JPS61228504A - 高純度ガス製造装置の中央監視制御システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、通信回線を用いて全国各地に配置されてい
る高純度ガス製造装置の監視制御を中央に設置されてい
るコンピュータで一括して行う高純度ガス製造装置の中
央監視制御システムに関するものである。

〔従来の技術〕

従来、高純度窒素ガス製造装置の制御、監視は、高純度
窒素ガス製造装置に備えられた膨張タービンの回転数が
極めて大（数万回／分）であるため、装置の設備現場に
おいて、特別に養成した多くの運転要員によって行われ
ている。すなわち、製品窒素ガスの取出量の変化等に膨
張タービンに対する寒冷生成用ガスの流量を変化させ寒
冷の発生量を変化させる場合、膨張タービンの応答性に
は問題があるため、寒冷の量が目的とする量に実際に変
化したかどうか監視し〒ければならない。

また、その量の変化によって膨張タービンの温度。

や回転数がどのように変化しているかをも監視しなけれ
ばならない、さらに、゛上記膨張タービンは、高速回転
機器であるため、上記のように流量を変化させると振動
や異音等を発生しやすく、そのため、充分な監視制御を
行わなければ安全運転はできない、したがって、膨張タ
ービンのない製造装置の開発が望まれていた。

この発明者は、このような要望に応え、第２図に示すよ
うな、膨張タービンのない高純度窒素ガス製造装置を開
発し、昭和５９年７月１３日特許出願（特願昭５９−１
４６３３２）している。この装置は、膨張タービンに代
えて、液体窒素貯槽７を寒冷発生源として備えたもので
あり、っぎのようにして高純度製品窒素ガスを製造する
。すなわち、空気圧縮機１により空気を圧縮し、ドレン
分離器２により圧縮された空気中の水分を除去してフロ
ン冷却器３により冷却し、その状態でモレキュラーシー
ブが充填されている吸着筒４に送り込み、空気中のＨｇ
ＯおよびＣＯ７を除去する。つい、で、Ｈ，Ｏ、ｃｏｔ
が吸着除去された圧縮空気を第１の熱交換器５および第
２の熱交換器６に送り込んで超低温に冷却する。超低温
に冷却された圧縮空気は、精留塔ｌＯの下部からパイプ
１６によって精留塔１０の塔部２１内に送り込まれ、液
体窒素貯槽７から精留塔塔部２１内に送り込まれた液体
窒素と接触して冷却され、その一部が液化して塔部２１
の底部に液体空気１７として溜る。この過程において、
窒素と酸素の沸点の差（酸素の沸点−１８３℃、窒素の
沸点−１９６℃）により空気中の酸素が液化されて塔部
２１の底部に流下し、窒素が気体のまま塔部２１の上部
に溜り、流路９ａ＋９を経て外部に取り出される。他方
、精留塔塔部２１の下部に溜った液体空気１７は、分縮
器１５内に送り込まれて凝縮器１５ａを冷却し、塔部２
１から凝縮器１５ａ内に送入された窒素ガスを冷却して
還流液としたのち、分縮器１５の上部より取り出され外
部に逃気される。上記還流液は塔部２１内の液体窒素溜
め２１ａから、この液体窒素溜め２１ａに液体窒素貯槽
７より送り込まれた液体窒素とともに流下し、液体空気
の分離作用を行う。なお、２３は、液面計で分縮器１５
．、内の液体空気の液面に応じてバルブ２４を制御し液
体窒素貯槽７からの液体窒素の供給量を制御する。

また、１２はバックアップ系ラインで、空気圧縮系ライ
ン１３が故障したときにバルブ２４を閉じるとともにバ
ルブ２２を開き液体窒素貯槽７からの液体窒素を熱交換
器１４で気化し、メインパイプ９に製品窒素ガスとして
送り出す作用をする。　。

さらに一点鎖線は、真空保冷面で、精留塔１ｏ等を収容
し、精留効率の大幅な向上を実現させる作用をする。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記の高純度ガス製造装置は、膨張タービンに代えて、
液体窒素貯槽を用い、その液体窒素を寒冷とするため、
膨張タービンを用いた従来の装置に比べて膨張タービン
の制御監視用の要員は不要であり、また、製品取出量の
変化等に対応して変化させるべき寒冷量の変化について
も、バルブ２４の開閉による液体窒素の流量の制御のみ
で行うものであり、このバルブの制御は膨張タービンの
回転数の制御に比べて極めて簡単であって通常は前記の
ように液面計２３によって自動制御されるため、何ら人
手を要せず、緊急時にのみ手動で弁の制御を行えば足り
る。このように上記高純度ガス類・造装置は、殆どその
維持管理に人手を要さないため、全国各地に設置されて
いる同装置を中央において１個所で集中監視制御できれ
ば、さらに一層の省力化を実現しうる。

この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、高
純度窒素ガス製造装置のような高純度ガス製造装置を遠
く離れた中央で監視制御しうるシステムの提供をその目
的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため、この発明の高純度ガス製造
装置の遠方監視システムは、ｉ純度ガス製造装置におけ
る精留塔の温度、圧力および生成高純度ガス流量等の製
造条件およびバルブ等のような装置の制御用手段の状態
を電気信号交換手段に入力して電気信号に変換し、その
電気信号を制御用電子計算機に入力し、ついで通信用信
号変換手段に入力して通信用信号に変換し、その信号を
通信回線を介して電子計算機用信号変換に入力して電子
計算機用信号に変換し、その電子計算機用信号を中央の
監視用電子計算機に入力し、通信用信号変換手段９通信
回線、電子計算機用信号変換手段を経由させて制御用電
子計算機に到達させ、制御用電子計算機から上記到達信
号に対応する信号を出力させ、その出力信号で高純度ガ
ス製造装置における上記バルブ等の制御用手段の制御を
行うという構成をとる。

つぎに、この発明を実施例にもとづいて詳しく説明する
。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例を示している。図において
、制御用コンピュータ４１は、全国各地において、先に
第２図で示した高純度窒素ガス製造装置４２とともに設
置されていて、演算部、制御部とからなる中心演算処理
装置４３（以下「ＣＰＵＪと略す）と、データの読み出
しと書き込みをする記憶装置４４と、アナログ量をデジ
タル信号に変換するＡ／Ｄ変換装置４５と、ＣＰＵ４３
からの並列信号を直列信号に変換するとともに、外部か
ら入ってくる直列信号をＣＰＵ４３に入力するために並
列信号に変換するシリアルインターフェイス４６と、Ｃ
ＰＵ４３からの制御信号をアナログ信号に変換して高純
度ガス製造装置４２のバルブ２２．２４等を制御する制
御装置４７に転送するデジタル入出力インターフェイス
４８と、ＣＲ７表示装置４９ａおよびキーボード４９ｂ
からなるコンソール４９にＣＰＵ４３を接続するインタ
ーフェイス５０とから構成されている。上記Ａ／Ｄ変換
装置４５には、高純度窒素ガス製造装置４２における精
留塔１０内の圧力、温度液体窒素貯槽７からの供給液体
空気量および製品窒素ガス流量等のプロセス量をアナロ
グ信号に変換する信号伝送器４５ａが接続されている。

このコンピュータ４１には通信回線５２を介して監視用
コンピュータ５３が接続されている。上記監視用コンピ
ュータ５３は中央に設置されていて、前記制御用コンピ
ュータ４１と同様、ＣＰＵ４３　ａと、シリアルインタ
ーフェイス４０ａと、記憶装置４４ａと、インターフェ
イス５０ａ、５０ｂ、５０ｃとから構成されており、イ
ンターフェイス５０ａにはＣＲＴ表示装置５１ａおよび
キーボード５１ｂからなるコンソール５１が接続され、
インターフェイス５０ｂにはＣＰＵで処理されたデータ
をフロッピーディスク５２に格納する補助記憶装置が接
続され、インターフェイス５０ｃには高純度窒素ガス製
造装置４２の監視制御状態を紙面等に印刷記憶保存する
プリンター５４が接続されている。コンピュータ４１の
シリアルインターフェイス４６とコンピュータ５３のシ
リアルインターフェイス４６ａには、直列信号と交流信
号の相互変換を行うモデム５５．５５ａと、通信に必要
な制御をする通信制御装置５６．５６ａがそれぞれ接続
されており、この通信制御装置５６．５６ａは相互に電
信電話公社等の交換局５７を介して電話回線等の通信口
ｌ１ｌＩ５２で接続されている。全国各地の高純度窒素
ガス製造装置４２は、上記のようにして交換局５７を介
して中央の監視用コンピュータ５３に接続されている。

この発明の高純度ガス製造装置の中央監視制御システム
は、全国に配置されている高純度窒素ガス製造装置をつ
ぎに示すようにして中央監視制御を行うものである。す
なわち、高純度窒素ガス製造装置４２に備えられている
計器からの、精留塔ｌＯ内の圧力、温度、製品窒素ガス
製造量および液体窒素供給量等のデータは信号伝送器４
５ａに送り込まれてアナログ電気信号に変換され現場に
ＬＩＥされているコンピュータ４１に入力される。

コンピュータ４１に入力されたデータはＡ／Ｄ変換装置
４５でデジタル信号に変換されＣＰＵ４３に取り込まれ
処理される。この処理されたデータは、シリアルインタ
ーフェイス４６で直列信号に変換されてモデム５５に送
り込まれ、通信回線５２で転送可能なように交流信号に
変調されたのち、通信制御装置５６を介して交換局５７
に送信される。この交換局５７には全国各地からの高純
度ガス製造装置の各データが送信される。そして、この
交換局５７に送信された各データは通信制御装置５６ａ
を介してモデム５５ａに入りそこで直列信号に復調され
たのち、中央の監視用コンピュータ５３に入力される。

コンピュータ５３に入力された各データは、シリアルイ
ンターフェイス４６ａで並列信号に変換されてＣＰＵ４
３ａに取り込まれ処理される。この処理された各地のデ
ータは、インターフェイス５０ａを介してＣＲ７表示装
置５１ａに表示されるとともに、インターフェイス５０
ｂを介してフロッピーディスク５２に格納される。

このように、中央の監視用コンピュータ５３に、全国各
地の高純度窒素ガス製造装置のデータが集約されてくる
ため、全国各地の高純度窒素ガス製造装置設置場所にそ
れぞれ監視要員を配置するというようなことをせず、中
央において、全国の高純度窒素ガス製造装置の運転状況
の監視を少人数で行えるようになる。そして、この監視
状態において、高純度窒素ガス製造装置４２のバルブ２
４の開閉状態が不調であったり、もしくは空気圧縮系ラ
イン１３の故障や異常等が見だされた場合、直ちに中央
に設置されているコンピュータ５３のコンソール５１を
操作して高純度窒素ガス製造装置４２のバルブ２４を適
正に制御するプログラム、もしくは空気圧縮系ライン１
３を停止させると同時にバックアップ系ライン１２を作
動させるプログラムを作製し、そのデータをＣＰＵ４３
ａに入力処理する。このＣＰＵ４３ａで処理されたデー
タは、シリアルインターフェイス４６ａで直列信号に変
換されるとともに、モデム５５ａで交流信号に変調され
、通信回線５２に、通信制御装置５６ａを介して送出さ
れる。この通信回線に送出されたデータは、交換局５７
を介して、故障や異常等が見いだされた高純度窒素ガス
製造装置４２のコンピュータ４１に備えられている通信
制御装置５６およびモデム５５に送出される。モデム５
５に送出されたデータは、直流信号に復調され、シリア
ルインターフェイス４６を介してＣＰＵ４３に取り込ま
れ処理される。処理されたデータはデジタル入出力イン
ターフェイス４８を介して高純度窒素ガス製造装置４２
に備えられている制御装置４７に送出される。そして、
制御装置４７は、そのデータに従い、バルブ２４を操作
して適正状態に復帰させたり、バルブ２４を閉じるとと
もにバルブ２２を開いて空気圧縮系ライン１３を停止さ
せバックアップ系ライン１２を作動させて液体窒素貯槽
７の液体窒素を気化させ製品窒素ガスの供給がとだえる
ことなくかつ適正な量で保持されるようにする。

第３図はこの発明を適用できる他の高純度ガス製造装置
を示している。この装置は、高純度酸素ガス製造装置で
あるが、前記の装置同様、膨張タービンに代えて液体酸
素貯槽を用いているため、前記の装置同様、第１図のシ
ステムによって中央監視制御をしうる。上記高純度酸素
ガス製造装置は、つぎのようにして高純度酸素ガスを製
造するものである。すなわち、外部空気を濾過器２４で
濾過したのち、空気圧縮機１に送入して圧縮し、圧縮さ
れた空気をインタークーラ２５および空気冷却機３で冷
却し、これを２個１組の吸着筒４のどちらか一方に送り
込み、圧縮空気中の１＋２０およびＣＯ□を吸着除去す
る。ついで、Ｈ，ＯおよびＣＯｔが吸着除去された圧縮
空気をパイプ２６を経由させて熱交換器１９に送り込み
冷却する。そして、これをパイプ２７に送り込み、酸素
精留塔２８内の凝縮器２９でさらに冷却し液化して膨張
弁３０付きのパイプ３１・によって酸素精留塔２８内に
噴霧状で送入する。酸素精留塔２８内で、送入されたも
ののうちの気体骨（窒素骨）を上方に移行させ、液体骨
を下降させる。この下降中に、沸点の差により、液体骨
のなかの窒素を気化させて酸素精留塔２８の上部に移行
させ、酸素を気体のまま下方に流下し底部に液体酸素２
８ａとして溜める。底部に溜った液体酸素２８ａのうち
、その底面近傍部分のもの（炭化水素混在）については
、これを放出パイプ３２から取り出し矢印Ｂのように大
気中に放出する。このとき、液体酸素２８ａの液面の僅
か上方に滞留する液体酸素気化物（高純度酸素ガス）を
パイプ３３から製品酸素ガスとして取り出し熱交換器１
９で熱交換させ常温製品酸素ガスとしてメインパイプ３
４に送出する。この場合、液体酸素貯槽３５から導入路
パイプ３５ａを経て酸素精留塔２８内に送り込まれた液
体酸素は、寒冷として作用し、それ自身は気化して取出
パイプ３３から製品酸素ガスの一部として取り出される
。なお、この装置は前記の装置と同様、空気圧縮系ライ
ン１３が故障したとき、バルブ２４を閉じるとともに、
バルブ２２を開き、液体酸素貯槽３５からの液体酸素を
バックアップ系ライン１２に送り出し、熱交換器１４で
熱交換したのち、メインパイプ３４に製品酸素ガスとし
て取り出すようにしている。

この装置は、以上のように膨張タービンに代えて、何ら
回転部を有していない酸素貯槽３５を用いているため、
前記の装置同様、中央において監視制御を行いうるので
ある。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、各地の高純度ガス製
造装置における精留塔の温度、圧力および生成高純度ガ
ス量、供給液体ガス量等およびバルブ等のような装置の
制御手段の状態を中央の監視用電子計算機において一括
監視でき、中央からの指令を、中央の監視用電子計算機
１通信用信号変換手段１通信回線、電子計算機用信号変
換手段を経由させて制御用電子計算機に入力し、その出
力信号で窒素ガス製造装置におけるバルブ等の制御をで
きるようになる。その結果、中央における監視要員で各
地に設置された高純度ガス製造装置の監視制御ができる
ようになり、全国各地においてかなりの要員の低減を実
現できるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の構成図、第２図はそれに
用いる高純度窒素ガス製造装置の構成図、第３図は同じ
く高純度酸素ガス製造装置の構成図である。 ４１．５３・−・コンピュータ　４２・−・高純度ガス
製造装置　４５ａ−・信号伝送器　４６．　４６８−シ
リアルインターフェイス　　５２−・通信回線５５．５
５ａ−・−・モデム　５６．　５６　ａ−・通信制御、
装置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）高純度ガス製造装置における精留塔の温度、圧力
   および生成高純度ガス流量等の製造条件およびバルブ等
   のような装置の制御用手段の状態を電気信号交換手段に
   入力して電気信号に変換し、その電気信号を制御用電子
   計算機に入力し、ついで通信用信号変換手段に入力して
   通信用信号に変換し、その信号を通信回線を介して電子
   計算機用信号変換に入力して電子計算機用信号に変換し
   、その電子計算機用信号を中央の監視用電子計算機に入
   力し、通信用信号変換手段、通信回線、電子計算機用信
   号変換手段を経由させて制御用電子計算機に到達させ、
   制御用電子計算機から上記到達信号に対応する信号を出
   力させ、その出力信号で高純度ガス製造装置における上
   記バルブ等の制御用手段の制御を行うことを特徴とする
   高純度ガス製造装置の中央監視制御システム。
2. （２）高純度ガス製造装置が、高純度窒素ガス製造装置
   である特許請求の範囲第１項記載の高純度ガス製造装置
   の中央監視制御システム。
3. （３）高純度ガス製造装置が、高純度酸素ガス製造装置
   である特許請求の範囲第１項記載の高純度ガス製造装置
   の中央監視制御システム。