(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１層以上の吸着剤材料を中に含む複数の容器と；
前記複数の容器に接続される供給ガス管路と；
生成物回収管路と；
前記複数の容器のそれぞれと前記生成物回収管路との間を、弁を設けた並列な少なくとも２つの管路によって接続するマニホールドと；
前記複数の容器に接続されるパージガス管路と；
前記複数の容器に接続される廃棄ガス管路と；
前記複数の容器に接続される等化管路と；
前記２つの管路に設けられた２つの弁を順番に開く制御システムと；
を含む、圧力スウィング吸着（ＰＳＡ）システム。
【請求項２】
前記パージガス管路、前記廃棄ガス管路、又は前記等化管路のうち少なくとも１つの管路は、弁を設けた並列な少なくとも２つの管路を有するマニホールドによって、並列に配置された前記複数の容器に接続され、
前記制御システムは、前記パージガス管路、前記廃棄ガス管路、又は前記等化管路のうち少なくとも１つの管路に接続される前記マニホールドの前記弁が順番に開くように構成される請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記マニホールドに設けられた前記弁は、それぞれオン／オフ弁である、請求項１または２に記載のシステム。
【請求項４】
前記マニホールドのオン／オフ弁の直径の大きさが同じである、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記マニホールドのオン／オフ弁の直径の大きさが異なる、請求項３に記載のシステム。
【請求項６】
前記複数の容器の圧力をそれぞれ測定する圧力センサ；
前記生成物回収管路の圧力を測定する圧力センサ；または
前記生成物回収管路に接続される緩衝容器の圧力を測定する圧力センサ、のいずれか一つのセンサを有しており；
前記制御システムは、前記各容器の圧力センサ、前記生成物回収管路の圧力センサ、及び前記生成物回収管路に前記マニホールドで接続される前記緩衝容器の圧力センサのうちのいずれか１つのセンサにおいて測定された圧力によって、弁の故障を特定する、請求項１から５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項７】
前記パージガス管路の圧力を測定する圧力センサ；または
前記パージガス管路に接続され、緩衝容器の圧力を測定する圧力センサのいずれか一つのセンサを有しており；
前記制御システムは、前記各容器の圧力センサ、前記パージガス管路の圧力センサ、及び前記パージガス管路に前記マニホールドで接続される前記緩衝容器の圧力センサのうちのいずれか１つのセンサにおいて測定された圧力によって、弁の故障を特定する、請求項１から６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項８】
前記廃棄ガス管路の圧力を測定する圧力センサ；または
前記廃棄ガス管路に接続される緩衝容器の圧力を測定する圧力センサのいずれか一つのセンサを有しており；
前記制御システムは、前記各容器の圧力センサ、前記廃棄ガス管路の圧力センサ、及び前記廃棄ガス管路に前記マニホールドで接続される前記緩衝容器の圧力センサのうちのいずれか１つのセンサにおいて測定された圧力によって、弁の故障を特定する、請求項２から７のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項９】
前記等化管路の圧力を測定する圧力センサ；または
前記等化管路に接続される緩衝容器の圧力を測定する圧力センサのいずれか一つを有しており；
前記制御システムは、前記各容器の圧力センサ、前記等化管路の圧力センサ、及び前記等化管路に前記マニホールドで接続される前記緩衝容器の圧力センサのうちのいずれか１つのセンサにおいて測定された圧力によって、弁の故障を特定する、請求項２から８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１０】
前記１個以上のマニホールドは少なくとも３個の弁を有しており、前記制御システムは少なくとも３個の弁を順番に開く、請求項１から９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１１】
少なくとも１層以上の吸着剤材料を中に含む複数の容器と；
前記複数の容器に接続される供給ガス管路と；
前記複数の容器に接続される生成物回収管路と；
パージガス管路と；
前記複数の容器のそれぞれと前記パージガス管路との間を、弁を設けた並列な少なくとも２つの管路によって接続するマニホールドと；
前記複数の容器に接続される廃棄ガス管路と；
前記複数の容器に接続される等化管路と；
前記２つの管路に設けられた２つの弁を順番に開く制御システムと、を有するＰＳＡ（圧力スウィング吸着）システム。
【請求項１２】
前記生成物回収管路、前記廃棄ガス管路、又は前記等化管路のうち少なくと１つの管路は、弁を設けた並列な少なくとも２つの管路を有するマニホールドによって、並列に配置された前記複数の容器に接続され、
前記制御システムは、前記生成物回収管路、前記廃棄ガス管路、又は前記等化管路のうち少なくとも１つの管路に接続される前記マニホールドの前記弁が順番に開くように構成される請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記マニホールドに設けられた前記弁は、それぞれオン／オフ弁である、請求項１１または１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記マニホールドのオン／オフ弁の直径の大きさが同じである、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記マニホールドのオン／オフ弁の直径の大きさが異なる、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１６】
前記複数の容器の圧力をそれぞれ測定する圧力センサ；
前記パージガス管路の圧力を測定する圧力センサ；または
前記パージガス管路に接続される緩衝容器の圧力を測定する圧力センサ、のいずれか一つのセンサを有しており；
前記制御システムは、前記各容器の圧力センサ、前記パージガス管路の圧力センサ、及び前記パージガス管路に前記マニホールドで接続される前記緩衝容器の圧力センサのうちのいずれか１つのセンサにおいて測定された圧力によって、弁の故障を特定する、請求項１１から１５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１７】
前記生成物回収管路の圧力を測定する圧力センサ；または
前記生成物回収管路に接続される緩衝容器の圧力を測定する圧力センサのいずれか一つのセンサを有しており；
前記制御システムは、前記各容器の圧力センサ、前記生成物回収管路の圧力センサ、及び前記生成物回収管路に前記マニホールドで接続される前記緩衝容器の圧力センサのうちのいずれか１つのセンサにおいて測定された圧力によって、弁の故障を特定する、請求項１２から１６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１８】
前記廃棄ガス管路の圧力を測定する圧力センサ；または
前記廃棄ガス管路に接続される緩衝容器の圧力を測定する圧力センサのいずれか一つのセンサを有しており；
前記制御システムは、前記各容器の圧力センサ、前記廃棄ガス管路の圧力センサ、及び前記廃棄ガス管路に前記マニホールドで接続される前記緩衝容器の圧力センサのうちのいずれか１つのセンサにおいて測定された圧力によって、弁の故障を特定する、請求項１２から１７のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１９】
前記等化管路の圧力を測定する圧力センサ；または
前記等化管路に接続される緩衝容器の圧力を測定する圧力センサのいずれか一つのセンサを有しており；
前記制御システムは、前記各容器の圧力センサ、前記等化管路の圧力センサ、及び前記等化管路に前記マニホールドで接続される前記緩衝容器の圧力センサのうちのいずれか１つのセンサにおいて測定された圧力によって、弁の故障を特定する、請求項１２から１８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２０】
前記１個以上のマニホールドは少なくとも３個の弁を有しており、前記制御システムは少なくとも３個の弁を順番に開く、請求項１１から１９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２１】
少なくとも１層以上の吸着剤材料を中に含む複数の容器と；
前記複数の容器に接続される供給ガス管路と；
前記複数の容器に接続される生成物回収管路と；
前記複数の容器に接続されるパージガス管路と；
廃棄ガス管路と；
前記複数の容器のそれぞれと前記廃棄ガス管路との間を、弁を設けた並列な少なくとも２つの管路によって接続するマニホールドと；
前記複数の容器に接続される等化管路と；
前記２つの管路に設けられた２つの弁を順番に開く制御システムと、を有するＰＳＡ（圧力スウィング吸着）システム。
【請求項２２】
前記生成物回収管路、前記廃棄ガス管路、又は前記等化管路のうち少なくと１つの管路は、弁を設けた並列な少なくとも２つの管路を有するマニホールドによって、並列に配置された前記複数の容器に接続され、
前記制御システムは、前記生成物回収管路、前記廃棄ガス管路、又は前記等化管路のうち少なくとも１つの管路に接続される前記マニホールドの前記弁が順番に開くように構成される請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記マニホールドに設けられた前記弁は、それぞれオン／オフ弁である、請求項２１または２２に記載のシステム。
【請求項２４】
前記マニホールドのオン／オフ弁の直径の大きさが同じである、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
前記マニホールドのオン／オフ弁の直径の大きさが異なる、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２６】
前記複数の容器の圧力をそれぞれ測定する圧力センサ；
前記廃棄ガス管路の圧力を測定する圧力センサ；または
前記廃棄ガス管路に接続される緩衝容器の圧力を測定する圧力センサのいずれか一つのセンサを有しており；
前記制御システムは、前記各容器の圧力センサ、前記廃棄ガス管路の圧力センサ、及び前記廃棄ガス管路に前記マニホールドで接続される前記緩衝容器の圧力センサのうちのいずれか１つのセンサにおいて測定された圧力によって、弁の故障を特定する、請求項２１から２５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２７】
前記パージガス管路の圧力を測定する圧力センサ；または
前記パージガス管路に接続される緩衝容器の圧力を測定する圧力センサのいずれか一つのセンサを有しており；
前記制御システムは、前記各容器の圧力センサ、前記パージガス管路の圧力センサ、及び前記パージガス管路に前記マニホールドで接続される前記緩衝容器の圧力センサのうちのいずれか１つのセンサにおいて測定された圧力によって、弁の故障を特定する、請求項２２から２６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２８】
前記生成物回収管路の圧力を測定する圧力センサ；または
前記生成物回収管路に接続される緩衝容器の圧力を測定する圧力センサのいずれか一つセンサを有しており；
前記制御システムは、前記各容器の圧力センサ、前記生成物回収管路の圧力センサ、及び前記生成物回収管路に前記マニホールドで接続される前記緩衝容器の圧力センサのうちのいずれか１つのセンサにおいて測定された圧力によって、弁の故障を特定する、請求項２２から２７のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２９】
前記等化管路の圧力を測定する圧力センサ；または
前記等化管路に接続される緩衝容器の圧力を測定する圧力センサのいずれか一つのセンサを有しており；
前記制御システムは、前記各容器の圧力センサ、前記等化管路の圧力センサ、及び前記等化管路に前記マニホールドで接続される前記緩衝容器の圧力センサのうちのいずれか１つのセンサにおいて測定された圧力によって、弁の故障を特定する、請求項２２から２８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３０】
前記１個以上のマニホールドは少なくとも３個の弁を有しており、前記制御システムは少なくとも３個の弁を順番に開く、請求項２１から２９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３１】
少なくとも１層以上の吸着剤材料を中に含む複数の容器と；
前記複数の容器に接続される供給ガス管路と；
前記複数の容器に接続される生成物回収管路と；
前記複数の容器に接続されるパージガス管路と；
前記複数の容器に接続される廃棄ガス管路と；
等化管路と；
前記複数の容器のそれぞれと前記等化管路との間を、弁を設けた並列な少なくとも２つの管路によって接続するマニホールドと；
前記２つの管路に設けられた２つの弁を順番に開く制御システムと、を有するＰＳＡ（圧力スウィング吸着）システム。
【請求項３２】
前記生成物回収管路、前記廃棄ガス管路、又は前記等化管路のうち少なくと１つの管路は、弁を設けた並列な少なくとも２つの管路を有するマニホールドによって、並列に配置された前記複数の容器に接続され、
前記制御システムは、前記生成物回収管路、前記廃棄ガス管路、又は前記等化管路のうち少なくとも１つの管路に接続される前記マニホールドの前記弁が順番に開くように構成される請求項２１に記載のシステム。
【請求項３３】
前記マニホールドに設けられた前記弁は、それぞれオン／オフ弁である、請求項３１または３２に記載のシステム。
【請求項３４】
前記マニホールドのオン／オフ弁の直径の大きさが同じである、請求項３３に記載のシステム。
【請求項３５】
前記マニホールドのオン／オフ弁の直径の大きさが異なる、請求項３３に記載のシステム。
【請求項３６】
前記複数の容器の圧力をそれぞれ測定する圧力センサ；
前記等化管路の圧力を測定する圧力センサ；または
前記等化管路に接続される緩衝容器の圧力を測定する圧力センサのいずれか一つのセンサを有しており；
前記制御システムは、前記各容器の圧力センサ、前記等化管路の圧力センサ、及び前記等化管路に前記マニホールドで接続される前記緩衝容器の圧力センサのうちのいずれか１つのセンサにおいて測定された圧力によって、弁の故障を特定する、請求項３１から３５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３７】
前記パージガス管路の圧力を測定する圧力センサ；または
前記パージガス管路に接続される緩衝容器の圧力を測定する圧力センサのいずれか一つのセンサを有しており；
前記制御システムは、前記各容器の圧力センサ、前記パージガス管路の圧力センサ、及び前記パージガス管路に前記マニホールドで接続される前記緩衝容器の圧力センサのうちのいずれか１つのセンサにおいて測定された圧力によって、弁の故障を特定する、請求項３２から３６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３８】
前記廃棄ガス管路の圧力を測定する圧力センサ；または
前記廃棄ガス管路に接続される緩衝容器の圧力を測定する圧力センサのいずれか一つのセンサを有しており；
前記制御システムは、前記各容器の圧力センサ、前記廃棄ガス管路の圧力センサ、及び前記廃棄ガス管路にマニホールドで接続される前記緩衝容器の圧力センサのうちのいずれか１つのセンサにおいて測定された圧力によって、弁の故障を特定する、請求項３２から３７のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３９】
前記生成物回収管路の圧力を測定する圧力センサ；または
前記生成物回収管路に接続される緩衝容器の圧力を測定する圧力センサのいずれか一つのセンサを有しており；
前記制御システムは、前記各容器の圧力センサ、前記生成物回収管路の圧力センサ、及び前記生成物回収管路にマニホールドで接続される前記緩衝容器の圧力センサのうちのいずれか１つのセンサにおいて測定された圧力によって、弁の故障を特定する、請求項３２から３８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項４０】
前記１個以上のマニホールドは少なくとも３個の弁を有しており、前記制御システムは少なくとも３個の弁を順番に開く、請求項３１から３９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項４１】
少なくとも１層以上の吸着剤材料を中に含む複数の容器と；
前記複数の容器に接続される供給ガス管路と；
前記複数の容器に接続される生成物回収管路と；
前記複数の容器に接続されるパージガス管路と；
前記複数の容器に接続される廃棄ガス管路と；
前記複数の容器に接続される等化管路と；
前記複数の容器のそれぞれと前記生成物回収管路との間を、弁を設けた並列な少なくとも２つの管路によって接続するマニホールドと；
前記複数の容器のそれぞれと前記パージガス管路との間を、弁を設けた並列な少なくとも２つの管路によって接続するマニホールドと；
前記複数の容器のそれぞれと前記廃棄ガス管路との間を、弁を設けた並列な少なくとも２つの管路によって接続するマニホールドと；
前記複数の容器のそれぞれと前記等化管路との間を、弁を設けた並列な少なくとも２つの管路によって接続するマニホールドと；
前記容器と前記生成物回収管路とに設けられた前記２つの管路に設けられた２つの弁を順番に開き；
前記容器と前記パージガス管路に設けられた前記２つの管路に設けられた２つの弁を順番に開き；
前記容器と前記廃棄ガス管路とに設けられた前記２つの管路に設けられた２つの弁を順番に開き；
前記容器と前記等化管路とに設けられた前記２つの管路に設けられた２つの弁を順番に開くように、構成される圧力スウィング吸着システム。
【請求項４２】
前記マニホールドに設けられた前記弁は、それぞれオン／オフ弁である、請求項４１に記載のシステム。
【請求項４３】
前記マニホールドのオン／オフ弁の直径の大きさが同じである、請求項４２に記載のシステム。
【請求項４４】
前記マニホールドのオン／オフ弁の直径の大きさが異なる、請求項４２に記載のシステム。
【請求項４５】
前記複数の容器の圧力を測定する圧力センサと；
前記生成物回収管路の圧力を測定する圧力センサと；
前記生成物回収管路に接続された緩衝容器において圧力を測定する圧力センサと；
前記パージガス管路の圧力を測定する圧力センサと；
前記パージガス管路に接続された緩衝容器において圧力を測定する圧力センサと；
前記廃棄ガス管路の圧力を測定する圧力センサと；
前記廃棄ガス管路に接続された緩衝容器において圧力を測定する圧力センサと；
前記等化管路の圧力を測定する圧力センサと；
前記等化管路に接続された緩衝容器において圧力を測定する圧力センサと；を有し、
前記制御システムは、
前記各容器の圧力センサ、前記生成物回収管路の圧力センサ、及び前記生成物回収管路にマニホールドで接続される前記緩衝容器の圧力センサのうちのいずれか１つのセンサにおいて測定された圧力；
前記パージガス管路の圧力センサ、及び前記パージガス管路にマニホールドで接続される前記緩衝容器の圧力センサのうちのいずれか１つのセンサにおいて測定された圧力；
前記廃棄ガス管路の圧力センサ、及び前記廃棄ガス管路にマニホールドで接続される前記緩衝容器の圧力センサのうちのいずれか１つのセンサにおいて測定された圧力；
前記各容器の圧力センサ、前記等化管路の圧力センサ、及び前記等化管路にマニホールドで接続される前記緩衝容器の圧力センサのうちのいずれか１つのセンサにおいて測定された圧力；のうちいずれか１つによって、弁の故障を特定する、請求項４１から４４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項４６】
前記マニホールドは少なくとも３個の弁を有し、
前記制御システムは、少なくとも３個の弁を順番に開く、請求項４１から４５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項４７】
前記オン／オフ弁の大きさは、前記オン／オフ弁がオンの際に前記容器へ流入されるガス流速を維持できる大きさである、請求項３、１３、２３、３３又は４２のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項４８】
前記制御システムは、圧力、圧力差、圧力変化のレート、または圧力変化のレートに関するレートの変化によって、前記弁を順番に開くように構成される、請求項４７に記載のシステム。
【請求項４９】
少なくとも２個の弁を有するマニホールドが並列に配置されている前記複数の容器に接続された前記供給ガス管路と；
少なくとも２個の供給弁を順番に開くよう構成される制御システムと、を有する、請求項１から４８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項５０】
少なくとも１層以上の吸着剤材料を中に含む複数の容器と、供給ガス管路と、生成物回収管路と、パージガス管路と、廃棄ガス管路と、少なくとも並列な２つの管路にそれぞれ弁を設けたマニホールドとを有する、圧力スウィング吸着システムを稼働する方法において、該方法は；
前記複数の容器のそれぞれと生成物回収管路との間を接続する前記マニホールドに設けられた２つの弁を順番に開き；
前記複数の容器のそれぞれと廃棄ガス管路との間を接続する前記マニホールドに設けられた２つの弁を順番に開き；
前記複数の容器のそれぞれと等化管路との間を接続する前記マニホールドに設けられた２つの弁を順番に開き；または
前記複数の容器のそれぞれとパージガス管路との間を接続する前記マニホールドに設けられた２つの弁を順番に開く；のいずれか１つの方法を有する、圧力スウィング吸着システムを稼働する方法。
【請求項５１】
さらに、弁の故障に対応する、重複する弁が並列に配置される、請求項５０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力スウィング吸着（ＰＳＡ）システムに関する。特に、本発明は吸着ベッドに流入したり流出したりするガスの流れを制御する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧力スウィング吸着（ＰＳＡ）は、ガスの混合物を分別して少なくとも１つの純化された生成物ガスとラフィネート副産物混合物とを提供するために使用される技術である。ＰＳＡは、水素を別のガスから分離し、酸素および窒素を空気から分離し、ヘリウムをから天然ガスから分離するために成功的に使用されている。
【０００３】
初期のＰＳＡシステムは、一般に、並列に動作される４個の吸着容器を使用していた。これの一例は、Wagner氏による米国特許第 3,430,418号明細書に記載されている。Wagner氏のプロセスに対して後に加えられた改良として、４個の吸着ベッドを維持させながら付加的な圧力等化ステップが追加され（たとえば、Batta氏による米国特許第3,564,816号明細書）、その後、Fuderer氏他による米国特許第 3,986,849号明細書においてさらに多くの圧力等化ステップが７個以上の吸着ベッドに追加された。圧力等化の数および吸着容器の個数のこれら増加は、生成物の回収率および吸着体の生産率を高めるために行われた。残念ながら、性能の増強には、Wagner氏のプロセスに対して３１個必要とされ、Batta氏のプロセスに対して３３個必要とされ、Fuderer氏他のプロセスに対しては最少で４４個必要とされる弁の数の増加が必要とされた。
【０００４】
ＰＳＡサイクルの性能は通常、いくつかの基準に基づいて測定される。第１のものは、所定の不純物レベルでの生成物の回収率、すなわち、純化された生成物としてデリバーされる全供給ストリーム中の生成物化学種の割合である。第２の尺度は吸着体の生産率であり、これは、生成物がデリバーされる期間中のＰＳＡサイクルをそのサイクルの全長と比較したときの割合に関連している。これらのパラメータの一方または両方を固定された供給組成において最大化するために、いくつかの方法が別のシステムにおいて説明されている。
【０００５】
Wagner氏は、加圧されたベッド中に貯蔵されたガスを使用して、パージされていた１つの別の容器を再加圧し、その後第１の容器内の圧力が使い尽くされる前に別の容器をパージするプロセスを記載している。その後、Batta氏は、第２の圧力等化が第１のものに追加されることが可能であったこと、およびこれが回収率を有意義に改善することを説明している。Batta氏はパージガスの供給を彼のサイクル中に存続させた。Fuderer氏他は、この方法を第３の圧力等化に拡大し、１つのベッドから回収された最も純度の高いガスは、常に再加圧されている任意の他のベッドに入れられる最後のガスでなければならないことを教示した。Batta氏の４個の容器サイクルは、真に望ましいものより低い純度のガスが加圧されている容器に入れられるように構成されていた。さらに、Fuderer氏他の発明は、先のサイクルによって達成可能なものより高い吸着体の生産率を可能にした。これは、弁の切替え理論の詳細のために吸着に割当てられたサイクル中の時間の割合が大きくなったためである。
【０００６】
これらの方法によって高い生成物の回収率および吸着体の生産率が容易になるが、それらは著しい複雑性を伴って実現される。Wagner氏の元のプロセスは４個の容器および３１個の弁を使用して１つの圧力等化および１つの別の容器のパージを可能にした。Batta氏は２つの等化を伴う彼のサイクルのためにこの合計を３３個の弁および４個の容器に増加させた。これらの４ベッドサイクルは共に、その時間の２５％で１つの所定の容器からガスを生成する。Batta氏はまた、ガスの純度が連続的に増加する所望の再加圧力を与えるために等化を再オーダする４３個の弁を有する５容器システムを提供した。このサイクルは、わずか２０％の時間で１つの所定の容器から生成した。３つの等化および１つのパージステップを提供するFuderer氏他の最も簡単なサイクルには、９個の容器および５５個の弁が必要とされた。このサイクルはBatta氏およびWagner氏のサイクルよりも著しく増加し、わずか３３％の時間での生成を可能とした。これらのサイクルにより回収率および生産率がその臨界範囲において前進したが、それらを行うために機械的な複雑さが大きく増加した。この複雑さの増加には、システムの容積、質量、組立て時間および主要費用の増加を伴った。さらに、弁の数を大幅に増加することにより、ＰＳＡシステムの信頼性が時間にわたって著しく低下する。それは、このようなＰＳＡシステムが、１個の弁が故障した場合であっても動作を停止しなければならない故障システムの単一のポイントになるためである。
【０００７】
複雑さに付随する問題に対処するためにその複雑さを軽減する努力がなされてきた。Stocker氏による米国特許第4,761,165号明細書においては、Wagner氏のプロセスである４個の容器と１８個の弁とを使って実施され、そのうちの４個の弁は比例的に制御される弁である。Duhayer氏他による米国特許第6,146,450号明細書には、パイプ付属部品を最適に構成することにより複雑さを軽減する手段が記載されているが、この方法はＰＳＡサイクルを弁または容器の個数に応じて変化させない。はるかに劇的な機械的な簡単化は、発明者であるLomax氏他による、米国特許第6,755,895号明細書に記載されている。
【０００８】
Lomax氏他による米国特許第6,858,065には、圧力が低下するステージが少なくとも２回発生する第１等化ステップと、圧力が上昇するステージが少なくとも２回発生する第２等化ステップとを含む方法が開示されている。
【０００９】
Lomax氏他による別の米国特許第7,674,319には、システム内の様々なポイントに配置された複数の圧力変換器を含む、ＰＳＡシステムの性能及び稼働を監視する制御システムを有するＰＳＡシステムが開示されている。Stocker氏他も複数の圧力変換器を使用する吸着容器、供給ライン、及び生成物ラインを開示しており、これらは比例して開いている弁を徐々に制御するために吸着物の液化を防ぐために配置されている。
【００１０】
Lomax氏他による米国特許第6,755,895は、供給バック制御または比例弁を使用せずに、吸着容器から流出されるガスの速度を制御する、固定された開口を具備するシステムが開示されている。
【００１１】
しかし、速度が非常に速いサイクルを制限するにおいて、Lomax氏他による米国特許第6,755,895の発明による流量率は、圧力等化ステップを実施するための速度を所望よりも低下させ、結果として吸着体の生成率を制限することが判明した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許第３,４３０,４１８号
【特許文献２】米国特許第３,５６４,８１６号明細書
【特許文献３】米国特許第３,９８６,８４９号明細書
【特許文献４】米国特許第４,７６１,１６５号明細書
【特許文献５】米国特許第６,１４６,４５０号明細書
【特許文献６】米国特許第６,７５５,８９５号明細書
【特許文献７】米国特許第６,８５８,０６５号明細書
【特許文献８】米国特許第７,６７４,３１９号明細書
【発明の概要】
【００１３】
Wagner氏のプロセスに関連し、上述のプロセスのうちの幾つかは、弁の数をシンプル化することが可能となる。他の方法は、弁の故障及びシステムの性能を特定するためにＰＳＡシステムの監視及び制御を行う複数の測定装置を提供する。
【００１４】
驚くべきことに、本発明のプロセスの単純化と、システムの性能と監視の改良とは、吸着体であるベッドから流入したり流出したりするガスの流れを制御する２個以上の弁を使用することであり、２個以上の弁が順番に開く（例：少なくとも時間差で２回に分けて開く）ことによって、達成が可能である。順番に開く弁の開口により、ベッドからパージされる吸着体が増加し、及びＰＳＡサイクルの一部のステップの実行を促進し、結果として吸着体の生成率を増加させる。順番に開く弁の開口は、絶対値、スロープ（派生的な）、または圧力の派生的な変化レートを、吸着ベッド、下流マニホールド、または緩衝容器に保存されるガスのいずれかを測定することによって、弁の作動を照合することも可能である。前述のプロセスと比較すると、このシステムは、同じまたは少ない部品数（同じ弁とセンサを含む）を有するため、誤作動のリスクを低減し、ＰＳＡシステム作動と制御の両方において改善する。
【００１５】
本実施形態の一つは、ＰＳＡシステムに関し、前記ＰＳＡシステムは：少なくとも１層またはそれ以上の吸着剤材料を含む複数の容器と；複数の容器に接続される供給ガス管路と；複数の容器に接続される生成物回収管路と；複数の容器に接続されるパージガス管路と；複数の容器に接続される廃棄ガス管路と；複数の容器に接続される等化管路と；を有する。そして、生成物回収管路と複数の容器とは少なくとも２個の弁を有するマニホールドによって、並列流動で配置された複数の容器に接続され；制御システムは、少なくとも２個の弁を順番に開くように構成される。
【００１６】
本実施形態の一つは、ＰＳＡシステムに関し、前記ＰＳＡシステムは：少なくとも１層またはそれ以上の吸着剤材料を含む複数の容器と；複数の容器に接続される供給ガス管路と；複数の容器に接続される生成物回収管路と；複数の容器に接続されるパージガス管路と；複数の容器に接続される廃棄ガス管路と；複数の容器に接続される等化管路と；を有する。そして、パージガス管路は、少なくとも２個の弁を有するマニホールドによって、並列流動で配置された複数の容器に接続され；制御システムは、少なくとも２個の弁を順番に開くように構成される。
【００１７】
本実施形態の一つは、ＰＳＡシステムに関し、前記ＰＳＡシステムは：少なくとも１層またはそれ以上の吸着剤材料を含む複数の容器と；複数の容器に接続される供給ガス管路と；複数の容器に接続される生成物回収管路と；複数の容器に接続されるパージガス管路と；複数の容器に接続される廃棄ガス管路と；複数の容器に接続される等化管路と；を有する。そして、廃棄ガス管路は、少なくとも２個の弁を有するマニホールドによって、並列流動で配置された複数の容器に接続され；制御システムは、少なくとも２個の弁を順番に開くように構成される。
【００１８】
本実施形態の一つは、ＰＳＡシステムに関し、前記ＰＳＡシステムは：少なくとも１層またはそれ以上の吸着剤材料を含む複数の容器と；複数の容器に接続される供給ガス管路と；複数の容器に接続される生成物回収管路と；複数の容器に接続されるパージガス管路と；複数の容器に接続される廃棄ガス管路と；複数の容器に接続される等化管路と；を有する。そして、等化管路は、少なくとも２個の弁を有するマニホールドによって、並列流動で配置された複数の容器に接続され；制御システムは、少なくとも２個の弁を順番に開くように構成される。
【００１９】
本実施形態の一つは、ＰＳＡシステムに関し、前記ＰＳＡシステムは：少なくとも１層またはそれ以上の吸着剤材料を含む複数の容器と；複数の容器に接続される供給ガス管路と；複数の容器に接続される生成物回収管路と；複数の容器に接続されるパージガス管路と；複数の容器に接続される廃棄ガス管路と；複数の容器に接続される等化管路と；を有する。生成物回収管路は、少なくとも２個の弁を有するマニホールドによって、並列流動で配置された複数の容器に接続される。パージガス管路は、少なくとも２個の弁を有するマニホールドによって、並列流動で配置された複数の容器に接続される。廃棄ガス管路は、少なくとも２個の弁を有するマニホールドによって、並列流動で配置された複数の容器に接続される。そして、等化管路は、少なくとも２個の弁を有するマニホールドによって、並列流動で配置された複数の容器に接続される。制御システムは：生成物回収管路と接続されたマニホールドのうち、少なくとも２個の弁を順番に開き；パージガス管路と接続されたマニホールドのうち、少なくとも２個の弁を順番に開き；廃棄ガス管路と接続されたマニホールドのうち、少なくとも２個の弁を順番に開き；等化管路と接続されたマニホールドのうち、少なくとも２個の弁を順番に開くように；構成する。
【００２０】
本実施形態の一つは、ＰＳＡシステムに関し、ＰＳＡシステムは：複数の容器のそれぞれの圧力を測定する圧力センサ；生成物回収管路の圧力を測定する圧力センサと；生成物回収管路に流動的に接続される緩衝容器の圧力を測定する圧力センサ；パージガス管路の圧力を測定する圧力センサと；パージガス管路に流動的に接続される緩衝容器の圧力を測定する圧力センサ；廃棄ガス管路の圧力を測定する圧力センサと；廃棄ガス管路に流動的に接続される緩衝容器の圧力を測定する圧力センサ；等化管路の圧力を測定する圧力センサと；等化管路に流動的に接続される緩衝容器の圧力を測定する圧力センサ；のうち、少なくとも１つのセンサを有する。
【００２１】
本実施形態は、いずれか一つにおいて弁の故障を特定するシステムである。容器の圧力センサが存在する場合において、複数の容器の圧力センサ、生成物回収管路の圧力センサ、及び生成物回収管路にマニホールドで接続された少なくとも２個の弁が順番に開く構成において、生成物回収管路と流動的に接続される緩衝容器の圧力センサのうち、いずれか１つのセンサにおいて測定された圧力；パージガス管路の圧力センサが存在する場合において、複数の容器の圧力センサ、パージガス管路の圧力センサ、及びパージガス管路にマニホールドで接続された少なくとも２個の弁が順番に開く構成において、パージガス管路と流動的に接続される緩衝容器の圧力センサのうち、いずれか１つのセンサにおいて測定された圧力；廃棄ガス管路の圧力センサが存在する場合において、複数の容器の圧力センサ、廃棄ガス管路の圧力センサ、及び廃棄ガス管路にマニホールドで接続され、少なくとも２個の弁が順番に開く構成において、廃棄ガス管路と流動的に接続される緩衝容器の圧力センサのうち、いずれか１つのセンサにおいて測定された圧力；等化管路の圧力センサが存在する場合において、複数の容器の圧力センサ、等化管路の圧力センサ、及び等化管路にマニホールドで接続され、少なくとも２個の弁が順番に開く構成において、等化管路と流動的に接続される緩衝容器の圧力センサのうち、いずれか１つのセンサにおいて測定された圧力；のうちいずれか１つの圧力で、弁の故障を特定する。
【００２２】
本システムの実施形態において、さらにシステムは、少なくとも２個の弁を有するマニホールドが並列流動で配置されている複数の容器に接続された供給ガス管路を有しており、制御システムは、少なくとも２個の供給弁を順番に開くよう構成される。
【００２３】
別の観点において、本実施形態は、ＰＳＡシステムを稼働する方法に関する。ＰＳＡシステムは：複数の容器と、複数の容器に接続される供給ガス管路と、複数の容器に接続される生成物回収管路と、複数の容器に接続されるパージガス管路と、複数の容器に接続される廃棄ガス管路と、を有している。そして、方法は少なくとも；前記複数の容器と生成物回収管路とを接続し、並列流動で配置されている２個以上の弁を順番に開き；前記複数の容器と廃棄ガス管路とを接続し、並列流動で配置されている２個以上の弁を順番に開き；前記複数の容器と等化管路とを接続し、並列流動で配置されている２個以上の弁を順番に開き；前記複数の容器と供給ガス管路とを接続し、並列流動で配置されている２個以上の弁を順番に開き；前記複数の容器とパージガス管路とを接続し、並列流動で配置されている２個以上の弁を順番に開く；のいずれか１つの方法を有する。
【００２４】
本発明のさらなる利点については、実施例及び請求項を考慮することによって、容易に明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】従来の圧力スウィング吸着（ＰＳＡ）システムの単純化された図である。
【図１Ａ】従来の圧力スウィング吸着システムを動作する制御方式を示す単純化された図である。
【図２】本実施例における圧力スウィング吸着システムの単純化されたフロー図である。
【図３】本実施例における圧力スウィング吸着システムの単純化されたフロー図である。
【図４】本実施例における圧力スウィング吸着システムの単純化されたフロー図である。
【図５】本実施例における圧力スウィング吸着システムの単純化されたフロー図である。
【図６】本実施例における圧力スウィング吸着システムの単純化されたフロー図である。
【図７】本実施例における圧力スウィング吸着システムを動作する制御スキームを表す、単純化された図である。
【図８】本実施例における圧力スウィング吸着システムの単純化されたフロー図である。
【図９Ａ】図８に図示されている、８個の容器を有し、３圧力等化ステージを使用する、圧力スウィング吸着システムのシーケンスチャートである。
【図９Ｂ】図８に図示されている、８個の容器を有し、３圧力等化ステージを使用する、圧力スウィング吸着システムのシーケンスチャートである。
【図９Ｃ】図８に図示されている、８個の容器を有し、３圧力等化ステージを使用する、圧力スウィング吸着システムのシーケンスチャートである。
【図９Ｄ】図８に図示されている、８個の容器を有し、３圧力等化ステージを使用する、圧力スウィング吸着システムのシーケンスチャートである。
【図１０】本実施例における圧力スウィング吸着システムの単純化されたフロー図である。
【図１１Ａ】図１０に図示されている、９個の容器を有し、４圧力等化ステージを使用する、圧力スウィング吸着システムのシーケンスチャートである。
【図１１Ｂ】図１０に図示されている、９個の容器を有し、４圧力等化ステージを使用する、圧力スウィング吸着システムのシーケンスチャートである。
【図１１Ｃ】図１０に図示されている、９個の容器を有し、４圧力等化ステージを使用する、圧力スウィング吸着システムのシーケンスチャートである。
【図１１Ｄ】図１０に図示されている、９個の容器を有し、４圧力等化ステージを使用する、圧力スウィング吸着システムのシーケンスチャートである。
【図１１Ｅ】図１０に図示されている、９個の容器を有し、４圧力等化ステージを使用する、圧力スウィング吸着システムのシーケンスチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の実施形態の１つは、吸着ベッドに流入したり流出したりするガスの流れを制御する方法及び装置に関する。さらに詳しくは、本願において開示されている実施例は、２個以上の弁の使用し、吸着ベッドに流入したり流出したりするガスの流れを制御する方法であって、２個の弁は順番に開く方法を開示している。（例：時間差で少なくとも２回に分けて開く）。
【００２７】
図１は、従来のＰＳＡシステムの単純化された図である。ＰＳＡシステム５は、第１容器１０と、第２容器１２と、第３容器１４と、第４容器１６とを有する。各容器１０、容器１２、容器１４、容器１６は、少なくとも１個以上の吸着剤材料のベッドを備えている。各容器１０、容器１２、容器１４、容器１６は、供給ガス混合物を供給するソースマニホールド１８と、吸着されない生成物廃棄ガスの出口を提供する生成物マニホールド２０との間に、並列流動関係で接続されている。また、各容器１０、容器１２、容器１４、容器１６は、吸着されたコンポーネントの出口となる廃棄マニホールド２２に接続されている。更に、各容器１０、容器１２、容器１４、容器１６は等化マニホールド２４に接続されており、これによって２個以上の容器との圧力を等化し、システムの稼働中に圧力エネルギーを保持する。上記は、例えば米国特許第6,858,065に開示されている、従来技術の４個のマニホールドである。また、米国特許第7,674,319には、パージガスのマニホールド２６に接続する、接続容器１０、１２、１４、１６が開示されている。
【００２８】
各容器１０、容器１２、容器１４、容器１６は、容器へ流入及び流出されるガスの流れを制御するために、弁を有するマニホールドにそれぞれ接続される。図１のシステムによると、吸着ベッドに流入及び流出されるガスの流れは、例えば図１Ａの制御システムを利用して制御してもよい。例えば、容器１０は、ターゲットとする圧力の差及び／または圧減衰のレートを達成するために、容器１０の圧力を監視する制御システム３４と、少なくとも２個の圧力センサ３６、３８と同時に使用される、位置制御及びレポート装置（ポジショナー）３２を有する流動制御弁３０に接続される。流動制御弁３０からの流動レートは継続的に異なるため、弁の性能をチューニングするためには複雑な制御アルゴリズムが必要とされる。加えて、ポジショナー固有の信頼性も欠けている。従って、このようなシステムには、マニュアル・オーバーライドモードの操作が備えられる。さらに、圧力センサ３６、３８のいずれかが故障した場合、このようなシステムは操作不能となる。この故障により、複数のセンサを提供し、または故障があるコンポーネントを修理するために故障した吸着容器を隔離する手段を提供することが必要とされる。制御弁３０の誤操作によって、容器１０から著しく早い流出が発生する場合があり、これによって当該容器に含まれる１個以上の吸着ベッドの各粒子が空気力学的に流体化する可能性があり、これによって当該粒子が容器の外に流出したり、容器や他の粒子との衝撃によって破壊されたり、または単一ではない形態に再アレンジされる可能性があり、結果として当該粒子が次々と流体化される性質を悪化させる可能性がある。制御弁３０の流れが不適切である場合、ＰＳＡサイクルのステップを完了させるまでの時間が長くなる。ＰＳＡサイクルを固定された頻度のサイクルで稼働した場合、廃棄物として排出される生成物ガスの比率が高くなり、結果として生成物の回収率および吸着体の生成率が低くなる。流量率の低下を安定させるためにＰＳＡサイクルの頻度を減らした場合、吸着体の生成率が減少する。
【００２９】
供給中、圧力等化中、生成物への圧力付加中、逆流によるブローダウン中、及び／またはパージ中に流れるガスのレートを制御するためには、２個以上のオン／オフ弁を並列して使用することによって、ＰＳＡシステムが改良されることが分かった。並列でオン／オフ弁を使用する方法は、本質的に信頼ができないセンサ及び供給バック制御ループへの依存を減少しつつ、ＰＳＡシステムを稼働させることを可能とする。
【００３０】
例えば、望まれる状態、すなわち吸収率が低い（軽い）生成物の回収率を増やすには、各サイクルの終了後に吸着ベッドの吸着種（重い）を、効率よく取り除くことが要望される。これは、逆流によるブローダウンステップ中に、吸着ベッド全体の圧力の変化レートを制御し、さらにその後のパージステップにおいて、同じ容器から同じ廃棄ガスヘッダーへの流量率を制御しないことによって達成が可能である。
【００３１】
図２には本実施例におけるＰＳＡシステムが開示されており、２個以上のオン／オフ弁を使用して吸着ベッドから廃棄ガス管路へと流れるガスの流れを制御している。ＰＳＡシステム４０は、第１容器４２と、第２容器４４と、第３容器４６と、第４容器４８とを有する。各容器４２、４４、４６、４８は、典型的に１個またはそれ以上の吸着剤ベッド（不図示）を有している。各容器４２、容器４４、容器４６、容器４８は、供給ガス混合物を供給する供給ガス管路５０と、吸着されない生成物廃棄ガスの出口を提供する生成物回収管路５２との間において並列流動関係で接続される。各容器４２、容器４４、容器４６、容器４８はさらに、吸着コンポーネントの出口である、廃棄ガス管路５４に接続されている。加えて、容器４２、４４、４６、４８は、２個以上の容器との圧力の等化を行ってシステムの稼働中に圧力エネルギーを保存する等化管路５６と、ＰＳＡシステムにパージガスを供給するパージガス管路５７とに接続される。
【００３２】
圧力低下ステップにおいて吸着ベッドからの吸着種の削減を改善するために、各容器４２、４４、４６、４８は、並列オン／オフ弁５８、６０を通じて廃棄ガス管路にそれぞれ接続される。図面には２個の弁しか図示されていないが、３個以上の弁が使用されてもよい。オン／オフ弁５８、６０には、同じまたは異なる有効直径を有する開口があってもよく、開口の有効直径は圧力低下サイクルにおいて変化する圧力の率に調整してもよい。
【００３３】
図２及び図７を参照すると、圧力低下サイクルは、制御システム６４を使用して制御及び監視することもでき、または弁５８を最初に開いて第１圧力低下流路を作った後で、選択した間隔の後に弁６０を開いて継続的な圧力低下中に流路のサイズを大きくすることが可能である。大きさがそれぞれ異なるｎ個のオン／オフ弁を使用することにより、２ｎの異なる流れの抵抗を提供することは、当業者にとって自明である。それぞれの開口の大きさを選択することによって、圧力低下サイクル中における特定された分離プロセス及び要望された圧力変化に応じて調整でき、吸着種の除去の最適化が可能となる。本発明における一つの実施例として、パージステップ中において使用される弁の組み合わせによる最終的な流動容量は、弁から発生した圧力のロスは２ｐｓｉよりも少ないため、十分であると言える。本発明における別の実施例として、最初に容器４２の逆流によるブローダウンを始めるために弁５８を開き、逆流によるブローダウンのステップよりも短い所定の時間の経過後に弁６０を開くことにより、その後のパージステップを開始する前に逆流によるブローダウンが終了するように、弁５８、６０が選択される。本発明の一つの実施例として、容器４２の内部が廃棄ヘッダ５４よりも５ｐｓｉ少ない圧力である場合に、実体的な完了となるとみなされる。
【００３４】
さらに、本願の発明者は、図１Ａの様な従来のフロー制御弁と比較すると、オン／オフ弁によってＰＳＡシステムの信頼性が高まることを確認している。上述の通り、図１、図１ＡのＰＳＡシステムは、フロー弁制御のチューニングと、弁トリムの位置の調整が必要である。制御アルゴリズムは複雑であり、デジタル制御システムを使ってオペレータがランダムに変更することもあり、所望の制御を達成するまでにはスタートアップから著しい時間が要求される。さらに、弁の性能の変動性は、容器１０の弁３０にて使用される制御パラメータが、弁３０の容器１２、１４、１６には適していないことを意味する。これは、レスポンス時間の違い（制御のタイムラグ、圧力調整弁の設定や性能の違い、など）、トリム位置、トリム大きさ、その他の要素による。さらに、ポジショナーの変更、弁そのもの（例：浸食、粒子の付着、等）、または吸着ベッド（沈殿、閉栓、及び時間に比例した多量または局部的な液化）は、弁の性能と、容器の流量率を制御する供給バック制御のアルゴリズムに関連する性能とに影響を及ぼす。
【００３５】
本発明において使用されるオン／オフ弁は、流れの抵抗を調整する制御アルゴリズムを必要としない。さらに、２個以上のオン／オフ弁を順次開くことによって、流れの抵抗を所望通りに変更できる。オン／オフ弁によって、流れ抵抗の変化が予測可能（開いているか閉じているか）となる。また、サイクルを完了する時間が、１個の流れを抑制する弁よりも、２個以上のオン／オフ弁を使用する方法によって短縮されることが発見された。さらに、オン／オフ弁は典型的な流れを制御する弁よりも著しく頑丈であり、一般的に購入費用及び維持費用が安く、弁が故障するまでのサイクル数が長い。
【００３６】
順番となっているオン／オフ弁の開口部は、上記の通り、圧力そのもの、圧力の変化率、または圧力の変化率における変化率のうちの１ステップ以上の変化を起こすために使用される。これによって、圧力低下中の吸着種の除去、圧力低下サイクル時間の縮小、圧力センサの数の減少、及びオン／オフ弁を使用したシステムの信頼性の上昇によるＰＳＡシステムの停止時間の減少などのうち、１つ以上の点の改善に繋がる。
【００３７】
上記の通り、オン／オフ弁は頑丈であるものの、故障が起こる場合がある。さらに図２を参照すると、弁の故障を特定するには、圧力センサを容器４２、４４、４６、４８、または廃棄ガス管路、または廃棄ガス管路に接続される緩衝タンクに配置してもよい。図２に図示されている通り、圧力センサ６２は廃棄ガス管路に位置されている。これらの位置に配置されている単体の圧力センサは、圧力の変化、圧力の変化率、または変化率を測定することによって、弁の開口を非間接的に測定する可能性がある。変化、変化率、または圧力に派生する変化が予測通りに発生しない場合には、弁の故障を示すことにもなる。
【００３８】
幾つかの実施例において、冗長な弁（不図示）は、容器から廃棄ガス管路に接続されてもよい。弁５８、６０が故障した場合、制御システム６４は、例えば予測される圧力の変化を感知しないことを察知し、短い遅延で圧力の減少が行われるように、補完的なアルゴリズムが冗長な弁のうちの１つを開いてもよい。
【００３９】
背景技術に記載されている先行技術の大半が弁の数を減らす方法を開示しているが、本発明においては従来の１個の大きな弁を使用する方法とは対照的に、（様々な流れの抵抗を提供するために連続して配置される）分離された制御弁を使用するが、本発明のＰＳＡシステムでは少ない数のセンサと少しまたは全く無い供給バックを使用するため、全体的に信頼性が高いシステムに繋がる。このようなシステムでは、センサとアクチュエータとをシステム制御に提供する必要性が減少するため、結果的に同等または少ないコンポーネントを有することとなる。さらに、一般的に手動の中断が必要となる制御弁が少ない場合と比較すると、意図する作動からの逸脱を自動的に戻すことが容易となる。
【００４０】
本実施例における少なくとも２個の弁を使用する方法は、比例弁の開閉レートがオン／オフ弁と比較して減少する点において、単体の比例流量制御弁に対して利点を有している。このレートの減少は、弁の閉鎖に対応するために、ＰＳＡサイクルに過度に延長されたステップ時間を追加する可能性、または流速を早くするために作動弁の追加が発生する可能性を引き起こす。この追加された弁は、故障を起こすかもしれないコンポーネントが追加される。比例弁に代わって、少なくとも２個のオン／オフ弁が使用されることにより、それぞれの弁は、早くて正当な作動が提供する。順番に開く２個以上の弁をＰＳＡシステムで使用する更なる利点は、２個以上の弁のうちの最初の弁が開いている１回目と、１回目よりも多くの弁が開いている２回目との間で、容器と流動ガス源又は到達点との圧力の差が下がることが必然的である点である。殆どの種類の処理弁において、アクチュエータのトルク及び／またはフォースは、圧力差によって作動する。従って、第１弁は最大限の圧力差に対抗して十分に弁を開くアクチュエータと共に提供されるが、他の弁は小さいアクチュエータと共に提供されてもよい。この利点によって、アクチュエータの大きさと重量とを減少させるだけでなく、弁に発生する疲労を減少させ、さらなる利点として、稼働中の弁が疲労による故障を起こす可能性を低下させる。小さいアクチュエータに関連する利点として、圧力の差異が所望よりも高い場合に弁がうっかり稼働することを防ぐ。本発明の実施例の一つとして、比較的に小さい流動容量を持ち、かつ第１圧力差の状態で開くことが可能である第１圧力弁５８が、図２の容器４２、４４、４６、４８と一緒に提供される。弁６０は、第２の、比較すると大きい流動容積で提供され、予測された時間に対応する異なる圧力において弁が開く、比較的に弱いアクチュエータである。本実施例では、容器４２の圧力が高い状態において、望ましくないタイミングで大きな弁６０が開くのを防ぎ、結果的に廃棄ヘッダ５４への流量率が予測よりも高くなる状態を防ぎ、結果として稼働中の誤作動を予防する。さらに、弁６０を開く際の圧力差を慎重に選ぶことにより、この弁の開口が弁５８の流量率の変動を自動的に補い、弁（殆どの場合が空気式である）を開くようにデジタルシグナルが稼働した場合においても、弁は所望の圧力の差異が達成されるまで開かない。
【００４１】
容器と廃棄ガス管路とを接続する２個以上のオン／オフ弁を使用する改良された性能は、サイクルの他のステップにおいて使用される２個以上のオン／オフ弁によって実現される。従って、供給ガス管路、パージガス管路、生成物ガス管路、または等化管路のうちの１個またそれ以上と容器とは、２個以上のオン／オフ弁を有するマニホールドによって、並列流動で接続する事が好ましい。制御システムが存在する場合は、この様な弁を順番に開くように構成されても良い。
【００４２】
同じ構成要件には同じ番号となっている図３によると、本実施例に開示されているＰＳＡシステムの一つが図示されており、パージガス管路を通ってガスの吸着ベッドへの流入及び流出を２個以上の弁を使用して制御する方法が開示されている。パージ管路は、パージのステップのみを実施するために構成されてもよく、または複数のステップを順番に行うために構成されてもよい。同様に、図３は４個の容器を有するＰＳＡが開示されているが、本発明は２個以上の容器を有するＰＳＡシステムに利用される。図３の実施例によると、パージガス管路５７はそれぞれ、容器４２、４４、４６、４８に、少なくとも２個のオン／オフ弁６６、６８を有する弁マニホールドを通じて、並列に接続される。図２の実施例と同様、圧力センサ（不図示）は、容器４２、４４、４６、４８、パージガス管路５７、またはパージガス管路に接続される緩衝タンクのいずれか１つに設置されてもよい。
【００４３】
同じ構成要件には同じ番号となっている図４によると、本実施例に開示されているＰＳＡシステムの一つが図示されており、吸着ベッドから生成物回収管路へ流入したり流出したりするガスの流れを２個以上の弁を使用して制御する方法が開示されている。本実施例において、生成物回収管路５２はそれぞれ、容器４２、４４、４６、４８に、少なくとも２個のオン／オフ弁７０、７２を有する弁マニホールドを通じて、並列に接続される。図２の実施例と同様、圧力センサ７４は、容器４２、４４、４６、４８、生成物回収管路５２（図示通り）、または生成物回収管路５２に流動的に接続される緩衝タンク（不図示）のいずれか１つに設置されてもよい。」
【００４４】
図４に係る実施例の稼働は、前述の実施例とは異なり、容器４２から生成物のヘッダ５２への流入は制御されている。１またはそれ以上の圧力等化ステップの後の最終圧力ステップの開始時において、最終圧力は純化されたガス、純化されていない供給ガス、またはその両方によって達成される。最終圧力ステップの開始時に第１流動容量率を有する第１弁７０を具備することにより、生成物ガスから容器４２への第１流量率が達成される。本発明の実施形態において、弁７０の流動の制限は選択可能であり、弁７０からの流量率は、ＰＳＡ４０から流出される純流出量より、目的値よりも低い、おおよそ１５％の範囲での逸脱となる。第１間隔の後、部分的な生成物の再圧力化を引き起こすために供給弁８０を開いてもよい。第２間隔の後、弁７２を開いてもよい。代替として、供給弁８０の位置に少なくとも２個の弁を、生成物回収弁７０、７２の位置の代わりに配置してもよく、またはそれぞれの位置に２個以上の弁を提供してもよい。１つの位置に２個の弁が配置されていて、且つ他の位置に１個の弁のみが配置されている実施例において、ヘッダ間には５個の明確な状態が存在する。フローはいずれの方向にも流れていない。５個の明確な状態とは、供給ヘッダ５０からの流入、生成物ヘッダ５２からの流入、及び容器と開いた弁に対する２つ以上の組み合わさった流動の抵抗である。これらの組み合わせは、ヘッダ同士の流量率の調整が可能となるため吸着ベッドの液化を発生させずに最終圧力化を実施することが可能となり、さらなる利点として、本来であれば最終圧力ステップを構成するステップにおいて純化された生成物をその後生成することが可能となる。これにより、吸着の分離が起こる間にＰＳＡサイクルの一部が上昇し、吸着体の回収率が上昇する。次に同じ構成要件には同じ番号となっている図５を参照すると、本実施例に開示されているＰＳＡシステムの一つが図示されており、２個以上の弁を使用して吸着ガスから等化管路に流出されるガスの流れを制限する実施例が開示されている。本実施例において、等化管路５６は各容器４２、４４、４６、４８に、少なくとも２個のオン／オフ弁７６、７８を有する弁マニホールドによって、並列流動で接続されている。図２の実施例と同様、圧力センサ８０は、容器４２、４４、４６、４８、等化管路５６（図示通り）、または等化管路５６に接続される緩衝タンク（不図示）のいずれか１つに設置されてもよい。前述通り、等化管路は等化にのみ使用される必要は無く、例えば第１及び第２等化ステップなど、同じ管路で少なくとも２の順次となるステップを行う発明の技術範囲であればよい。
【００４５】
次に同じ構成要件には同じ番号となっている図６を参照すると、本実施例の一つに係るＰＳＡシステムが開示されており、吸着ベッドから生成物回収管路、パージ管路、廃棄ガス管路及び等化管路にそれぞれ流入及び流出するガスの流れを制御するために、２個以上の弁を使用したＰＳＡシステムが図示されている。
【００４６】
上述の通り、循環吸着方法において所望の分離を実現するためには、吸着、等化、圧力低下、及びその他数ステップが必要となる。これらのステップは、容器とパイプの構成によって、上昇流または下降流において実施ができる。例えば、図５に示される通り、ＰＳＡシステム４０には、容器４２、４４、４６、４８の上部に配置される等化管路５６が含まれる。循環吸着方法は、１個の容器の初期圧力を高く設定し、もう１個の容器の初期圧力を低く設定して圧力を均等にし、最終的に中間の圧力に設定することによって、圧力エネルギーを回収する。上流方向に圧力等化を行う容器は、下流弁の液化とダストの除去、及び速度が安定して制御されていない場合にパイピングを行うポテンシャルを有している。従って、２個以上の弁７６、７８の流動制御は、幅を慎重に決める必要がある。圧力等化が開始された際の液化を制限するために、圧力差と流速とが最も高い場合には、流動面積が制御された第１弁７６を最初に開くことにより、達成可能な最も早い流速を容器の上流を液化するために必要な流速のわずかに制限する。後の圧力等化のステップにおいて、第１弁７６が開いている間に第２弁７８を開けることによって、流動面積が増加するため、所望の時間において中間圧力の達成が保証される。例えば、容器同士の圧力の差が比較的小さい時に第２弁７８が開くように間隔をプログラム化してもよく、結果として容器からの上昇流の速度によって吸着物の液化を防ぐ。速度をもっとコントロールし、容器からの上昇流において所望の速度を達成するために、圧力等化中に異なる間隔で開くようにプログラムされている複数（３個またはそれ以上）の弁に、このコンセプトを利用してもよい。
【００４７】
図２−６には４個の容器しか記載されていないが、本発明のＰＳＡシステムの容器の数は、２、３、４、５、６、７、８、９、またはそれ以上の数であってもよい。１個の容器を有するＰＳＡも本発明の利点を有しているが、圧力等化管路は必要ではない。
【００４８】
次に同じ構成要件には同じ番号となっている図８、９Ａ−９Ｄを参照すると、本発明のＰＳＡシステムの弁の順序が示されている。図８、９Ａ−９Ｄに示されるＰＳＡシステムは、図８に示される弁の構成を有する８個の容器を有しており、ＰＳＡシステムは、それぞれの供給ガス管路５０と、生成物回収管路５２と、廃棄ガス管路５４と、等化管路５６と、パージガス管路５７とに接続される２本の並列のオン／オフ弁が含まれる。図８には１個の容器のみが記載されているが、本システムの８個の容器は、図２から６に図示されている様に接続される。
【００４９】
図９Ａ−９Ｄに図示されている弁の順序は、ＰＳＡサイクルの３等化ステップを使用し、等化ステップに含まれる順序として：容器の圧力が高く、好ましくは濃縮された生成物ガスが製造されている状態である、吸着（「Adsorb」）；圧力等化ステージにおいて、容器がガスを供給している、「Prv EQ1」、「Prv EQ 2」、「Prv EQ 3」；システムが最も低い圧力に低下する、ブローダウン（「blowdown」）；圧力等化ステージにおいて、容器がガスを受け取る「Rev EQ1」、「Rev EQ2」、「Rev EQ3」；生成物の再加圧（「Prod Repress」）；及びパージガスが容器から、または容器へ供給される、「Prv Purge」及び「Rev Purge」である。
【００５０】
図９Ａ−９Ｄにおいて、容器をそれぞれの管路に接続する２個の弁は、ステージの開始時に開く最初の弁を「パイロット」（pilot）とし、そのパイロット弁は上述の通り、最初のフローを制御するために、小さいサイズの開口を有している点で異なる。例えば、図８の弁５８は、容器から廃棄ガス管路５４に接続されるパイロット弁であり、また弁６０は容器から廃棄ガス管路５４に接続される第２弁である。順番に開く第２弁は、図９Ａ−９Ｄにおいて「遅延」（Delay）と記載されており、パイロット弁の開くタイミングと第２弁の開くタイミングの遅延がＰＳＡサイクルのステージにおいて適切な間隔となっている。図９Ａ−９Ｄに図示されている弁の順番は、ＰＳＡサイクルにおいて３等化ステップを使用しており、ステップは；容器の圧力が高く、好ましくは濃縮された生成物ガスが製造されている状態である、「吸着」（Adsorb）と；容器が圧力等化ステージにおいてガスを供給している「Prv EQ1」、「Prv EQ2」、「Prv EQ3」と；システムの最も低い圧力まで圧力を下げるブローダウン（Blowdown）と；圧力等化ステージにおいて容器へガスを供給する「Rev EQ1」、「Rev EQ2」、「Rev EQ3」と；製品の再加圧（Prod Repress）と、パージガスが容器からまたは容器へと供給される「Prvパージ」と「Revパージ」とが含まれる。
【００５１】
次に同じ構成要件には同じ番号となっている図１０、図１１Ａ−１１Ｅを参照すると、本発明のＰＳＡシステムの弁の順序が示されている。図１０、図１１Ａ−１１ＥのＰＳＡシステムは、容器とそれぞれの供給ガス管路５０とを接続する２個のオン／オフ弁と、生成物回収管路５２と、廃棄ガス管路５４と、第１等化管路５６（１）と、第２等化管路５６（２）と、パージガス管路５７と、図１０に図示されている構成の弁と、を有する９個の容器である。図１０には１個の容器のみが図示されているが、本システムの９個の容器は図２−６に図示されているように接続されていることが好ましい。
【００５２】
図１１Ａ−１１Ｅに図示されている、弁の順序は、ＰＳＡサイクルの４等化ステップを使用し、等化ステップに含まれる事項として：容器の圧力が高く、好ましくは濃縮された生成物ガスが製造されている状態である、吸着（Adsorb）；圧力等化ステージにおいて、容器がガスを供給している、「Prv EQ1」、「Prv EQ2」、「Prv EQ3」；システムが最も低い圧力に低下する、ブローダウン（blowdown）；圧力等化ステージにおいて、容器がガスを受け取る「Rev EQ1」、「Rev EQ2」、「Rev EQ3」；生成物の再加圧（Prod Repress）；及びパージガスが容器から、または容器へ供給される、「Prvパージ」と「Revパージ」である。
【００５３】
図１１Ａ−１１Ｅにおいて、容器をそれぞれの管路に接続される２個の弁は、ステージの開始時に開く最初の弁をパイロット（Pilot）とし、そのパイロット弁は上述の通り、最初のフローを制御するために、小さいサイズの開口を有している点で異なる。例えば、図１０の弁５８は、容器から廃棄ガス管路５４に接続されるパイロット弁であり、また弁６０は容器から廃棄ガス管路５４に接続される第２弁である。順番に開く第２弁は、図９Ａ−９Ｄにおいて”delay”（遅延）となっており、パイロット弁の開くタイミングと第２弁の開くタイミングの遅延がＰＳＡサイクルにおいて適切な間隔となっている。図９Ａ−９Ｄに図示されている弁の順番は、ＰＳＡサイクルにおいて３等化ステップを使用しており、ステップには；容器の圧力が高く、好ましくは濃縮された生成物ガスが製造されている状態である、吸着（「Adsorb」）と；容器が圧力等化ステージにおいてガスを供給する「Prv EQ1」、「Prv EQ2」、「Prv EQ3」と；システムの最も低い圧力まで圧力を下げるブローダウン（「Blowdown」）と；圧力等化ステージにおいて容器へガスを供給する「Rev EQ1」、「Rev EQ2」、「Rev EQ3」と；製品の再加圧（「Prod Repress」）と、パージガスが容器からまたは容器へと供給される「Prv Purge」と「Rev Purge」とが含まれる。図１１Ａ−１１Ｅには、本発明の異なる観点の実施例を記載しており、第４圧力等化を加えることによって図９Ａ−９Ｄとは異なり、「Prv EQ4」、「Rev EQ4」とをそれぞれ実施するために、２ステップが追加されている。
【００５４】
上述の通り、本実施形態におけるＰＳＡシステムは、２個以上のオン／オフ弁が並列流動となるように配置され、それぞれのサイクルにおいて吸着ベッドから、または吸着ベッドへの流動を制御している。それぞれのステップにおいて複数の弁を使用しているが、ＰＳＡシステムの部品数は、圧力センサの位置を適切に配置することによって減らすことが可能となる。
【００５５】
更に、本発明の実施形態においては：プロセスの性能の向上（生成されたガスの生成物の高い回収率）；センサまたは供給バック制御ループへの依存の減少；少ないパーツ、簡素さ、及び１つの弁またはセンサの故障においてもＰＳＡシステムを中断しない、“セルフ・ヒーリング”モードの許容による同等か改善された技術的性能；の少なくとも１つまたはそれ以上を提供する。
【００５６】
本発明の実施例の数は限定されているが、その技術的範囲または本質的な特徴から逸脱せずに他の特定の形態で実施されることができることが当業者により認識される。ここで開示された本発明の実施形態はそれ故、全て例示であり、限定ではないと考えられる。
【００５７】
本発明の技術的範囲は前述の説明ではなく特許請求の範囲によって示されており、その意味及び範囲ならびに均等の範囲内に入る全ての変更は本発明の技術的範囲に含まれることを意図している。
【図１】
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【図１Ａ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１１Ｅ】
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