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公開番号2021122774
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210830
出願番号2020016978
出願日20200204
発明の名称気体分離システム及び気体分離方法
出願人株式会社日立産機システム
代理人特許業務法人磯野国際特許商標事務所
主分類B01D 53/047 20060101AFI20210802BHJP(物理的または化学的方法または装置一般)
要約【課題】信頼性を向上可能な気体分離システムを提供する。
【解決手段】空気から窒素ガスを分離する気体分離システム1であって、空気を圧縮する圧縮機4を含み、圧縮機4によって圧縮された空気から圧力変動吸着法によって窒素ガスを分離する圧力変動吸着装置2と、圧力変動吸着装置2を収容する筐体3と、筐体3の内部を冷却する冷却装置7と、圧縮機4の温度に応じて冷却装置7を制御する冷却制御部を含む制御装置50と、を備える気体分離システム1である。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
複数成分を含む混合気体から一部の気体を分離する気体分離システムであって、
前記混合気体を圧縮する圧縮機を含み、前記圧縮機によって圧縮された前記混合気体から圧力変動吸着法によって前記一部の気体成分を分離する圧力変動吸着装置と、
前記圧力変動吸着装置を収容する筐体と、
前記筐体の内部を冷却する冷却装置と、
前記圧縮機の温度に応じて前記冷却装置を制御する冷却制御部を含む制御装置と、を備える
気体分離システム。
続きを表示(約 1,800 文字)【請求項2】
前記冷却制御部は、前記圧縮機の温度と相関を有する指標である前記圧縮機の運転状態に応じて、前記冷却装置を制御する
請求項1に記載の気体分離システム。
【請求項3】
前記制御装置は、運転される前記圧縮機の負荷が異なる複数の運転モードのうち、前記一部の気体成分に関する使用者の要求に応じてどの運転モードで前記圧縮機を運転するのかを決定する運転モード決定部を備え、
前記圧縮機の運転状態は、前記運転モード決定部によって決定された前記圧縮機の運転モードを含む
請求項2に記載の気体分離システム。
【請求項4】
前記運転モード決定部は、前記一部の気体成分の要求使用量に基づいて前記運転モードを決定する
請求項3に記載の気体分離システム。
【請求項5】
前記運転モード決定部は、前記一部の気体成分の純度に基づいて前記運転モードを決定する
請求項3又は4に記載の気体分離システム。
【請求項6】
前記圧縮機の温度を測定する第1温度センサを備え、
前記冷却制御部は、前記第1温度センサの測定値に基づき、前記冷却装置を制御する
請求項1に記載の気体分離システム。
【請求項7】
前記圧縮機は複数の単位圧縮機を含み、
前記制御装置は、
前記圧縮機の異常を検知する検知部と、
前記複数の単位圧縮機のうちの一部の単位圧縮機の異常を検知したときに、前記一部の単位圧縮機の運転を停止するとともに残部の単位圧縮機によって混合気体を圧縮する強制圧縮部と、
前記一部の単位圧縮機の異常を検知したときに、前記冷却装置を強制的に運転する第1強制冷却部とを備える
請求項1〜4の何れか1項に記載の気体分離システム。
【請求項8】
前記筐体の内部の温度を測定する第2温度センサを備え、
前記制御装置は、前記第2温度センサによる測定値が第1所定値以上のとき、前記圧縮機の温度によらず前記冷却装置を強制的に運転する第2強制冷却部を備える
請求項1〜4の何れか1項に気体分離システム。
【請求項9】
前記冷却装置は、
前記筐体の内部を空気調和する空気調和機、又は、
外気によって前記筐体の内部を換気する換気ファン
のうちの少なくとも何れか1つを含む
請求項1〜4の何れか1項に記載の気体分離システム。
【請求項10】
前記冷却装置は、前記空気調和機によって空気調和された風又は前記換気ファンによって前記筐体に流入した外気を前記圧縮機に向けて送風可能に配置される
請求項9に記載の気体分離システム。
【請求項11】
前記冷却装置は前記換気ファンを含み、
前記筐体の内部の温度を測定する第2温度センサを備え、
前記制御装置は、前記第2温度センサによる測定値に基づき、前記換気ファンの運転を制御する換気制御部を備える
請求項9に記載の気体分離システム。
【請求項12】
前記換気制御部は、
前記第2温度センサによる測定値が高いほど前記換気ファンの回転数を増加させ、
前記第2温度センサによる測定値が低いほど前記換気ファンの回転数を低下させる
請求項11に記載の気体分離システム。
【請求項13】
前記圧縮機に向けて送風する送風機を備える
請求項1〜4の何れか1項に記載の気体分離システム。
【請求項14】
前記制御装置は、クラウドサーバに前記気体分離システムの運転情報を送信する送信部を備える
請求項1〜4の何れか1項に記載の気体分離システム。
【請求項15】
複数成分を含む混合気体から一部の気体を分離する気体分離方法であって、
前記混合気体を圧縮する圧縮機によって圧縮された前記混合気体から、筐体に収容された圧力変動吸着装置によって前記一部の気体成分を分離する圧力変動吸着ステップと、
前記筐体の内部を冷却する冷却装置を前記圧縮機の温度に応じて制御する冷却制御ステップを含む
気体分離方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、気体分離システム及び気体分離方法に関する。
続きを表示(約 5,800 文字)【背景技術】
【0002】
圧力変動吸着法によって圧縮した混合気体から一部の気体を分離する圧力変動吸着装置が知られている。特許文献1には、窒素を選択的に吸着し得る吸着剤を充填した吸着床、圧縮空気を吸着床に送るための空気圧縮手段、該圧縮手段を冷却するための送風手段、設置環境温度及び/又は圧縮空気温度を検出する温度検出手段を備えてなる圧力変動吸着型酸素濃縮装置において、検出された該設置環境温度又は圧縮空気温度のいずれかに基づいて圧縮空気が酸素濃度条件と対応する所定の目標温度となるように上記送風手段の駆動を制御する駆動制御手段を備えたことを特徴とする圧力変動吸着型酸素濃縮装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2004−18313号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
例えば、圧力変動吸着装置の屋外への設置の際、圧力変動吸着装置への風雨の影響を避けるため、圧力変動吸着装置が筐体に収容される。圧力変動吸着装置では、運転中における圧縮機の負荷が大きく、発熱量も大きい。このため、圧縮機から発せられた熱が筐体に籠り、圧縮機が放熱し難くなる。この結果、運転中の圧縮機の温度によっては圧縮機の運転が不安定になり、圧力変動吸着装置の信頼性が低下する。
【0005】
本発明が解決しようとする課題は、信頼性を向上可能な気体分離システム及び気体分離方法の提供である。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は、複数成分を含む混合気体から一部の気体を分離する気体分離システムであって、前記混合気体を圧縮する圧縮機を含み、前記圧縮機によって圧縮された前記混合気体から圧力変動吸着法によって前記一部の気体成分を分離する圧力変動吸着装置と、前記圧力変動吸着装置を収容する筐体と、前記筐体の内部を冷却する冷却装置と、前記圧縮機の温度に応じて前記冷却装置を制御する冷却制御部を含む制御装置と、を備える気体分離システムに関する。その他の解決手段は発明を実施するための形態において後記する。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、信頼性を向上可能な気体分離システム及び気体分離方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
第1実施形態に係る気体分離システムのブロック図である。
第1実施形態に係る気体分離システムに備えられる制御装置のブロック図である。
第1実施形態に係る気体分離方法を示すフローチャートである。
第2実施形態に係る気体分離システムのブロック図である。
第2実施形態に係る気体分離システムに備えられる制御装置のブロック図である。
第3実施形態に係る気体分離システムに備えられる制御装置のブロック図である。
第4実施形態に係る気体分離システムに備えられる制御装置のブロック図である。
第5実施形態に係る気体分離システムに備えられる制御装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明を実施するための形態(本実施形態)を説明する。ただし、本発明は以下の内容及び図示の内容になんら限定されず、本発明の効果を著しく損なわない範囲で任意に変形して実施できる。本発明は、異なる実施形態同士を組み合わせて実施できる。以下の記載において、異なる実施形態において同じ部材については同じ符号を付し、重複する説明は省略する。また、同じ機能のものについては同じ名称を使用し、重複する説明は省略する。
【0010】
図1は、第1実施形態に係る気体分離システム1のブロック図である。気体分離システム1は、複数成分を含む混合気体から一部の気体を分離するものである。図示の例では、混合気体は例えば空気であり、一部の気体成分は例えば窒素ガスである。気体分離システム1は、例えば屋外に設置される。
【0011】
気体分離システム1は、圧力変動吸着装置2と、筐体3と、冷却装置7と、制御装置50とを備える。圧力変動吸着装置2は、圧縮機4(後記する)によって圧縮された混合気体から圧力変動吸着法によって一部の気体成分を分離するものである。圧力変動吸着装置2は、混合気体供給ユニット2A及び圧力変動吸着ユニット2Bを備える。
【0012】
気体分離システム1は、混合気体供給ユニット2Aに、圧縮機4、電動モータ9、インバータ回路10及び空気槽5を備える。圧縮機4は混合気体を圧縮するものである。圧縮機4は、圧縮機本体8と、圧縮機本体8に接続された電動モータ9と、電動モータ9に接続されたインバータ回路10とを備える。圧縮機本体8では、電動モータ9の駆動により、混合気体が圧縮される。混合気体の圧縮制御は、インバータ回路10による回転数制御によって行われる。なお、圧縮機4は例えば圧力開閉器式であってもよい。圧縮機4によって圧縮された空気は、空気槽5に貯留される。
【0013】
気体分離システム1は、混合気体供給ユニット2Aに、圧縮機4の温度を測定する第1温度センサ62aを備える。第1温度センサ62aは、圧縮機4に備え付けられる。第1温度センサ62aの測定値は、クラウドサーバ102(後記する)に送信される。
【0014】
気体分離システム1は、混合気体供給ユニット2Aに、筐体3(後記する)の内部の温度を測定する第2温度センサ62bを備える。第2温度センサ62bは、混合気体供給ユニット2Aに形成された通風口20の付近において、混合気体供給ユニット2Aの内部に備えられる。第2温度センサ62bによって筐体3からの吸込温度を測定することで、第2温度センサ62bによって筐体3(後記する)の内部の温度を測定できる。第2温度センサ62bの測定値は、クラウドサーバ102(後記する)に送信される。
【0015】
気体分離システム1は、圧力変動吸着ユニット2Bに、吸着槽19、窒素槽41、酸素センサ46及び流量センサ45を備える。吸着槽19は、圧縮機4によって圧縮された混合気体が供給され、圧力変動吸着法に基づき残部の気体を吸着し、一部の気体成分を得るものである。吸着槽19は吸着槽19a,19bを含み、吸着槽19a,19bを切り替えながら吸着することで、連続的に一部の気体成分が得られる。得られた一部の気体成分は窒素槽41に貯留される。
【0016】
窒素槽41に貯留された一部の気体成分は、酸素センサ46を用いて純度が所定以上であることを確認した後、窒素ガスの使用者(図示しない)に供給される。具体的には、酸素センサ46によって酸素濃度が所定値未満であることを確認することで、間接的に窒素ガスの純度を確認できる。窒素ガスの使用量(供給量)は、使用者が必要とする要求使用量に応じて流量センサ45に基づいて制御される。
【0017】
気体分離システム1は、圧力変動吸着ユニット2Bに、圧力変動吸着ユニット2Bの内部の温度を測定する第3温度センサ62cを備える。第3温度センサ62cによって吸着槽19の温度を測定でき、吸着槽19での吸着のし易さを評価できる。第3温度センサ62cの測定値は、クラウドサーバ102(後記する)に送信される。
【0018】
気体分離システム1は、圧力変動吸着ユニット2Bに、圧力変動吸着装置2による混合気体の分離制御を行う分離制御部51(図2参照)を含む制御装置50を備える。分離制御部51は、窒素ガスが所定の純度及び流量になるように、圧力変動吸着装置2に備えられるインバータ回路10、弁(図示しない)等を制御する。制御装置50は、いずれも図示はしないが、例えばCPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、HDD(Hard Disk Drive)、I/F(インターフェイス)等を備えて構成される。そして、制御装置50は、ROMに格納されている所定の制御プログラムがCPUによって実行されることにより具現化される。
【0019】
筐体3は、圧力変動吸着装置2を収容するものである。筐体3は、圧力変動吸着装置2を収容可能な大きさに構成され、例えば作業員が筐体3に出入り可能な扉(図示しない)を備える。扉を通じて作業員が筐体3の内部に入ることで、筐体3の内部で例えば作業員が圧力変動吸着装置2を操作又は確認できる。また、筐体3を備えることで、例えば屋外に設置された圧力変動吸着装置2への風雨の影響を抑制できる。
【0020】
冷却装置7は、筐体3の内部を冷却するものである。冷却装置7を備えることで、筐体3の内部の温度(室温)を低下できる。これにより、圧縮機4から筐体3への放熱を促進でき、圧縮機4の安定性を向上できる。
【0021】
冷却装置7は、いずれも図示しないが、例えば、筐体3の内部を空気調和する空気調和機、又は、外気によって筐体3の内部を換気する換気ファンのうちの少なくとも何れか1つを含む。空気調和機又は換気ファンのうちの少なくとも1つ(従って2つでもよい)を含むことで、圧縮機4からの放熱によって高温になった筐体3の内部の温度を空気調和された風又は外気によって低下できる。空気調和機の設置形態としては、例えば、筐体3の内部に空気調和機を設置(定置型又は可動型のいずれでもよい)する形態が挙げられる。より具体的には、例えば、圧縮機4を冷却するために混合気体供給ユニット2Aに形成された通風口20に風を流し込むように設置した形態が挙げられる。また、換気ファンの設置形態としては、例えば、筐体3の天井又は側壁に換気ファンを設置する形態が挙げられる。
【0022】
冷却装置7は、冷却装置7を構成する空気調和機によって空気調和された風、又は、冷却装置7を構成する換気ファンによって筐体3に流入した外気を圧縮機4に向けて送風可能に配置される。圧縮機4に向けて送風された風は、圧縮機4に接触してもよく、接触しなくてもよい。圧縮機4に接触する場合とは、例えば空気調和機であれば空気調和機から吹き出した風が、圧縮機4にそのままに接触することをいう。これにより、冷却装置7によって筐体3の内部の温度を低下できるとともに、圧縮機4の温度も低下させ易くできる。
【0023】
一方で、圧縮機4に接触しない場合とは、例えば空気調和機であれば空気調和機から圧縮機4の方向に吹き出された風が、圧縮機4を収容した混合気体供給ユニット2Aの壁面(図示しない)のうちの圧縮機4の付近の壁面に吹き付けられる場合である。これにより、冷却装置7によって筐体3の内部の温度を低下できるとともに、圧縮機4の付近の壁面の温度も低下させ易くできる。圧縮機4の熱は混合気体供給ユニット2Aの壁面のうちの圧縮機4の付近の壁面に伝達するため、圧縮機4の付近の壁面の温度を低下させることで放熱を促進でき、圧縮機4の温度も低下させ易くできる。
【0024】
なお、圧縮機4を収容した混合気体供給ユニット2Aの壁面(図示しない)のうちの圧縮機4の付近の壁面に通風口20を設け、通風口20に向けて風又は外気を送風してもよい。このようにすることで、通風口20を通じて、風又は外気を圧縮機4に流すことができる。
【0025】
気体分離システム1は、圧縮機4に向けて送風する送風機(図示しない)を備えることが好ましい。ここでいう「圧縮機4に向けて」の意味は、上記冷却装置7で説明した事項と同義である。送風機を備えることで、圧縮機4の放熱を促進できる。
【0026】
制御装置50は、圧縮機4の温度に応じて冷却装置7を制御する冷却制御部54を含むものである。なお、図示の例では、制御装置50は、上記のように、圧力変動吸着装置2による混合気体の分離制御を行う分離制御部51も含む。制御装置50について、図2を参照しながら説明する。
【0027】
図2は、第1実施形態に係る気体分離システム1に備えられる制御装置50のブロック図である。制御装置50は、上記の分離制御部51のほか、情報取得部52、運転モード決定部53、冷却制御部54及び送信部55を備える。
【0028】
情報取得部52は、気体分離システム1の運転情報を気体分離システム1から取得するものである。運転情報は、例えば、入力装置60(例えばキーボード、マウス)を介して使用者が入力した窒素ガスの要求使用量、酸素センサ46、流量センサ45、第1温度センサ62a、第2温度センサ62b、第3温度センサ63cの各センサによる測定値等を含む。
【0029】
運転モード決定部53は、運転される圧縮機4(図1参照)の負荷が異なる複数の運転モードのうち、一部の気体成分(図示の例では窒素ガス)に関する使用者の要求に応じてどの運転モードで圧縮機4を運転するのかを決定するものである。決定された運転モードは分離制御部51に送信され、分離制御部51は、決定された運転モードとなるように圧縮機4を制御する。
【0030】
例えば、使用者による窒素ガスの要求使用量が多い場合、多くの酸素ガスの吸着によって多くの窒素ガスを分離するため、圧縮機4での負荷が大きくなる。一方で、使用者による窒素ガスの要求使用量が多くない場合、それほど多くの酸素ガスを吸着しなくてもよいため、圧縮機4での負荷が小さくなる。
(【0031】以降は省略されています)

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