(57)【要約】  内部を第一及び第二の可変容積に分ける可動仕切部材を有する圧力容器を含む流体貯蔵及び分給システム。第一の可変容積は製品流体の流入と流出に適合する第一の通路を有し、第二の可変容積は補償ガスの流入と流出に適合する第二の通路を有する。システムは、（１）補償ガスを供給する補償ガス管路、（２）補償ガス管路に設置され上流側と下流側とを有する第一のオリフィス、（３）第二の通路と第一のオリフィスの下流側の間で補償ガス管路に接続される補償ガス排出管路、及び（４）補償ガス排出管路に設置され、流動断面積が第一のオリフィスの流動断面積より小さい第二のオリフィス、を含む。【選択図】なし
2009538223.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
次の（ａ）〜（ｅ）を含む流体貯蔵及び分給システム。
（ａ）内側表面、内部、外部、及び前記内部と外部の間の硬質の壁を有する圧力容器
（ｂ）前記圧力容器の内部に配置された可動仕切部材であって、該仕切部材は前記内部を第一の可変容積と第二の可変容積に分割し、前記第一の可変容積は前記第二の可変容積と連通していない、可動仕切部材
（ｃ）前記圧力容器の硬質の壁を通り抜けて前記第一の可変容積に通じている第一の通路であって、該第一の通路は製品流体を前記第一の可変容積に導入し、前記第二の可変容積から前記製品流体を抜き出すようにされた第一の通路
（ｄ）前記圧力容器の硬質の壁を通り抜けて前記第二の可変容積に通じている第二の通路であって、該第二の通路は補償ガスを前記第二の可変容積に導入し、前記第一第二の容積から前記補償ガスを抜き出すようにされた第二の通路
（ｅ）補償ガス供給システムであって、
（１）前記第二の通路を補償ガス源と連通させる補償ガス管路、
（２）前記補償ガス管路に設置されて上流側と下流側とを有する第一のオリフィス、
（３）前記第二の通路と前記第一のオリフィスの下流側との間の箇所で前記補償ガス管路と連通する補償ガス排出管路であって、該補償ガス排出管路は補償ガスを前記補償ガス管路から大気へ放出するようにされている補償ガス排出管路、及び、
（４）前記補償ガス排出管路に設置され、流動断面積が前記第一のオリフィスの流動断面積よりも小さい第二のオリフィス、
を含む補償ガス供給システム
【請求項２】
前記圧力容器の内部の前記第一及び第二の可変容積が、ブラダーバッグ、ベロー、軟質ダイアフラム、及び前記圧力容器の内側表面との摺動可能なシールを形成するピストンからなる群から選択される可動仕切部材によって画定される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
次の（ａ）〜（ｅ）を含む流体貯蔵及び分給システム。
（ａ）内側表面、内部、外部、及び前記内部と外部の間の硬質の壁を有する圧力容器
（ｂ）前記圧力容器の内部に配置されたフレキシブル流体容器であって、該フレキシブル流体容器は内部、外側表面、及び該容器の内部を前記圧力容器の硬質の壁を通り抜ける第一の通路に接続する開口を有するフレキシブル流体容器
（ｃ）前記フレキシブル流体容器の内部によって画定される第一の可変容積であって、前記第一の通路が製品流体供給管路及び製品流体分給管路と連通していて、製品流体を該第一の可変容積に導入し該製品流体を該第一の可変容積から抜き出すようにされている、第一の可変容積
（ｄ）前記圧力容器の内側表面と前記フレキシブル流体容器の外側表面とによって画定される第二の可変容積であって、該第二の可変容積は該第二の可変容積に補償ガスを導入し該第二の可変容積から該補償ガスを抜き出すようにされている第二の通路と連通している第二の可変容積
（ｅ）補償ガス供給システムであって、
（１）前記第二の通路を補償ガス源と連通させる補償ガス管路、
（２）前記補償ガス管路に設置されて上流側と下流側とを有する第一のオリフィス、
（３）前記第二の通路と前記第一のオリフィスの下流側との間の箇所で前記補償ガス管路と連通する補償ガス排出管路であって、該補償ガス排出管路は補償ガスを前記補償ガス管路から大気へ放出するようにされている補償ガス排出管路、及び、
（４）前記補償ガス排出管路に設置され、流動断面積が前記第一のオリフィスの流動断面積よりも小さい第二のオリフィス、
を含む補償ガス供給システム
【請求項４】
前記製品流体が窒素ガスである、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記補償ガスが空気である、請求項３に記載のシステム。
【請求項６】
前記フレキシブル流体容器がポリマー材料製のブラダーバッグである、請求項３に記載のシステム。
【請求項７】
前記第二の可変容積が本質的にゼロであるように前記ブラダーバッグの外側表面が前記硬質の圧力容器の内側表面と接触しているとき、前記ブラダーバッグのポリマー材料が引き伸ばされていない状態にある、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
加圧空気原料の流れから窒素ガスを回収するのに適合する圧力スイング吸着システムを含む、請求項４に記載のシステム。
【請求項９】
加圧空気原料の流れから窒素ガスを回収するのに適合する膜分離システムを含む、請求項４に記載のシステム。
【請求項１０】
第一のポート、第二のポート、及び第三のポートを有する三方弁を含み、該第一のポートは前記補償ガス源に接続され、該第二のポートは前記第一のオリフィスの上流の前記補償ガス管路に接続され、該第三のポートは別の排出管路に接続され、そして第三のオリフィスが該別の排出管路に設置されていて、該三方弁は、前記補償ガス源を前記第一のオリフィスの上流の前記補償ガス管路に連通させる一方で該別の排出管路を閉鎖する第一の位置で作動するのと、前記第三の排出管路を前記第一のオリフィスの上流の前記補償ガス管路に連通させる一方で前記補償ガス源を閉鎖する第二の位置で作動するのとに適合している、請求項３に記載のシステム。
【請求項１１】
流体を貯蔵及び分給する方法であって、
（ａ）次の（１）〜（５）を含む流体貯蔵及び分給システム、すなわち、
（１）内側表面、内部、外部、及び前記内部と外部の間の硬質の壁を有する圧力容器、
（２）前記圧力容器の内部に配置されたフレキシブル流体容器であって、該フレキシブル流体容器は内部、外側表面、及び該容器の内部を前記圧力容器の硬質の壁を通り抜ける第一の通路に接続する開口を有するフレキシブル流体容器、
（３）前記フレキシブル流体容器の内部によって画定される第一の可変容積であって、前記第一の通路が製品流体供給管路及び製品流体分給管路と連通していて、製品流体を該第一の可変容積に導入し該製品流体を該第一の可変容積から抜き出すようにされている、第一の可変容積、
（４）前記圧力容器の内側表面と前記フレキシブル流体容器の外側表面とによって画定される第二の可変容積であって、該第二の可変容積は該第二の可変容積に補償ガスを導入し該第二の可変容積から該補償ガスを抜き出すようにされている第二の通路と連通している第二の可変容積、及び、
（５）補償ガス供給システムであって、
（ｉ）前記第二の通路を補償ガス源と連通させる補償ガス管路、
（ｉｉ）前記補償ガス管路に設置されて上流側と下流側とを有する第一のオリフィス、
（ｉｉｉ）前記第二の通路と前記第一のオリフィスの下流側との間の箇所で前記補償ガス管路と連通する補償ガス排出管路であって、該補償ガス排出管路は補償ガスを前記補償ガス管路から大気へ放出するようにされている補償ガス排出管路、及び、
（ｉｖ）前記補償ガス排出管路に設置され、流動断面積が前記第一のオリフィスの流動断面積よりも小さい第二のオリフィス、
を含む補償ガス供給システム、
を含む流体貯蔵及び分給システムを用意すること、
（ｂ）第一の時間周期中に、前記第一の可変容積から製品流体を抜き出し、それを前記製品流体供給管路からの製品流体と一緒にして一緒にした製品流体とし、該一緒にした製品流体を前記製品流体分給管路に導入し、補償ガスを前記第一のオリフィス及び前記補償ガス管路を通して前記第二の可変容積に導入すること、及び、
（ｃ）第二の時間周期中に、前記製品流体供給管路からの製品流体の第一の部分を前記製品流体分給管路に導入し、前記製品流体供給管路からの製品流体の第二の部分を前記第一の可変容積に導入し、補償ガスを前記第二のオリフィス及び前記補償ガス排出管路を通して前記第二の可変容積から抜き出すこと、
を含む流体貯蔵及び分給方法。
【請求項１２】
第三の時間周期中に、前記製品流体供給管路からの全ての製品流体を前記製品流体分給管路に導き、補償ガスを前記第二の可変容積に導入せずあるいはそこから抜き出さない、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記製品流体が窒素ガスであり、前記補償ガスが空気である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
次の（ａ）〜（ｅ）を含む、ガスの発生、貯蔵及び分給システム。
（ａ）内側表面、内部、外部、及び前記内部と外部の間の硬質の壁を有する圧力容器
（ｂ）前記圧力容器の内部に配置されたフレキシブルガス容器であって、該フレキシブルガス容器は内部、外側表面、及び該容器の内部を前記圧力容器の硬質の壁を通り抜ける第一の通路に接続する開口を有するフレキシブルガス容器
（ｃ）前記フレキシブルガス容器の内部によって画定される第一の可変容積であって、前記第一の通路が製品ガス供給管路及び製品ガス分給管路と直接連通していて、製品ガスを該第一の可変容積に導入し該製品ガスを該第一の可変容積から抜き出すようにされている、第一の可変容積
（ｄ）前記圧力容器の内側表面と前記フレキシブル流体容器の外側表面とによって画定される第二の可変容積であって、該第二の可変容積は該第二の可変容積に補償ガスを導入し該第二の可変から該補償ガスを抜き出すようにされている第二の通路と連通している第二の可変容積
（ｅ）より強く吸着される成分とそれほど強く吸着されない成分とを含むガス混合物からより強く吸着される成分を優先的に吸着してそれほど強く吸着されない成分を富ませた流出ガスを提供するのに適合した吸着剤物質が入った少なくとも一つの容器を含む圧力スイング吸着システムであって、該圧力スイング吸着システムは前記流出ガスを前記製品ガス供給管路及び前記第一の通路を通して前記第一の可変容積に直接供給するようにされている出口配管を含む圧力スイング吸着システム
【請求項１５】
前記フレキシブル流体容器がポリマー材料製のブラダーバッグである、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記第二の可変容積が本質的にゼロであるように前記ブラダーバッグの外側表面が前記硬質の圧力容器の内側表面と接触しているとき、前記ブラダーバッグのポリマー材料が引き伸ばされていない状態にある、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
ガスを発生、貯蔵及び分給するための方法であって、
（ａ）次の（１）〜（４）を含むガス貯蔵及び分給システム、すなわち、
（１）内側表面、内部、外部、及び前記内部と外部の間の硬質の壁を有する圧力容器、
（２）前記圧力容器の内部に配置されたフレキシブルガス容器であって、該フレキシブルガス容器は内部、外側表面、及び該容器の内部を前記圧力容器の硬質の壁を通り抜ける第一の通路に接続する開口を有するフレキシブルガス容器、
（３）前記フレキシブルガス容器の内部によって画定される第一の可変容積であって、前記第一の通路が製品ガス供給管路及び製品ガス分給管路と連通していて、製品ガスを該第一の可変容積に導入し該製品ガスを該第一の可変容積から抜き出すようにされている、第一の可変容積、
（４）前記圧力容器の内側表面と前記フレキシブルガス容器の外側表面とによって画定される第二の可変容積であって、該第二の可変容積は該第二の可変容積に補償ガス管路を通して補償ガスを導入し該第二の可変容積から前記補償ガス管路を通して該補償ガスを抜き出すようにされている第二の通路と連通している第二の可変容積、
を含むガス貯蔵及び分給システムを用意すること、及び、
（ｂ）より強く吸着される成分とそれほど強く吸着されない成分とを含む原料ガス混合物を吸着剤物質の入った吸着容器に導入し、より強く吸着される成分の一部を優先的に前記吸着剤物質に吸着させ、前記吸着容器からそれほど強く吸着されない成分を富ませた流出ガスを抜き出して製品ガスとし、この製品ガスを前記製品ガス供給管路に直接導入すること、
を含むガス発生、貯蔵及び分給方法。
【請求項１８】
（ｃ）第一の時間周期中に、前記第一の可変容積から製品ガスを抜き出し、それを前記製品ガス供給管路からの製品ガスと一緒にして一緒にした製品ガスとし、該一緒にした製品ガスを前記製品ガス分給管路に導入し、補償ガスを前記第一のオリフィス及び前記補償ガス管路を通して前記第二の可変容積に導入し、及び、
（ｄ）第二の時間周期中に、前記製品ガス供給管路からの製品ガスの第一の部分を製品ガス分給管路に導入し、前記製品ガス供給管路からの製品ガスの第二の部分を前記第一の可変容積に導入し、補償ガスを前記第二のオリフィス及び前記補償ガス排出管路を通して前記第二の可変容積から抜き出す、
請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第一の時間周期又は前記第二の時間周期中に、前記第一のオリフィスを通る前記補償ガスのモル流量と前記第二のオリフィスを通る前記補償ガスのモル流量の差の平均絶対値が、前記製品流体供給管路における前記製品ガスのモル流量と前記製品ガス分給管路における前記製品ガスのモル流量の差の平均絶対値と本質的に等しい、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記原料ガス混合物が空気であり、前記それほど強く吸着されない成分が窒素である、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記補償ガスが空気である、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記原料ガス混合物と前記補償ガスが共通の加圧空気供給源によって提供される、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記第一の可変容積における製品ガス圧力を感知し、前記第二の可変容積における補償ガス圧力を感知し、前記製品ガス分給管路における製品ガス流量を感知することを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２４】
前記第二の可変容積における補償ガス圧力が第一の指定された圧力より高いとき、前記第一の可変容積における製品ガス圧力が第二の指定された圧力より低いとき、及び前記製品ガス分給管路における製品ガス流量が指定された流量より大きいときに、（ｉ）前記原料ガス混合物の流れを前記吸着容器に導入し、前記吸着容器から製品ガスの流れを抜き出し、該製品ガスを前記製品ガス供給管路に直接導入し、及び、（ｉｉ）補償ガスの流れを前記第二の可変容積に導入し又は補償ガスの流れを前記第二の可変容積から抜き出す、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記第二の可変容積における補償ガス圧力が第一の指定された圧力より低いとき、前記第一の可変容積における製品ガス圧力が第二の指定された圧力より低いとき、及び前記製品ガス分給管路における製品ガス流量が指定された流量より小さいときに、（ｉ）前記吸着容器への前記原料ガス混合物の流れを終了し、前記吸着容器から抜き出される製品ガスの流れを終了し、及び、（ｉｉ）前記第二の可変容積への補償ガスの流れを終了し又は前記第二の可変容積から抜き出される補償ガスの流れを終了する、請求項２４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
統合生産システムによる流体又はガス製品の発生と分給は商業及び工業用途で広く用いられているが、そこでは流体製品の流量需要が変わりやすく、又は断続する。変わりやすい流量需要に応えるために、統合生産システムは普通、製品流体貯蔵タンク又はサージタンクを含み、流体又はガス発生装置の能力を超えるピーク製品流量需要に対応している。そのような用途の一例は、圧力スイング吸着又は膜システムにより空気から窒素を分離するものであり、窒素はパージ、不活性、タイヤ加圧、及び関連用途に用いられる。発生された窒素ガスは普通、適当な圧力でサージタンクに貯蔵されて、吸着又は膜システムの能力を超えるピーク流量需要を満たす。
【０００２】
このような用途の多くで、ピーク流量需要は大きなサージタンクを必要とし、それがかなりの据え付け面積を占めて発生及び分給システムの可搬性を制限することがある。必要なシステム据え付け面積を最小限にし、システムを操業現場のあちらこちらに移動することが多くの場合に必要なので、システムの容易な可搬性を可能にする小さな貯蔵タンクを有する改良された流体発生及び分給システムが必要とされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この必要性は、以下で説明されそして特許請求の範囲で規定される本発明の実施形態で対処される。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一つの実施形態は、
（ａ）内側表面、内部、外部、及び前記内部と外部の間の硬質の壁を有する圧力容器、
（ｂ）前記圧力容器の内部に配置された可動仕切部材であって、該仕切部材は前記内部を第一の可変容積と第二の可変容積に分割し、前記第一の可変容積は前記第二の可変容積と連通していない、可動仕切部材、
（ｃ）前記圧力容器の硬質の壁を通り抜けて前記第一の可変容積に通じている第一の通路であって、該第一の通路は製品流体を前記第一の可変容積に導入し、前記第一の可変容積から前記製品流体を抜き出すようにされた第一の通路、及び、
（ｄ）前記圧力容器の硬質の壁を通り抜けて前記第二の可変容積に通じている第二の通路であって、該第二の通路は補償ガスを前記第二の可変容積に導入し、前記第二の可変容積から前記補償ガスを抜き出すようにされた第二の通路、
を含む流体貯蔵及び分給（ｄｉｓｐｅｎｓｉｎｇ）システムに関する。
【０００５】
このシステムはまた、補償ガス供給システムであって、
（１）第二の通路を補償ガス源と連通させる補償ガス管路、
（２）前記補償ガス管路に設置されて上流側と下流側とを有する第一のオリフィス、
（３）前記第二の通路と前記第一のオリフィスの下流側との間の箇所で前記補償ガス管路と連通する補償ガス排出管路であって、該補償ガス排出管路は補償ガスを前記補償ガス管路から大気へ放出するようにされている補償ガス排出管路、及び、
（４）前記補償ガス排出管路に設置され、流動断面積が前記第一のオリフィスの流動断面積よりも小さい第二のオリフィス、
を含む補償ガス供給システムを含む。
【０００６】
別の実施形態は、
（ａ）内側表面、内部、外部、及び前記内部と外部の間の硬質の壁を有する圧力容器、
（ｂ）前記圧力容器の内部に配置されたフレキシブル流体容器であって、該フレキシブル流体容器は内部、外側表面、及び該容器の内部を前記圧力容器の硬質の壁を通り抜ける第一の通路に接続する開口を有するフレキシブル流体容器、
（ｃ）前記フレキシブル流体容器の内部によって画定される第一の可変容積であって、前記第一の通路が製品流体供給管路及び製品流体分給管路と連通していて、製品流体を該第一の可変容積に導入し該製品流体を該第一の可変容積から抜き出すようにされている、第一の可変容積、
（ｄ）前記圧力容器の内側表面と前記フレキシブル流体容器の外側表面とによって画定される第二の可変容積であって、該第二の可変容積は該第二の可変容積に補償ガスを導入し該第二の可変容積から該補償ガスを抜き出すようにされている第二の通路と連通している第二の可変容積、及び、
（ｅ）補償ガス供給システムであって、
（１）前記第二の通路を補償ガス源と連通させる補償ガス管路、
（２）前記補償ガス管路に設置されて上流側と下流側とを有する第一のオリフィス、
（３）前記第二の通路と前記第一のオリフィスの下流側との間の箇所で前記補償ガス管路と連通する補償ガス排出管路であって、該補償ガス排出管路は補償ガスを前記補償ガス管路から大気へ放出するようにされている補償ガス排出管路、及び、
（４）前記補償ガス排出管路に設置され、流動断面積が前記第一のオリフィスの流動断面積よりも小さい第二のオリフィス、
を含む補償ガス供給システム、
を含む流体貯蔵及び分給システムを包含する。
【０００７】
関連する実施形態は、流体を貯蔵及び分給する方法であって、
（ａ）次の（１）〜（５）を含む流体貯蔵及び分給システム、すなわち、
（１）内側表面、内部、外部、及び前記内部と外部の間の硬質の壁を有する圧力容器、
（２）前記圧力容器の内部に配置されたフレキシブル流体容器であって、該フレキシブル流体容器は内部、外側表面、及び該容器の内部を前記圧力容器の硬質の壁を通り抜ける第一の通路に接続する開口を有するフレキシブル流体容器、
（３）前記フレキシブル流体容器の内部によって画定される第一の可変容積であって、前記第一の通路が製品流体供給管路及び製品流体分給管路と連通していて、製品流体を該第一の可変容積に導入し該製品流体を該第一の可変容積から抜き出すようにされている、第一の可変容積、
（４）前記圧力容器の内側表面と前記フレキシブル流体容器の外側表面とによって画定される第二の可変容積であって、該第二の可変容積は該第二の可変容積に補償ガスを導入し該第二の可変容積から該補償ガスを抜き出すようにされている第二の通路と連通している第二の可変容積、及び、
（５）補償ガス供給システムであって、
（ｉ）前記第二の通路を補償ガス源と連通させる補償ガス管路、
（ｉｉ）前記補償ガス管路に設置されて上流側と下流側とを有する第一のオリフィス、
（ｉｉｉ）前記第二の通路と前記第一のオリフィスの下流側との間の箇所で前記補償ガス管路と連通する補償ガス排出管路であって、該補償ガス排出管路は補償ガスを前記補償ガス管路から大気へ放出するようにされている補償ガス排出管路、及び、
（ｉｖ）前記補償ガス排出管路に設置され、流動断面積が前記第一のオリフィスの流動断面積よりも小さい第二のオリフィス、
を含む補償ガス供給システム、
を含む流体貯蔵及び分給システムを用意すること、
（ｂ）第一の時間周期中に、前記第一の可変容積から製品流体を抜き出し、それを前記製品流体供給管路からの製品流体と一緒にして一緒にした製品流体とし、該一緒にした製品流体を前記製品流体分給管路に導入し、補償ガスを前記第一のオリフィス及び前記補償ガス管路を通して前記第二の可変容積に導入すること、及び、
（ｃ）第二の時間周期中に、前記製品流体供給管路からの製品流体の第一の部分を前記製品流体分給管路に導入し、前記製品流体供給管路からの製品流体の第二の部分を前記第一の可変容積に導入し、補償ガスを前記第二のオリフィス及び前記補償ガス排出管路を通して前記第二の可変容積から抜き出すこと、
を含む流体貯蔵及び分給方法を包含する。
【０００８】
別の関連した実施形態は、ガスの発生、貯蔵及び分給システムであって、
（ａ）内側表面、内部、外部、及び前記内部と外部の間の硬質の壁を有する圧力容器、
（ｂ）前記圧力容器の内部に配置されたフレキシブルガス容器であって、該フレキシブルガス容器は内部、外側表面、及び該容器の内部を前記圧力容器の硬質の壁を通り抜ける第一の通路に接続する開口を有するフレキシブルガス容器、
（ｃ）前記フレキシブルガス容器の内部によって画定される第一の可変容積であって、前記第一の通路が製品ガス供給管路及び製品ガス分給管路と直接連通していて、製品ガスを該第一の可変容積に導入し該製品ガスを該第一の可変容積から抜き出すようにされている、第一の可変容積、
（ｄ）前記圧力容器の内側表面と前記フレキシブル流体容器の外側表面とによって画定される第二の可変容積であって、該第二の可変容積は該第二の可変容積に補償ガスを導入し該第二の可変から前記補償ガスを抜き出すようにされている第二の通路と連通している第二の可変容積、及び、
（ｅ）より強く吸着される成分とそれほど強く吸着されない成分とを含むガス混合物からより強く吸着される成分を優先的に吸着してそれほど強く吸着されない成分を富ませた流出ガスを提供するのに適合した吸着剤物質が入った少なくとも一つの容器を含む圧力スイング吸着システムであって、該圧力スイング吸着システムは前記流出ガスを前記製品ガス供給管路及び前記第一の通路を通して前記第一の可変容積に直接供給するようにされている出口配管を含む圧力スイング吸着システム、
を含むガス発生、貯蔵及び分給システムに関する。
【０００９】
別の実施形態は、ガスを発生、貯蔵及び分給するための方法であって、
（ａ）次の（１）〜（４）を含むガス貯蔵及び分給システム、すなわち、
（１）内側表面、内部、外部、及び前記内部と外部の間の硬質の壁を有する圧力容器、
（２）前記圧力容器の内部に配置されたフレキシブルガス容器であって、該フレキシブルガス容器は内部、外側表面、及び該容器の内部を前記圧力容器の硬質の壁を通り抜ける第一の通路に接続する開口を有するフレキシブルガス容器、
（３）前記フレキシブルガス容器の内部によって画定される第一の可変容積であって、前記第一の通路が製品ガス供給管路及び製品ガス分給管路と連通していて、製品ガスを該第一の可変容積に導入し該製品ガスを該第一の可変容積から抜き出すようにされている、第一の可変容積、
（４）前記圧力容器の内側表面と前記フレキシブルガス容器の外側表面とによって画定される第二の可変容積であって、該第二の可変容積は該第二の可変容積に補償ガス管路を通して補償ガスを導入し該第二の可変容積から該補償ガス管路を通して該補償ガスを抜き出すようにされている第二の通路と連通している第二の可変容積、
を含むガス貯蔵及び分給システムを用意すること、及び、
（ｂ）より強く吸着される成分とそれほど強く吸着されない成分とを含む原料ガス混合物を吸着剤物質の入った吸着容器に導入し、より強く吸着される成分の一部を優先的に前記吸着剤物質に吸着させ、前記吸着容器からそれほど強く吸着されない成分を富ませた流出ガスを抜き出して製品ガスとし、この製品ガスを前記製品ガス供給管路に直接導入すること、
を含むガスを発生、貯蔵及び分給するための方法を包含する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一般的な実施形態の概略フローダイヤグラムである。
【図２】本発明の実施形態において用いられるブラダータイプの貯蔵タンクの断面図である。
【図３】ブラダータイプの貯蔵タンクと一体にした圧力スイング吸着を利用する本発明の具体的実施形態のための概略配管・計装図面である。
【００１１】
これらの図面は、図示した構成要素の正確な関係や大きさを示すことなく本発明の実施形態を図示しており、必ずしも縮尺どおりではなく、そしてこれらの実施形態をそこに示されている構成要件のいずれにも限定するものではない。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施形態は、加圧流体の流量需要が変動及び／又は断続する用途において、加圧流体を供給するシステム及び方法を提供する。これらの実施形態は、内側表面、内部、外部、及び内部と外部の間の硬質の壁を有する圧力容器を含む流体又はガス貯蔵システムを利用する。可動の仕切部材が圧力容器の内部に配置され、この仕切部材が内部を第一の可変容積と第二の可変容積に分割する。第一の可変容積は第二の可変容積と連通しておらず、仕切部材が第一の可変容積を第二の可変容積から隔離している。第一の可変容積と第二の可変容積の合計容積は、一般には本質的に一定であることができる。圧力容器の硬質の壁を通り抜ける第一の通路が第一の可変容積に通じており、第一の通路は製品流体を第一の可変容積に導入し第一の可変容積から製品流体を抜き出すのに適合している。圧力容器の硬質の壁を通り抜ける第二の通路が第二の可変容積に通じており、第二の通路は補償ガスを第二の可変容積に導入し第二の可変容積から補償ガスを抜き出すのに適合している。補償ガスは、製品流体に要求される供給圧力に等しい本質的に一定の圧力で製品流体がフレキシブル流体容器の内部に導入され又はそこから抜き出されるのを可能にする。
【００１３】
このシステムは、（１）第二の通路を補償ガスの源と連通させる補償ガス管路、（２）補償ガス管路に設置されて上流側と下流側とを有する第一のオリフィス、（３）第二の通路と第一のオリフィスの下流側との間の箇所で補償ガス管路と連通しており、補償ガスを補償ガス管路から大気へ放出するのに適合している補償ガス排出管路、及び（４）補償ガス排出管路に設置されており、流動断面積が第一のオリフィスの流動断面積よりも小さい第二のオリフィス、を含む補償ガス供給システムを使用する。
【００１４】
補償ガスとは、第一の可変容積が収縮又は膨張するにつれて、それぞれ第二の可変容積に導入される又はそこから抜き出されるガスと定義される。補償ガスは、第一の可変容積の圧力と本質的に等しい第二の可変容積の圧力を維持する。
【００１５】
圧力容器の内部における第一及び第二の可変容積はいくつかのタイプの可動の仕切部材によって規定することができる。一つの実施形態では、ブラダーバッグを用いることができ、この場合はこのバッグの壁が可動の仕切部材になり、第一の可変容積はブラダーバッグの内部によって画定され、第二の可変容積は圧力容器の内側表面とブラダーバッグの外側表面とによって画定される。もう一つの実施形態では、ベローアセンブリを用いることができ、この場合はベローの壁が可動の仕切部材になり、第一の可変容積はベローの内部によって画定され、第二の可変容積は圧力容器の内側表面とベローの外側表面とによって画定される。
【００１６】
別の実施形態では、軟質のダイアフラムアセンブリを用いることができ、この場合はダイアフラムの外周部が圧力容器の内壁にシールされ、ダイアフラムが可動の仕切部材になる。ダイアフラムは曲げるのが可能な及び／又は伸ばすのが可能な材料で形成される。第一の可変容積はダイアフラムの一方の面と、ダイアフラムのそちら側の圧力容器の内側表面とによって画定され、第二の可変容積はダイアフラムの他方の面とダイアフラムのそちら側の圧力容器の内側表面とによって画定される。
【００１７】
更に別の実施形態では、ピストンを可動の仕切部材として用いて、圧力容器の内側表面に対して摺動可能なシールを形成することができる。第一の可変容積はピストンの一方の面とピストンのそちら側の圧力容器の内側表面とによって画定され、第二の可変容積はピストンの他方の面とピストンのそちら側の圧力容器の内側表面とによって画定される。
【００１８】
他のタイプの可動仕切部材と圧力容器を所望のとおりに用いて、上で規定されたような第一及び第二の可変容積の機能を与えてもよい。
【００１９】
本発明の一部の実施形態は、圧力容器の内部に配置されたフレキシブル流体容器を含む流体又はガス貯蔵システムを、フレキシブル流体容器の外側表面と圧力容器の内側表面との間の容積における圧力を制御する補償ガスとともに用いる。フレキシブル流体容器は、例えば、上述のようなブラダーバッグ又はベローアセンブリでよい。補償ガスは、製品流体又はガスを、製品流体又はガスに要求される供給圧力に等しい本質的に一定な圧力でフレキシブル流体容器に導入し又はそこから抜き出すのを可能にする。フレキシブル流体容器は製品ガスを生成する分離装置と統合することができ、統合された流体容器と分離装置は統合されたシステムの大きさを最小にしながら必要なピーク製品流量を供給する。
【００２０】
本発明の典型的な実施形態を図１に示す。これは、空気から窒素を回収し、回収した窒素を所望の圧力と製品流量範囲で消費者に分給するためのものである。この例では、大気を管路１を通して約１１０と約１６０ｐｓｉｇの間の圧力で供給し、その第一の部分が管路３を通って空気分離システム５へと流れる。空気分離は、任意の公知の方法によって、例えば圧力スイング吸着又は膜分離法によって、行うことができる。分離システムは、製品流体供給管路７を通して加圧窒素製品ガスを、最大でシステムの設計流量までの流量で、指定された以上の純度で、提供する。製品ガスは普通、設計製品流量以下の流量、管路１の原料ガス圧力より少し低い圧力、及び約５０と９０°Ｆの間の周囲温度で、少なくとも９５ｖｏｌ％の窒素を含有する。窒素が減少した廃ガスが排出管路９を通して放出される。空気分離システムが設計製品流量を超えて運転された場合、製品純度は９５ｖｏｌ％窒素を下回る。
【００２１】
窒素製品ガスは、時間的に変動する流量で製品流体分給管路１１を通してエンドユーザーに送給されるが、流量はときには空気分離システム５の生産能力を超えることがある。あるいはまた、もしくはそれに加えて、エンドユーザーによる窒素の需要が断続的になることがある。管路１の原料空気は、製品流体分給管路１１におけるガスの圧力要件を満たす十分な圧力で供給される。変動する及び／又は断続する製品需要に応えるために、発生した窒素の一部分は管路１３を通して、硬質の壁の圧力容器１９の内部に配置されたフレキシブル流体又はガス容器１７を含む可変容積ガス貯蔵システム１５に振り向けることができる。このシステムは、フレキシブル容器１７の内部２１によって画定される第一の可変容積と、フレキシブル容器１７の外側表面と圧力容器１９の内側表面との間に形成される第二の可変容積を形成する。
【００２２】
フレキシブル容器１７は、製品流体供給管路７及び製品流体分給管路１１と管路１３を介して連通している通路２７に容器内部２１を接続する開口２５を有する。フレキシブル容器１７は、軟質の、膨張できる及び／又は伸長できる壁を有する任意のタイプの可変容積手段、例えば、ポリマー材料で作られるブラダーバッグ又は金属もしくはポリマー材料で作られるベロー、により形成することができる。この実施形態では、フレキシブル容器１７はポリマー材料、例えばブチルゴム、で作られるブラダーバッグである。ポリマー材料は、ブラダーバッグに入れられる流体との相性のよいものでなければならない。通路２７は、圧力容器１９の上方の壁又は鏡板を通り抜ける開口を通過し、それにシールして保持される。第二の可変容積２３は、必要ならば弁２９及び排出管路３１を通して排気することができる。
【００２３】
圧力容器１９は、補償ガス管路３５を通して補償ガスを導入し及び抜き出すための開口３３を有する。この実施形態では、補償ガスは空気であるが、フレキシブル容器１７の材料との相性のよい任意の適当なガスを用いてもよい。補償ガスは管路１から原料空気の第二の部分として供給され、管路３７、三方二位置弁３９、及び管路４１を通ってオリフィス４３へと流れる。管路４５が、オリフィス４３を補償ガス管路３５及び補償ガス排出管路４７と連通させる。オリフィス４９が、補償ガスの大気への流量をオリフィス４９によって制御するため排出管路４７に設置される。排出管路５１が三方二位置弁３９に接続され、オリフィス５３が排出管路５１に設置されて、下記で説明されるように補償ガスの追加の排出を可能にする。別の実施形態では、三方弁３９とフローオリフィス５３は含まれず、排出される全ての補償ガスはオリフィス４９を通って流れる。
【００２４】
補償ガス循環路は、製品ガスがフレキシブル容器１７から流出するときに第二の可変容積２３に補償空気を供給し、製品ガスがフレキシブル容器に流れ込むときに第二の可変容積２３から補償空気を抜き出すように設計される。各オリフィスは普通、流体流動の技術分野において知られているようにオリフィスプレートに穿たれた円形の開口を含む。オリフィス４３及び４９の流動断面積と直径は、製品ガスをフレキシブル容器１７から抜き出すときに補償空気を必要な圧力と流量で第二の可変容積２３に供給するように選ばれる。オリフィス４３は、補償ガスをフレキシブル容器１７から抜き出される製品ガスとほぼ同じモル流量で供給するような大きさに作られる。オリフィス４９は、フレキシブル容器１７から製品ガスが放出されないときに、必要な製品ガス供給圧力とほぼ等しい背圧を管路３５と４５に生じさせるような大きさに作られる。三方弁３９とフローオリフィス５３が含まれる場合、補償ガスは、フレキシブル容器１７が窒素製品ガスでいっぱいになっているとき、オリフィス４９の他にオリフィス５３を通って排気される。三方弁３９は管路３７を通る補償ガスの流れを遮断して、フレキシブル容器１７から製品ガスが放出されていないときに補償ガスを保持する。
【００２５】
第一及び第二の領域に対して適用される「連通」という用語は、流体が第一の領域から第二の領域へ、及び／又は第二の領域から第一の領域へ、接続配管及び／又は中間領域を通って流れることができるということを意味する。第一及び第二の領域に対して適用される「接続」という用語は、流体が第一の領域から直接第二の領域へ、又は接続配管を介して第二の領域へ流れることができるということを意味する。流れる流体に対して適用される「直接連通」という用語、及び「直接」という用語は、流体が第一の領域から第二の領域へ、及び／又は第二の領域から第一の領域へ流れることができ、領域間の流れの経路はいかなる容器、貯蔵タンク、又は処理設備とも連通しないが、但し流体の流れの経路は配管及び／又はオリフィスと弁から選択される一つ以上の流量制御装置を含んでもよい、ということを意味する。「富ませた」という用語は、分離プロセスから抜き出された流体又はガスの製品又は副生物の流れであって、その製品又は副生物の流れにおける成分の濃度が分離プロセスへの供給原料におけるその成分の濃度よりも高いものについて言うものである。
【００２６】
ここで用いられる一般的な用語の「圧力スイング吸着」（ＰＳＡ）は、最大圧力と最小圧力の間で運転する全ての吸着分離システムに適用される。最大圧力は普通、大気圧より高い圧力であり、最小圧力は大気圧より高い圧力、大気圧、又は大気圧より低い圧力であることができる。
【００２７】
ここで用いられる（原文中の）不定冠詞“ａ”及び“ａｎ”は、明細書及び特許請求の範囲において、記載される本発明の実施形態におけるいずれかの構成要件に適用されるとき、１またはそれ以上を意味する。“ａ”及び“ａｎ”を使用しても、意味を単一の構成要件に限定するものではないが、但しそのような限定が明確に述べられている場合を除く。（原文中の）単数又は複数の名詞又は名詞句に先行する定冠詞“ｔｈｅ”は、特定の明示された構成要件（単数又は複数）を表し、それが用いられる文脈に応じて単数又は複数の内包的意味を有することができる。（原文中の）形容詞“ａｎｙ”は、数量の如何によらず一つ、いくつか、又は全てを意味する。第一のものと第二のものの間に置かれた「及び／又は」という用語は、（１）第一のもの、（２）第二のもの、及び（３）第一のものと第二のもの、のうちの一つを意味する。
【００２８】
ここで用いられる流体とは、液体、ガス、又は超臨界流体であることができ、一つ以上の成分を含むことができる。
【００２９】
再び図１を参照すると、補償ガス循環路は、可変容積ガス貯蔵システム１５によって空気分離システム５に最小限の背圧を及ぼし、従って空気分離システム５を通しての圧力降下を最大にする。例えば、補償ガス循環路は、フレキシブル容器１７の内部２１で約１３０ｐｓｉｇの圧力を維持し、それにより製品流体供給管路７における圧力を約１３０ｐｓｉｇに維持するように設計することができる。原料空気は、管路１を通して約１４０ｐｓｉｇの標準的圧力で供給でき、それによって空気分離システム５を通しての圧力降下を制限し、ひいてはシステムを通る流量を制限することができる。これは窒素製品の最低純度、例えば窒素９５ｖｏｌ％という純度を、維持する働きをする。空気分離システム５は、当該技術分野で知られている圧力スイング吸着（ＰＳＡ）システム又は膜透過システムのいずれであってもよい。現在利用できるＰＳＡ及び膜による窒素発生装置の運転では、エンドユーザーからのたくさんの流量需要は窒素発生装置からの送り出し圧力の低下を招くことがあり、それにより窒素発生装置を通しての圧力降下を増大させ、ひいては窒素分離装置における保持時間を短縮して窒素製品の純度の低下をもたらすことがある。
【００３０】
図１のシステムは、管路１１を介してエンドユーザーが要求する製品ガスのタイミング、持続時間、及び流量に応じて、以下で説明する５つのモードのいずれかによって運転するよう適合される。
【００３１】
１）第一のモード又は待機モードでは、ユーザーからの需要がなく、フレキシブル容器１７はいっぱいになって圧力容器１９の内部全体を占め、可変容積ガス貯蔵システム１５の第二の可変容積２３における補償ガス容積は本質的にゼロである。空気分離システム５は待機状態にある。このモードでは、第二の可変容積２３への補償ガスの流れはなく、オリフィス４３を通して供給される補償ガスは管路３５の適当な背圧を維持しつつオリフィス４９を通して排出される。オプションとしての三方二位置弁３９とオリフィス５３が用いられる場合、弁は管路３７に対して閉じられ、管路４１と５１の間で開いて、補償ガス循環路をオリフィス５３を通して大気に開放する。このオプションでは、どの管路でもガスの流れはない。
【００３２】
２）第二の運転モードでは、製品流体分給管路１１を通しての製品ガスの需要が製品流体供給管路７における製品ガスの利用できる流量を超え、フレキシブル容器１７には貯蔵された製品ガスが入っている。これは、（ａ）システムが待機モードにあった後にユーザーによってガスが最初に要求されたときに、及び／又は（ｂ）ユーザーの需要が設計純度での空気分離システムの能力より多いときに、起こることがある。これらの状況で、この運転モードでは、製品の不足分はフレキシブル容器１７からの管路１３によるガスの流出によって供給される。製品ガスがフレキシブル容器１７から流出すると、補償ガスが管路３５を通って第二の可変容積２３に、製品ガスとほぼ同じモル流量と圧力で流入する。
【００３３】
３）第三の運転モードでは、製品流体分給管路１１を通しての製品ガスの需要が製品流体供給管路７における製品ガスの流量より少なく、フレキシブル容器１７は製品ガスで満たされていない。この状況では、製品ガスが管路１３を通ってフレキシブル容器１７に流れ込む一方で、製品ガスは製品流体分給管路１１を通ってユーザーへと流れる。製品ガスがフレキシブル容器１７に流れ込むと、第二の可変容積２３からの補償ガスが管路３５を通って、製品ガスがフレキシブル容器１７に流れ込むのとほぼ同じモル流量と圧力で流れる。過剰な補償ガスは管路４７とオリフィス４９を通して排出される。オプションとしての三方弁３９とオリフィス５３が用いられる場合、追加の補償ガスが管路５１とオリフィス５３を通して排出され、管路３７の補償ガスの流れは遮断される。
【００３４】
４）第四の運転モードでは、フレキシブル容器１７は製品ガスで満たされており、ユーザーの製品ガス需要は設計純度での空気分離システム５の能力に等しいかそれ未満である。このモードでは、第二の可変容積２３への補償ガスの流れはなく、オリフィス４３を通して供給される補償ガスはオリフィス４９を通して排出され、その間管路３５では適当な背圧が維持される。オプションとしての三方弁３９とオリフィス５３が用いられ、管路１１における製品ガスの流量が所定の値（例えば、１．２ＳＣＦＭ）より小さい場合、追加の補償ガスが管路５１とオリフィス５３を通して排出され、管路３７の補償ガスの流れは遮断されて、管路３５の圧力は大気圧になる。管路１１の製品流量が所定の値（例えば、１．２ＳＣＦＭ）に等しいかそれより多い場合、オプションとしての三方弁３９が作動して３７からの補償ガスが３３に送給されるのを可能にする。
【００３５】
５）第五の運転モードでは、製品流体分給管路１１を通しての製品ガス需要が設計純度での空気分離システム５の能力を超え、フレキシブル容器１７は空になっている。このモードはめったに起こらないが、起こった場合には、空気分離システム５は低下した製品純度でより多くの製品流量を供給する。このモードでは、第二の可変容積２３はいっぱいになっており、そこに補償ガスが流入することはない。オリフィス４３を通して供給される補償ガスはオリフィス４９を通して排出される一方で、管路３５及び第二の可変容積２３において適当な背圧を維持する。
【００３６】
上の説明で用いられる補償ガスは、定義からして、第二の可変容積２３においてフレキシブル容器１７における圧力と本質的に等しい圧力を維持する役目をする。「本質的に等しい」の意味は、第二の可変容積２３と第一の可変容積２１のガスの圧力差が通常は無視できるほど又はゼロであるが、上述のいくつかの運転モードの始め又は終わりにはわずかに変化することがあるということである。
【００３７】
第二の可変容積２３に流れ込む補償ガスは、フレキシブル容器１７から抜き出される製品ガスの容積に取って代わる。第二の可変容積２３とフレキシブル容器１７の間には、ガスをフレキシブル容器１７から押し出すほどの実質的な圧力差はなく、第二の可変容積２３は製品ガスをフレキシブル容器１７からエンドユーザーへ送り込むガス圧縮機として機能しない。逆に、補償ガスは、対応する容積の製品ガスがフレキシブル容器１７に流れ込むにつれ、第二の可変容積２３から流れ出す。フレキシブル容器１７と第二の可変容積２３の間にはガスをフレキシブル容器１７に引き入れるための実質的な圧力差はなく、第二の可変容積２３はガスをフレキシブル容器１７に引き入れるように機能しない。フレキシブル容器１７における製品ガスの圧力は、空気分離システム５からの製品ガス圧力によって維持され、製品流体分給管路１１を通してのエンドユーザーへの製品ガス圧力は空気分離システム５からの製品ガス圧力によって与えられる。
【００３８】
可変容積ガス貯蔵システム１５の代表的な実施形態を図２Ａと２Ｂに示す。この実施形態では、図１の可変容積２１は、例えばブチルゴムなどのポリマー材料で作られた、ブラダーバッグである。ポリマー材料はブラダーバッグに入れられる流体に適合すべきである。図２Ａで、ブラダーバッグ１７は圧力容器２０３の内部に、ブラダーバッグが本質的に製品ガス圧力でいっぱいになったときにブラダーバッグの壁が容器の内壁に接触するように設置される。可変容積のガス貯蔵システム１５は、このモードでブラダーバッグの形が圧力容器２０３の内側表面の形をなぞり、又はそれに合致し、第二の可変容積２１９が本質的にゼロになるように都合よく設計することができる。このモードでのブラダーバッグのポリマー材料は伸ばされていない状態にあることができ、この場合ブラダーバッグの外側表面に概ね平行な方向のポリマー材料の引っ張り歪みは無視できるほどであるか又はゼロである。あるいはまた、このモードでのブラダーバッグのポリマー材料は伸ばされた状態にあってもよく、この場合ブラダーバッグの外側表面に概ね平行な方向のポリマー材料の引っ張り歪みは正である。
【００３９】
ブラダーバッグ１７の入口／出口通路２０５は圧力容器２０３の同様な形のネック２０７を通り抜けて、容器フランジ２１１の面と接触しているフランジセクション２０９によって開口の出口でシール可能に保持される。対になるフランジ（図示せず）がフランジセクション２０９を容器フランジ２１１の面に対してシールする。ブラダーバッグの壁の望ましくない引き伸ばしの可能性を最小にするか又はなくす、ブラダーバッグ１７の出口を圧力容器２０３の出口に対してシールする他の方法を、考えることができる。圧力容器２０３は本質的に硬質の壁を有し、圧力容器２０３は運転圧力範囲で十分に硬い任意の材料で作ることができる。この材料は、普通、炭素鋼又はその他の合金鋼であるが、繊維強化ポリマー材料、又は圧力容器の技術分野で公知のその他の非金属材料であってもよい。圧力容器２０３は、補償ガス入口／出口２１３、及びオプションの排気用継手２１５を含む。
【００４０】
図２Ｂは、可変容積ガス貯蔵システム１５が、ガスをブラダーバッグ１７の内部から抜き出して空気分離システム５の窒素生産能力を超える流量の製品ガスをエンドユーザーへ提供するモードにあるときのブラダーバッグ２０１の形状を示している。このモードでは、図示のように内部容積２１が減少し第二の可変容積２１９が増加するにつれバッグは収縮して折り曲がる。ブラダーバッグが収縮すると、バッグは圧力容器２０３の内部構造部品によって拘束されていないので、壁は最小の曲げ応力で曲がる。開口２０５を通して抜き出される製品ガスと本質的に同じモル流量及び本質的に同じ圧力で補償ガスが入口／出口２１３に流れ込むので、内部容積２１の減少は第二の可変容積２１９の増加に対応する。
【００４１】
可変容積ガス貯蔵システム１５と図１の補償ガス制御装置との組み合わせは、少なくとも二つの運転上の機能、すなわち、（１）エンドユーザーの需要が空気分離システム５の生産能力を超えたときにそれが製品ガスを供給すること、及び（２）それが空気分離システム５への背圧を制御してそれにより製品純度を維持すること、を有する。可変容積ガス貯蔵システムは、空気分離システム５が製品を産出しない時間を有するサイクルで運転するＰＳＡシステムである場合に、第三の機能を有する。この第三の機能は、ＰＳＡの非生産期間の間に製品をエンドユーザーに供給できるように、バッファー容積を提供する。この非生産期間は、例えば、単一床ＰＳＡシステムで又は床間のガス移動の工程のある２床ＰＳＡシステムで、起こることがある。
【００４２】
図３には、ブラダータイプの貯蔵タンクと統合した圧力スイング吸着を利用してエンドユーザーに窒素製品を供給する本発明の非限定の実施形態についての概略配管・計装図面が示されている。この実施形態では、加圧原料空気を管路３０１を通して１１０〜１６０ｐｓｉｇで供給し、オプションとしてフィルタ３０３でフィルター処理し、逆止弁３０５を通して流す。加圧原料空気は、フィルター処理され乾燥されるべきであるが、エンドユーザーにより供給されてもよく、あるいは別の空気圧縮システム（図示せず）によって供給されてもよい。原料空気の第一の部分は管路３０７を流れ、第二の部分は管路３０９を流れて、下記で説明するように弁の作動のためのパイロットエアを供給する。管路３０７の空気の一部は管路３１１を流れ、２床のＰＳＡシステムへの原料空気を供給し、第二の部分は管路３１３を流れて、下記で説明するようにブラダーバッグへ補償ガスを供給する。
【００４３】
圧力スイング吸着システム３１５は、カーボンモレキュラーシーブ物質などの酸素の選択的吸着剤の入った２つの吸着容器３１７と３１９を含む。このＰＳＡシステムは、容器の原料端部の流れ制御弁３２１、容器の製品端部の流れ制御弁３２３、及び容器の製品端部間の流れ制御弁３２５を含む。これらの流れ制御弁は循環式に作動してガスの流れを導き、下記で説明するようにＰＳＡプロセスの循環工程を実現する。これらの弁は、当該技術分野で知られているように、任意のタイプのロータリー弁、ソレノイド作動弁、又は任意の空気圧作動弁でよい。この実施形態では、弁はソレノイド作動のパイロットエア流制御を備えた空気作動式のスプールアンドスリーブ弁でよい。
【００４４】
パイロットエアは、信号線３３５、３３７、及び３３９を介してＰＳＡロジックコントローラ３３３によってそれぞれに制御される流れ制御弁３２１、３２３、及び３２５のソレノイドへ流れる。ＰＳＡロジックコントローラ３３３は、ロジックコントローラ３４３から信号線３４１を介して制御信号を受信し、ＰＳＡシステムが動作しているとき信号線３３５、３３７、及び３３９を介してＰＳＡサイクルの工程を制御する。ロジックコントローラ３４３は、下記で説明するように、エンドユーザーへのガス流量、ブラダータンクのガス圧力、及び補償空気管路のガス圧力に基づいて、ＰＳＡシステムの運転を開始及び停止する。あるいはまた、ロジックコントローラ３３３と３４３を組み合わせて単一のロジックコントローラにしてもよい。
【００４５】
この実施形態では、二つの吸着容器３１７と３１９は原料端部で、それぞれ管路３４５と３４７を通して流れ制御弁３２１と連通している。加圧原料空気は管路３１１を通して制御弁３２１に供給される。流れ制御弁３２１からのＰＳＡ廃ガスは、管路３４９、３５１、及び３５２を通ってサイレンサー３５３へと流れ、そしてこの廃ガスは管路３５５を通して大気へ排出される。吸着容器３１７と３１９の製品端部は、それぞれ管路３５７と３５９を介して制御弁３２３と連通する。これらの吸着容器の製品端部は、管路３６１、オリフィス３６３、及び制御弁３２５を介して連通している。制御弁３２３は管路３６５を介してオリフィス３６７及び逆止弁３６９と連通し、製品窒素は製品流体供給管路３７１を通して供給される。
【００４６】
ＰＳＡシステムは、ロジックコントローラ３３３及び制御弁３２１、３２３、及び３２５によって制御されるとき、以下の典型的なサイクル工程に従って運転することができる。
（１）加圧原料空気が弁３２１と管路３４５を通って吸着容器３１７の原料端部に流れ込み、容器は原料ガスによって運転圧力まで加圧され、酸素がそこで選択的に吸着されて、製品窒素が管路３５７と弁３２３を通して抜き出される。この吸着容器３１７の加圧／製品製造工程の間、吸着容器３１９は再生又はブローダウン工程で運転し、それまでに吸着された酸素が脱着されて、空隙空間のガスとともに管路３４７、弁３２１、管路３４９、管路３５１、管路３５２、及びサイレンサー３５３を通って流れ、廃ガスが管路３５５を通して大気へ排出される。
（２）吸着容器３１７の製品端部が、ブローダウン又は再生工程を完了したばかりの吸着容器３１９の製品端部と連通され、再加圧ガスが吸着容器３１７から吸着容器３１９へ流れて、容器内を中間レベルまで加圧する。この工程の間、システムは窒素製品ガスを産出しない。
（３）吸着容器３１７がブローダウン又は再生工程で運転し、それまでに吸着された酸素が脱着されて、空隙空間のガスとともに管路３４５、弁３２１、管路３４９、管路３５１、管路３５２、及びサイレンサー３５３を通って流れ、廃ガスが管路３５５を通して大気へ排出される。この間に、原料空気は弁３２１と管路３４７を通って吸着容器の原料端部へと流れ込み、酸素がそこで選択的に吸着されて、製品窒素が管路３５９と弁３２３を通して抜き出される。
（４）吸着容器３１７の製品端部が、加圧／製品製造工程を完了したばかりの吸着容器３１９の製品端部と連通され、再加圧ガスが吸着容器３１９から吸着容器３１７へと流れて、それにより容器の圧力を中間レベルまで高める。この工程の間、システムは窒素製品ガスを産出しない。
【００４７】
工程（１）〜（４）が循環式に繰り返される。各工程の間に短い非流動期間を挿入して、弁３２１、３２３、及び３２５が次の位置に変わるための時間的余裕を持たせてもよい。一つの典型的な実施形態では、各工程の持続時間は、次のとおり、すなわち、（１）加圧／製品製造工程、５５．５秒、（２）容器間のガス移動による減圧、４．５秒、（３）ブローダウン又は再生の短い非流動期間、５５．５秒、（４）容器間のガス移動による加圧、４．５秒、でよく、そして工程間の短い非流動期間はおのおの約０．５秒でよい。この例における１サイクルの全持続時間は１２２秒である。
【００４８】
必要に応じて、他の数の吸着容器及び他のＰＳＡサイクルを使用してもよい。例えば、単一容器のシステムも用いることができるが、ブローダウン／再生工程の間は製品ガスが産出しないので、大きな可変容積ガス貯蔵システムが必要になる。あるいはまた、中断なしの製品の送給を可能にする、３つ以上の吸着容器を用いることができるが、必要な配管や弁操作はもっと複雑になる。
【００４９】
上述したＰＳＡシステムに可変容積ガス貯蔵システム及び補償ガスシステムを統合して、エンドユーザーに必要な製品ガス流量を提供することができる。再び図３を参照すると、管路３１３の加圧原料空気の主要部分は管路３７１を通って弁３７３に流れ、少量部分が弁３７３を作動させるためパイロットエアを管路３７５を通して供給する。弁３７３は、信号線３７７を介するロジックコントローラ３４３からの信号に従って次の二つのモード、すなわち、空気が管路３７９を通して補償ガスとして供給される第一のモード、及び、管路３７１からの空気の流れが遮断される一方で、補償ガス循環路の残留補償ガスが弁３７３、オリフィス３８１、管路３８３、排出管路３５１と３５２、及びサイレンサー３５３を通って流れ出る第二のモード、のいずれかで動作する。
【００５０】
弁３７３が第一のモードで作動すると、補償ガスが管路３７９、オリフィス３８５、及び管路３８７を通って可変容積ガス貯蔵システム１５の第二の可変容積２３へ流れる。このガスの流れは、製品流体分給管路１１を通るユーザーへの製品ガス要求量がＰＳＡシステム３１５の能力を超えたときにブラダーバッグ又はフレキシブル容器１７から流出する製品窒素ガスを補償する。オリフィス３８５から出るガスの一部は管路３８９を通ってオリフィス３９１へ流れ、そこから管路３９２と３５２、サイレンサー３５３、及び管路３５５を通して排出される。オリフィスの流動断面積は、（１）第二の可変容積２３への補償ガスのモル流量がブラダーバッグ又は第一の可変容積２１から管路１３を通って出てゆく製品ガスのモル流量を補償するのに十分であり、且つ、（２）管路３８７及び第二の可変容積２３における圧力がブラダーバッグ又は第一の可変容積２１における圧力と本質的に等しくなるように、選ばれる。
【００５１】
弁３７３が第二のモードで作動すると、管路３７１からの空気の流れは遮断され、補償ガス循環路の残留補償ガスは弁３７３、オリフィス３８１、管路３８３、排出管路３５１と３５２、及びサイレンサー３５３を通って流れ出す。更に、補償ガスは管路３８９、オリフィス３９１、及び管路３９２を通って管路３５２、サイレンサー３５３、及び排出管路３５５へ流れ出す。排出するガスは、管路１３を通ってブラダーバッグ又は第一の可変容積２１に入ってくる製品ガスを補償する。ブラダーバッグ又は第一の可変容積２１がいっぱいのときは、全ての補償ガスが排出されて、補償ガス管路の圧力はほぼ大気圧になる。
【００５２】
流量感知スイッチ３９３は流量を感知して、製品流体分給管路１１の流量が所定の流量を超えると信号線３９４を介して信号をロジックコントローラ３４３に送る。流量感知スイッチ３９３は、所定の流量未満では標準的に開いており、この流量以上で閉じる。
【００５３】
圧力感知スイッチ３９５は補償ガス管路３８７の圧力を感知して、管路３８７の圧力が第一の所定圧力を超えると信号線３９６を介して信号をロジックコントローラ３４３に送る。圧力感知スイッチ３９５は、第一の所定の圧力未満では標準的に開いており、この圧力以上で閉じる。
【００５４】
圧力感知スイッチ３９７は管路１３の圧力（ブラダーバッグ又は第一の可変容積１７の圧力と本質的に同等である）を感知して、管路１３の圧力が第二の所定の圧力を超えると信号線３９８を介して信号をロジックコントローラ３４３に送る。圧力感知スイッチ３９７は、第二の所定の圧力未満では標準的に閉じており、この圧力以上で開く。
【００５５】
典型的な作動シーケンスを記述して本発明の実施形態を説明することができる。このシーケンスは第一のモードから開始し、このモードでは図３のシステムは待機中であり、製品流体分給管路１１を通してのエンドユーザーによる流量需要はなく、ブラダーバッグ又は第一の可変容積２１はエンドユーザーに要求される通常の圧力でいっぱいになっており、そしてＰＳＡシステム３１５は作動していない。この第一のモードでは、流量スイッチ３９３は開いており、圧力感知スイッチ３９５は開いており、圧力感知スイッチ３９７は閉じている。ロジックコントローラ３４３が弁３７３を第一の位置に保持しており、この場合管路３７１を通る補償ガスの流れは遮断されて、補償ガス排出管路３８３が管路３５２、サイレンサー３５３、及び排出管路３５５を介して大気と連通している。ロジックコントローラ３４３はまた、ＰＳＡロジックコントローラ３３３に指令して弁３２１、３２３、及び３２５を非作動状態にする。
【００５６】
エンドユーザーが製品流体分給管路１１を介して製品を要求すると、第二の運転モードが始まる。エンドユーザーへのガスの流れは、管路１３を通してブラダーバッグ又は第一の可変容積２１から直ちに供給され、流量感知スイッチ３９３は速やかに閉じ、そしてスイッチからの信号が信号線３９４を介してロジックコントローラ３４３へ伝わる。このロジックコントローラは、弁３７３を作動させて補償ガスを管路３７１から、管路３７９、オリフィス３８５、及び管路３８７を通して第二の可変容積２３に送り、それによりブラダーバッグ又は第一の可変容積２１から抜き出された製品ガスを補償する信号を、信号線３７７を介して送る。ブラダーバッグ又は第一の可変容積２１の製品ガスの圧力と本質的に等しい第二の可変容積２３における要求圧力を維持するために、前述のように、一部の補償ガスはオリフィス３９１を通して排出されるように流れる。
【００５７】
第三の運転モードは、そのすぐ後に始まり、このモードでは圧力感知スイッチ３９５が閉じ、このスイッチからの信号が信号線３９６を介してロジックコントローラ３４３に伝わる。このロジックコントローラは、信号線３４１を介して信号をＰＳＡロジックコントローラ３３３に送り、そしてそれれがＰＳＡシステム３１５の運転を開始させる。ＰＳＡシステムからの製品窒素が、管路３６５、流量制御オリフィス３６７、逆止弁３６９、及び管路３７１を通って流れ始める。エンドユーザーの製品需要がＰＳＡシステムの設計生産量よりも少ない場合、管路３７１からの製品ガスの一部が管路１１を通ってエンドユーザーへ流れ、残りの部分は管路１３を通ってブラダーバッグ又は第一の可変容積２１を再び満たすように流れる。これはブラダーバッグがいっぱいになるまで続く。エンドユーザーの製品需要がＰＳＡシステムの設計生産量よりも多い場合は、管路３７１からの全ての製品ガスが管路１１を通ってエンドユーザーに流れ、残りの製品ガスはブラダーバッグ又は第一の可変容積２１から管路１３を通して供給される。これはブラダーバッグが空になるまで続くことができるが、通常は、統合されたシステムが、ＰＳＡシステム３１５の生産能力とブラダーバッグ又は第一の可変容積２１の容積がエンドユーザーの最大製品需要を満たすのに十分であるように設計される。
【００５８】
第四の運転モードは、エンドユーザの製品需要が終止したときに始まる。流量スイッチ３９３が開き、このスイッチからの信号が信号線３９４を介してロジックコントローラ３４３に伝わる。このロジックコントローラは信号線３７７を介して、弁３７３を非作動状態にして管路３７１からの補償ガスを遮断する信号を送る。ＰＳＡシステムは所定の期間作動したままであり、必要ならばこの期間のうちの最初の部分でブラダーバッグ又は第一の可変容積２１を充填するように運転する。この期間の残りの部分の間は、ＰＳＡシステムは、管路３６５を通る流れがないとは言いながら弁３２１、３２３、及び３２５が作動し続けるように作動したままである。例えば約５分であることができる、この所定の期間の終わりに、システムは上述のような第一のモードに戻り、弁３２１、３２３、及び３２５は作動を停止する。
【００５９】
製品ガスがブラダーバッグ又は第一の可変容積２１に流れ込んでいる運転期間にわたって、オリフィス３８５を通る補償ガスのモル流量とオリフィス３９１を通る補償ガスのモル流量の差の平均絶対値は、製品流体供給管路３７１の製品ガスのモル流量と製品ガス分給管路１１の製品ガスのモル流量の差の平均絶対値と本質的に等しい。同様に、製品ガスがブラダーバッグ又は第一の可変容積２１から流出している運転期間にわたって、オリフィス３８５を通る補償ガスのモル流量とオリフィス３９１を通る補償ガスのモル流量の差の平均絶対値は、製品流体供給管路３７１の製品ガスのモル流量と製品ガス分給管路１１の製品ガスのモル流量の差の平均絶対値と本質的に等しい。
【００６０】
上記では窒素ガス製品の供給に関して流体の産出、貯蔵及び分給システムを説明してはいるが、このシステムは、ＰＳＡシステム、ブラダーバッグ、配管及び計装構成部品の材料との相性のよい任意のガス、超臨界流体、又は液体を提供するのに用いることができる。
【実施例】
【００６１】
ビードシーティング、タイヤ取付、及びタイヤを加圧する工程のための自動車用タイヤサービスシステムに窒素ガス製品を供給するために、図３のシステムを運転した。純度９９．５ｖｏｌ％の窒素を、製品流体分給管路１１を通して約１４０ｐｓｉｇの送給圧力及び周囲温度で供給した。流量は、たいていの場合０と８ＳＣＦＭの間であり、時によりビードシーティング工程で２５ＳＣＦＭのピーク流量に達した。ガス製品需要は不規則に変動し、タイヤ取付システムの作業員の作業に依存した。
【００６２】
上述のようなＰＳＡシステム３１５で、内径５．９インチ、長さ３９インチの吸着容器を用い、各容器には２６．５ポンドのカーボンモレキュラーシーブが入っている。ＰＳＡシステムは、サイクル持続時間１２２秒で上述したサイクルに従って運転し、最大で４ＳＣＦＭまでの生産速度で少なくとも９９ｖｏｌ％の製品純度が得られるように設計されている。製品純度は製品流量が４ＳＣＦＭを超えると低下し、７ＳＣＦＭ生産速度では９６ｖｏｌ％に低下する。
【００６３】
供給空気は、エンドユーザーの施設により管路３０１を通して１５０ｐｓｉｇで提供される。管路３７１のＰＳＡ製品圧力、ブラダーバッグ又は第一の可変容積２１の製品ガス圧力、及び第二の可変容積２３の補償ガス圧力は、平均して１４０ｐｓｉｇである。ブラダーバッグ又は第一の可変容積２１はブチルゴム製であり、いっぱいになって圧力容器１９の内側表面と接触すると容積は４．７立方フィートになる。
【００６４】
流量感知スイッチ３９３は１．２ＳＣＦＭより少ない流量で標準的に開いており、この流量以上では閉じる。圧力感知スイッチ３９５は８０ｐｓｉｇ未満で標準的に開いており、この圧力以上では閉じる。圧力感知スイッチ３９７は９５ｐｓｉｇ未満で標準的に閉じており、この圧力以上では開く。オリフィスの直径は、３６３が０．１００インチ、３６７が０．１００インチ、３８１が０．０２１インチ、３８５が０．０５０インチ、３９１が０．０１８インチである。
【００６５】
上述した貯蔵及び分給システムの実施形態は、任意のタイプの用途向けに加圧ガスを変動及び断続する流量で供給するために利用することができる。一部の代表的な用途としては、タンク及び容器の不活性化、製品の包装、パイプラインのパージング、及び自動車タイヤ工場の設備の運転操作が挙げられるが、用途はこれに限定されない。後者の用途では、例えば、取付及び脱離設備、タイヤの加圧、及びインパクトレンチやその他のガス作動式の工具などのためにガスを使用することができる。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年5月26日(2009.5.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
別の関連した実施形態は、ガスの発生、貯蔵及び分給システムであって、
（ａ）内側表面、内部、外部、及び前記内部と外部の間の硬質の壁を有する圧力容器、
（ｂ）前記圧力容器の内部に配置されたフレキシブルガス容器であって、該フレキシブルガス容器は内部、外側表面、及び該容器の内部を前記圧力容器の硬質の壁を通り抜ける第一の通路に接続する開口を有するフレキシブルガス容器、
（ｃ）前記フレキシブルガス容器の内部によって画定される第一の可変容積であって、前記第一の通路が製品ガス供給管路及び製品ガス分給管路と直接連通していて、製品ガスを該第一の可変容積に導入し該製品ガスを該第一の可変容積から抜き出すようにされている、第一の可変容積、
（ｄ）前記圧力容器の内側表面と前記フレキシブルガス容器の外側表面とによって画定される第二の可変容積であって、該第二の可変容積は該第二の可変容積に補償ガスを導入し該第二の可変容積から前記補償ガスを抜き出すようにされている第二の通路と連通している第二の可変容積、及び、
（ｅ）より強く吸着される成分とそれほど強く吸着されない成分とを含むガス混合物からより強く吸着される成分を優先的に吸着してそれほど強く吸着されない成分を富ませた流出ガスを提供するのに適合した吸着剤物質が入った少なくとも一つの容器を含む圧力スイング吸着システムであって、該圧力スイング吸着システムは前記流出ガスを前記製品ガス供給管路及び前記第一の通路を通して前記第一の可変容積に直接供給するようにされている出口配管を含む圧力スイング吸着システム、
を含むガス発生、貯蔵及び分給システムに関する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
次の（ａ）〜（ｅ）を含む流体貯蔵及び分給システム。
（ａ）内側表面、内部、外部、及び前記内部と外部の間の硬質の壁を有する圧力容器
（ｂ）前記圧力容器の内部に配置された可動仕切部材であって、該仕切部材は前記内部を第一の可変容積と第二の可変容積に分割し、前記第一の可変容積は前記第二の可変容積と連通していない、可動仕切部材
（ｃ）前記圧力容器の硬質の壁を通り抜けて前記第一の可変容積に通じている第一の通路であって、該第一の通路は製品流体を前記第一の可変容積に導入し、前記第一の可変容積から前記製品流体を抜き出すようにされた第一の通路
（ｄ）前記圧力容器の硬質の壁を通り抜けて前記第二の可変容積に通じている第二の通路であって、該第二の通路は補償ガスを前記第二の可変容積に導入し、前記第二の可変容積から前記補償ガスを抜き出すようにされた第二の通路
（ｅ）補償ガス供給システムであって、
（１）前記第二の通路を補償ガス源と連通させる補償ガス管路、
（２）前記補償ガス管路に設置されて上流側と下流側とを有する第一のオリフィス、
（３）前記第二の通路と前記第一のオリフィスの下流側との間の箇所で前記補償ガス管路と連通する補償ガス排出管路であって、該補償ガス排出管路は補償ガスを前記補償ガス管路から大気へ放出するようにされている補償ガス排出管路、及び、
（４）前記補償ガス排出管路に設置され、流動断面積が前記第一のオリフィスの流動断面積よりも小さい第二のオリフィス、
を含む補償ガス供給システム
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１４】
次の（ａ）〜（ｅ）を含む、ガスの発生、貯蔵及び分給システム。
（ａ）内側表面、内部、外部、及び前記内部と外部の間の硬質の壁を有する圧力容器
（ｂ）前記圧力容器の内部に配置されたフレキシブルガス容器であって、該フレキシブルガス容器は内部、外側表面、及び該容器の内部を前記圧力容器の硬質の壁を通り抜ける第一の通路に接続する開口を有するフレキシブルガス容器
（ｃ）前記フレキシブルガス容器の内部によって画定される第一の可変容積であって、前記第一の通路が製品ガス供給管路及び製品ガス分給管路と直接連通していて、製品ガスを該第一の可変容積に導入し該製品ガスを該第一の可変容積から抜き出すようにされている、第一の可変容積
（ｄ）前記圧力容器の内側表面と前記フレキシブルガス容器の外側表面とによって画定される第二の可変容積であって、該第二の可変容積は該第二の可変容積に補償ガスを導入し該第二の可変容積から該補償ガスを抜き出すようにされている第二の通路と連通している第二の可変容積
（ｅ）より強く吸着される成分とそれほど強く吸着されない成分とを含むガス混合物からより強く吸着される成分を優先的に吸着してそれほど強く吸着されない成分を富ませた流出ガスを提供するのに適合した吸着剤物質が入った少なくとも一つの容器を含む圧力スイング吸着システムであって、該圧力スイング吸着システムは前記流出ガスを前記製品ガス供給管路及び前記第一の通路を通して前記第一の可変容積に直接供給するようにされている出口配管を含む圧力スイング吸着システム
【国際調査報告】
2009538223.tif 000007
2009538223.tif 000008