(57)【要約】【課題】内部に圧力変動がある場合でも劣化破損を抑制防止することが可能な圧力変動吸収（ＰＳＡ）設備用メンブレンガスホルダーの圧力制御方法を提供する。【解決手段】ガス中に含まれる特定成分のガスをＰＳＡ装置によって分離回収するＰＳＡ設備に用いられ、分離回収された特定成分のガスを貯留する内膜６と、その外側の外膜５との二重の膜面で構成されたメンブレンガスホルダー４の圧力を制御する場合に、外膜圧力センサー９で検出された外膜５と内膜６との間の圧力が予め設定された所定範囲内となるように、外膜流量調整弁８により外膜５と内膜６との間に送給される空気量を調整する。また、内膜圧力センサー１０で検出された内膜６内の圧力が予め設定された所定範囲内となるように減圧装置１１により内膜６内の圧力を調整する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス中に含まれる特定成分のガスを圧力変動吸収装置によって分離回収する圧力変動吸収設備に用いられ、前記分離回収された特定成分のガスを貯留する内膜と、その外側の外膜との二重の膜面で構成されたメンブレンガスホルダーの圧力制御方法であって、前記内膜と外膜との間に空気を送給する空気送給装置を設置し、空気送給装置とメンブレンガスホルダーとの間の配管に流量調整装置を設置し、外膜と内膜との間の圧力又は外膜の容積を検出する圧力又は容積検出装置を設置し、前記圧力又は容積検出装置で検出された外膜と内膜との間の圧力又は外膜の容積が予め設定された所定範囲内となるように、前記空気送給装置及び／又は流量調整装置により外膜と内膜との間に送給される空気量を調整することを特徴とする圧力変動吸収設備用メンブレンガスホルダーの圧力制御方法。
【請求項２】
前記内膜内の圧力を検出する内膜圧力検出装置を設置すると共に内膜内の圧力を減圧する減圧装置を設置し、前記内膜圧力検出装置で検出された内膜内の圧力が予め設定された所定範囲内となるように前記減圧装置により内膜内の圧力を調整することを特徴とする請求項１に記載の圧力変動吸収設備用メンブレンガスホルダーの圧力制御方法。
【請求項３】
前記外膜と内膜との間の圧力又は前記内膜内の圧力について、圧力変動吸収装置の昇圧、減圧での圧力変動によるメンブレンガスホルダーの圧力変動モデルを設定し、これに昇圧、減圧指令を入力することにより、前記圧力変動モデルにより推定される圧力が、前記予め設定された所定範囲内となるように制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の圧力変動吸収設備用メンブレンガスホルダーの圧力制御方法。
【請求項４】
前記圧力変動吸収装置の昇圧・減圧を指令する圧力制御信号を用いて、前記圧力又は容積を調整するタイミングを制御することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の圧力変動吸収設備用メンブレンガスホルダーの圧力制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力変動吸収（以下、ＰＳＡ：Pressure Swing Adsorption）装置によってガス中に含まれる特定成分のガスを分離回収するＰＳＡ設備用のメンブレンガスホルダーの圧力制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガス分離回収用の圧力変動吸収（ＰＳＡ）装置（以下、単に圧力変動吸収装置とする）は、ガス中に含まれる特定成分のガスを分離回収する装置であり、ガスを加圧した状態で、活性アルミナや活性炭、ゼオライト等の吸着剤に接着させ、圧力を昇圧、減圧することで吸収量が増減するところ、その増減の程度がガス成分によって異なる性質を利用し、必要となる成分のガスを分離回収するものである。つまり、必要となるガス成分の分離回収には、昇圧工程と減圧工程の繰り返しが必要となり、そのサイクルによって、分離回収されたガスを貯留するガスホルダー内では圧力変動が避けられない。
【０００３】
ガスホルダーとしては、例えば下記特許文献１に記載されるような鋼板製のガスホルダーが一般的であるが、製造コストが高いという問題がある。これに対して、比較的安価なコストで設置できるガスホルダーとしてメンブレンガスホルダー（ダブルメンブレンガスホルダーとも称する）がある。このメンブレンガスホルダーは、ガスを貯留する部分が主として膜材料で構成されているガスホルダーであり（メンブレンとは比較的薄い膜の意）、ホルダーの形状を保つための外膜及びガスを貯留する内膜との二重の膜面からなり、その外膜と内膜との間にブロワーで空気などを送給することにより形状を保つようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２５７５９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
メンブレンガスホルダーは、例えばその構造から、比較的低圧のガスを貯留するものであるが、貯留するガスが低圧であっても、ＰＳＡ設備に用いると、その圧力変動によってガスホルダーが経時劣化して破損に到ることが明らかになった。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、内部に圧力変動がある場合でも劣化破損を抑制防止することが可能な圧力変動吸収設備用メンブレンガスホルダーの圧力制御方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の圧力変動吸収設備用メンブレンガスホルダーの圧力制御方法は、ガス中に含まれる特定成分のガスを圧力変動吸収装置によって分離回収する圧力変動吸収設備に用いられ、前記分離回収された特定成分のガスを貯留する内膜と、その外側の外膜との二重の膜面で構成されたメンブレンガスホルダーの圧力制御方法であって、前記内膜と外膜との間に空気を送給する空気送給装置を設置し、空気送給装置とメンブレンガスホルダーとの間の配管に流量調整装置を設置し、外膜と内膜との間の圧力又は外膜の容積を検出する圧力又は容積検出装置を設置し、前記圧力又は容積検出装置で検出された外膜と内膜との間の圧力又は外膜の容積が予め設定された所定範囲内となるように、前記空気送給装置及び／又は流量調整装置により外膜と内膜との間に送給される空気量を調整することを特徴とするものである。
【０００７】
また、前記内膜内の圧力を検出する内膜圧力検出装置を設置すると共に内膜内の圧力を減圧する減圧装置を設置し、前記内膜圧力検出装置で検出された内膜内の圧力が予め設定された所定範囲内となるように前記減圧装置により内膜内の圧力を調整することを特徴とするものである。
また、前記外膜と内膜との間の圧力又は前記内膜内の圧力について、圧力変動吸収装置の昇圧、減圧での圧力変動によるメンブレンガスホルダーの圧力変動モデルを設定し、これに昇圧、減圧指令を入力することにより、前記圧力変動モデルにより推定される圧力が、前記予め設定された所定範囲内となるように制御することを特徴とするものである。
【０００８】
また、前記圧力変動吸収装置の昇圧・減圧を指令する圧力制御信号を用いて、前記圧力又は容積を調整するタイミングを制御することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
而して、本発明の圧力変動吸収設備用メンブレンガスホルダーの圧力制御方法によれば、ガス中に含まれる特定成分のガスを圧力変動吸収装置によって分離回収する圧力変動吸収設備に用いられ、分離回収された特定成分のガスを貯留する内膜と、その外側の外膜との二重の膜面で構成されたメンブレンガスホルダーの圧力制御方法にあって、圧力又は容積検出装置で検出された外膜と内膜との間の圧力又は外膜の容積が予め設定された所定範囲内となるように、空気送給装置及び／又は流量調整装置により外膜と内膜との間に送給される空気量を調整することとしたため、外膜の許容範囲を超えるような膨らみを抑制防止することができ、これにより内部に圧力変動がある場合でも外膜の劣化破損を抑制防止することができる。
【００１０】
また、内膜圧力検出装置で検出された内膜内の圧力が予め設定された所定範囲内となるように減圧装置により内膜内の圧力を調整することとしたため、内膜の許容範囲を超えるような膨らみを抑制防止することができ、これにより内部に圧力変動がある場合でも内膜の劣化破損を抑制防止することができる。
なお、減圧時に吸収したガスは、圧力変動吸収装置出側の圧力が低下している期間に戻す。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明のメンブレンガスホルダーの圧力制御方法を適用した圧力変動吸収設備の一実施形態を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、本発明の圧力変動吸収設備用メンブレンガスホルダーの圧力制御方法の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態のメンブレンガスホルダーの圧力制御方法が適用された圧力変動吸収（ＰＳＡ）設備の概略構成図である。本実施形態のＰＳＡ設備１は、複数種の成分を含むガスに圧力変動を付与し、特定成分のガスを精製してＰＳＡ出側配管２からメンブレンガスホルダー４に送給して貯留する。これは、ＰＳＡ設備１内の図示しないＰＳＡ装置に吸着剤を設け、特定成分のガスを含む複数種の成分のガスに昇圧と減圧を交互に繰り返し、その昇圧工程と減圧工程のサイクルによる吸着剤の、ガスに対する吸着特性の違いを利用したものであり、ガスの昇圧工程と減圧工程を制御することで、特定成分のガスだけを吸着材に吸着し、分離回収するものである。ＰＳＡ設備１は、圧力変動吸収（ＰＳＡ）制御装置３によって作動状態が制御される。ＰＳＡ制御装置３は、メンブレンガスホルダー４の作動状態も合わせて制御する。
【００１３】
メンブレンガスホルダー４は、ダブルメンブレンガスホルダーとも呼ばれ、ホルダーの形状を保つための外膜５と、その内側でガスを貯留する内膜６との二重の膜面で構成される。本実施形態では、ガスを貯留する内膜６の内側とＰＳＡ出側配管２とが連通されている。メンブレンとは、比較的薄い膜（membrane）の意味であり、内膜６の内側に貯留されるガスの量が変化すれば、内膜６内の容積も変化する。そこで、内膜６と外膜５との間に空間にブロワー（空気送給装置）７を接続し、そのブロワー７によって内膜６と外膜５との間の空間に空気を送給し、外膜５の外形を或る程度一定の形状に保持する。メンブレンガスホルダー４は、例えば鋼板製のガスホルダーに比べて、コスト面で優れる。
【００１４】
前述のようにＰＳＡ設備１で精製される特定成分のガスには圧力変動があるので、ＰＳＡ設備１と連通するメンブレンガスホルダー４の内膜６の内圧も少なからず変動してしまう。前述のように、内膜６と外膜５との間に空間には、外膜６の形状を保持するために、所定の圧力の空気がブロワー７から供給されているので、その状態で、内膜６の内圧が変動すると、外膜５に係る圧力も変動する。この圧力変動が、例えば外膜５の許容圧力、つまり膨らみの許容限界近傍で起こると、内膜６内の昇圧に伴って外膜５が許容限界を超えて膨らみ、繰り返しによる疲労によって劣化し、ついには破損に到る。
【００１５】
そこで、本実施形態では、ブロワー７とメンブレンガスホルダー４との間の配管に外膜流量調整弁８を設置すると共に、外膜５と内膜６との間の圧力を検出する外膜圧力センサー９を設置し、ＰＳＡ制御装置３は、前記外膜圧力センサー９で検出された外膜５と内膜６との間の圧力が予め設定された所定値、例えば許容圧力値を超えないように、外膜流量調整弁８とブロワー７の風量制御により外膜５と内膜６との間に送給される空気量を調整する。具体的には、外膜圧力センサー９で検出された外膜５と内膜６との間の圧力が予め設定された所定値以下の領域で当該所定値に近づくような場合には外膜流量調整弁８の開度を閉じると同時にブロワー７の風量を制御して外膜５と内膜６との間の空間に送給される空気量を減少し、外膜圧力センサー９で検出された外膜５と内膜６との間の圧力が予め設定された所定値以下の領域で当該所定値から遠ざかるような場合には外膜流量調整弁８の開度を開くと同時にブロワー７の風量を制御して外膜５と内膜６との間の空間に送給される空気量を増大する。
【００１６】
なお、前記外膜圧力センサー９による外膜５と内膜６との間の圧力に代えて、外膜５の容積を検出するようにしてもよく、外膜５の容積を検出した場合にも、その検出された外膜５の容積が予め設定された所定値、例えば許容容積値を超えないように、外膜流量調整弁８により外膜５と内膜６との間に送給される空気量を調整してもよい。外膜５の容積検出は、例えば外膜５の外形の画像情報から面積を求め、容積を推定するような方法や、容積の変化に伴って移動する外膜５の膜位置から容積を推定する方法など、種々の既存方法が挙げられる。
【００１７】
また、本実施形態では、内膜６内の圧力を検出する内膜圧力センサー１０を設置すると共に、内膜６内の圧力を減圧する減圧装置１１を設置し、ＰＳＡ制御装置３は、内膜圧力センサー１０で検出された内膜６内の圧力が予め設定された所定値、例えば許容圧力値を超えないように減圧装置１１により内膜６内の圧力を調整（減圧）する。減圧装置１１は、内膜６の内部に連通するチャンバー１２と、チャンバー１２の内部圧力を減圧するポンプ１３と、チャンバー１２と内膜６との間の配管に設けられた内膜流量調整弁（開閉弁）１４を備えて構成される。ポンプ１３を作動するとチャンバー１２内が減圧され、真空状態に近づく。内膜圧力センサー１０で検出された内膜６内の圧力が予め設定された所定値以下の領域で当該所定値に近づくような場合には内膜流量調整弁１４の開度を開いて内膜６内の圧力を減圧し、内膜圧力センサー１０で検出された内膜６内の圧力が予め設定された所定値化の領域で当該所定値から遠ざかるような場合には内膜流量調整弁１４の開度を閉じて内膜６内の圧力が高くなるようにする。減圧時にチャンバー１２に吸収したガスは、ＰＳＡ設備１の出側の圧力が低いタイミング（期間）で戻り弁１５からＰＳＡ出側配管２に戻す。
【００１８】
このように本実施形態のＰＳＡ設備用メンブレンガスホルダーの圧力制御方法では、ガス中に含まれる特定成分のガスをＰＳＡ装置によって分離回収するＰＳＡ設備に用いられ、分離回収された特定成分のガスを貯留する内膜６と、その外側の外膜５との二重の膜面で構成されたメンブレンガスホルダー４の圧力制御方法にあって、外膜圧力センサー９で検出された外膜５と内膜６との間の圧力或いは容積が予め設定された所定範囲内となるように、外膜流量調整弁８により外膜５と内膜６との間に送給される空気量を調整することにより、外膜５の許容範囲を超えるような膨らみを抑制防止することができ、これにより内部に圧力変動がある場合でも外膜５の劣化破損を抑制防止することができる。
【００１９】
また、内膜圧力センサー１０で検出された内膜６内の圧力が予め設定された所定範囲内となるように減圧装置１１により内膜６内の圧力を調整することにより、内膜６の許容範囲を超えるような膨らみを抑制防止することができ、これにより内部に圧力変動がある場合でも内膜６の劣化破損を抑制防止することができる。
なお、外膜５と内膜６との間の圧力が所定範囲内となるように外膜流量調整弁８の開度を閉じる制御や、内膜６内の圧力が所定範囲内となるように内膜流量調整弁８の開度を開く制御は、例えばＰＳＡ制御装置３におけるＰＳＡの昇圧、減圧の圧力制御信号を用いて、ＰＳＡ設備１内のＰＳＡ装置内部を昇圧するタイミングをフィードフォワード的に加味してもよい。
【００２０】
また、ＰＳＡ設備１の昇圧、減圧による圧力変動のガスホルダーへの圧力変動モデルを設定し、これに昇圧、減圧指令を入力することにより、モデルにより推定される圧力変動に見合う補正を内膜流量調整弁８や減圧装置１１に指令し、予め設定された外膜５と内膜６の圧力所定値や内膜６の圧力所定値を超えないように内膜流量調整弁８や減圧装置１１を制御してもよい。
【００２１】
また、制御装置がダウンしたり故障したりする場合にも制御が自動継続できるようにするために、制御用計算機を二重化し、一基をバックアップ用としてスタンバイさせることにより、メンブレンガスホルダー４の破損を防止できる。また、二重化できない制御装置については、制御アクチュエータの故障を指令と実績の整合チェックにより診断し、故障判定した場合はＰＳＡ設備を含むシステム全体を停止させ、メンブレンガスホルダーの破損を防止する機能を設けることも可能である。
【符号の説明】
【００２２】
１は圧力変動吸収（ＰＳＡ）設備、２はＰＳＡ出側配管、３は圧力変動吸収（ＰＳＡ）制御装置、４はメンブレンガスホルダー、５は外膜、６は内膜、７はブロワー、８は外膜流量調整弁（流量調整装置）、９は外膜圧力センサー（圧力又は容積検出装置）、１０は内膜圧力センサー（内膜圧力検出装置）、１１は減圧装置、１２はチャンバー、１３はポンプ、１４は内膜流量調整弁、１５は戻り弁
【図１】
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