(57)【要約】      （修正有）【課題】大規模な空気分離装置の空気精製装置に使用される大型の切替装置であっても輸送可能で、配置設計の柔軟性を備えた切替装置を提供する。【解決手段】２つ以上の吸着塔を備える吸着塔切替装置１００は、原料空気を少なくとも１つの吸着塔１、２に導入する２つ以上の原料空気導入弁１１、１２を有する原料空気導入弁モジュール３と、前記吸着塔１、２の圧力を調整する２つ以上の吸着塔脱圧弁１３、１４を有する吸着塔脱圧弁モジュール４と、吸着塔１、２から、原料空右記の消費地に原料空気を導出する２つ以上の原料空気導出弁１５、１６を有する原料空気導出弁モジュール５と、２つ以上の吸着塔１、２の圧力を均一化させる１つ以上の吸着塔均圧弁１７を有する吸着塔均圧弁モジュール６と、を有する。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
２つ以上の吸着塔を備える吸着塔切替装置であって、
原料空気を少なくとも１つの前記吸着塔に導入する２つ以上の原料空気導入弁を有する原料空気導入弁モジュールと、
前記吸着塔の圧力を調整する２つ以上の吸着塔脱圧弁を有する吸着塔脱圧弁モジュールと、
前記吸着塔から、前記原料空気の消費地に原料空気を導出する２つ以上の原料空気導出弁を有する原料空気導出弁モジュールと、
前記２つ以上の吸着塔の圧力を均一化させる１つ以上の吸着塔均圧弁を有する吸着塔均圧弁モジュールと、を有する、吸着塔切替装置。
【請求項２】
前記原料空気導出弁モジュールは、２つ以上の再生ガス導入弁をさらに有する、請求項１に記載の吸着塔切替装置。
【請求項３】
前記原料空気導入弁モジュールは、２つ以上の再生ガス導出弁をさらに有する、請求項１または２に記載の吸着塔切替装置。
【請求項４】
前記原料空気導入弁モジュールは、前記吸着塔脱圧弁モジュールの上部または下部に配置され、前記原料空気弁導出弁モジュールは、前記吸着塔均圧弁モジュールの上部または下部に配置されることを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の吸着塔切替装置。
【請求項５】
前記原料空気導入弁モジュール、前記吸着塔脱圧弁モジュール、前記原料空気導出弁モジュール、および前記吸着塔均圧弁モジュールは、それぞれ直方体形状を有するフレーム内に構築されることを特徴とする、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の吸着塔切替装置。
【請求項６】
前記原料空気導入弁モジュールと前記吸着塔脱圧弁モジュールを含む第一切替部と、前記原料空気導出弁モジュールと前記吸着塔均圧弁モジュールとを含む第二切替部とは、少なくとも１つの前記吸着塔を挟むように配置されることを特徴とする、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の吸着塔切替装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、大規模な空気分離装置の空気精製装置に使用される、少なくとも２つの吸着塔における吸着処理の切替を行う切換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来大規模な空気分離装置や窒素発生装置では、圧縮された空気から水分や二酸化炭素を精製装置で除去し、コールドボックス内で深冷分離する方法が採用されてきた。この精製装置では、活性アルミナやゼオライト等の吸着剤が充填された吸着塔を用いて水分や二酸化炭素を除去している。一般的に空気分離装置の運転のためには２塔以上の吸着塔が用いられる。例えば、第一塔で空気の精製処理をさせている間に、水分や炭酸ガスで吸着飽和している第二塔では熱再生あるいは圧力再生させる。そして、これらの各処理を第一塔と第二塔とで交互に切り替えることが行われている。従って、このような精製装置は、少なくとも２塔以上の吸着塔とそれらを切替運用するための弁および配管を備えた切替装置を有する。
【０００３】
例えば、上記切替装置は、２塔以上の吸着塔を切替する複雑な構成であり、施工が簡単ではなく、製作工場で切替装置を組み立てた後で設置場所に輸送する方が作業性もよく経済的である。
【０００４】
特許文献１は、現地施行を最小限にすることを目的に、切り替え装置をガスヘッダモジュールと、２つの切り替えモジュールとに分割し、それぞれを別個に施工場所に輸送した後に現地施工によって接続する方法を開示する。
しかし、ガスヘッダモジュールは均圧弁とヘッダが一体になっている構成であるため、大型の空気分離装置向けのモジュールの場合にはガスヘッダモジュールも大型化してしまう。大型のガスヘッダモジュールは、輸送のためにさらに分割する必要がある。しかし分割数が多くなると、現地工事における接続作業が増加し、煩雑化するという問題点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第６４６６００８号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、空気分離装置の大規模化に伴って切替装置も大型化し、輸送路の空間的制限により輸送が不可能となることが懸念されている。このような場合に、切替装置の部品を設置場所に輸送して組み立てることも可能であるが、必要となる複雑な配管施工は現地工事の費用を増大させ、また近年熟練工の不足によって実質的に施工が不可能になることも有り得る。
【０００７】
上記課題に鑑みて、本考案は、大型の切替装置であっても輸送可能で、配置設計の柔軟性を備えた切替装置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】
【０００８】
本考案に係る吸着塔切換装置は、２つ以上の吸着塔を備え、
原料空気を少なくとも１つの前記吸着塔に導入する２つ以上の原料空気導入弁を有する原料空気導入弁モジュールと、
前記吸着塔の圧力を調整する２つ以上の吸着塔脱圧弁を有する吸着塔脱圧弁モジュールと、
前記吸着塔から、前記原料茎の消費地に原料空気を導出する２つ以上の原料空気導出弁を有する原料空気導出弁モジュールと、
前記２つ以上の吸着塔の圧力を均一化させる１つ以上の吸着塔均圧弁を有する吸着塔均圧弁モジュールと、を有する。
【０００９】
２つ以上の吸着塔の一次側には、それぞれの吸着塔に原料空気を導入するための原料空気導入弁が設けられている。
原料空気取入ラインから取り入れられた原料空気は、２つ以上の原料空気導入弁のうちいずれかに導入されるための分岐部を経由して、原料空気導入ラインへと送られる。
原料空気導入弁モジュールでは、原料空気取入ラインから原料空気が取り入れられ、原料空気取入ライン分岐部により分岐されたのちに、２つ以上の原料空気導入弁のいずれかを経由して、原料空気導入ラインから導出される。
原料空気導入弁の二次側の原料空気導入ラインはさらに原料空気導入ライン分岐部において分岐され、吸着塔脱圧弁モジュールに連結される。
吸着塔脱圧弁モジュールには、吸着塔脱圧弁が設けられており、必要に応じて吸着塔の圧力を低下させるために開弁させることができる。
【００１０】
原料空気導入弁モジュールの原料空気導入ラインから導出された原料空気は、原料空気導入弁モジュールに連結される２つ以上の吸着塔のいずれかに導入される。
吸着塔から導出される原料空気は、吸着塔に連結される吸着塔均圧弁モジュールへと導入される。１つの吸着塔と、他の吸着塔は、吸着塔均圧弁モジュールを介して接続されている。吸着塔均圧弁モジュールには、２つ以上の吸着塔の圧力を均一化させるための吸着塔均圧弁が設けられている。
吸着塔均圧弁モジュールにおいて、吸着塔均圧弁の一次側には分岐部が設けられており、分岐部を経由した原料空気は、吸着塔均圧弁モジュールに連結されている原料空気導出弁モジュールに導入される。
原料空気導出弁モジュールに導入された原料空気は、原料空気導出弁を経由して、原料空気導出弁モジュールから導出される。２つ以上の原料空気導出弁から導出される原料空気は、１つのラインに合流され、原料空気導出弁モジュールから導出されてもよい。
【００１１】
前記原料空気導出弁モジュールは、２つ以上の再生ガス導入弁をさらに有してもよい。
【００１２】
前記原料空気導入弁モジュールは、２つ以上の再生ガス導出弁をさらに有してもよい。
【００１３】
前記原料空気導入弁モジュールは、前記吸着塔脱圧弁モジュールの上部または下部に配置され、前記原料空気弁導出弁モジュールは、前記吸着塔均圧弁モジュールの上部または下部に配置される構成としてもよい。
【００１４】
前記原料空気導入弁モジュール、前記吸着塔脱圧弁モジュール、前記原料空気導出弁モジュール、および前記吸着塔均圧弁モジュールは、それぞれ直方体形状を有するフレーム内に構築される構成としてもよい。モジュールの形状は、円柱、多角柱などであってもよいが、立方体、直方体が組立容易性、強度面からも好ましい。
【００１５】
前記原料空気導入弁モジュールと前記吸着塔脱圧弁モジュールを含む部分（第一切替部ともいう）と、前記原料空気導出弁モジュールと前記吸着塔均圧弁モジュールとを含む部分（第二切替部ともいう）とは、少なくとも１の前記吸着塔を挟むように配置されていてもよい。
【００１６】
各モジュールは、配管により連結されるが、「連結」はフランジによる接続であってもよく、溶接による接続であってもよい。
【００１７】
切替装置のサイズ（直方体内部に収納されるサイズ）は、要求される原料空気量に対応して設定される配管の配管径に基づいて、設定してもよい。
直方体内に収納される各モジュールのサイズ（長さ、幅，高さ）は、要求される原料空気量に対応して設定される配管の配管径と、輸送制限サイズとに基づいて設定されてもよい。
これによれば、原料空気量によって設定される配管径と輸送制限サイズによって、モジュールサイズを決定できるため、モジュール設計をより簡単に行える。
【００１８】
以上の構成の切替装置によれば、大型の切替装置であっても輸送可能で、かつ配置設計の柔軟性を備えた、切替装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態１の切替装置の構成例を示す図である。
【図２】実施形態２の切替装置の構成例を示す図である。
【図３】実施形態３の切替装置の構成例を示す図である。
【考案を実施するための形態】
【００２０】
（実施形態１）
実施形態１の吸着塔切替装置１００について図１を用いて説明する。本実施形態１の吸着塔切替装置１００は、４つのモジュール（原料空気導入弁モジュール３、吸着塔脱圧弁モジュール４、原料空気導出弁モジュール５、吸着塔均圧弁モジュール６）に分割している。
原料空気導入弁モジュール３には、原料空気を取り入れる原料空気取入ライン２１があり、原料空気取入ライン２１は２方向に原料空気取入ライン分岐部２２において分岐される。
分岐された一方は第一原料空気導入弁１１を経由して第一原料空気導入ライン２３へ、他方は第二原料空気導入弁１２を経由して第二原料空気導入ライン３３へと接続される。原料空気導入弁モジュール３から出る第一原料空気導入ライン２３は、第一吸着塔１に接続される。同様に第二原料空気導入ライン３３は、第二吸着塔２に接続される。
第一原料空気導入ライン２３には第一原料空気導入ライン分岐部２５が配置され、ここで分岐される第一吸着塔脱圧弁一次側ライン２６は第一吸着塔脱圧弁１３に接続される。
第二原料空気導入ライン３３には、第二原料空気導入ライン分岐部３５が配置され、ここで分岐される第二吸着塔脱圧弁一次側ライン３６は第二吸着塔脱圧弁１４に接続される。
【００２１】
第一吸着塔１から導出される原料空気は第一吸着塔均圧弁モジュール分岐部２４で２方向に分岐され、一方は吸着塔均圧弁モジュール６に連結される原料空気導出弁モジュール５へと導入される。他方は吸着塔均圧弁１７へと接続される。
同様に、第二吸着塔２から導出される原料空気は、第二吸着塔均圧弁モジュール分岐部３４で２方向に分岐され、一方は吸着塔均圧弁モジュール６に連結される原料空気導出弁モジュール５へと導入される。他方は吸着塔均圧弁１７へと接続される。
第一吸着塔１と第二吸着塔２との間で均圧操作が必要な場合には、吸着塔均圧弁１７が開弁される。
第一吸着塔１から導出されて原料空気導出弁モジュール５へ導入される原料空気は、第一原料空気導出弁１５を経由して、原料空気導出弁モジュール５から導出される。
第一吸着塔２から導出されて原料空気導出弁モジュール５へ導入される原料空気は、第二原料空気導出弁１６を経由して、原料空気導出弁モジュール５から導出される。
第一原料空気導出弁１５の２次側と、第二原料空気導出弁１６の２次側は合流されてもよい。
【００２２】
本実施形態により、９００００Ｎｍ３／ｈ、１ＭＰａＧ、温度２０℃の原料空気を処理する吸着塔切替装置を構成する場合、各モジュールのサイズは次のようになる。
原料空気弁導入モジュール：高さ３．３ｍ、幅３．３ｍ、長さ２０．５ｍ
吸着塔脱圧弁モジュール：高さ３．５ｍ、幅2２．６ｍ、長さ１１．０ｍ
原料空気導出弁モジュール：高さ３．５ｍ、幅３．０ｍ、長さ１０．０ｍ
吸着塔均圧弁モジュール：高さ３．３ｍ、幅３．２ｍ、長さ１７．０ｍ
いずれのモジュールも輸送制限サイズである高さ３．５ｍ以内、かつ幅３．５ｍ以内となるように分割される。
一方で、分割しない従来技術により、同規模の吸着塔切替装置を設計すると、高さ６．２ｍ、幅６．３ｍ、長さ２０．５ｍの大きさとなり、輸送不可能となる。
【００２３】
現地における装置の配置については、原料空気導入弁モジュール３の上部に吸着塔脱圧弁モジュール４を配置して第一切替部を構成し、吸着塔均圧弁モジュール５の上部に原料空気導出弁モジュール６を配置して第二切替部を構成することによって、設置面積を節約することができる。
また、第一切替部と第二切替部は必ずしも隣接する必要はなく、例えば少なくとも一つの吸着塔を挟むように配置することも可能であるから、従来技術に対してより装置の配置における柔軟性が高まったといえる。
さらに本考案の予期しなかったメリットとして、小型のモジュールを組み合わせることで装置を構成したことによって、従来技術の切替装置に含まれていた余分な空間を削減できたため、従来技術に対して装置重量を約１５％削減することができた。
【００２４】
（実施形態２）
実施形態２の切替装置１０１について図２を用いて説明する。
実施形態１と異なる構成について説明し、符号が同じ構成は実施形態１と同様の機能を有する。
図２において、原料空気導出弁モジュール５は、第一原料空気導出弁１５、第二原料空気導出弁１６に加えて、第一原料空気導出弁１５の一次側で分岐した配管に配置される第一再生ガス導入弁１８と、第二原料空気導出弁１６の一次側で分岐した配管に配置される第二再生ガス導入弁１９を有する。これは吸着塔の再生を行う際の再生ガスを導入するために設けられたものであり、再生ガスは原料空気導出弁モジュール５に導入されたのちに分岐され、一方は第一再生ガス導入弁１８に、他方は第二再生ガス導入弁１９に接続される。
第一吸着塔１を再生する場合には、第一原料空気導出弁１５を閉弁し、第一再生ガス導入弁１８を開弁することにより再生ガスを第一吸着塔１に導入する。第二吸着塔２を生成する場合には第二原料空気導出弁１６を閉弁し、第二再生ガス導入弁１９を開弁することにより再生ガスを第二吸着塔２に導入する。
【００２５】
（実施形態３）
実施形態３の吸着塔切替装置１０２について図３を用いて説明する。
実施形態３の吸着塔切替装置１０２は、実施形態２の吸着塔切替装置１０１の原料空気導入弁モジュール３において、第一原料空気導入弁１１の二次側に第一再生ガス導出弁４０を配置し、第二原料空気導入弁１２の二次側に第二再生ガス導出弁４１を追加した構成である。
第一吸着塔１の再生に使用された再生ガスは、第一原料空気導入弁１１を閉弁し、第一再生ガス導出弁４０を開弁することにより、系外へ排出される。
第二吸着塔２の再生に使用された再生ガスは、第二原料空気導入弁１２を閉弁し、第二再生ガス導出弁４１を開弁することにより、系外へ排出される。
【符号の説明】
【００２６】
１００  吸着塔切替装置
１  第一吸着塔
２  第二吸着塔
３  原料空気導入弁モジュール
４  吸着塔脱圧弁モジュール
５  原料空気導出弁モジュール
６  吸着塔均圧弁モジュール
１１  第一原料空気導入弁
１２  第二原料空気導入弁
１３  第一吸着塔脱圧弁
１４  第二吸着塔脱圧弁
１５  第一原料空気導出弁
１６  第二原料空気導出弁
１７  吸着塔均圧弁
１８  第一再生ガス導入弁
１９  第二再生ガス導入弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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