JPH0647547Y2 - 圧力スウイング式混合ガス分離装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 本考案は、水蒸気を含んだ圧縮空気から水蒸気を分離し
て乾燥した空気を取り出す場合のように、２種以上のガ
スが混合した混合ガスから１種または２種以上のガスを
分離する装置に関し、特に、分離剤を充填した２本の分
離筒でガスを分離する分離工程と分離済みのガスの一部
を利用して分離剤からガスを取り去る再生工程とを交互
に行うようにした圧力スウイング式混合ガス分離装置に
関する。

従来の技術及び考案が解決しようとする課題 圧力スウイング式混合ガス分離装置は、一方の分離筒か
ら吐出される処理済みガスの一部を絞りを通して他方の
分離筒へ減圧して供給することによりその分離筒内の分
離剤を再生させるようになつているが、従来の装置にお
いては、最大負荷時に必要な再生用ガスを確保し得る大
きさの固定オリフイスを絞りとして用いていたため、負
荷が小さい時にも最大負荷時と同じ量の再生用ガスが消
費されて、処理済みガス、ひいては供給ガスを浪費する
こととなり、運転効率が低い欠点があつた。

課題を解決するための手段 本考案はこのような問題点を解決するための手段とし
て、絞りを、各分離筒に各別に接続される２つのポート
を有して高圧側のポートから低圧側のポートへ設定され
た圧力に減圧して交互に給気し、かつ、各ポートに夫々
オリフイスを設けてなる双方向減圧弁とするとともに、
分離筒に供給される未処理の混合ガスの圧力、温度及び
流量に基づいてその分離筒の分離剤の再生に必要とする
最少限の処理済みガスの流量を演算する再生流量演算手
段と、その演算流量値と各オリフイスの流通面積の設定
値に基づいてその演算流量値を得るのに必要な各ポート
の圧力を演算する圧力演算手段と、その各演算圧力値に
対応して各ポートの設定圧力を制御する制御手段と、各
オリフイスの開口面積の設定値を各別に補正する補正手
段とを備えた構成とした。

考案の作用及び効果 運転が開始されると、分離筒に供給される未処理の混合
ガスの圧力、温度及び流量、すなわち、分離筒に加えら
れる負荷に応じて分離筒の分離剤の再生に必要とする最
少限の処理済みガスの流量が再生流量演算手段によつて
演算され、続いて、その再生流量の演算値と、双方向減
圧弁のポートに設けられた各オリフイスの流通面積の設
定値に基づいて、その再生流量値を得るために必要な各
ポートの圧力が圧力演算手段によつて演算される。そし
て、制御手段により、上記の演算圧力値が各ポートの設
定圧力にとられて、各ポートの圧力が演算圧力値に保た
れることによつて、各ポートから演算された必要量の再
生ガスが得られ、これにより、処理済みガス、ひいては
供給ガスの浪費がなくなり、効率の良い運転が期せられ
る。

ここで、この種の分離装置では、各分離筒に同じ負荷を
加えて用いるのが一般的であつて、再生ガスを得るため
の双方向減圧弁の各ポートには同一の流通面積を持つオ
リフイスが装着されることになる。そうであれば、両オ
リフイスの共通の流通面積の設定値に基づいて圧力を演
算して、各ポートを同一の圧力に制御することにより、
両方で同じ再生流量が得られるはずであるが、加工精度
や、気体の流通方向の問題でオリフイスの実際の流通面
積が設定値と異なつて、互いに相違する場合があり、両
オリフイスの実際の流通面積が異なるのにポートの圧力
を同一に制御したのでは、各ポートからの再生流量に差
ができることになる。そうすると、２つの分離筒での再
生能力が相違することとなつて、分離筒が交替するごと
に吐出口から吐出される処理済みガスの濃度や流量等の
条件がふらつく結果を招く。これを回避するためにこれ
までは、オリフイスに追加工してその流通面積を調整す
るのを、各ポートからの流量を実測しながら両方が等し
くなるまで何度も行う必要があつて、きわめて面倒であ
つた。

そのため本考案では、補正手段によつて、オリフイスの
流通面積の設定値を各別に補正できるようになつてい
て、各補正された設定値に基づいて夫々のポートの圧力
が演算されて、各演算圧力値が設定圧力にとられるよう
になつている。例えば、一方のポートのオリフイスの実
際の流通面積が他方のポートのオリフイスのそれよりも
小さかつた場合、両ポートの圧力が同一値に制御される
と、オリフイスの実際の流通面積が小さい側のポートか
ら流出する再生流量が他方のポートよりも小となるので
あるが、一方のポートのオリフイスの流通面積の設定値
を小さく補正するか、あるいは、他方のポートのオリフ
イスの流通面積の設定値を大きく補正すると、一方のポ
ートの設定圧力が他方のポートのそれよりも相対的に大
きくとられ、上記したオリフイスの実際の流通面積の差
異を相殺して同一の再生流量を得ることが可能となる。

すなわち本考案によれば、再生に使用する処理済みガス
を必要最少限に抑えることができて、効率良く運転する
ことができるのに加えて、双方向減圧弁の両ポートのオ
リフイスの実際の流通面積に差があつた場合に、初めに
補正手段を用いてオリフイスの流通面積の設定値を数値
的に補正してやれば、それ以降、実際の流通面積の差異
を相殺するようにポートの設定圧力が変更されて、常に
双方向で同一の再生流量を得ることが可能となる。これ
により、両分離筒が同じ再生能力で再生されることとな
つて、両分離筒から同一条件の処理済みガスを安定して
得ることができる。しかも、調整作業は、上記のように
補正手段によりオリフイスの流通面積を数値的に補正す
るだけであるから、きわめて簡単である。また、分離剤
の付着等によつてオリフイスの流通面積が経年的に変化
した場合も、簡単に補正することができる。さらに、両
分離筒の負荷が異なつていて再生流量に故意に差をつけ
たい場合にも対応することが可能である。

実施例 以下、本考案を加圧空気の除湿装置に適用した一実施例
を添付図面に基づいて説明する。

第１図は本実施例の回路図を示し、流入口９から流入し
た高圧多湿の未処理空気は開閉弁1a,2aの開弁によりシ
リカゲル等の吸着剤10が充填された第１分離筒6a内を通
過する際に水蒸気が吸着剤10に吸着して分離され、乾燥
した空気はフイルタ5aを通ることによりろ過されて吐出
口８から吐出されるとともに、開閉弁4bの開弁により第
２分離筒6bが排出口７から大気に連通していて、第１分
離筒6aから吐出された低湿度の空気の一部が絞り13を通
つて急膨張することによりさらに低湿度となつて第２分
離筒6b内に流入し、前工程の吸着工程において吸着した
水分を吸着剤10から奪つて乾燥させることにより再生さ
せ、排出口７から排出される。一定時間が経過すると開
閉弁4bが閉じて開閉弁3bが開くことにより処理済みの高
圧空気が第２分離筒6b内に充填されて昇圧し、ついで、
開閉弁1a、2aが閉じ開閉弁1b、2bが開いて未処理の高圧
空気が第２分離筒6bに流入し、その切換後開閉弁4aが開
いて第１分離筒6a内に残留していた高圧空気が排出口７
から排出され、第２分離筒6bにおいて、再生された吸着
剤10に水蒸気が吸着されて乾燥した空気がフイルタ5bを
通つて吐出口８から吐出され、乾燥空気の一部は絞り13
を通つて膨張することによりさらに乾燥して第１分離筒
6a内に流入し、その中の吸着剤10から水分を奪つて乾燥
させ、再生させる。このように、吸着と再生の工程を第
１分離筒6aと第２分離筒6bとで交互に行つて多湿の空気
から水分を除去した乾燥空気を連続して得ることができ
る。

以上に説明したところは従来公知の圧力スウイング式除
湿装置であるが、本実施例では、絞り13が、詳しくは後
記する双方向減圧弁となつており、この双方向減圧弁13
に制御信号を供給する制御装置14が設けられているとと
もに、未処理空気の流入口９に圧力計15、温度計16及び
流量計17が取り付けられて、それらの計測値が制御装置
14に入力されるようになつている。さらに、この制御装
置14に、同じく詳しくは後記するオリフイスの流量面積
の補正用の外部補正器18が接続されている。

上記した双方向減圧弁13は、第２図に示す構造となつて
おり、第１ポート20aは第１分離筒6aに、第２ポート20b
は第２分離筒6bに夫々接続され、各ポート20a、20bに、
同一の流通面積を持つオリフイス34a、34bが装着されて
いる。第１分離筒6aが吸着工程にあり、第２分離筒6bが
再生工程にある場合には、第１ポート20aの圧力が第２
ポート20bの圧力より高いため、切換弁21のスプール22
が押し下げられて第２ポート20bの圧力がフイードバツ
クチヤンバ23に伝達され、逆に第１分離筒6aが再生工程
にあり、第２分離筒6bが吸着工程にある場合は、第２ポ
ート20bの圧力が第１ポート20aの圧力より高いため切換
弁21のスプール22が押し上げられて第１ポート20aの圧
力がフイードバツクチヤンバ23に伝達されるのであつ
て、第１ポート20aと第２ポート20bの圧力の高低関係に
より自動的に圧力の高い方から低い方への減圧制御に切
り換わるようになつている。

いま、第１ポート20aの圧力が第２ポート20bの圧力より
高いとすると、コントローラ24は、詳しくは後記する制
御装置14からの制御信号と圧力センサ25からのフイード
バツク信号を比較して電圧素子フラツパ26に対する印加
電圧を制御し、フイードバツク信号（第２ポート20bの
圧力信号）に比べ制御信号が大きい場合には印加電圧が
増加するため圧電素子フラツパ26の先端が下方へ変位
し、ノズル27を閉じようとする。ここで、パイロツト圧
供給口28から供給される圧縮空気がオリフイス29を通過
してパイロツト室30に流入するが、ノズル27が圧電素子
フラツパ26で閉じられているとパイロツト室30の圧力が
上昇し、ダイヤフラム31が弁杆32とともに押し下げられ
て主弁33が開かれることにより、第１ポート20aから第
２ポート20bへ給気され、第２ポート20bの圧力が上昇す
る。すると、２枚のダイヤフラム31、34の間のフイード
バツクチヤンバ23の圧力が上昇し、圧力センサ25からの
フイードバツク信号が増加して制御信号との差が小さく
なり、圧電素子フラツパ26の変位が減少してノズル27が
開きパイロツト圧が減少するため、ダイヤフラム31が弁
杆32とともに押し上げられて主弁33が閉じるのであつ
て、上記の作動の繰り返しにより、二次側すなわち第２
ポート20b側の圧力が制御装置14からの制御信号に対応
する略一定の圧力に保たれ、その制御圧力とオリフイス
34bの流通面積とによつて定まる一定流量に絞られて流
出する。第２ポート20b側が高圧となつた場合には切換
弁21の切り換えによつて上記と同様の作動が行われ、第
１ポート20a側の圧力が制御装置14からの制御信号に対
応する圧力に保たれ、その制御圧力とオリフイス34aの
流通面積により定まる一定流量に絞られて流出するよう
になつている。

続いて、上記した制御装置14の構成を第３図のフローチ
ヤートに基づいて説明する。本考案の目的は、既述のと
おりに、分離筒6a、6bの一方で得られた乾燥空気の一部
を他方の再生用として使用するに際して、その再生用空
気の量を必要最少限に抑えることにある。

分離筒6a、6bにある体積流量の未処理空気が流入した場
合、そのうち何パーセントを再生用に使用するかは、目
標とする乾燥度すなわち目標大気圧露点と、その時の入
気温度によつて異なる。例えば、目標大気圧露点が低い
程、また、流入空気の温度が高い程再生に多量の空気を
必要とする。そこで、予め目標大気圧露点と入気温度の
条件による再生体積比、すなわち、流入空気の体積に対
する再生に必要な空気の体積の比Rpをデータテーブルま
たは演算式として制御装置14内に記憶させておき、予め
設定された目標大気圧露点Dpと、温度計16で計測された
入気温度Tiにより再生体積比Rpを演算する。

そして流入体積流量が、流量計17と圧力計15の計測値か
ら求められて、それに上記の再生体積比Rpを乗ずること
によつて、再生に必要な流量Qpが演算される。この再生
流量Qpは、上記した双方向減圧弁13の第１ポート20a及
び第２ポート20bから流出するのに必要な流量である。
そして、この再生流量Qpは、各ポート20a、20bについて
その圧力とオリフイス34a、34bの流通面積によつて決ま
るから、オリフイスの流通面積の設定値Spを予め入力し
ておくことによつて、この再生流量Qpを得るのに必要な
ポート20a、20bの圧力が演算される。

そして、この演算された圧力値を前記した制御信号とし
て、双方向減圧弁13のコントローラ24に入力すれば、既
述のとおりに、ポート20a、20bが制御信号に対応する圧
力に保たれ、演算された必要な再生流量Qpが得られるこ
とになる。

ここで、両ポート20a、20bに装着されたオリフイス34
a、34bは同じ流通面積を持つものであるから、各ポート
20a、20bを同一の圧力に制御すれば、両方で同じ再生流
量が得られるはずであるが、加工精度や、気体の流通方
向の問題でオリフイス34a、34bの実際の流通面積が設定
値と異なつて、互いに相違する場合が多々ある。すなわ
ち、両オリフイス34a、34bの実際の流通面積が異なるの
にポート20a、20bの圧力を同一に制御したのでは、各ポ
ート20a、20bからの再生流量に差ができることになる。
そうすると、２つの分離筒6a、6bでの再生能力が相違す
ることとなつて、除湿の分離筒6a、6bが交替するごとに
吐出口８での乾燥空気の露点や流量がふらつく結果とな
る。

このため、制御装置14には、予め入力されたオリフイス
の流通面積の設定値Spを補正するための外部補正器18が
接続されている。この外部補正器18は、例えば、第４図
に示すようなDIP SW（２進カウンタ式スイツチ）が好適
であつて、各オリフイス34a、34bに対応して２個設けら
れており、第５図に示すように、各DIP SW18から補正値
α、βを入力すると、制御装置14において、各オリフイ
ス34a、34bの流通面積の設定値が夫々、Spa＝Sp＋α、S
pb＝Sp＋βに補正される。ここで、α、βには、第５図
に示すように、DIP SW13の８桁目のスイツチをON・OF
F操作して＋−を選択し、１桁〜７桁のスイツチ〜
を夫々ON・OFF操作することによつて、−127〜＋127の
数値を入力することができる。

そして、上記したオリフイス34a、34bの補正後の流通面
積Spa、Spbに基づいて、再生流量Qpを得るのに必要なポ
ート20a、20bの圧力Ppa、Ppbが夫々演算され、それらが
制御信号として双方向減圧弁13のコントローラ24に入力
されて、ポート20a、20bが、夫々、制御信号Ppa、Ppbに
対応する圧力に保たれる。例えば、第１ポート20aのオ
リフイス34aの実際の流通面積が第２ポート20bのオリフ
イス34bの流通面積よりも小さかつた場合、両ポート20
a、20bの圧力が同一値に制御されると、第１ポート20a
側から流出する再生流量が第２ポート20b側よりも小と
なるのであるが、第１ポート20aのオリフイス34aの流通
面積の設定値を小さく補正するか、あるいは、第２ポー
ト20bのオリフイス34bの流通面積の設定値を大きく補正
すると、第１ポート20aの制御圧力が第２ポート20bの制
御圧力よりも相対的に大きく設定され、上記したオリフ
イス34a、34bの実際の流通面積の差異を相殺して同一の
再生流量を得ることが可能となる。実際には、流量計に
より第１及び第２ポート20a、20bの再生流量を計測し
て、両計測値が同一となるように、補正値α、βを変化
させつつ入力すればよい。

すなわち、両ポート20a、20bのオリフイス34a、34bの実
際の流通面積に差があつた場合に、初めに外部補正器18
を用いてオリフイス34a、34bの流通面積の設定値を数値
的に補正してやれば、それ以降、実際の流通面積の差異
を相殺するようにポート20a、20bの制御圧力が変更され
て、常に双方向で同一の再生流量を得ることが可能とな
る。これにより、両分離筒6a、6bが同じ再生能力で再生
されることとなつて、両分離筒6a、6bから同一の露点及
び流量の乾燥空気を安定して得ることができる。しか
も、調整作業は、上記のように外部補正器18から補正値
α、βを入力するだけであるから、きわめて簡単であ
る。また、吸着剤10の付着等によつてオリフイス34a、3
4bの流通面積が経年的に変化した場合も、簡単に補正す
ることができる。さらに、両分離筒6a、6bの負荷が異な
つていて再生流量に故意に差をつけたい場合にも対応す
ることができる。

以上の説明から明らかように、本実施例の制御装置14の
目標大気圧露点Dp、入気温度Ti、入気圧力Pi及び入気流
量Qiから再生流量Qpを演算する部分が本考案の再生流量
演算手段に、本実施例の制御装置14の再生流量Qpと補正
後のオリフイスの流通面積Spa、Spbから制御圧力Ppa、P
pbを演算する部分が本考案の圧力演算手段に、本実施例
のコントローラ24が本考案の制御手段に、本実施例の外
部補正器18が本考案の補正手段に、夫々、相当する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例の回路図、第２図はその双方
向減圧弁の断面図、第３図はその制御装置の作動を示す
フローチヤート、第４図は外部補正器の一例の正面図、
第５図はその操作説明図である。 1a、1b、2a、2b、3a、3b、4a、4b:開閉弁、6a、6b:分離
筒、7:排出口、8:吐出口、9:流入口、10:分離剤、13:双
方向減圧弁、14:制御装置、15:圧力計、16:温度計、17:
流量計、18:外部補正器、20a、20b:ポート、21:切換
弁、22:スプール、23:フイードバツクチヤンバ、24:コ
ントローラ、25:圧力センサ、26:圧電素子フラツパ、2
7:ノズル、28:パイロツト圧供給口、29:オリフイス、3
0:パイロツト室、31、34:ダイヤフラム、33:主弁、34
a、34b:オリフイス

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】吸着剤、吸収剤等の分離剤を充填した２本
   の分離筒を設け、未処理の混合ガスを一方の前記分離筒
   に高圧で供給して１種または２種以上のガスを前記分離
   剤に吸着または吸収させることにより分離した処理済み
   ガスを吐出口から吐出する分離工程と、他方の前記分離
   筒から吐出される処理済みガスの一部を絞りを通すこと
   により減圧して供給して前記分離剤に吸着または吸収さ
   れていたガスを該分離剤から取り去つて排出口から排出
   する再生工程とを、前記２本の分離筒において一定時間
   毎に交互に行うようにした圧力スウイング式混合ガス分
   離装置において、 前記絞りを、前記各分離筒に各別に接続される２つのポ
   ートを有して高圧側の前記ポートから低圧側の前記ポー
   トへ設定された圧力に減圧して交互に給気し、かつ、前
   記各ポートに夫々オリフイスを設けてなる双方向減圧弁
   とするとともに、 前記分離筒に供給される未処理の混合ガスの圧力、温度
   及び流量に基づいて該分離筒の分離剤の再生に必要とす
   る最少限の処理済みガスの流量を演算する再生流量演算
   手段と、 該演算流量値と前記各オリフイスの流通面積の設定値に
   基づいて該演算流量値を得るのに必要な前記各ポートの
   圧力を演算する圧力演算手段と、 該各演算圧力値に対応して前記各ポートの前記設定圧力
   を制御する制御手段と、 前記各オリフイスの開口面積の設定値を各別に補正する
   補正手段と を備えたことを特徴とする圧力スウイング式混合ガス分
   離装置