JP2014030776A - Gas separation apparatus - Google Patents

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Takuya Kunitomo
拓也 國友
Takeshi Katsumoto
武 勝本
Haruhiko Shinoda
治彦 信田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas separation apparatus capable of maintaining a concentration and a generation rate of product gas without stopping a whole apparatus, even when a certain compressor breaks down out of a plurality of mounted compressors.SOLUTION: A gas separation apparatus includes: a plurality of compressors for compressing air; an adsorption tank which is filled with adsorbent inside and which separates one gas out of compressed air supplied from the compressors to make product gas of the other gases; and a controlling unit for controlling operation of the plurality of compressors. The controlling unit stops at least one compressor out of the plurality of compressors, for backup.

Description

本発明は気体分離装置に関する。 The present invention relates to a gas separation device.

本技術分野の背景として、特開２００９−２０７９５１号公報（特許文献１）がある。特許文献１には、複数の圧縮機を有する気体分離装置が記載されている。   As a background of this technical field, there is JP-A-2009-207951 (Patent Document 1). Patent Document 1 describes a gas separation device having a plurality of compressors.

特開２００９−２０７９５１号公報JP 2009-207951 A

特許文献１の気体分離装置は、圧縮機から吐出された圧縮空気を吸着槽に供給する吸着工程の開始時において、全ての圧縮機を運転させている。そのため、全ての圧縮機を運転しなければ、製品ガスの濃度および発生量の維持ができないような圧縮空気の供給量で運転を行っている場合、複数台搭載している圧縮機のうち１台でも故障すると、製品ガスの濃度および発生量の維持が困難になる。この場合、気体分離装置を停止、もしくは応急的に残りの故障していない圧縮機で製品ガスの濃度および発生量を低下させて運転を行わなければならない。一方、圧縮機による空気の供給量に余裕を持たせて、全ての圧縮機を運転させなくても、製品ガスの濃度および発生量の維持ができる場合は、無駄な電力を使用していることになる。   The gas separation device of Patent Literature 1 operates all the compressors at the start of an adsorption process for supplying compressed air discharged from the compressor to an adsorption tank. Therefore, if all the compressors are not operated and the operation is performed with the supply amount of compressed air that cannot maintain the product gas concentration and the generated amount, one of the plurality of compressors installed. However, when a failure occurs, it becomes difficult to maintain the concentration and generation amount of the product gas. In this case, the gas separation device must be stopped, or the operation must be performed with the remaining non-failed compressor being reduced in concentration and amount of product gas. On the other hand, if it is possible to maintain the product gas concentration and the generation amount without having to operate all the compressors with a sufficient amount of air supply by the compressor, wasteful power is used. become.

本発明は、上記問題点に鑑み、複数台搭載している圧縮機のうちのある圧縮機が故障した場合にも、装置全体を停止させずに製品ガスを濃度および発生量を維持することのできる気体分離装置を提供することを目的とする。   In view of the above problems, the present invention maintains the concentration and generation amount of product gas without stopping the entire apparatus even when a compressor out of a plurality of installed compressors fails. An object of the present invention is to provide a gas separation device that can be used.

上記課題を解決するため、本発明は、空気を圧縮する複数台の圧縮機と、内部に吸着剤が充填され、前記圧縮機から供給された圧縮空気のうち一の気体を分離して他の気体を製品ガスとして生成する吸着槽と、前記複数台の圧縮機の運転を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記複数台の圧縮機のうち少なくとも1台をバックアップ用として停止させることを特徴とする気体分離装置を提供する。   In order to solve the above-described problems, the present invention provides a plurality of compressors for compressing air and an adsorbent filled therein, separating one gas from the compressed air supplied from the compressor, An adsorption tank that generates gas as product gas and a control unit that controls operation of the plurality of compressors, the control unit stopping at least one of the plurality of compressors for backup. A gas separation device is provided.

本発明によれば、複数台搭載している圧縮機のうちのある圧縮機が故障した場合にも、装置全体を停止させずに製品ガスを濃度および発生量を維持することのできる気体分離装置を提供することができる。   According to the present invention, even if a compressor out of a plurality of compressors is malfunctioning, the gas separation device can maintain the concentration and generation amount of product gas without stopping the entire apparatus. Can be provided.

本発明の実施例１における気体分離装置を示す全体構成図である。It is a whole block diagram which shows the gas separation apparatus in Example 1 of this invention. 本発明の実施例１におけるローテーション制御のフロー図である。It is a flowchart of rotation control in Example 1 of this invention. 本発明の実施例１における空気槽、第１、第２の吸着槽、窒素槽の圧力を示す図である。It is a figure which shows the pressure of the air tank in Example 1 of this invention, a 1st, 2nd adsorption tank, and a nitrogen tank. 本発明の実施例１における制御フロー図である。It is a control flow figure in Example 1 of the present invention. 本発明の実施例２における気体分離装置を示す全体構成図である。It is a whole block diagram which shows the gas separation apparatus in Example 2 of this invention. 本発明の実施例２における制御フロー図である。It is a control flow figure in Example 2 of the present invention.

本発明の実施例１について図１を用いて説明する。本実施例における気体分離装置の全体構成について図１を用いて説明する。   A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The whole structure of the gas separation apparatus in a present Example is demonstrated using FIG.

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（空気タンク）５と、空気槽の圧力を検出する圧力センサーとしての圧力検出手段８と、圧縮空気を除湿するエアードライヤー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、エアードライヤー６とドレンフィルタ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１９Ａ、１９Ｂと、製品ガス（窒素）を貯留する窒素層（製品ガス貯留タンク）４１を有している。   A gas separation device 1 shown in FIG. 1 is a PSA type gas separation device. The gas separation device 1 includes an air supply unit 2 that supplies air and a PSA unit 3 that generates product gas. This air supply unit includes a compressor 4 for compressing air, an air tank (air tank) 5 for storing compressed air, a pressure detecting means 8 as a pressure sensor for detecting the pressure of the air tank, and dehumidifying the compressed air. And a drain filter 7 that removes impurities while recovering the drain water deposited. In the present embodiment, as an example, the compressor 4, the air tank 5, the air dryer 6, and the drain filter 7 are stored in a casing. On the other hand, the PSA unit 3 separates a predetermined gas from the compressed air supplied from the air supply unit 2, thereby generating adsorption tanks 19 </ b> A and 19 </ b> B that generate product gas, and a nitrogen layer that stores product gas (nitrogen) ( Product gas storage tank) 41.

空気槽５で貯留された圧縮空気は後述の吸着槽１９Ａ、１９Ｂ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１９Ａ、１９B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。   The compressed air stored in the air tank 5 is supplied to adsorption tanks 19 </ b> A and 19 </ b> B described later, and a predetermined gas is separated from the compressed air stored in the air tank 5. In the present embodiment, the case where nitrogen is separated by adsorbing oxygen in the adsorption tanks 19A and 19B will be described. However, oxygen may be separated by adsorbing nitrogen, and other air may be separated from compressed air other than the atmosphere. The gas may be separated.

圧縮機４として、往複動式、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、４台搭載しているものとして説明する。   As the compressor 4, a double-acting type, a screw type or a scroll type compressor, a booster compressor to which a primary pressure is supplied from the outside and recompressed are used, and a plurality of them are mounted. This embodiment will be described assuming that four units are installed.

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には２系統に分岐した配管１７Ａ、１７Ｂが接続されている。配管１７Ａ、１７Ｂには、それぞれ配管１６からの流路を開閉する供給弁１８Ａ、１８Ｂが設けられている。配管１７Ａ、１７Ｂ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１９Ａ，１９Ｂにそれぞれ接続されている。吸着槽１９Ａ，１９Ｂは圧縮機４から供給された圧縮空気のうち一の気体を分離して他の気体を製品ガスとして生成するものであり、吸着槽１９Ａ，１９Ｂは容積一定である。また、配管１７Ａ、１７Ｂには、それぞれ供給弁１８Ａ、１８Ｂと吸着槽１９Ａ，１９Ｂとの間の位置に配管２１Ａ、２１Ｂが接続されている。これら配管２１Ａ、２１Ｂは、途中に流路を開閉する排気弁２２Ａ、２２Ｂが設けられ、消音用のフィルタ付きの排気サイレンサ２３に接続されている。この排気サイレンサは各吸着層１９Ａ、１９Ｂ毎に設けられていてもよい。また、配管１７Ａ、１７Ｂには、互いの配管１７Ａ、１７Ｂを接続するように配管２５Ａ、２５Ｂが設けられている。配管２５Ａ、２５Ｂには流路を開閉する下均圧弁２６Ａ、２６Ｂが設けられている。   A pipe 16 for flowing compressed air from the air tank 5 is connected to the air tank 5, and pipes 17 </ b> A and 17 </ b> B branched into two systems are connected to the pipe 16. Supply piping 18A and 18B which open and close the flow path from piping 16 are provided in piping 17A and 17B, respectively. The pipes 17A and 17B are connected to adsorption tanks 19A and 19B for adsorbing oxygen molecules and taking out nitrogen gas as product gas, respectively. The adsorption tanks 19A and 19B separate one gas from the compressed air supplied from the compressor 4 and generate another gas as a product gas. The adsorption tanks 19A and 19B have a constant volume. In addition, pipes 21A and 21B are connected to the pipes 17A and 17B at positions between the supply valves 18A and 18B and the adsorption tanks 19A and 19B, respectively. The pipes 21A and 21B are provided with exhaust valves 22A and 22B that open and close the flow path in the middle, and are connected to an exhaust silencer 23 with a filter for silencing. This exhaust silencer may be provided for each of the adsorption layers 19A and 19B. The pipes 17A and 17B are provided with pipes 25A and 25B so as to connect the pipes 17A and 17B to each other. Lower equalizing valves 26A and 26B for opening and closing the flow path are provided in the pipes 25A and 25B.

吸着槽１９Ａ，１９Ｂ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１９Ａ、１９Ｂには、互いに合流する配管３１Ａ、３１Ｂがそれぞれ接続されている。これら配管３１Ａ、３１Ｂには、互いの配管３１Ａ、３１Ｂ同士を接続する配管３２Ａ、３２Ｂが設けられている。配管３２Ａ、３２Ｂには絞り３３が設けられている。また、配管３１Ａ、３１Ｂには、互いの配管３２Ａ、３２Ｂよりも吸着槽１９Ａ、１９Ｂから離れた位置に互いの配管３１Ａ、３１Ｂ同士を接続する配管３５Ａ、３５Ｂが設けられている。配管３５Ａ、３５Ｂには流路を開閉する上均圧弁３６Ａ、３６Ｂが設けられている。また、配管３１Ａ、３１Ｂには、それぞれの配管３５Ａ、３５Ｂよりも吸着槽１９Ａ、１９ＢＢから離れた位置に流路を開閉する取り出し弁３８Ａ、３８Ｂがそれぞれ設けられている。配管３１Ａ、３１Ｂの合流位置には配管４０が接続されており、この配管４０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層４１が接続されている。   The adsorption tanks 19A and 19B are filled with, for example, an adsorbent that is an adsorbing means for adsorbing oxygen molecules. Specifically, molecular sieve carbon or zeolite is used as the adsorbent. Pipes 31A and 31B that merge with each other are connected to the adsorption tanks 19A and 19B, respectively. The pipes 31A and 31B are provided with pipes 32A and 32B that connect the pipes 31A and 31B to each other. A diaphragm 33 is provided in each of the pipes 32A and 32B. The pipes 31A and 31B are provided with pipes 35A and 35B that connect the pipes 31A and 31B to each other at positions farther from the adsorption tanks 19A and 19B than the pipes 32A and 32B. Upper equalizing valves 36A and 36B for opening and closing the flow path are provided in the pipes 35A and 35B. The pipes 31A and 31B are provided with take-out valves 38A and 38B for opening and closing the flow paths at positions farther from the adsorption tanks 19A and 19BB than the pipes 35A and 35B, respectively. A pipe 40 is connected to a joining position of the pipes 31A and 31B, and a nitrogen layer 41 as a product gas storage tank for storing nitrogen gas is connected to the pipe 40.

窒素層４１には、吐出口４が設けられた配管４３が接続されている。配管４３の途中位置には窒素層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レギュレータ４４、流路を開閉する吐出弁４５、製品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のフィルタレギュレータ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。圧力検出手段８と酸素センサー５６は圧縮機４の運転を制御する制御部６０に通信可能に接続されており、検出信号を圧縮機４の運転を制御する制御部６０に出力する。   A pipe 43 provided with the discharge port 4 is connected to the nitrogen layer 41. A filter regulator 44 that removes dust and the like and adjusts the gas flow rate, a discharge valve 45 that opens and closes the flow path, and a flow rate adjustment valve 46 that adjusts the flow rate of the product gas are disposed in the middle of the pipe 43 in order from the nitrogen layer 41 side. Is provided. A pipe 48 and a pipe 49 are connected to the pipe 43 between the filter regulator 44 and the discharge valve 45. The pipe 48 has an opening / closing valve 50 for opening and closing the flow path in order from the pipe 43 side, A flow rate adjusting valve 51 for adjusting the flow rate and a silencer 52 are provided. The pipe 49 is provided with an open / close valve 54 that opens and closes the flow path, a flow rate adjustment valve 55 that adjusts the flow rate of gas, and an oxygen sensor 56 that detects the oxygen concentration in order from the pipe 43 side. The pressure detection means 8 and the oxygen sensor 56 are communicably connected to a control unit 60 that controls the operation of the compressor 4, and outputs a detection signal to the control unit 60 that controls the operation of the compressor 4.

供給弁１８Ａ、１８Ｂ、排気弁２２Ａ、２２Ｂ、下均圧弁２６Ａ、２６Ｂ、上均圧弁３６Ａ、３６Ｂ、取り出し弁３８Ａ、３８Ｂ、吐出弁４５、開閉弁５０および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。   Supply valves 18A and 18B, exhaust valves 22A and 22B, lower pressure equalizing valves 26A and 26B, upper pressure equalizing valves 36A and 36B, take-off valves 38A and 38B, discharge valve 45, and on-off valves 50 and 54 can communicate with control unit 60. It is connected and operates in response to a command from the control unit 60.

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１において行われる動作について説明する。   Up to this point, the configuration of the gas separation device 1 has been described. Here, the operation performed in the gas separation device 1 will be described.

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れる。   In the gas separation device 1, the compression process of compressing air by the compressor 4, the storage process of storing the air compressed by the compression process in the air tank 5, the dehumidification process of dehumidifying the compressed air by the air dryer 6, and dehumidification by the dehumidification process A separation step for separating the gas from the air is performed.

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。   In the separation step of the gas separation device 1, the following steps (a) to (d) are sequentially repeated.

（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に供給するとともに、窒素層４１内に残存する窒素ガスを、取り出し弁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。   (A) Adsorption process: Compressed air compressed by the compressor 4 and stored in the air tank 5 is supplied to the adsorption tank 19 filled with the adsorbent by opening the supply valve 18, and in the nitrogen layer 41. A step of recirculating the remaining nitrogen gas to the adsorption tank 19 by opening the take-off valve 38 to increase the pressure in the adsorption tank 19 and adsorbing oxygen molecules to the adsorbent using the pressure.

（ｂ）取り出し工程：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に供給し続けると同時に、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層４１に貯留させる工程。   (B) Extraction process: Continuing from the adsorption process, the compressed air is continuously supplied from the air tank 5 to the adsorption tank 19, and at the same time, the nitrogen gas separated and generated by the adsorbent is extracted from the adsorption tank 19 and stored in the nitrogen layer 41. Process.

（ｃ）均圧工程：上均圧弁３６および下均圧弁２６の開閉により取り出し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。   (C) Pressure equalization process: The pressure equalization of the pair of adsorption tanks 19 after completion of the take-out process is achieved by opening and closing the upper pressure equalization valve 36 and the lower pressure equalization valve 26, and the adsorption efficiency of the next adsorption process is increased, resulting in higher purity. For generating nitrogen gas.

（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および取り出し弁３８は、閉状態とする。   (D) Regeneration step: A step of regenerating the adsorbent by desorbing oxygen molecules adsorbed by the adsorbent through the pipe 21 by opening the exhaust valve 22 in the adsorption tank 19 after completion of the pressure equalization step. . In this regeneration process, the supply valve 18, the lower pressure equalizing valve 26, the upper pressure equalizing valve 36 and the take-off valve 38 related to the adsorption tank 19 other than the exhaust valve 22 are closed.

吸着槽１９Ａで吸着工程・取り出し工程（工程（ａ）（ｂ））が行われている間に吸着槽１９Ｂ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１９Ａ、１９Ｂを入れ替えて吸着工程・取り出し工程（工程（ａ）（ｂ））と再生工程（工程（ｄ））が行われる。   While the adsorption process / removal process (process (a) (b)) is performed in the adsorption tank 19A, the regeneration process (process (d)) is performed in the adsorption tank 19B. Thereafter, the (c) pressure equalization step is performed simultaneously, and the adsorption tanks 19A and 19B are exchanged to perform the adsorption step / removal step (steps (a) and (b)) and the regeneration step (step (d)).

上記の吸着工程（ａ）の時間をＴ１、取り出し工程（ｂ）の時間をＴ２、均圧工程（ｃ）の時間をＴ３とし、気体分離装置の１サイクルの時間Ｔｓ＝Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３とする。即ち、１サイクルの時間は、空気槽５から少なくとも１つの吸着槽１９への空気の供給を開始（吸着工程（ａ）開始）してから空気槽５から複数の吸着槽１９への空気の供給を停止（均圧工程（ｃ））し、再び空気槽５から少なくとも１つの吸着槽１９への空気の供給を開始（吸着工程（ａ）開始）するまでの時間である。   The time of the adsorption step (a) is T1, the time of the take-out step (b) is T2, the time of the pressure equalization step (c) is T3, and the time of one cycle of the gas separation device is Ts = T1 + T2 + T3. That is, for one cycle time, air supply from the air tank 5 to the at least one adsorption tank 19 is started (adsorption process (a) starts) and then air is supplied from the air tank 5 to the plurality of adsorption tanks 19. Is stopped (pressure equalization step (c)), and the supply of air from the air tank 5 to at least one adsorption tank 19 is started again (adsorption process (a) start).

本実施例における圧縮機４のローテーション制御について、図２を用いて説明する。４台搭載している圧縮機４のうち、気体分離装置１を運転している間の圧縮機運転台数は３台と規定し、規定台数以上は運転を行わない制御とする。（ｎ台圧縮機を搭載している場合は、ｎ−１台を規定台数とする。）即ち、少なくとも1台の圧縮機４はバックアップ用として運転を停止する。制御部６０から圧縮機４の切り替え信号を圧縮機４に送信することで、運転している圧縮機４のうち１台を停止させ、停止していた圧縮機４を起動するように停止させる圧縮機４を切り替えるローテーション制御する。   The rotation control of the compressor 4 in the present embodiment will be described with reference to FIG. Of the four compressors 4 installed, the number of compressors operated during the operation of the gas separation device 1 is defined as three, and control is performed so that operation is not performed for more than the prescribed number. (When n compressors are installed, n-1 units are set as the prescribed number.) That is, at least one compressor 4 is stopped for backup. Compression that stops one of the operating compressors 4 and stops the compressor 4 that has been stopped by transmitting a switching signal of the compressor 4 from the control unit 60 to the compressor 4. Rotation control for switching the machine 4 is performed.

ローテーション制御について具体的に説明する。まず、圧縮機Ａ、Ｂ、Ｃを運転し、圧縮機Ｄを停止させる。次に、停止させる圧縮機を切り替え、圧縮機Ｂ、Ｃ、Ｄを運転し、圧縮機Ａを停止させる。次に、停止させる圧縮機を切り替え、圧縮機Ｃ、Ｄ、Ａを運転し、圧縮機Ｂを停止させる。次に、停止させる圧縮機を切り替え、圧縮機Ｄ、Ａ、Ｂを運転し、圧縮機Ｃを停止させる。このような制御を装置停止まで繰り返す。   The rotation control will be specifically described. First, the compressors A, B, and C are operated, and the compressor D is stopped. Next, the compressor to be stopped is switched, the compressors B, C, and D are operated, and the compressor A is stopped. Next, the compressor to be stopped is switched, the compressors C, D, and A are operated, and the compressor B is stopped. Next, the compressor to be stopped is switched, the compressors D, A, and B are operated, and the compressor C is stopped. Such control is repeated until the apparatus is stopped.

気体分離装置１を運転している間、少なくとも１台の圧縮機４をバックアップ用として運転を停止することにより、圧縮機が故障した場合でもバックアップ用の圧縮機４を起動させることにより、窒素ガスの純度および発生量を維持することができる。また、各圧縮機４をローテーション制御することにより各圧縮機４の運転時間を平準化し、気体分離装置の長寿命化を図ることができる。   While the gas separation device 1 is operating, by stopping the operation of at least one compressor 4 as a backup, even if the compressor breaks down, the backup compressor 4 is started, so that the nitrogen gas The purity and generation amount can be maintained. In addition, by controlling the rotation of each compressor 4, the operating time of each compressor 4 can be leveled and the life of the gas separation device can be extended.

本実施例における圧縮機４から供給される空気量と空気槽５、吸着槽１９Ａ、１９Ｂ、窒素槽４１の圧力の変化との関係について図３を用いて説明する。本実施例では、上記の、圧縮機４の１台を停止させ、停止していた圧縮機４を起動する時間は上記（ｃ）均圧工程中に行う。図３−１に示すように、例えば、圧縮機Ａの停止と圧縮機Ｂの起動を同時に行った場合、停止した圧縮機Ａの空気量は瞬間的に０となるが、起動した圧縮機Ｂの空気量は徐々に上昇するため、圧縮機４の切り替えを行った瞬間に空気量が減少してしまう。圧縮機Ｂの空気量が増加するまで時間ｔ１を要する。図３−２に示すように、吸着工程・取り出し工程（工程（ａ）（ｂ））行われている間、つまり吸着槽１９Ａもしくは吸着槽１９Ｂに圧縮空気を供給している時に圧縮機４を切り替えると、切り替えてから時間ｔ１の間は空気槽５の圧力が低下し、吸着槽１９Ａ、１９Ｂ、窒素層４１の圧力も低下してしまうことから取り出す窒素ガスの純度が低下してしまう。そのため、図３−３に示すように圧縮機４から吸着槽１９Ａ、１９Ｂへ圧縮空気を供給する供給弁１８Ａ、１８Ｂが閉となっており、圧縮機４から吸着槽１９Ａ、１９Ｂへ圧縮空気が供給されていない（ｃ）均圧工程中に圧縮機の切り替えを行うことで、空気槽５の圧力低下を防止し、吸着槽１９Ａ、Ｂ、窒素層４１の圧力の低下とそれに伴う取り出す窒素ガスの純度低下を抑制することができる。   The relationship between the amount of air supplied from the compressor 4 and the pressure changes in the air tank 5, the adsorption tanks 19A and 19B, and the nitrogen tank 41 in this embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment, the time for stopping one of the compressors 4 and starting the compressor 4 that has been stopped is performed during the pressure equalizing step (c). As shown in FIG. 3A, for example, when the compressor A is stopped and the compressor B is started at the same time, the air amount of the stopped compressor A instantaneously becomes 0, but the started compressor B is started. Therefore, the air amount decreases at the moment when the compressor 4 is switched. Time t1 is required until the amount of air in the compressor B increases. As shown in FIG. 3-2, the compressor 4 is operated while the adsorption process and the extraction process (process (a) and (b)) are performed, that is, when compressed air is supplied to the adsorption tank 19A or the adsorption tank 19B. If it switches, the pressure of the air tank 5 will fall for the time t1 after switching, and since the pressure of adsorption tank 19A, 19B and the nitrogen layer 41 will also fall, the purity of the nitrogen gas taken out will fall. Therefore, as shown in FIG. 3C, supply valves 18A and 18B for supplying compressed air from the compressor 4 to the adsorption tanks 19A and 19B are closed, and compressed air is supplied from the compressor 4 to the adsorption tanks 19A and 19B. (C) By switching the compressor during the pressure equalization step, the pressure in the air tank 5 is prevented from being lowered, and the pressure in the adsorption tanks 19A and 19B and the nitrogen layer 41 is reduced, and the nitrogen gas to be taken out along therewith. It is possible to suppress a decrease in purity.

圧縮機４の切り替えにおける動作フロー図を図４に示す。圧縮機４の切り替えにおいて、運転していた圧縮機４のうちある１台を停止させてから、停止させていたバックアップ用の圧縮機４を起動させるまでの時間をＴｉとする。圧縮空気の吸着槽１９への供給が止まる均圧工程直前の空気槽５の圧力Ｐairを制御部にて受信し、Ｐairが制御部にてあらかじめ設けておいた設定圧力Ｐよりも低い場合、Ｔｉ＝０とする。つまり、運転していた圧縮機４の停止とバックアップ用の圧縮機４の起動を同時に行う。均圧工程直前の空気槽５の圧力Ｐairが設定圧力Ｐよりも高い場合は、空気槽５の圧力に余裕があり、すぐに次の圧縮機４を起動しなくとも取り出す窒素ガスの純度は悪化しないため、圧縮機４を停止させてから、次に圧縮機４を起動させるまでの時間Ｔｉ＝Ｔ３とする。つまり、均圧工程開始時に圧縮機を停止させ、均圧工程終了までに圧縮機を起動させる。図２と同様に運転させる圧縮機４を切り替えながら、装置が停止されるまでこのような制御を繰り返す。   FIG. 4 shows an operation flowchart in switching the compressor 4. In the switching of the compressor 4, Ti is defined as the time from when one of the operating compressors 4 is stopped until the backup compressor 4 that has been stopped is started. When the control unit receives the pressure Pair of the air tank 5 immediately before the pressure equalization process in which the supply of the compressed air to the adsorption tank 19 is stopped, and the Pair is lower than the set pressure P previously set in the control unit, Ti = 0. That is, the compressor 4 that has been operating is stopped and the backup compressor 4 is started simultaneously. When the pressure Pair of the air tank 5 immediately before the pressure equalization process is higher than the set pressure P, there is a margin in the pressure of the air tank 5 and the purity of the nitrogen gas taken out without immediately starting the next compressor 4 deteriorates. Therefore, the time from when the compressor 4 is stopped to when the compressor 4 is started next is set to Ti = T3. That is, the compressor is stopped at the start of the pressure equalization process, and the compressor is started before the end of the pressure equalization process. Such control is repeated until the apparatus is stopped while switching the compressor 4 to be operated as in FIG.

空気槽５の圧力Ｐairが設定圧力Ｐよりも高い場合、ローテーション制御により次に起動させる圧縮機の起動をＴ３の時間遅らせることができるので、圧縮機の運転時間を減少させることで、省エネ効果を得ることができる。   When the pressure Pair of the air tank 5 is higher than the set pressure P, the start of the compressor to be started next by the rotation control can be delayed by the time T3. Therefore, the energy saving effect can be obtained by reducing the operation time of the compressor. Can be obtained.

従来のように気体分離装置を運転している間、複数台の圧縮機を全て運転させる制御を行った場合、圧縮機が故障した場合、窒素ガスの純度および発生量の維持が困難になる。そのため、装置全体を停止、もしくは応急的に残りの圧縮機のみで窒素ガスを発生させていた。装置全体を停止した場合、気体分離装置使用者の生産ラインを停止させる可能性があり、応急的に残りの圧縮機のみで気体分離装置を運転した場合は、窒素ガスの生成効率が著しく低下していた。一方、圧縮機が故障した場合でも、窒素ガスの純度および発生量の維持ができるように圧縮機からの空気の供給量に余裕を持たせた場合は、無駄な電力を使用していることになる。   When the control for operating all of the plurality of compressors is performed while the gas separation device is operated as in the prior art, when the compressor fails, it becomes difficult to maintain the purity and generation amount of the nitrogen gas. For this reason, the entire apparatus is stopped, or nitrogen gas is generated only by the remaining compressor as an emergency. If the entire system is stopped, there is a possibility that the production line of the user of the gas separation device may be stopped. If the gas separation device is operated only with the remaining compressors as an emergency, the production efficiency of nitrogen gas will be significantly reduced. It was. On the other hand, even if the compressor breaks down, if there is a margin in the amount of air supplied from the compressor so that the purity and generation amount of nitrogen gas can be maintained, wasteful power is used. Become.

本実施例によれば、気体分離装置１を運転している間、少なくとも１台の圧縮機４を停止させているので、圧縮機が故障した場合にも、装置を停止せずに、また窒素ガスの生成効率を低下させることなく窒素ガスを供給することができる。また、無駄な電力を使用せず、省エネ効果を得ることができる。   According to the present embodiment, since at least one compressor 4 is stopped while the gas separation device 1 is in operation, even if the compressor breaks down, the device is not stopped and the nitrogen is stopped. Nitrogen gas can be supplied without reducing the gas generation efficiency. Moreover, an energy saving effect can be obtained without using wasted power.

本発明の実施例２について説明する。実施例１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。本実施例においても圧縮機を４台搭載しているものとして説明する。   A second embodiment of the present invention will be described. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. This embodiment will be described assuming that four compressors are mounted.

図５に本実施例における気体分離装置１の全体構成を示す。本実施例では、圧縮機４に搭載している複数台の圧縮機の温度を検出する温度センサーとしての温度検出手段９と、電流値を検出する電流センサーとしての電流値検出手段１０を設けた。温度検出手段９と電流値検出手段１０は、圧縮機４が運転している間に信号を制御部６０に送信する。   FIG. 5 shows the overall configuration of the gas separation device 1 in this embodiment. In the present embodiment, a temperature detecting means 9 as a temperature sensor for detecting the temperature of a plurality of compressors mounted on the compressor 4 and a current value detecting means 10 as a current sensor for detecting a current value are provided. . The temperature detection unit 9 and the current value detection unit 10 transmit signals to the control unit 60 while the compressor 4 is operating.

本実施例における圧縮機の制御フロー図を図６に示す。   A control flow chart of the compressor in the present embodiment is shown in FIG.

制御部６０によりあらかじめ温度と電流値の規定値Ｔ、Ａを設けておき、運転を行っている各圧縮機のうち少なくとも１台の圧縮機において、温度Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ、Ｔｄまたは電流値Ａａ、Ａｂ、Ａｃ、Ａｄどちらか一方でも規定値を越えた場合、制御部６０にてその圧縮機４を故障と判断する。この場合、故障と判断された圧縮機４は停止され、バックアップ用の圧縮機４に切り替えられ、故障と判断されていない全ての圧縮機４で運転が行われる。   Temperatures Ta, Tb, Tc, Td or current values Aa are set in advance in at least one compressor among the compressors that are operating by providing predetermined values T and A of the temperature and current values by the controller 60 in advance. , Ab, Ac, or Ad, if any of the values exceeds the specified value, the control unit 60 determines that the compressor 4 is out of order. In this case, the compressor 4 determined to be faulty is stopped and switched to the backup compressor 4, and the operation is performed on all the compressors 4 not determined to be faulty.

故障と判断した場合に、気体分離装置２が均圧工程以外の工程を行っている時にバックアップ用の圧縮機４と切り替えを行うと、実施例１と同様に空気量が減少し取り出す窒素ガスの純度が低下してしまう。そこで、本実施例では、故障と判断した場合でも、気体分離装置１が均圧工程に入るまで故障と判断した圧縮機４の運転を継続する。均圧工程中に故障と判断した圧縮機４を停止し、バックアップ用の圧縮機４の運転を行う。なお、バックアップ用の圧縮機４の運転の開始は均圧工程より前に行ってもよい。これにより、窒素ガスの純度と発生量の維持を確実に行うことができる。   If the gas separation device 2 is performing a process other than the pressure equalization process when switching to the backup compressor 4 when it is determined that there is a failure, the amount of air is reduced and the nitrogen gas to be taken out is reduced as in the first embodiment. Purity will decrease. Therefore, in this embodiment, even if it is determined that there is a failure, the operation of the compressor 4 that has been determined to be in failure is continued until the gas separation device 1 enters the pressure equalization process. The compressor 4 determined to have failed during the pressure equalization process is stopped, and the backup compressor 4 is operated. The operation of the backup compressor 4 may be started before the pressure equalization step. Thereby, the purity and generation amount of nitrogen gas can be reliably maintained.

本実施例によれば、圧縮機が故障した場合にも、温度検出手段９または電流値検出手段１０により迅速に故障を判断することができ、装置を停止せずに、また窒素ガスの生成効率を低下させることなく窒素ガスを供給することができる。   According to the present embodiment, even when the compressor fails, the temperature detection means 9 or the current value detection means 10 can quickly determine the failure, and the nitrogen gas generation efficiency without stopping the apparatus. Nitrogen gas can be supplied without lowering.

本発明の実施例３について説明する。なお、本実施例において、実施例１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。本実施例においても圧縮機を４台搭載しているものとして説明する。   A third embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. This embodiment will be described assuming that four compressors are mounted.

本実施例では、実施例１における圧縮機４のローテーション制御を通常モードとし、使用者の要求に応じて、ローテーション制御を中止し４台全ての圧縮機４を運転させ、予め設定された窒素ガスの発生量まで発生量を増加させる流量アップモードを選択可能とする。なお、本実施例では窒素ガスの流量をアップさせているが、窒素ガスの圧力をアップさせてもよい。   In the present embodiment, the rotation control of the compressor 4 in the first embodiment is set to the normal mode, the rotation control is stopped and all the four compressors 4 are operated according to the user's request, and the preset nitrogen gas is set. It is possible to select a flow-up mode in which the generation amount is increased to the generation amount. In this embodiment, the flow rate of nitrogen gas is increased, but the pressure of nitrogen gas may be increased.

流量アップモードを選択した場合、バックアップ用として停止していた圧縮機４を起動させ、圧縮機４の運転台数を通常の３台から４台へと変更する。このとき、圧縮機４の運転台数を変更するとともに、気体分離装置のサイクル時間Ｔｓを、通常モードでのサイクル時間Ｔｓ１から、あらかじめ制御部６０にて設定しておいた流量アップモード用のサイクル時間Ｔｓ２に変更する。なお、流量アップモード用のサイクル時間Ｔｓ２を窒素ガスの使用量等に応じて変更できるようにしてもよい。   When the flow-up mode is selected, the compressor 4 that has been stopped for backup is started, and the number of operating compressors 4 is changed from the normal three to four. At this time, the operation number of the compressors 4 is changed, and the cycle time Ts of the gas separation device is set in advance in the control unit 60 from the cycle time Ts1 in the normal mode. Change to Ts2. The cycle time Ts2 for the flow rate up mode may be changed according to the amount of nitrogen gas used.

このとき、窒素ガス発生量を調整する流量調整弁４６の調整は、手動で行ってもよいし、制御部６０からの信号により自動で調整してもよい。   At this time, the adjustment of the flow rate adjustment valve 46 for adjusting the nitrogen gas generation amount may be performed manually, or may be automatically performed by a signal from the control unit 60.

本実施例によれば、気体分離装置１の使用者の必要窒素ガス発生量が増加した場合にも、新しく気体分離装置１を増設することなく本装置により対応することができる。   According to the present embodiment, even when the amount of nitrogen gas generation required by the user of the gas separation device 1 increases, this device can cope with it without adding a new gas separation device 1.

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。また、実施例１−３を組み合わせることにより本発明を実施してもよい。   The embodiments described so far are merely examples of implementation in carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention is not limitedly interpreted by these. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the technical idea or the main features thereof. Moreover, you may implement this invention by combining Example 1-3.

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
８・・・圧力検出手段
９・・・温度検出手段
１０・・・電流値検出手段
１９・・・吸着槽
４１・・・窒素層
４４・・・フィルタレギュレータ
５２・・・サイレンサ
５６・・・酸素センサ
６０・・・制御部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Gas separation apparatus 2 ... Air supply unit 3 ... PSA unit 4 ... Compressor 5 ... Air tank (air storage tank)
6 ... Air dryer 7 ... Drain filter 8 ... Pressure detection means 9 ... Temperature detection means 10 ... Current value detection means 19 ... Adsorption tank 41 ... Nitrogen layer 44 ... Filter regulator 52 ... Silencer 56 ... Oxygen sensor 60 ... Control unit

Claims (7)

空気を圧縮する複数台の圧縮機と、
内部に吸着剤が充填され、前記圧縮機から供給された圧縮空気のうち一の気体を分離して他の気体を製品ガスとして生成する吸着槽と、
前記複数台の圧縮機の運転を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記複数台の圧縮機のうち少なくとも1台をバックアップ用として停止させることを特徴とする気体分離装置。 A plurality of compressors for compressing air;
An adsorbent filled with an adsorbent inside, separates one gas from the compressed air supplied from the compressor, and generates another gas as a product gas; and
A control unit for controlling the operation of the plurality of compressors,
The control unit stops at least one of the plurality of compressors for backup use. 前記制御部は、停止させる圧縮機を順番に切り替える制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の気体分離装置。   The said control part performs control which switches the compressor to stop in order, The gas separation apparatus of Claim 1 characterized by the above-mentioned. 前記制御部は、前記吸着槽への圧縮空気の供給を行わないときに前記圧縮機の切り替えを行うことを特徴とする請求項２に記載の気体分離装置。   The gas separation device according to claim 2, wherein the control unit switches the compressor when the compressed air is not supplied to the adsorption tank. 前記制御部は、複数の前記吸着槽において均圧化が行われる間に前記圧縮機の切り替えを行うことを特徴とする請求項２に記載の気体分離装置。   The gas separation device according to claim 2, wherein the control unit switches the compressor while pressure equalization is performed in the plurality of adsorption tanks. 前記制御部は、前記吸着槽への圧縮空気の供給を止める前における前記空気槽の圧力が所定の圧力よりも高いときは低いときよりも、次に起動させる前記圧縮機の起動を遅らせることを特徴とする請求項１に記載の気体分離装置。   The control unit delays starting of the compressor to be started next, rather than when the pressure of the air tank before stopping the supply of compressed air to the adsorption tank is higher than a predetermined pressure. The gas separation device according to claim 1, wherein 前記制御部は、運転を行っている圧縮機の温度または電流値が規定値を超えた場合、バックアップ用の前記圧縮機を運転させることを特徴とする請求項５に記載の気体分離装置。   6. The gas separation device according to claim 5, wherein the control unit operates the compressor for backup when the temperature or current value of the operating compressor exceeds a specified value. 前記制御部は、前記吸着槽への圧縮空気の供給を行っているとき、前記複数台の圧縮機のうち少なくとも1台をバックアップ用として停止させる制御と全ての前記複数台の圧縮機を運転させる制御とを使用者の要求に応じて切り替えることを特徴とする請求項１に記載の気体分離装置。   The controller is configured to control at least one of the plurality of compressors to be stopped for backup and to operate all the plurality of compressors when supplying compressed air to the adsorption tank. The gas separation device according to claim 1, wherein the control is switched according to a user's request.
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