびコンプレッサーＣに対して十分な距離によって分離されるべきであることを知るべきである。このことは、浸透流れＰＥＲＭ２の全てが、コントロールバルブＣＶｂに向けて流れる代わりにコンプレッサーＣへ向かうことを許容する。
【００５８】
システム２００のこのような連続した配置は、単一のガス分離膜段階と比較して、速いガスの多量の回収を与えることについて効果的である。膜を用いたガス分離の２つ以上の段階が実行に移されるであろうことを知るべきである。もし、連続した３つのガス分離膜を使用すると、上述した残余流れＧＳＭ２が排出される代りに第３のガス分離膜へ仕向けられ、且つこの第３のガス分離膜からの浸透流れが第１および第２のガス分離膜ＧＳＭ１、ＧＳＭ２の浸透流れへ合流される。このコンセプトは、第２から最後の残余流れが最後の段階の入口へ仕向けられることにより追加の段階へ拡張されることが可能であり、第１の浸透流れＰＥＲＭ１を除く全てがコンプレッサーＣへ戻されて再利用される。段階の数の制限は、十分に高い圧力を有する第１のガス分離膜ＧＳＭ１の入口への供給を達成するように、合流された浸透流れを圧縮するコンプレッサーＣの能力によって広く決められる。
【００５９】
図３に最も良く示されるように、システム３００は、２つのガス分離膜ＧＳＭ１、ＧＳＭ２が使用されることを除いてシステム１００と似ている。供給流れＦＳは、遅いガス（空気に含まれる酸素や窒素のような）と比較して余分の速いガス（ヘリウムのような）が優先的に浸透してそれらを通る第２の膜ＧＳＭ２の入口へ供給される。この第２の膜ＧＳＭ２からの残余流れＲＥＳ２は、コントロールバルブＣＶｃによって制御された方法で排出され、その一方で、浸透流れＰＥＲＭ２が、第１の膜ＧＳＭ１からの浸透流れＰＥＲＭ１の部分と合流されてコンプレッサーＣへ指向される。コントロールバルブＣＶｃは、所望する第１のガス純度および回収率の達成をアシストするように、コントローラーＰＬＣによって調整されても良い。
【００６０】
システム３００における膜を用いたガス分離の２つの段階の使用は、製品流れＰＳ内で達成される高い純度を許容し、コンプレッサーＣのサイズの減少を許容する。また、ガス分離膜ＧＳＭ１による回収効率が、ガス分離膜ＧＳＭ２からの浸透流れＰＥＲＭ２を供給流れＦＳとして利用することの結果としての高い速いガスの濃縮によって増幅されることによって、速いガスの高められた回収を許容する。
【００６１】
図１−３の各実施例の参照を伴って、上述した方法およびシステムが、多くの方法でコントロールされることができる。動作パラメータの多くの異なるタイプは、コントロールバルブＣＶａ、ＣＶｂの操作を通してコントロールされても良い。膜を用いたガス分離の当業者は、１つのパラメータのコントロールが他のパラメータに効果を及ぼすことに気付くであろう。例えば、製品流れＰＳ純度の上方への調整は、回収に不利益な作用を有する。従って、１つ以上の動作パラメータを一斉或いは同時発生的にコントロールすることが好ましい。
【００６２】
製品流れＰＳの純度は、コントロールされることができる。製品流れＰＳの純度は、ＰＥＲＭ１の純度と同じであり、残余流れＲＥＳ１（或いは、システム２００の場合、残余流れＲＥＳ２）の背圧を増大或いは減少するように、好ましくはコントロールバルブＣＶａのコントローラーＰＬＣによる調整を通してコントロールされても良い。コントローラーＰＬＣが純度が設定値を下回ることを決めた場合、コントローラーは、残余流れＲＥＳ１（或いは、システム２００の場合、残余流れＲＥＳ２）での背圧を減少するようにＣＶａを開く。これは、速いガスが膜ＧＳＭ１を通る力を増大し、それにより、浸透流れＰＥＲＭ１および製品流れＰＳにおける純度を増大する。回収されて再利用される速いガスの純度が所望する設定値に届くまで、上記製品流れＰＳは、排出され或いは純粋な早いガスで補われる。純度が所望する設定値に達すると、コントロールバルブＣＶａは、その現時点での設定値に保持される。当業者は、純度の上方への調整が、回収の下方への調整の効果を有することに気付くであろう。純度が純度の設定値のはるか上に離れた場合、コントロールバルブＣＶａは、残余流れＲＥＳ１での背圧（或いは、システム２００の場合の残余流れＲＥＳ２）を増大するように、下がる調整されても良く、それにより、流れＰＥＲＭ１およびＰＳの純度を減少する。
【００６３】
代りになるべきものとして、純度は、コントロールバルブＣＶｂが浸透流れＰＥＲＭ１の部分を再利用されるように供給ガス流れＦＳ（或いは、システム２００の場合、第２の膜ＧＳＭ２からの浸透流れＰＥＲＭ２）へ合流するようにそらす度合いを調整することによって、あまり好ましくない方法でコントロールされても良い。純度が非常に低い場合には、コントローラーＰＬＣは、浸透流れＰＥＲＭ１の製品流れＰＳへ向かう小部分を増大するようにコントロールバルブＣＶｂを調節し、それにより、供給ガス流れＦＳと合流するための大部分を再利用する。製品流れＰＳの純度が所望する設定値に達すると、コントロールバルブＣＶｂは、その現時点の設定で保持されても良く、浸透流れＰＥＲＭ１が再利用された度合いが固定されても良い。
【００６４】
速いガスの回収がコントロールされても良い。速いガスの回収が広い種々の方法で算出されても良く、そのような計算から多くの数学的微分がなされても良いことが当業者によって理解される一方で、回収を計算する２つの一般的な方法が以下の式を含む。
【００６５】
（１）Ｒ＝ＭＦＲ製品×Ｃ製品／｛（ＭＦＲ製品×Ｃ製品）＋（ＭＦＲ残余×Ｃ残余）｝；或いは
（２）Ｒ＝ＭＦＲ製品×Ｃ製品／ＭＦＲ供給×Ｃ供給
ＭＦＲは流速の大きさであり、Ｃは濃度である。代りになるべきものとして、もし、方法およびシステムが正常に作動した場合、供給流れＦＳおよび製品流れＰＳの濃度が一定であるとみなされる。従って、回収は、供給流れＦＳの流速の大きさによって分割された製品流れＰＳの流速の大きさとして計算されるであろう。さらなる代替において、製品流れＰＳが純粋な速いガスを補われて変化する流速の供給源へ戻されて再利用される場合、好ましくは、回収は、混合された製品流れＰＳおよび補充された純粋な速いガスの流れの流即の大きさによって分割された製品流れＰＳの流速の大きさとして計算される。回収のいずれの方法が決められたにもかかわらず、回収が計算されるパラメータを表わす信号がコントローラーＰＬＣへ送られて回収を導くとともにそれを回収の設定値と比較する。
【００６６】
図１−３の実施例の引き続く参照を伴って、供給ガス流れＦＳ（或いは、システム２００の場合、第２の膜ＧＳＭ２からの浸透流れＰＥＲＭ２）に合流させるように戻して再利用させるようにコントロールバルブＣＶｂが浸透流れＰＥＲＭ１の部分を分ける割合を調整することによって、回収がコントロールされても良い。回収が非常に低い場合、コントローラーＰＬＣは、製品流れＰＳへの浸透流れＰＥＲＭ１の小部分を増やすようにコントロールバルブＣＶｂを調節し、それにより、供給ガス流れＦＳに合流するための多くの部分を再利用する。製品流れＰＳの回収が所望する設定値に達すると、コントロールバルブＣＶｂは、その時点での設定値に保持されても良く、浸透流れＰＥＲＭ１が再利用される度合いが固定されても良い。
【００６７】
代りになるべきものとして、回収は、残余流れＲＥＳ１の背圧を増大或いは減少するコントロールバルブＣＶａのコントローラーＰＬＣによる調節を通したあまり好ましくない方法でコントロールされても良い。コントローラーＰＬＣが回収が設定値を下回ることを決定する場合、コントローラーはＣＶａを調節して残余流れＲＥＳ１（或いは、システム２００の場合における残余流れＲＥＳ２）における背圧を増大する。これは、膜ＧＳＭ１を浸透して通る速いガスの全量を増大し、それにより、浸透流れＰＥＲＭ１および製品流れＰＳ内における回収を増大する。回収が所望する設定値に達すると、コントロールバルブＣＶａは、その現時点の設定で保持されても良い。当業者は、膜ＧＳＭ１（或いは、システム２００の場合における膜ＧＳＭ２）を通る遅いガスの比較的多くの浸透が、残余流れＲＥＳ１（或いは、システム２００の場合における残余流れＲＥＳ２）の背圧の増大の後に起きるであろうことから、回収の増大が純度を犠牲にして生じることに気付くであろう。もし、回収ガスが回収の設定値から大きく離れた場合、コントロールバルブＣＶａは、残余流れＲＥＳ１での背圧を減少するように下げ方向に調節されても良く、それにより、浸透流れＰＥＲＭ１（およびそれに続く製品流れＰＳ）内における速いガスの回収を減少する。その結果として、浸透流れＰＥＲＭ１および製品流れＰＳの純度が増大されるであろう。
【００６８】
上述したように、回収の設定値を超えるレベルへの回収の増大の結果として、純度は、反対に、所望する設定値を下回って下がる。従って、純度および回収の両方が一斉にコントロールされても良く、純度および回収の調節の数回の反復がなされる必要がある。
【００６９】
純度および／或いは回収は、供給流れＦＳ内で確かに定期的に観測された流速のための最適化された計画を伴ってコントロールされても良い。システム１００、２００、３００は、速いガスおよび遅いガスの混合ガスを製造する数多くの供給源と一致する数多くの規則正しい流速に出会うであろう。例えば、光ファイバー製造プロセスにおいて、少なくて１つ或いは多くて全て（６つのような）の冷却タワーがあらゆる所定時間で動作状態におかれても良い。結果として、空気が希釈されたヘリウムの供給ガスが、冷却タワーの数と一致した数（６のような）の規則正しい流速を有するであろう。システム１００、２００、３００を最適化するため、特別な流速のための所望される純度および回収レベルと一致するコントロールバルブＣＶａ、ＣＶｂ（および、随意にＣＶｃ）のための調節の各組み合せは、コントローラーＰＬＣに記録される。
【００７０】
従って、一例として、６つの冷却タワー光ファイバー製造プロセス或いは６つの真空炉熱処理プロセスへの適用のため、供給流れＦＳのための６つの流速、およびコントロールバルブＣＶａ、ＣＶｂ（および随意にＣＶｃ）のための調節の６つの組み合わせがある。冷却タワー或いは真空炉のいずれかが動作状態に置かれ或いは非動作状態に置かれた場合、新たな数の冷却タワー或いは炉によって製造された流速と一致する記録された設定に基づいてコントロールバルブＣＶａ、ＣＶｂ（および、随意にＣＶｃ）を自動的に調節するコントローラーＰＬＣへ信号が送られる。
【００７１】
当業者は、このような信号がプロセスコントロールの分野で知られた数多くの異なる方法によって発生されても良いことに気付くであろう。この信号は、そこから供給ガス流れが得られる混合ガス（速いガスおよび遅いガスを含む）の供給源に関連する流量計からの信号に基づかされても良い。特定の流量計がゼロではない流れを検知したとき、その流量計が生出した信号は、その流量計を備えた混合ガスの供給源が積極的にそこから供給ガス流れが導かれる混合ガスを生出するかどうかを表わすであろう。代りになるべきものとして、この信号は、そこから供給ガスが得られる供給源へ戻される混合された製品ガスおよび補足の純粋な速いガスの再利用のための供給マニホルドに関連した流量計からの信号に基づかされても良い。検知された流れの増大或いは減少として、この信号は、どのくらい多くの供給源が製品ガスとともに与えられてどれくらい多くの供給源がそこから得られるのかを表わすであろう。
【００７２】
３つの（そして特に好ましい）実施例の第２のセットの説明が、図４−６を参照して、ここで以下になされる。
【００７３】
図４に最も良く示されているように、システム４００は、冷却タワーＣＴ１、ＣＴ２、ＣＴ３、ＣＴ４、ＣＴ５、ＣＴ６を含む。全ての冷却タワーより少数のものが作動されたかどうかに基づいて、ガスマニホルドＭＡＮは、比較的高い濃度（一般に９９＋％）の速いヘリウムガスを含む冷却材ガスを、その時点で作動しているタワーＣＴ１、ＣＴ２、ＣＴ３、ＣＴ４、ＣＴ５、ＣＴ６のそれぞれへ供給する。このヘリウムは、熱い光ファイバーを通って冷却するように使用される。光ファイバーの通り抜けの比較的速いスピードのため、空気（主に遅いガスの酸素および窒素）の量が、冷却タワーＣＴ１、ＣＴ２、ＣＴ３、ＣＴ４、ＣＴ５、ＣＴ６の上流側端部内へ引かれる。
【００７４】
空気および勢いの無くなったヘリウムを含む混合ガスは、結合された複数のガス回収キャップによって冷却タワーＣＴ１、ＣＴ２、ＣＴ３、ＣＴ４、ＣＴ５、ＣＴ６から引き抜かれる。ガス回収キャップは、冷却材ガスの回収能力を上げるために適用されたものとして当業者に良く知られている。特に適したガス回収キャップは、米国公開特許Ｎｏ．ＵＳ２００７０１１３５８９に開示されたものを含む。冷却タワーＣＴ１、ＣＴ２、ＣＴ３、ＣＴ４、ＣＴ５、ＣＴ６の内部と上記ガス回収キャップに与えられた真空との間の圧力差のため、混合ガスは、遮断バルブＳＶ１、ＳＶ２、ＳＶ３、ＳＶ４、ＳＶ５、ＳＶ６およびニードルバルブＮＶ１、ＮＶ２、ＮＶ３、ＮＶ４、ＮＶ５、ＮＶ６を通ってバッファ容器Ｖ１内へ流れる。冷却タワーＣＴ１、ＣＴ２、ＣＴ３、ＣＴ４、ＣＴ５、ＣＴ６の１つが作動状態にない場合、関連した遮断バルブＳＶ１、ＳＶ２、ＳＶ３、ＳＶ４、ＳＶ５、ＳＶ６は、不必要な容器Ｖ１内への空気の侵入を避けるためもちろん閉じられる。
【００７５】
そして、容器Ｖ１内の空気／ヘリウム混合ガスは、粒子の問題を除去するためのフィルターＦ１を通って、第１のコンプレッサーＣ１の入口へ流れる。容器Ｖ１内の圧力（関連する言葉としては“真空”）は、第１のコンプレッサーＣ１に関連する再利用ループの動作を通してコントロールされる。圧力変換器ＰＴ１は、容器Ｖ１内の圧力を計測し、その結果を、圧力設定値（一般に、約８５０ｍｂａｒａすなわち絶対単位系のミリバール）を有するプログラム可能な論理コントローラーＰＬＣ１へ伝達する。容器Ｖ１内の圧力が非常に高い（関連する言葉としては“真空レベルが非常に低い”）場合、コントローラーＰＬＣ１は、コンプレッサーＣ１の出口から入口への空気／ヘリウムガス混合物の再利用を減少するように第１のコントロールバルブＣＶ１を調節する。圧力が非常に低い場合、コントローラーＰＬＣ１は、コンプレッサーＣ１の出口から入口への混合ガスの再利用を増大するようにバルブＣＶ１を調節する。容器Ｖ１内の圧力をコントロールすることにより、ガスキャップのそれぞれに与えられる真空の度合い（そして、冷却タワーＣＴ１、ＣＴ２、ＣＴ３、ＣＴ４、ＣＴ５、ＣＴ６から引かれる混合ガスの量）が、ニードルバルブＮＶ１、ＮＶ２、ＮＶ３、ＮＶ４、ＮＶ５、ＮＶ６を伴ってうまく調整されても良い。第１のコンプレッサーＣ１に関連した再利用ループの下流側の空気／ヘリウム混合ガスの圧力は、圧力表示器ＰＩ１でモニターされても良い。
【００７６】
そして、空気／ヘリウム混合ガスで形成された供給流れＦＳは、ガス分離膜ＧＳＭ１からの浸透流れＰＥＲＭ１の部分と混合されて、第２のコンプレッサーＣ２の入口へ指向される。コンプレッサーＣ２の下流側において、混合された供給流れＦＳ／浸透流れＰＥＲＭ１は、熱交換器ＨＥ１で冷却され、第１のドライヤーＤ１で乾燥されて、フィルターＦ２へ指向される。フィルターＦ２において、粒子および凝集物は、合流された混合ガス／浸透ガスから分離されて、除去のために分離器Ｓ１へ指向される。圧縮されて、冷却されて、フィルターＦ２を通された混合ガスは、フィルターＦ３で粒子がさらに除去される。
【００７７】
フィルターＦ３の下流側の、圧縮され、冷却され、フィルターを通されたガス流れの圧力は、コンプレッサーＣ２を備えた再利用ループによって少なくとも部分的にコントロールされる。第３の圧力変換器ＰＴ３は、ガス流れの圧力を計測して、計測した圧力を表わす信号をコントローラーＰＬＣ２へ送る。もし、計測した圧力がコントローラーＰＬＣ２の設定値より低い場合、コントローラーＰＬＣ２は、コンプレッサーＣ２を備えた再利用ループを通した合流された混合ガスの再利用を制限するように、第２のコントロールバルブＣＶ２を調節する。同様に、もし、ガス流れの圧力が非常に高い場合、上記ＰＬＣ２は、再利用ループを通した多くの再利用を許容するようにバルブＣＶ２を調節する。もし、圧力がコントロールできない高いレベルに達した場合、第１の破壊ディスクＲＤ１で圧力を軽くされても良い。冷却され、乾燥された流れ、およびきれいにされたガス流れの圧力は、第３の圧力表示器ＰＩ３で観測されても良い。
【００７８】
そして、きれいにされたガス流れは、速いヘリウムガスが浸透流れＰＥＲＭ１内を優先的に浸透して通る第１のガス分離膜ＧＳＭ１の入口内へ指向される。きれいにされたガス流れの浸透しない部分（遅いガスである酸素および窒素内で濃縮されてヘリウム内で不足した）は、膜ＧＳＭ１の残余ポートを出て、第３のコントロールバルブＣＶ３を通して残余流れＲＥＳ１として排出される。
【００７９】
膜ＧＳＭ１は、空気からヘリウムを分離するのに適したものとしてガス分離の当業者に知られたあらゆる材料で形成されても良い。
【００８０】
浸透流れＰＥＲＭ１は、２つの流れに分かれる。第１の部分は、圧力表示器ＰＩ１の下流側の供給流れＦＳと合流されてコンプレッサーＣ２の入口へ指向される。第２の部分は、第４のコントロールバルブＣＶ４を通って第３のコンプレッサーＣ３の入口へ流れる。もし、コンプレッサーＣ３の下流側の圧力がコントロールできない高いレベルに達した場合、第２の破壊ディスクＲＤ２で圧力を軽くされても良い。この圧力は、第４の圧力表示器ＰＩ４でモニターされても良い。
【００８１】
製品ガスの少量のサンプルが引き抜かれて分析器Ａ／Ｃへ指向され、そこで、ヘリウム濃度（純度）が計測される。代りになるべきものとして、ヘリウム濃度を表示できるいくつかの他のパラメータ（熱伝導率のような）が計測されても良い。純度は、コントローラーＰＬＣ３、ＰＬＣ５の制御のために与えられる。製品ガスの残りは、３方バルブＴＶ１へ流れる。コントローラーＰＬＣ５は、目標純度が達成されるまで、ニードルバルブＮＶ７および圧力調節器ＰＲ２を介して、制御された方法で製品流れを排出するように、バルブＴＶ１を短く作動する。製品ガスの流速の大きさは、流量計ＭＦ１で計測されて、圧力は、圧力調節器ＰＲ３で調節される。この製品ガスは、バッファ容器Ｖ２内に収集される。この製品ガスは、圧力調節器ＰＲ５を介して、補充物ヘリウム源からの高い純度のヘリウムを伴って必要なものとして補われる。そして、回収されたヘリウムは、容器Ｖ２からマニホルドＭＡＮへ指向される合流された流れＣＳの部分として再利用される。
【００８２】
図５に最も良く図示したように、システム５００は、システム４００と同様であり、第２のガス分離膜ＧＳＭ２がガス分離膜ＧＳＭ１の下流側に配置されたことの１つの違いがある。システム５００において、ガス分離膜ＧＳＭ１からの残余ガスＲＥＳ１は、第２のガス分離膜ＧＳＭ２の入口へ指向される。残余流れＲＥＳ１からの速いヘリウムガスは、遅い空気ガスの酸素や窒素と比較して、第２のガス分離膜ＧＳＭ２を優先的に浸透して通る。第２のガス分離膜ＧＳＭ２からの浸透流れＰＥＲＭ２の全ての部分は、コンプレッサーＣ２での圧縮のため、浸透流れＰＥＲＭ１の１つの部分および供給流れＦＳと合流される。膜ＧＳＭ１からの浸透流れＰＥＲＭ１の他の部分は、第４のコントロールバルブＣＶ４を通過するように指向されて製品流れＰＳを供給するようにさらに処理される。膜ＧＳＭ２は、空気からヘリウムを分離するのに適したものとしてガス分離の当業者に知られたあらゆる材料で形成されても良い。２つの浸透流れＰＥＲＭ１、ＰＥＲＭ２の位置は、コントロールバルブＣＶ４およびコンプレッサーＣ２に対して十分な距離によって分離されるべきであることを知るべきである。このことは、浸透流れＰＥＲＭ２の全てが、コントロールバルブＣＶ４に向けて流れる代わりにコンプレッサーＣ２へ向かうことを許容する。
【００８３】
システム５００のこのような連続した配置は、単一のガス分離膜段階と比較して、速いガスの多量の回収を与えることについて効果的である。膜を用いたガス分離の２つの段階は、第２の段階の浸透流れＰＥＲＭ２より高いヘリウム純度を有する第１の段階の浸透流れＰＥＲＭ１を提供する。膜を用いたガス分離の２つ以上の段階が実行に移されるであろうことを知るべきである。もし、連続した３つのガス分離膜を使用すると、上述した残余流れＧＳＭ２が排出される代りに第３のガス分離膜へ仕向けられ、且つこの第３のガス分離膜からの浸透流れが第１および第２のガス分離膜ＧＳＭ１、ＧＳＭ２の浸透流れへ合流される。このコンセプトは、第２から最後の残余流れが最後の段階の入口へ仕向けられることにより追加の段階へ拡張されることが可能であり、第１の浸透流れＰＥＲＭ１を除く全てがコンプレッサーＣ２へ戻されて再利用される。段階の数の制限は、（ａ）十分に高い圧力を有する第１のガス分離膜ＧＳＭ１の入口への供給を達成するように、合流された浸透流れを圧縮するコンプレッサーＣ２の能力によって、および（ｂ）最後の浸透の純度（この最後の浸透が供給流れＦＳの純度より高い純度を有する必要がある）によって広く決められる。
【００８４】
図６に最も良く示されるように、システム６００は、システム４００と同様であり、２つのガス分離膜ＧＳＭ１、ＧＳＭ２が使用されることの１つの違いがある。コンプレッサーＣ１を備えた再利用ループの下流側を流れる空気／ヘリウム混合ガスは、酸素や窒素と比較してヘリウムが優先的に浸透して通る第２の膜ＧＳＭ２の入口へ供給される。この第２の膜ＧＳＭ２からの残余流れＲＥＳ２が排出され、その一方で、浸透流れＰＥＲＭ２（供給流れＦＳを形成する）が、第１の膜ＧＳＭ１からの浸透流れＰＥＲＭ１の部分と合流されてコンプレッサーＣ２へ指向される。この膜ＧＳＭ２は、空気からヘリウムを分離するのに適したものとしてガス分離の当業者に知られたあらゆる材料で形成されても良い。
【００８５】
システム６００における膜を用いたガス分離の２つの段階の使用は、製品流れＰＳ内で達成される高い純度を許容し、コンプレッサーＣ２のサイズの減少を許容する。また、ガス分離膜ＧＳＭ１による回収効率が、ガス分離膜ＧＳＭ２からの浸透流れＰＥＲＭ２を供給流れＦＳとして利用することの結果としての高い速いガスの濃縮によって増幅されることによって、速いガスの高められた回収を許容する。これに対し、システム１００が比較的低い純度のヘリウムを冷却タワーＣＴ１、ＣＴ２、ＣＴ３、ＣＴ４、ＣＴ５、ＣＴ６から受ける場合、回収に不利益に作用することなく、供給流れＦＳにおける低い流れの期間の間、製品流れＰＳにおいて所望する純度を得ることは時々難しくなり得る。システム３００は、ガス分離膜ＧＳＭ２の使用を通して、供給流れＦＳの初めの純度を増幅することによって、この問題と取り組む。
【００８６】
システム４００、５００、６００が６つの冷却タワーだけを図示する一方で、より多くのタワーが使用されても良いことに気付くべきである。取り扱い可能な最大数は、その冷却タワーからの流れによるであろう。流れが比較的小さい場合、システム４００、５００、６００は、６つより多くのタワーを取り扱うことができる。概して言えば、タワーからの総流量が高ければ高いほど回収が低くなる。そのため、タワーの最大数は、受け入れ可能と考えられる最も低い回収によってセットされる。タワーからの総流量が増すにつれて、コントロールバルブＣＶ３は適切なサイズにされる必要がある。もし、総流量が、コントロールバルブＣＶ３にとって非常に高い残余流れＲＥＳ１（或いはＲＥＳ２）を生出する場合、一対のコントロールバルブが代りに使用されても良い。
【００８７】
図４−６の実施例にあるヘリウム回収方法およびシステムの制御は、多くの方法によってなされても良い。動作パラメータの多くの異なるタイプは、コントロールバルブＣＶ３、ＣＶ４の操作を通してコントロールされても良い。膜を用いたガス分離の当業者は、１つのパラメータのコントロールが他のパラメータに効果を及ぼすことに気付くであろう。例えば、製品流れＰＳ純度の上方への調整は、回収に不利益な作用を有する。従って、１つ以上の動作パラメータを一斉或いは同時発生的にコントロールすることが好ましい。
【００８８】
製品流れＰＳの純度は、コントロールされることができる。製品流れＰＳの純度は、ＰＥＲＭ１の純度と同じであり、残余流れＲＥＳ１（或いは、システム５００の場合、残余流れＲＥＳ２）の背圧を増大或いは減少するように、好ましくはコントロールバルブＣＶ３の分析器／コントローラーＡ／Ｃによる調整を通してコントロールされても良い。分析器／コントローラーＡ／Ｃが純度が設定値を下回ることを決めた場合、分析器／コントローラーは、残余流れＲＥＳ１（或いは、システム５００の場合、残余流れＲＥＳ２）での背圧を減少するようにＣＶ３を開く。これは、速いガスが膜ＧＳＭ１を通る力を増大し、それにより、浸透流れＰＥＲＭ１および製品流れＰＳにおける純度を増大する。回収されて再利用される速いガスの純度が所望する設定値に届くまで、上記製品流れＰＳは、排出され或いは純粋な早いガスで補われる。純度が所望する設定値に達すると、コントロールバルブＣＶ３は、その現時点での設定値に保持される。当業者は、純度の上方への調整が、回収の下方への調整の効果を有することに気付くであろう。純度が純度の設定値のはるか上に離れた場合、コントロールバルブＣＶ３は、残余流れＲＥＳ１（或いは、システム５００の場合の残余流れＲＥＳ２）での背圧を増大するように、下がる調整されても良く、それにより、流れＰＥＲＭ１およびＰＳの純度を減少する。
【００８９】
代りになるべきものとして、純度は、コントロールバルブＣＶ４が浸透流れＰＥＲＭ１の部分を再利用されるように供給ガス流れＦＳ（或いは、システム５００の場合、第２の膜ＧＳＭ２からの浸透流れＰＥＲＭ２）へ合流するようにそらす度合いを調整することによって、あまり好ましくない方法でコントロールされても良い。純度が非常に低い場合には、分析器／コントローラーＡ／Ｃは、浸透流れＰＥＲＭ１の製品流れＰＳへ向かう小部分を増大するようにコントロールバルブＣＶ４を調節し、それにより、供給ガス流れＦＳと合流するための大部分を再利用する。製品流れＰＳの純度が所望する設定値に達すると、コントロールバルブＣＶ４は、その現時点の設定で保持されても良く、浸透流れＰＥＲＭ１が再利用された度合いが固定されても良い。
【００９０】
速いガスの回収がコントロールされても良い。回収を算出する上述したいかなる方法が使用されても良い。好ましくは、回収は、合流された流れＣＳの流速の大きさによって分割された製品流れＰＳの流速の大きさとして計算される。回収のいずれの方法が決められたにもかかわらず、回収が計算されるパラメータを表わす信号が分析器／コントローラーＡ／Ｃへ送られて回収を導くとともにそれを回収の設定値と比較する。
【００９１】
図１−３の実施例の引き続く参照を伴って、供給ガス流れＦＳ（或いは、システム５００の場合、第２の膜ＧＳＭ２からの浸透流れＰＥＲＭ２）に合流させるように戻して再利用させるようにコントロールバルブＣＶ４が浸透流れＰＥＲＭ１の部分を分ける割合を調整することによって、回収がコントロールされても良い。回収が非常に低い場合、分析器／コントローラーＡ／Ｃは、製品流れＰＳへの浸透流れＰＥＲＭ１の小部分を増やすようにコントロールバルブＣＶ４を調節し、それにより、供給ガス流れＦＳに合流するための多くの部分を再利用する。製品流れＰＳの回収が所望する設定値に達すると、コントロールバルブＣＶ４は、その時点での設定値に保持されても良く、浸透流れＰＥＲＭ１が再利用される度合いが固定されても良い。
【００９２】
代りになるべきものとして、回収は、残余流れＲＥＳ１の背圧を増大或いは減少するコントロールバルブＣＶ３の分析器／コントローラーＡ／Ｃによる調節を通したあまり好ましくない方法でコントロールされても良い。分析器／コントローラーＡ／Ｃが回収が設定値を下回ることを決定する場合、コントローラーはＣＶ３を調節して残余流れＲＥＳ１（或いは、システム５００の場合における残余流れＲＥＳ２）における背圧を増大する。これは、膜ＧＳＭ１を浸透して通る速いガスの全量を増大し、それにより、浸透流れＰＥＲＭ１および製品流れＰＳ内における回収を増大する。回収が所望する設定値に達すると、コントロールバルブＣＶ３は、その現時点の設定で保持されても良い。当業者は、膜ＧＳＭ１（或いは、システム５００の場合における膜ＧＳＭ２）を通る遅いガスの比較的多くの浸透が、残余流れＲＥＳ１（或いは、システム５００の場合における残余流れＲＥＳ２）の背圧の増大の後に起きるであろうことから、回収の増大が純度を犠牲にして生じることに気付くであろう。もし、回収ガスが回収の設定値から大きく離れた場合、コントロールバルブＣＶ３は、残余流れＲＥＳ１での背圧を減少するように下げ方向に調節されても良く、それにより、浸透流れＰＥＲＭ１（およびそれに続く製品流れＰＳ）内における速いガスの回収を減少する。その結果として、浸透流れＰＥＲＭ１および製品流れＰＳの純度が増大されるであろう。
【００９３】
上述したように、回収の設定値を超えるレベルへの回収の増大の結果として、純度は、反対に、所望する設定値を下回って下がる。従って、純度および回収の両方が一斉にコントロールされても良く、純度および回収の調節の数回の反復がなされる必要がある。
【００９４】
図４−６の実施例の引き続く参照を伴って、方法およびシステムをコントロールする他の方法が、圧力表示器ＰＩ１の下流側で供給流れＦＳに合流されてコンプレッサーＣ２で圧縮される浸透流れＰＥＲＭ１の部分をコントロールバルブＣＶｂがそらす度合いの調節を通してコンプレッサーＣ２に関連した圧力をコントロールし、浸透流れＰＥＲＭ１が製品流れＰＳになることを許容するように指向される。上述した２つの制御スキームを比較して、第３の方法は、圧力変換器ＰＴ２によって計測される圧力表示器ＰＩ１の下流側の供給流れＦＳ圧力の変動性を利用する。圧力変換器ＰＴは、計測された圧力を表わす信号を分析器／コントローラーＡ／Ｃへ送る。圧力が非常に低い（低い設定値より下）場合、分析器／コントローラーＡ／Ｃは、再利用される浸透流れＰＥＲＭ１の量を増大するように、コントロールバルブＣＶ４を調節する。圧力が非常に高い（高い設定値の上）場合、分析器／コントローラーＡ／Ｃは、再利用される浸透流れＰＥＲＭ１の量を減少させるように、コントロールバルブＣＶ４を調節する。この第３の方法で純度がコントロールされる場合、回収は、上述した第１の方法でコントロールされても良い。
【００９５】
システム４００、５００、６００の動作は、冷却タワーＣＴ１、ＣＴ２、ＣＴ３、ＣＴ４、ＣＴ５、ＣＴ６から確かに定期的に観測された流速のため最適化されても良い。例えば、システム４００、５００、６００は、動作状態にある冷却タワーＣＴ１、ＣＴ２、ＣＴ３、ＣＴ４、ＣＴ５、ＣＴ６の数と一致する定期的な流速の数にでくわすであろう。例えば、６つのうち１つだけ動作状態にあるとき第１の流速と一致し、６つのうち２つが動作状態にあるとき第２の流速と一致し、以下同様となる。システム４００、５００、６００を最適化するため、最適化された純度と一致するコントロールバルブＣＶ３、ＣＶ４（および随意にＣＶ５）のための調節のそれぞれの組み合わせ、および特別な流速のための回収レベルが分析器／コントローラーＡ／Ｃに保持されている。膜を用いたガス分離の当業者は、調節のこれらの組み合わせが型どおりの実験を通して経験的に決められても良いことに気付くであろう。例の議論を続けて、６つの流速、およびコントロールバルブＣＶ３、ＣＶ４（および随意にＣＶ５）のための調節の６つの組み合わせがある。冷却タワーＣＴ１、ＣＴ２、ＣＴ３、ＣＴ４、ＣＴ５、ＣＴ６が動作状態に置かれ或いは動作状態からはずれたいずれの場合でも、新たな数の冷却タワーＴ１、ＣＴ２、ＣＴ３、ＣＴ４、ＣＴ５、ＣＴ６によって生出された流速と一致する記録された調節に従ってコントロールバルブＣＶ３、ＣＶ４（および随意にＣＶ５）を自動的に調節する分析器／コントローラーＡ／Ｃへ信号が送られる。
【００９６】
当業者は、このような信号がプロセスコントロールの分野で知られた多くの異なる方法で発生されても良いことに気付くであろう。この信号は、冷却タワーＴ１、ＣＴ２、ＣＴ３、ＣＴ４、ＣＴ５、ＣＴ６に関連する流量計からの信号に基づかされても良い。流量計がゼロではない流れを検知したとき、その流量計が生出した信号は、その流量計を備えた冷却タワーＴ１、ＣＴ２、ＣＴ３、ＣＴ４、ＣＴ５、ＣＴ６が積極的にそこから供給ガス流れが導かれるヘリウム／空気排出ガスを生出するかどうかを表わすであろう。代りになるべきものとして、この信号は、冷却タワーＴ１、ＣＴ２、ＣＴ３、ＣＴ４、ＣＴ５、ＣＴ６へ戻される製品ガスの再利用のための供給マニホルドに関連した流量計からの信号に基づかされても良い。検知された流れの増大或いは減少として、この信号は、どのくらい多くの冷却Ｔ１、ＣＴ２、ＣＴ３、ＣＴ４、ＣＴ５、ＣＴ６が製品ガスとともに与えられてどれくらい多くの冷却タワーＴ１、ＣＴ２、ＣＴ３、ＣＴ４、ＣＴ５、ＣＴ６から供給流れが得られるのかを表わすであろう。
【００９７】
ここに開示された方法およびシステムは、いくつかの効果をもたらす。これら方法およびシステムは、供給ガス流れにおいて大きく変動する流れで９０％より大きな回収率で、９９％＋％の製品ガス純度（特に、ヘリウム）を達成することができる。固定された膜表面領域を有する膜分離システム（ガス分離膜の１つ或いは連続した２つの段階を含む）が、純度或いは回収のいずれかで受け入れられない高い下落がなく、複合冷却タワーの処置に使用されることから、ガス回収の経済的な側面が改良される。びシステムは、製品純度（＞９９＋％）および回収率（＞９０％）を維持或いは上回る一方で、少なくとも８７．５％のターンダウンが可能である。この意外に良い順応性は、浸透する流れの部分的な再利用によって達成される。
【００９８】
本願発明を実践している好適なプロセスおよび装置が説明されている。本願発明の要旨や範囲から離れることなく、多くの変更および改良が上述した実施例になされることは、当業者にとって理解され直ちに明らかであろう。例えば、図４−６の実施例において、コントロールバルブＣＶ１、ＣＶ２、ＣＶ３、ＣＶ４は、別々のコントローラーＰＬＣ１、ＰＬＣ２、ＰＬＣ３、ＰＬＣ４でコントロールされても良く、或いは、その２つ或いは３つのコントロールが単一のコントローラーに組み込まれても良い。さらに、ニードルバルブＮＶ１、ＮＶ２、ＮＶ３、ＮＶ４、ＮＶ５、ＮＶ６のセットは、流れコントローラーのセットに置き換えられても良い。上述した実施例は、実例に過ぎず、以下のクレームで規定された発明の正しい範囲から外れることなく、統合された方法および装置の他の実施例が使用されても良い。
【発明の概要】
【０００１】
［関連出願のクロスレファレンス］
この特許出願は、２００９年６月１０日に出願された米国特許仮出願 Ｎｏ．６１／１８５，９６５の利益の権利を主張する。
【０００２】
［従来技術］
ガスを利用する数多くのプロセスがあり、ガスのコストが比較的高いことから、これらを回収することが望まれている。このようなプロセスの多くは、しかしながら、回収のための変動するガスの量を生出する。典型的な回収システムは、回収されることができるガスの量が時間をかけて変化する場合でさえ、効果的且つ経済的にガスを回収する。これらのプロセスの２つは、光ファイバーの製造のための光ファイバー冷却タワー、およびバキューム炉内のパーツの熱処理を含む。ガス分離の当業者は、このような変動する流れを生出する比較的高価なガスの回収が所望される他の数多くのプロセスがあることを理解するであろう。
【０００３】
光ファイバーの製造において、溶融したガラスがダイを通して押し出される。この溶融したガラスは、長い冷却タワー（ドロータワー）を用いて急激に冷却される。この冷却タワー内における熱の移動を達成するため、ヘリウムが熱移動媒体として使用される。ヘリウム供給が短く且つ価格が増大することから、ヘリウムの収集および再利用が所望される。
【０００４】
光ファイバー糸紡ぎのための冷却ドロータワーからのヘリウムの再利用は、要求のきびしい適用である。タワーからの回収プロセスの間の空気のヘリウムへの追加のため、抽出されたヘリウムは、空気に対して６０％より低い体積を含むことができる。高い純度のヘリウムの高い回収率が所望される。冷却タワーへの回収のための高い純度のヘリウム生成物（例えば体積比９９％を超える）が冷却効率のため要求される一方で、有用な高いヘリウムの回収が回収プロセスの経済的な理由のため要求される。
【０００５】
一般的な光ファイバー糸紡ぎ設備は多くのタワーを含む。タワーごとのヘリウムの流れは、そのタワーの冷却要求に基づいて変化する。おそらく、各タワーは、異なるヘリウム供給の流れを有することができる。経済的な理由のため、単一のヘリウム回収システムに多数のタワーを手当てすることが好ましい。このような可能性のあるシステムは、流れにおけるこれらの変化のため理想的に補償することができる。従って、このような可能性のあるシステムは、個々のドロータワーが施設に加えられ或いは施設から取り除かれるように、供給の流れにおける広い種類とともに動作することができなければならない。
【０００６】
ガス分離技術の１つのタイプは、膜、特に重合体の膜によるガス分離である。膜を用いたガス分離は、ガス分離膜の入口へ供給ガスを供給することによって実行される。重合体の膜の構成に基づいて、いくらかのガス（速いガスと呼ばれる）は、他のガス（遅いガスと呼ばれる）より大きな割合で膜を染みとおるであろう。この速いガスが染みとおる流れの中で収集される一方で、遅いガスは保持或いは残余流れで収集される。光ファイバー冷却タワーからヘリウムを回収する膜の使用のいくつかが提案されている。ガラス製の重合体の膜の場合、ヘリウムが速いガスであり、一方、空気の酸素および窒素が遅いガスである。膜システムは、一般に、固定された供給流速に基づいてデザインされている。言い換えると、予め決められたタイプの膜の膜モジュールの数は、処理にあてにされた供給ガスの固定された流速に基づいてデザインされている。予め決められた適用のために必要とされる膜モジュールの数は、供給の流れに直接的に釣り合っている。高い供給の流れを有する膜システムのため、多くの数の膜モジュールが必要とされる。折り曲げた部分は、最大の流れと比較して供給の流れにおける変化を取り扱うプロセス或いはシステムの可能性を説明するパラメーターである。それは以下の式によって示される。
【０００７】
折り曲げ部分＝［１・正確な供給の流れ／最大の供給の流れ］×１００％
【０００８】
比較的大きなシステムのための折り曲げ部分における変化は、数多くの膜モジュールの１つ或いはそれ以上を活性化或いは不活性化することによって簡単に適応させることができる。つまり、供給ガスに晒される膜表面の全ての領域は、供給の流れにおける変化を補償するように調節される。
【０００９】
光ファイバードローカラムのような比較的低い供給の流れを有するシステムにおいて、この複合モジュールのアプローチは難しい。これは、最大の流れで所望する生成物の純度および回収が単一の商業スケールの膜モジュールだけで達成されるためである。例えば、単一の直径１”或いは２”の膜（しばしば最も小さい商業的に入手可能な膜装置）が最大の流れにとって十分である。単一膜モジュールの使用が現金の支出に関してコストの面で効果的である一方で、受け入れることのできないパフォーマンスが最大の流れより極めて低い流れで実現されるであろう。このような低い流れに関連した問題に取り組むための１つの可能性のある解決策は、上述した複合モジュールによるアプローチを利用することである。このような低い流れへ複合モジュールによるアプローチを適用するため、数多くのカスタム製造された小さな浸透器が必要とされる。従って、これは、高い改造された効率の悪い（コストに関して）問題になる。
【００１０】
バキューム炉内のパーツの熱処理において、パーツの比較的高い温度が、ヘリウムのような不活性の冷却ガスの使用を伴ってすばやく冷却される。熱処理を必要とするパーツの量に基づいて、１つ或いはそれ以上のバキューム炉が作動状態に置かれ或いは動作を止めさせられる。一方、いくつかは、ガス分離膜の使用を含む精製ステップを含む冷却ガスの再利用のための種々の戦略を提案される。光ファイバー冷却タワーからのヘリウムの再利用と同様に、経済的な理由のため、１つがガス分離膜を使用するような単一のガス回収システムを用いた複合バキューム炉からヘリウムのような不活性ガスを再利用することが好ましい。このような可能性のあるシステムは、個々のバキューム炉がサービスに加えられ或いはサービスから取り除かれるように、理想的に、供給の流れにおける広いバリエーションのため補償することができる。
【００１１】
特にヘリウムに関しては、特許文献において、種々の回収戦略のいくつかが提案されている。
【００１２】
米国特許ＮＯ．６，５１７，７９１は、冷たいしぶきを形成するためのヘリウム回収システムを開示している。膜は、単一の通路内で作用する。システムのための精製目標は、約９０％のヘリウムから９７％のヘリウムへの比較的狭い上昇でヘリウム量を増大することである。これに対し、光ファイバー糸紡ぎのためのヘリウム回収は、しばしば、ガスの比較的大きな濃縮を要求する。
【００１３】
米国特許ＮＯ．４，４４８，５８２は、光ファイバードロータワー内での再利用のためのヘリウム回収のための極低温の方法を使用する。
【００１４】
米国特許ＮＯ．５，３７７，４９１および５，４５２，５８３は、光ファイバードロータワーからのヘリウムの再利用に関係する。膜は、ドロータワー内における再利用のためのヘリウム精製のいくつかの方法の１つとして説明されている。同様に、米国特許ＮＯ．６，０９２、３９１および６，２５３、５７５は、合併、ドロー炉、およびドローファイバー冷却を含む光ファイバー糸紡ぎプロセス全体のためのより完全なヘリウム回収システムを開示している。膜システムは、ヘリウムを回収するための１つの手段として説明されている。
【００１５】
米国特許ＮＯ．５，１５８，６２５は、ヘリウムが硬化ガスとして使用されるタイプの処理される物に接触する再循環ガス媒体内でそれらを硬化することによる熱処理物のためのプロセスを開示している。硬化ガスは熱交換器の手段によって冷却される。硬化動作の終りで、最終段階でポンプによって一次真空が得られるまで、処理容器からヘリウムが引き出される。この引き出されたヘリウムは、機械的なフィルターを備えたコンプレッサーによって精製圧に晒されて、精製圧の下のヘリウムが、不純物が除去された精製器へ送られる。
【００１６】
米国特許ＮＯ．６，５１７，７９１は、ヘリウムガスの回収および精製のための３段階プロセス、およびこの３段階プロセスを用いるためのシステムを開示している。冷たいしぶきを形成するチャンバーからのガスは、粒子がないヘリウムガスを形成するため、粒子除去装置へ導入される。粒子がないヘリウムガスの第１の部分は、再利用のためチャンバーへ戻される。粒子がないヘリウムガスの第２の部分は、精製されたヘリウムガスおよび排気ガスを形成するため、ヘリウムガス精製膜を通り抜ける前に第１のコンプレッサーへ通される。そして、この精製されたヘリウムガスは、粒子がないヘリウムガスの第１の部分と混合するように、チャンバーへ通される。粒子がないヘリウムガスの第３の部分は、液体を含まないヘリウムガスを形成するため、水を除去するための液分離装置へ通されて、あらゆる振動を減衰させるためのレシーバーへ通される。この液体を含まないヘリウムガスは、冷たいしぶきを形成するチャンバーへ再利用される。
【００１７】
上述した特許文献が種々の解決策を開示しているけれども、供給流速の広い範囲の提供を十分に開示した方法の説明はない。
【００１８】
従って、供給流速の広い範囲を通じて十分に高い純度を達成するために適用された、膜を用いたガスの回収のための改良された方法およびシステムを提供することが目的である。
【００１９】
供給流速の広い範囲を通じて十分に高い回収率を達成するために適用された、膜を用いたガスの回収のための改良された方法およびシステムを供給することが他の目的である。
【００２０】
供給流速の広い範囲を通じて十分に機能する一方で十分に低い資本コストを負うように適用された、膜を用いたガスの回収のための改良された方法およびシステムを提供することが目的である。
【００２１】
［要約］
速いガスおよび少なくとも１種の遅いガスを含む排気ガスの変動する流速を生出するプロセスから速いガスを回収する方法が開示される。この方法は、以下の複数のステップを含む。速いガスおよび遅いガスを含む混合ガスの多くの供給源が与えられる。速いガスおよび遅いガスを含む供給ガスの流れは、１つ或いはそれ以上の供給源から得られ、この供給ガスの流れは、どれだけ多くの供給源が混合ガスを活発に生出するかに基づく変動する流速を有する。これら供給ガスの流れは圧縮される。この圧縮された供給ガスは、第１のガス分離膜へ供給される。速いガスの中で濃縮された第１の浸透する流れ、および速いガスの中で不足した第１の残余流れは、第１のガス分離膜から回収される。供給ガスの流れに混合されて圧縮された第１の浸透する流れの第１の部分は、コンプレッサーへ仕向けられる。第１の浸透する流れの残りの部分は、製品ガスを供給するため回収される。第１の浸透する流れが上記第１の部分と残りの部分との間で配分された度合いは、この方法の動作パラメータに基づいて調節される。
【００２２】
また、排出ガスの変化する流速を生出するプロセスから余分のガスを回収するためのシステムが開示される。このシステムは、速いガスおよび遅いガスを含む上記排出ガスの複数の供給源と；上記複数の供給源に流通可能に選択的に接続した供給ガス導管と；上記供給ガス導管に流通可能に接続した入口と出口とを有するコンプレッサーと；入口、浸透出口、および残余出口を有する第１のガス分離膜と；上記第１のガス分離膜の上記入口は、上記コンプレッサーの出口に流通可能に接続され、上記第１のガス分離膜は、上記余分のガスを優先的に浸透し、上記第１のガス分離膜の上記浸透出口に流通可能に接続した第１の浸透導管と；上記第１の浸透導管に流通可能に接続した製品ガス導管と；上記第１の浸透導管と上記コンプレッサー入口を流通可能に接続した再利用導管と；上記第１の浸透導管、上記再利用導管、および上記製品ガス導管に流通可能に接続した再利用コントロールバルブと；上記再利用コントロールバルブによる釣り合った調節をコントロールするように設けられたコントローラーと；を有する。上記排出ガスは、速いガスおよび少なくとも１種の遅いガスを含む。上記再利用コントロールバルブは、上記第１の浸透導管から上記製品ガス導管ではなく上記再利用導管への流れを許容された浸透ガスの割合を調節するように設けられている。上記第１のガス分離膜の上記入口は、上記コンプレッサー出口に流通可能に接続されている。上記第１のガス分離膜は、上記少なくとも１種の遅いガスではなく上記速いガスを優先的に浸透可能である。
【００２３】
上記方法および／或いはシステムは、１つ或いはそれ以上の以下の形態を含む：
・上記動作パラメータは、そこから上記供給ガス流れが得られる複数の供給源の数、上記製品ガスの純度、当該方法の実行によって達成された余分のガスの回収、上記供給ガス流れの流速、および上記混合された供給ガス流れおよび上記第１の浸透流れの上記第１の部分の圧力、からなるグループから選択される。
【００２４】
・上記複数の供給源は、複数の光ファイバー冷却タワーを有し、上記速いガスはヘリウムであり、上記遅いガスは空気である。
【００２５】
・上記複数の供給源は、複数のヘリウム炉を有し、上記速いガスはヘリウムである。
【００２６】
・当該方法は、
上記第１の残余流れを第２のガス分離膜へ供給する工程と；
上記第２のガス分離膜から第２の浸透流れおよび第２の残余流れを回収する工程と；
上記第２の浸透流れを上記コンプレッサーへ指向する工程と；をさらに有し、上記第２の浸透流れは、上記第１の部分および上記供給ガス流れとともに圧縮される。
【００２７】
・上記供給ガス流れを得る工程は、
１つ或いはそれ以上の複数の供給源からの排出ガス流れを合流する工程と；
上記合流された排出ガス流れを圧縮する工程と；
上記合流されて圧縮された排出ガス流れを第２のガス分離膜へ供給する工程と；
上記第２のガス分離膜から上記速いガス内で濃縮された第２の浸透流れおよび上記速いガス内で不足した第２の残余流れを回収する工程と；を有し、上記第２の浸透流れは、上記供給ガス流れである。
【００２８】
・当該方法は、
上記第１の浸透流れを流通可能なコントロールバルブを設ける工程と；
そこから上記供給ガス流れが得られる上記複数の供給源の数を表わす信号をコントローラーへ送る工程と；をさらに有し、
上記動作パラメータは、そこから上記供給ガス流れが得られる上記複数の供給源の数であり、
上記コントローラーは、上記信号に基づいて、上記コントロールバルブを介して、上記第１の浸透流れの上記第１の部分および上記残りの部分への割り当てをコントロールする。
【００２９】
・当該方法は、
上記第１の残余流れを流通可能なコントロールバルブを設ける工程と；上記コントロールバルブは、上記第１の残余流れの圧力を選択的に調節するように設けられており、
上記製品ガス内の上記速いガスの純度を計測する工程と；
上記計測された純度を表わす信号を上記コントローラーへ送る工程と；をさらに有し、
上記コントローラーは、上記第１の残余流れを流通可能な上記コントロールバルブを介して、上記計測された純度に基づいて、上記第１の残余流れの圧力の調節をコントロールする。
【００３０】
・上記供給ガス流れを得る工程は、
１つ或いはそれ以上の上記複数の供給源からの排出ガス流れを合流する工程と；
上記合流された排出ガス流れを圧縮する工程と；
上記合流されて圧縮された排出ガス流れを第２のガス分離膜へ供給する工程と；
上記第２のガス分離膜から上記速いガス内で濃縮された第２の浸透流れおよび上記速いガス内で不足した第２の残余流れを回収する工程と；を有する。
【００３１】
・当該方法は、
上記第２の残余流れを流通可能なコントロールバルブを設ける工程と；上記コントロールバルブは、上記第２の残余流れの圧力を選択的に調節するように設けられており、
上記製品ガス内の上記速いガスの純度を決定する工程と；
上記計測された純度を表わす信号を上記コントローラーへ送る工程と；をさらに有し、
上記コントローラーは、上記第２の残余流れを流通可能なコントロールバルブを介して、上記計測された純度に基づいて、上記第２の残余流れの圧力の調節をコントロールする。
【００３２】
・当該方法は、
上記第１の浸透流れを流通可能なコントロールバルブを設ける工程と；
当該方法の実行によって達成された上記速いガスの回収を決定する工程と；
上記決定された回収を表わす信号をコントローラーへ送る工程と；をさらに有し、
上記動作パラメータは、当該方法の実行によって達成された上記余分のガスの回収であり、
上記コントローラーは、上記コントロールバルブを介して、上記信号に基づく、上記第１の浸透流れの上記第１の部分および上記残りの部分への割り当てをコントロールする。
【００３３】
・当該方法は、
上記第１の残余流れを流通可能なコントロールバルブを設ける工程と；上記コントロールバルブは、上記第１の残余流れの圧力を選択的に調節するように設けられており、
上記製品ガス内の上記速いガスの純度を計測する工程と；
上記計測された純度を表わす信号をコントローラーへ送る工程と；をさらに有し、
上記コントローラーは、上記第１の残余流れを流通可能な上記コントロールバルブを介して、上記製品ガス純度信号に基づいて、上記第１の残余流れ圧力の調節をコントロールする。
【００３４】
・上記供給ガス流れを得る工程は、
１つ或いはそれ以上の上記複数の供給源からの排出ガス流れを合流する工程と；
上記合流された排出ガス流れを圧縮する工程と；
上記合流されて圧縮された排出ガス流れを第２のガス分離膜へ供給する工程と；
上記第２のガス分離膜から上記速いガス内で濃縮された第２の浸透流れおよび上記速いガス内で不足した第２の残余流れを回収する工程と；を有し、
上記第２の浸透流れは、上記供給ガス流れであり、
・当該方法は、
上記第２の残余流れを流通可能なコントロールバルブを設ける工程と；上記コントロールバルブは、上記第２の残余流れの圧力を選択的に調節するように設けられており、
上記製品ガス内の上記速いガスの純度を計測する工程と；
上記計測された純度を表わす信号をコントローラーへ送る工程と；をさらに有し、
上記コントローラーは、上記第２の残余流れを流通可能な上記コントロールバルブを介して、上記製品ガス純度信号に基づいて、上記第２の残余流れ圧力の調節をコントロールする。
【００３５】
・当該方法は、
コントローラーを設ける工程と；
上記供給ガス流れが第１の流速を有する一方で当該方法の工程を実行する工程と；
そこから上記供給ガス流れが得られる冷却タワーの数を変えて、それにより上記供給ガス流れの上記流速を変える工程と；
そこから上記供給ガスが得られる冷却タワーの新たな数を表わす信号を上記コントローラーへ送る工程と；
上記第１の浸透流れが、上記信号に基づいて、上記第１の部分および上記残りの部分に割り当てられる度合いを上記コントローラーを伴って調節する工程と；
をさらに有する。
【００３６】
・当該方法は、
合流された供給ガス流れと浸透流れの第１の部分の圧力を計測する工程と；
上記第１の浸透流れを流通可能なコントロールバルブを設ける工程と；
上記計測された圧力を表わす信号をコントローラーへ送る工程と；をさらに有し、
上記動作パラメータは、合流された供給ガス流れおよび浸透流れの第１の部分の上記圧力であり、
上記コントローラーは、上記信号に基づいて、上記コントロールバルブを介して、上記第１の浸透流れの上記第１の部分および上記残りの部分への割り当てをコントロールする。
【００３７】
・上記速いガスおよび上記遅いガスは、Ｈ２およびＮｅ、Ｈ２およびＣＯ２、Ｈ２およびＣＨ４、Ｈ２およびＮ２、Ｈ２およびＯ２、Ｈ２およびＯ２／Ｎ２、ＣＯ２およびＮ２、ＣＯ２およびＯ２、ＣＯ２およびＮ２／Ｏ２、ＣＯ２およびＣＨ４、ＮｅおよびＮ２、ＮｅおよびＯ２、ＮｅおよびＮ２／Ｏ２、ＨｅおよびＮ２、ＨｅおよびＯ２、ＨｅおよびＮ２／Ｏ２からなるグループから選択される。
【００３８】
・上記速いガスはヘリウムであり、上記遅いガスは空気である。
【００３９】
・上記第１のガス分離膜の上記残余出口に流通可能に接続した入口、第２の残余出口、および第２の浸透出口を有する第２のガス分離膜と；および
・上記第２のガス分離膜の上記浸透出口と上記再利用導管との間を流通可能に接続した第２の浸透導管。
【００４０】
・上記複数の供給源に選択的に流通可能に接続した入口、第２の残余出口、および上記供給ガス導管に流通可能に接続した第２の浸透出口を有する第２のガス分離膜。
【００４１】
・１つ或いはそれ以上の上記供給源が上記排出ガスを積極的に生出するか否かを検知する装置、上記コントローラーは、さらに、上記検知装置から、上記排出ガスを積極的に生出する供給源の数を表わす信号を受けるように設けられ、上記信号に基づいて、上記再利用コントロールバルブによる釣り合った調節をコントロールする。
【００４２】
・上記コントローラーは、さらに、
当該システムの動作によって達成される上記速いガスの回収を表わす信号を検知装置から受け、
上記回収信号に基づく上記再利用コントロールバルブによる釣り合った調節をコントロールするように設けられている。
【００４３】
・上記製品ガス導管内の製品ガス中の上記速いガスの濃度を計測し、計測した濃度を表わす信号を上記コントローラーへ送るように設けられた検知装置を含み、
上記コントローラーは、さらに、
上記検知装置から上記濃度信号を受け、
上記濃度信号に基づく上記再利用コントロールバルブによる釣り合った調節をコントロールする。
【００４４】
・第２のガス分離膜は、上記第１のガス分離膜の上記残余出口に流通可能に接続した入口、第２の残余出口、および第２の浸透出口を有する。
【００４５】
・第２の浸透導管は、上記第２のガス分離膜の上記浸透出口と上記再利用導管との間を流通可能に接続し、上記複数の供給源は光ファイバー冷却タワーであり、上記速いガスはヘリウムである。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
本願発明の特性および目的のさらなる理解のため、添付図面と共に与えられた以下の詳細な説明が参照されるべきであり、その中で、同様の構成要素には、同一の或いは相似の参照符号が与えられる。
【図１】図１は、流速において広い種類を生出するプロセスから余分のガスを回収するためのプロセスおよびシステムの１つの実施例の概略図である。
【図２】図２は、流速において広い種類を生出するプロセスから余分のガスを回収するためのプロセスおよびシステムの他の実施例の概略図である。
【図３】図３は、流速において広い種類を生出するプロセスから余分のヘリウムのガスを回収するためのプロセスおよびシステムの他の実施例の概略図である。
【図４】図４は、光ファイバー製造プロセスからヘリウムを回収するためのプロセスおよびシステムの１つの実施例の概略図である。
【図５】図５は、光ファイバー製造プロセスからヘリウムを回収するためのプロセスおよびシステムの他の実施例の概略図である。
【図６】図６は、光ファイバー製造プロセスからヘリウムを回収するためのプロセスおよびシステムの他の実施例の概略図である。
【００４７】
［好ましい実施例の説明］
本願の方法およびシステムは、浸透する流れの部分的な再利用を用いた１つ或いは２つのガス分離膜段階の連続した使用へ仕向けられ、速いガスおよび１つ或いはそれ以上の遅いガスを含む混合ガスの大きく変動する流れを生出するプロセスから、十分高い回収で、余分の速いガスの十分に高い純度を達成できる。
【００４８】
膜を用いたガス分離の当業者は、複数の混合ガスと、この混合ガスを速いガスを含む浸透する流れおよび１つ或いはそれ以上の遅いガスを含む残余の流れへ分離する複数のガス分離膜と、の多くの組み合わせがあることに気付くであろう。当業者は、ここに説明された方法およびシステムがこのようなあらゆる組み合わせへ適用され得ることを理解するであろう。速いガスと遅いガスの組み合わせの特別な例は、以下に限定されるものではなく、Ｈ２およびＮｅ、Ｈ２およびＣＯ２、Ｈ２およびＣＨ４、Ｈ２およびＮ２、Ｈ２およびＯ２、Ｈ２およびＯ２／Ｎ２、Ｈ２および空気、ＣＯ２およびＮ２、ＣＯ２およびＯ２、ＣＯ２およびＮ２／Ｏ２、ＣＯ２および空気、ＣＯ２およびＣＨ４、ＮｅおよびＮ２、ＮｅおよびＯ２、ＮｅおよびＮ２／Ｏ２、Ｎｅおよび空気、ＨｅおよびＮ２、ＨｅおよびＯ２、ＨｅおよびＮ２／Ｏ２、Ｈｅおよび空気の例を含む。
【００４９】
上記速いガスおよび遅いガスを含む混合ガスは、混合ガスを変動する流速で製造するプロセスからくる。膜を用いたガス分離の当業者が多くのタイプのこのようなプロセスがあることに気付く一方で、このようなプロセスの特別な例は、以下に限定されるものではないが、多くの冷却タワー内でヘリウム冷却を利用する光ファイバー製造プロセス、および多くの真空炉からのヘリウム冷却を利用するプロセスを含む。
【００５０】
混合ガスが運ばれるこのような特別なプロセスにかかわらず、上記速いガスおよび遅いガスを含む混合ガスが、１つ或いはそれ以上の混合ガスの供給源（冷却タワーや真空炉なのような）から収集され、１つ或いはそれ以上のガス分離膜による処理のための供給ガスの流れを供給する。本願の方法およびシステムは固定された膜領域を利用する。これは、供給ガスの流量が減少或いは増加したとき、膜の全ての表面領域の一部が加えられたり取り除かれたりしないことを意味する。本願の方法およびシステムは、０−８７．５％ほどのターンダウン範囲の下で、有用な製品純度（例えば、＞９９＋％）を維持或いは上回ることが可能で、且つ有用な製品回収率（例えば、＞９０％）を維持或いは上回ることが可能である。この意外に良い順応性は、浸透する流れの部分的な再利用によって達成される。
【００５１】
本願の方法およびシステムは、特に、多くの冷却タワーやプラズマ炉へ適用可能であり、これらのそれぞれは必ずしも時間中ずっと動作しない。例えば、光ファイバーの製造のピークの時間、或いは炉動作のピークの時間の間、全ての冷却タワー、或いは炉（例えば６つ）が動作状態にある。一方、最少の製造の時間の間、全ての冷却タワー或いは炉より少ない台数（例えば、１つ）が動作状態にある。
【００５２】
３つの実施例のうち第１のセットの説明が図１−３を参照して以下になされる。
【００５３】
図１を参照して、システム１００は、変動する流速を有し且つ速いガスおよび遅いガスの混合物の複数の供給源（図示せず）から集められた速いガスおよび遅いガスを含む供給流れＦＳを有する。一定期間を通して、上記流速は、最大流速と最小流速の比が８：１程度に変化する。これは、８７．５％のターンダウンと一致する。この供給流れＦＳは、環境圧力、超環境圧力、或いは副環境圧力で、上流のプロセスに基づく。
【００５４】
上記供給流れＦＳは、ガス分離膜ＧＳＭ１の動作圧力程度にガスを圧縮するコンプレッサーＣの入口へ差し向けられる。膜ＧＳＭ１において、余分の速いガス（ヘリウムのような）は、優先的にこの膜に浸透する。結果的に浸透した流れＰＥＲＭ１は、速いガスの中で濃縮されて遅いガス（空気中の酸素や窒素のような）の中で不足する。この混合ガスの浸透しなかった部分は、残余流れＲＥＳ１として膜ＧＳＭ１を離れる。
【００５５】
当業者の１人は、供給流れＦＳのあてにされた最大流速の率である、膜ＧＳＭ１の相対的なサイズ（或いは、図２−３および５−６の実施例における膜ＧＳＭ１、ＧＳＭ２の相対的なサイズ）が、膜ＧＳＭ１の全表面領域（或いは、図２−３および５−６の実施例における膜ＧＳＭ１、ＧＳＭ２の全表面領域）に基づいて計算されることに気付くであろう。言い換えると、速いガスおよび遅いガスの混合物の全ての供給源（冷却タワーやヘリウム炉のような）が最大能力で動作された場合に得られた供給流れＦＳの量は、利用された膜ＧＳＭ１のサイズ（或いは膜ＧＳＭ１、ＧＳＭ２のサイズ）を酷使する。ガス分離の分野の当業者の１人は、供給流れＦＳ（速いガスおよび遅いガスを含む）の構成に基づいて、膜ＧＳＭ１（およびシステム２００、３００の場合の膜ＧＳＭ２）の材料の適したタイプが選択されることに気付くであろう。
【００５６】
浸透流れＰＥＲＭ１は、２つの流れに分かれる。１つの流れは、供給流れＦＳと合流されてコンプレッサーＣへ戻される。他方の流れは、コントロールバルブＣＶｂを通して製品流れＰＳとして与えられる。製品流れＰＳの小さな部分は、連続的或いは間欠的に分析器Ａによって引き抜かれ、余分の速いガスの濃度（或いは、熱伝導率のように余分のガスの濃度と一致する均等のパラメータ）が計測される。通常の動作において、上記製品流れＰＳは、製品のために有用な純度（例えば、９９％を超える）を有する。計測された純度を表わす信号は、分析器Ａによってプログラム可能なロジックコントローラーＰＬＣへ送られる。
【００５７】
図２に示すように、システム２００は、ガス分離膜ＧＭＳ１の下流側に連続して置かれた第２のガス分離膜ＧＭＡ２を配置するため、システム１００から異なる。第２の膜ＧＳＭ２からの残余流れＲＥＳ２は、コントロールバルブＣＶａを通してベントへ送られる。上述したように、浸透流れＰＥＲＭ１の一部は、コントロールバルブＣＶｂを通るように指向されて製品流れＰＳとして引き抜かれ、他の部分は、コンプレッサーＣでの圧縮のため供給流れＦＳと合流される。第２のガス分離膜ＧＳＭ２からの浸透流れＰＥＲＭ２の全ても、供給流れＦＳ、および上述した第１段階の浸透流れＰＥＲＭ１の部分に合流される。２つの浸透流れＰＥＲＭ１、ＰＥＲＭ２の位置は、コントロールバルブＣＶｂおよびコンプレッサーＣに対して十分な距離によって分離されるべきであることを知るべきである。このことは、浸透流れＰＥＲＭ２の全てが、コントロールバルブＣＶｂに向けて流れる代わりにコンプレッサーＣへ向かうことを許容する。
【００５８】
システム２００のこのような連続した配置は、単一のガス分離膜段階と比較して、速いガスの多量の回収を与えることについて効果的である。膜を用いたガス分離の２つ以上の段階が実行に移されるであろうことを知るべきである。もし、連続した３つのガス分離膜を使用すると、上述した残余流れＧＳＭ２が排出される代りに第３のガス分離膜へ仕向けられ、且つこの第３のガス分離膜からの浸透流れが第１および第２のガス分離膜ＧＳＭ１、ＧＳＭ２の浸透流れへ合流される。このコンセプトは、第２から最後の残余流れが最後の段階の入口へ仕向けられることにより追加の段階へ拡張されることが可能であり、第１の浸透流れＰＥＲＭ１を除く全てがコンプレッサーＣへ戻されて再利用される。段階の数の制限は、十分に高い圧力を有する第１のガス分離膜ＧＳＭ１の入口への供給を達成するように、合流された浸透流れを圧縮するコンプレッサーＣの能力によって広く決められる。
【００５９】
図３に最も良く示されるように、システム３００は、２つのガス分離膜ＧＳＭ１、ＧＳＭ２が使用されることを除いてシステム１００と似ている。供給流れＦＳは、遅いガス（空気に含まれる酸素や窒素のような）と比較して余分の速いガス（ヘリウムのような）が優先的に浸透してそれらを通る第２の膜ＧＳＭ２の入口へ供給される。この第２の膜ＧＳＭ２からの残余流れＲＥＳ２は、コントロールバルブＣＶｃによって制御された方法で排出され、その一方で、浸透流れＰＥＲＭ２が、第１の膜ＧＳＭ１からの浸透流れＰＥＲＭ１の部分と合流されてコンプレッサーＣへ指向される。コントロールバルブＣＶｃは、所望する第１のガス純度および回収率の達成をアシストするように、コントローラーＰＬＣによって調整されても良い。
【００６０】
システム３００における膜を用いたガス分離の２つの段階の使用は、製品流れＰＳ内で達成される高い純度を許容し、コンプレッサーＣのサイズの減少を許容する。また、ガス分離膜ＧＳＭ１による回収効率が、ガス分離膜ＧＳＭ２からの浸透流れＰＥＲＭ２を供給流れＦＳとして利用することの結果としての高い速いガスの濃縮によって増幅されることによって、速いガスの高められた回収を許容する。
【００６１】
図１−３の各実施例の参照を伴って、上述した方法およびシステムが、多くの方法でコントロールされることができる。動作パラメータの多くの異なるタイプは、コントロールバルブＣＶａ、ＣＶｂの操作を通してコントロールされても良い。膜を用いたガス分離の当業者は、１つのパラメータのコントロールが他のパラメータに効果を及ぼすことに気付くであろう。例えば、製品流れＰＳ純度の上方への調整は、回収に不利益な作用を有する。従って、１つ以上の動作パラメータを一斉或いは同時発生的にコントロールすることが好ましい。
【００６２】
製品流れＰＳの純度は、コントロールされることができる。製品流れＰＳの純度は、ＰＥＲＭ１の純度と同じであり、残余流れＲＥＳ１（或いは、システム２００の場合、残余流れＲＥＳ２）の背圧を増大或いは減少するように、好ましくはコントロールバルブＣＶａのコントローラーＰＬＣによる調整を通してコントロールされても良い。コントローラーＰＬＣが純度が設定値を下回ることを決めた場合、コントローラーは、残余流れＲＥＳ１（或いは、システム２００の場合、残余流れＲＥＳ２）での背圧を減少するようにＣＶａを開く。これは、速いガスが膜ＧＳＭ１を通る力を増大し、それにより、浸透流れＰＥＲＭ１および製品流れＰＳにおける純度を増大する。回収されて再利用される速いガスの純度が所望する設定値に届くまで、上記製品流れＰＳは、排出され或いは純粋な早いガスで補われる。純度が所望する設定値に達すると、コントロールバルブＣＶａは、その現時点での設定値に保持される。当業者は、純度の上方への調整が、回収の下方への調整の効果を有することに気付くであろう。純度が純度の設定値のはるか上に離れた場合、コントロールバルブＣＶａは、残余流れＲＥＳ１での背圧（或いは、システム２００の場合の残余流れＲＥＳ２）を増大するように、下がる調整されても良く、それにより、流れＰＥＲＭ１およびＰＳの純度を減少する。
【００６３】
代りになるべきものとして、純度は、コントロールバルブＣＶｂが浸透流れＰＥＲＭ１の部分を再利用されるように供給ガス流れＦＳ（或いは、システム２００の場合、第２の膜ＧＳＭ２からの浸透流れＰＥＲＭ２）へ合流するようにそらす度合いを調整することによって、あまり好ましくない方法でコントロールされても良い。純度が非常に低い場合には、コントローラーＰＬＣは、浸透流れＰＥＲＭ１の製品流れＰＳへ向かう小部分を増大するようにコントロールバルブＣＶｂを調節し、それにより、供給ガス流れＦＳと合流するための大部分を再利用する。製品流れＰＳの純度が所望する設定値に達すると、コントロールバルブＣＶｂは、その現時点の設定で保持されても良く、浸透流れＰＥＲＭ１が再利用された度合いが固定されても良い。
【００６４】
速いガスの回収がコントロールされても良い。速いガスの回収が広い種々の方法で算出されても良く、そのような計算から多くの数学的微分がなされても良いことが当業者によって理解される一方で、回収を計算する２つの一般的な方法が以下の式を含む。
【００６５】
（１）Ｒ＝ＭＦＲ製品×Ｃ製品／｛（ＭＦＲ製品×Ｃ製品）＋（ＭＦＲ残余×Ｃ残余）｝；或いは
（２）Ｒ＝ＭＦＲ製品×Ｃ製品／ＭＦＲ供給×Ｃ供給
ＭＦＲは流速の大きさであり、Ｃは濃度である。代りになるべきものとして、もし、方法およびシステムが正常に作動した場合、供給流れＦＳおよび製品流れＰＳの濃度が一定であるとみなされる。従って、回収は、供給流れＦＳの流速の大きさによって分割された製品流れＰＳの流速の大きさとして計算されるであろう。さらなる代替において、製品流れＰＳが純粋な速いガスを補われて変化する流速の供給源へ戻されて再利用される場合、好ましくは、回収は、混合された製品流れＰＳおよび補充された純粋な速いガスの流れの流即の大きさによって分割された製品流れＰＳの流速の大きさとして計算される。回収のいずれの方法が決められたにもかかわらず、回収が計算されるパラメータを表わす信号がコントローラーＰＬＣへ送られて回収を導くとともにそれを回収の設定値と比較する。
【００６６】
図１−３の実施例の引き続く参照を伴って、供給ガス流れＦＳ（或いは、システム２００の場合、第２の膜ＧＳＭ２からの浸透流れＰＥＲＭ２）に合流させるように戻して再利用させるようにコントロールバルブＣＶｂが浸透流れＰＥＲＭ１の部分を分ける割合を調整することによって、回収がコントロールされても良い。回収が非常に低い場合、コントローラーＰＬＣは、製品流れＰＳへの浸透流れＰＥＲＭ１の小部分を増やすようにコントロールバルブＣＶｂを調節し、それにより、供給ガス流れＦＳに合流するための多くの部分を再利用する。製品流れＰＳの回収が所望する設定値に達すると、コントロールバルブＣＶｂは、その時点での設定値に保持されても良く、浸透流れＰＥＲＭ１が再利用される度合いが固定されても良い。
【００６７】
代りになるべきものとして、回収は、残余流れＲＥＳ１の背圧を増大或いは減少するコントロールバルブＣＶａのコントローラーＰＬＣによる調節を通したあまり好ましくない方法でコントロールされても良い。コントローラーＰＬＣが回収が設定値を下回ることを決定する場合、コントローラーはＣＶａを調節して残余流れＲＥＳ１（或いは、システム２００の場合における残余流れＲＥＳ２）における背圧を増大する。これは、膜ＧＳＭ１を浸透して通る速いガスの全量を増大し、それにより、浸透流れＰＥＲＭ１および製品流れＰＳ内における回収を増大する。回収が所望する設定値に達すると、コントロールバルブＣＶａは、その現時点の設定で保持されても良い。当業者は、膜ＧＳＭ１（或いは、システム２００の場合における膜ＧＳＭ２）を通る遅いガスの比較的多くの浸透が、残余流れＲＥＳ１（或いは、システム２００の場合における残余流れＲＥＳ２）の背圧の増大の後に起きるであろうことから、回収の増大が純度を犠牲にして生じることに気付くであろう。もし、回収ガスが回収の設定値から大きく離れた場合、コントロールバルブＣＶａは、残余流れＲＥＳ１での背圧を減少するように下げ方向に調節されても良く、それにより、浸透流れＰＥＲＭ１（およびそれに続く製品流れＰＳ）内における速いガスの回収を減少する。その結果として、浸透流れＰＥＲＭ１および製品流れＰＳの純度が増大されるであろう。
【００６８】
上述したように、回収の設定値を超えるレベルへの回収の増大の結果として、純度は、反対に、所望する設定値を下回って下がる。従って、純度および回収の両方が一斉にコントロールされても良く、純度および回収の調節の数回の反復がなされる必要がある。
【００６９】
純度および／或いは回収は、供給流れＦＳ内で確かに定期的に観測された流速のための最適化された計画を伴ってコントロールされても良い。システム１００、２００、３００は、速いガスおよび遅いガスの混合ガスを製造する数多くの供給源と一致する数多くの規則正しい流速に出会うであろう。例えば、光ファイバー製造プロセスにおいて、少なくて１つ或いは多くて全て（６つのような）の冷却タワーがあらゆる所定時間で動作状態におかれても良い。結果として、空気が希釈されたヘリウムの供給ガスが、冷却タワーの数と一致した数（６のような）の規則正しい流速を有するであろう。システム１００、２００、３００を最適化するため、特別な流速のための所望される純度および回収レベルと一致するコントロールバルブＣＶａ、ＣＶｂ（および、随意にＣＶｃ）のための調節の各組み合せは、コントローラーＰＬＣに記録される。
【００７０】
従って、一例として、６つの冷却タワー光ファイバー製造プロセス或いは６つの真空炉熱処理プロセスへの適用のため、供給流れＦＳのための６つの流速、およびコントロールバルブＣＶａ、ＣＶｂ（および随意にＣＶｃ）のための調節の６つの組み合わせがある。冷却タワー或いは真空炉のいずれかが動作状態に置かれ或いは非動作状態に置かれた場合、新たな数の冷却タワー或いは炉によって製造された流速と一致する記録された設定に基づいてコントロールバルブＣＶａ、ＣＶｂ（および、随意にＣＶｃ）を自動的に調節するコントローラーＰＬＣへ信号が送られる。
【００７１】
当業者は、このような信号がプロセスコントロールの分野で知られた数多くの異なる方法によって発生されても良いことに気付くであろう。この信号は、そこから供給ガス流れが得られる混合ガス（速いガスおよび遅いガスを含む）の供給源に関連する流量計からの信号に基づかされても良い。特定の流量計がゼロではない流れを検知したとき、その流量計が生出した信号は、その流量計を備えた混合ガスの供給源が積極的にそこから供給ガス流れが導かれる混合ガスを生出するかどうかを表わすであろう。代りになるべきものとして、この信号は、そこから供給ガスが得られる供給源へ戻される混合された製品ガスおよび補足の純粋な速いガスの再利用のための供給マニホルドに関連した流量計からの信号に基づかされても良い。検知された流れの増大或いは減少として、この信号は、どのくらい多くの供給源が製品ガスとともに与えられてどれくらい多くの供給源がそこから得られるのかを表わすであろう。
【００７２】
３つの（そして特に好ましい）実施例の第２のセットの説明が、図４−６を参照して、ここで以下になされる。
【００７３】
図４に最も良く示されているように、システム４００は、冷却タワーＣＴ１、ＣＴ２、ＣＴ３、ＣＴ４、ＣＴ５、ＣＴ６を含む。全ての冷却タワーより少数のものが作動されたかどうかに基づいて、ガスマニホルドＭＡＮは、比較的高い濃度（一般に９９＋％）の速いヘリウムガスを含む冷却材ガスを、その時点で作動しているタワーＣＴ１、ＣＴ２、ＣＴ３、ＣＴ４、ＣＴ５、ＣＴ６のそれぞれへ供給する。このヘリウムは、熱い光ファイバーを通って冷却するように使用される。光ファイバーの通り抜けの比較的速いスピードのため、空気（主に遅いガスの酸素および窒素）の量が、冷却タワーＣＴ１、ＣＴ２、ＣＴ３、ＣＴ４、ＣＴ５、ＣＴ６の上流側端部内へ引かれる。
【００７４】
空気および勢いの無くなったヘリウムを含む混合ガスは、結合された複数のガス回収キャップによって冷却タワーＣＴ１、ＣＴ２、ＣＴ３、ＣＴ４、ＣＴ５、ＣＴ６から引き抜かれる。ガス回収キャップは、冷却材ガスの回収能力を上げるために適用されたものとして当業者に良く知られている。特に適したガス回収キャップは、米国公開特許Ｎｏ．ＵＳ２００７０１１３５８９に開示されたものを含む。冷却タワーＣＴ１、ＣＴ２、ＣＴ３、ＣＴ４、ＣＴ５、ＣＴ６の内部と上記ガス回収キャップに与えられた真空との間の圧力差のため、混合ガスは、遮断バルブＳＶ１、ＳＶ２、ＳＶ３、ＳＶ４、ＳＶ５、ＳＶ６およびニードルバルブＮＶ１、ＮＶ２、ＮＶ３、ＮＶ４、ＮＶ５、ＮＶ６を通ってバッファ容器Ｖ１内へ流れる。冷却タワーＣＴ１、ＣＴ２、ＣＴ３、ＣＴ４、ＣＴ５、ＣＴ６の１つが作動状態にない場合、関連した遮断バルブＳＶ１、ＳＶ２、ＳＶ３、ＳＶ４、ＳＶ５、ＳＶ６は、不必要な容器Ｖ１内への空気の侵入を避けるためもちろん閉じられる。
【００７５】
そして、容器Ｖ１内の空気／ヘリウム混合ガスは、粒子の問題を除去するためのフィルターＦ１を通って、第１のコンプレッサーＣ１の入口へ流れる。容器Ｖ１内の圧力（関連する言葉としては“真空”）は、第１のコンプレッサーＣ１に関連する再利用ループの動作を通してコントロールされる。圧力変換器ＰＴ１は、容器Ｖ１内の圧力を計測し、その結果を、圧力設定値（一般に、約８５０ｍｂａｒａすなわち絶対単位系のミリバール）を有するプログラム可能な論理コントローラーＰＬＣ１へ伝達する。容器Ｖ１内の圧力が非常に高い（関連する言葉としては“真空レベルが非常に低い”）場合、コントローラーＰＬＣ１は、コンプレッサーＣ１の出口から入口への空気／ヘリウムガス混合物の再利用を減少するように第１のコントロールバルブＣＶ１を調節する。圧力が非常に低い場合、コントローラーＰＬＣ１は、コンプレッサーＣ１の出口から入口への混合ガスの再利用を増大するようにバルブＣＶ１を調節する。容器Ｖ１内の圧力をコントロールすることにより、ガスキャップのそれぞれに与えられる真空の度合い（そして、冷却タワーＣＴ１、ＣＴ２、ＣＴ３、ＣＴ４、ＣＴ５、ＣＴ６から引かれる混合ガスの量）が、ニードルバルブＮＶ１、ＮＶ２、ＮＶ３、ＮＶ４、ＮＶ５、ＮＶ６を伴ってうまく調整されても良い。第１のコンプレッサーＣ１に関連した再利用ループの下流側の空気／ヘリウム混合ガスの圧力は、圧力表示器ＰＩ１でモニターされても良い。
【００７６】
そして、空気／ヘリウム混合ガスで形成された供給流れＦＳは、ガス分離膜ＧＳＭ１からの浸透流れＰＥＲＭ１の部分と混合されて、第２のコンプレッサーＣ２の入口へ指向される。コンプレッサーＣ２の下流側において、混合された供給流れＦＳ／浸透流れＰＥＲＭ１は、熱交換器ＨＥ１で冷却され、第１のドライヤーＤ１で乾燥されて、フィルターＦ２へ指向される。フィルターＦ２において、粒子および凝集物は、合流された混合ガス／浸透ガスから分離されて、除去のために分離器Ｓ１へ指向される。圧縮されて、冷却されて、フィルターＦ２を通された混合ガスは、フィルターＦ３で粒子がさらに除去される。
【００７７】
フィルターＦ３の下流側の、圧縮され、冷却され、フィルターを通されたガス流れの圧力は、コンプレッサーＣ２を備えた再利用ループによって少なくとも部分的にコントロールされる。第３の圧力変換器ＰＴ３は、ガス流れの圧力を計測して、計測した圧力を表わす信号をコントローラーＰＬＣ２へ送る。もし、計測した圧力がコントローラーＰＬＣ２の設定値より低い場合、コントローラーＰＬＣ２は、コンプレッサーＣ２を備えた再利用ループを通した合流された混合ガスの再利用を制限するように、第２のコントロールバルブＣＶ２を調節する。同様に、もし、ガス流れの圧力が非常に高い場合、上記ＰＬＣ２は、再利用ループを通した多くの再利用を許容するようにバルブＣＶ２を調節する。もし、圧力がコントロールできない高いレベルに達した場合、第１の破壊ディスクＲＤ１で圧力を軽くされても良い。冷却され、乾燥された流れ、およびきれいにされたガス流れの圧力は、第３の圧力表示器ＰＩ３で観測されても良い。
【００７８】
そして、きれいにされたガス流れは、速いヘリウムガスが浸透流れＰＥＲＭ１内を優先的に浸透して通る第１のガス分離膜ＧＳＭ１の入口内へ指向される。きれいにされたガス流れの浸透しない部分（遅いガスである酸素および窒素内で濃縮されてヘリウム内で不足した）は、膜ＧＳＭ１の残余ポートを出て、第３のコントロールバルブＣＶ３を通して残余流れＲＥＳ１として排出される。
【００７９】
膜ＧＳＭ１は、空気からヘリウムを分離するのに適したものとしてガス分離の当業者に知られたあらゆる材料で形成されても良い。
【００８０】
浸透流れＰＥＲＭ１は、２つの流れに分かれる。第１の部分は、圧力表示器ＰＩ１の下流側の供給流れＦＳと合流されてコンプレッサーＣ２の入口へ指向される。第２の部分は、第４のコントロールバルブＣＶ４を通って第３のコンプレッサーＣ３の入口へ流れる。もし、コンプレッサーＣ３の下流側の圧力がコントロールできない高いレベルに達した場合、第２の破壊ディスクＲＤ２で圧力を軽くされても良い。この圧力は、第４の圧力表示器ＰＩ４でモニターされても良い。
【００８１】
製品ガスの少量のサンプルが引き抜かれて分析器Ａ／Ｃへ指向され、そこで、ヘリウム濃度（純度）が計測される。代りになるべきものとして、ヘリウム濃度を表示できるいくつかの他のパラメータ（熱伝導率のような）が計測されても良い。純度は、コントローラーＰＬＣ３、ＰＬＣ５の制御のために与えられる。製品ガスの残りは、３方バルブＴＶ１へ流れる。コントローラーＰＬＣ５は、目標純度が達成されるまで、ニードルバルブＮＶ７および圧力調節器ＰＲ２を介して、制御された方法で製品流れを排出するように、バルブＴＶ１を短く作動する。製品ガスの流速の大きさは、流量計ＭＦ１で計測されて、圧力は、圧力調節器ＰＲ３で調節される。この製品ガスは、バッファ容器Ｖ２内に収集される。この製品ガスは、圧力調節器ＰＲ５を介して、補充物ヘリウム源からの高い純度のヘリウムを伴って必要なものとして補われる。そして、回収されたヘリウムは、容器Ｖ２からマニホルドＭＡＮへ指向される合流された流れＣＳの部分として再利用される。
【００８２】
図５に最も良く図示したように、システム５００は、システム４００と同様であり、第２のガス分離膜ＧＳＭ２がガス分離膜ＧＳＭ１の下流側に配置されたことの１つの違いがある。システム５００において、ガス分離膜ＧＳＭ１からの残余ガスＲＥＳ１は、第２のガス分離膜ＧＳＭ２の入口へ指向される。残余流れＲＥＳ１からの速いヘリウムガスは、遅い空気ガスの酸素や窒素と比較して、第２のガス分離膜ＧＳＭ２を優先的に浸透して通る。第２のガス分離膜ＧＳＭ２からの浸透流れＰＥＲＭ２の全ての部分は、コンプレッサーＣ２での圧縮のため、浸透流れＰＥＲＭ１の１つの部分および供給流れＦＳと合流される。膜ＧＳＭ１からの浸透流れＰＥＲＭ１の他の部分は、第４のコントロールバルブＣＶ４を通過するように指向されて製品流れＰＳを供給するようにさらに処理される。膜ＧＳＭ２は、空気からヘリウムを分離するのに適したものとしてガス分離の当業者に知られたあらゆる材料で形成されても良い。２つの浸透流れＰＥＲＭ１、ＰＥＲＭ２の位置は、コントロールバルブＣＶ４およびコンプレッサーＣ２に対して十分な距離によって分離されるべきであることを知るべきである。このことは、浸透流れＰＥＲＭ２の全てが、コントロールバルブＣＶ４に向けて流れる代わりにコンプレッサーＣ２へ向かうことを許容する。
【００８３】
システム５００のこのような連続した配置は、単一のガス分離膜段階と比較して、速いガスの多量の回収を与えることについて効果的である。膜を用いたガス分離の２つの段階は、第２の段階の浸透流れＰＥＲＭ２より高いヘリウム純度を有する第１の段階の浸透流れＰＥＲＭ１を提供する。膜を用いたガス分離の２つ以上の段階が実行に移されるであろうことを知るべきである。もし、連続した３つのガス分離膜を使用すると、上述した残余流れＧＳＭ２が排出される代りに第３のガス分離膜へ仕向けられ、且つこの第３のガス分離膜からの浸透流れが第１および第２のガス分離膜ＧＳＭ１、ＧＳＭ２の浸透流れへ合流される。このコンセプトは、第２から最後の残余流れが最後の段階の入口へ仕向けられることにより追加の段階へ拡張されることが可能であり、第１の浸透流れＰＥＲＭ１を除く全てがコンプレッサーＣ２へ戻されて再利用される。段階の数の制限は、（ａ）十分に高い圧力を有する第１のガス分離膜ＧＳＭ１の入口への供給を達成するように、合流された浸透流れを圧縮するコンプレッサーＣ２の能力によって、および（ｂ）最後の浸透の純度（この最後の浸透が供給流れＦＳの純度より高い純度を有する必要がある）によって広く決められる。
【００８４】
図６に最も良く示されるように、システム６００は、システム４００と同様であり、２つのガス分離膜ＧＳＭ１、ＧＳＭ２が使用されることの１つの違いがある。コンプレッサーＣ１を備えた再利用ループの下流側を流れる空気／ヘリウム混合ガスは、酸素や窒素と比較してヘリウムが優先的に浸透して通る第２の膜ＧＳＭ２の入口へ供給される。この第２の膜ＧＳＭ２からの残余流れＲＥＳ２が排出され、その一方で、浸透流れＰＥＲＭ２（供給流れＦＳを形成する）が、第１の膜ＧＳＭ１からの浸透流れＰＥＲＭ１の部分と合流されてコンプレッサーＣ２へ指向される。この膜ＧＳＭ２は、空気からヘリウムを分離するのに適したものとしてガス分離の当業者に知られたあらゆる材料で形成されても良い。
【００８５】
システム６００における膜を用いたガス分離の２つの段階の使用は、製品流れＰＳ内で達成される高い純度を許容し、コンプレッサーＣ２のサイズの減少を許容する。また、ガス分離膜ＧＳＭ１による回収効率が、ガス分離膜ＧＳＭ２からの浸透流れＰＥＲＭ２を供給流れＦＳとして利用することの結果としての高い速いガスの濃縮によって増幅されることによって、速いガスの高められた回収を許容する。これに対し、システム１００が比較的低い純度のヘリウムを冷却タワーＣＴ１、ＣＴ２、ＣＴ３、ＣＴ４、ＣＴ５、ＣＴ６から受ける場合、回収に不利益に作用することなく、供給流れＦＳにおける低い流れの期間の間、製品流れＰＳにおいて所望する純度を得ることは時々難しくなり得る。システム３００は、ガス分離膜ＧＳＭ２の使用を通して、供給流れＦＳの初めの純度を増幅することによって、この問題と取り組む。
【００８６】
システム４００、５００、６００が６つの冷却タワーだけを図示する一方で、より多くのタワーが使用されても良いことに気付くべきである。取り扱い可能な最大数は、その冷却タワーからの流れによるであろう。流れが比較的小さい場合、システム４００、５００、６００は、６つより多くのタワーを取り扱うことができる。概して言えば、タワーからの総流量が高ければ高いほど回収が低くなる。そのため、タワーの最大数は、受け入れ可能と考えられる最も低い回収によってセットされる。タワーからの総流量が増すにつれて、コントロールバルブＣＶ３は適切なサイズにされる必要がある。もし、総流量が、コントロールバルブＣＶ３にとって非常に高い残余流れＲＥＳ１（或いはＲＥＳ２）を生出する場合、一対のコントロールバルブが代りに使用されても良い。
【００８７】
図４−６の実施例にあるヘリウム回収方法およびシステムの制御は、多くの方法によってなされても良い。動作パラメータの多くの異なるタイプは、コントロールバルブＣＶ３、ＣＶ４の操作を通してコントロールされても良い。膜を用いたガス分離の当業者は、１つのパラメータのコントロールが他のパラメータに効果を及ぼすことに気付くであろう。例えば、製品流れＰＳ純度の上方への調整は、回収に不利益な作用を有する。従って、１つ以上の動作パラメータを一斉或いは同時発生的にコントロールすることが好ましい。
【００８８】
製品流れＰＳの純度は、コントロールされることができる。製品流れＰＳの純度は、ＰＥＲＭ１の純度と同じであり、残余流れＲＥＳ１（或いは、システム５００の場合、残余流れＲＥＳ２）の背圧を増大或いは減少するように、好ましくはコントロールバルブＣＶ３の分析器／コントローラーＡ／Ｃによる調整を通してコントロールされても良い。分析器／コントローラーＡ／Ｃが純度が設定値を下回ることを決めた場合、分析器／コントローラーは、残余流れＲＥＳ１（或いは、システム５００の場合、残余流れＲＥＳ２）での背圧を減少するようにＣＶ３を開く。これは、速いガスが膜ＧＳＭ１を通る力を増大し、それにより、浸透流れＰＥＲＭ１および製品流れＰＳにおける純度を増大する。回収されて再利用される速いガスの純度が所望する設定値に届くまで、上記製品流れＰＳは、排出され或いは純粋な早いガスで補われる。純度が所望する設定値に達すると、コントロールバルブＣＶ３は、その現時点での設定値に保持される。当業者は、純度の上方への調整が、回収の下方への調整の効果を有することに気付くであろう。純度が純度の設定値のはるか上に離れた場合、コントロールバルブＣＶ３は、残余流れＲＥＳ１（或いは、システム５００の場合の残余流れＲＥＳ２）での背圧を増大するように、下がる調整されても良く、それにより、流れＰＥＲＭ１およびＰＳの純度を減少する。
【００８９】
代りになるべきものとして、純度は、コントロールバルブＣＶ４が浸透流れＰＥＲＭ１の部分を再利用されるように供給ガス流れＦＳ（或いは、システム５００の場合、第２の膜ＧＳＭ２からの浸透流れＰＥＲＭ２）へ合流するようにそらす度合いを調整することによって、あまり好ましくない方法でコントロールされても良い。純度が非常に低い場合には、分析器／コントローラーＡ／Ｃは、浸透流れＰＥＲＭ１の製品流れＰＳへ向かう小部分を増大するようにコントロールバルブＣＶ４を調節し、それにより、供給ガス流れＦＳと合流するための大部分を再利用する。製品流れＰＳの純度が所望する設定値に達すると、コントロールバルブＣＶ４は、その現時点の設定で保持されても良く、浸透流れＰＥＲＭ１が再利用された度合いが固定されても良い。
【００９０】
速いガスの回収がコントロールされても良い。回収を算出する上述したいかなる方法が使用されても良い。好ましくは、回収は、合流された流れＣＳの流速の大きさによって分割された製品流れＰＳの流速の大きさとして計算される。回収のいずれの方法が決められたにもかかわらず、回収が計算されるパラメータを表わす信号が分析器／コントローラーＡ／Ｃへ送られて回収を導くとともにそれを回収の設定値と比較する。
【００９１】
図１−３の実施例の引き続く参照を伴って、供給ガス流れＦＳ（或いは、システム５００の場合、第２の膜ＧＳＭ２からの浸透流れＰＥＲＭ２）に合流させるように戻して再利用させるようにコントロールバルブＣＶ４が浸透流れＰＥＲＭ１の部分を分ける割合を調整することによって、回収がコントロールされても良い。回収が非常に低い場合、分析器／コントローラーＡ／Ｃは、製品流れＰＳへの浸透流れＰＥＲＭ１の小部分を増やすようにコントロールバルブＣＶ４を調節し、それにより、供給ガス流れＦＳに合流するための多くの部分を再利用する。製品流れＰＳの回収が所望する設定値に達すると、コントロールバルブＣＶ４は、その時点での設定値に保持されても良く、浸透流れＰＥＲＭ１が再利用される度合いが固定されても良い。
【００９２】
代りになるべきものとして、回収は、残余流れＲＥＳ１の背圧を増大或いは減少するコントロールバルブＣＶ３の分析器／コントローラーＡ／Ｃによる調節を通したあまり好ましくない方法でコントロールされても良い。分析器／コントローラーＡ／Ｃが回収が設定値を下回ることを決定する場合、コントローラーはＣＶ３を調節して残余流れＲＥＳ１（或いは、システム５００の場合における残余流れＲＥＳ２）における背圧を増大する。これは、膜ＧＳＭ１を浸透して通る速いガスの全量を増大し、それにより、浸透流れＰＥＲＭ１および製品流れＰＳ内における回収を増大する。回収が所望する設定値に達すると、コントロールバルブＣＶ３は、その現時点の設定で保持されても良い。当業者は、膜ＧＳＭ１（或いは、システム５００の場合における膜ＧＳＭ２）を通る遅いガスの比較的多くの浸透が、残余流れＲＥＳ１（或いは、システム５００の場合における残余流れＲＥＳ２）の背圧の増大の後に起きるであろうことから、回収の増大が純度を犠牲にして生じることに気付くであろう。もし、回収ガスが回収の設定値から大きく離れた場合、コントロールバルブＣＶ３は、残余流れＲＥＳ１での背圧を減少するように下げ方向に調節されても良く、それにより、浸透流れＰＥＲＭ１（およびそれに続く製品流れＰＳ）内における速いガスの回収を減少する。その結果として、浸透流れＰＥＲＭ１および製品流れＰＳの純度が増大されるであろう。
【００９３】
上述したように、回収の設定値を超えるレベルへの回収の増大の結果として、純度は、反対に、所望する設定値を下回って下がる。従って、純度および回収の両方が一斉にコントロールされても良く、純度および回収の調節の数回の反復がなされる必要がある。
【００９４】
図４−６の実施例の引き続く参照を伴って、方法およびシステムをコントロールする他の方法が、圧力表示器ＰＩ１の下流側で供給流れＦＳに合流されてコンプレッサーＣ２で圧縮される浸透流れＰＥＲＭ１の部分をコントロールバルブＣＶｂがそらす度合いの調節を通してコンプレッサーＣ２に関連した圧力をコントロールし、浸透流れＰＥＲＭ１が製品流れＰＳになることを許容するように指向される。上述した２つの制御スキームを比較して、第３の方法は、圧力変換器ＰＴ２によって計測される圧力表示器ＰＩ１の下流側の供給流れＦＳ圧力の変動性を利用する。圧力変換器ＰＴは、計測された圧力を表わす信号を分析器／コントローラーＡ／Ｃへ送る。圧力が非常に低い（低い設定値より下）場合、分析器／コントローラーＡ／Ｃは、再利用される浸透流れＰＥＲＭ１の量を増大するように、コントロールバルブＣＶ４を調節する。圧力が非常に高い（高い設定値の上）場合、分析器／コントローラーＡ／Ｃは、再利用される浸透流れＰＥＲＭ１の量を減少させるように、コントロールバルブＣＶ４を調節する。この第３の方法で純度がコントロールされる場合、回収は、上述した第１の方法でコントロールされても良い。
【００９５】
システム４００、５００、６００の動作は、冷却タワーＣＴ１、ＣＴ２、ＣＴ３、ＣＴ４、ＣＴ５、ＣＴ６から確かに定期的に観測された流速のため最適化されても良い。例えば、システム４００、５００、６００は、動作状態にある冷却タワーＣＴ１、ＣＴ２、ＣＴ３、ＣＴ４、ＣＴ５、ＣＴ６の数と一致する定期的な流速の数にでくわすであろう。例えば、６つのうち１つだけ動作状態にあるとき第１の流速と一致し、６つのうち２つが動作状態にあるとき第２の流速と一致し、以下同様となる。システム４００、５００、６００を最適化するため、最適化された純度と一致するコントロールバルブＣＶ３、ＣＶ４（および随意にＣＶ５）のための調節のそれぞれの組み合わせ、および特別な流速のための回収レベルが分析器／コントローラーＡ／Ｃに保持されている。膜を用いたガス分離の当業者は、調節のこれらの組み合わせが型どおりの実験を通して経験的に決められても良いことに気付くであろう。例の議論を続けて、６つの流速、およびコントロールバルブＣＶ３、ＣＶ４（および随意にＣＶ５）のための調節の６つの組み合わせがある。冷却タワーＣＴ１、ＣＴ２、ＣＴ３、ＣＴ４、ＣＴ５、ＣＴ６が動作状態に置かれ或いは動作状態からはずれたいずれの場合でも、新たな数の冷却タワーＴ１、ＣＴ２、ＣＴ３、ＣＴ４、ＣＴ５、ＣＴ６によって生出された流速と一致する記録された調節に従ってコントロールバルブＣＶ３、ＣＶ４（および随意にＣＶ５）を自動的に調節する分析器／コントローラーＡ／Ｃへ信号が送られる。
【００９６】
当業者は、このような信号がプロセスコントロールの分野で知られた多くの異なる方法で発生されても良いことに気付くであろう。この信号は、冷却タワーＴ１、ＣＴ２、ＣＴ３、ＣＴ４、ＣＴ５、ＣＴ６に関連する流量計からの信号に基づかされても良い。流量計がゼロではない流れを検知したとき、その流量計が生出した信号は、その流量計を備えた冷却タワーＴ１、ＣＴ２、ＣＴ３、ＣＴ４、ＣＴ５、ＣＴ６が積極的にそこから供給ガス流れが導かれるヘリウム／空気排出ガスを生出するかどうかを表わすであろう。代りになるべきものとして、この信号は、冷却タワーＴ１、ＣＴ２、ＣＴ３、ＣＴ４、ＣＴ５、ＣＴ６へ戻される製品ガスの再利用のための供給マニホルドに関連した流量計からの信号に基づかされても良い。検知された流れの増大或いは減少として、この信号は、どのくらい多くの冷却Ｔ１、ＣＴ２、ＣＴ３、ＣＴ４、ＣＴ５、ＣＴ６が製品ガスとともに与えられてどれくらい多くの冷却タワーＴ１、ＣＴ２、ＣＴ３、ＣＴ４、ＣＴ５、ＣＴ６から供給流れが得られるのかを表わすであろう。
【００９７】
ここに開示された方法およびシステムは、いくつかの効果をもたらす。これら方法およびシステムは、供給ガス流れにおいて大きく変動する流れで９０％より大きな回収率で、９９％＋％の製品ガス純度（特に、ヘリウム）を達成することができる。固定された膜表面領域を有する膜分離システム（ガス分離膜の１つ或いは連続した２つの段階を含む）が、純度或いは回収のいずれかで受け入れられない高い下落がなく、複合冷却タワーの処置に使用されることから、ガス回収の経済的な側面が改良される。びシステムは、製品純度（＞９９＋％）および回収率（＞９０％）を維持或いは上回る一方で、少なくとも８７．５％のターンダウンが可能である。この意外に良い順応性は、浸透する流れの部分的な再利用によって達成される。
【００９８】
本願発明を実践している好適なプロセスおよび装置が説明されている。本願発明の要旨や範囲から離れることなく、多くの変更および改良が上述した実施例になされることは、当業者にとって理解され直ちに明らかであろう。例えば、図４−６の実施例において、コントロールバルブＣＶ１、ＣＶ２、ＣＶ３、ＣＶ４は、別々のコントローラーＰＬＣ１、ＰＬＣ２、ＰＬＣ３、ＰＬＣ４でコントロールされても良く、或いは、その２つ或いは３つのコントロールが単一のコントローラーに組み込まれても良い。さらに、ニードルバルブＮＶ１、ＮＶ２、ＮＶ３、ＮＶ４、ＮＶ５、ＮＶ６のセットは、流れコントローラーのセットに置き換えられても良い。上述した実施例は、実例に過ぎず、以下のクレームで規定された発明の正しい範囲から外れることなく、統合された方法および装置の他の実施例が使用されても良い。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
速いガスおよび少なくとも１種の遅いガスを含む排出ガスの変化する流速を生出するプロセスから速いガスを回収する方法であって、
上記速いガスおよび遅いガスを含む混合ガスの複数の供給源を用意する工程と；
１つ或いはそれ以上の上記供給源から供給ガス流れを得る工程と；上記供給ガス流れは、上記速いガスおよび遅いガスを含み、上記供給源のどれだけ多くが上記混合ガスを積極的に生出するかに基づいて変化する流速を有し、
上記供給ガス流れを圧縮する工程と；
上記圧縮された供給ガスを第１のガス分離膜へ供給する工程と；
上記速いガス内で濃縮された第１の浸透流れおよび上記速いガス内で不足した第１の残余流れを上記第１のガス分離膜から回収する工程と；
上記第１の浸透流れの第１の部分をコンプレッサーへ指向する工程と；上記第１の部分は、上記供給ガス流れと混合されて圧縮され、
製品ガスを供給するように上記第１の浸透流れの残りの部分を回収する工程と；
当該方法の動作パラメータに基づいて、上記第１の浸透流れが上記第１の部分と上記残りの部分とに割り当てられる割合を調節する工程と；
を有する方法。
【請求項２】
上記動作パラメータは、そこから上記供給ガス流れが得られる複数の供給源の数、上記製品ガスの純度、当該方法の実行によって達成された余分のガスの回収、上記供給ガス流れの流速、および上記混合された供給ガス流れおよび上記第１の浸透流れの上記第１の部分の圧力、からなるグループから選択される、請求項１の方法。
【請求項３】
上記複数の供給源は、複数の光ファイバー冷却タワーを有し、上記速いガスはヘリウムであり、上記遅いガスは空気である、請求項１の方法。
【請求項４】
上記複数の供給源は、複数のヘリウム炉を有し、上記速いガスはヘリウムである、請求項１の方法。
【請求項５】
上記第１の残余流れを第２のガス分離膜へ供給する工程と；
上記第２のガス分離膜から第２の浸透流れおよび第２の残余流れを回収する工程と；
上記第２の浸透流れを上記コンプレッサーへ指向する工程と；をさらに有し、
上記第２の浸透流れは、上記第１の部分および上記供給ガス流れとともに圧縮される、請求項１の方法。
【請求項６】
上記供給ガス流れを得る工程は、
１つ或いはそれ以上の複数の供給源からの排出ガス流れを合流する工程と；
上記合流された排出ガス流れを圧縮する工程と；
上記合流されて圧縮された排出ガス流れを第２のガス分離膜へ供給する工程と；
上記第２のガス分離膜から上記速いガス内で濃縮された第２の浸透流れおよび上記速いガス内で不足した第２の残余流れを回収する工程と；を有し、
上記第２の浸透流れは、上記供給ガス流れである、請求項１の方法。
【請求項７】
上記第１の浸透流れを流通可能なコントロールバルブを設ける工程と；
そこから上記供給ガス流れが得られる上記複数の供給源の数を表わす信号をコントローラーへ送る工程と；をさらに有し、
上記動作パラメータは、そこから上記供給ガス流れが得られる上記複数の供給源の数であり、
上記コントローラーは、上記信号に基づいて、上記コントロールバルブを介して、上記第１の浸透流れの上記第１の部分および上記残りの部分への割り当てをコントロールする、請求項１の方法。
【請求項８】
上記第１の残余流れを流通可能なコントロールバルブを設ける工程と；上記コントロールバルブは、上記第１の残余流れの圧力を選択的に調節するように設けられており、
上記製品ガス内の上記速いガスの純度を計測する工程と；
上記計測された純度を表わす信号を上記コントローラーへ送る工程と；をさらに有し、
上記コントローラーは、上記第１の残余流れを流通可能な上記コントロールバルブを介して、上記計測された純度に基づいて、上記第１の残余流れの圧力の調節をコントロールする、請求項７の方法。
【請求項９】
ａ）上記供給ガス流れを得る工程は、
１つ或いはそれ以上の上記複数の供給源からの排出ガス流れを合流する工程と；
上記合流された排出ガス流れを圧縮する工程と；
上記合流されて圧縮された排出ガス流れを第２のガス分離膜へ供給する工程と；
上記第２のガス分離膜から上記速いガス内で濃縮された第２の浸透流れおよび上記速いガス内で不足した第２の残余流れを回収する工程と；を有し、
上記第２の浸透流れは、上記供給ガス流れであり、
ｂ）当該方法は、
上記第２の残余流れを流通可能なコントロールバルブを設ける工程と；上記コントロールバルブは、上記第２の残余流れの圧力を選択的に調節するように設けられており、
上記製品ガス内の上記速いガスの純度を決定する工程と；
上記計測された純度を表わす信号を上記コントローラーへ送る工程と；をさらに有し、
上記コントローラーは、上記第２の残余流れを流通可能なコントロールバルブを介して、上記計測された純度に基づいて、上記第２の残余流れの圧力の調節をコントロールする、請求項７の方法。
【請求項１０】
上記第１の浸透流れを流通可能なコントロールバルブを設ける工程と；
当該方法の実行によって達成された上記速いガスの回収を決定する工程と；
上記決定された回収を表わす信号をコントローラーへ送る工程と；をさらに有し、
上記動作パラメータは、当該方法の実行によって達成された上記余分のガスの回収であり、
上記コントローラーは、上記コントロールバルブを介して、上記信号に基づく、上記第１の浸透流れの上記第１の部分および上記残りの部分への割り当てをコントロールする、請求項１の方法。
【請求項１１】
上記第１の残余流れを流通可能なコントロールバルブを設ける工程と；上記コントロールバルブは、上記第１の残余流れの圧力を選択的に調節するように設けられており、
上記製品ガス内の上記速いガスの純度を計測する工程と；
上記計測された純度を表わす信号をコントローラーへ送る工程と；をさらに有し、
上記コントローラーは、上記第１の残余流れを流通可能な上記コントロールバルブを介して、上記製品ガス純度信号に基づいて、上記第１の残余流れ圧力の調節をコントロールする、請求項１０の方法。
【請求項１２】
ａ）上記供給ガス流れを得る工程は、
１つ或いはそれ以上の上記複数の供給源からの排出ガス流れを合流する工程と；
上記合流された排出ガス流れを圧縮する工程と；
上記合流されて圧縮された排出ガス流れを第２のガス分離膜へ供給する工程と；
上記第２のガス分離膜から上記速いガス内で濃縮された第２の浸透流れおよび上記速いガス内で不足した第２の残余流れを回収する工程と；を有し、
上記第２の浸透流れは、上記供給ガス流れであり、
ｂ）当該方法は、
上記第２の残余流れを流通可能なコントロールバルブを設ける工程と；上記コントロールバルブは、上記第２の残余流れの圧力を選択的に調節するように設けられており、
上記製品ガス内の上記速いガスの純度を計測する工程と；
上記計測された純度を表わす信号をコントローラーへ送る工程と；をさらに有し、
上記コントローラーは、上記第２の残余流れを流通可能な上記コントロールバルブを介して、上記製品ガス純度信号に基づいて、上記第２の残余流れ圧力の調節をコントロールする、請求項１０の方法。
【請求項１３】
コントローラーを設ける工程と；
上記供給ガス流れが第１の流速を有する一方で当該方法の工程を実行する工程と；
そこから上記供給ガス流れが得られる冷却タワーの数を変えて、それにより上記供給ガス流れの上記流速を変える工程と；
そこから上記供給ガスが得られる冷却タワーの新たな数を表わす信号を上記コントローラーへ送る工程と；
上記第１の浸透流れが、上記信号に基づいて、上記第１の部分および上記残りの部分に割り当てられる度合いを上記コントローラーを伴って調節する工程と；
をさらに有する請求項３の方法。
【請求項１４】
合流された供給ガス流れと浸透流れの第１の部分の圧力を計測する工程と；
上記第１の浸透流れを流通可能なコントロールバルブを設ける工程と；
上記計測された圧力を表わす信号をコントローラーへ送る工程と；をさらに有し、
上記動作パラメータは、合流された供給ガス流れおよび浸透流れの第１の部分の上記圧力であり、
上記コントローラーは、上記信号に基づいて、上記コントロールバルブを介して、上記第１の浸透流れの上記第１の部分および上記残りの部分への割り当てをコントロールする、請求項１の方法。
【請求項１５】
上記速いガスおよび上記遅いガスは、Ｈ２およびＮｅ、Ｈ２およびＣＯ２、Ｈ２およびＣＨ４、Ｈ２およびＮ２、Ｈ２およびＯ２、Ｈ２およびＯ２／Ｎ２、ＣＯ２およびＮ２、ＣＯ２およびＯ２、ＣＯ２およびＮ２／Ｏ２、ＣＯ２およびＣＨ４、ＮｅおよびＮ２、ＮｅおよびＯ２、ＮｅおよびＮ２／Ｏ２、ＨｅおよびＮ２、ＨｅおよびＯ２、ＨｅおよびＮ２／Ｏ２からなるグループから選択される、請求項１の方法。
【請求項１６】
上記速いガスはヘリウムであり、上記遅いガスは空気である、請求項１の方法。
【請求項１７】
排出ガスの変化する流速を生出するプロセスから余分のガスを回収するためのシステムであって、
速いガスおよび遅いガスを含む上記排出ガスの複数の供給源と；
上記複数の供給源に流通可能に選択的に接続した供給ガス導管と；
上記供給ガス導管に流通可能に接続した入口と出口とを有するコンプレッサーと；
入口、浸透出口、および残余出口を有する第１のガス分離膜と；上記第１のガス分離膜の上記入口は、上記コンプレッサーの出口に流通可能に接続され、上記第１のガス分離膜は、上記余分のガスを優先的に浸透し、
上記第１のガス分離膜の上記浸透出口に流通可能に接続した第１の浸透導管と；
上記第１の浸透導管に流通可能に接続した製品ガス導管と；
上記第１の浸透導管と上記コンプレッサー入口を流通可能に接続した再利用導管と；
上記第１の浸透導管、上記再利用導管、および上記製品ガス導管に流通可能に接続した再利用コントロールバルブと；上記再利用コントロールバルブは、上記第１の浸透導管から上記製品ガス導管ではなく上記再利用導管への流れを許容された浸透ガスの割合を調節するように設けられ、
上記再利用コントロールバルブによる釣り合った調節をコントロールするように設けられたコントローラーと；
を有するシステム。
【請求項１８】
上記第１のガス分離膜の上記残余出口に流通可能に接続した入口、第２の残余出口、および第２の浸透出口を有する第２のガス分離膜と；
上記第２のガス分離膜の上記浸透出口と上記再利用導管との間を流通可能に接続した第２の浸透導管と；
をさらに有する請求項１７のシステム。
【請求項１９】
上記複数の供給源に選択的に流通可能に接続した入口、第２の残余出口、および上記供給ガス導管に流通可能に接続した第２の浸透出口を有する第２のガス分離膜をさらに有する、請求項１７のシステム。
【請求項２０】
１つ或いはそれ以上の上記供給源が上記排出ガスを積極的に生出するか否かを検知する装置をさらに有し、
上記コントローラーは、さらに、上記検知装置から、上記排出ガスを積極的に生出する供給源の数を表わす信号を受けるように設けられ、上記信号に基づいて、上記再利用コントロールバルブによる釣り合った調節をコントロールする、請求項１７のシステム。
【請求項２１】
上記コントローラーは、さらに、
当該システムの動作によって達成される上記速いガスの回収を表わす信号を検知装置から受け、
上記回収信号に基づく上記再利用コントロールバルブによる釣り合った調節をコントロールするように設けられている、請求項１７のシステム。
【請求項２２】
上記製品ガス導管内の製品ガス中の上記速いガスの濃度を計測し、計測した濃度を表わす信号を上記コントローラーへ送るように設けられた検知装置をさらに有し、
上記コントローラーは、さらに、
上記検知装置から上記濃度信号を受け、
上記濃度信号に基づく上記再利用コントロールバルブによる釣り合った調節をコントロールする、請求項１７のシステム。
【請求項２３】
上記第１のガス分離膜の上記残余出口に流通可能に接続した入口、第２の残余出口、および第２の浸透出口を有する第２のガス分離膜と；
上記第２のガス分離膜の上記浸透出口と上記再利用導管との間を流通可能に接続した第２の浸透導管と；をさらに有し、
上記複数の供給源は光ファイバー冷却タワーであり、上記速いガスはヘリウムである、請求項１７のシステム。
【請求項１】
速いガスおよび少なくとも１種の遅いガスを含む排出ガスの変化する流速を生出するプロセスから速いガスを回収する方法であって、
上記速いガスおよび遅いガスを含む混合ガスの複数の供給源を用意する工程と；
１つ或いはそれ以上の上記供給源から供給ガス流れを得る工程と；上記供給ガス流れは、上記速いガスおよび遅いガスを含み、上記供給源のどれだけ多くが上記混合ガスを積極的に生出するかに基づいて変化する流速を有し、
上記供給ガス流れを圧縮する工程と；
上記圧縮された供給ガスを第１のガス分離膜へ供給する工程と；
上記速いガス内で濃縮された第１の浸透流れおよび上記速いガス内で不足した第１の残余流れを上記第１のガス分離膜から回収する工程と；
上記第１の浸透流れの第１の部分をコンプレッサーへ指向する工程と；上記第１の部分は、上記供給ガス流れと混合されて圧縮され、
製品ガスを供給するように上記第１の浸透流れの残りの部分を回収する工程と；
当該方法の動作パラメータに基づいて、上記第１の浸透流れが上記第１の部分と上記残りの部分とに割り当てられる割合を調節する工程と；
を有する方法。
【請求項２】
上記動作パラメータは、そこから上記供給ガス流れが得られる複数の供給源の数、上記製品ガスの純度、当該方法の実行によって達成された余分のガスの回収、上記供給ガス流れの流速、および上記混合された供給ガス流れおよび上記第１の浸透流れの上記第１の部分の圧力、からなるグループから選択される、請求項１の方法。
【請求項３】
上記複数の供給源は、複数の光ファイバー冷却タワーを有し、上記速いガスはヘリウムであり、上記遅いガスは空気である、請求項１の方法。
【請求項４】
上記複数の供給源は、複数のヘリウム炉を有し、上記速いガスはヘリウムである、請求項１の方法。
【請求項５】
上記第１の残余流れを第２のガス分離膜へ供給する工程と；
上記第２のガス分離膜から第２の浸透流れおよび第２の残余流れを回収する工程と；
上記第２の浸透流れを上記コンプレッサーへ指向する工程と；をさらに有し、
上記第２の浸透流れは、上記第１の部分および上記供給ガス流れとともに圧縮される、請求項１の方法。
【請求項６】
上記供給ガス流れを得る工程は、
１つ或いはそれ以上の複数の供給源からの排出ガス流れを合流する工程と；
上記合流された排出ガス流れを圧縮する工程と；
上記合流されて圧縮された排出ガス流れを第２のガス分離膜へ供給する工程と；
上記第２のガス分離膜から上記速いガス内で濃縮された第２の浸透流れおよび上記速いガス内で不足した第２の残余流れを回収する工程と；を有し、
上記第２の浸透流れは、上記供給ガス流れである、請求項１の方法。
【請求項７】
上記第１の浸透流れを流通可能なコントロールバルブを設ける工程と；
そこから上記供給ガス流れが得られる上記複数の供給源の数を表わす信号をコントローラーへ送る工程と；をさらに有し、
上記動作パラメータは、そこから上記供給ガス流れが得られる上記複数の供給源の数であり、
上記コントローラーは、上記信号に基づいて、上記コントロールバルブを介して、上記第１の浸透流れの上記第１の部分および上記残りの部分への割り当てをコントロールする、請求項１の方法。
【請求項８】
上記第１の残余流れを流通可能なコントロールバルブを設ける工程と；上記コントロールバルブは、上記第１の残余流れの圧力を選択的に調節するように設けられており、
上記製品ガス内の上記速いガスの純度を計測する工程と；
上記計測された純度を表わす信号を上記コントローラーへ送る工程と；をさらに有し、
上記コントローラーは、上記第１の残余流れを流通可能な上記コントロールバルブを介して、上記計測された純度に基づいて、上記第１の残余流れの圧力の調節をコントロールする、請求項７の方法。
【請求項９】
ａ）上記供給ガス流れを得る工程は、
１つ或いはそれ以上の上記複数の供給源からの排出ガス流れを合流する工程と；
上記合流された排出ガス流れを圧縮する工程と；
上記合流されて圧縮された排出ガス流れを第２のガス分離膜へ供給する工程と；
上記第２のガス分離膜から上記速いガス内で濃縮された第２の浸透流れおよび上記速いガス内で不足した第２の残余流れを回収する工程と；を有し、
上記第２の浸透流れは、上記供給ガス流れであり、
ｂ）当該方法は、
上記第２の残余流れを流通可能なコントロールバルブを設ける工程と；上記コントロールバルブは、上記第２の残余流れの圧力を選択的に調節するように設けられており、
上記製品ガス内の上記速いガスの純度を決定する工程と；
上記計測された純度を表わす信号を上記コントローラーへ送る工程と；をさらに有し、
上記コントローラーは、上記第２の残余流れを流通可能なコントロールバルブを介して、上記計測された純度に基づいて、上記第２の残余流れの圧力の調節をコントロールする、請求項７の方法。
【請求項１０】
上記第１の浸透流れを流通可能なコントロールバルブを設ける工程と；
当該方法の実行によって達成された上記速いガスの回収を決定する工程と；
上記決定された回収を表わす信号をコントローラーへ送る工程と；をさらに有し、
上記動作パラメータは、当該方法の実行によって達成された上記余分のガスの回収であり、
上記コントローラーは、上記コントロールバルブを介して、上記信号に基づく、上記第１の浸透流れの上記第１の部分および上記残りの部分への割り当てをコントロールする、請求項１の方法。
【請求項１１】
上記第１の残余流れを流通可能なコントロールバルブを設ける工程と；上記コントロールバルブは、上記第１の残余流れの圧力を選択的に調節するように設けられており、
上記製品ガス内の上記速いガスの純度を計測する工程と；
上記計測された純度を表わす信号をコントローラーへ送る工程と；をさらに有し、
上記コントローラーは、上記第１の残余流れを流通可能な上記コントロールバルブを介して、上記製品ガス純度信号に基づいて、上記第１の残余流れ圧力の調節をコントロールする、請求項１０の方法。
【請求項１２】
ａ）上記供給ガス流れを得る工程は、
１つ或いはそれ以上の上記複数の供給源からの排出ガス流れを合流する工程と；
上記合流された排出ガス流れを圧縮する工程と；
上記合流されて圧縮された排出ガス流れを第２のガス分離膜へ供給する工程と；
上記第２のガス分離膜から上記速いガス内で濃縮された第２の浸透流れおよび上記速いガス内で不足した第２の残余流れを回収する工程と；を有し、
上記第２の浸透流れは、上記供給ガス流れであり、
ｂ）当該方法は、
上記第２の残余流れを流通可能なコントロールバルブを設ける工程と；上記コントロールバルブは、上記第２の残余流れの圧力を選択的に調節するように設けられており、
上記製品ガス内の上記速いガスの純度を計測する工程と；
上記計測された純度を表わす信号をコントローラーへ送る工程と；をさらに有し、
上記コントローラーは、上記第２の残余流れを流通可能な上記コントロールバルブを介して、上記製品ガス純度信号に基づいて、上記第２の残余流れ圧力の調節をコントロールする、請求項１０の方法。
【請求項１３】
コントローラーを設ける工程と；
上記供給ガス流れが第１の流速を有する一方で当該方法の工程を実行する工程と；
そこから上記供給ガス流れが得られる冷却タワーの数を変えて、それにより上記供給ガス流れの上記流速を変える工程と；
そこから上記供給ガスが得られる冷却タワーの新たな数を表わす信号を上記コントローラーへ送る工程と；
上記第１の浸透流れが、上記信号に基づいて、上記第１の部分および上記残りの部分に割り当てられる度合いを上記コントローラーを伴って調節する工程と；
をさらに有する請求項３の方法。
【請求項１４】
合流された供給ガス流れと浸透流れの第１の部分の圧力を計測する工程と；
上記第１の浸透流れを流通可能なコントロールバルブを設ける工程と；
上記計測された圧力を表わす信号をコントローラーへ送る工程と；をさらに有し、
上記動作パラメータは、合流された供給ガス流れおよび浸透流れの第１の部分の上記圧力であり、
上記コントローラーは、上記信号に基づいて、上記コントロールバルブを介して、上記第１の浸透流れの上記第１の部分および上記残りの部分への割り当てをコントロールする、請求項１の方法。
【請求項１５】
上記速いガスおよび上記遅いガスは、Ｈ２およびＮｅ、Ｈ２およびＣＯ２、Ｈ２およびＣＨ４、Ｈ２およびＮ２、Ｈ２およびＯ２、Ｈ２およびＯ２／Ｎ２、ＣＯ２およびＮ２、ＣＯ２およびＯ２、ＣＯ２およびＮ２／Ｏ２、ＣＯ２およびＣＨ４、ＮｅおよびＮ２、ＮｅおよびＯ２、ＮｅおよびＮ２／Ｏ２、ＨｅおよびＮ２、ＨｅおよびＯ２、ＨｅおよびＮ２／Ｏ２からなるグループから選択される、請求項１の方法。
【請求項１６】
上記速いガスはヘリウムであり、上記遅いガスは空気である、請求項１の方法。
【請求項１７】
排出ガスの変化する流速を生出するプロセスから余分のガスを回収するためのシステムであって、
速いガスおよび遅いガスを含む上記排出ガスの複数の供給源と；
上記複数の供給源に流通可能に選択的に接続した供給ガス導管と；
上記供給ガス導管に流通可能に接続した入口と出口とを有するコンプレッサーと；
入口、浸透出口、および残余出口を有する第１のガス分離膜と；上記第１のガス分離膜の上記入口は、上記コンプレッサーの出口に流通可能に接続され、上記第１のガス分離膜は、上記余分のガスを優先的に浸透し、
上記第１のガス分離膜の上記浸透出口に流通可能に接続した第１の浸透導管と；
上記第１の浸透導管に流通可能に接続した製品ガス導管と；
上記第１の浸透導管と上記コンプレッサー入口を流通可能に接続した再利用導管と；
上記第１の浸透導管、上記再利用導管、および上記製品ガス導管に流通可能に接続した再利用コントロールバルブと；上記再利用コントロールバルブは、上記第１の浸透導管から上記製品ガス導管ではなく上記再利用導管への流れを許容された浸透ガスの割合を調節するように設けられ、
上記再利用コントロールバルブによる釣り合った調節をコントロールするように設けられたコントローラーと；
を有するシステム。
【請求項１８】
上記第１のガス分離膜の上記残余出口に流通可能に接続した入口、第２の残余出口、および第２の浸透出口を有する第２のガス分離膜と；
上記第２のガス分離膜の上記浸透出口と上記再利用導管との間を流通可能に接続した第２の浸透導管と；
をさらに有する請求項１７のシステム。
【請求項１９】
上記複数の供給源に選択的に流通可能に接続した入口、第２の残余出口、および上記供給ガス導管に流通可能に接続した第２の浸透出口を有する第２のガス分離膜をさらに有する、請求項１７のシステム。
【請求項２０】
１つ或いはそれ以上の上記供給源が上記排出ガスを積極的に生出するか否かを検知する装置をさらに有し、
上記コントローラーは、さらに、上記検知装置から、上記排出ガスを積極的に生出する供給源の数を表わす信号を受けるように設けられ、上記信号に基づいて、上記再利用コントロールバルブによる釣り合った調節をコントロールする、請求項１７のシステム。
【請求項２１】
上記コントローラーは、さらに、
当該システムの動作によって達成される上記速いガスの回収を表わす信号を検知装置から受け、
上記回収信号に基づく上記再利用コントロールバルブによる釣り合った調節をコントロールするように設けられている、請求項１７のシステム。
【請求項２２】
上記製品ガス導管内の製品ガス中の上記速いガスの濃度を計測し、計測した濃度を表わす信号を上記コントローラーへ送るように設けられた検知装置をさらに有し、
上記コントローラーは、さらに、
上記検知装置から上記濃度信号を受け、
上記濃度信号に基づく上記再利用コントロールバルブによる釣り合った調節をコントロールする、請求項１７のシステム。
【請求項２３】
上記第１のガス分離膜の上記残余出口に流通可能に接続した入口、第２の残余出口、および第２の浸透出口を有する第２のガス分離膜と；
上記第２のガス分離膜の上記浸透出口と上記再利用導管との間を流通可能に接続した第２の浸透導管と；をさらに有し、
上記複数の供給源は光ファイバー冷却タワーであり、上記速いガスはヘリウムである、請求項１７のシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公表番号】特表２０１２−５２９３６７（Ｐ２０１２−５２９３６７Ａ）
【公表日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５１５０９３（Ｐ２０１２−５１５０９３）
【出願日】平成２２年６月９日（２０１０．６．９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０３７８９２
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１４４５２３
【国際公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【出願人】（５９１０３６５７２）レール・リキード−ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード (438)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月９日（２０１０．６．９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０３７８９２
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１４４５２３
【国際公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【出願人】（５９１０３６５７２）レール・リキード−ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード (438)
【Ｆターム（参考）】
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