(57)【要約】【課題】  各成分の圧力、温度、流速等の、シミュレーションに関連する各パラメータがシミュレーション結果におよぼす影響を直感的に把握でき、それらのパラメータの最適値を予測しながら効率的にシミュレーションを進めることが可能な、シミュレーション装置及びシミュレーション方法並びにシミュレーションプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供する。【解決手段】  シミュレーション条件として設定される各パラメータの変化に伴う、シミュレーション中の複数の時点における、各観測点の各物理量の変化や反応室内の各成分の分布状態の違いなどを視覚的に表示する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の成分が混合された原料から、その中の少なくとも一つの成分を濃縮して分離するシステムのシミュレーション装置であって、
シミュレーション条件を入力する手段と、
物理量の算出手段と、
シミュレーションデータの表示手段を備え、
該シミュレーションデータの表示手段の内、少なくとも１つは、シミュレーションされる物理量の内の少なくとも１つの物理量の、該シミュレーション中の複数の時点での状態をユーザーインターフェイス上に視覚的に表示する手段を含むものであり、
該ユーザーインターフェイス上には、更に、該システムの少なくとも一部分を表す模式図が表示されることを特徴とするシミュレーション装置。
【請求項２】
該表示される物理量は、
圧力に関する物理量、温度に関する物理量、流量に関する物理量、体積に関する物理量、該分離される成分の量に関する物理量、該分離される成分と異なる成分の量に関する物理量のうちの、少なくともいずれか１つを含むのであり、
該物理量は、反応室、貯蔵室、原料或いは製品を輸送する配管、弁のうちの、一箇所または複数の観察点においてシミュレーションされ、該模式図上の、それぞれの観測点の位置の近傍に表示されることを特徴とすることを特徴とする請求項１記載のシミュレーション装置。
【請求項３】
該表示される物理量は、
反応室または貯蔵室内の複数の観察点における該分離される成分、及び／または、該分離される成分と異なる成分の、該分離に関与する相の内の少なくとも一つの相における量の組、或いは、該分離に関与する複数の相における該分離される成分、及び／または、該分離される成分と異なる成分の、各相の量の組であって、それらが、該反応室の模式図上の、それぞれの観測点の位置の近傍に表示されることを特徴とする請求項１及び２記載のシミュレーション装置。
【請求項４】
該システムの少なくとも一部分を表す模式図は、
少なくとも一つの該反応室を表す模式図と、該反応室に接続される配管の少なくとも一部分、及び／または、弁を表す模式図とを含むものであり、該配管の少なくとも一部分、及び／または、該弁の模式図の少なくとも一部分は、該配管の少なくとも一部分、及び／または、該弁内を搬送される物質の量や方向によって、少なくとも二種類以上の異なる視覚的効果を用いて表示されることを特徴とする請求項１から３の少なくともいずれかに記載のシミュレーション装置。
【請求項５】
該シミュレーション条件を入力する手段は、
該シミュレーション条件のうちの少なくとも一部を、該シミュレーションのプログラム実行中に、該シミュレーション装置のユーザーインターフェイスの一つから入力して設定するものであることを特徴とする請求項１〜４の少なくともいずれかに記載のシミュレーション装置。
【請求項６】
該複数の成分が混合された原料から、その中の少なくとも一つの成分を濃縮して分離するシステムは、複数の運転プロセスから成るものであって、該シミュレーション条件を入力する手段は、該複数のプロセスごとの弁の開閉状態の入力を含むものであることを特徴とする請求項１〜５の少なくともいずれかに記載のシミュレーション装置。
【請求項７】
複数の成分が混合された原料から、その中の少なくとも一つの成分を濃縮して分離するシステムのシミュレーション装置であって、
シミュレーション条件を入力する手段と、物理量の算出手段と、シミュレーションデータの表示手段を備えており、該シミュレーションデータの表示手段の内の少なくとも一つは、シミュレーションされる物理量の内の少なくとも一つの物理量の、該シミュレーション中の複数の時点での状態をユーザーインターフェイス上に視覚的に表示する手段を含むものであって、該ユーザーインターフェイス上には、更に、該システムの少なくとも一部分を表す模式図が表示されることを特徴とするシミュレーション方法。
【請求項８】
該表示される物理量は、
圧力に関するもの、温度に関するもの、流量に関するもの、体積に関するもの、該分離される成分の量に関するもの、該分離される成分と異なる成分の量に関するもののうちの、一部または全部であり、該物理量は、反応室、貯蔵室、原料或いは製品を輸送する配管、弁のうちの、一箇所または複数の観察点においてシミュレーションされ、該模式図上の、それぞれの観測点の位置の近傍に表示されることを特徴とすることを特徴とする請求項７記載のシミュレーション方法。
【請求項９】
該表示される物理量は、
反応室または貯蔵室内の複数の観察点における該分離される成分、及び／または、該分離される成分と異なる成分の、該分離に関与する相の内の少なくとも一つの相における量の組、或いは、該分離に関与する複数の相における該分離される成分、及び／または、該分離される成分と異なる成分の、各相の量の組であって、それらが、該反応室の模式図上の、それぞれの観測点の位置の近傍に表示されることを特徴とする請求項７及び８記載のシミュレーション方法。
【請求項１０】
該システムの少なくとも一部を表す模式図は、
少なくとも一つの該反応室を表す模式図と、該反応室に接続される配管の少なくとも一部分、及び／または、弁を表す模式図とを含むものであり、該配管の少なくとも一部分、及び／または、該弁の模式図の少なくとも一部分は、該配管の少なくとも一部分、及び／または、該弁内を搬送される物質の量や方向によって、少なくとも二種類以上の異なる視覚的効果を用いて表示されることを特徴とする請求項７〜９の少なくともいずれかに記載のシミュレーション方法。
【請求項１１】
該シミュレーション条件を入力する手段は、
該シミュレーション条件のうちの少なくとも一部を、該シミュレーションのプログラム実行中に、該シミュレーション装置のユーザーインターフェイスの一つから入力して設定するものであることを特徴とする請求項７〜１０の少なくともいずれかに記載のシミュレーション方法。
【請求項１２】
該複数の成分が混合された原料から、その中の少なくとも一つの成分を濃縮して分離するシステムは、複数の運転プロセスから成るものであって、該シミュレーション条件を入力する手段は、該複数のプロセスごとの弁の開閉状態の入力を含むものであることを特徴とする請求項７〜１１の少なくともいずれか記載のシミュレーション方法。
【請求項１３】
複数の成分が混合された原料から、その中の少なくとも一つの成分を濃縮して分離するシステムのシミュレーション装置であって、
シミュレーション条件を入力する手段と、物理量の算出手段と、シミュレーションデータの表示手段を備えており、該シミュレーションデータの表示手段の内の少なくとも一つは、シミュレーションされる物理量の内の少なくとも一つの物理量の、該シミュレーション中の複数の時点での状態をユーザーインターフェイス上に視覚的に表示する手段を含むものであって、該ユーザーインターフェイス上には、更に、該システムの少なくとも一部分を表す模式図が表示されることを特徴とするシミュレーションプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項１４】
該表示される物理量は、圧力に関するもの、温度に関するもの、流量に関するもの、体積に関するもの、該分離される成分の量に関するもの、該分離される成分と異なる成分の量に関するもののうちの、一部または全部であり、該物理量は、反応室、貯蔵室、原料或いは製品を輸送する配管、弁のうちの、一箇所または複数の観察点においてシミュレーションされ、該模式図上の、それぞれの観測点の位置の近傍に表示されることを特徴とすることを特徴とする請求項１３記載のシミュレーションプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項１５】
該表示される物理量は、反応室または貯蔵室内の複数の観察点における該分離される成分、及び／または、該分離される成分と異なる成分の、該分離に関与する相の内の少なくとも一つの相における量の組、或いは、該分離に関与する複数の相における該分離される成分、及び／または、該分離される成分と異なる成分の、各相の量の組であって、それらが、該反応室の模式図上の、それぞれの観測点の位置の近傍に表示されることを特徴とする請求項１３〜１４の少なくともいずれかに記載のシミュレーションプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項１６】
該システムの少なくとも一部を表す模式図は、少なくとも一つの該反応室を表す模式図と、該反応室に接続される配管の少なくとも一部分、及び／または、弁を表す模式図とを含むものであり、該配管の少なくとも一部分、及び／または、該弁の模式図の少なくとも一部分は、該配管の少なくとも一部分、及び／または、該弁内を搬送される物質の量や方向によって、少なくとも二種類以上の異なる視覚的効果を用いて表示されることを特徴とする請求項１３〜１５の少なくともいずれかに記載のシミュレーションプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項１７】
該シミュレーション条件を入力する手段は、該シミュレーション条件のうちの少なくとも一部を、該シミュレーションのプログラム実行中に、該シミュレーション装置のユーザーインターフェイスの一つから入力して設定するものであることを特徴とする請求項１３〜１６の少なくともいずれかに記載のシミュレーションプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項１８】
該複数の成分が混合された原料から、その中の少なくとも一つの成分を濃縮して分離するシステムは、複数の運転プロセスから成るものであって、該シミュレーション条件を入力する手段は、該複数のプロセスごとの弁の開閉状態の入力を含むものであることを特徴とする請求項１３〜１７の少なくともいずれかに記載のシミュレーションプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、複数の成分が混合された原料から、その中の少なくとも一つの成分を濃縮して分離するシステムのシミュレーションを行う装置、及び、そのシミュレーション方法、並びに、そのシミュレーションプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】  複数の成分が混合された原料から、その中の少なくとも一つの成分を濃縮して分離する技術は、原料中の目的成分の精製分離、大気中や水中の有害物質の除去等、色々な産業分野で広く用いられており、その方法にも吸着分離によるもの、分離膜を使用するもの、磁場や電場を利用したものなど様々なものがある。【０００３】  その様な分離技術の応用の代表例としては、ゼオライトなどの吸着剤を用いた圧力スイング吸着法（ＰＳＡ）による大気中からの酸素ガスの濃縮分離技術が挙げられ、安価で効率よく高濃度の酸素を得ることができるため、工業用途などで広く普及している。この技術を用いたＰＳＡ酸素濃縮器は、近年、医療用としても需要が増加してきており、特にこの様な分野においては装置の小型軽量化への要求が高まっている。【０００４】その様な小型濃縮器では、装置自体の小型化に伴い、使用できる吸着剤の量も少なくなるため、装置の設計やＰＳＡ運転条件などの最適化はますます重要となる。これらの最適化を行う上では、コンピュータを用いた数値計算による吸着シミュレーションは有効な手法であり、これまでにもＰＳＡ酸素濃縮器や除湿器等の設計の最適化への応用が試みられている。
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  この様なシミュレーションによって最適な設計条件を効率的に導き出すためには、シミュレーション条件として演算に用いられる各パラメータについて、それらがシミュレーション結果に及ぼす影響を考察し、各パラメータの最適値を予測しながら進めることが好ましい。しかしながら、この様な濃縮分離においては、各成分の圧力、温度、流速等の、シミュレーションに関連するパラメータが多数存在し、それらが相互に複雑に関連しながらシミュレーション結果に影響を及ぼすため、従来一般的に行われていたような、最終的なシミュレーション結果の数値等による出力からだけでは、各パラメータの影響を直感的に把握し、それらの最適値を効率良く予測することは困難であった。
【０００６】  本発明は、上述のような課題を解決し、シミュレーション条件として設定される各条件パラメータの変化に伴う、シミュレーション中の複数の時点における、各観測点の各物理量の変化や反応室内の各成分の分布状態の違いなどを視覚的に表示することで、各パラメータの影響を直感的に把握でき、それらの最適値を予測しながら効率的にシミュレーションを進めることが可能な、シミュレーション装置及びシミュレーション方法並びにシミュレーションプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  上記課題を解決するために、本発明のシミュレーション装置は、複数の成分が混合された原料から、その中の少なくとも一つの成分を濃縮して分離するシステムのシミュレーション装置であって、シミュレーション条件を入力する手段と、物理量の算出手段と、シミュレーションデータの表示手段を備えており、該シミュレーションデータの表示手段の内の少なくとも一つは、シミュレーションされる物理量の内の少なくとも一つの物理量の、該シミュレーション中の複数の時点での状態をユーザーインターフェイス上に視覚的に表示する手段を含むものであって、該ユーザーインターフェイス上には、更に、該システムの少なくとも一部分を表す模式図が表示されることを特徴とする。
【０００８】  なお、ここでいう視覚的な表示とは、対応する物理量を、数字、矢印等の記号、円、三角、四角等の図形、或いは、棒グラフ、帯グラフ、円グラフ、折れ線グラフ、三次元グラフ等のグラフなどによって、視覚可能な形で表示することを指す。
【０００９】  また、本発明のシミュレーション装置は、該表示される物理量は、圧力に関するもの、温度に関するもの、流量に関するもの、体積に関するもの、該分離される成分の量に関するもの、該分離される成分と異なる成分の量に関するもののうちの、一部または全部であり、該物理量は、反応室、貯蔵室、原料或いは製品を輸送する配管、弁のうちの、一箇所または複数の観察点においてシミュレーションされ、該模式図上の、それぞれの観測点の位置の近傍に表示されることを特徴とすることを特徴とする。
【００１０】  なお、ここでいう成分の量とは、その成分の、重量、体積、分圧、モル数の様な絶対的な量を示す値、或いは、それらの、原料または製品或いは他の成分に対する相対的な割合を指し、その値は、モル分率、体積比、重量比、その百分率やｐｐｍ等、様々な形式で表される。
【００１１】  また、本発明のシミュレーション装置は、該表示される物理量は、反応室または貯蔵室内の複数の観察点における該分離される成分、及び／または、該分離される成分と異なる成分の、該分離に関与する相の内の少なくとも一つの相における量の組、或いは、該分離に関与する複数の相における該分離される成分、及び／または、該分離される成分と異なる成分の、各相の量の組であって、それらが、該反応室の模式図上の、それぞれの観測点の位置の近傍に表示されることを特徴とする。
【００１２】  また、本発明のシミュレーション装置は、該システムの少なくとも一部分を表す模式図は、少なくとも一つの該反応室を表す模式図と、該反応室に接続される配管の少なくとも一部分、及び／または、弁を表す模式図とを含むものであり、該配管の少なくとも一部分、及び／または、該弁の模式図の少なくとも一部分は、該配管の少なくとも一部分、及び／または、該弁内を搬送される物質の量や方向によって、少なくとも二種類以上の異なる視覚的効果を用いて表示されることを特徴とする。
【００１３】  なお、ここでいう、異なる視覚的効果とは、実線と点線の使い分け、色分け、適切な図形や記号の付与等の、視覚的な差別化を指す。
【００１４】  また、本発明のシミュレーション装置は、該シミュレーション条件を入力する手段は、該シミュレーション条件のうちの少なくとも一部を、該シミュレーションのプログラム実行中に、該シミュレーション装置のユーザーインターフェイスの一つから入力して設定するものであることを特徴とする。
【００１５】  また、本発明のシミュレーション装置は、該複数の成分が混合された原料から、その中の少なくとも一つの成分を濃縮して分離するシステムは、複数の運転プロセスから成るものであって、該シミュレーション条件を入力する手段は、該複数のプロセスごとの弁の開閉状態の入力を含むものであることを特徴とする。
【００１６】  また、本発明のシミュレーション方法は、複数の成分が混合された原料から、その中の少なくとも一つの成分を濃縮して分離するシステムのシミュレーション装置であって、シミュレーション条件を入力する手段と、物理量の算出手段と、シミュレーションデータの表示手段を備えており、該シミュレーションデータの表示手段の内の少なくとも一つは、シミュレーションされる物理量の内の少なくとも一つの物理量の、該シミュレーション中の複数の時点での状態をユーザーインターフェイス上に視覚的に表示する手段を含むものであって、該ユーザーインターフェイス上には、更に、該システムの少なくとも一部分を表す模式図が表示されることを特徴とする。
【００１７】  また、本発明のシミュレーション方法は、該表示される物理量は、圧力に関するもの、温度に関するもの、流量に関するもの、体積に関するもの、該分離される成分の量に関するもの、該分離される成分と異なる成分の量に関するもののうちの、一部または全部であり、該物理量は、反応室、貯蔵室、原料或いは製品を輸送する配管、弁のうちの、一箇所または複数の観察点においてシミュレーションされ、該模式図上の、それぞれの観測点の位置の近傍に表示されることを特徴とすることを特徴とする。
【００１８】  また、本発明のシミュレーション方法は、該表示される物理量は、反応室または貯蔵室内の複数の観察点における該分離される成分、及び／または、該分離される成分と異なる成分の、該分離に関与する相の内の少なくとも一つの相における量の組、或いは、該分離に関与する複数の相における該分離される成分、及び／または、該分離される成分と異なる成分の、各相の量の組であって、それらが、該反応室の模式図上の、それぞれの観測点の位置の近傍に表示されることを特徴とする。
【００１９】  また、本発明のシミュレーション方法は、該システムの少なくとも一部を表す模式図は、少なくとも一つの該反応室を表す模式図と、該反応室に接続される配管の少なくとも一部分、及び／または、弁を表す模式図とを含むものであり、該配管の少なくとも一部分、及び／または、該弁の模式図の少なくとも一部分は、該配管の少なくとも一部分、及び／または、該弁内を搬送される物質の量や方向によって、少なくとも二種類以上の異なる視覚的効果を用いて表示されることを特徴とする。
【００２０】  また、本発明のシミュレーション方法は、該シミュレーション条件を入力する手段は、該シミュレーション条件のうちの少なくとも一部を、該シミュレーションのプログラム実行中に、該シミュレーション装置のユーザーインターフェイスの一つから入力して設定するものであることを特徴とする。
【００２１】  また、本発明のシミュレーション方法は、該複数の成分が混合された原料から、その中の少なくとも一つの成分を濃縮して分離するシステムは、複数の運転プロセスから成るものであって、該シミュレーション条件を入力する手段は、該複数のプロセスごとの弁の開閉状態の入力を含むものであることを特徴とする。
【００２２】  また、本発明のシミュレーションプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、複数の成分が混合された原料から、その中の少なくとも一つの成分を濃縮して分離するシステムのシミュレーション装置であって、シミュレーション条件を入力する手段と、物理量の算出手段と、シミュレーションデータの表示手段を備えており、該シミュレーションデータの表示手段の内の少なくとも一つは、シミュレーションされる物理量の内の少なくとも一つの物理量の、該シミュレーション中の複数の時点での状態をユーザーインターフェイス上に視覚的に表示する手段を含むものであって、該ユーザーインターフェイス上には、更に、該システムの少なくとも一部分を表す模式図が表示されることを特徴とする。
【００２３】  また、本発明のシミュレーションプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、該表示される物理量は、圧力に関するもの、温度に関するもの、流量に関するもの、体積に関するもの、該分離される成分の量に関するもの、該分離される成分と異なる成分の量に関するもののうちの、一部または全部であり、該物理量は、反応室、貯蔵室、原料或いは製品を輸送する配管、弁のうちの、一箇所または複数の観察点においてシミュレーションされ、該模式図上の、それぞれの観測点の位置の近傍に表示されることを特徴とする。
【００２４】  また、本発明のシミュレーションプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、該表示される物理量は、反応室または貯蔵室内の複数の観察点における該分離される成分、及び／または、該分離される成分と異なる成分の、該分離に関与する相の内の少なくとも一つの相における量の組、或いは、該分離に関与する複数の相における該分離される成分、及び／または、該分離される成分と異なる成分の、各相の量の組であって、それらが、該反応室の模式図上の、それぞれの観測点の位置の近傍に表示されることを特徴とする。
【００２５】  また、本発明のシミュレーションプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、該システムの少なくとも一部を表す模式図は、少なくとも一つの該反応室を表す模式図と、該反応室に接続される配管の少なくとも一部分、及び／または、弁を表す模式図とを含むものであり、該配管の少なくとも一部分、及び／または、該弁の模式図の少なくとも一部分は、該配管の少なくとも一部分、及び／または、該弁内を搬送される物質の量や方向によって、少なくとも二種類以上の異なる視覚的効果を用いて表示されることを特徴とする。
【００２６】  また、本発明のシミュレーションプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、該シミュレーション条件を入力する手段は、該シミュレーション条件のうちの少なくとも一部を、該シミュレーションのプログラム実行中に、該シミュレーション装置のユーザーインターフェイスの一つから入力して設定するものであることを特徴とする。
【００２７】  また、本発明のシミュレーションプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、該複数の成分が混合された原料から、その中の少なくとも一つの成分を濃縮して分離するシステムは、複数の運転プロセスから成るものであって、該シミュレーション条件を入力する手段は、該複数のプロセスごとの弁の開閉状態の入力を含むものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】以上述べたように、本発明のシミュレーション装置及びシミュレーション方法並びにシミュレーションプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体によれば、シミュレーション条件として設定される各条件パラメータの変化に伴う、シミュレーション中の複数の時点における、各観測点の各物理量の変化や反応室内の各成分の分布状態の違いなどを、システムの少なくとも一部分を表す模式図と共に視覚的に表示することができるため、各パラメータの影響を直感的に把握することが容易となり、各パラメータの最適値を予測しながら効率的にシミュレーションを進めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】  以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を用いて説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、適宜変更が可能であることはいうまでもない。【００３０】  本実施例１は、ＰＳＡ法によって、主に窒素と酸素の混合物である空気の中の、酸素を濃縮分離する装置をシミュレーションするものである。【００３１】  ＰＳＡ法による酸素濃縮は、圧力による吸着量の差を応用して高い酸素濃度の製品ガスを得る方法であって、その仕組みの概略は次の通りである。第一のプロセスで、吸着筒と呼ばれる、吸着剤を充填した筒状の反応室の第一の端部から原料となる空気を供給し、吸着筒内の圧力を上げて吸着剤に主に窒素を吸着させながら、残った酸素濃度の高いガスを製品として吸着筒の第二の端部から取り出した後、第二のプロセスで、吸着筒の内部を減圧して第一のプロセスで吸着されていた窒素を脱離させながら窒素濃度が高くなったガスを吸着筒の第一の端部から排気する。【００３２】  これら第一のプロセスと第二のプロセスを交互に数秒から数分の間隔で繰り返し行うことにより、高酸素濃度の製品ガスを０．０１リットル毎分〜１０００リットル毎分程度の流量で取り出すことができ、特に、医療用酸素濃縮器の場合には０．１リットル毎分〜１０リットル毎分程度の流量で製品ガスを取り出すことができる。【００３３】  給気手段としては一般的にコンプレッサーが用いられ、排気手段としては、真空ポンプを用いる場合や、ポンプ等を使用せず弁を開放して大気中に排出する方法による場合などがある。第一と第二のプロセスの切り替え等は、酸素濃縮器の配管中に設けられた複数の弁の開閉操作によって行われるのが一般的であり、その切り替えは、酸素濃縮器に予め設定されているプロセスごとの設定時間や、所定の観測点における圧力等の物理量を基準としたシミュレーション条件などによって自動的に行われる。【００３４】  ＰＳＡ法で用いられる吸着剤としては、ゼオライト、活性炭、活性アルミナや、シリカゲル等が挙げられ、分離濃縮される目的物質に応じて使い分けられる。この内、酸素の濃縮分離の場合には、主にＮａ−Ａ型、Ｃａ−Ａ型、Ｎａ−Ｘ型、Ｃａ−Ｘ型、或いは、Ｌｉ−Ｘ型等の合成ゼオライトが好適に用いられる。また、一つのシステムの中に異なる特性のものや複数の種類のものが組み合わせて用いられる場合もある。【００３５】  図１は、本発明の実施の形態１に係る処理の流れの概略を示すブロック図である。処理はシミュレーション条件の入力手段１１、物理量の算出手段１２、及び、シミュレーションデータの表示手段１３等からなり、設定された時間、或いは、プロセス繰り返しサイクル回数の間、物理量の算出手段１２とシミュレーションデータの表示手段１３を繰り返し実施し、シミュレーション結果の、印刷、或いは、記録媒体への保存等の出力を行い、プログラムが終了する。【００３６】  本実施の形態１におけるシミュレーション条件の入力手段は、予め、各シミュレーション条件をシミュレーションプログラム中に記載しておくものであり、これらのシミュレーション条件は、シミュレーションの開始時、或いは、シミュレーション中に適宜、コンピュータによって読み込まれてシミュレーションに使用される��【００３７】  ここで入力されるシミュレーション条件としては、例えば、各プロセスの設定時間や弁の開閉等の条件、吸着剤の飽和吸着量等の特性値、吸着筒の半径や長さ、給気流量、排気流量、製品ガス流量、弁の有効断面積等の特性値、外部温度や圧力、原料ガスの組成等や、また、シミュレーション精度に関連する刻み間隔等の設定パラメータ、シミュレーションの終了条件となるプロセス繰り返しサイクル数やシミュレーション経過時間などが挙げられる。【００３８】  なお、ここでシミュレーション経過時間とは、シミュレーションされているシステムの中においてシミュレーション上で経過している時間のことを指し、実際の世界で経過している時間とは異なるものである。従って、以下の文中においては、特にこれらを区別する必要がある場合には、前者をシミュレーション経過時間、後者を実経過時間と呼ぶことがある。なお、シミュレーション経過時間と実経過時間の関係は、使用するコンピュータの計算速度やシミュレーションに用いる演算の内容、シミュレーションの精度等によって大きく異なる。【００３９】  物理量の算出手段１２は、吸着に関する物理量の算出、温度に関する物理量の算出、流量に関する物理量の算出等から成る。これらの物理量の算出方法は、これらの値を理論的に算出できるものであればどのようなものであっても構わないが、演算時間や演算装置のメモリ消費量等の観点からは、なるべく単純で高精度な数値解析方法であることが好ましく、吸着分離の場合はその好適な例として、茅原らの考案によるＳｔｏｐ＆Ｇｏ法などを用いることができる。【００４０】  シミュレーションデータの表示手段１３は、更に、画像表示手段１４、物理量表示手段１５、及び、推移グラフ表示手段１６から構成される。【００４１】  画像表示手段１４は、ユーザーインターフェイス上に、システムの少なくとも一部分を表す模式図を、シミュレーションの進行に合わせて書き換えながら表示するための手段である。【００４２】  物理量表示手段１５は、画像表示手段１４によって模式図が表示されるユーザーインターフェイス上に、シミュレーションされる物理量の内の少なくとも一つの物理量を、シミュレーションの進行に合わせて書き換えながら視覚的に表示するための手段である。【００４３】  推移グラフ表示手段１６は、選択した一つまたは複数の物理量のシミュレーション実行中の推移を示すグラフを、ユーザーインターフェイス上に、シミュレーションの進行に合わせて書き換えながら表示するための手段である。【００４４】  画像表示手段１４、物理量表示手段１５、及び、推移グラフ表示手段１６における、それぞれの表示の書き換えのタイミングは同一のものである必要は無く、例えば、模式図の書き換えはプロセスが変わるごとに行い、また、物理量や推移グラフの表示書き換えは物理量の算出手段１２の演算がそれぞれ所定の回数実施されるごとに行うなど、互いに異なるものであっても良い。【００４５】  この場合の好ましい書き換えの設定間隔は、コンピュータの演算速度や数値計算の理論の複雑さ等に依存するが、実経過時間の間隔として０．００１秒〜１００秒程度となるように設定されることであり、更に好ましくは視覚的に概ね連続的に観察で��る０．００１秒〜１０秒程度の間隔となるように設定されることである。【００４６】  これらの書き換えの間隔は、物理量の算出手段１２の演算の回数やプロセス繰り返しサイクル回数に基づいて適切な判定条件を設けることで設定することができるが、これに限らず、コンピュータ自身のクロックに基づいて適当な値に設定しても良く、また、或る物理量が所定の条件を満たしたときに書き換えを行う等の方法でもよい。【００４７】  更に、これらの間隔はシミュレーション全体を通して同一のものである必要は無く、例えば、書き換えの要否の判定条件を適切に設けることで、物理量や推移に関しては、物理量の変化率の大きい時には短い間隔で、小さいときには長い間隔で書き換えを行うこともできる。【００４８】  なお、本実施の形態１において、シミュレーションデータの表示手段１３内の処理は、画像表示手段１４、物理量表示手段１５、推移グラフ表示手段１６の順に実行されているが、これに限られるものではなく、これらの処理の順番は任意であって構わない。【００４９】  本実施の形態１において、シミュレーションデータの表示手段１３による表示は、図２に示すメインユーザーインターフェイス上で行われる。本メインユーザーインターフェイスは、メイン操作エリア２１と、画像表示エリア２２から構成される。【００５０】  メイン操作エリア２１には、シミュレーションを開始するためのシミュレーション開始ボタン、シミュレーション中に任意の時点でシミュレーションを終了するためのシミュレーション終了ボタン、シミュレーション中に、その時点までのシミュレーションデータを記録媒体等に保存するためのデータ保存ボタン、コンピュータに接続されているプリンタを使用し、表示されている画像、推移グラフや物理量等をプリントするための印刷ボタンや、シミュレーションプログラムをすべて終了するためのプログラム終了ボタン等が配置される。【００５１】  シミュレーション進行状況表示エリア２３には、シミュレーション実行中のプロセス繰り返しサイクル回数、実行中のプロセス番号やプロセス名、シミュレーション開始からのシミュレーション経過時間、実行中のプロセスのシミュレーション経過時間や、シミュレーション中にエラーが生じた場合のメッセージなどが表示される。【００５２】  画像表示エリア２２には、図３に示す様に、吸着筒３１、弁３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、給気手段３２、排気手段３３、及び、配管３５ａ、３５ｂ、３５ｃ等から構成されるＰＳＡ酸素濃縮器の一部分を表す模式図が描かれている。【００５３】  ここで、実線の円で表示されている弁３４ａ及び３４ｃに対して、弁３４ｂが点線の円で表示されているのは、弁３４ａ及び３４ｃが開いているのに対して弁３４ｂが閉じていることを示している。【００５４】  また、配管３５ａ及び３５ｃが実線であることに対して、配管３５ｂが点線で表示されているのは、配管３５ａ及び３５ｃの内部には物質が流れているのに対して、配管３５ｂの内部には物質が流れていない状態であることを示している。なお、矢印３６は配管３５ｃを流れる物質の方向を示しており、内部を流れる物質の方向が逆の場合には矢印３６は逆向きに、また、内部に物質が流れていない時には矢印３６��表示されない。【００５５】  更に、模式図上には、各観測点における、その時々の流量や酸素濃度３７ａ、３７ｂや、圧力の表示３７ｃが表示されている。【００５６】  吸着筒３１の模式図上に表示されるグラフ３８は、吸着筒３１の内部の気相における、酸素及び窒素のそれぞれの分圧の、吸着筒３１の軸に沿った分布を示すものである。【００５７】  なお、吸着筒３１、弁３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、給気手段３２、排気手段３３等の各構成要素を示している図形はそれぞれ一例であり、その形状等はこれらに限られるものではない。【００５８】  推移グラフ表示エリア２４には、選択した一つまたは複数の物理量の推移が、折線グラフ等によって表示される。このとき、選択される物理量としては、選択した観察点における各成分の量、酸素濃度、圧力、流量、温度等や、プロセス繰り返しサイクルごとの給気、排気、製品ガスの体積、それらの相互の比率等が挙げられる。【００５９】  これらの項目の選択や、各推移グラフの項目軸レンジ、時間軸のレンジや表示範囲の設定等は、グラフオプション選択エリア２５内のチェックボックス、テキストボックスや、スライダー等の入力手段から行われる。またグラフオプション選択エリア２５内の拡大表示ボタン２６をクリックすることにより、それぞれの推移グラフを本メインユーザーインターフェイス上または他のユーザーインターフェイス上で拡大して表示させることができる。【００６０】  なお、本実施の形態１においては、メイン操作エリア２１、画像表示エリア２２、推移グラフ表示エリア２４、グラフオプション選択エリア２５等がすべてメインユーザーインターフェイス上に設けられているが、これらは、エリアごとに複数のユーザーインターフェイスに分割しても良く、更に、メイン操作エリア２１、グラフオプション選択エリア２５等に含まれる項目の一部を、それぞれ異なるユーザーインターフェイスに分割しても良い。【００６１】  また、本実施の形態１の図１の推移グラフ表示手段１６については、不要な場合はこれを省くこともでき、この場合は推移グラフ表示エリア２４も不要となる。【００６２】  図４は、本発明の実施の形態２に係る処理の例を示すブロック図であり、図５は本実施の形態２に係るメインユーザーインターフェイスを示す。【００６３】  本実施の形態２では、実施の形態１と異なり、シミュレーション実行中には演算結果の出力を行わず、その代わりにシミュレーションデータの格納手段４７によって、所定の間隔で各タイミングでのシミュレーションデータを格納していく。そしてシミュレーション終了後に、格納されたそれらのデータからシミュレーション中の画像や物理量、推移グラフ等を再構成し、再生表示を行う。【００６４】  このようにシミュレーション終了後に画像や物理量、推移グラフ等を表示させることにより、シミュレーション中のそれらの表示等に要する時間を省いてシミュレーション時間を短縮することができる。【００６５】  更に、それらのシミュレーションデータが格納されていることから、繰り返して観察したり、また、再生速度を変えながら観察したりすることが可能となる。【００６６】  この様な、再生、停止、一時停止等の操作や、再生速度の設定等の操作は、図５の��像操作エリア５１で行われる。【００６７】  なお、図４では、すべてのシミュレーション終了後にまとめてシミュレーションデータを再生し観察する処理の流れを示しているが、これに限らず、例えば、メインユーザーインターフェイス上に切り替え手段を設けて、シミュレーション実行中に、実施の形態１の場合と同様にシミュレーションデータの表示を行ったり、また、その時点までに格納されたデータの再生等を行ったりできるような処理の流れとすることも好適に実施できる。【００６８】  次に、図６に、本実施の形態３においてシミュレーションの対象とされる、２つの吸着筒から構成されるＰＳＡ酸素濃縮装置の概略構成図を示す。【００６９】  前述の実施の形態１及び２では、１個の吸着筒によってプロセスを交互に繰り返すことで濃縮分離を行う場合を説明したが、ＰＳＡ法では一般的には、効率を上げるために２〜１０個程度の数の吸着筒を用い、以上の様なプロセスを順繰りに行うことが多く、本実施の形態３では、その様な複数の吸着筒を用いた場合を示している。【００７０】  図６は、並列配置された吸着筒６１ａ、６１ｂと、製品ガスを一時的に貯めておくためのバッファと呼ばれる貯蔵室６９、電磁弁６４ａ、６４ｂ等、逆止弁６４ｃ、及び、給気手段６２と排気手段６３等と、それらをつなぐガス配管６５ａ、６５ｂ、６５ｃ等から構成されている。【００７１】  なお、図６は構成図の一例であり、吸着筒やバッファ、配管等の構成や数には、これに限らず様々な形態が用いられている。【００７２】  図７に、本実施の形態３における画像表示エリアの一例を示す。【００７３】  画像表示エリアには、図６で示した構成のシステムに対応する模式図が表示されている。【００７４】  図７の各構成要素の模式図に対しては、実施の形態１において説明したものと同様に、各観測点における物理量の表示等が行われている。【００７５】  また、本実施例３では、吸着筒を模した模式図７１ａ、７１ｂの上には、上段の枠には酸素及び窒素の各分圧の分布を示す棒グラフが、下段の枠にはそれぞれの成分の吸着量の分布を示す棒グラフと、吸着筒内の温度の分布を示す折線グラフが、それぞれ、適切な色や模様を用いることで視覚的に区別しやすいような状態となって表示されており、更に、バッファの模式図７９の上にも、酸素及び窒素の各分圧の分布を示す棒グラフが表示されている。【００７６】  本発明の実施の形態３において、シミュレーションの処理の流れは、実施の形態１、或いは、実施の形態２で示したものと同様のものを用いることができる。【００７７】  次に、本発明の実施の形態４における、シミュレーション条件の入力手段であるシミュレーション条件設定用ユーザーインターフェイスを図８に、また、実施の形態４におけるメインユーザーインターフェイスを図９に示す。【００７８】  本実施の形態４では、シミュレーションプログラムが起動され図９のメインユーザーインターフェイスが表示されると、操作者はまず、メイン操作エリアにあるシミュレーション条件ボタン９１を押すことで、図８のシミュレーション条件設定用ユーザーインターフェイスを表示させてシミュレーション条件を入力する。【００７９】  なお、シミュレーション条件の入力の時だけではなく、シミュレーション中や画像再生中等にシミュレーション条件を再確認する場合にも、シミュレーション条件ボタン９１によってシミュレーション条件設定用ユーザーインターフェイスを表示させることができる。【００８０】  図８のプロセス条件入力エリア８１は、プロセスごとに異なるシミュレーション条件を入力するエリアであり、本実施例では、例えば、設定時間、弁の開閉状態等のシミュレーション条件を設定する。【００８１】  吸着条件入力エリア８２は、シミュレーションを通して一定の値を持つシミュレーション条件を入力するエリアであり、本実施例では、例えば、吸着剤の色々な特性値、各吸着筒やバッファの半径、長さ等や、給気、排気、及び、製品ガスの流量、弁の有効断面積等の特性、プロセスの実施サイクル数や時間等のシミュレーション終了条件、シミュレーションの刻み時間、画像や物理量等の表示やそれらの格納の間隔等を入力するためのテキストボックス等の入力手段が設けられている。【００８２】  シミュレーション条件ファイル入出力エリア８３は、設定したシミュレーション条件の組を保存したり、保存していたシミュレーション条件の組を読み出して使用、或いは、編集したりするための機能を持つ。【００８３】  なお、本実施の形態４ではプロセス条件入力エリア８１と吸着条件入力エリア８２とを区別して、吸着条件入力エリア８２から入力する吸着条件をシミュレーション中で一定の数値とするようにしたが、ここで例示した吸着条件の一部または全部をプロセス条件と同様にプロセス毎に異なる値で入力できるようにしてもよい。【００８４】  更に、これらのシミュレーション条件の一部または全部は、シミュレーション経過時間等の、他の条件によって変化するものであっても良く、また、シミュレーション実行中にシミュレーション条件ボタン９１によってシミュレーション条件設定用ユーザーインターフェイスを表示させて変更することができるようにしてもよい。【００８５】  なお、シミュレーション条件の一部については、この様な入力の形態に限らず、実施の形態１において説明を行った様にシミュレーション開始前に、予め、各シミュレーション条件をシミュレーションプログラム中に記載しておく様な手段であったり、或いは、別途作成されたシミュレーション条件データを、メモリや記録媒体から読み込む等の手段であったりしてもよい。【００８６】  本発明の実施の形態４において、シミュレーション条件の入力以降の処理については、実施の形態１、或いは、実施の形態２と同様のものを用いることができる。【００８７】  なお、本実施の形態４では、メインユーザーインターフェイスと、シミュレーション条件設定用ユーザーインターフェイスを、二つの異なるユーザーインターフェイスとしたが、これらのユーザーインターフェイスは合わせて一つのユーザーインターフェイスとしても良く、また、ここでシミュレーション条件設定用ユーザーインターフェイスに設けられたシミュレーション条件の入力手段の一部をメインユーザーフェイスの方に設ける等の形態に変形してもよい。【００８８】  なお、以上の実施の形態では、ＰＳＡ法による酸素の濃縮分離への利用についてのみ説明を行ったが、以上の内容から明らかなように、本発明の利用はこれに限られるものではなく、その他の物質の分離精製や有害物質の除去にも利用が可能であり、更に、膜による分離等の他の分離技術による濃縮分離にも広く利用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】  本発明の実施の形態１に係る処理の流れの概略を示すブロック図である。
【図２】  本発明の実施の形態１に係るメインユーザーインターフェイスを示す図である。
【図３】  本発明の実施の形態１に係る画像表示エリアの例を示す図である。
【図４】  本発明の実施の形態２に係る処理の例を示すブロック図である。
【図５】  本発明の実施の形態２に係るメインユーザーインターフェイスを示す図である。
【図６】  本発明の実施の形態３においてシミュレーションの対象とされるＰＳＡ酸素濃縮装置の概略構成図である。
【図７】  本実施の形態３における画像表示エリアの例を示す図である。
【図８】  本発明の実施の形態４に係るシミュレーション条件設定手段を示す図である。
【図９】  本発明の実施の形態４に係るメインユーザーインターフェイスを示す図である。
【符号の説明】
【００９０】１１、４１  シミュレーション条件の入力手段
１２、４２  物理量の算出手段
１３、４３  シミュレーションデータの出力手段
１４  画像表示手段
１５  物理量表示手段
１６  推移グラフ表示手段
２１  メイン操作エリア
２２  画像表示エリア
２３  シミュレーション進行状況表示エリア
２４  推移グラフ表示エリア
２５  グラフオプション選択エリア
２６  拡大表示ボタン
３１、７１  吸着筒を表す模式図
３２  給気手段を表す模式図
３３  排気手段を表す模式図
３４  弁を表す模式図
３５  配管を表す模式図
３６  流れの方向を表す矢印
３７  物理量数字による表示
３８  成分の分圧分布を示すグラフ
４７  シミュレーションデータの格納手段
５１  画像操作エリア
６１  吸着筒
６２  給気手段
６３  排気手段
６４  弁
６５  配管
６９  バッファ
７９  バッファを表す模式図
８１  プロセス条件入力エリア
８２  吸着条件入力エリア
８３  シミュレーション条件ファイル入出力エリア
９１  シミュレーション条件ボタン
【図１】
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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９】
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