(57)【要約】  水と二酸化炭素を燃料ガスに変換する化学反応器のためのポンプシステムおよびコントローラが提供される。二酸化炭素ガスの気泡が生成され、ポンプ送出水の中に導入され、そして再生タービンポンプに送られる。そこで気泡が崩壊すると、水素、ヒドロキシルラジカルおよびヒドロキシドを含む電離ガスと電離液体の混合物が生成され、その後、該混合物は気泡内に存在する二酸化炭素ガスと反応して、それを一酸化炭素に還元し、さらなる反応によってメタンを生成する。【選択図】  図１Ａ
2013543527.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスを生成するための装置であって、
流体を送出するための吸込管；
気泡の直線的流れを生成するための気泡発生器；
気泡を流体中に噴射するためのインジェクタ；および
気泡を含む流体を受け取るための吸込口と、複数のバケットを画定する羽根車バケットとを有する再生タービンポンプ；
を含んでなり、該バケットが単一の気泡を受け取り、該気泡が崩壊して燃料ガスを生成する、前記装置。
【請求項２】
流体から燃料ガスを分離するための気液分離器をさらに含む、請求項1記載の装置。
【請求項３】
気液分離器から燃料ガスを移動させるための燃料ガス移送ポンプをさらに含む、請求項2記載の装置。
【請求項４】
気泡を個別に移動させる手段が、ポンプの動作に関連したプロセスパラメータを感知するセンサと、該センサと通信状態にあるコントローラとを含み、該コントローラがプロセスパラメータを処理して、該プロセスパラメータの処理に基づいてポンプの動作を調整する、請求項1記載の装置。
【請求項５】
プロセスパラメータが、羽根車バケットの回転速度、吐出圧力、および温度の少なくとも1つを含む、請求項4記載の装置。
【請求項６】
流れを制御するための吸込管内の圧力制御弁をさらに含む、請求項1記載の装置。
【請求項７】
流体が水である、請求項1記載の装置。
【請求項８】
ポンプに取り付けられた気泡検出装置をさらに含み、該気泡検出装置が気泡の数とサイズを検出する、請求項1記載の装置。
【請求項９】
気泡発生装置が流体中に気泡を噴射するためのインジェクタである、請求項1記載の装置。
【請求項１０】
メタン燃料ガスを生成する方法であって、
二酸化炭素の気泡を生成するステップ；
二酸化炭素の気泡を水の流れの中に導入するステップ；
気泡を含む水の流れを、複数のバケットを画定する羽根車をもつ再生タービンポンプに送出するステップ；
気泡を崩壊させて、水素、ヒドロキシルラジカルおよびヒドロキシドを含む電離ガスと電離液体の混合物を生成させるステップ；
電離ガスおよび電離液体を二酸化炭素と反応させて、一酸化炭素を生成させるステップ；および
一酸化炭素を反応させてメタンを生成させるステップ；
を含んでなる、前記方法。
【請求項１１】
圧力パルスを用いて、分離した状態の気泡を崩壊させることをさらに含む、請求項10記載の方法。
【請求項１２】
気泡が再生タービンポンプの個別のバケットチャンバ内で崩壊する、請求項11記載の方法。
【請求項１３】
気泡が崩壊前にポンプの該チャンバ内のらせん流に連行される、請求項12記載の方法。
【請求項１４】
少なくとも1つのセンサおよび該少なくとも1つのセンサと通信状態にあるコントローラを用いて、水の流れの圧力または流量を監視するステップをさらに含む、請求項13記載の方法。
【請求項１５】
前記圧力または流量が許容範囲内にあるかどうかを、コントローラを用いて判別するステップをさらに含む、請求項14記載の方法。
【請求項１６】
前記圧力または流量の監視に応答して再生タービンポンプの動作を調整するステップをさらに含む、請求項15記載の方法。
【請求項１７】
メタンおよび残留する二酸化炭素と一酸化炭素を、水素と反応させて、アルカンガスを生成させることをさらに含む、請求項10記載の方法。
【請求項１８】
燃料ガスを生成するためのシステムであって、
ポンプに流体を送出するための吸込管；
二酸化炭素ガスを供給するための二酸化炭素ガス供給部；
気泡の直線的流れを生成させるための気泡発生器；
流体中に気泡を噴射するためのインジェクタ；および
気泡を受け取りかつ崩壊させるための複数のバケットをもつ再生タービンポンプ；
を含んでなる、前記システム。
【請求項１９】
再生タービンポンプが複数のバケットを画定する羽根車ブレードを含み、各バケットが単一の気泡を受け取る、請求項18記載のシステム。
【請求項２０】
ポンプの動作に関連したプロセスパラメータを感知するセンサと、該センサと通信状態にあるコントローラとをさらに含み、該コントローラがプロセスパラメータを処理して、該プロセスパラメータの処理に基づいてポンプの動作を調整する、請求項19記載のシステム。
【請求項２１】
プロセスパラメータが、羽根車バケットの回転速度、吐出圧力、および温度の少なくとも1つを含む、請求項20記載のシステム。
【請求項２２】
気泡発生装置の動作に関連したプロセスパラメータを感知する第2のセンサと、第2のセンサと通信状態にあるコントローラとをさらに含み、該コントローラがプロセスパラメータを処理して、該プロセスパラメータの処理に基づいて気泡発生装置の動作を調整する、請求項21記載のシステム。
【請求項２３】
プロセスパラメータが気泡のサイズおよび気泡形成速度の少なくとも1つを含む、請求項22記載のシステム。
【請求項２４】
気泡の生成に関連したパラメータを感知するセンサと、該センサと通信状態にあるコントローラとをさらに含み、該コントローラが気泡の生成に関連したパラメータを処理する、請求項18記載のシステム。
【請求項２５】
気泡の崩壊に関連したパラメータを感知する第2のセンサと、第2のセンサと通信状態にあるコントローラとをさらに含み、該コントローラが気泡の崩壊に関連したパラメータを処理する、請求項24記載のシステム。
【請求項２６】
少なくとも1つのパラメータを感知するセンサと、該センサと通信状態にあるコントローラとをさらに含み、該コントローラが該少なくとも1つのパラメータを処理して、動作トライアルの自動順次実行を可能にする、請求項18記載のシステム。
【請求項２７】
前記少なくとも1つのパラメータが吸込圧力設定値、吐出圧力設定値、およびポンプ速度設定値の少なくとも1を含む、請求項26記載のシステム。
【請求項２８】
前記ポンプが動作設定値を含み、前記コントローラが値変更アルゴリズムを含み、該コントローラが前記少なくとも1つのパラメータに基づいて動作設定値を再計算して、変更する、請求項27記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、2010年9月22日出願の米国特許仮出願第61/385,423号、および2010年9月22日出願の米国特許仮出願第61/385,392号の優先権の利益を主張するものであり、これらの全開示内容は参照により本明細書に組み入れられる。
【０００２】
発明の分野
本発明は、化学反応器およびポンプシステム、より具体的には燃料ガスを生成するための再生タービンポンプを備えた化学反応器に関する。
【背景技術】
【０００３】
発明の背景
吸熱合成反応は、水と二酸化炭素を、一酸化炭素とメタンと水素を含有する燃料ガス混合物に変換する。このような反応には逆水性ガスシフト、サバティエ反応(Sabatier reaction)およびフィッシャー・トロプシュ法(Fischer-Tropsch process)が含まれる。
【０００４】
超音波的および流体力学的な設備と技術によって発生されるキャビテーション(空洞現象)は、長年にわたって、伝統的に高温/高圧プロセスで実施される、多くの知られた特定の吸熱反応の触媒作用のために使用されてきた。化学触媒作用のメカニズムとしてのキャビテーションの利点は、崩壊した気泡に近い作用領域で達成される高温・高圧の効果であり、その加熱速度は水溶液や他の溶液中で反応を開始させて、それを維持するのに十分である。
【０００５】
還元および酸化合成は、数十年にわたり高温/高圧の反応器を用いて実施されてきた。最近になって、超音波ソノケミストリーの分野で、これらの反応のいくつかは実験的な構成配置で再現されている；文献に報告された結果は、ソノケミカル還元触媒作用、特に水溶液中での二酸化炭素のプロトン化(二酸化炭素を一酸化炭素に還元する)をもたらす加水分解が、超音波キャビテーションを用いて特定の条件下で触媒され得る、ことを示唆する。このメカニズムは還元触媒作用に効果がありそうなので、キャビテーションの化学触媒作用と同様のキャビテーション技術または方法を用いた、さらなるプロトン化はCH4および他のアルカン類の生成につながる可能性がある。
【０００６】
商業または工業規模での化学合成のための流体力学的キャビテーションおよびソノケミストリーの実施は、これらのための反応を触媒するために用いられるメカニズムの性質 - キャビテーション - によってほぼ間違いなく抑制されてきた。単泡性ソノルミネッセンスで達成されるような単一気泡崩壊は、超音波キャビテーションの方法を用いる、安定した、制御された気泡崩壊技術として実証されているが、工業的プロセスで適用されるキャビテーションはほぼ常に触媒メカニズムとして複数気泡キャビテーションを使用する。この技術は、二酸化炭素を含む材料(例えば、かなりの量の溶存二酸化炭素と炭酸を含む化石燃料の燃焼廃ガス流、表面もしくは地下廃水、プロセス排水または海水)に高い出力レベルで使用する場合、経済的に実現可能な処理量を維持するためにプロセス条件の継続的な変更を必要とする。キャビテーションベースのメカニズムへのこれらのタイプの変更は困難である。というのは、超音波的および流体力学的キャビテーションの両方が、特定の反応触媒作用の生産率を維持するのに必要な高温・高圧崩壊特性を達成するために、限られた特定の条件を必要とするからである。
【０００７】
超音波ソノケミカルプロセスは、特定の周波数、つまり特定の超音波発生面もしくはホーン移動距離またはその両方、に依存する。いったんこれらの変数がプロセス内で最適化されると、試薬組成、周囲の圧力、温度、溶存ガス、または他の溶媒もしくは溶質特性に対する変更は、多くの場合、直ちに気泡雲の形成および崩壊を不安定化し、反応触媒作用を大幅に中断または減速させて、プロセスの可変的変更のないこの技術の継続的適用を不経済にする。超音波場の周波数と振幅の調整は、発生しかつ崩壊する気泡の特性に直接影響を与えて、共振周波数を変える。周波数もしくは振幅、周囲の圧力、温度、溶液中の二酸化炭素もしくは炭酸の量、または溶液のpHに対する変更は、キャビテーションの発生中に、二酸化炭素のアルカン燃料ガスへの経済的還元を触媒するのに最適ではないサイズ、共振周波数または崩壊速度の特性をもつ気泡を生成する状況を生じさせる可能性がある。こうした制限は、超音波場の周波数と振幅に対する気泡特性の依存によるものである。気泡の特性はこれらのプロセスパラメータの先進的プロセス制御を介して調整することができるが、特定の周波数と振幅の組み合わせのみが効果的である。その結果として、このメカニズムに基づく還元による化学合成のリアクティブ閉ループ制御は、変動の範囲が限定されており、この反応触媒作用のメカニズムを利用するプロセスの経済性に悪影響を与える。
【０００８】
気泡の形成と崩壊を圧力および流れの制御によって操作するための各種方法を用いた、多くの流体力学的キャビテーション実施技術が存在する。さらに、層流または他の特異な流れパターンのための特注器具および成形オリフィスならびに他の付属品に基づく技術が、閉ループ制御の有無にかかわらず、キャビテーションを発生させて、組成分解および合成を触媒するために使用されている。流体力学的キャビテーションの技術はまた、超音波キャビテーションと同様の最適条件の要件による制約に悩まされており、この場合には、溶媒または溶質の組成、粘性、溶解もしくは懸濁固体の含有量、溶存ガス、および他の特性の変動が、気泡雲の性質と形成に、その後はそれらの崩壊速度、形状および特性に有害な影響を与える。
【０００９】
また、超音波的および流体力学的キャビテーションはいずれも、制御されたキャビテーションの条件がしばしば、表面またはシステムコンポーネントにまたはその上で、初期のまたは他の望ましくないキャビテーション効果(コンポーネントの摩耗につながる)を生じさせるので、プロセス回路要素へのキャビテーション損傷をもたらし、プロセスの経済性に大きな影響を与える。
【００１０】
二酸化炭素と水はしばしば、計画的に、多くの合成プロセスの最終生成物である。多くの産業活動およびプロセス回路、例えば、エネルギーと暖房のための化石燃料の燃焼、鉄鋼生産、セメント製造、天然ガスシステム、都市固形廃棄物の燃焼および他の多くは、生成物として二酸化炭素を生じる。最近の測定では、米国で年間5000メガトンを上回る二酸化炭素の生産が示されている。米国EPAウェブサイト、Climate Change- Greenhouse Gas Emissions(気候変動-温室効果ガス排出量)のページ、http://www.epa.gov/climatechange/emissions/co2_human.htmlを参照されたい。
【００１１】
大気中に放出された二酸化炭素は、大気の成分ガスとしての気体状態と、地表水中の溶存二酸化炭素と、地表水中の炭酸との間で連続的な平衡交換のプロセスを経る。二酸化炭素の溶解度は真水より塩水の方が高いため、環境に放出された二酸化炭素のかなりの量が間違いなく現在、海や他の地表塩水中に存在する。National Oceanic and Atmospheric Administration PMELウェブサイト、Carbonプログラム、Ocean Carbon(海洋炭素)更新ページ、http://www.pmel.noaa.gov/co2/story/Ocean+Carbon+UptakeおよびNational Oceanic and Atmospheric Administration PMELウェブサイト、Carbonプログラム、Ocean Acidification(海洋酸性化)のページ、http://www.pmel.noaa.gov/co2/story/Ocean+Acidificationを参照されたい。
【００１２】
長年にわたる大量の二酸化炭素の生成と、経時的な地表水への二酸化炭素の溶解の結果として、排出源から、大気から直接、および地表水から二酸化炭素を回収し、その後、回収した二酸化炭素を回収可能な燃料ガスまたは液体に変換するために使用できる方法は、新たな再生可能エネルギーの供給を提供するだろう。二酸化炭素を取り除くための現在の解決策および技術は、大気中の二酸化炭素にほぼ完全に集中しており、リサイクルや再利用の利益なしに多大の費用をかけて永久に二酸化炭素を隔離または貯蔵する方法を企画している。これらのアプローチの経済性は、特に企画される二酸化炭素処理のスケールがメガトン数であることを考慮すると、それらを実現不可能にしそうである。
【発明の概要】
【００１３】
本発明は、流体力学的および超音波的キャビテーションの両方の上述した制限に対する解決策、ならびにメガトン級のガス処理にスケールを変更できかつ二酸化炭素を含む気体、液体および固体の原料への適用に適したアプローチを用いて、二酸化炭素を効果的かつ経済的に回収してリサイクルする手段を提供する。キャビテーションを通して気泡の崩壊を起こすのではなく、本発明は、直接制御された方法で気泡を生成させ、その後、やはり直接制御された方法で、それらの気泡を特定の速度で特定のサイズに崩壊させるための方法および構成を提供する。さらに、気泡は流体の流れの中に連行されながら崩壊し、プロセスコンポーネントの表面上での望ましくない気泡崩壊を防止する。本発明での気泡の形成と崩壊は最適な流れ、圧力、温度、粘性、ならびに他の溶媒および溶質の特性とは無関係に起こり、かつ気泡サイズおよび崩壊速度が直接制御されて、超音波の有効振幅もしくは周波数の関数、または特殊な器具で達成される一定の圧力もしくは流れの関数ではないため、この気泡崩壊のメカニズムは、二酸化炭素含有原料の広範な変動にわたって経済的に反応を触媒するために適用することができる。本発明はまた、二酸化炭素を含有するガス流を受け取って、処理を可能にするためにそれを水溶液中に溶解する方法およびシステム、ならびに海水などの水溶液中の二酸化炭素と炭酸を処理して還元する方法およびシステムを提供し、化学触媒作用および合成の同じ装置と方法を用いて、発電所などのガス排出源と海水などの環境資源の両面で二酸化炭素を燃料ガスに変換するためのアプリケーションを可能にする。
【００１４】
水と二酸化炭素を燃料ガスに変換するための化学反応器のポンプシステムおよびコントローラが開示される。本発明の一態様では、水蒸気を伴った二酸化炭素ガスの気泡を急速に生成させ、それらを再生タービンポンプでポンプ送出水中に制御された方法で導入し、その後、生成した気泡を崩壊させて、気泡の内部水蒸気を、水素、ヒドロキシルラジカルおよびヒドロキシドを含む電離ガスと電離液体の混合物に変換し、続いてそれらを気泡内に存在する二酸化炭素ガスと反応させて、それを一酸化炭素に還元し、さらなる反応によってメタンを生成する方法および装置が提供される。二酸化炭素、一酸化炭素またはメタンは水素と反応して、プロパンまたはブタンなどのアルカンガスを生成する。
【００１５】
本発明の別の態様では、二酸化炭素ガスと水蒸気から形成された、崩壊する気泡の特性を、水中で触媒として利用する方法および装置が提供され、その際、前記気泡の特性は、気泡の気相と液相中の水蒸気、液体の水、水素および二酸化炭素の間の反応のための触媒として、または気泡内に含まれる液体の水、水蒸気、炭素、水素、二酸化炭素および一酸化炭素ガスと、ポンプ送出された気泡含有水媒体中の水、水素、ヒドロキシルラジカルおよびヒドロキシドとの間の反応のための触媒として利用される。
【００１６】
本発明の別の態様では、ポンプ送出された水媒体中で二酸化炭素ガスと水蒸気を含む気泡を形成し、それらの気泡を互いに分離した状態で崩壊させるための方法および装置が提供され、その際、崩壊する気泡の気相および液相内でのプラズマ・ホットスポットの形成を可能にするのに十分な時間の崩壊の間、気泡が例えばその固有振動数で振動する圧力上昇率および最終最大圧力の両方において、十分な大きさの制御された流体力学的に発生された圧力パルスを用いて気泡を崩壊させる。
【００１７】
本発明のさらに別の態様では、気泡がポンプ吸込口の低圧ゾーンから、次第に上昇する圧力でポンプを通過し、そして制御された特定の最大圧力で吐出口から出て行くときの、気泡形成時およびさまざまな可能な気泡サイズから崩壊に至るまでの展開の間、ポンプシステム吸込口でポンプ送出媒体中に形成された気泡の二酸化炭素と水蒸気の濃度を、直接および間接的に制御することを可能にするデバイスが提供される。
【００１８】
本発明のさらに別の態様では、制御された気泡の生成およびポンプ吸込口への気泡の導入と、再生タービンポンプの羽根車により形成された個々のバケットチャンバ内のポンプのらせん流に連行された気泡のその後の崩壊と、を可能にするように配置されたコンポーネントを含む、再生タービンポンプに基づくポンプシステムが提供され、その場合に、気泡は、隣接する気泡の崩壊の干渉効果を受けることなく単独で崩壊する。
【００１９】
本発明の別の態様では、電気モータ駆動ポンプの速度と圧力を制御するための方法および装置が提供される。このポンプ制御システムは、ポンプ送出媒体中での特定サイズのガス・蒸気気泡の特定数の形成を開始させて、それを維持し、その後、同じ気泡を特定の速度で特定の最終気泡サイズに崩壊させるために、代替の装置構成またはアプリケーションの1つに最適なポンプ速度とポンプシステム圧力を動的に計算する。ポンプ制御システムには、ポンプモータドライブへの速度設定値信号と、ポンプ吸込口、ケーシングおよび吐出口の圧力を制御する圧力調整弁を作動させるために用いられる圧力設定値信号と、を提供するコントローラが組み込まれる。
【００２０】
コントローラは、特定のサイズの気泡を生成しかつプラズマのホットスポットへと特定の速度で気泡を崩壊させるために必要とされる、または本発明の特定のアプリケーションで必要とされる、最適な動作パラメータ値を決定するための解析ツールとして使用することができる。このようにして、本装置を用いて所望の結果を生み出す可能性が最も高い動作条件およびプロセス変数の選択を記述するアプリケーションプロトコルが、コントローラに存在する結果評価アルゴリズムを用いて、望ましいまたは最良適合の動作特性をもたらす設定値の組み合わせを報告するものとして、本装置およびコントローラを用いて開発され得る。
【００２１】
以下の説明は、添付の図面とともに、本発明の重要な態様の詳細を提供する。しかし、本発明は、記載したものとは別に、他の有用かつ新規な態様を含むことに留意されたい。本発明のこうした追加的な態様および利点は、以下の詳細な説明と図面を一緒に考慮するとき、明らかになるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図1は、図1Aと図1Bとの相互接続を示す。
【図１Ａ】図1Aと図1Bは、二酸化炭素ガス気泡を水中に噴射し、その後再生タービンポンプ内でそれらを崩壊して燃料ガス(ポンプ送出流体から分離される)を形成するために用いられる、ポンプシステム、サブシステム、コンポーネントおよび装置コントローラを含む、本発明の装置の典型的な実施を示す、2ページにわたる配管計装図である。
【図１Ｂ】図1Aと図1Bは、二酸化炭素ガス気泡を水中に噴射し、その後再生タービンポンプ内でそれらを崩壊して燃料ガス(ポンプ送出流体から分離される)を形成するために用いられる、ポンプシステム、サブシステム、コンポーネントおよび装置コントローラを含む、本発明の装置の典型的な実施を示す、2ページにわたる配管計装図である。
【図２−１】図2A〜2Cは、再生タービンポンプのケーシングおよび羽根車ブレードのチャネルの断面図である。
【図２−２】図２−１の続きである。
【図３】図3は、本発明のいくつかの態様に従って、本発明の装置のさまざまな機能構成によって必要とされる代替の動作シーケンスを含む、コントローラロジックの例を示すフローチャートである。
【図４】図4は、本発明の二酸化炭素還元ロジックによって実行される処理ステップを示すフローチャートである。
【図５】図5は、本発明の気泡発生ロジックによって実行される処理ステップを示すフローチャートである。
【図６】図6は、本発明の気泡崩壊ロジックによって実行される処理ステップを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
発明の詳細な説明
本発明の装置は、二酸化炭素ガスを水流中に生成および噴射して気泡を形成し、その気泡を制御された速度でプラズマに崩壊して、二酸化炭素を燃料ガスに還元する、いくつかの独立したサブシステムを含む。この装置には、気泡を効果的に連行しかつ崩壊させるための再生タービンポンプが含まれる。図1Aと図1Bは、分離されて2ページにわたって示される、サブシステムを含む、装置10の典型的な配管計装図を示す。
【００２４】
二酸化炭素の気泡(約0.5ミクロン〜1mmの気泡径であり得る)の制御された直線的流れは、再生タービンポンプの吸込口で、しかしそのケーシングの外側で、ポンプ送出水媒体中に噴射される。次に、二酸化炭素の気泡は、例えば、再生タービンポンプの羽根車ブレードのチャネル内のポンプ送出媒体のらせん流中に連行されている間に、約1,000psigの圧力上昇で約4ミリ秒以内に、約0.1μm〜0.2μmに崩壊し、その結果として、プラズマのホットスポットが崩壊した各気泡の中心部に形成される。このようにして、二酸化炭素ガスは、崩壊した二酸化炭素気泡のコアで達成された高圧(例えば、約7,200psig)および相応の崩壊気泡領域の高温(例えば、約2,000℃以上)で水から放出された水素にごく接近するようになり、その結果として二酸化炭素の一酸化炭素とメタンへの還元が生じる。
【００２５】
図1Aおよび1Bを参照すると、典型的な装置が一般的に10で示される。装置吸込口から下流に装置吐出口まで進むと、装置への液体の流れは、水源12とプロセス水供給タンク20との間に接続された吸込管14から始まる。吸込管14の中心線での送出圧力は、二酸化炭素還元の間の予想最大流量で再生タービンポンプ60による必要有効吸込ヘッド(net positive suction head required: NPSHr)に等しいかまたはそれより大きいことが好ましく、さらに、気泡発生装置30によって必要とされる予想最大圧力(例えば、約3〜5psig)より大きいことが好ましい。
【００２６】
システムが最初に起動されると、プロセス水供給タンク20が、プロセス水供給レベルコントローラ18によって制御される初期レベルにまで水源から充填される。初期充填の後、システムの動作中、プロセス水を気液分離器90から再循環させて、プロセス水供給タンク20に戻す。吸込管14での不十分な吸込ヘッドは、プロセス水供給タンク20と吸込圧力制御弁24の間に水ブースターポンプ(図示せず)を追加することで、克服することができる。動作中、プロセス水を水素と酸素に変換して、反応させる。電動液面制御弁16を介してレベルコントローラ18によって決定されたとおりにプロセス水供給タンク20に補給水を添加して、二酸化炭素変換反応で消費された水を回復させる。
【００２７】
再生タービンポンプ60が作動しているとき、プロセス水はプロセス水供給タンク20から、ポンプ吸込管22を通って、その後、流れを制御するための電動吸込弁パイロットレギュレータ26を備えた吸込圧力制御弁24へと流れる。コントローラ100は、ポンプ吸込口圧力センサ111と吸込口温度センサ112で測定される圧力および温度などの、ポンプ吸込口61でのポンプ送出水の状態に応じて、コントローラロジック101および二酸化炭素還元ロジック106の指示どおりに電動吸込弁パイロットレギュレータ26を作動させる。ポンプ吸込口圧力センサ111は、ポンプ圧力素子111a、ポンプ圧力トランスミッタ111bおよびポンプ圧力インジケータ111cを含むことができる。温度センサ112は、温度素子112a、温度トランスミッタ112bおよび温度インジケータ112cを含むことができる。これらのセンサは、測定するための検出器素子と、その値を送信するためのトランスミッタを備えている。これらのセンサは別個のセンサとして図示されているが、センサを単一のデバイスとすることも可能である。トランスミッタから送信された値は、ローカルもしくはリモートゲージまたはコンピュータのグラフィカルモニタであり得る、インジケータ上でユーザに表示される。適切な市販の圧力センサ/トランスミッタの例としては、Ashcroft社のXmitr, 0-100psi, 3”がある。一次制御アルゴリズム、動作および検出シークエンス命令、ならびに設定値または設定値アルゴリズムは、コントローラに格納され、そのコントローラはPC、パネルPC、PLC(プログラマブル・ロジック・コントローラ)、またはその他の特定目的プログラマブルHMI(ヒューマン・マシン・インターフェース)デバイスもしくはコントローラであり得る。適切な市販のPLCの例としては、Allen-Bradley社のMicrologix 1400モデル1766-L32BWAAがある。PIDアルゴリズムを含む適切な市販のPLCソフトウェアの例は、RSLogix 500 Professionalである。適切な市販のPCの例はHP Compaq dx2450である。
【００２８】
コントローラ100は、電動吸込弁パイロットレギュレータ26を用いて吸込圧力制御弁24を調整することによって、吸込圧力制御弁24の下流のプロセス水の圧力設定値を計算および調整する。こうした調整は、ポンプ吸込管22のセンサ40，111，112により集められたポンプ吸込管プロセス水の状態情報を用いて行うことができ、吸込口気泡発生装置30で必要とされる圧力を調節して、例えば約0.5ミクロン〜1mmの気泡径を有する二酸化炭素気泡の持続的な発生を可能にする。吸込口気泡検出器センサ40は、センサ素子40a、トランスミッタ40b、およびインジケータ40cを含むことができる。コントローラ100は、ポンプ吸込管22の圧力、温度および発生された気泡の特性を検出し、そして装置吸込口の圧力を調整し、そして電動吸込弁パイロットレギュレータ26のための新しい位置設定値を計算し、次に吸込圧力制御弁24の位置を調整して、気泡発生装置30でのポンプ吸込管22の圧力を調節することができる。このように、本装置の動作中に発生する液体供給温度、圧力または他のパラメータ値の変化、例えば、水供給タンク20の液面低下、ポンプ吸込管22内の乱流、接続された上流プロセスの性能変化、液体供給圧力の変化、または下流サブシステムの流量要件の変化を検出して、閉ループ制御を用いることに対する補償を行って、気泡発生装置30で必要とされる圧力と流量を維持することができる。
【００２９】
図1Aおよび1Bを続けると、プロセス水は吸込圧力制御弁24から吸込口気泡発生装置30へと流れ、ここで二酸化炭素ガスが吸込管へと噴射されてプロセス水中に気泡を形成する。適切な装置と方法を用いる任意の適切な気泡生成方法を採用することができる。吸込口気泡発生装置30の有用な構成は、例えば約0.5ミクロン〜1mmの範囲の安定した気泡径を有する、約9,000個〜約10,000個/秒の範囲の気泡の安定した直線的流れを生み出すことが期待される。上述した範囲は動作条件ごとに変化しうる。また、気泡発生装置30は気泡の直線的流れを生成することが望ましく、これは、キャビテーション反応装置のいくつかのタイプのバブラーおよび要素が、たとえ気泡雲内の気泡の数とサイズを制御できるにしても、制御不能な気泡雲を生成するのとは対照的である。気泡発生装置30の下記の構成は、あらゆる動作条件下での二酸化炭素還元に必要とされるかもしれない可能なすべての代替構成の代表ではないが、十分な数、サイズおよび配置での気泡生成を提供する。
【００３０】
気泡発生装置30は噴射ノズル32を使用し、噴射ノズル32は、システムの流量および処理能力に基づいて気泡を生成するような大きさおよび形状である。噴射ノズル32は、ポンプ吸込管22ラインに、下流に向けてかつ吸込口気泡検出装置40または再生タービンポンプ60の前のポンプ吸込管22の軸方向で中心に設置され、必要に応じて、気泡連行を支援するために、例えば、NIBCO社(インディアナ州Elkhart)製の標準NIBCOボルテックス・インサーション・フィーダ、またはWm Steinen Mfg社(ニュージャージー州Parsippanyに拠点を置く)製のSteinen Tan-Jetノズルのような、ボルテックス器具(図示せず)が後に続く。この配置では、二酸化炭素ガス供給部34が、ガスを圧力調整ラインに放出するコンプレッサ36に接続される。インラインガス噴射ノズル圧力・コンプレッサ速度制御プログラマブル・ロジック・コントローラ(PLC)136は、インラインガス噴射ノズル圧力センサ135(圧力素子135a、圧力トランスミッタ135bおよび圧力インジケータ135cを含むことができる)からの遠隔アナログまたはデジタルインジェクタ圧力信号を読み取る。ガス噴射ノズルPLC 136は連続的に、現状のインラインガス噴射ノズル圧力設定値198を読み出し、かつ新しい圧力設定値を再計算して、遠隔アナログまたはデジタル信号を、噴射ノズル圧力を調整する電動ガス圧力制御弁35に送信する。インラインガス噴射ノズル圧力設定値198が二酸化炭素ガス供給部34の圧力(電動ガス圧力制御弁42を制御する、ガス供給圧力コントローラ38によって調整される)によって達成され得ない場合は、PLC 136がコンプレッサ36を始動させて、センサ135でのガス噴射ノズル圧力をプロセス変数として用いて、インラインガス噴射ノズル圧力設定値198を部分的に超えるまでインラインガス噴射ノズルコンプレッサ速度設定値199を上方調整する。ガス圧力の下方微調整は、電動ガス圧力制御弁35に送信された圧力設定値を変更することによって達成される。ひとたびPLC 136が圧力設定値を計算すると、それは、プロセス変数としての噴射ノズル圧力とともに、インラインガス噴射ノズル圧力制御比例・積分・微分コントローラ(PID)137に送信される。PLC 136は、コンプレッサ速度コントローラ37からのコンプレッサ36のモータ(図示せず)の現状の速度を、現状のコンプレッサ速度設定値199と一緒に、インラインガス噴射ノズルコンプレッサ速度制御PID 133にリレーする。これにより、広範囲の動作圧力にわたる気泡発生、ならびに気泡の内容物、サイズおよび数の直接制御が、吸込圧力制御弁24によって調整されるポンプ吸込管22内の液体の圧力に加えて、インラインガス噴射ノズル圧力設定値198またはインラインガス噴射ノズル32の形状もしくは大きさを変更することによって可能である。
【００３１】
他の気泡発生装置は、流体中に気泡を直接噴射する装置に代えて使用することができ、例えば、「ポンプ送出媒体中にプラズマのホットスポットを生成するための化学反応器システムおよび方法」と題する、本出願と同時期に出願された、所有者共通の同時係属中の米国特許出願第 号に開示される。この出願の開示内容は参照により本明細書に組み入れられる。例えば、ガス気泡は、ガスを受け入れるためのサイドポートを有するベンチュリを含むエダクタを通して吸い込まれる。ベンチュリの前後の圧力を制御することによって、制御された速度での気泡の生成が可能である。あるいは、気泡を発生させるためにベンチュリを用いることも可能である。
【００３２】
次に、連行された二酸化炭素気泡を含むプロセス水は、吸込口気泡検出装置40を通過する。一定流量もしくは低流量の動作条件下、または組成が変わらない原料では、プロセス出力が適切である場合、気泡検出装置を必要とせずに、吸込口圧力センサ111と温度センサ112により報告される気泡発生装置30の動作状態を監視することで十分であり得る。このような相関が不十分である場合、または気泡生成パラメータ値をより正確に制御しなければならない場合には、実際に生成した気泡のサイズと数の追加的なアナログまたはデジタル検出が必要になるかもしれない。これらのアプリケーションでは、コントローラ100がコントローラロジック101を使用し、コントローラロジック101は、吸込口気泡検出装置40からのアナログまたはデジタル気泡生成データ信号出力を受信し、そして、吸込口センサ111および112からの他のデータと併せて、新しい動作パラメータ値、例えば、吸込口気泡発生インライン二酸化炭素噴射ノズル32の圧力を計算して、閉ループ気泡生成制御を確立する。コントローラロジック101は、任意の適切なハイレベルまたはローレベルのコンピュータプログラミング言語を用いてプログラム可能であり、そしてフラッシュメモリや他のタイプの不揮発性メモリなどのコンピュータ読取可能媒体に保存されたコンピュータ実行可能命令として具現化することができる。吸込口気泡検出装置40は、2相液状媒体中の特定の位置に存在する気泡の数とサイズに対応する遠隔アナログまたはデジタル信号を発するように設計された多くのデバイスのいずれかであってよく、例えば、レーザ干渉画像計測器(interferometric laser imaging sizer)、広帯域音速度計、ドップラーソノグラフィ(Doppler Sonography)または気泡サイズ測定のための別の音響技術などである。ポンプ送出媒体の特性(例えば、組成、不透明性、含有物、温度)、ならびに生成される気泡のサイズと数、および意図される本発明の機能は、特定のアプリケーションとともに使用される適切な吸込口気泡検出装置40の選択に導くであろう。
【００３３】
次に、連行された二酸化炭素気泡を含むプロセス水は、吸込口気泡検出装置40を通過して再生タービンポンプ60に入る。ポンプ吸込口、吐出口、ケーシング、チャネル配置および接続配管、ならびに低い内部クリアランスをもつタービンポンプの設計は、再生タービンポンプがポンプケーシングのチャネル内のポンプ送出水のらせん流中に二酸化炭素気泡を連行することを可能にして、ポンプの内側面またはポンプ送出された気泡含有液状媒体が流れている個所に気泡が付着する、またはその上で気泡が形成されるのを防止する。
【００３４】
ここで図2A〜2Cを参照すると、気泡およびプロセス水はポンプ吸込口61を通過するが、このポンプ吸込口は、好ましくは、ポンプ送出媒体の流路にわたる内径の変化が最も少ない、滑らかなストレート壁の穴を有し、そして好ましくは、ケーシングと接線方向に交差しており、その結果、ポンプ吸込口内部の乱流と、結果的に流路内の気泡のサイズと位置の乱れが、最小限に抑えられる。ポンプ送出媒体はその後再生タービンポンプ60のケーシング62に送られ、そこでプロセス水は、ポンプケーシングの環状空間内の羽根車ブレード65によって形成された羽根車バケット64内への封じ込めによって、らせん経路66に流れるように強制される。これは、ポンプ送出液体がポンプケーシング62を通ってポンプ羽根車63で移動するときに起こる。プロセス水は流れの方向の軸のまわりを回転し、連行気泡67を流路の中心にとどまらせ、ポンプケーシング62の内側面への気泡の付着を防止し、かつそれを単一の羽根車バケット64に拘束する。
【００３５】
安定した完全な二酸化炭素変換を達成するために必要とされるポンプ羽根車63の回転速度設定値は、装置の動作中にコントローラ100(図1Aおよび1B参照)によって必要に応じて維持され、調整される。回転速度は、秒あたりポンプ吸込口61を通り過ぎる羽根車バケット64の数が、秒あたりポンプ吸込口61を通過する流れ連行気泡の数に厳密に一致するように設定される。さらに、ポンプ速度設定値ならびに調整されるポンプ吸込および吐出圧力設定値は、プロセス水の流量が羽根車バケット64内に二酸化炭素気泡を単独で移動させるような値であり、動作中に複数の気泡を含むまたは気泡を一切含まない羽根車バケット64の出現を最小限に抑えるか、排除する。最後に、ポンプ羽根車63の回転速度およびポンプ吐出口68の圧力は、プロセス水の流れに個別に連行されかつ個々の羽根車バケット64内に含まれる気泡が崩壊するように、動作中に調整され、維持されるが、その際、周囲のプロセス水が水切り69でポンプ吸込口61からポンプ吐出口68に流れ、そして気泡含有羽根車バケット64内の圧力がポンプ吸込口61の圧力からポンプ吐出口68の最終調整圧力に上昇するときに気泡が崩壊するようにする。このようにして、初期および最終気泡サイズ、気泡崩壊の速度、ならびに最終的な崩壊気泡のコア温度および圧力、その結果としての二酸化炭素還元の速度が、直接的かつ機械的に制御される。実際の気泡崩壊の速度は、初期および最終気泡サイズの差とポンプケーシング62内部の圧力上昇率によって決定される。これらのパラメータ値の直接的、自動的、機械的制御は、最適な二酸化炭素還元のために初期的にも、動作中に動的にも、装置の機能を調整することを可能にする。
【００３６】
本装置で使用するための再生タービンポンプの例は、Roth Pump社(イリノイ州Rock Island)製の再生タービンケミカルポンプである。Roth再生タービンケミカルデューティーポンプは、非潤滑性および腐食性液体の連続した高圧ポンピングを提供する。これらの再生タービンポンプは、最大1400フィート(427m)のプロセスヘッド、600psi(40バール)、3500rpmでのTDH、3〜14フィート(0.91〜4.2m)のNPSH、および450°F(232℃)までの温度で、多種多様な化学物質を用いて作動するための1枚の機械加工されたセルフセンタリング羽根車を備えている。本装置とともに使用するための再生タービンポンプの別の例は、Dynaflow Engineering社(ニュージャージー州Middlesex)製のDynaflow再生タービンポンプである。本装置とともに使用するための再生タービンポンプの別の例は、Warrender社(イリノイ州Wood Dale)製のモデルMT5003P3T6である。
【００３７】
引き続いてポンプケーシングの下流では、図1Aおよび1Bを参照すると、今や溶存した一酸化炭素、メタンおよび水素とそれらの気泡を含むポンプ送出プロセス水は、ポンプケーシングからポンプ吐出口68を通過する。ポンプ吐出口68もまた、好ましくは、ポンプ送出媒体の流路にわたる内径の変化が最も少ない、滑らかなストレート壁の穴を有し、さらに好ましくは、ケーシングと接線方向に交差しており、その結果、乱流が最小限に抑えられる。
【００３８】
次に、燃料ガスを含んだプロセス水は、オプションの吐出口気泡検出装置71を通過する。吐出口気泡検出装置71はセンサ素子71a、トランスミッタ71bおよびインジケータ71cを含むことができる。吸込口気泡の検出と同様に、コントローラ100は、再生タービンポンプ60の正しい速度設定値109および吐出圧力制御弁80の正しい圧力設定値108を決定するために、プロセス水の状態または特性を監視することができる。気泡崩壊速度を制御しかつ不完全な反応を防止するために、再生タービンポンプ60から放出されたプロセス水の流れの中に残存する二酸化炭素気泡の数とサイズの検出および測定を用いて、ポンプ速度または吐出圧力設定値109、108の補正を再計算することができる。再生タービンポンプ60内の気泡崩壊の速度は、最大ポンプ吐出圧力設定値108(再生タービンポンプ60羽根車(図2C、63)の速度によって制御され、かつ吐出圧力制御弁80によって調整される)が増加するにつれて、増加することが予想される。
【００３９】
ひとたび気泡発生が進行したら、オプションの吐出口気泡検出装置71を用いて、再生タービンポンプ60の下流でプロセス水の流れの中に残存する気泡を検出して測定する。気泡がまったく存在しないはずの吐出流中に気泡が検出される場合、または存在するはずのものより大きい気泡が検出される場合には、吐出圧力の設定値を増加することができる。
【００４０】
再生タービンポンプ60の吐出圧力の上昇は、少なくとも2つの方法で達成することができる。第一に、吐出圧力制御弁80によって調整される現状の吐出圧力設定値が、現状の速度設定値で動作中の再生タービンポンプ60の締切(つまり最大)圧力より低い場合には、吐出圧力制御弁80を用いて吐出圧力設定値を上げる。第二に、現状の吐出圧力設定値が現状の再生タービンポンプの速度設定値で可能な最大値に等しい場合には、ポンプ羽根車63の速度設定値を増加させる。その結果、可能な最大吐出圧力設定値が上がる。ひとたび再生タービンポンプ羽根車63の速度設定値が増加されると、追加の上方への吐出圧力の増加および調整が、吐出圧力制御弁80の吐出圧力設定値を上げることによって達成される。このようにして、吐出圧力設定値と再生タービンポンプ60の速度設定値は独立して操作することができ、特定のアプリケーションでは、発生した気泡を崩壊させるのに必要とされる特定の吐出圧力設定値を達成しかつ維持しながら、同時に再生タービンポンプ羽根車63の速度設定値を変更することが可能となる。これは、気泡発生装置30により出力された気泡の数に対する、再生タービンポンプ60の吸込口を通り過ぎる羽根車バケット(図2A、64)の正確なタイミングを可能にし、上述した所望の気泡崩壊を単独に分離した方法で、例えばそれらの固有振動数で、可能にする。
【００４１】
再度図1Aおよび1Bを続けると、プロセス水は今や、吐出口圧力センサ113と温度センサ114を通過し、さらに吐出管75内のプロセス水の組成または状態を測定するために設置されたその他の検出器またはセンサを通過する。吐出口圧力および温度センサ113，114はセンサ素子113a，114a、トランスミッタ113b，114b、およびインジケータ113c，114cを含むことができる。プロセス水は吐出圧力制御弁80を通って気液分離器90に流れる。吐出圧力制御弁80は、吐出圧力制御弁80の上流でプロセス水の圧力を調整するように構成されており、すなわち、圧力調整は再生タービンポンプ60と吐出圧力制御弁80の間の吐出管75で起こる。一方、吸込圧力制御弁24は、吸込圧力制御弁24の下流でポンプ吸込管22の圧力を調整する。このようにして、二酸化炭素気泡を崩壊させるための圧力は、吐出圧力制御弁80の圧力設定値108と再生タービンポンプ60の速度設定値109の複合操作によって設定され、調整される。
【００４２】
最後に、溶存燃料ガスと燃料ガス気泡を含むプロセス水は気液分離器90内を通過する。燃料ガスは燃料ガス移送ポンプ92の作用によって分離器から抜き取られる。脱ガスは分離器内部で安定した軽い真空(例えば、〜0.95気圧)を維持することによって制御される。燃料ガス移送ポンプ制御PLC 206は、気液分離器圧力センサ209(圧力素子209a、圧力トランスミッタ209b、および圧力インジケータ209cを含むことができる)から分離器90の圧力データを受信し、この値をプロセス変数として用いて、燃料ガス移送ポンプ92の速度設定値217を連続的に再計算する。圧力プロセス制御変数は、現在計算された燃料ガス移送ポンプ速度設定値217とともに燃料ガス移送ポンプ速度制御PID 207に送信される。PID 207は計算して、所望の燃料ガス移送ポンプ92速度設定値217を表すアナログまたはデジタル信号を燃料ガス移送ポンプ速度コントローラ208に送信し、コントローラ208は、燃料ガス移送ポンプ92がその速度設定値217で回転するように、供給されるA/C電力周波数を変化させる。PLC 206は、PLC 211と直接通信して、全体的なプロセス効率の計算および設定値の調整に使用するために、そして気液分離器90内の状態によって判定される非効率的または不適切な動作に応答してプロセスの中断および/または動作パラメータの調整を行うために、燃料ガス生産率データをPLC 211に提供する。気液分離器液面コントローラ94は必要に応じてプロセス水移送ポンプ96を作動させて、プロセス水戻し管98を通してプロセス水供給部20にプロセス水を戻す。燃料ガス移送ポンプ92は、一酸化炭素、メタンおよび水素燃料ガスを、燃料ガス貯蔵容器(図示せず)または燃料を消費するデバイスもしくはプロセスのいずれかに送る。
【００４３】
本装置のプロセス水・燃料ガス取扱いサブシステムは、安全弁、バイパス弁または他のアンローダ弁(図示せず)、ならびに特定のアプリケーションの性質により必要とされる他の安全装置および機能を装備することができる。さらに、不適切な流れを防止し、かつ装置の遮断、検査およびサービスを提供するために必要とされる場合は、吸込口および吐出口遮断弁(図示せず)および逆止め弁(図示せず)を設けるべきである。
【００４４】
コントローラ100は本装置の動作状態の検出と制御の両サービスを提供する。ポンプモータ制御システムとしてのその役割では、コントローラ100は、可変周波数ドライブ126のモータコントローラの起動、停止および他の可変周波数ドライブの機能コマンドならびにポンプモータ速度設定値109信号を発信して、送信する。可変周波数ドライブ126は、再生タービンポンプ60のモータに接続されて、モータ用の電力を供給し、コントローラ100から受信したモータ速度制御パイロット信号によって指示されたとおりに、モータの回転速度ひいては連結された再生タービンポンプ60の速度を制御する。再生タービンポンプ60のモータ制御に加えて、コントローラ100は電動吸込弁パイロットレギュレータ26および電動吐出弁パイロットレギュレータ82を作動して、吸込圧力制御弁24によって調整されたとおりに吸込圧力を、そして吐出圧力制御弁80によって調整されたとおりに吐出圧力を変更する。コントローラ100はまた、ポンプ吸込管22および吐出管75のセンサ40, 71, 111, 112, 113, 114から受信した装置サブシステムのパラメータ値を監視して記録することができ、そして特定のアプリケーションで必要とされるシステム動作に関連した設定値を再計算する。
【００４５】
コントローラロジックPLC 211によって格納されて実行されるコントローラロジック101は、コントローラ100および本装置の動作シーケンスと他の機能を提供する。コントローラロジック101は、特定の装置構成に特有の機能を含むように、必要に応じて変更することができる。図1Aおよび1Bは、本明細書で説明した動作方法を実行するための検出器と制御デバイスの典型的なセットを示す。本装置の他の構成は、図示されていない他の機器、検出器およびコントローラを使用して、または図示されている装置のサブシステムもしくはコンポーネントのいくつかを使用せずに、可能である。本装置の可能な物理的構成変化に対応するために、コントローラロジック101 - インストールされた装置およびコントローラ100のデバイス識別、状態検出、制御、およびタスク分配に関するプログラミング命令 - は、例えば、格納、必要な変更、およびコントローラロジックPLC 211へのその後のダウンロードのために外部コンピュータまたはデバイスにそのプログラムをアップロードすることによって、変更することができる。あるいはまた、装置構成に特有のコントローラロジック101の別個の例をコントローラ100にまたは外部コンピュータもしくはデバイスにローカルに格納して、コントローラロジックPLC 211で必要とされるとおりにアップロードまたは実行することができる。さらに、特定のアプリケーションのために本装置の動作シーケンスを変更する必要があるかもしれない。二酸化炭素還元ロジック106 - センサもしくは検出器評価の順序、設定値変更の順序、設定値変更のためのアルゴリズム、または動作異常状態の識別とその状態からの回復のために使用されるアルゴリズムなど - は、コントローラロジックPLC 211に格納可能であるか、またはアクセス可能であって、PLC 211上で実行することができる。コントローラロジック101と同様に、二酸化炭素還元ロジック106の固有のバージョンをコントローラもしくは外部デバイスにローカルに格納することが可能であるか、または二酸化炭素還元ロジック106を外部のデバイスもしくはコンピュータにアップロードし、変更し、そしてコントローラロジックPLC 211に戻ってダウンロードすることが可能である。吸込圧力設定値107と吐出圧力設定値108のデータ(圧力、温度および気泡特性などの動作パラメータを記述する)、およびポンプモータ速度設定値109のデータは、個別の値、独立もしくは従属する値または値の範囲、あるいは値または値の範囲を計算するために用いられるアルゴリズムとして提供され、コントローラロジックPLC 211に格納可能であるか、またはアクセス可能であり、そして外部のデバイスまたはコンピュータにアップロードおよびダウンロードすることができる。いずれの場合にも、コントローラロジックPLC 211に格納されたまたはアクセス可能なデータまたはプログラムコードを変更することになっている場合には、既存の設定値データ107, 108, 109、コントローラロジック101または二酸化炭素還元ロジック106のプログラムコードをアップロードし、変更して、ダウンロードするのではなく、外部のデバイスまたはコンピュータを用いて直接、コントローラ100上のその情報またはコントローラ100にアクセス可能なその情報にアクセスして変更することも可能である。また、オペレータコントロールパネル(図示せず)を装備することによって、本装置の手動制御、設定値データ107, 108, 109の手入力、コントローラロジック101または二酸化炭素還元ロジック106の手動操作またはそれとの相互作用、あるいは圧力制御弁24, 80または可変周波数ドライブ126などの本発明のサブシステムまたはコンポーネントの直接手動制御が可能である。
【００４６】
外部リンクPLC 118は、外部デバイスまたはコンピュータへの直接接続およびコントローラ100インターフェース、コントローラロジックPLC 211に格納されたまたはそれを用いて格納されたデータおよびプログラムコードへの外部デバイスからの直接アクセス、ならびに二酸化炭素還元ロジック106とコントローラロジック101と設定値データ107, 108, 109の自動的なまたは外部から指示されたアップロードおよびダウンロードのためのロジックを提供する。本装置がより大型のシステムの一部である場合、コントローラロジック101には、外部のシステム、コンピュータまたはデバイスからの指示を受け取って、動作パラメータ値およびステータスをその外部機器に報告するステップを組み込むことができる。こうしたケースでは、外部リンクPLC 118は、外部デバイスまたはコンピュータとコントローラロジックPLC 211との間でその外部通信および制御をマーシャリングするように構成され、プログラムされ得る。
【００４７】
図1Aおよび1Bには、コントローラ100内に個別のPLCが示されていることに留意されたい；例えば、外部リンクのためのPLC 118およびコントローラロジックのためのPLC 211、ならびに吸込圧力制御PLC 200、吐出圧力制御PLC 102およびポンプモータ速度制御PLC 104などの他のPLCが示される。これらの機能は、単一のPLC、パーソナルコンピュータ(PC)、例えばPC 119または他の同様のデバイスにまとめることが可能である。さらに、外部リンクPLC 118およびコントローラロジックPLC 211、ならびに他のPLC 200, 102, 104およびPID(吸込圧力制御PID 201、吐出圧力制御PID 103およびポンプモータ速度制御PID 105を含む)は、単一のコントローラに組み込まれているように図1Aおよび1Bには示されるが、これらの機能を実行するデバイスは、別個のコントローラの一部として別々の場所にインストールすることができる - この代替制御コンポーネント配置は、本装置がより大きい全体的なプロセスまたはシステムに組み込まれる場合にあり得るかもしれない。また、コントローラロジック101と二酸化炭素還元ロジック106は、コントローラロジックPLC 211内に存在して、そこで実行するように図1Aおよび1Bには示されているが、コントローラロジック101は、二酸化炭素還元ロジック106を格納して、それを実行するものとは異なるPLC、PCまたは他の同様のデバイス内に存在して、そこで実行する可能性があり、そしてこれらの別個のPLCまたは代替デバイスもまた、別個のコントローラに存在する可能性がある。コンポーネントの機能分散、グルーピングまたは配置の同様の変更もまた、他のセンサ-トランスミッタ-インジケータ装置、例えば40, 71, 110, 111, 112, 113, 114, 135、PLC 200, 102, 104およびPID 201, 103, 105を用いることで可能である。図1Aおよび1Bに描画されたコントローラ100のコンポーネントの配置および機能は、本装置の自立型、自己完結型の動作および制御の例であって、システムが図のように構成されて上流および下流に接続されるときに図示されたとおりに用いられるか、または本発明の異なる物理的構成のための設計特性のガイドとして用いられるか、または本発明が多機能もしくは多段階プロセスに単一の要素またはステップとして組み込まれる場合に用いられる。したがって、当然のことながら、本明細書に含まれるコントローラ100のコンポーネント機能の考察において、特定の機能をもつ特定のPLC、PIDまたは他のデバイスが記載される場合に、その記載されたものに代わって、PC、PLCまたは他の機能的に同等のデバイスを使用することが可能である。さらに、記載されたコントローラ100のコンポーネントによって実行される個別の機能が、関連のない他の機能とともに、別のデバイスで実行されることもある。
【００４８】
個々のサブシステムの制御と計測は、コントローラ100において関連機能ごとにグループ分けされ、個別の各PLC、PCまたは他の同様のデバイスによってグループとして監視および制御され得る。これは個別のサブシステムのデータ保存およびプログラミングを可能にする。このように、サブシステムまたはサブシステムコンポーネントの追加、構成変更または除去には、影響を受けるサブシステムまたはコンポーネントの状態検出または制御に直接関与するコントローラ100の対応する素子の追加、変更、再プログラミングまたは削除のみが必要とされる。
【００４９】
コントローラロジックPLC 211は、先に説明したように、装置サブシステムの動作シーケンスを指令するコントローラロジック101および二酸化炭素還元ロジック106のプログラム命令を実行し、かつ外部のコンピュータまたはオペレータの要求に応答する。PLC 211はまた、動作シーケンスの中断およびサブシステムコントローラPLC 200、PLC 102およびPLC 104によってもたらされた動作パラメータ値のデータ要求をも処理する。PLC 211はまた、全体的な動作ステータス情報およびサブシステムコントローラから送信されたその情報に対する要求を処理し、維持するために、また、装置サブシステム間で設定値およびサブシステムステータス情報を(装置サブシステムがそれらの動作のためにそのようなデータまたはステータスを必要とするとき)リレーするために、使用することもできる。動作限界状態、エラー状態および本発明の動作中に発生する他のイベントであって、本装置に、動作モードを変更する、停止する、リセットする、または動作もしくはコンポーネントのステータスまたはアラームをオペレータ、外部コンピュータもしくはデバイスに通信する必要があるものもまた、コントローラロジックPLC 211によって対処することができる。
【００５０】
吸込圧力制御PLC 200は、コントローラロジックPLC 211から、最初に、必要に応じて定期的に、吸込圧力設定値107のデータを、値もしくは値の範囲として、またはポンプ吸込管22のセンサ40, 111, 112のデータを用いて設定値または設定値の範囲を計算するために使用されるアルゴリズムとして、受信する。吸込圧力設定値107のデータ値は、特定のアプリケーションのために、ポンプ送出媒体の必要な圧力および温度、気泡発生装置30から発生する気泡の必要な数およびサイズ、あるいはその両方を指定する。さらに、吸込圧力設定値107のデータは、ポンプ吸込管22のポンプ送出媒体の他の特性、または発生した気泡の他の特性について、これらを測定する装置が存在する限り、提供することができる。吸込圧力制御PLC 200は、センサのトランスミッタ(その素子は気泡発生装置30の吸込口に取り付けられる)、例えば吸込口圧力トランスミッタ111bおよび吸込口温度トランスミッタ112bからの遠隔アナログまたはデジタル信号入力を受信する。吸込圧力制御PLC 200はまた、吸込口気泡検出装置40に接続されて、そこからの遠隔アナログまたはデジタル信号入力(検出された気泡のサイズと数を表すために補間され得る)を受信する。吸込圧力制御二酸化炭素還元ロジック106および吸込圧力設定値107のデータを利用して、吸込圧力制御PLC 200は、ポンプ吸込管22の温度、圧力および他の特性、ならびに気泡の数とサイズを監視して、必要な目標吸込圧力設定値107を動作中連続的に再計算する。動作中に、特定のアプリケーションにより指定される、気泡発生装置30の均一な安定した連続運転を維持するために必要な吸込圧力設定値107は、ポンプ吸込管22もしくは吐出管75の乱流、ポンプ送出媒体の流量もしくは温度の変化、ポンプ速度の変化、吐出圧力の変化、または気泡もしくはポンプ送出媒体の他の特性の変化が原因で変わることがある。こうした変化が起こると、発生した気泡の特性はアプリケーションが指定した範囲をはずれて変化する可能性がある。吸込圧力制御PLC 200は、気泡の特性の変化を軽減することが期待される新しい吸込圧力設定値107を計算して、気泡の発生をアプリケーション仕様に回復させることができる。この処理はコントローラロジックPLC 211によって中断されるまで続き、PLC 211は新しい吸込圧力設定値107のデータを提供するか、または特定の吸込圧力設定値107を設定するように吸込圧力制御PLC 200に指示して、処理を停止することができる。さらに、コントローラ100は、吸込圧力設定値107の手動制御を可能にするパネルマウント型オペレータ(図示せず)とポンプ吸込管22のセンサ・インジケータ - 吸込口圧力インジケータPI 111c、吸込口温度インジケータTI 112c - を提供することができる。パネルオペレータ経由で、手動で入力された吸込圧力設定値107は、外部デバイスまたはコンピュータからの設定値データとして、および吸込圧力制御PLC 200による追加の処理を必要としない特定の吸込圧力設定値107として、コントローラロジックPLC 211によって処理することができる。
【００５１】
ひとたび吸込圧力設定値107が吸込圧力制御PLC 200により算出されると、それは現状の吸込圧力プロセス変数と一緒に吸込圧力制御PID 201に送信される。PID 201はアップデートされた吸込圧力プロセス変数および圧力設定値を連続して受信する。次にPID 201は計算して、吸込圧力制御弁24を吸込圧力設定値107に設定するために必要な電動吸込弁パイロットレギュレータ26の位置に対応する遠隔アナログまたはデジタル信号を送信する。電動吸込弁パイロットレギュレータ26がそれ自体のコントローラを備えている場合には、吸込圧力制御PID 201が吸込圧力設定値107を表す遠隔アナログまたはデジタル信号を電動吸込パイロット弁のコントローラに送信し、次にそれが吸込圧力制御弁24を吸込圧力設定値107に設定するために必要なパイロット弁の位置を計算することになる。
【００５２】
あるいは、コントローラロジックPLC 211は - その固有のロジックの一部として、または外部のコンピュータもしくはデバイスまたはオペレータによって指令されたとおりに - 吸込口気泡検出装置40からのアナログまたはデジタル信号を吸込圧力制御PID 201のプロセス変数として用いるように、吸込圧力制御PLC 200に指示することができる。2つの連続動作モードがこの制御技術を実行に移すために使用される。第一に、吸込圧力制御PLC 200は、上述した吸込圧力設定値107処理技術を用いて、かつ吸込圧力制御PID 201と協同して、気泡発生装置30が気泡の数とサイズに関するアプリケーション仕様の範囲内で動作するように吸込圧力を設定する。第二には、最適な気泡特性に対応する、吸込口気泡検出装置40からの補間されたアナログまたはデジタル信号をキャプチャーして、それを吸込圧力設定値107の代わりに制御用の設定値として使用する。このキャプチャーされた設定値信号は、吸込口気泡検出装置40からの信号(このケースではプロセス変数として用いられる)と一緒に、吸込圧力制御PID 201に連続して送信される。PID 201は続いて、電動吸込弁パイロットレギュレータ26に送信された位置信号または圧力値と、その結果として調整された気泡発生装置30の吸込口の圧力を、気泡特性の変化に応じて、変化させる。このようにして、気泡発生装置30で必要とされる吸込圧力の閉ループ制御は、吸込口気泡検出装置40の信号に応答して継続される。吸込圧力制御PLC 200は、この代替モードまたは吸込圧力設定値107へのスイッチバックでのその制御動作、および検出された吸込圧力プロセス変数に基づいた吸込圧力制御PID 201の制御を続行することができる。
【００５３】
ひとたび電動吸込弁パイロットレギュレータ26の位置が設定されると、吸込圧力制御弁24は、さらなるパイロット制御による調整なしで、設定された圧力を維持する。したがって、吸込圧力設定値107の反復もしくは連続変化またはその調整が通常の動作中に発生しないアプリケーションでは、吸込圧力制御PID 201を省略するか、または比例・積分コントローラ(PI)もしくは他の同様の単純な比例コントローラと取り替えることが可能である。しかし、多くのアプリケーションでは、最適な装置動作パラメータ値を維持するために、吸込圧力設定値107の変動の微調整が必要になると理解されている。
【００５４】
いったん気泡が発生すると、それらは再生タービンポンプ60を通過し、そして崩壊する。吐出圧力制御PLC 102とポンプモータ速度制御PLC 104は両方とも、ポンプ吐出口68および吐出管75の圧力制御のプロセスに関係している。吐出圧力制御PLC 102は、吸込圧力制御PLC 200と同様に、最初に、そして定期的に、コントローラロジックPLC 211からの吐出圧力設定値108データを、値もしくは値の範囲として、または吐出圧力設定値を計算するためのアルゴリズムとして受信する。吐出圧力制御PLC 102は、吐出管75に取り付けられたセンサ(すなわち、吐出口圧力センサ113；吐出口温度センサ114)および吐出口気泡検出装置71からの遠隔アナログまたはデジタル信号、ならびに吐出されたプロセス水の他の特性(それらを検出するために本装置はさらに装備可能である)を受信して、監視する。吐出圧力制御PLC 102は、吐出管75の上述したさまざまなプロセス変数を連続的に監視して、特定のアプリケーションで必要とされる速度で、必要とされるサイズに気泡を崩壊させるのに必要な吐出圧力設定値108を再計算する。気泡発生制御と同様に、気泡崩壊速度、最終気泡サイズ、または全体的な気泡崩壊の制御には、動作パラメータが変化するにつれて変えられる吐出圧力およびポンプ回転速度の設定値が必要であり得る。吐出圧力制御PLC 102は、吐出管プロセス変数を監視して、アプリケーション用の気泡崩壊仕様からのどのような分散(variance)をも軽減することが期待される吐出圧力設定値108を連続的に再計算する。
【００５５】
圧力制御PLC 102によって指示される、吐出圧力制御PID 103による電動吐出弁パイロットレギュレータ82の動作を介しての、吐出圧力制御弁80の操作は、吸込圧力制御PLC 200とPID 201、電動吸込弁パイロットレギュレータ26および吸込圧力制御弁24によって達成される類似のポンプ吸込管22の圧力制御と同様の信号タイプ、信号処理、プロセス変数選択 - 吐出圧力または吐出口気泡検出装置71の信号など - および操作上の考慮事項と制御技術を利用する。外部コンピュータまたはデバイスによる吐出圧力設定値108の遠隔制御は、コントローラロジックPLC 211および吐出圧力制御PLC 102を介してリレーすることができる。また、ポンプ吸込管22の手動圧力制御の場合と同様に、吐出管75の手動圧力制御は、パネルマウント型オペレータ(図示せず)と、パネルマウント型インジケータ(弁位置インジケータ110、速度インジケータ134、弁位置インジケータ132、ポンプ速度インジケータ115、ポンプ速度インジケータ215、吐出口圧力インジケータ113、吐出口温度インジケータ114、および吐出口気泡検出装置インジケータ71、および電動吐出弁パイロットレギュレータ82位置インジケータ116を含む)からのフィードバックを用いて可能である。
【００５６】
本明細書中で先に説明したように、再生タービンポンプ60の回転速度設定値109は、さまざまな要因を考慮して、コントローラ100により算出され得る。例えば、ポンプモータ速度設定値109は、再生タービンポンプ60が、その羽根車(図2A、63)をポンプモータ速度設定値109で駆動するとき、算出された吐出圧力設定値108に等しいかまたはそれより大きい最小圧力を出力するように、十分に高くなければならない。上述の最小回転速度に達した後で、ポンプモータ速度設定値109は、再生タービンポンプ60の羽根車バケット(図2A、64)の通過速度が発生する気泡の生成速度に一致するように、上方に(またはある程度まで下方に)調整することができる。このようにして、気泡は再生タービンポンプ60の羽根車バケット内に単独で流入する。
【００５７】
それを達成するために、コントローラ100は吐出圧力制御PLC 102とポンプモータ速度制御PLC 104の間の直接的な相互作用を可能にし、かつ分(または他の時間間隔)あたりに発生する気泡の数を提供する吸込口気泡検出装置40の補間データを、吸込圧力制御PLC 200から、コントローラロジックPLC 211経由で、ポンプモータ速度制御PLC 104にリレーする。
【００５８】
コントローラロジックPLC 211はまた、コントローラロジック101に加えて、かつそれをサポートして、装置サブシステムの現状の構成の動作性能の特徴および限界を記述するパラメトリックデータ(インストールされた再生タービンポンプ60に関する情報を含む)を、要求に応じてコントローラのサブシステムPLC 200, 102, 104に格納し、分配する。このポンプ構成情報は、再生タービンポンプ60の回転速度に基づいた性能曲線データを含み、最大吐出圧力、最大回転速度、または回転速度の関数としての流量、馬力要件もしくはNPSHrなどの仕様を提供することができる。この構成データは、設定値データ範囲を確認し、かつ限界外の動作状態を識別するために、そして誤動作を制御するために、装置サブシステムの制御PLC 200, 102, 104によって用いられる。この標準的なポンプ性能曲線情報に加えて、再生タービンポンプ60の羽根車(図2A、63)の設計に関する情報がコントローラロジックPLC 211にアクセス可能に格納され、ポンプ羽根車の円周に沿った羽根車バケット(図2A、64)の数を含めて、ポンプモータ速度制御PLC 104に報告される。
【００５９】
コントローラロジックPLC 211は、格納されたサブシステム構成データ、コントローラロジック101、二酸化炭素還元ロジック106、および設定値データ107, 108, 109を用いて、読み出しまたは計算し、その後操作起動時に初期吐出圧力設定値108を吐出圧力制御PLC 102に、そして初期ポンプモータ速度設定値109をポンプモータ速度制御PLC 104に送信する。吐出圧力制御PLC 102は次に、吐出圧力設定値108を再計算して、それをプロセス変数(ポンプ吐出管75圧力センサ113信号または吐出口気泡検出装置71信号のいずれか)とともに吐出圧力制御PID 103に送信し、こうして、それは電動吐出弁パイロットレギュレータ82を位置づけることができる。気泡崩壊速度が不十分である場合、または最終気泡サイズが本発明のアプリケーション仕様より大きい場合、または気泡が完全に崩壊することになっているのに吐出口気泡検出装置71でまだ見られる場合は、吐出圧力設定値108を増加させる。新たに算出された高い吐出圧力設定値108は、吐出圧力制御PLC 102からポンプモータ速度制御PLC 104に直接送信される。PLC 104は現状の吐出圧力設定値108を評価し、そして、格納された再生タービンポンプ性能データを現状のポンプモータ速度設定値109とともに用いて、現状のポンプモータ速度設定値109での最大圧力が、送信された新たに算出された高い吐出圧力設定値108より大きいかどうかを判定する。現状のポンプモータ速度設定値109が低すぎる場合は、ポンプモータ速度制御PLC 104が新しいポンプモータ速度設定値109を計算して、再生タービンポンプ60に、吐出圧力制御PLC 102で必要とされる少なくとも新しい吐出圧力設定値108を出力させる。逆に、崩壊した気泡が小さすぎるか、または算出された崩壊速度が大きすぎる場合は、吐出圧力設定値108、また場合によりポンプモータ速度設定値109、を引き下げることができる。これらのプロセスはいずれも、ポンプモータ速度制御PID 105によって計算されかつ可変周波数ドライブ126に送信される、速度設定値を表す遠隔アナログまたはデジタル信号を用いて実行することができ、可変周波数ドライブ126は次に、ポンプモータ速度設定値109で回転するように、ポンプのモータに供給される電力周波数を変える。可変周波数ドライブ126は、現状の実際のポンプモータ回転速度を含めて、動作ステータスデータをポンプモータ速度制御PLC 104に連続的に返信し、PLC 104は次に、その実際のポンプモータ回転速度データをポンプモータ速度制御PID 105にプロセス変数としてリレーする。いったんポンプモータ速度設定値109の最終調整が完了し、かつ気泡の崩壊が希望どおりに起こったら、ポンプモータ速度制御PLC 104は、ポンプモータ速度制御PID 105によって使用されるプロセス変数を、可変周波数ドライブ126からリレーされた実際の回転速度信号から、吐出口気泡検出装置71から送信される気泡特性信号へ、切り替えることができる。吸込圧力制御と同様に、吐出圧力制御PID 103およびポンプモータ速度制御PID 105のプロセス変数は、吐出圧力センサ113により検出される実際の吐出管圧力または吐出口気泡検出装置71信号の間で、必要に応じて切り替えることができる。
【００６０】
特定のアプリケーションに適した気泡崩壊速度と最終気泡サイズのための最小吐出圧力設定値108が達成されたら、ポンプモータ速度設定値109の微調整が開始される。それを達成するために、ポンプモータ速度制御PLC 104はPLC 211からの現状の気泡発生速度を必要とし、それは次に吸込口気泡検出装置40の現状の気泡特性値を吸込圧力制御PLC 200から読み出す。現状の気泡生成速度が読み出されると、ポンプモータ速度制御PLC 104は次に、羽根車(図2A、63)の円周上の羽根車バケット64の総数を乗じた、分(または他の時間間隔)あたりの羽根車回転数として、現状の羽根車バケット(図2A、64)の通過速度を計算して、分または他の時間間隔あたりにポンプ吸込口61を通り過ぎる羽根車バケットの合計数を得る。この気泡発生速度データと羽根車バケット通過速度データを用いて、ポンプモータ速度制御PLC 104は、気泡が羽根車バケット64内で単独で崩壊するように、気泡発生速度に羽根車バケット通過速度を同期させる新しいポンプモータ速度設定値109を連続的に再計算する。
【００６１】
当然のことながら、発生気泡と羽根車バケット64との間のタイミングを達成するために、また、アプリケーション設計の必須段階として、発生気泡の数と羽根車バケットの数は、特定の羽根車の設計および気泡発生装置30の構成を用いて、アプリケーションで必要される気泡崩壊の最低速度で羽根車が回転できるように、調和させるべきである。
【００６２】
本装置は、少なくとも3つの別目的モードのうちの1つで、すなわち、外部のデバイスもしくはコンピュータによる指示のとおりに、またはコントローラ100ならびに常在するコントローラロジック101、二酸化炭素還元ロジック106および設定値データ107, 108, 109を用いてコントローラロジックPLC 211により実行されるアルゴリズムによる指示のとおりに、またはパネルマウント型コントロールおよびインジケータを用いて手動により、動作することができる。これら3つのモードのそれぞれにおいて、動作パラメータ値および設定値、またはそれらの計算に用いられるアルゴリズム、ならびに有用なサブシステムプロセス変数の正体は公知であって、特定の動作結果を達成することが意図されかつ期待されるコントローラの二酸化炭素還元ロジック106および設定値データ107, 108, 109として入力される。
【００６３】
別のモードでは、コントローラ100が、最適な動作パラメータ値と、特定の機能結果を生み出すために必要なプロセス変数の正体とを決定するためのツールとして使用される。この実験的またはアプリケーション開発の動作モードでは、提示された設定値データ107, 108, 109はテスト値の範囲を表すか、またはテスト値の範囲を計算するために用いられるアルゴリズムであり、そして気泡の生成・崩壊のための目標性能仕様を含む。このモードにおいて、二酸化炭素還元ロジック106は、提示された設定値データ107, 108, 109範囲にわたって各設定値をどのように変更すべきかを制御する動作テストシーケンス・アルゴリズムと、目標アプリケーション性能仕様に対して動作パラメータ値の各セットを評価するためのアルゴリズムおよび基準との両方を提供することができる。テスト実行中に、二酸化炭素還元ロジック106は有用な結果(目標性能への良好な適合または不十分な一致のいずれか)をもたらす動作設定値を格納する。
【００６４】
コントローラ100は、特定のサイズの気泡を生成しかつプラズマのホットスポットへと特定の速度で気泡を崩壊させるために必要とされる、または本発明の特定のアプリケーションで必要とされる、最適な動作パラメータ値を決定するための解析ツールとして使用することができる。コントローラ100は、特定のアプリケーションで必要とされる望ましい性能特性を生み出すことができる、電子的に保存された吸込および吐出圧力設定値または設定値範囲とポンプ速度設定値または設定値範囲を用いて、動作トライアルの自動順次実行を可能にする。コントローラ100は、最初に入力された設定値または設定値範囲とコントローラに存在する値変更アルゴリズムを用いて、動作設定値を自動的に再計算して、変更する。あるいは、動作トライアルは、外部コンピュータ、PLCまたは他の機能的に同等のデバイスを用いて、テスト設定値データ107, 108, 109およびテスト二酸化炭素還元ロジックを、外部インターフェースPLC 118を介して、コントローラPLC 211に提示するように指示することができる。テストが完了したら、結果データを、保存またはさらなる解析のために外部コンピュータまたはデバイスで読み取るか、またはそこにアップロードすることが可能である。基準に一致する動作テストデータのみを保存するのではなく、すべての結果データを、コントローラ100内にローカルに、またはさらなる解析のためにリモートコンピュータもしくはストレージ装置上に、保存することができる。コントローラ100は、トライアル動作結果を同時に記録し、続いて解析する。このようにして、本装置を用いて所望の結果を生み出す可能性が最も高い動作条件およびプロセス変数の選択を記述するアプリケーションプロトコルが、コントローラに存在する結果評価アルゴリズムを用いて、望ましいまたは最良適合の動作特性をもたらす設定値の組み合わせを報告するものとして、本装置およびコントローラ100を用いて開発され得る。
【００６５】
図3は、本発明のコントローラロジック101によって実行される処理ステップを示すフローチャートである。ステップ1010で開始して、コントローラロジック101はサブシステムの情報を収集して、サブシステムのステータスを取得する。ステップ1020で、何らかのエラーが存在するか否かの判定を行う。エラーが存在する場合には、ステップ1030でエラーを表示して、そのエラーのステータスを検討のために送信し、その後ステップ1040でシステムを停止させる。そうではなくて、ステップ1020でエラーがない場合には、ステップ1050において自動制御モードを開始するか否かの判定を行う。否定的な判定がなされた場合は、ステップ1060で手動制御モードを開始するか否かの別の判定を行う。否定的な判定がなされた場合は、ステップ1070で外部制御モードを開始するか否かについて、さらに別の判定を行う。外部制御モードが実行されない場合は、ステップ1080で制御モードのエラーを送信し(「スローし」)、処理をステップ1030に戻し、そこでエラーステータスを表示して、そのステータスを送信する。
【００６６】
自動制御モードがステップ1050で開始された場合は、ステップ1090において設定値データ107, 108, 109をコントローラから取得して、ステップ1120を実行する。手動制御モードがステップ1060で開始された場合は、ステップ1100において設定値データ107, 108, 109をオペレータパネルから取得して、ステップ1120を実行する。外部制御モードがステップ1070で開始された場合は、ステップ1110において設定値データ107, 108, 109を外部デバイスから取得して、ステップ1120を実行する。ステップ1120では、設定値データを送信し、ポンプ60とサブシステムを始動させて、そのステータスを取得する。その後、ステップ1130において、設定値範囲が受け入れられるか否かの判定を行う。否定的な判定がなされた場合は、入力設定値範囲のエラーをステップ1140でスローして、処理をステップ1030に戻す。設定値範囲が受け入れられた場合は、ステップ1150において二酸化炭素還元ロジック106を実行する。
【００６７】
次に、ステップ1160において、サブシステムのエラーが存在するか否かの判定を行う。肯定的な判定がなされた場合は、処理をステップ1030に戻す。エラーが存在しない場合には、ステップ1170で動作コマンドを開始するか否かの判定を行う。肯定的な判定がなされた場合は、ステップ1180で外部または手動制御モードの動作コマンドを処理し、その後ステップ1190で、新しい設定値データを開始するか否かの判定を行う。肯定的な判定がなされた場合は、処理をステップ1050に戻す。そうでない場合は、処理をステップ1150に戻す。
【００６８】
動作コマンドがステップ1170で開始されない場合には、ステップ1200において動作モードに変更があるか否かの判定を行う。肯定的な判定がステップ1200でなされた場合は、ステップ1210においてその要求を停止するか否かの判定を行う。肯定的な判定がなされた場合には、処理をステップ1030に戻す。そうでなければ、処理をステップ1050に戻す。動作モードの変更がステップ1200で実行されない場合には、ステップ1220においてサブシステムのデータを要求するか否かの判定を行う。肯定的な判定がなされた場合は、ステップ1230においてサブシステムのデータ要求を処理し、システムの動作をステップ1240で続行して、処理をステップ1150に戻す。そうでなければ、システムの動作をステップ1240で続行して、処理をステップ1150に戻す。
【００６９】
図4は、二酸化炭素還元ロジック106の処理ステップを示すフローチャートである。ステップ1300で開始して、気泡発生ロジックを実行する。ステップ1310では、何らかのエラー状態またはイベントが存在するか否かの判定を行う。何らかのエラー状態またはイベントが存在する場合は、処理をステップ1150に戻す。そうでなければ、気泡崩壊ロジックをステップ1320で実行する。ステップ1330で、何らかのエラー状態またはイベントが存在するか否かの判定が行われる。何らかのエラー状態またはイベントが存在する場合は、処理をステップ1150に戻す。ステップ1330でエラー状態またはイベントが存在しないと判定された場合は、制御をステップ1300に戻す。
【００７０】
図5は、気泡発生ロジックの処理ステップを示すフローチャートである。ステップ1400で開始して、設定値が範囲外であるか否かの判定を行う。肯定的な判定がなされた場合は、ステップ1410で気泡発生設定値のエラーをスローして、処理をステップ1300に戻す。そうでなければ、ステップ1420で気泡発生が受け入れられるか否かの判定を行う。肯定的な判定がなされた場合は、処理をステップ1300に戻す。気泡発生が受け入れられない場合は、ステップ1430で吸込圧力設定値を調整して気泡発生を修正し、プロセスをステップ1400に戻す。
【００７１】
図6は、気泡崩壊ロジックの処理ステップを示すフローチャートである。ステップ1500で開始して、設定値が範囲外であるか否かの判定を行う。肯定的な判定がなされた場合は、ステップ1510で気泡崩壊設定値のエラーをスローして、処理をステップ1320に戻す。そうでなければ、ステップ1520で気泡崩壊が受け入れられるか否かの判定を行う。肯定的な判定がなされた場合は、処理をステップ1320に戻す。気泡崩壊が受け入れられない場合は、ステップ1530で吐出圧力設定値を調整して気泡崩壊を修正する。次に、ステップ1540で、利用可能な圧力が低すぎるか否かの判定を行う。否定的な判定ならば、プロセスをステップ1500に戻す。そうでなければ、ステップ1550でポンプ速度設定値を増加して、プロセスをステップ1500に戻す。
【００７２】
当然のことながら、本明細書に記載された実施形態は単なる例示であって、当業者は、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、多くの変更および修飾を行うことができる。こうしたすべての変更および修飾は、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲内に含まれるものとする。
【図１】
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【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２−１】
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【図２−２】
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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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【国際調査報告】
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