KR102016777B1

KR102016777B1 - 진공 압력 순환 흡착 장치에서 압축기의 서지 방지 속력 제어

Info

Publication number: KR102016777B1
Application number: KR1020147033174A
Authority: KR
Inventors: 앤드류 시 로진스키; 폴 더블유 비랭거; 마이클 에스 마닝
Original assignee: 프랙스에어 테크놀로지, 인코포레이티드
Priority date: 2012-05-31
Filing date: 2013-05-08
Publication date: 2019-08-30
Also published as: BR112014029580B1; CA2873739C; KR20150018798A; PT2855941T; CA2873739A1; MX367720B; MX2014014631A; US9702365B2; EP2855941A1; BR112014029580A2; WO2013180919A1; ES2711552T3; CN104334888A; CN104334888B; IN2014DN09001A; EP2855941B1; EP2855941B8; US20130323014A1

Abstract

본원 발명은, 서지가 발생할 수 있는 동작을 피하도록 진공 압력 순환 흡착 프로세스내에서 동작하고 가변 주파수 구동부에 의해서 다시 제어되는 전기 모터에 의해서 직접적으로 구동되는 원심 압축기의 속력을 제어하기 위한 방법 및 제어 시스템에 관한 것이다. 본원 발명에 따라서, 압축기가 압축기 맵의 피크 효율 동작 라인을 따라서 동작하게 될, 압축기의 동작을 위한 최적 속력이 결정된다. 이러한 속력은, 유동 또는 압축기를 통한 유동을 지칭할 수 있는 다른 매개변수가 최소치 아래일 때 피드 백 속력 승수에 의해서 그리고 압축기의 속력을 증가시켜 서지를 피하기 위해서 피드 백 승수를 증배하는 배기 단계 및 퍼지가 동반되는 배기 단계 중의 피드 포워드 승수에 의해서 조정된다.

Description

진공 압력 순환 흡착 장치에서 압축기의 서지 방지 속력 제어{ANTI-SURGE SPEED CONTROL OF A COMPRESSOR IN A VPSA APPARATUS}

본원 발명은, 압축기에서 서지(surge) 진입(entering)을 방지하기 위해서, 진공 압력 순환 흡착(vacuum pressure swing adsorption) 장치 내에서 동작하고 전기 모터에 의해서 직접적으로 구동되는 원심 압축기의 속력을 제어하기 위한 방법 및 제어 시스템을 제공한다. 보다 특히, 본원 발명은, 진공 압력 순환 흡착 장치에 의해서 실시되는 반복 사이클 중에서 적어도 압축기가 서지와 만날 수 있는 단계 중에 실시되는 단계에 따라서 변화될 수 있는 양으로 속력이 증가하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.

진공 압력 순환 흡착 프로세스에서, 하나 이상의 흡착제를 이용하여 피드(feed) 스트림의 하나 이상의 성분을 흡착하고 그에 의해서 정제된 제품 스트림을 생산한다. 전형적인 프로세스는 반복 사이클에 따라서 연속적으로 실행되는 일련의 단계를 가진다. 반복 사이클에서, 흡착제를 포함하는 흡착 베드(bed)가 교번적으로 이용되어, 정제된 제품을 생산하고 이어서 재생된다. 재생 중에, 흡착된 성분들이 흡착제로부터 탈착되고, 이어서, 흡착제 베드가 라인으로 다시 보내질 수 있고 제품을 생산할 수 있는 상태를 다시 취하게 된다.

피드 공기로부터 산소를 생산하도록 디자인된 전형적인 진공 압력 순환 흡착 프로세스에서, 흡착제 베드는 반복 사이클로 실시되는 7단계 프로세스를 거친다. 단지 설명의 목적을 위해서, 그러한 흡착 프로세스가 하나의 베드에서 실시될 수 있다. 제1 단계에서, 베드는 피드 공기에 의해 하단부로부터 그리고 회수(recovery) 탱크로부터 전달되는 평형화(equalization) 가스에 의해 상단부로부터 동시적으로 가압된다. 그 후에, 피드 공기가 압축기 또는 루츠(Roots) 타입의 송풍기와 같은 다른 송풍기에 의해서 공급되는 동안, 고순도 제품이 산소 서지 탱크로부터 베드의 상단부에 부가된다. 제3 단계에서, 베드는 송풍기를 통해서 하단부로부터 계속적으로 가압된다. 이제 베드는 제품을 만들기 위한 준비가 되고, 피드 공기가 용기(vessel)의 하단부 내로 피딩되고 제품이 상단부로부터 제거된다. 제품 가스가 산소 서지 탱크로 전달된다. 생산이 완료된 후에, 송풍기가 언로딩되고 가압 베드의 상단부에 남아 있는 저순도의 가스가 회수 탱크로 이송된다. 후속 배기 단계에서, 용기의 상단부를 빠져나오거나 진입하는 유동이 없는 동안에, 폐질소(waste nitrogen)가 원심 압축기를 통해서 용기의 하단부로부터 제거된다. 마지막 단계에서, 산소 퍼지 가스가 용기의 상단부에 부가되는 동안, 원심 압축기가 용기의 하단부로부터 질소를 계속적으로 제거한다. 이러한 단계 동안에 압력이 비교적 일정하게 유지되는데, 이는, 산소 퍼지 유동이 배기 유동과 동일하게 제어된다는 사실에 기인한다. 당업자에게 공지된 바와 같이, 각각의 베드가 전술한 단계를 거치게 되는 복수의 베드에서 그러한 프로세스가 실행될 수 있을 것이다.

US 7,785,405에 개시된 바와 같이, 직접 구동 고속 영구 자석 모터에 의해서 직접적으로 구동되는 원심 압축기가 진공 압력 순환 흡착 프로세스에서 유리하게 이용되고 있다. 그러한 모터의 이용은 가변-속력 동작을 허용하고, 그에 따라 압축기 및 고속 영구 자석 모터 조합(들)이, 프로세스에 의해서 요구되는 바에 따라, 신속하게 저속으로부터 고속으로 가속될 수 있고 그리고 고속으로부터 저속으로 감속될 수 있다. 이것은 유도 모터의 큰 관성으로 인해서 신속하게 가속 및 감속될 수 없는 통상적인 유도 모터/기어박스 시스템에 의해서 구동되는 원심 압축기의 이용보다 우수한 주요 개선을 제공한다는 것을 발견하였다. 흡착 베드의 가압 및 배기로 인해서 변화되는, 압축기에 대해서 요구되는 압력 비율과 매칭시키기 위해서 압축기 속력을 연속적으로 변화시키는 것에 의해서, 그러한 사이클에서 이용되는 원심 압축기는 100％ 디자인 속력으로부터 실질적으로 낮은 속력까지 그의 피크 효율 가까이에서, 그리고 바람직하게 피크 효율에서 동작될 수 있다.

압축기는, 배출구 압력 및 유입구 압력 사이의 압력 비율 대 압축기를 통한 유량의 압축기 맵으로서 지칭되는 것에서 플로팅될(plotted) 수 있는 동작 엔벨로프(envelope) 내에서 동작하도록 디자인된다. 그러한 플롯에서, 주어진 유량 및 압력 비율에 대해서 압축기의 에너지 소비가 최소가 되는, 피크 또는 최고 효율 동작 라인이 플로팅된다. 이러한 압축기 맵은 모터의 속력 및 그에 따른 압축기의 속력을 제어하는데 있어서 이용되는 제어기에서 프로그래밍될 수 있다. 원심 압축기에 걸쳐서 특정 압력 비율을 필요로 할 수 있는, 진공 압력 순환 흡착 프로세스 내의 특정 단계에 의존하여, 제어기는 압축기 맵으로부터 결정된 바에 따른 최적 속력을 지칭할 수 있는(referable) 신호를, 고속 영구 자석 모터의 속력을 제어하는 가변 속력 구동부로 전송한다.

그러나, 압축기가 피크 효율 동작 라인을 벗어나고 서지 조건으로 이동하게 유도할 수 있는 상황이 존재한다. 예를 들어, 제어 시스템에서의 지체(lag), 진공 압력 순환 흡착 장치에 의해서 실시되는 프로세스에서의 과도기적(transitional) 단계, 주변 조건의 변화 및 최소 속력 라인의 과도기적 이탈(transitioning off)이 존재할 수 있다. 그러한 상황들 모두에서, 압축되는 질량 유동이 주어진 속력 및 압력 비율에 대해서 하강되어(fall) 압축기를 서지로 구동할 수 있다. 그에 따라, 안정적인 동작을 유지하기 위해서 필요한 압축기의 임펠러의 주어진 속력에서 요구되는 최소 유동 아래로 하강되는 압축기를 통한 유량에 의해서, 서지 이벤트가 생성된다. 서지 이벤트에서, 압축기에 의해서 발생된 수두압(head pressure)이 감소되어 압축기 방출구(discharge)에서의 역(reverse) 압력 구배 및 결과적인 가스의 역류를 유도한다. 압축기의 방출 라인에서의 압력이 임펠러에 의해서 발생된 압력 보다 낮아지면, 유동이 다시 한번 반전된다. 이러한 교번적인 유동 패턴은, 압축기 임펠러, 구동 메커니즘 및 구성요소들을 심각하게 손상시킬 수 있는 불안정한 조건이 되는 것으로 확인되었다. 이러한 조건은 반드시 피하여야 한다.

진공 압력 순환 흡착 장치에서 채용되는 반복 사이클에서, 서지가 발생될 수 있는 압축의 동작 조건은 고속에서 가장 중요할 것이다. 부가적으로, 배기 단계 및 퍼지 단계 중에 그리고 특히 퍼지 단계와 배기 단계 사이의 과도기 중에, 서지가 특히 예상치 못하게 발생될 수 있다. 논의되는 바와 같이, 본원 발명은, 저속 동작 중에 그리고 배기 및 퍼지 단계 중에 그리고 각각의 단계 사이의 과도기 중에 서지를 피하도록 특별히 디자인된 속력 제어를 제공한다.

본원 발명은 진공 압력 순환 흡착 장치 내에서 원심 압축기 동작의 속력을 제어하는 방법을 제공한다. 원심 압축기는 가변 주파수 구동부에 의해서 제어되는 전기 모터에 의해서 직접적으로 구동된다. 이와 관련하여, 여기에서 그리고 청구항에서 사용된 바와 같은 "전기 모터"라는 용어는 고속 영구 자석 모터 또는 고속 유도 모터를 의미한다. 그러한 방법과 관련하여, 원심 압축기로 진입하는 가스의 유량을 지칭할 수 있는 매개변수가 측정되고 계산된다. 압축기의 배출구 대 유입구 압력의 압력 비율이 또한 측정되고 계산된다. 원심 압축기의 최적의 속력이 압력 비율을 기초로 결정되고, 원심 압축기의 피크 효율 동작 라인을 따라서 존재한다(lie). 부가적으로, 원심 압축기가 최적 속력에서 서지 조건으로 진입하기 쉬운 매개변수의 최소의 허용가능한 값이 또한 결정된다. 최적 속력에 의해서 곱해질 때, 매개변수가 최소 허용가능 값 미만일 경우 속력을 증가시키거나, 또는 매개변수가 최소 허용가능 값 이상일 경우 속력을 감소시키는 피드 백 승수(multiplier)가 결정된다.

순수 배기 단계 및 제품 퍼지가 동반되는 배기 단계 이외에, 진공 순환 흡착 장치에 의해서 실시되는 반복 사이클에서 원심 압축기가 적어도 서지 조건과 만날 가능성이 높은 단계 중에, 전체 속력 승수가 피드백 승수와 동일하게 셋팅된다. 순수 배기 단계 및 제품 퍼지가 동반되는 배기 단계 중에, 원심 압축기가 서지 조건으로 진입할 가능성이 낮도록 배기 단계 및 퍼지가 동반되는 배기 단계 중에 속력을 증가시키는 피드 포워드(feed forward) 승수를 피드 백 승수에 곱하는 것에 의해서 전체 속력 승수가 계산된다. 이때, 조정된 속력은 전체 속력 승수를 최적 속력에 곱하는 것에 의해서 계산된다. 적어도 조정된 속력을 지칭할 수 있는 제어 신호가 생성되고 가변 주파수 구동부로 입력되고, 그에 따라 전기 모터 및 그에 따른 원심 압축기가 조정된 속력으로 동작한다. 여기에서 그리고 청구항에서 사용된 바와 같이, "순수 배기 단계"라는 용어는, 흡착제 베드가 흡착 베드의 하단부로부터 배기되고, 가스가 흡착제 베드 내로 도입되지 않도록 또는 흡착 베드의 상단부로부터 배출되지 않도록 밸브들이 셋팅된, 진공 압력 순환 흡착 프로세스의 단계를 의미한다는 것을 주목하여야 한다. 또한, 여기에서 그리고 청구항에서 사용된 바와 같이, "제품 퍼지가 동반되는 배기 단계"라는 용어는, 흡착제 베드가 흡착 베드의 하단부에서 배기에 그리고 베드 상단부로의 제품 가스, 예를 들어 산소의 도입에 노출되는 진공 압력 순환 흡착 프로세스의 단계를 의미한다.

전술한 바와 같은 그리고 청구항에 기술된 바와 같은 서지 방지 속력 제어 방법 및 시스템은, 단일 압축기가 압축 가스를 흡착 베드로 피딩하는 역할을 하고 흡착 베드의 재생 중에 흡착 베드를 배기하는 역할을 하는, 또는 피드 압축기가 압축 가스를 장치의 흡착 베드로 피딩하기 위해서 이용되고 배기 압축기가 흡착 베드로부터 가스를 배기하는데 있어서 이용되는, 장치에서 마찬가지로 적용될 수 있다. 이와 관련하여, 배기 압축기가 이용될 경우, 상기의 서지 방지 제어 전략을 이용하는 원심 압축기가 존재할 것이다. 피드 압축기는 그러한 장치에서 원심 압축기가 아닐 수 있을 것이고, 그에 따라 그러한 서지 방지 제어가 적용되지 않을 것이다. 논의되는 바와 같이, 피드 압축기가 원심 압축기인 경우에, 서지 방지 속력 제어의 요소가 그의 제어를 위해서 이용될 수 있다.

일반적으로, 본원 발명은, 순수 배기 단계 및 제품 퍼지가 동반되는 배기 단계 이외에, 원심 압축기가 적어도 서지 조건을 만날 가능성이 높은 경우에, 전체 속력 승수가 피드 백 승수와 동일하게 셋팅되도록 고려된 것임을 이해할 수 있을 것이다. 본원 발명은, 서지 조건과 마주치게 될 가능성이 낮은 반복 사이클 내의 지점에서, 가변 주파수 구동부로 입력되는 제어 신호가 전기 모터로부터 파워를 제거하는 효과를 가질 것이라는 것을 특히 고려한다. 이와 관련하여, 진공 압력 순환 흡착 프로세스는, 흡착제 베드에 압축 가스를 피딩하기 위해서 그리고 흡착제 베드로부터 가스를 배기하기 위해서 단일 압축기를 이용할 수 있다. 그러한 경우에, 반복 사이클은 제품 퍼지가 동반되는 배기 단계에 후속하는 평형화가 동반되는 피드 단계, 평형화가 동반되는 피드 단계에 후속하는 제품 가압화가 동반되는 피드 단계, 및 평형화 단계 후에 순수 배기 단계를 포함할 수 있다. 평형화가 동반되는 피드 단계, 평형화 단계 및 제품 재가압화가 동반되는 피드 단계의 시작 중에, 제어 신호는 비-동작 속력을 지칭할 수 있을 것이고, 그에 따라 제어 신호가 가변 주파수 구동부로 입력될 때, 전력이 전기 모터에 인가되지 않는다. 그러나, 압력 비율의 미리 결정된 압력 비율이 제품 재가압화가 동반되는 피드 단계 중에 얻어질 때, 제어 신호는 다시 조정된 속력을 지칭할 수 있고, 그에 따라 전기 모터 및 그에 따른 압축기가 조정된 속력으로 동작한다. 그러나, 본원 발명은 또한, 첨부된 청구항에서, 순수 배기 단계 및 제품 퍼지가 동반되는 배기 단계 이외의, 반복 사이클의 단계에서, 전체 속력 승수가 피드 백 승수와 항상 같도록 셋팅되고 제어 신호가 항상 조정된 속력을 지칭할 수 있는 실시예를 커버하도록 의도되고 고려된 것임을 주목하여야 할 것이다. 또한, 전용 피드 및 배기 압축기를 이용하는 복수-흡착제 베드 장치에서, 반복 사이클은 제품 퍼지가 동반되는 배기 단계 이후에 하강(falling) 압력 평형화 단계 및 상승 압력 평형화 단계를 포함할 수 있다. 하강 압력 평형화 단계 및 상승 압력 평형화 단계 중에, 제어 신호는 비-동작 속력을 지칭할 수 있을 것이고, 그에 따라 전력이 배기 압축기를 구동하는 전기 모터에 인가되지 않는다. 미리 결정된 압력 비율이 하강 압력 평형화 단계 중에 얻어질 때, 제어 신호는 다시 조정된 속력을 지칭하도록 셋팅되고, 그에 따라 배기 압축기가 조정된 속력에서 동작한다.

피드 백 승수가 결정될 때마다, 피드 백 승수가 저장될 수 있다. 매개변수가 최소 허용가능 값보다 작을 때, 피드 백 승수의 최후에 저장된 값에 속력 교정 인자를 부가하는 것에 의해서 피드 백 승수가 결정된다. 매개변수가 최소 허용가능 값보다 크거나 그와 같을 때, 피드 백 속력 승수는, 피드 백 승수의 최후로 저장된 값을 비례(proportionality) 상수로 나누는 것에 의해서 계산된다. 비례 상수는, 피드 백 승수의 최후로 저장된 값이 1.0 이상일 때 1.0 초과의 값과 같도록, 또는 피드 백 승수의 최후로 저장된 값이 1.0 미만일 때 1.0이 되도록 셋팅된다.

피드 포워드 승수는 압력 비율의 함수일 수 있다. 함수는, 원심 압축기가 배기 단계와 퍼지 단계 사이의 과도기 중에 서지 조건으로 진입할 가능성이 높은 미리 결정된 압력 비율에서 또는 상기 미리 결정된 압력 비율 직전에서 피드 포워드 승수의 최대 값을 가질 수 있다. 그 함수는 최대 값보다 큰 또는 그보다 작은 압력 비율에서 감소하는 피드 포워드 승수의 값을 가질 것이다. 최대 값은, 최대 값에 미리 결정된 압력 비율에서의 최적의 속력을 곱할 때, 결과적인 속력이 원심 압축기가 서지 조건으로 진입하는 것을 방지하도록, 미리 선택된 크기를 가진다. 그러한 함수는 가우스 함수일 수 있다.

매개변수는, 원심 압축기의 슈라우드(shroud) 내에 존재하고 그의 임펠러에 연속적으로 근접하는 2개의 지점에서 측정된 압력 차이일 수 있다. 각각의 시간 간격 중에, 압력 차이의 현재의 값으로부터 최소 허용가능 값을 차감하는 것에 의해서 압력 차이 오류가 계산되고 저장된다. 피드 백 승수의 속력 교정 인자는, 비례 항(term)을 적분(integral) 항에 부가하는 것을 포함하는 비례 적분 제어를 통해서 각각의 시간 간격 중에 계산되고, 비례 항은, 압력 차이 오류와 이전 시간 간격에서 계산된 이전 압력 차이 오류 사이의 차이를 이득 인자에 곱하고 그 차이를 시간 간격으로 나누는 것에 의해서 계산된다. 적분 항은, 적분 리셋 시간으로 이득 인자를 나누고 결과적인 몫(quotient)에 압력 차이 오류를 곱하는 것에 의해서 계산된다.

본원 발명은 또한 진공 압력 순환 흡착 장치 내에서 동작하고 가변 주파수 구동부에 의해서 제어되는 전기 모터에 의해서 직접적으로 구동되는 원심 압축기의 속력을 제어하기 위한 제어 시스템을 제공한다. 제어 시스템은 원심 압축기로 진입하는 가스의 유량을 지칭할 수 있는 매개변수를 감지하기 위한 수단을 구비한다. 압력 변환기는, 원심 압축기의 유입구 및 배출구에서 압력을 감지하도록 배치된다.

매개변수 감지 수단, 압력 변환기 및 진공 압력 순환 흡착 장치에 의해서 실행되는 반복 사이클의 단계에 응답하는 제어기가 제공된다. 제어기는, 원심 압축기의 배출구 대 유입구의 압력의 압력 비율을 계산하도록 프로그래밍된 제어 프로그램을 가진다. 제어 프로그램은 또한 압력 비율을 기초로 원심 압축기의 최적 속력을 결정하며 최적 속력은 원심 압축기의 피크 효율 동작 라인을 따라서 존재한다. 원심 압축기가 최적 속력에서 서지 조건으로 진입할 가능성이 높은 매개변수의 최소 허용가능 값이, 최적 속력에 의해서 곱해질 때, 매개변수가 최소 허용가능 값 미만일 경우 속력을 증가시키거나, 또는 매개변수가 최소 허용가능 값 이상일 경우 속력을 감소시키는, 피드 백 승수와 함께 제어기에 의해서 결정된다. 전체 속력 승수는, 순수 배기 단계 및 제품 퍼지가 동반되는 배기 단계 이외에, 원심 압축기가 서지 조건으로 적어도 진입할 가능성이 높은 반복 사이클의 단계 중에 피드 백 승수와 같도록 셋팅된다. 전체 속력 승수는, 순수 배기 단계 및 제품 퍼지가 동반되는 배기 단계 중에 피드 백 승수와 피드 포워드 승수의 산술적인 곱과 동일하도록 셋팅되고, 이는 원심 압축기가 서지 조건으로 진입할 가능성이 낮도록 속력을 증가시킬 것이다. 최적 속력에 전체 속력 승수를 곱하는 것에 의해서, 조정된 속력이 계산된다.

제어 프로그램에 응답하는 그리고 전기 모터 및 그에 따른 원심 압축기의 속력이 제어 신호에 응답하여 제어되도록 가변 주파수 구동부로의 입력으로서의 역할을 할 수 있는 제어 신호를 생성하도록 제어기가 구성된다. 제어 신호는 조정된 속력을 적어도 지칭할 수 있고, 그에 따라 전기 모터 및 그에 따른 원심 압축기가 조정된 속력으로 동작한다.

전술한 바와 같이, 시스템은, 진공 압력 순환 흡착 장치의 흡착 베드에 압축 가스를 피딩하기 위한 피드 압축기 및 흡착 베드로부터 가스를 배기하는데 이용되는 배기 압축기를 이용하는 진공 압력 순환 흡착 장치에 적용가능하다. 그러한 경우에, 배기 압축기는 원심 압축기에 의해서 형성된다. 다른 원심 압축기가 피드 압축기를 형성하는데 있어서 이용되거나 이용되지 않을 수 있을 것이다.

진공 압력 순환 흡착 장치는 흡착제 베드에 압축 가스를 피딩하기 위해서 그리고 흡착제 베드로부터 가스를 배기하기 위해서 단일 압축기를 이용할 수 있다. 그러한 경우에, 반복 사이클이, 제품 퍼지가 동반되는 배기 단계에 후속하는 평형화가 동반되는 피드 단계, 평형화가 동반되는 피드 단계에 후속하는 제품 재가압화가 동반되는 피드 단계, 및 평형화 단계 후에 순수 배기 단계를 포함할 수 있다. 제어 프로그램은, 가변 주파수 구동부가 전기 모터로부터 전력을 제거하게 될 비-동작 속력 생성하도록 프로그래밍될 수 있고, 제어 신호는 제어 프로그램에 의해서 생성될 때 비-동작 속력을 지칭할 수 있다. 평형화가 동반되는 피드 단계, 평형화 단계 및 제품 재가압화가 동반되는 피드 단계의 개시 중에, 제어 프로그램은 비-동작 속력을 생성하고, 그에 따라 제어 신호가 가변 주파수 구동부로 입력될 때, 전력이 전기 모터에 인가되지 않는다. 또한, 압력 비율의 미리 결정된 압력 비율이 제품 재가압화가 동반되는 피드 단계 중에 얻어질 때, 제어 신호가 다시 조정된 속력을 지칭할 수 있고, 그에 따라 전기 모터 및 그에 따른 압축기가 조정된 속력으로 동작하도록, 제어 프로그램이 프로그래밍된다. 전용 배기 압축기를 이용하는 진공 압력 순환 흡착 장치의 경우에, 반복 사이클이 제품 퍼지가 동반되는 배기 단계에 후속하여 하강 압력 평형화 단계 및 상승 압력 평형화 단계를 포함할 수 있다. 그러한 경우에 제어 프로그램은, 가변 주파수 구동부가 전기 모터로부터 전력을 제거하게 될 비-동작 속력을 생성하도록 프로그래밍되고, 제어 신호는, 제어 프로그램에 의해서 생성될 때, 비-동작 속력을 지칭할 수 있다. 하강 압력 평형화 단계 및 상승 압력 평형화 단계 중에, 제어 프로그램은 비-동작 속력을 생성하고, 그에 따라 제어 신호가 가변 주파수 구동부로 입력될 때, 배기 압축기를 구동하는 전기 모터에 전력이 인가되지 않는다. 압력 비율의 미리 결정된 압력 비율이 하강 압력 평형화 단계 중에 얻어질 때, 제어 신호가 다시 조정된 속력을 지칭할 수 있도록, 그에 따라 전기 모터 및 그에 따른 배기 압축기가 조정된 속력으로 동작하도록, 제어 프로그램이 또한 프로그래밍된다.

피드 백 승수가 결정될 때마다, 피드 백 승수가 저장되도록 제어 프로그램이 또한 프로그래밍될 수 있다. 그러한 프로그래밍에 따라서, 매개변수가 최소 허용가능 값 미만일 때, 피드 백 승수의 최후에 저장된 값에 속력 교정 인자를 부가하는 것에 의해서 피드 백 승수가 결정된다. 매개변수가 최소 허용가능 값 이상일 때, 피드 백 속력 승수는, 피드 백 승수의 최후에 저장된 값을 비례 상수로 나누는 것에 의해서 결정된다. 비례 상수는, 피드 백 승수의 최후로 저장된 값이 1.0 이상일 때 1.0 초과의 값과 같도록, 또는 피드 백 승수의 최후로 저장된 값이 1.0 미만일 때 1.0이 되도록 셋팅된다.

피드 포워드 승수가 압력 비율의 함수가 되도록 제어 프로그램이 또한 프로그래밍될 수 있다. 그러한 함수는, 원심 압축기가 배기 단계와 퍼지 단계 사이의 과도기 중에 서지 조건으로 진입할 가능성이 높은 미리 결정된 압력 비율에서 또는 상기 미리 결정된 압력 비율 직전에서 피드 포워드 승수의 최대 값을 가진다. 피드 포워드 승수는 최대 값보다 큰 또는 그보다 작은 압력 비율에서 감소하는 피드 포워드 승수의 값을 가진다. 최대 값은, 최대 값에 미리 결정된 압력 비율에서의 최적의 속력을 곱할 때, 결과적인 속력이 원심 압축기가 서지 조건으로 진입하는 것을 방지하도록, 미리 선택된 크기를 가진다. 그러한 함수는 가우스 함수일 수 있다.

매개변수 감지 수단은, 원심 압축기의 슈라우드 내에 존재하고 그의 임펠러에 연속적으로 근접하는 2개의 지점에 배치되는 2개의 추가적인 압력 변환기를 포함할 수 있다. 그러한 경우에, 제어 프로그램은, 2개의 추가적인 압력 변환기에 의해서 측정된 압력으로부터 압력 차이를 계산하도록 프로그래밍된다. 매개변수는 압력 차이이다. 그러한 경우에, 각각의 시간 간격 중에, 압력 차이의 현재의 값으로부터 최소 허용가능 값을 차감하는 것에 의해서 압력 차이 오류가 계산되고 저장되도록, 제어 프로그램이 프로그래밍될 수 있다. 피드 백 승수의 속력 교정 인자는, 비례 항을 적분 항에 부가하는 것을 포함하는 비례 적분 제어를 통해서 각각의 시간 간격 중에 계산된다. 비례 항은, 압력 차이 오류와 이전 시간 간격에서 계산된 이전 압력 차이 오류 사이의 차이를 이득 인자에 곱하고 그 차이를 시간 간격으로 나누는 것에 의해서 계산된다. 적분 항은, 적분 리셋 시간으로 이득 인자를 나누고 결과적인 몫에 압력 차이 오류를 곱하는 것에 의해서 계산된다.

출원인이 그들의 발명으로 간주하는 청구 대상을 구분되게 그리고 특별하게 나타내는 청구항으로 명세서가 결론지어지지만, 첨부 도면과 관련하여 검토할 때 발명이 보다 잘 이해될 것으로 생각한다.
도 1은 본원 발명에 따른 프로세스를 실시하기 위한 진공 압력 순환 흡착 장치의 개략도이다.
도 2는 도 1에서 사용된 압축기를 구동하는데 있어서 이용되는 모터로 인가된 파워 및 속력의 예시적인 도면이다.
도 3은 도 1에서 채용된 제어기에서 이용된 속력 제어 프로그래밍의 논리도이다.
도 4는 압력 비율 대 압축기를 통한 질량 유동에 대해서 그래프화된 피크 효율 동작 라인을 도시하는 압축기 맵의 예시적인 곡선이다.
도 5는 도 1에서 채용된 제어기의 제어 프로그래밍에서 이용되는 피드 포워드 속력 승수의 가우스 곡선이다.
도 6은 본원 발명에 따른 프로세스를 실시하기 위한 흡착제 베드와 함께 전용 피드 압축기 및 배기 압축기를 이용하는 진공 압력 순환 흡착 장치의 개략도이다.
도 7은 도 6에서 이용된 피드 압축기의 구동에서 이용되는 모터에 적용되는 파워 및 속력의 예시적인 도면이다.
도 8은 도 6에서 이용되는 배기 압축기를 구동하는데 있어서 이용되는 모터에 적용되는 파워 및 속력의 예시적인 도면이다.

도 1을 참조하면, 산소 제품을 생산하도록 디자인된 진공 압력 순환 흡착 장치(1)가 도시되어 있다. 비록 진공 압력 순환 흡착 장치(1)가 단일 베드 디자인이지만, 이는 설명의 목적을 위한 것이고 본원 발명이 흡착제 베드 또는 베드들을 가압 및 배기하도록 디자인된 단일 또는 복수 압축기를 이용하는 복수 베드 디자인에도 동일하게 적용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본원 발명은, 이산화탄소, 질소, 수소 또는 헬륨과 같은 다른 제품을 생산하도록 디자인된 진공 압력 순환 흡착 장치에도 마찬가지로 적용될 수 있다. 따라서, 진공 압력 순환 흡착 장치(1)가 여기에서 단지 예시적인 목적을 위해서 도시되고 설명된다.

진공 압력 순환 흡착 장치(1)는 미립자를 필터링하기 위한 필터를 포함하는 유입구(10)를 통해서 공기를 인입한다(draw). 결과적인 공기 피드 스트림은 압축 열을 제거하기 위한 애프터 쿨러(after cooler)(14)를 가지는 압축기(12)에 의해서 인입된다. 결과적인 압축된 피드 스트림이, 산소 제품 스트림(20)이 인출될 수 있는 산소 서지 탱크(18) 내로 도입되는 산소 제품을 생산하기 위해서 주지의 LiX 흡착제를 포함할 수 있는 흡착제 베드(16)로 도입된다. 압축기(12)는, 또한 설명되는, 제어기(42), 즉 "PLC"에 의해서 조정된 속력 신호가 생성되는 전술한 가변 주파수 구동부(40)에 의해서 속력이 제어되는 가변 속력 영구 자석 모터(38)에 의해서 직접적으로 구동된다는 것을 주목하여야 한다. 이와 관련하여, 전술한 바와 같이, 본원 발명은 또한 고속 유도 모터에 적용될 수 있다.

흡착제 베드(16)는 7개의 단계를 가지는 산소 제품 스트림의 생산에서 반복 사이클에 노출된다. 단계 중 제1 단계에서, 흡착 베드(16)가 피드 공기로 그리고 압축기(12)의 이용으로 하단부로부터 그리고 회수 탱크(22)로부터 전달되는 평형화 가스로 상단부로부터 동시적으로 가압되는 평형화가 동반되는 피드 단계가 실시된다. 이러한 것을 달성하기 위해서, 밸브(24 및 26)가 개방 위치로 셋팅되고, 밸브(28, 30 및 34)는 폐쇄 위치로 셋팅되고 그리고 밸브(36)는 부분적으로 개방된 위치로 셋팅된다. 부가적으로 도 2를 참조하면, 이하에서 설명되는 최종 단계 7로부터의 감속으로 인해서 압축기(12)의 속력이 하강되는 것을 볼 수 있다. 도 2에서, 단계 번호는 특별한 단계의 종료를 나타낸다는 것을 주목하여야 한다. 임의 경우에, 그러한 단계의 목적은 흡착제 베드(16)가 점진적으로 동작 압력이 되도록 허용하기 위한 것이다.

단계 1의 종료에서, 밸브(36)를 폐쇄하고 밸브(34)를 부분적으로 개방하는 것에 의해서, 제품 가압화가 동반되는 피드 단계인 단계 2가 개시된다. 이러한 단계 중에, 고순도 제품이 산소 서지 탱크(18)로부터 이제 흡착제 베드(16)로 공급되는 한편, 흡착제 베드(16)는 압축기(12)를 이용하여 하단부로부터 가압된다. 도 2에서 가장 잘 확인되는 바와 같이, 단계 2의 종료에서 흡착제 베드(16)는, 흡착이 단계 3에서 시작되는 동작 압력까지 도달한다. 단계 2 동안에, 압력이 증가함에 따라, 압축기 속력이 최소치로부터 상승하기 시작한다.

피드만 이루어지는 단계인 단계 3에서, 밸브(28, 30, 34 및 36)가 이제 폐쇄된 위치로 셋팅되는 한편, 흡착제 베드는 압축기(12)에 의해서 추가적으로 가압되어, 흡착제 베드(16) 내에서 질소가 흡착되게 한다. 단계 3 동안에, 흡착제 베드(16) 내의 압력과 같이, 압축기의 속력이 점진적으로 증가된다. 단계 3에 후속하여 피드 및 생산 단계 4가 이어지고, 그러한 단계 4에서, 흡착제 베드(16) 내의 압력과 같이, 압축기(12)의 속력이 증가된다. 단계 4 중에, 밸브(34)가 개방되고 산소 제품이 산소 서지 탱크(18) 내로 유동한다.

생산 후에, 평형화 단계를 구성하는 단계 5로 시작하는 일련의 단계에서 흡착제 베드가 재생된다. 단계 5, 즉 평형화 단계는 파워 공급되지 않는 상태에서의 압축기(12)로 시작되고 그에 따라 압축기(12)의 속력이 흡착제 베드 내의 압력과 함께 하강되기 시작한다. 평형화 가스가 부분적으로 개방된 밸브(36)에 의해서 흡착제 베드(16)의 상단부로부터 회수 탱크(22)로 환기된다. 단계 5의 종료에서, 순수 배기 단계인 단계 6이 시작되고, 여기에서 밸브(36)를 폐쇄하고 밸브(28 및 30)를 개방하는 것에 의해서 흡착제 베드가 배기되기 시작한다. 이제 압축기는 진공 펌프로서 작용하고 흡착제 베드(16)로부터 폐질소를 제거하고 환기 소음기(silencer)(39)를 통해서 폐질소를 방출한다. 단계 7에서, 밸브(36)를 부분적으로 개방하는 것에 의해서 배기가 산소 퍼지로 계속된다. 이는, 여기에서 그리고 청구항에서 제품 퍼지가 동반되는 평형화 단계로서 지칭된다. 단계 7로부터, 전술한 바와 같은 밸브를 개방하는 것에 의해서 단계 1을 시작함으로써, 사이클이 계속된다.

진공 압력 순환 흡착 시스템의 전술한 동작은 통상적이다. 그러나, 참고를 위해서, 이하의 표는 전술한 단계 1-7의 각각의 단계 중의 밸브 위치를 나타낸다.

비록 도시하지는 않았지만, 밸브는, 입력 및 시간을 기초로 단계마다 진행되도록 프로그래밍될 수 있는 프로그램 가능 로직 제어기에 의해서 제어될 수 있을 것이다. 예를 들어, 단계 1 및 단계 2가 시간 간격의 경과시에 종료되는 시간 기반의 단계일 수 있다. 단계 1 및 단계 2의 시간 기간은, 흡착이 실시될 동작 압력까지 흡착제 베드(16)가 도달하게 하는 흡착제 베드(16) 내의 희망 압력을 달성하도록 셋팅된다. 단계 3 및 4는 압력 기반일 수 있고, 베드 압력이 흡착제의 질소 흡착을 위한 최적 압력인 흡착 압력 셋트 포인트에 있을 때 종료된다. 단계 5는 다시 시간 기반일 수 있고, 여기에서 시간 간격은 흡착제 베드 내의 희망 저압을 달성하도록 그리고 추후의 퍼지 및 평형화 목적을 위해서 회수 탱크(22)로 대략적으로 희망하는 가스를 전송하도록 셋팅된다. 단계 6은 전형적으로 최적 흡착 압력이 얻어지는 압력 기반의 단계이고, 단계 7은 흡착제 베드(16)의 재생을 위한 충분한 탈착을 보장하도록 셋팅된 시간 기반 단계이다.

비록 이제까지 단일 베드 진공 압력 순환 흡착 프로세스를 참조하여 본원 발명을 설명하였지만, 본원 발명은 복수 베드 프로세스에도 동일하게 적용될 수 있다. 당업자에게 공지된 바와 같이, 복수 베드 프로세스가 실시되었던 경우에, 회수 탱크(22) 대신에, 평형화 가스가 하나의 흡착제 베드로부터 환기되고 다른 흡착제 베드 내로 도입될 수 있을 것이다. 생산이 계속적일 것이기 때문에, 산소 서지 탱크(18)는, 설명된 단일 베드 장치 및 프로세스와 함께 이용된 것 보다 작은 부피일 수 있을 것이다.

본원 발명에 따라서, 프로그래밍 가능 로직 제어기("PLC")일 수 있는 제어기(42)에 의해서 생성된 제어 신호(43)에 응답하는 가변 주파수 구동부(40)에 의해서 영구 자석 모터(38)의 속력을 변화시키는 것에 의해서, 압축기(12)의 속력이 제어된다. 제어기(42)가 상기 표에 기재된 밸브 시퀀스를 제어하는데 이용되는 제어기로 통합될 수 있을 것이고, 또는 밸브 시퀀스 제어기에 응답하는 그리고 특히 이하에서 설명될 목적을 위해서 밸브 시퀀스 제어기에 의해서 실행되는 정확한 단계에 응답하는 분리된 제어기일 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 가변 주파수 구동부(40) 및 영구 자석 모터(38)는 다양한 공지된 제조자들로부터 획득할 수 있고, 용이하게 입수가 가능하다. 본원 발명이 고속 유도 모터에도 동일하게 적용가능하다는 것을 주목하여야 할 것이다.

제어기(42)는, 미국 위스콘신 밀워키에 소재하는 Rockwell Automation으로부터 입수할 수 있는 RSLogix 500 소프트웨어 또는 균등물을 이용하여 프로그래밍된 Allen Bradley SLC 5/05 프로세서일 수 있다. 제어기(42) 내의 프로그램은 미리 결정된 반복 시간 간격 중에 계속적으로 실행된다. 제어기(42)는 압력 변환기(44, 46 및 48)에 의해서 바람직하게는 온도 변환기(50)에 의해서 생성되고 적절한 전기 연결부(45, 47, 49 및 51) 각각에 의해서 전송되는 신호에 응답한다. 부가적으로, 반복 사이클이 진공 압력 순환 흡착 장치(1)에 의해서 실행되는 실제의 현재 단계를 포함하는 제어기(42)에 대한 입력으로서의 역할을 하는 데이터 입력(52)이 제공된다. 현재 단계에 관한 이러한 데이터는, 설명되는 방식으로, 그러한 데이터에 응답하는 제어 프로그램에 대한 입력으로서의 역할을 한다. 데이터 입력(52)은, 진공 압력 순환 흡착 장치(1)에 의해서 실행되는 반복 사이클 내의 밸브를 제어하는 작용을 하는 제어기로부터 얻어질 수 있다.

도 3을 참조하면, 제어 로직이 제어 프로그램에 의해서 제어기(42) 내에서 프로그래밍된다. 프로그래밍의 제1 스테이지로서, 로직 블록(53)에 도시된 바와 같이, 밸브의 배치와 관련하여 전술한 진공 압력 순환 흡착 장치(1)에 의해서 실시되는 반복 사이클과 함께 모터(38)가 시동된다. 모터(38)의 시동시, 그것은 디자인 최대 속력의 40％를 구성하는 최소 속력으로 작동하도록 셋팅된다. 이러한 속력 이상에서, 파워가 모터로 인가되기 시작한다. 가변 주파수 구동부(40)는 서지를 피하는 조정된 속력에서 작동하도록 영구 자석 모터(38)를 제어하거나 또는 고속 영구 자석 모터(38)로의 파워를 컷팅하기 위한 제어기(42)에 의해서 생성된 제어 신호(43)에 응답하고 그에 의해서, 반복 사이클에서 요구될 때, 영구 자석 모터(38) 및 그에 따른 압축기(12)가 감속되게 한다.

이어서, 제1 단계(53) 후에, 제어기는, 바람직하게 각각 1 밀리초 미만인 미리 결정된 반복 시간 간격에 걸친 연속적인 실행을 시작한다. 단계(54)에서, 압력 차이("dP")는, 압력 변환기(46 및 48)에 의해서 측정된 지점에서 또는 임펠러에 연속적으로 근접하여 위치되는 2개의 지점 또는 위치에서 압축기(12)의 슈라우드에서 계산된다. 각각, 압력 변환기(48 및 46)에 의해서 측정된 압력 사이의 이러한 압력 차이는, 압축기(12)를 통과하는 유동을 지칭할 수 있는 매개변수를 제공한다. 이와 관련하여, 유동이 유동 변환기에 의해서 직접적으로 측정될 수 있다. 참조 번호 '56'에 의해서 표시된, 실행의 다음 로직 스테이지에서, 압축기에 걸친 압력 비율이 압력 변환기(48 및 44)에 의해서 측정된 압력 또는 다시 말해서, 배출구 및 유입구 압력 사이의 비율을 기초로 계산되고 저장된다. 압력 비율 계산 및 저장에 이어서, 현재 압력 비율이 이전의 값과 단계(57)에서 비교된다.

피크 효율 동작 라인을 따라서 존재하는 압축기(12)의 최적 속력은 로직 블록(54) 내에서 계산된 압력 비율로부터 결정된다. 이는, 이용된 특별한 압축기에 대한 압축기 성능 데이터로부터 결정된다. 도 4를 참조하면, 그러한 데이터의 예가 설명되어 있다. 이러한 속력의 정확한 결정은, 도면에서 "최고 효율 라인"으로서 지칭된, 피크 효율 동작 라인의 지점이 주지의 곡선 피팅(fitting) 기술에 따라서 피팅되는 참조용 표 또는 다항식(polynomial)으로부터 이루어질 수 있을 것이다. 이러한 곡선은 온도 변환기(50)에 의해서 측정된 온도를 기초로 약간 변화될 것임을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 곡선의 패밀리(family)를 구성하는 제어 프로그램 내에서 프로그래밍된 데이터가 존재할 수 있을 것이다. 온도가 중간 지점에 놓이는 경우에, 정확한 속력이 곡선들 사이에 내삽될 수 있거나, 동작 곡선이 유도되었던 디자인 온도에 대한 측정된 온도의 비율과 동일한 교정 인자에 의해서 곱해진다. 대안적으로, 장치(1)가 동작하는 예상 온도를 기초로 하는 단일 곡선이 존재할 수 있을 것이다. 그러한 경우에, 온도 변환기(50)로부터의 온도의 입력이 요구되지 않을 수 있을 것이다. 피크 효율 동작 라인을 가로지르는 라인은, 압력 비율이 압축기를 통한 유량과 함께 변화될 특정 속력이다. 그래프로부터 명확한 바와 같이, 임의의 특별한 속력에서, 서지가 발생될 압축기(12)를 통한 유량이 존재한다.

최적 속력이 계산된 후에, 진공 압력 순환 흡착 사이클이 단계 1 또는 단계 5의 시작에 있는지의 여부, 즉 평형화가 동반되는 피드 단계 또는 평형화 단계의 시작에 있는지의 여부가 결정되는 실행 단계(60)가 실시된다. 이러한 결정은 데이터 입력(52)으로부터 이루어진다. 만약 그러한 단계의 시작에 있다면, 단계(62)에 표시된 바와 같이, 비-동작 속력이 프로그래밍에 의해서 셋팅되고, 제어 신호(43)가 그러한 비-동작 속력을 지칭할 수 있을 것이다. 예를 들어, 이러한 속력은 모터(38)의 디자인 최대 속력의 40％일 수 있을 것이다. 이어서, 제어 신호(43)가 비-동작 속력을 지칭할 수 있을 때, 모터(38)에 대한 에너지 입력이 불능화되어, 어떠한 파워 소비도 없이 구동 트레인(모터 로터 및 압축기 임펠러)이 자유-휘일 감속되게 허용하거나 그의 최소 속력으로 진행되게 하도록, 가변 주파수 구동부(40)가 프로그래밍되거나 셋업된다. 이와 관련하여, 가변 주파수 구동부(40)는 전형적으로 어떠한 수정도 없이 그러한 기능을 하도록 셋팅된다. 이는, 반복 사이클에서 적절할 때, 파워를 컷팅하기 위해서 영구 자석 모터(38)에 대한 전원 장치를 제어하기 위한 신호를 생성하기 위해서 제어기(42) 내에서 제어 프로그램을 실행하도록 마찬가지로 프로그래밍할 수 있다고 할 수 있을 것이다. 도 4를 다시 참조하면, "전형적인 감속 라인"은, 진공 압력 순환 흡착 장치(1)에 의해서 실행되는 반복 사이클이 하강 헤드(falling head) 요건으로 인해서 압축기 속력을 감속할 것을 필요로 할 때, 압축기가 따르는 경로이다. 이는 단계 1, 단계 2의 일부 및 단계 5에서의 경우이다.

결국, 구동 트레인은 단계 2 중의 또는 다시 말해서 제품 가압화가 동반되는 피드 단계의 파워를 상승시켜야 할 것이다. 이는 하강 압력으로 시작한다. 결과적으로, 단계 2의 개시에서, 제어 신호(43)는 비-동작 속력을 지칭할 수 있게 유지된다. 그러나, 도 2를 다시 참조하면, 반복 사이클의 요건 및 영구 자석 모터(38)에 대한 파워의 인가로 인해서, 그러한 단계의 부분에 걸친 압력이 상승하기 시작한다. 전술한 동작을 실행하기 위해서 적절한 제어를 실시하기 위해서, 단계(60) 내의 로직이 부정적으로 응답한다면, 프로그램은 반복 사이클의 단계, 즉 "VPSA 단계"가 제품 가압화가 동반되는 피드 즉, 전술한 단계 2에 있는지의 여부를 결정하는 로직 블록(64)에서 표시된 테스트의 실행으로 진행한다. 다시, 이러한 테스트는 데이터 입력(52)을 기초로 실시된다. 만약 이러한 테스트가 긍정적으로 답변된다면, 로직 블록(66) 내에 도시된 추가적인 테스트의 실행을 위해서 제어 프로그램의 실행이 진행하고, 압력 변환기(48 및 44)에 의해서 측정된 바와 같은, 현재 압력 비율("P2/P1")이 제어 프로그램 내에서 이전에 프로그래밍된 "미리 결정된 "P2/P1"의 미리 결정된 압력 비율과 비교된다. 만약 현재 압력 비율이 미리 결정된 압력 비율 보다 작다면, 다시 프로그램은 블록(62)에 도시된 프로그래밍의 실행 스테이지로 진행하고 영구 자석 모터(38)가 지속적으로 감속되게 허용된다. 도시된 바와 같이, 모터(38)에 대한 파워가 컷팅된 경우에, 제어 프로그램은 실행 스테이지(54)로 다시 루프 연결된다(loop). 그러나, 만약 로직 블록(60 및 64)에서 기술된 바와 같은 프로그래밍에서 실시된 테스트가 부정적이라면 또는 로직 블록(66)에서 실행된 테스트가 긍정적이라면, 반복 사이클이 단계 1 또는 단계 5에 있지 않고 가능하게는, 파워가 영구 자석 모터(38)로 인가되어야 하는 단계 2에 있을 수 있을 것이다. 진공 압력 순환 흡착 사이클에 의해서 실시되는 반복 사이클의 그러한 지점에서, 압축기는 파워 공급되고 그에 따라, 서지 조건이 압축기(12)의 동작에서 발생될 수 있는 가능성 또는 그 용이성이 존재한다. 서지 조건과 마주칠 수 있는 경우 압축기(12)의 동작을 피하기 위해서, 프로그래밍 로직은 로직 블록(68)으로 시작하는 그 실행의 나머지로 진행한다.

로직 블록(68)에 의해서 도시된 바와 같은 프로그래밍의 실행에서, 로직 블록(54)에서의 계산된 압력 차이("슈라우드 dP")가 최소 dP와 비교된다. 이러한 최소 dP는, 압축기(12)가 안전 인자로 서지하게될 전체 사이클에 걸친 최소 값이 되도록 실험적으로 결정되는 값이다. 예를 들어, 만약 압축기(12)가 2인치의 물(2 inches of water)과 같은 dP에서 진공 압력 순환 흡착 장치(1)에 의해서 실시되는 반복 사이클 중의 임의 시간에 서지한다면, 2인치의 물에 15％를 곱하여 최소치를 획득한다. 이에 대한 대안은, 설명된 도 4에서 예로서 도시된 바와 같은 압축기의 압축기 맵으로부터의 최적 속력 계산과 함께 단계(58)에서 dP에서 결정된다.

로직 블록(68)의 실행은 중요한 단계인데, 이는 만약 압축기를 통한 유량이 최소치 보다 적다면, 압축기(12)가 서지로 진입할 위험이 존재하기 때문이다. 그러나, 만약 로직 블록(54)에서 얻어진 계산된 현재 압력 차이(dP)가 최소치 이상이라면, 압축기가 서지로 진입할 가능성이 낮다. 그러나, 로직 블록(54)으로부터의 계산된 압력 차이가 그러한 최소치 미만이 아닌 경우에, 단계(70)에서 표시된 바와 같이, 피드 백 속력 승수는 제어 프로그램의 이전의 실행에서 결정된 피드 백 승수("SM_FB")의 최후로 저장된 값을 비례 상수로 나누는 것에 의해서 계산된다. 비례 상수는, 피드 백 승수의 최후로 저장된 값이 1.0 이상일 때 1.0 초과의 값, 예를 들어 1.04와 같도록 셋팅된다. 그러한 비례 상수의 정확한 값은 실험을 통해서 결정되고 튜닝(tuning) 인자로서 고려될 수 있다. 그러나, 피드 백 승수의 최후로 저장된 값이 1.0 미만일 때 비례 상수는 1.0이 되도록 단순 셋팅된다. 그러한 피드 백 승수에 로직 블록(58)에 의해서 도시된 실행 스테이지에서 계산된 최적 속력을 곱할 때, 이러한 것의 효과는 비례 상수의 이용에 의한 약간의 속력 감소 또는, 그러한 최후에 저장된 피드 백 승수가 1.0 미만일 때 최후에 저장된 피드 백 승수의 인자에 의한 속력의 추가적인 감소가 될 것이다. 그러나, 만약 단계(54)에서 측정된 압력 차이가 최소 압력 차이 미만이라면, 로직 블록(72)에 표시된 바와 같이, 속력 증가의 효과를 가지게 될 새로운 피드 백 승수가 계산될 것이다. 로직 블록(72)에서 고려되는 계산이 피드 백 승수의 최후에 저장된 값, 속력 교정 인자로 부가된다. 그러한 속력 교정 인자가 일정할 수 있지만, 바람직하게, 속력 교정 인자는 비례 항 및 적분 항을 포함한다. 각각의 프로그램의 실행 중에, 로직 블록(54)에서 계산된 압력 차이의 현재 값으로부터 최소 허용가능 값을 차감하는 것에 의해서 압력 차이 오류가 계산되고 저장된다. 비례 항은 압력 차이 오류와 제어 프로그램의 이전의 실행 또는 이전 시간 간격에서 계산된 이전의 압력 차이 오류 사이의 차이를 이득 인자에 곱하는 것 및 시간 간격으로 그 차이를 나누는 것에 의해서 계산된다. 이러한 이전의 압력 차이 오류는 현지 압력 차이 오류의 계산 및 저장 이전에 로직 블록(54)으로부터 판독된 저장된 값으로부터 얻어진다. 적분 항은 적분 리셋 시간으로 이득 인자를 나누고 결과적인 그 몫에 현재 압력 차이 오류를 곱하는 것에 의해서 계산된다.

전술한 내용은 이하의 식으로 설명될 수 있다:

;

여기에서: SMFB_i = 피드 백 속력 승수; SMFB_i _-1= 피드 백 속력 승수의 이전에 저장된 값, K_c는 이득이고; ε_i 는 압력 차이 오류이고; ε_i-1 은 압력 차이 오류의 최후에 저장된 값이고; τ_I 는 적분 리셋 시간이고 t는 제어 프로그램의 실행 시간 간격이다. 그에 따라, 비례-적분 속력 제어가 여기에서 실행되고 "이득" 및 "적분 리셋 시간"은 당업계에 공지된 방식으로 실험적으로 결정될 단순히 공지된 튜닝 인자이다.

다음 프로그램 실행은 단계(74)로 진행하고, 여기에서 프로그램은 전술한 진공 압력 순환 흡착 장치(1)에 의해서 실행되는 반복 사이클의 현재 단계가 배기 단계 또는 퍼지가 동반되는 배기 단계인지를, 또는 다시 말해서 배기 또는 제품 퍼지가 동반되는 배기 단계를 포함하는 단계 6 또는 7에 있는지의 여부를 테스트한다. 만약, 진공 압력 순환 흡착 프로세스가 이러한 단계 중 어느 단계도 아니라면, 피드 포워드 속력 승수가 참조 번호 '76'에 의해서 표시된 프로그램의 로직 블록 내에서 표시된 바와 같이 1.0에서 셋팅되고, 단계(70 및 72)에서 결정된 피드 백 속력 승수에 1.0을 곱하는 것에 의해서 전체 속력 승수가 단계(78)에서 계산된다. 다시 말해서, 그러한 경우에, 전체 속력 승수가 피드 백 속력 승수와 같다.

로직 블록(74)에서 실시된 테스트가 긍정적인 경우에, 배기 단계 또는 퍼지가 동반되는 배기 단계 중에 그리고 이러한 2개의 단계들 사이의 과도기 근처에 또는 과도기에 놓이는 특히 진공 압력 순환 흡착 사이클 중의 지점에서 서지를 방지하게 될, 피드 포워드 속력 승수가 단계(80)에서 계산된다. 여기에서 발명자가 잘 이해하지는 못하지만, 실무적으로, 동작의 해당 지점에서 서지로 진입하는 압축기(12)의 특별한 위험이 존재한다는 것을 발견하였다. 임의 경우에, 도 5를 참조하면, 단계(56)에서 계산된 현재 압력 비율 값에 의존하여, 서지를 방지할 그러한 압력 비율에 의존하는 피드 포워드 승수가 결정될 것이다. 이러한 피드 포워드 승수에 피드 백 속력 승수를 곱할 때, 그 효과는, 피드 백 속력 승수 만으로부터 얻어질 수 있는 것보다, 단계(76)에서 계산된 전체 속력 승수를 증가시키는 것이 될 것이다.

전체 속력 승수가 단계(78)에서 계산된 후에, 조정된 속력을 획득하기 위해서 단계(58)에서 계산된 최적 속력에 전체 속력 승수("SM_r")를 곱하는 것에 의해서 조정된 최적 속력이 로직 블록(82)에서 계산된다. 이어서, 이러한 조정된 속력은, 단계(84)에서 도시된 바와 같이 가변 주파수 구동부(40) 내의 속력을 셋팅하기 위해서 이용된다. 이와 관련하여, 제어기(42)는, 제어 프로그램에 의해서 결정된 조정된 속력의 값에 응답하여, 그러한 조정된 속력을 지칭할 수 있는 제어 신호(43)를 생성한다. 이어서, 이러한 제어 신호(43)는, 가변 주파수 구동부(40) 내에서 셋팅된 속력을 수정할 수 있는 입력으로서의 역할을 할 것이다. 다른 가능성은, 가변 주파수 구동부가 제어기(42)에 의해서 생성된 조정된 속력의 출력을 판독하도록 프로그래밍될 수 있다는 것일 수 있을 것이다. 임의 경우에, 단계(54) 실행으로의 다시 루핑되는 것에 의해서 재-발생 실행 시간의 경과 후에 프로그래밍은 그 다음 실행으로 진행한다.

도 2를 다시 참조하면, 본원 발명의 속력 제어 배경의 전략은 기본적으로, 대부분의 경우에 도 3에 도시된 그의 피크 효율 동작 라인에서 압축기(12)를 동작시킬 압력 비율을 기초로 하는 속력을 획득하는 것이다. 구체적으로, 진공 압력 순환 흡착 프로세스에서의 제7 단계의 종료에서, 압축기(12)에 걸쳐서 발생되는 압력 비율이, 여기에서 개시된 실시예에서, 약 2일 것이다. 그러나, 흡착제 베드는 음의 압력일 것이다. 평형화 탱크(22)로부터 흡착제 베드(16) 내로 평형화 가스가 유동할 때, 질소를 제거하기 위해서 그리고 흡착제의 재생을 종료시키기 위해서 베드가 배기된 단계 7로부터 베드 압력이 급격히 상승된다. 그러나, 압축기(12)에 걸친 압력 비율과 관련하여, 압력의 적어도 일부가 상승하는 동안, 파워가 영구 자석 모터(38)로부터 제거될 것이고, 도 2에 도시된 바와 같이, 이제 파워가 단계의 일부에 대해서 인가되고 압축기(12)의 속력이 감속된다. 단계 2 동안에, 가압화는 제품 가스로 계속되고 압력 변환기(48 및 44)에 의해서 감지된 바와 같은 압력 비율이 베드 압력의 증가로 인해서 증가되는 지점에 도달하고, 그에 따라 압축기(16)의 속력이 도 3에 도시된 바와 같이 피크 효율 동작 라인을 따라서 동작을 유지하도록 증가되어야 한다. 이러한 단계 중 어느 하나 중에, 만약 압축기(12)가 충분히 신속하게 가속되지 않는다면, 압력 변환기(46 및 44)에 의해서 감지되는 바와 같은 압축기를 통한 유량은 서지를 충분히 피하지 못할 수 있을 것이다. 그러한 경우에, 이는, 프로그램 실행 블록(68)에서의 테스트에 대한 긍정적인 답변이 긍정적일 수 있고 서지를 피하기 위해서 압축기의 속력을 필수적으로 증가시키는 피드 백 승수가 연산될 수 있는 상황이 될 것이다. 단계 3 및 4가 수행됨에 따라, 압축기에 걸친 압력 비율은 베드 압력의 증가로 인해서 증가된다. 그에 따라, 압축기가 속력을 높여, 피크 효율 동작 라인을 따른 증가를 획득한다. 이때, 압축기는, 서지가 발생할 수 있는 조건 근처의 임의 개소의 질량 유동에 있을 가능성이 낮고; 블록(68)에서의 문의는 부정적으로 답변될 수 있을 것이다. 이는, 최후의 값이 1.0 이상인 경우에 비례 상수로 피드 백 속력 승수를 추가적으로 감소시키는 것에 의해서 또는 피드 백 속력 승수의 최후의 값으로 속력을 더 감소시키는 것에 의해서 피크 효율 동작 라인을 향해서 압축기 속력을 역으로 감소시키는 결과를 초래할 것이다.

단계(4)의 종료 후에, 흡착제 베드(16)가 재생될 필요가 있다. 이러한 지점에서 가스가 흡착제 베드(16)로부터 평형화 탱크(22)로 배출될 수 있다. 압력 비율이 급격히 하강되고, 바람직하게, 전술한 바와 같이, 가변 주파수 구동부(40)는 로직 블록(62)에서 생성되는 비동작 속력을 지칭할 수 있는 제어 신호(43)에 반응하고 영구 자석 모터(38)로의 전력 인가를 중단한다. 모터가 언로딩된다면, 서지 이벤트가 발생될 가능성이 낮을 것이다. 그러나, 제6 단계의 시작에서, 압축기(12)는 진공 펌프로서 작용하고, 흡착제 베드(16) 내의 압력이 감소함에 따라, 압력 비율이 상승하기 시작한다. 만약 압축기를 통한 질량 유동이 충분치 않다면, 서지가 발생할 수 있을 것이다. 그러나, 이제 공격적인(aggressive) 피드 포워드 승수가 도 5의 도움으로 계산된다. 압력 변환기(48 및 44)에 의해서 측정된 바와 같이 압축기에 걸쳐 압력 비율이 증가됨에 따라, 피드 포워드 속력 승수가 약 1.7의 압력 비율에서 피크 값으로 증가된다. 이러한 압력 비율은, 서지가 발생할 가능성이 높은 압력 비율이 되도록 실험적으로 결정되고, 피드 포워드 속력 승수는 서지를 피하기 위해서 압축기의 속력을 충분히 증가시킬 값이 되도록 선택된다. 흡착제 베드(16)의 배기로 인해서 압력 비율이 추가적으로 증가함에 따라, 압력 비율이 추가적으로 증가한다. 그러나, 피드 포워드 속력 승수가 감소한다. 이에 대한 이유는, 모터 및 압축기 조합이 공기역학적 항력(drag) 및 관성 효과로 인해서 즉각적으로 반응하지 않을 것이기 때문이다. 결과적으로, 압력 비율이 증가함에 따라, 압축기의 속력이 점진적으로 증가되고 피크 후에, 속력이 점진적으로 감소되어, 압축기가 감속되게 하고 피크 효율로 복귀되게 하며, 그에 따라 영구 자석 모터에 대한 파워가 제거되는 다음 단계 1이 수행될 수 있다.

구체적으로 도 5를 참조하면, 바람직하게는, 피드 포워드 속력 승수가 이하의 식에 의해서 주어지는 가우스 함수로 피드 포워드 속력 승수의 응답이 얻어진다:

시작 + 진폭^[F/확산];

여기에서, F=(P₂/P₁-중심)² 이다. "시작(Start)"은 도 4에 도시된 곡선을 위 또는 아래로 천이시킬 것이고, "진폭(Amplitude)"은 피크를 위 또는 아래로 이동시킬 것이다. "중심(Center)"은 피크가 발생하는 압력 비율을 천이시킬 것이며, "확산(Spread)"은 곡선이 중심으로부터 부채꼴로 전개되는(fan) 레이트(rate)를 제어한다. 그에 따라, 곡선 자체가 제어 프로그램 내에서 프로그래밍될 수 있을 것이고, 또는 참조표 내의 데이터 지점이 유사하게 프로그래밍될 수 있을 것이다. 가우스 곡선에 도시된 것 대신에, 곡선이 삼각형이 될 수 있다고 할 수 있을 것이다. 덜 바람직하게, 그러나 가능하게, 단지 피드 포워드 속력 승수에 대한 곡선의 피크를 이용할 수 있을 것이다. 유사하게, 압축기를 통한 유량이 허용가능한 지점 아래로 떨어진 경우에 압축기 속력이 증가되도록 그리고 유량이 허용가능한 지점 위에서 유지되는 경우에 고정된 인자만큼 감소되도록, 피드 백 속력 승수에 대해서 고정된(fixed) 증가 인자를 이용할 수 있을 것이다. 이중 어느 것도 바람직하지 않은 이유는, 압축기의 동작의 큰 백분율이 피크 효율 동작 라인을 벗어날 것이고 그에 따라 장치(1)가 보다 많은 파워를 소비할 것이기 때문이다.

전술한 바와 같이, 매우 느린 속력에서 파워를 제거하도록 가변 주파수 구동부(40)를 프로그래밍하는 것은 또한 선택적이나, 이해할 수 있는 바와 같이, 그러한 동작은 또한 파워를 절감한다. 전술한 것 모두에서, 파워가 모터(38)로부터 결코 제거되지 않는 본원 발명의 실시예를 실시할 수 있을 것이다. 다시 말해서, 스테이지(60, 62, 64 및 66)가 없는 실시예가 가능할 것이다. 그러나, 만약 모터에 대한 파워가 불능화되지 않는다면, 가변 주파수 구동부(40)는 파워를 모터(38)로 전가하는 것에 의해서 미리 프로그래밍된 경로를 따라서 속력을 감속하려고 시도할 것이고, 그에 따라 보다 많은 파워를 소비한다. 그러나, 적어도, 본원 발명은, 압축기(12)가 적어도 서지 동작 조건과 만날 가능성이 높은, 즉, 본 사이클에서, 압축기(12)에 걸친 압력 비율이 상승하고 그에 따라 파워가 영구 자석 모터(38)로 인가될 필요가 있는 단계 2의 부분, 단계 3-4 및 단계 6 및 7의 후속 로직 블록(68-84)에 도시된 유형의 프로그래밍 로직을 고려한다.

비록, 단일 베드가 이용되고 단일 원심 압축기가 피드 압축 및 배기 역할 모두에서 작용하는 진공 압력 순환 흡착 사이클을 참조하여 본원 발명을 설명하였지만, 본원 발명의 적용은 그러한 실시예로 제한되지 않는다. 도 6을 참조하면, 사이클 중에 피드 압축기(104)가 2개의 흡착제 베드(101 및 102)로 압축 공기를 교번적으로 피딩하고 배기 압축기(106)가 흡착제 베드(101 및 102)로부터 가스를 교번적으로 배기하는 12 단계 진공 압력 순환 흡착 사이클을 2개의 흡착제 베드(101 및 102)가 거치는 진공 압력 순환 흡착 사이클을 실시하기 위한 장치(2)가 도시되어 있다. 피드 압축기(104) 및 배기 압축기(106)는, 가변 속력 구동부(112 및 114)에 의해서 제어되는 가변 속력 모터(108 및 110)에 의해서 각각 구동된다. 가변 속력 모터(108 및 110)는 영구 자석 또는 유도 모터일 수 있다. 가변 속력 구동부(112 및 114)는 모터의 속력을 제어하고 제어기(116)에 의해서 생성된 조정된 속력 신호에 응답한다. 제어기(116)는 조정된 속력 신호를 생성하고, 다시 피드 압축기(104)와 연관된 참조 번호 118, 120 및 122로 표시된 압력 변환기(P1, P2 및 PS) 및 배기 압축기(106)와 연관된 참조 번호 124, 126 및 128로 표시된 압력 변환기(P'1, P'2 및 P'S)에 의해서 생성된 신호에 응답한다. 장치(2)와 관련하여 채용된 진공 압력 순환 흡착 사이클의 설명을 단순화하기 위한 목적으로, 전술한 압력 변환기들 사이의 전기 연결 및 제어기(116)는 도시하지 않았다. 이와 관련하여, 제어기(116)는 또한, 진공 압력 순환 흡착 사이클의 단계를 제어기(116)로 표시하는 신호(129)에 응답한다. 산소 제품 스트림(20')은 그러한 사이클의 결과로서 생산된다. 모든 전술한 요소는 장치(1)에 대해서 설명된 유사한 명칭의 요소에 대한 설명과 유사하게 설명된다. 그러나, 설명되는 바와 같이, 제어기(116)의 프로그래밍을 수정하여, 피드 압축기(104) 및 배기 압축기(106)의 피드 및 배기 임무(duty)의 분리를 반영한다.

장치(2)에서 채용된 진공 압력 순환 흡착 사이클은, 미국 특허 제6,010,555호에 개시된 것이고, 흡착 베드(101)가 온-라인이고 제품을 생산하며 흡착 베드(102)가 오프-라인이고 재생되는 동작을 포함한다. 사이클 이후에, 흡착 베드(101)가 오프-라인이 되고 재생되는 한편, 흡착 베드는 온-라인이 되고 제품을 생산한다. 달리 지적한 바가 없는 경우에, 도 6에 도시된 밸브가 정상적으로 폐쇄 위치로 셋팅된다는 것을 더 주목하여야 한다.

이하는 사이클에서의 단계의 각각 중의 밸브 위치를 나타내는 표이고, 여기에서 "O"는 개방된 밸브를 나타내고, "C"는 폐쇄된 밸브를 나타내며, "P"는 부분적으로 개방된 밸브를 나타낸다

표

단계

먼저, 흡착제 베드(101)의 재가압을 포함하는 피드 단계를 참조하면, 흡착제 베드(101)는, 제1 단계에서, 평형화가 동반되는 피드 단계("FD, EU")를 거치고, 그러한 평형화가 동반되는 피드 단계에서 필터링된 공기가 유입구(118)를 통해서 인입되고 피드 압축기(104)에 의해서 압축되어 피드 공기로 하단부로부터 흡착제 베드(101)를 가압한다. 동시에, 평형화 가스가 감압 흡착 베드(102)로부터 전달된다. 그러한 목적을 위해서, 밸브(130 및 132)가 개방 위치로 셋팅되고 밸브(134)가 부분적으로 개방된 위치로 셋팅된다. 단계 2에서, 즉 제품 가압화가 동반되는 피드 단계("FD,PP")에서, 밸브(134)가 폐쇄되고 밸브(136)가 부분적으로 개방된 위치로 셋팅되어, 고순도 제품이 산소 서지 탱크(138)로부터 공급될 수 있게 허용한다. 후속 단계 3에서, 흡착제 베드(101)가 압축된 피드 공기로 하단부로부터 계속적으로 재가압되고, 상승 압력 피드 단계("FD")가 된다. 이러한 지점에서, 밸브(130)는 개방되어 유지된다. 도 7을 참조하면, 단계 1에서, 피드 압축기(104)의 속력이 최종 단계로부터의 감속으로 인해서 떨어진다는 것을 확인할 수 있을 것이다. 단계 2에서, 속력이 처음에 감소되고 이어서, 흡착제 베드(101)가 동작 압력이 되는 압력에서 증가되고, 단계 3에서, 흡착제 베드(101)가 추가적으로 가압됨에 따라 속력이 증가된다. 단계 4 및 5 동안에, 제품이 만들어지고 산소 서지 탱크 (138)로 전달된다. 단계 4에서, 제품이 동반되는 일정한 압력 피드는 단계("FD,AD")를 만들고, 밸브(130, 132 및 136)는 모두 개방 위치로 셋팅된다. 단계 5에서, 즉 조합된 제품은 제조 및 퍼지 단계("FD,AD,PPG")에서, 밸브(134)가 개방 위치로 부가적으로 셋팅되어 흡착제 용기(102)가 제품으로 상단부로부터 퍼지되게 한다. 단계 6에서, 즉 평형화 단계("ED")에서, 피드 압축기(104)에 대한 파워가 제거되고, 그에 따라, 도 7에 도시된 바와 같이, 압축기(104)가 감속된다. 이러한 지점에서, 밸브(130 및 136)가 폐쇄 위치로 셋팅되고 밸브(134)가 개방 위치로 셋팅되어, 축적된 제품 가스가 흡착제 베드(102)로 유동할 수 있게 한다.

도 7에 도시된 바와 같이, 흡착제 베드(102)는, 흡착제 베드(101)에 대한 단계 1-6와 일대일 대응성을 가지는 피드 단계 7-12를 후속하여 거치게 된다. 부가적으로, 단계 1-6 동안, 흡착제 베드(102)가 재생되고 그에 따라 바로 아래에서 설명되는 배기 단계 7-12에서와 동일한 설명을 가지는 도 8에 도시된 배기 단계 1-6을 거친다. 또한, 압축기가 원심 압축기인 피드 압축기(130)의 제어 목적을 위해서, 압축기(12) 및 장치(1)에 대해서 설명된 것과 동일한 많은 고려 사항이 그러한 피드 압축기(130)의 제어 이론에 적용된다. 중요하게, 만약 도 7이 도 2에 비교된다면, 장치(2)에 대한 단계 1 및 7이 장치(1)에 대한 단계 1과 유사하고, 장치(2)에 대한 단계 6 및 12가 장치(1)에 대한 단계 5와 유사하다는 것을 확인할 수 있을 것이다. 모든 그러한 단계에서, 파워는 압축기로, 즉 장치(2)의 피드 압축기(104) 또는 장치(1)의 압축기(12)로 인가되지 않는다. 부가적으로, 단계 2 및 8, 즉 중첩 제품 가압화가 동반되는 상승 압력 피드 단계는, 압축기(104)의 속력이 먼저 하강되고 이어서 증가된다. 이러한 단계는 압축기(12)에 대한 장치(1)의 단계 2와 유사하다. 다시 말해서, 압축기가 원심 압축기인, 즉 단계 1 및 7, 6 및 12 그리고 2 및 8의 그러한 압축기인 피드 압축기(104)의 제어가 각각 단계 1, 5 및 2와 관련된 압축기(12)와 동일한 방식으로 제어될 수 있을 것이다. 압축기(104)가 배기 압축기로서 역할을 하지 않기 때문에, 압축기(12) 제어에서 이용되는 배기 단계는 압축기(104)의 제어에 적용되지 않을 수 있을 것이다.

이어서, 흡착제 베드(101)는 단계 7에서 하강 압력 배기 및 평형화 단계("ED,EV")로 재생된다. 이러한 단계 중에, 밸브(140)가 개방 위치로 셋팅되어, 배기 압축기(106)의 작용에 의해서, 폐질소가 흡착제 베드(101)로부터 제거될 수 있게 한다. 부가적으로, 그러한 목적을 위해서, 밸브(132)는 부분적으로 개방된 위치로 셋팅되고 밸브(134)는 완전히 개방된 위치로 셋팅된다. 밸브(142)는 개방된 위치로 셋팅되어, 흡착제 베드(102)가 피드 압축기(104)로부터의 압축 공기로 피딩될 수 있게 한다. 순수 배기 단계(8, 9 및 10) 중에, 밸브(132)가 폐쇄 위치로 리셋되고 폐질소는 배기 압축기(106)에 의해서 흡착제 베드(101)의 하단부로부터 계속적으로 회수된다. 이는 모두, 흡착제 베드 내의 압력이 하강되는 순수 배기 단계("EV")이다. 후속 단계 11에서, 즉 제품 퍼지가 동반되는 일정 압력 배기 단계("EV,PG")에서, 흡착제 베드(101)는 배기 압축기(106)에 의해서 계속적으로 배기되는 한편, 부분적으로 개방된 위치로 셋팅 밸브(132)에 의해서 산소 퍼지 가스로 상단부로부터 피딩된다. 그 후에, 상승 압력 평형화 단계("EV,EU")인 단계 12가 실시된다. 이러한 최종 단계 중에, 흡착제 베드(101)가 배기 압축기(106)에 의해서 계속적으로 배기되는 한편, 밸브(132)는 이제 완전히 개방된 위치로 셋팅된다. 밸브(146)가 개방 위치로 셋팅되어, 피드 압축기(104)에 의해서 생성되는 상류 압력이 환기되게 한다. 평형화 가스의 유동이 배기 압축기(106)에 의해서 인입되는 가스 보다 크고 더 높은 압력에 있기 때문에, 압력이 상승한다. 도 8을 부가적으로 참조하면, 단계 7 내지 10 동안에, 배기 압축기(106)의 속력이 증가한다는 것을 확인할 수 있다. 단계 11 동안에, 속력은 일정하고 그리고 단계 12 동안에, 배기 압축기(106)가 파워 공급되지 않음에 따라 속력이 하강된다. 그 후에, 흡착제 베드가 단계 1을 거치게 되고 사이클이 반복된다. 전술한 바와 같이, 흡착제 베드(102)가, 피드 압축기(104) 및 배기 압축기(106)의 이용과 함께, 동일한 피드 및 배기 단계를 거친다. 배기 단계 7-12 동안에, 흡착제 베드(102)가 흡착제 베드(101)에 대한 전술한 피드 압축 단계를 거친다. 그러한 단계 동안에, 밸브 위치가 상기 표에 기재된 바와 같다.

다시, 만약 도 8을 도 2에 비교한다면, 특정 제어 전략이 배기 압축기(106) 및 압축기(12)에 대해서 공통될 수 있을 것이다. 이와 관련하여, 단계 6 및 12는, 배기 압축기(106)가 파워 공급되지 않는 상승 압력 평형화 단계이다. 그러한 단계 중에, 배기 압축기(106)가 도 2에 도시되고 전술한 단계 1 및 5에서의 압축기(12)와 동일한 방식으로 제어될 수 있을 것이다. 배기 압축기(106)가 파워가 공급되지 않는 상태에서 시작하고 후속하여 압력 변환기(126 및 124) 각각에 의해서 측정된 바와 같은 배기 압축기(106)에 걸친 압력 비율("P'2/P'1")이 미리 결정된 레벨에 도달하는, 도 8에 도시된 단계 1 및 7이 도 2에 도시된 단계 2에서의 압축기(12)에 대해서 채택된 것과 유사한 방식으로 제어될 수 있을 것이다. 배기 압축기(106)가 하강 압력 배기 단계에 있는, 단계 2, 3, 4; 및 8, 9, 10은 도 2와 관련하여 설명하고 도시한 바와 같이 압축기(12)에 대한 배기 단계 6과 유사한 방식으로 제어될 수 있을 것이다. 마지막으로, 배기 압축기(106)에 대한 제품 퍼지가 동반되는 일정 압력 배기 단계 5 및 11은, 압축기(12)에 대해서 채택된, 도 2와 관련하여 설명하고 도시한 단계 7과 동일한 유형의 제어 전략을 필요로 할 수 있을 것이다.

다시 도 6을 구체적으로 참조하면, 피드 압축기(104) 및 배기 압축기(106) 모두가 서지가 발생할 수 있는 원심 압축기인 것을 고려할 수 있지만, 피드 압축기(104)가 루츠 송풍기에 의해서 형성될 수도 있을 것이다. 그러한 압축기의 가속 및 감속 특성은 원심 압축기의 특성과 매우 상이할 수 있을 것이고, 그러한 압축기는 서지에 노출되지 않을 수 있을 것이다. 그러한 경우에, 피드 압축기(104)는, 원심 압축기에서 요구될 수 있는 서지 회피 제어를 필요로 하지 않을 수 있을 것이다. 그러나, 어떠한 경우에도, 배기 압축기(106)는 원심 압축기일 것이고 그에 따라 서지에 노출될 것이다. 이와 관련하여, 배기 압축기(106)의 제어를 위해서 제시된 제어 전략은 많은 측면에서 도 3에 도시된 전략과 동일할 것이고, 장치에서 채용된 실제 단계와 관련된 특정 변화를 도 6에 도시하였다. 예를 들어, 로직 블록(54)에서 개진된 슈라우드 dP의 계산 및 저장이 압력 변환기(128 및 124)에 의해서 측정된 바와 같은 P'S/P'1의 압력 비율을 취하는 것을 포함할 수 있을 것이다. 또한, 제어 알고리즘을 이용하기 위해서 로직 블록(56)에서 계산되고 저장된 압력 비율이 압력 변환기(126 및 124)에 의해서 측정된 바와 같은 P'2/P'1의 압력 비율일 수 있을 것이다. 도 3, 로직 블록(60)에서 제시된 테스트는, 단계가 단계 6 또는 12에서 채택된 상승 압력 평형화인지의 여부에 대한 테스트로서 수정될 수 있을 것이다. 단계 6 또는 12에서, 배기 압축기(106)에 대해서 셋팅된 속력은 비-동작 속력이다. 전술한 바와 같이, 이는, 도 2에 도시되고 장치(1)에서 채용된 평형화가 동반되는 피드 또는 평형화 단계 1 및 5에서의 경우일 수 있을 것이다. 부가적으로, 로직 블록(64)은 도 7에 도시된 단계 1 및 7, 또는 중첩 평형화를 가지는 하강 압력 배기에 대한 테스트로 수정될 수 있을 것이다. 그러한 단계에서, 압축기 속력은 감소되고 이어서 단계 2, 즉 도 2에 도시된, 제품 가압화가 동반되는 피드 단계와 유사한 방식으로 증가된다. 전술한 바와 같이, 66에서 이용된 P2/P1 비율은 물론 전술한 P'2/P'1 비율일 수 있을 것이고, 68에서의 슈라우드 dP는 전술한 P'S/P'1을 기초로 할 수 있을 것이다. 피드 백 속력 승수가 동일한 방식으로 그리고 장치(1)와 관련하여 전술한 바와 동일한 이유로 계산될 수 있을 것이다. 마지막으로, 로직 블록(74)은 순수 배기 또는 제품 퍼지가 동반되는 배기 단계 또는 다시 말해서 단계 2, 3, 4 및 5 또는 단계 8, 9, 10 및 11에 대한 테스트로 수정될 수 있을 것이다. 양자의 경우에, 피드 포워드 속력 승수가 도 2에 도시된 사이클에서 기술된 것과 유사한 이유로 그리고 동일한 방식으로 계산될 필요가 있을 수 있을 것이다.

피드 압축기(104)가 원심 압축기인 경우에, 이는 어느 정도 압축기(12)와 동일한 방식으로 제어될 것이다. 그러나, 피드 압축기(104)는, 압축기(12)와 달리, 배기 압축기로서의 역할을 하지 않는다. 따라서, 피드 포워드 속력 승수가 결코 사용되지 않는다는 점에서, 도 3에서 참조 번호 74, 76, 78 및 80에 의해서 주목된 로직 단계가 생략될 수 있을 것이다. 부가적으로, 압력 변환기(122 및 118)에 의해서 측정된 바와 같은 PS/P1의 비율을 취하는 것에 의해서, 로직 블록(54)에 도시된 슈라우드 dP의 계산 및 저장이 연산될 수 있을 것이다. 56에서 계산 및 저장된 압력 비율 P2/P1은 압력 변환기(120 및 118)에 의해 측정될 것이다. 단계 1, 7 및 6, 12에 대해서 전술한 바와 같이, 그리고 도 7에 도시된 바와 같이, 피드 압축기(104)가 파워 공급되지 않은 상태에 있다. 따라서, 로직 블록(60)이 그러한 단계에 대한 테스트로 또는 특정 단계가 하강 압력 평형화 단계 또는 중첩 평형화가 동반되는 상승 압력 피드 단계이었는지의 여부로 대체될 수 있을 것이다. 중첩 제품 가압이 동반되는 상승 압력 피드 단계와 관련하여 도 7에 도시된 단계 2 및 8은 도 2의 단계 2, 장치(1)의 제품 가압화가 동반되는 피드 단계와 유사하다. 따라서, 로직 블록(64)이, 단계가 중첩 제품 가압이 동반되는 상승 압력 피드 단계이었는지의 여부에 대한 테스트에 의해서 대체될 수 있을 것이다. 피드 포워드 승수가 계산될 필요가 없을 것이기 때문에, 가변 주파수 구동부(112)에서 셋팅될 최적 속력이 동일한 방식으로 계산된 피드 백 속력 승수를 곱한 최적 속력이 될 것이고 전술한 사이클에서 장치(1)의 압축기(12)에 대해서 계산된 것과 동일한 이유를 가질 것이다.

바람직한 실시예를 참조하여 본원 발명을 설명하였지만, 당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 여러 가지 변화, 부가 및 생략이 첨부된 청구항에서 개진된 바와 같은 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고도 이루어질 수 있을 것이다.

Claims

진공 압력 순환 흡착(vacuum pressure swing adsorption) 장치 내에서 원심 압축기 속력을 제어하는 방법이며:
원심 압축기로 진입하는 가스의 유량을 지칭할 수 있는(referable) 매개변수를 측정 및 계산하는 단계로서, 원심 압축기는 가변 주파수 구동부에 의해서 제어되는 속력을 가지는 전기 모터에 의해서 직접적으로 구동되는 단계;
원심 압축기의 배출구 대 유입구 압력의 압력 비율을 측정 및 계산하는 단계;
압력 비율을 기초로 하고 원심 압축기의 피크 효율 동작 라인을 따라서 존재하는, 원심 압축기의 최적의 속력을 결정하는 단계;
최적 속력에서 서지(surge) 조건이 발생할 가능성이 높은 매개변수의 최소의 허용가능한 값을 결정하는 단계;
최적 속력에 의해서 곱해질 때, 매개변수가 최소 허용가능 값 미만일 경우 속력을 증가시키거나, 또는 매개변수가 최소 허용가능 값 이상일 경우 속력을 감소시키는 피드 백 승수를 결정하는 단계;
순수 배기 단계 및 제품 퍼지가 동반되는 배기 단계 이외에, 원심 압축기가 적어도 서지 조건과 만날 가능성이 높은 진공 압력 순환 흡착 장치에 의해서 실시되는 반복 사이클의 단계 중에, 전체 속력 승수를 피드 백 승수와 동일하게 셋팅하는 단계;
순수 배기 단계 및 제품 퍼지가 동반되는 배기 단계 중에, 원심 압축기가 서지 조건으로 진입할 가능성이 낮도록, 순수 배기 단계 및 제품 퍼지가 동반되는 배기 단계 중에 속력을 증가시키는 피드 포워드 승수를 피드 백 승수에 곱하는 것에 의해서 전체 속력 승수를 계산하는 단계;
전체 속력 승수를 최적 속력에 곱하는 것에 의해서 조정된 속력을 계산하는 단계; 및
전기 모터 및 그에 따른 원심 압축기가 조정된 속력으로 동작하도록, 적어도 조정된 속력을 지칭할 수 있는 제어 신호를 생성하고 제어 신호를 가변 주파수 구동부로 입력하는 단계를 포함하는 방법.
제1항에 있어서,
진공 압력 순환 흡착 프로세스가 진공 압력 순환 흡착 장치의 흡착 베드에 압축 가스를 피딩하기 위한 피드(feed) 압축기 및 흡착 베드로부터 가스를 배기하는데 이용되는 배기 압축기를 이용하고;
배기 압축기가 원심 압축기에 의해서 형성되는 방법.
제1항에 있어서,
진공 압력 순환 흡착 프로세스가 흡착제 베드에 압축 가스를 공급하기 위해서 그리고 흡착제 베드로부터 가스를 배기하기 위해서 단일 압축기를 이용하고;
반복 사이클은 제품 퍼지가 동반되는 배기 단계에 후속하는 평형화가 동반되는 피드 단계, 평형화가 동반되는 피드 단계에 이어지는 제품 재가압화가 동반되는 피드 단계, 및 평형화 단계 후에 순수 배기 단계를 포함하고;
평형화가 동반되는 피드 단계, 평형화 단계 및 제품 재가압화가 동반되는 피드 단계의 개시 중에, 제어 신호가 가변 주파수 구동부로 입력될 때, 전력이 전기 모터에 인가되지 않도록, 제어 신호가 비-동작 속력을 지칭할 수 있고;
미리 결정된 압력 비율이 제품 재가압화가 동반되는 피드 단계 중에 얻어질 때, 전기 모터 및 그에 따른 압축기가 조정된 속력에서 동작하도록, 제어 신호가 다시 조정된 속력을 지칭할 수 있는 방법.
제2항에 있어서,
반복 사이클은 제품 퍼지가 동반되는 배기 단계에 후속하는 하강 압력 평형화 단계 및 상승 압력 평형화 단계를 포함하고,
하강 압력 평형화 단계 및 상승 압력 평형화 단계 중에, 전력이 배기 압축기를 구동하는 전기 모터에 인가되지 않도록, 제어 신호가 비-동작 속력을 지칭할 수 있고;
미리 결정된 압력 비율이 하강 압력 평형화 단계 중에 얻어질 때, 배기 압축기가 조정된 속력에서 동작하도록, 제어 신호가 다시 조정된 속력을 지칭하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
피드 백 승수가 결정될 때마다, 피드 백 승수가 저장되고;
매개변수가 최소 허용가능 값보다 작을 때, 피드 백 승수의 최후에 저장된 값에 속력 교정 인자를 부가하는 것에 의해서 피드 백 승수가 결정되고;
매개변수가 최소 허용가능 값보다 크거나 그와 같을 때, 피드 백 속력 승수는, 피드 백 승수의 최후로 저장된 값을 비례 상수로 나누는 것에 의해서 계산되고, 비례 상수는, 피드 백 승수의 최후로 저장된 값이 1.0 이상일 때 1.0 초과의 값과 같도록, 또는 피드 백 승수의 최후로 저장된 값이 1.0 미만일 때 1.0이 되도록 셋팅되는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
피드 포워드 승수가 압력 비율의 함수이고;
함수는, 배기 단계와 퍼지 단계 사이의 과도기 중에 서지 조건이 발생할 가능성이 높은 미리 결정된 압력 비율에서 또는 상기 미리 결정된 압력 비율 직전에서 피드 포워드 승수의 최대 값을 갖고, 최대 값보다 큰 또는 그보다 작은 압력 비율에서 감소하는 피드 포워드 승수의 값을 가지며;
최대 값은, 최대 값에 미리 결정된 압력 비율에서의 최적의 속력을 곱할 때 결과적인 속력이 서지 조건 발생을 방지하도록 미리 선택된 크기를 가지는 방법.
제6항에 있어서,
함수가 가우스 함수인 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
매개변수는, 원심 압축기의 슈라우드(shroud) 내에 존재하고 그의 임펠러에 연속적으로 근접하는 2개의 지점에서 측정된 압력 차이인, 방법.
제5항에 있어서,
매개변수가, 원심 압축기의 슈라우드 내에 존재하고 그의 임펠러에 연속적으로 근접하는 2개의 지점에서 측정된 압력 차이이고;
각각의 시간 간격 중에, 압력 차이의 현재의 값으로부터 최소 허용가능 값을 차감하는 것에 의해서 압력 차이 오류가 계산되고 저장되고;
피드 백 승수의 속력 교정 인자는, 비례 항을 적분 항에 부가하는 것을 포함하는 비례 적분 제어를 통해서 각각의 시간 간격 중에 계산되고, 비례 항은, 압력 차이 오류와 이전 시간 간격에서 계산된 이전 압력 차이 오류 사이의 차이를 이득 인자에 곱하고 그 차이를 시간 간격으로 나누는 것에 의해서 계산되고, 적분 항은, 적분 리셋 시간으로 이득 인자를 나누고 결과적인 몫에 압력 차이 오류를 곱하는 것에 의해서 계산되는 방법.
제8항에 있어서,
피드 포워드 승수가 압력 비율의 가우스 함수이고;
가우스 함수는, 배기 단계와 퍼지 단계 사이의 과도기 중에 원심 압축기가 서지 조건으로 진입할 가능성이 높은 미리 결정된 압력 비율에서 또는 상기 미리 결정된 압력 비율 직전에서 피드 포워드 승수의 최대 값을 갖고, 최대 값보다 큰 또는 그보다 작은 압력 비율에서 감소하는 피드 포워드 승수의 값을 가지며;
최대 값은, 최대 값에 미리 결정된 압력 비율에서의 최적의 속력을 곱할 때 결과적인 속력이 원심 압축기가 서지 조건으로 진입하는 것을 방지하도록 미리 선택된 크기를 가지는 방법.
진공 압력 순환 흡착 장치 내에서 원심 압축기 속력을 제어하기 위한 제어 시스템이며:
가변 주파수 구동부에 의해서 제어되는 속력을 가지는 전기 모터에 의해서 직접적으로 구동되는 원심 압축기로 진입하는 가스의 유량을 지칭할 수 있는 매개변수를 감지하기 위한 수단;
원심 압축기의 유입구 및 배출구에서 압력을 감지하도록 배치된 압력 변환기;
매개변수 감지 수단, 압력 변환기 및 진공 압력 순환 흡착 장치에 의해서 실행되는 반복 사이클의 단계에 응답하며 제어 프로그램을 갖는 제어기를 포함하고,
상기 제어 프로그램은:
원심 압축기의 배출구 대 유입구의 압력의 압력 비율을 계산하고;
압력 비율을 기초로 하고 원심 압축기의 피크 효율 동작 라인을 따라서 존재하는 원심 압축기의 최적 속력을 결정하고;
최적 속력에서 서지 조건이 발생할 가능성이 높은 매개변수의 최소 허용가능 값을 결정하고;
최적 속력이 곱해질 때, 매개변수가 최소 허용가능 값 미만일 경우 속력을 증가시키거나, 또는 매개변수가 최소 허용가능 값 이상일 경우 속력을 감소시키는 피드 백 승수를 결정하고;
순수 배기 단계 및 제품 퍼지가 동반되는 배기 단계 이외에, 원심 압축기가 적어도 서지 조건으로 진입할 가능성이 높은 반복 사이클의 단계 중의 피드 백 승수와 같게 전체 속력 승수를 셋팅하고;
원심 압축기가 서지 조건으로 진입할 가능성이 낮도록 속력을 증가시키게 하기 위해서, 순수 배기 단계 및 제품 퍼지가 동반되는 배기 단계 중의 피드 백 승수와 피드 포워드 승수의 산술적인 곱과 동일하게 전체 속력 승수를 셋팅하고;
최적 속력에 전체 속력 승수를 곱하는 것에 의해서 조정된 속력을 계산하도록 프로그래밍되고;
제어기는, 제어 프로그램에 응답하고 전기 모터 및 그에 따른 원심 압축기의 속력이 제어 신호에 응답하여 제어되도록 가변 주파수 구동부로의 입력으로서의 역할을 할 수 있는 제어 신호를 생성하도록 구성되고, 제어 신호는 조정된 속력을 적어도 지칭할 수 있고, 그에 따라 전기 모터 및 그에 따른 원심 압축기가 조정된 속력으로 동작하는 제어 시스템.
제11항에 있어서,
진공 압력 순환 흡착 장치는 진공 압력 순환 흡착 장치의 흡착 베드에 압축 가스를 피딩하기 위한 피드 압축기 및 흡착 베드로부터 가스를 배기하는데 이용되는 배기 압축기를 이용하고;
배기 압축기는 원심 압축기에 의해서 형성되는 제어 시스템.
제11항에 있어서,
진공 압력 순환 흡착 장치는 흡착제 베드에 압축 가스를 피딩하기 위해서 그리고 흡착제 베드로부터 가스를 배기하기 위해서 단일 압축기를 이용하고;
반복 사이클은, 제품 퍼지가 동반되는 배기 단계에 후속하는 평형화가 동반되는 피드 단계, 평형화가 동반되는 피드 단계에 후속하는 제품 재가압화가 동반되는 피드 단계, 및 평형화 단계 후에 순수 배기 단계를 포함하며;
제어 프로그램은, 가변 주파수 구동부가 전기 모터로부터 전력을 제거하게 될 비-동작 속력을 생성하도록 프로그래밍되고, 제어 신호는 제어 프로그램에 의해서 생성될 때 비-동작 속력을 지칭할 수 있으며;
평형화가 동반되는 피드 단계, 평형화 단계, 및 제품 재가압화가 동반되는 피드 단계의 개시 중에, 제어 프로그램은 비-동작 속력을 생성하고, 그에 따라 제어 신호가 가변 주파수 구동부로 입력될 때, 전력이 전기 모터에 인가되지 않으며;
압력 비율의 미리 결정된 압력 비율이 제품 재가압화가 동반되는 피드 단계 중에 얻어질 때, 제어 신호가 다시 조정된 속력을 지칭할 수 있고, 그에 따라 전기 모터 및 그에 따른 압축기가 조정된 속력으로 동작하도록, 제어 프로그램이 또한 프로그래밍되는 제어 시스템.
제12항에 있어서,
반복 사이클이 퍼지가 동반되는 배기 단계에 후속하여 하강 압력 평형화 단계 및 상승 압력 평형화 단계를 포함하고;
제어 프로그램은, 가변 주파수 구동부가 전기 모터로부터 전력을 제거하게 될 비-동작 속력을 생성하도록 프로그래밍되고, 제어 신호는, 제어 프로그램에 의해서 생성될 때, 비-동작 속력을 지칭할 수 있고;
하강 압력 평형화 단계 및 상승 압력 평형화 단계 중에, 제어 프로그램은 비-동작 속력을 생성하고, 그에 따라 제어 신호가 가변 주파수 구동부로 입력될 때, 배기 압축기를 구동하는 전기 모터에 전력이 인가되지 않고; 압력 비율의 미리 결정된 압력 비율이 하강 압력 평형화 단계 중에 얻어질 때, 제어 신호가 다시 조정된 속력을 지칭하고, 그에 따라 전기 모터 및 그에 따른 배기 압축기가 조정된 속력으로 동작하도록, 제어 프로그램이 또한 프로그래밍되는 제어 시스템.
제11항 또는 제12항에 있어서,
제어 프로그램은:
피드 백 승수가 결정될 때마다, 피드 백 승수가 저장되고;
매개변수가 최소 허용가능 값 미만일 때, 피드 백 승수의 최후에 저장된 값에 속력 교정 인자를 부가하는 것에 의해서 피드 백 승수가 결정되고;
매개변수가 최소 허용가능 값 이상일 때, 피드 백 속력 승수는, 피드 백 승수의 최후에 저장된 값을 비례 상수로 나누는 것에 의해서 결정되도록 프로그래밍되고,
비례 상수는, 피드 백 승수의 최후로 저장된 값이 1.0 이상일 때 1.0 초과의 값과 같도록, 또는 피드 백 승수의 최후로 저장된 값이 1.0 미만일 때 1.0이 되도록 셋팅되는 제어 시스템.
제11항 또는 제12항에 있어서,
제어 프로그램은:
피드 포워드 승수가 압력 비율의 함수가 되고;
함수가, 원심 압축기가 배기 단계와 퍼지 단계 사이의 과도기 중에 서지 조건으로 진입할 가능성이 높은 미리 결정된 압력 비율에서 또는 상기 미리 결정된 압력 비율 직전에서 피드 포워드 승수의 최대 값을 갖고, 최대 값보다 큰 또는 그보다 작은 압력 비율에서 감소하는 피드 포워드 승수의 값을 갖고;
최대 값이, 최대 값에 미리 결정된 압력 비율에서의 최적의 속력을 곱할 때 결과적인 속력이 원심 압축기가 서지 조건으로 진입하는 것을 방지하도록 미리 선택된 크기를 가지도록 프로그래밍되는 제어 시스템.
제16항에 있어서,
함수는 가우스 함수인 제어 시스템.
제11항 또는 제12항에 있어서,
매개변수 감지 수단은 원심 압축기의 슈라우드 내에 존재하고 그의 임펠러에 연속적으로 근접하는 2개의 지점에 배치되는 2개의 추가적인 압력 변환기이고;
제어 프로그램은 2개의 추가적인 압력 변환기에 의해서 측정된 압력으로부터 압력 차이를 계산하도록 프로그래밍되고;
매개변수는 압력 차이인 제어 시스템.
제15항에 있어서,
매개변수 감지 수단은 원심 압축기의 슈라우드 내에 존재하고 그의 임펠러에 연속적으로 근접하는 2개의 지점에 배치되는 2개의 추가적인 압력 변환기이고;
제어 프로그램은 2개의 추가적인 압력 변환기에 의해서 측정된 압력으로부터 압력 차이를 계산하도록 프로그래밍되고;
매개변수는 압력 차이이고;
제어 프로그램은:
각각의 시간 간격 중에, 압력 차이의 현재의 값으로부터 최소 허용가능 값을 차감하는 것에 의해서 압력 차이 오류가 계산되고 저장되고;
피드 백 승수의 속력 교정 인자가, 비례 항을 적분 항에 부가하는 것을 포함하는 비례 적분 제어를 통해서 각각의 시간 간격 중에 계산되도록 프로그래밍되고,
비례 항은, 압력 차이 오류와 이전 시간 간격에서 계산된 이전 압력 차이 오류 사이의 차이를 이득 인자에 곱하고 그 차이를 시간 간격으로 나누는 것에 의해서 계산되고, 적분 항은, 적분 리셋 시간으로 이득 인자를 나누고 결과적인 몫에 압력 차이 오류를 곱하는 것에 의해서 계산되는 제어 시스템.
제19항에 있어서,
제어 프로그램은:
피드 포워드 승수가 압력 비율의 가우스 함수가 되도록 하는 것으로서; 가우스 함수는, 배기 단계와 퍼지 단계 사이의 과도기 중에 원심 압축기가 서지 조건으로 진입할 가능성이 높은 미리 결정된 압력 비율에서 또는 상기 미리 결정된 압력 비율 직전에서 피드 포워드 승수의 최대 값을 갖고, 최대 값보다 큰 또는 그보다 작은 압력 비율에서 감소하는 피드 포워드 승수의 값을 갖고;
최대 값이, 최대 값에 미리 결정된 압력 비율에서의 최적의 속력을 곱할 때 결과적인 속력이 원심 압축기가 서지 조건으로 진입하는 것을 방지하도록 미리 선택된 크기를 가지도록 프로그래밍되는 제어 시스템.