(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体中の不純物を除去する除去材が内部に充填された容器と、前記不純物を含む流体を前記容器に供給する供給路と、前記除去材により前記不純物が除去された流体を前記容器から排出する排出路と、を備えた流体精製装置であって、
前記供給路から前記容器をバイパスして前記排出路へと連通するバイパス路と、
前記バイパス路における流量を調整するための流量調整手段と、
前記排出路において前記バイパス路が連通する箇所よりも下流側における流体中の前記不純物の濃度を測定する不純物濃度測定手段と、
前記不純物濃度測定手段により測定された前記不純物の濃度が目標濃度以下で当該目標濃度から所定の範囲内にある濃度となるように前記流量調整手段を制御する流量制御手段と、を備え、
前記流体が液化石油ガスであり、前記除去材が活性炭であり、前記不純物が硫黄化合物である流体精製装置。
【請求項２】
流体中の不純物を除去する除去材が内部に充填された容器と、前記不純物を含む流体を前記容器に供給する供給路と、前記除去材により前記不純物が除去された流体を前記容器から排出する排出路と、を備えた流体精製装置であって、
前記供給路から前記容器をバイパスして前記排出路へと連通するバイパス路と、
前記バイパス路における流量を調整するための流量調整手段と、
前記排出路において前記バイパス路が連通する箇所よりも下流側における流体中の前記不純物の濃度を測定する不純物濃度測定手段と、
前記不純物濃度測定手段により測定された前記不純物の濃度が目標濃度以下で当該目標濃度から所定の範囲内にある濃度となるように前記流量調整手段を制御する流量制御手段と、を備え、
前記流体がバイオガスであり、前記除去材が脱硫剤であり、前記不純物が硫化水素である流体精製装置。
【請求項３】
前記流量制御手段が、前記不純物濃度測定手段により測定された前記不純物の濃度が前記目標濃度となるように前記流量調整手段を制御するように構成された請求項１又は２に記載の流体精製装置。
【請求項４】
流体中の不純物を除去する除去材が内部に充填された容器と、前記不純物を含む流体を前記容器に供給する供給路と、前記除去材により前記不純物が除去された流体を前記容器から排出する排出路と、
前記供給路から前記容器をバイパスして前記排出路へと連通するバイパス路と、
前記バイパス路における流量を調整するための流量調整手段と、を備えた流体精製装置を使用し、
前記排出路において前記バイパス路が連通する箇所よりも下流側における流体中の前記不純物の濃度を測定する不純物濃度測定工程を実行するとともに、
前記流量調整手段を働かせて、前記バイパス路を流れる流体の流量と、前記容器から前記排出路へと流れる流体の流量との比率を調整し、前記不純物濃度測定工程で測定される前記不純物の濃度を目標濃度以下で、当該目標濃度から所定の範囲内にある濃度とする流量調整工程を実行するものであり、さらに、
前記流体が液化石油ガスであり、前記除去材が活性炭であり、前記不純物が硫黄化合物である、前記不純物の濃度が前記目標濃度以下の流体を精製する流体精製方法。
【請求項５】
流体中の不純物を除去する除去材が内部に充填された容器と、前記不純物を含む流体を前記容器に供給する供給路と、前記除去材により前記不純物が除去された流体を前記容器から排出する排出路と、
前記供給路から前記容器をバイパスして前記排出路へと連通するバイパス路と、
前記バイパス路における流量を調整するための流量調整手段と、を備えた流体精製装置を使用し、
前記排出路において前記バイパス路が連通する箇所よりも下流側における流体中の前記不純物の濃度を測定する不純物濃度測定工程を実行するとともに、
前記流量調整手段を働かせて、前記バイパス路を流れる流体の流量と、前記容器から前記排出路へと流れる流体の流量との比率を調整し、前記不純物濃度測定工程で測定される前記不純物の濃度を目標濃度以下で、当該目標濃度から所定の範囲内にある濃度とする流量調整工程を実行するものであり、さらに、
前記流体がバイオガスであり、前記除去材が脱硫剤であり、前記不純物が硫化水素である、前記不純物の濃度が前記目標濃度以下の流体を精製する流体精製方法。
【請求項６】
前記流量調整工程で、前記不純物濃度測定工程において測定する前記不純物の濃度が前記目標濃度となるように前記流量調整手段を働かせる請求項４又は５に記載の流体精製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体中の不純物を除去する除去材が内部に充填された容器と、前記不純物を含む流体を前記容器に供給する供給路と、前記除去材により前記不純物が除去された流体を前記容器から排出する排出路と、を備えた流体精製装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体中の不純物を除去し流体を精製する技術としては、不純物を除去する除去材を充填した除去容器の中に流体を通流し、不純物濃度を、許容濃度未満にする技術が一般に利用されている。
【０００３】
上述の従来技術において、単に除去容器内に流体を通流した場合には、除去材は可能な限り不純物を除去してしまう。このため、一般的に、許容濃度が高い場合であっても、除去材が破過するまでの大部分の期間において、許容濃度以上に不純物濃度が下がることとなる。すなわち、大部分の期間において必要以上に除去材が使用されるために、除去材が破過するまでの期間が短くなり、除去材の交換頻度を不要に高めてしまう、という問題があった。
【０００４】
この問題の一部に対応し得る技術としては、特許文献１に開示の技術がある。特許文献１においては、精製対象の流体である多成分ガス媒体に対して、一部の成分（不純物）の濃度が所定値より高い場合には、除去材である活性炭吸着材に通し、所定値より小さい場合には、活性炭吸着材を通さないことで、活性炭吸着材の劣化を抑制する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２８３７８１号公報（請求項５、段落００２０など）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記技術では、不純物の濃度が所定値より高い場合には、従来技術同様、単に除去容器内に多成分ガス媒体を通流させている。このため、不純物の濃度が所定値より高い場合には、許容濃度以上に不純物濃度が下がってしまい、除去材が破過するまでの期間が短くなるという問題は依然として残っている。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、不純物濃度を必要以上に下げず、必要以上に除去材が使用されることを抑えることで、除去材が破過するまでの期間を延ばし、除去材の交換頻度を低減することを可能にするものである。そして、これにより流体の精製にかかる費用を低減することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る流体精製装置の特徴構成は、流体中の不純物を除去する除去材が内部に充填された容器と、前記不純物を含む流体を前記容器に供給する供給路と、前記除去材により前記不純物が除去された流体を前記容器から排出する排出路と、を備えた流体精製装置であって、前記供給路から前記容器をバイパスして前記排出路へと連通するバイパス路と、前記バイパス路における流量を調整するための流量調整手段と、前記排出路において前記バイパス路が連通する箇所よりも下流側における流体中の前記不純物の濃度を測定する不純物濃度測定手段と、前記不純物濃度測定手段により測定された前記不純物の濃度が目
標濃度以下で当該目標濃度から所定の範囲内にある濃度となるように前記流量調整手段を制御する流量制御手段と、を備え、前記流体が液化石油ガスであり、前記除去材が活性炭であり、前記不純物が硫黄化合物である点にある。
【０００９】
この特徴構成によれば、不純物の濃度が、目標濃度以下で所定の範囲内にある濃度となるように流量調整手段を制御することにより、供給路から供給される流体を、除去材が内部に充填された容器とバイパス路とに分配する。これにより、不純物の精製に必要となる量の流体だけを容器に供給することができ、不純物濃度を必要以上に下げず、必要以上に除去材が使用されることを抑えることができる。即ち、容器内を通過した流体にあっては、不純物濃度が限界まで低下するが、バイパス路を通過する流体の不純物濃度は供給路における流体の不純物濃度のままとなる。このため、容器内を通過する流体とバイパス路を通過する流体の比率を調整することで、バイパス路が排出路と連通する箇所より下流においては、流体の不純物濃度を目標濃度に対して所定の範囲内に収められる。よって、除去材が破過するまでの期間を延ばし、除去材の交換頻度を低減することができる。このため、この特徴構成によれば、流体の精製にかかる費用を低減することができる。
【００１０】
また、前記流体が液化石油ガスの代わりにバイオガスであり、前記除去材が活性炭の代わりに脱硫剤であり、前記不純物が硫黄化合物のかわりに硫化水素であるときも同様に好適である。
【００１１】
ここで、前記流量制御手段が、前記不純物濃度測定手段により測定された前記不純物の濃度が前記目標濃度となるように前記流量調整手段を制御するように構成されると好適である。
【００１２】
この構成によれば、精製される流体の不純物濃度を許容される目標濃度とし、除去材の使用を必要最小限に抑えることができる。よって、除去材が破過するまでの期間を一層延ばすことができ、除去材の交換頻度を低減することができる。このため、この特徴構成によれば、流体の精製にかかる費用を一層低減することができる。
【００１３】
本発明に係る流体精製装方法の特徴構成は、流体中の不純物を除去する除去材が内部に充填された容器と、前記不純物を含む流体を前記容器に供給する供給路と、前記除去材により前記不純物が除去された流体を前記容器から排出する排出路と、前記供給路から前記容器をバイパスして前記排出路へと連通するバイパス路と、前記バイパス路における流量を調整するための流量調整手段と、を備えた流体精製装置を使用し、前記排出路において前記バイパス路が連通する箇所よりも下流側における流体中の前記不純物の濃度を測定する不純物濃度測定工程を実行するとともに、前記流量調整手段を働かせて、前記バイパス路を流れる流体の流量と、前記容器から前記排出路へと流れる流体の流量との比率を調整し、前記不純物濃度測定工程で測定される前記不純物の濃度を目標濃度以下で、当該目標濃度から所定の範囲内にある濃度とする流量調整工程を実行するものであり、さらに、
前記流体が液化石油ガスであり、前記除去材が活性炭であり、前記不純物が硫黄化合物である、前記不純物の濃度が前記目標濃度以下の流体を精製する点にある。
【００１４】
この特徴構成によれば、不純物の濃度が、目標濃度以下で所定の範囲内にある濃度となるように流量調整手段を働かせることにより、供給路から供給される流体を、除去材が内部に充填された容器とバイパス路とに分配する。これにより、不純物の精製に必要となる量の流体だけを容器に供給することができ、不純物濃度を必要以上に下げず、必要以上に除去材が使用されることを抑えることができる。よって、除去材が破過するまでの期間を延ばし、除去材の交換頻度を低減することができる。このため、この特徴構成によれば、流体の精製にかかる費用を低減することができる。
【００１５】
また、前記流体が液化石油ガスの代わりにバイオガスであり、前記除去材が活性炭の代わりに脱硫剤であり、前記不純物が硫黄化合物のかわりに硫化水素であるときも同様に好適である。
【００１６】
ここで、前記流量調整工程で、前記不純物濃度測定工程において測定する前記不純物の濃度が前記目標濃度となるように前記流量調整手段を働かせると好適である。
【００１７】
この構成によれば、精製される流体の不純物濃度を許容される目標濃度とし、除去材の使用を必要最小限に抑えることができる。よって、除去材が破過するまでの期間を一層延ばすことができ、除去材の交換頻度を低減することができる。このため、この特徴構成によれば、流体の精製にかかる費用を一層低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態における流体精製装置の構成図である。
【図２】本実施例における活性炭の硫黄化合物吸着量の変化を示す図である。
【図３】本実施例における流体の流量及び硫黄化合物濃度の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
１．精製装置の構成
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１に、本発明に係る流体精製装置１の概要を示す。流体精製装置１は、流体Ｇ中の不純物を除去する除去材２が内部に充填された容器３と、不純物を含む流体Ｇを容器３に供給する供給路Ｌ１と、除去材２により不純物が除去された流体Ｇを容器３から排出する排出路Ｌ２と、を備えている。また、供給路Ｌ１から分岐し容器３をバイパスして排出路Ｌ２へと連通するバイパス路Ｌ３を備えている。本実施形態においては、供給路Ｌ１を通じて容器３に供給される流体Ｇとして液化石油ガスを、除去材２として活性炭を用いている。また、液化石油ガスに含まれる流体硫黄化合物を不純物としている。
【００２０】
加えて流体精製装置１は、バイパス路Ｌ３における流体Ｇの流量を調整するためのバルブＶ１と、排出路Ｌ２においてバイパス路Ｌ３が連通する箇所よりも下流側における流体Ｇ中の不純物の濃度を測定する分析計４と、を備えている。分析計４としては、例えば、一般に応答速度や感度に優れる半導体ガスセンサーを用いると好適である。なお、流体精製装置１は、排出路Ｌ２においてバイパス路Ｌ３が連通する箇所よりも上流側に、容器３への流体Ｇの供給を停止するためのバルブＶ２を備えている。
【００２１】
ここで、バルブＶ１は本発明における「流量調整手段」に相当し、分析計４は「不純物濃度測定手段」に相当する。
【００２２】
さらに流体精製装置１は、分析計４により測定された不純物の濃度が目標濃度Ｃｔ以下で当該目標濃度Ｃｔから所定の範囲内にある濃度となるようにバルブＶ１を制御するバルブ開度制御部５と、を備えている。本実施形態においては、目標濃度Ｃｔとして５ｍｇ／ｍ3Ｎを設定している。所定の範囲としては、例えば、０．２ｍｇ／ｍ3Ｎと設定することができる。すなわち、上記例であれば、分析計４により測定された不純物の濃度が４．８〜５ｍｇ／ｍ3Ｎの間に収まるように流体精製装置１を構成すると良い。
【００２３】
ここで、バルブ開度制御部５は本発明における「流量制御手段」に相当する。なお、バルブ開度制御部５は、マイクロプロセッサ及び半導体メモリを含むマイクロコンピュータを主要な機器として構築される。
【００２４】
本実施形態においては、除去材２が破過するまでの期間を一層延ばすために、バルブ開度制御部５が、分析計４により測定された不純物の濃度が目標濃度Ｃｔとなるように前記流量調整手段を制御するように構成されている。
【００２５】
２．精製装置を用いた精製方法
上記流体精製装置１を用いた流体Ｇの精製方法について説明する。
まず、排出路Ｌ２においてバイパス路Ｌ３が連通する箇所よりも下流側における流体Ｇ中の不純物の濃度を測定する不純物濃度測定工程を実行する。本実施形態においては、分析計４によって、流体Ｇ中の不純物の濃度を測定する。
次に、バルブＶ１を働かせて、バイパス路Ｌ３を流れる流体Ｇの流量と、容器３から排出路Ｌ２へと流れる流体Ｇの流量との比率を調整し、不純物濃度測定工程で測定される不純物の濃度を目標濃度Ｃｔ以下で、当該目標濃度Ｃｔから所定の範囲内にある濃度とする流量調整工程を実行する。本実施形態においては、この流量調整工程において、不純物濃度測定工程において測定する不純物の濃度が目標濃度ＣｔとなるようにバルブＶ１を働かせる
以上のようにすることで、除去材２の単位時間当たりの使用量を最小限に抑えながら、不純物の濃度が目標濃度Ｃｔ以下の流体を精製することができる。
【００２６】
３．実施例と比較例
３−１．実施例
〔機器構成〕
精製装置は図１に示す機器構成とし、以下の仕様とした。容器３には内径１００ｍｍ、高さ６００ｍｍでステンレス製のものを用いた。また、容器３には、除去材２として活性炭を１Ｌ（リットル）充填した。プロパンを主成分としボンベに充填された市販品の液化石油ガスを、供給路Ｌ１から供給する流体Ｇ（試験ガス）として用いた。液化石油ガスに含まれる硫黄化合物を本発明における「不純物」とした。ここで、ボンベ中の液化石油ガスの硫黄化合物濃度を確認したところ、１０ｍｇ／ｍ3Ｎ含んでいた。すなわち、容器３に供給される液化石油ガスの硫黄化合物濃度は１０ｍｇ／ｍ3Ｎであるとみなせる。
【００２７】
供給路Ｌ１から供給される液化石油ガスの流量は１ｍ3Ｎ／ｈ、供給圧力は０．１ＭＰａとした。排出路Ｌ２に設けたポートから流体Ｇを少量サンプリングし、分析計４により流体Ｇの硫黄化合物濃度を計測した。また、目標濃度Ｃｔとして５ｍｇ／ｍ3Ｎを設定し、バルブ開度制御部５を、分析計４により測定される不純物の濃度が５ｍｇ／ｍ3ＮとなるようにバルブＶ１を制御するように構成した。すなわち、本実験においては、液化石油ガス中の硫黄化合物量は１０ｍｇ／ｈであるため、活性炭で吸着処理すべき硫黄化合物量は５ｍｇ／ｈと求まる。よって、活性炭で吸着処理される硫黄化合物量は５ｍｇ／ｈとなるようにバルブＶ１を制御した。バルブＶ２は開放した。
【００２８】
〔試験内容及び結果〕
上記構成で、容器３に供給される液化石油ガスの硫黄化合物濃度が１０ｍｇ／ｍ3Ｎで一定となる状態で、試験を行った。当該試験においては、図３に実線（右向き矢印が添えられた方）で示すように、容器３内における活性炭（除去材２）の充填層出口（除去材２の排出路Ｌ２側端）での硫黄化合物濃度をモニタリングし、５ｍｇ／ｍ3Ｎを越え始めた時点で、除去材２が寿命に達したと判断した。
【００２９】
本試験時における活性炭の硫黄化合物吸着量の変化を図２に実線で示す。また、容器３内（活性炭充填層）を通る液化石油ガスの流量の変化を図３に実線（左向き矢印が添えられた方）で示す。
【００３０】
３−２．比較例
実施例１の条件でＶ１を常時閉止した状態で試験を行った。図３に破線（右向き矢印が添えられた方）で示すように、実施例と同様に、容器３内における活性炭（除去材２）の充填層出口（除去材２の排出路Ｌ２側端）での硫黄化合物濃度をモニタリングし、５ｍｇ／ｍ3Ｎに達した時点で、除去材２が寿命に達したと判断した。
【００３１】
本試験時における活性炭の硫黄化合物吸着量の変化を図２に破線で示す。また、容器３内（活性炭充填層）を通る液化石油ガスの流量（一定値で１ｍ3Ｎ／ｈ）を図３に破線（左向き矢印が添えられた方）で示す。
【００３２】
４．結論（考察）
図２に示すように、比較例（従来技術）においては、必要以上に硫黄化合物を活性炭に吸着させていた（１０ｍｇ／ｈ）が、本実施例においては、必要な分だけ硫黄化合物を活性炭に吸着させる（５ｍｇ／ｈ）ことで、活性炭の総吸着量はほぼ同様ながら、大幅に活性炭の寿命を延ばすことができた。
【００３３】
なお、図３において、本実施例では、活性炭の寿命が近づくにつれ、容器３内（活性炭充填層）を通る液化石油ガスの流量が増えているが、これは、活性炭の吸着率が低下するためであり、１ｍ3Ｎ／ｈと本実施例のグラフとの差分はバイパス路Ｌ３に流れる液化石油ガスの流量に対応している。
〔その他の実施形態〕
【００３４】
上記実施形態においては、流体Ｇとして液化石油ガスを、除去材２として活性炭を用い、液化石油ガスに含まれる流体硫黄化合物を不純物とする場合の例を説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。例えば、流体Ｇとしてバイオガスを、除去材２として脱硫剤を用い、前記バイオガスに含まれる硫化水素を不純物とする場合にも本発明を用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
流体中の不純物を除去する除去材が内部に充填された容器と、前記不純物を含む流体を前記容器に供給する供給路と、前記除去材により前記不純物が除去された流体を前記容器から排出する排出路と、を備えた流体精製装置として利用可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１        ：流体精製装置
２        ：除去材
３        ：容器
４        ：分析計（不純物濃度測定手段）
５        ：バルブ開度制御部（流量制御手段）
Ｇ        ：流体
Ｌ１      ：供給路
Ｌ２      ：排出路
Ｌ３      ：バイパス路
Ｖ１      ：バルブ（流量調整手段）
【図１】
0005822633.tif 000002
【図２】
0005822633.tif 000003
【図３】
0005822633.tif 000004