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气体分离装置中的控制方法、控制装置、程序以及记录介质.pdf

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气体 分离 装置 中的 控制 方法 程序 以及 记录 介质
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摘要
申请专利号:

CN200710151746.2

申请日:

2007.09.27

公开号:

CN101219324A

公开日:

2008.07.16

当前法律状态:

撤回

?#34892;?#24615;:

无权

法?#19978;?#24773;: 发明专利申请公布后的视为撤回IPC(主分类):B01D 53/047申请公布日:20080716|||公开
IPC分类号: B01D53/047 主分类号: B01D53/047
申请人: 大阳日酸株式会社
发明人: 松岛洋辅; 西胁良树; 齐藤达央
地址: 日本东京都
优?#28909;ǎ?/td> 2006.9.29 JP 2006-266461
专利代理机构: ?#26412;?#24503;琦知识产权代理有限公司 代理人: 徐江华;王珍仙
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法律状态
申请(专利)号:

CN200710151746.2

授权公告号:

|||

法律状态公告日:

2010.06.16|||2008.07.16

法律状态类型:

发明专利申请公布后的视为撤回|||公开

摘要

本发明的气体分离装置的控制方法,是对填充了吸附剂的多个吸附塔20-1~2分别反复进行至少吸附工序、均压工序和再生工序这3个工序,从而分离原料混合气体中的易吸附成分和难吸附成分并制造制品气体的气体分离装置2的控制方法,在吸附工序和再生工序结束后设置中止工序的同时,按照制品罐的变动预测使中止工序的时间变化。

权利要求书

权利要求书
1.  一种变压吸附气体分离装置的控制方法,其特征在于,对填充了吸附剂的多个吸附塔分别反复进行至少吸附工序、均压工序和再生工序这3个工序,从而分离原料混合气体中的易吸附成分和难吸附成分并制造制品气体;
在所述吸附工序和所述再生工序结束后设置中止工序的同时,按照制品罐的变动预测改变所述中止工序的时间。

2.  一种变压吸附气体分离装置的控制方法,其特征在于,对填充了吸附剂的多个吸附塔分别反复进行至少吸附工序、均压工序和再生工序这3个工序,从而分离原料混合气体中的易吸附成分和难吸附成分并制造制品气体;该方法具有:
存储预先由实验?#24403;?#35782;的、所述气体分离装置具有的制品罐的压力值的函数模型的过程;
存储表示从所述气体分离装置输入的气体的使用量的流量信息、所述制品罐内的压力值和计时信息的过程:
读出所述函数模型,将读出的所述流量信息、所述压力值和所述计时信息输入读出的所述函数模型,从而算出所述制品罐的压力预测值,按照所述压力预测值,调节并算出所述气体分离装置中的、在所述吸附工序和所述再生工序结束后设置的中止工序的开始时刻和结束时刻的过程;
根据所述3个工序、所述中止工序的开始时刻和结束时刻控制所述气体分离装置的过程。

3.  一种控制装置,其特征在于,对填充了吸附剂的多个吸附塔分别反复进行至少吸附工序、均压工序和再生工序这3个工序,从而分离原料混合气体中的易吸附成分和难吸附成分并制造制品气体;该装置具有:
函数模型存储部,存储预先由实验?#24403;?#35782;的、所述气体分离装置具有的制品罐的压力值的函数模型;
输入值信息存储单元,存储表示从所述气体分离装置输入的气体的使用量的流量信息、所述制品罐内的压力值和计时信息;
计算部,从所述函数模型存储部读出所述函数模型,将从所述输入值信息存储单元读出的所述流量信息、所述压力值和所述计时信息输入读出的所述函数模型,从而算出所述制品罐的压力预测值,按照所述压力预测值,调节并算出所述气体分离装置中的、在所述吸附工序和所述再生工序结束后设置的中止工序的开始时刻和结束时刻;
控制部,根据所述3个工序、所述中止工序的开始时刻和结束时刻控制所述气体分离装置。

4.  根据权利要求3所述的控制装置,其特征在于,所述计算部每规定的周期算出所述制品罐压力的所述压力预测值,比较算出的该压力预测值和所述制品罐压力的上限设定值,从而检测所述压力预测值是否超过所述上限设定,由此算出所述吸附工序的结束时刻或者所述吸附工序的继续时间。

5.  根据权利要求3所述的控制装置,其特征在于,所述计算部每规定的周期算出所述制品罐压力的所述压力预测值,比较算出的该压力预测值和所述制品罐压力的下限设定值,从而检测所述压力预测值是否低于所述下限设定,由此算出所述中止工序的结束时刻或者所述中止工序的继续时间。

6.  根据权利要求3所述的控制装置,其特征在于,所述计算部在从所述制品罐输入的所述制品罐压力的实测值之中算出最低值和所述下限设定值的差,该差超过规定的阈值时调节所述下限设定值。

7.  根据权利要求3所述的控制装置,其特征在于,所述计算部按照从所述气体分离装置输入的所述制品罐中的制品气体浓度的实测?#26723;?#33410;所述下限设定值。

8.  根据权利要求3所述的控制装置,其特征在于,所述计算部按照从所述气体分离装置输入的所述制品气体的所述流量信息调节所述下限设定值。

9.  一种程序,用于使权利要求1~8的?#25105;?#39033;所述的控制装置发?#26377;?#24687;处理装置的功能。

10.  一种记录介质,其记录了权利要求9所述的程序并可以计算机读取。

说明书

说明书气体分离装置中的控制方法、控制装置、程序以及记录介质
技术领域
本发明涉及气体分离装置中的控制方法、控制装置、程序以及记录介质。
本申请主张2006年9月29日于日本申请的特愿2006-266461号的优?#28909;ǎ?#36825;里援用其内容。
背景技术
以往,作为从多种气体组成的混合气体分离出规定的1种气体的方法,有通过温度差、压力差分离气体的PSA(变压吸附)法、TSA(变温吸附)法、另外还有组合了PSA和TSA的PTSA(变压和变温吸附)法。此外还有通过吸附气体的膜进行过滤来分离气体的膜分离法?#21462;?
例如,作为变压吸附气体分离法的PSA方式中,向反复进行吸附工序和再生工序的吸附塔供给原料混合气体,使该吸附塔内填充的各种吸附剂吸附易吸附成分,从而分离原料混合气体中的易吸附成分和难吸附成分。例如,使用分?#30001;?#30899;作为吸附剂时,能够由空气制造氮气(也包括比空气的氮浓度高的浓缩氮?#21512;?#21516;),该PSA制氮装置?#36824;?#27867;应用于实际。
然而,PSA制氮装置被设计制作为,满足制品氮气的用户(使用者、需要者)所希望的制品氮气的纯度(规格纯度)、压力(规格压力)以及使用流量(规格流量)。
通常运转中,运转(通常运转,100%运转)这种PSA制氮装置以满足各规格值。但是,实际运转状况中,由于用户方的情况,即使满足了制品气体的纯度和压力的规格值,仍会出现制品气体的取出流量(制品取出流量)比规格值减少的情况。
可是,即使制品取出流量减少而PSA装置的工序时间相同时,耗电率的减少比例也小于制品取出流量的减少比例,所以耗电量相对制品的取出量的比例增加。
对此,存在对应制品取出流量的减少而削减耗电率的现有技术。如专利文献1所示的方法:使用逆变式压缩机,按照吸附塔的出口氧浓度的设定值使吸附塔的切换周期自动变化,从而延长吸附时间?#35789;?#29616;耗电的削减。另外,还有如专利文献2所示的方法:设置中止工序并按照制品取出流量调节中止工序时间。
[专利文献1]特开2005-270953号公报
[专利文献2]特开2003-88721号公报
可是,如上所示的专利文献1的方法中,使用价格昂贵的逆变式压缩机,难以实现价格低廉。另外,专利文献2所示的方法中,虽然不使用逆变式压缩机也能实现,但是变更了制品压力规格值、用于储存制品气体的制品槽的容量、制?#21453;?#24230;、附属的压缩机的吐出量等条件时,需要变更很多设定值。进而,具有以下问题:由于各设定值与用户所希望的规格条件进行对应,进行运转实验,以实验求出最佳设定值,所以难以确定设定值,缺乏?#35270;?#24615;。
另外,进行未设置中止工序的运转时,吸附工序中从压缩机对PSA装置的入口压力达到上限压力,则压缩机自动转移至无负荷运转。但是,无负荷运转后,由于对PSA装置的入口压力会立刻?#26723;停?#25152;以压缩机频繁地交互反复进行负荷运转和无负荷运转。对压缩机来说频繁地反复进行负荷运转和无负荷运转,会提高对压缩机的机械结构性负荷,因此容易提前老化。另外,在压缩机中,切换为无负荷运转时,从无负荷运转刚开始之后压缩机的耗电量会缓慢下降,但频繁切换负荷运转和无负荷运转时不能削减耗电量。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种气体分离装置的控制?#20302;常?#36890;过按照气体分离装置内的压力设置中止工序,解决上述问题,制品气体的取出流量比规格值减少时,满足用户要求的制品气体纯度和压力,并能够确实且?#34892;?#22320;?#35270;?#32791;电的削减,另外,压缩机稳定运转。
为了达到上述目的,本发明的气体分离装置的控制方法,其特征在于,对填充了吸附剂的多个吸附塔分别反复进行至少吸附工序、均压工序和再生工序这3个工序,从而分离原料混合气体中的易吸附成分(例如,实施方式中的氧气)和难吸附成分(例如,实施方式中的氮气)并制造制品气体;在吸附工序和再生工序结束后设置中止工序的同时,按照制品罐的变动预测改变所述中止工序的时间。
本发明的气体分离装置的控制方法,其特征在于,对填充了吸附剂的多个吸附塔分别反复进行至少吸附工序、均压工序和再生工序这3个工序,从而分离原料混合气体中的易吸附成分和难吸附成分并制造制品气体;该方法具有:存储预先由实验?#24403;?#35782;的、气体分离装置所具有的制品罐的压力值的函数模型(例如,实施方式中的数学模型)的过程;存储表示从气体分离装置输入的气体的使用量的流量信息(例如,实施方式中的气体取出量)、制品罐内的压力值和计时(timer)信息(例如,实施方式中的阀开闭状态信息)的过程;读出函数模型,将读出的所述流量信息和压力值、计时信息输入读出的函数模型,从而算出制品罐的压力预测值,按照压力预测值,调节并算出气体分离装置中的、在吸附工序和再生工序结束后设置的中止工序的开始时刻和结束时刻(例如,实施方式中的吸附工序的开始时刻)的过程;根据所述3个工序、中止工序的开始时刻和结束时刻控制气体分离装置的过程。
本发明的控制装置,其特征在于,其是对填充了吸附剂的多个吸附塔分别反复进行至少吸附工序、均压工序和再生工序这3个工序,从而分离原料混合气体中的易吸附成分和难吸附成分并制造制品气体的气体分离装置的控制装置;该装置具有:函数模型存储部(例如,实施方式中的规格值蓄积部18),存储预先由实验?#24403;?#35782;的、气体分离装置所具有的制品罐的压力值的函数模型;输入值信息存储单元(例如,实施方式中的输入值信息蓄积部15),存储表示从气体分离装置输入的气体的使用量的流量信息、制品罐内的压力值和计时信息;计计算部,从函数模型存储部读出函数模型,将从输入值信息存储单元读出的流量信息和压力值、计时信息输入读出的函数模型,从而算出制品罐的压力预测值,按照压力预测值,调节并算出气体分离装置中的、吸附工序和再生工序结束后设置的中止工序的开始时刻和结束时刻;控制部(例如,实施方式中的气体分离装置控制部11),根据所述3个工序、中止工序的开始时刻和结束时刻控制气体分离装置。
另外,本发明优选计算部每规定的周期算出制品罐压力的压力预测值,比较算出的压力预测值和制品罐压力的上限设定值(例如,实施方式中的上限压力值),从而检测压力预测值是否超过上限设定,以算出吸附工序的结束时刻或者吸附工序的继续时间(例如,实施方式中的工序时间)。
另外,本发明优选计算部每规定的周期算出制品罐压力的压力预测值,比较算出的压力预测值和制品罐压力的下限设定值(例如,实施方式中的下限压力值),从而检测压力预测值是否低于下限设定,以算出中止工序的结束时刻或者中止工序的继续时间。
另外,本发明优选计算部在从制品罐输入的制品罐压力的实测值之中算出最低值和下限设定值的差,该差超过规定的阈值时调节下限设定值。
另外,本发明优选计算部按照从气体分离装置输入的制品罐中的制品气体浓度的实测?#26723;?#33410;下限设定值。
另外,本发明优选计算部按照从气体分离装置输入的制品气体的流量信息调节下限设定值。
本发明的程序是用于使上述控制装置发?#26377;?#24687;处理装置的功能的程序。
本发明的记录介质是记录了上述程序的可计算机读取的记录介质。
如以上说明,根据本发明,即使气体分离装置的运用与用户的规格值不同时,由于可以设置最佳中止工序时间,所以具有可以满足用户的规格值,并?#34892;?#21066;减耗电的效果。另外,通过按照气体分离装置内的状况设置中止工序,可以调节为吸附工序中继续负荷运转,中止工序中继续无负荷运转,因此可以?#26723;?#21387;缩机的机械结构性负荷。
附图说明
图1是表示本发明实施方式中的气体分离装置和气体分离装置控制装置的结构例的框图;
图2是表示存储于输入值信息蓄积部15的输入值的一个例子的附图;
图3是表示存储于运转切换时刻信息蓄积部17的表格的一个例子的附图;
图4是表示存储于算出值蓄积部19的数据的一个例子的附图;
图5是表?#38236;?工序中的气体分离装置2的阀的开闭状态的附图;
图6是表?#38236;?或者第5工序中的气体分离装置2的阀的开闭状态的附图;
图7是表?#38236;?或者第6工序中的气体分离装置2的阀的开闭状态的附图;
图8是表?#38236;?工序中的气体分离装置2的阀的开闭状态的附图;
图9是表示切换工序时气体分离装置控制装置1的操作流程的流程图;
图10是表示计算压力预测值,变更中止工序时间的操作流程的流程图;
图11是本发明的吸附工序时的压力变化的图表的一个例子;
图12是本发明的吸附工序时的压力变化的图表的一个例子;
图13是本发明的吸附工序时的压力变化的图表的一个例子;
图14是本发明的阀252关闭状态的压力变化的图表的一个例子;
图15是本发明的阀252关闭状态的压力变化的图表的一个例子;
图16是本发明的阀252关闭状态的压力变化的图表的一个例子;
图17是表示气体分离装置2中设置了气体浓度测定部时的结构例的框图。
符号说明
1气体分离装置控制装置  2气体分离装置  11气体分离装置控制部  12计算部  15输入值信息蓄积部  17运转切换时刻信息蓄积部18规格值蓄积部  19算出值蓄积部  21控制部  22罐压力测定部  23气体浓度测定部  24气体取出量测定部  25阀开闭控制部  20-1、20-2吸附塔26压缩机  200制品罐  211、212、221、222、231、241、251、252阀
具体实施方式
下面,参照附图说明本发明的一个实施方式。图1是表示本发明中的气体分离?#20302;?#30340;整体结构的框图。此外,本实施方式中,气体分离装置2以PSA制氮装置的操作、结构为例进行说明。
首先,气体分离?#20302;?#20013;连接有气体分离装置2和气体分离装置控制装置1,其中,气体分离装置2从混合气体分离出单一种类的气体并取出,气体分离装置控制装置1控制该气体分离装置2。
用图1和表示气体分离装置2的结构的图5说明气体分离装置2所具有的结构。气体分离装置2中,控制部21在与气体分离装置控制装置1之间进行信息的输出和输入,并且,根据从气体分离装置控制装置1输入的命令信号,进行气体分离装置2的控制。
图5中,压缩机26将原料混合气体供给吸附塔20-1或者吸附塔20-2,该原料混合气体是通过加压而压缩的制品气体分离对象。
吸附塔20-1和吸附塔20-2具有吸附剂,当原料混合气体被注入时,则优先吸附制品气体以外的气体,从而仅分离出制品气体(本实施例中是氮气),向制品罐200送出。
此外,吸附剂例如是以氧为易吸附成分的分?#30001;?#30899;等,只要是优先吸附供给用户的制品气体以外的气体的吸附剂都可以。
另外,制品罐200积蓄从混合气体分离出的氮气。
另外,如图3所示,吸附塔20-1和吸附塔20-2通过组合下述工序,供给氮气。另外,?#19978;?#31034;了各工序中的气体分离装置2的各阀的开闭状态的图5至图8的模式图来表示。
如图5所示,作为第1工序,根据吸附塔20-1为吸附工序、吸附塔20-2为再生工序的组合进行处理。
如图6所示,作为第2工序,根据吸附塔20-1和吸附塔20-2都为中止工序的组合进行处理。
如图7所示,作为第3工序,根据吸附塔20-1和吸附塔20-2都为均压工序的组合进行处理。
如图8所示,作为第4工序,根据吸附塔20-1为再生工序、吸附塔20-2为吸附工序的组合进行处理。    
如图6所示,作为第5工序,根据吸附塔20-1和吸附塔20-2都为中止工序的组合进行处理。
如图7所示,作为第6工序,根据吸附塔20-1和吸附塔20-2都为均压工序的组合进行处理。
所有的工序中,由用户随时从制品罐200取出氮气。吸附工序中吸附工序开始后,压缩机26向吸附塔供给压缩的原料气体从而加压于吸附塔内。使压力上升直到吸附塔内的压力值变为制品罐200内的压力值以上后,如图5所示,打开阀252,将氮气供给制品罐200。在吸附工序进行以上的处理。因此,吸附工序开始后,制品气体未?#36824;?#32473;制品罐200时,由于用户?#20013;?#21462;出氮气,所以制品罐200内的压力继续下降。
再生工序是?#26723;?#21560;附塔的压力,使易吸附成分从吸附剂脱离,为下一吸附工序做准备的工序。本实施例中,图5中,吸附塔20-2为再生工序,打开阀222,从而释放压力。
如图6所示,中止工序中关闭所有的阀,从而在吸附塔20-1和吸附塔20-2的双方,既不发生来自压缩机26的气体流入,也不发生对制品罐200的气体流出。
如图7所示,均压工序是打开阀231和阀241,通过使进行了吸附工序的吸附塔侧的气体移动到由于再生工序而压力下降的吸附塔侧,从而进行压力回收的工序。进行该工序,从而切换到吸附工序时,可以由高于大气压的压力开始吸附工序,具有缩短加压吸附塔内的时间的效果。
此外,图8是表示吸附塔20-2为吸附工序时的阀的开闭状态的模式图。
图1和图5的罐压力测定部22测定制品罐200内的压力,将测定的压力值输出到控制部21。
气体取出量测定部24测定用户取出的气体流量,将测定的气体的取出量输出到控制部21。
阀开闭控制部25根据从气体分离装置控制装置1通过控制部21输入的工序开始命令,控制气体分离装置2内备有的各阀的开闭。
图5中的阀211、212、221、222、231、241、251、252是分别用于控制气体分离装置2内的气体流动的阀。
图1的气体分离装置控制装置1中,气体分离装置控制部11在与气体分离装置2之间进行信息的输出和输入,并且,向气体分离装置2输出用于控制气体分离装置2的命令信号。另外,气体分离装置控制部11向输入值信息蓄积部15、运转切换时刻信息蓄积部17写入从气体分离装置2输入的信息。另外,气体分离装置控制部11具有计时功能,能够取得现在时刻。
如图2所示,由气体分离装置2的罐压力测定部22测定的制品罐200内的压力值信息、从阀开闭控制部25输入的阀开闭状态信息、以及由气体取出量测定部24测定的从现在到m周期前的氮气流量值分别由气体分离装置控制部11与测定周期信息对应并被写入输入值信息蓄积部15。
如图3所示,气体分离中的各工序的开始时刻和表示工序的处理预定时间的工序时间与各工序对应并被写入运转切换时刻信息蓄积部17。此外,在气体分离装置2运转开始时,根据用户的规格值预先求出的规格工序时间由气体分离装置控制部11被写入运转切换时刻信息蓄积部17,但气体分离装置2运转后,由计算部12算出的最佳工序时间被随时写入运转切换时刻信息蓄积部17,从而更新工序时间。
此外,用户的规格值是指用户希望的制品气体的规格,由氮气的纯度(规格纯度)、压力(规格压力)、使用流量(规格流量)组成。
另外,规格工序时间是根据以下步骤预先求出的值。将气体分离装置2对照用户的规格值事先进行运转实验。将从该运转实验中得到的实验值以经验求出的最佳工序时间作为规格工序时间预先进行保持。
本技术中为了确定预测制品罐200的压力时使用的函数模型采用了?#20302;?#36776;识(System Identification)。?#20302;?#36776;识的意思是指由观测数据求出?#20302;?#25972;体的数学模型。具体是指,将大量观测数据(例如本发明中,气体分离装置2的运转实验中测定的制品罐200的测定压力值、各工序所花费的时间等实验值)代入例如作为自回归模型的ARX(带有外部输入的自回归模型)模型、ARMAX(外源自回归滑动平均模型)模型等的模型式中,从而以统计学推定并求出气体分离装置2的气体分离?#20302;?#30340;数学模型。此外,数学模型是?#35813;?#36848;?#20302;?#30340;传递函数的函数形式,求出数学模型、即传递函数的函数形式的意思是指求出装置固有的传递函数的系数。
本说明书中,作为模型式的一个例子,以2输入1输出时的ARX模型为例进行说明,但只要是可以描述气体分离装置2中的气体分离?#20302;?#30340;数学模型,任?#25991;?#22411;都能够用于?#20302;?#36776;识。
此外,下式提供了2输入1输出的ARX模型。
(数1)
A(q)·y(k)=B1(q)B2(q)·u1(k)u2(k)+w(k)]]>...(式1)
上式中,A(q)、B1(q)、B2(q)是辨识参数m次的多项式,y(k)是输出变量的数列(本实施例中是制品罐200内的压力值),u1(k)、u2(k)是输入变量的数列(制品流量、阀开闭信息),w(k)是白色杂音列,q是移位算子(shift operator),k是现在时刻。代入既存的输出和输入数据并进行?#20302;?#36776;识,从而确定传递函数的系数A(q)、B1(q)、B2(q)。另外,由辨识参数多项式A(q)、B1(q)、B2(q)乘以该多项式、即乘法运算的k到(k-m)的数?#26800;?#20986;前1阶段的(k-1)到(k-m-1)的数列。
这里,假定白色杂音列w(k)=0时,对(式1)进行变形得到下式。
(数2)
y(k+1)=B1(q)B2(q)·u1(k+1)u2(k+2)+[1-A(q)]·y(k+1)]]>...(式2)
将?#19978;低?#36776;?#24230;?#23450;的A(q)、B1(q)、B2(q)、输入变量u1(k+1)、u2(k+1)、以及y(k)代入上式的(式2),从而能够算出制品罐200内的压力值的数列y(k+1),y(k+1)为1秒后的制品罐200的压力。假定制品流量不发生变化时,u1和u2在时刻t=(k+1)以后也自然知道,即能够算出,所以通过将u1(k+2)、u2(k+2)和运算的y(k+1)代入(式2)能得到y(k+2)。通过反复上述操作,可以预测?#25105;?#26102;间的制品罐200的压力值。
用户的规格值、基于用户的规格值的规格工序时间、以及?#19978;低?#36776;识求出的数学模型被写入规格值蓄积部18。另外,由用户的规格值确定的、制品罐200内的上限压力值、下限压力值、以及从均压工序到吸附工序使吸附塔内的压力值上升到与制品罐200内的压力值相同的时间也被写入规格值蓄积部18。
计算部12从规格值蓄积部18读出辨识的数学模型,将输入变量u1(k)、u2(k)和压力值y(k)代入读出的数学模型,从而算出时刻t=(k+1)时的制品罐200内的压力预测值。
此外,计算部12从算出值蓄积部19读出气体取出量和阀开闭状态,从而得到输入变量u1(k)、u2(k)。另外,计算部12将算出的压力值写入算出值蓄积部19。另外,计算部12按照算出的压力值的值算出气体分离中的各工序的开始时刻。另外,计算部12具有计时功能,能够取得现在时刻信息。
如图4所示,与时刻t=(k-m)到时刻t=(k+1)对应的、制品罐200内的压力值和阀252的开闭状态被对应写入算出值蓄积部19。
此外,本实施例中,以PSA制氮装置为例对气体分离装置2进行了说明,但气体分离装置2也能够适用于任何气体分离装置,例如PSA(变压吸附)装置、TSA(变温吸附)装置、还有组合了PSA和TSA的PTSA(变压和变温吸附)装置?#21462;?#29305;别是,通过设置中止工序,?#35270;?#20855;有提高耗电削减效果的装置的气体分离装置,此外,通过设置中止工序提高耗电削减效果的装置例如是压缩机。
接着,使用图9和图10的流程图对图1结构中的气体分离?#20302;?#30340;操作例进行说明。此外,本实施例中,通过气体分离装置2的运转实验,规格工序时间和?#19978;低?#36776;识得到的辨识数学模型预先被写入规格值蓄积部18。
首先,根据预先被写入规格值蓄积部18的规格工序时间信息,说明进行气体分离的过程。
气体分离装置控制装置1中,当气体分离开始的命令信号被输入时,计算部12从规格值蓄积部18读出每个工序的规格工序时间信息。计算部12将就工序读出的规格工序时间信息写入运转切换时刻信息蓄积部17。另外,计算部12将现在时刻作为吸附塔20-1吸附工序的开始时刻,根据规格工序时间信息,算出各工序的开始时刻,写入运转切换时刻信息蓄积部17。
通过进行上述处理,进行运转切换时刻信息蓄积部17的初始化,同时将表示运转切换时刻信息蓄积部17的初始化完成的信号输出到气体分离装置控制部11(步骤S1)。
当运转切换时刻信息蓄积部17的初始化完成信号被输入时,气体分离装置控制部11从运转切换时刻信息蓄积部17读出开始时刻信息最早的工序即第1工序的识别信息。气体分离装置控制部11将读出的第1工序的运转开始命令输出到气体分离装置2的同时,将输出的第1工序的识别信息保持于存储器。气体分离装置2中,阀开闭控制部25根据通过控制部21输入的、开始运转的上述第1工序的识别信息,开闭各阀(步骤S2)。此外,关于各阀的开闭,阀开闭控制部25与工序的识别信息一起接收各阀的开闭命令信息,阀开闭控制部25可以根据开闭信息,控制各阀。另外,可以预先使阀开闭控制部25与工序的识别信息对应,将各阀的开闭状态信息保持于存储器,根据输入的工序识别信息,参考开闭状态信息,控制各阀。
这里,气体分离装置控制装置1判定是否在每规定的周期切换到下一工序。作为这种处理,首先,气体分离装置控制装置1中,气体分离装置控制部11在每规定的周期从运转切换时刻信息蓄积部17读出现在存储器内保持的第1工序识别信息的下一第2工序对应的开始时刻信息。气体分离装置控制部11比较读出的开始时刻信息和现在时刻,检测是否是下一工序的开始时刻(步骤S3)。
气体分离装置控制部11反复进行步骤S3,直到检测是下一工序的开始时刻,当检测是下一工序的开始时刻时,向气体分离装置2输出下一工序的工序识别信息和运转切换的命令信号的同时,将输出的工序的识别信息保持于气体分离装置2(步骤S4)。气体分离装置控制装置1中,反复进行步骤S3~S4,直到输入气体分离结束的命令信号。
上述步骤S1~S4中,总是参考第1~第6规格工序时间,进行气体分离的工序切换。这些工序中包含中止工序。即,根据?#35270;?#29992;户的规格值的规格工序时间,在吸附工序和均压工序的基础上,导入中止工序。此时,使压缩机等耗电量大的装置的运转中止。由此,总能满足用户规格,并能比未设置中止工序时实?#36136;?#30005;化。但是,气体的取出量比用户的规格值减少时等,由于制品罐200内的压力达到下限压力值的时间延长,所以可设定作为中止工序时间的时间也延长,但由于规格工序时间是基于用户规格的一定的值,因此不能说这一定是最佳工序时间。
因此,下面示出气体分离装置2的运转控制方法的操作例,使用按照气体的取出量算出的、制品罐200内的压力预测值,算出更合适的各工序的工序时间,根据更新的工序时间切换运转。此外,上述制品罐200的压力预测?#21040;?#20174;现在的时刻到n周期后作为预测?#27573;В透?#20010;周期求出。另外,周期的意思是指气体分离装置2中各数据被测定的循环(cycle)。
图11~图16是本实施例中的操作的概念图。
图11表示吸附工序中,从现在到n周期后的预测?#27573;?#20869;,压力预测值既未达到上限压力值又未达到下限压力值时的制品罐200内的压方图表。此外,这相当于后述的步骤S44。
图12表示吸附工序中,从现在到n周期后的预测?#27573;?#20869;,α1周期后压力预测值达到上限压力值时的制品罐200内的压力图表。此外,这相当于后述的步骤S19。
图13表示吸附工序中,从现在到n周期后的预测?#27573;?#20869;,α2周期后压力预测值达到上限压力值,且β2周期后压力预测值达到下限压力值时的制品罐200内的压力图表(α2<β2)。此外,这相当于从现在到n周期后之间进行后述的步骤S19和步骤S33的情况。
图14表示中止工序中,从现在到n周期后的预测?#27573;?#20869;,压力预测值既未达到上限压力值又未达到下限压力值时的制品罐200内的压力图表。此外,这相当于后述的步骤S45。
图15表示中止工序中,从现在到n周期后的预测?#27573;?#20869;,β3周期后压力预测值达到下限压力值时的制品罐200内的压力图表。此外,这相当于后述的步骤S33。
图16表示中止工序中,从现在到n周期后的预测?#27573;?#20869;,β4周期后压力预测值达到下限压力值,且α4周期后压力预测值达到上限压力值时的制品罐200内的压力图表(β4<α4)。此外,这相当于从现在到n周期后之间进行后述的步骤S19和步骤S33的情况。
接着,使用图10的流程图对本发明的特征即工序时间调节的操作进行说明。该操作例中,进行上述步骤S1~S4的处理,在该操作增加本发明的特征即工序时间调节的操作。
首先,气体分离装置2中,向气体分离装置控制装置1输出在每规定的周期罐压力测定部22测定的罐压力值信息、气体取出量测定部24测定的气体取出量信息、以及阀开闭控制部25管理的阀开闭状态信息。图2的表格中,气体分离装置控制部11将输入的信息分别作为现在的值进行注册,将已经注册的数据每1周期就挪到过去,从而更新表格整体(步骤S11)。此外,该步骤S11总是在每规定的周期反复进行,由压力值、阀开闭状态信息和气体取出量信息组成的、用于输入到辨识数学模型的信息从现在到m周期前的各周期被写入输入值信息蓄积部15。
接着,气体分离装置控制装置1中,计算部12检测出是进行压力预测计算的时刻(步骤S12)。该检测方法每n周期进行。另外,关于经过n周期的时间,规定的周期所需要的时间乘以周期次数n而算出预测?#27573;?#26102;间,将运转开始时刻加上预测?#27573;?#26102;间的时刻作为进行压力预测计算的时刻。
计算部12从图2示出的输入值信息蓄积部15的表格读出从现在到m周期前的各周期的压力值、阀开闭状态信息、以及气体取出量信息作为输入值。计算部12将读出的输入值作为从k周期到(k-m)周期的值写入算出值蓄积部19的图4所示的表格(步骤S13)。这里,k是进行压力预测计算时,代入的输入值之中与最新的输入值对应的周期;m是被代入数学模型的输入值的循环数。即,从第k周期的输入?#26723;阶?#28335;至m周期的输入值的(m+1)周期部分的输入?#24403;?#20195;入数学模型的意思。
计算部12从规格值蓄积部18读出辨识的数学模型。然后,计算部12将代入写入算出值蓄积部19的输入值而得到的函数u1(k)和函数u2(k)适用于读出的数学模型,算出1周期后的压力预测值(步骤S14)。计算部12将算出的1周期后的压力预测值作为(k+1)周期的压力值写入图4所示的算出值蓄积部19的表格(步骤S15)。
接着,计算部12从算出值蓄积部19读出k周期的压力值和(k+1)周期的压力值并进行比较,检测压力值是增加倾向还是减少倾向,即,(k+1)周期中是否是吸附工序。但是,即使是吸附工序,在使吸附塔内的压力值上升到与制品罐200内的压力值相同的时间,制品罐200内的压力也有减少倾向的情况(步骤S16)。
压力值增加时,计算部12判断气体分离装置2是处于吸附工序中,从规格值蓄积部18读出上限压力值。接着,计算部12比较读出的上限压力值和(k+1)周期的压力预测值,根据压力预测值是否超过上限压力值,判断在(k+1)周期时是否应该结束吸附工序(步骤S17)。
压力预测值为上限压力值以上的值时,由于现在到(k+1)周期后成为开始中止工序的时刻,所以将与(k+1)周期对应的时刻作为吸附工序结束时刻,将与(k+1)周期对应的阀开闭状态作为“中止工序?#20445;?#20889;入算出值蓄积部19(步骤S18)。根据该步骤S18,能够避免制品罐200内的压力超过上限压力值时产生的损伤制品罐200、逆流、对压缩机26的负荷超过必要等的事态。
计算部12通过以下步骤取得现在工序的开始时刻信息和下一工序的开始时刻信息,从而算出现在工序的工序时间。首先,计算部12对气体分离装置控制部11输出现在的工序识别信息输出要求信号。气体分离装置控制部11对计算部12输出现在的工序识别信息。由此,计算部12可以得到现在工序的识别信息。接着,计算部12通过以下步骤算出中止工序开始时刻。计算部12?#19978;?#22312;时刻和1周期的循环时间算出(k+1)周期的时刻。另外,计算部12将算出的中止工序开始时刻写入图3的运转切换时刻信息蓄积部17的表格(步骤S19)。
计算部12将1写入算出值蓄积部19的运转切换时刻信息更新标志的存储区域,从而创建表示运转切换时刻信息被更新的标志(步骤S20)。接着,计算部12由于进行n周期之中的下一规定的周期中的压力预测,进行将k加上1的值作为新的k的递增(步骤S21)。
另外,步骤S16中,(k+1)周期的压力?#24403;萲周期的压力值减少时,计算部12判断不向制品罐200供给气体,从规格值蓄积部18读出下限压力值。接着,计算部12比较读出的下限压力值和(k+1)周期的压力预测值,根据压力预测值是否低于下限压力值,判断是否应该在(k+1)周期时开始向制品罐200供给气体(步骤S31)。压力预测值为下限压力值以下的值时,如果在(k+1)周期时不开始向制品罐200供给气体,则压力下降,无法满足用户规格值,所以从现在到(k+1)周期后成为对制品罐200的氮气供给开始时刻。
因此,氮气供给开始时刻即打开阀252的时刻为吸附工序开始后的、吸附塔内的压力值达到与制品罐200内的压力值相同的时刻。因此,吸附工序的开始时刻为从现在到(k+1)周期后的时刻减去吸附塔内的压力?#26723;?#19982;制品罐200内的压力值相同的时间部分的时刻。因此,计算部12将与(k+1)周期对应的阀开闭状态作为“吸附工序?#20445;?#20889;入算出值蓄积部19(步骤S32)。
计算部12根据以下步骤取得现在工序的开始时刻信息、下一工序的开始时刻信息、以及吸附塔内的压力值达到与制品罐200内的压力值相同的时间,从而算出现在工序的工序时间。首先,计算部12对气体分离装置控制部11输出现在的工序识别信息的输出要求信号。气体分离装置控制部11将现在的工序识别信息输出到计算部12。由此,计算部12可以得到现在工序的识别信息。接着,计算部12通过以下步骤算出吸附工序开始时刻。首先,计算部12从规格值蓄积部18读出吸附塔内的压力值达到与制品罐200内的压力值相同的时间。计算部12?#19978;?#22312;时刻和1周期的循环时间算出(k+1)周期的时刻。另外,计算部12由算出的(k+1)周期的时刻,将追溯了吸附塔内的压力值达到与制品罐200内的压力值相同的时间部分的时刻作为吸附工序开始时刻而算出。另外,计算部12将算出的吸附工序的开始时刻写入图3表格的运转切换时刻信息蓄积部17。另外,计算部12比较与现在的工序识别信息对应的开始时刻和写入的吸附工序开始时刻,从而算出现在工序的工序时间,将算出的新工序时间作为现在工序的工序时间写入运转切换时刻信息蓄积部17(步骤S33)。
计算部12将1写入算出值蓄积部19的运转切换时刻信息更新标志的存储区域,创建表示运转切换时刻信息被更新的标志(步骤S34)。接着,计算部12进行步骤S21的k的递增处理。另外,步骤S17中压力预测值不满上限压力值时,以及步骤S31中压力预测值超过下限压力值时,都进行步骤S21的k的递增处理。
计算部12比较k和n,根据是否k=n,检测出到预?#28909;?#23450;的预测周期的?#27573;А?#21363;n周期后是否完成压力预测值的算出(步骤S41)。
到n周期后还未完成压力预测值的算出时,计算部12从步骤S15开始反复进行处理,到n周期后算出压力预测值。
接着,对到n周期后算出了压力预测值时的操作进行说明。计算部12读出写入了算出值蓄积部19的开始时刻信息更新标志的存储区域,检测更新标志是否创建(步骤S42)。更新标志未创建时,判断在预测?#27573;?#20869;工序不会切换,更新运转切换时刻信息蓄积部17的工序开始时刻,使在预测?#27573;?#20869;不切换工序。
与步骤S16同样,计算部12比较时刻t=k的压力预测值和时刻t=(k+1)的压力预测值,进行压力预测值是增加倾向还是减少倾向的判断(步骤S42)。制品罐200的压力预测值是增加倾向时,将中止工序的开始时刻设为预测?#27573;?#26102;刻以后,制品罐200的压力预测值是减少倾向时,将吸附工序开始时刻设为预测?#27573;?#26102;刻以后,计算部12将临时的开始时刻写入运转切换时刻信息蓄积部17。此外,吸附工序和中止工序的临时开始时刻例如时刻t=(k+2)等只要是预测?#27573;?#20197;后,进行压力预测时,由于开始时刻被随时更新,所以可以设为任何时刻。
上述步骤S11~S42在规定的周期时间乘以作为预测?#27573;?#30340;n周期而算出的每个预测?#27573;?#26102;间的时刻进行。根据该结构,即使用户的气体取出量比用户规格减少时,也能从用户的气体取出量和制品罐200的压力值的关系算出制品罐200的压力值达到上限压力值的时刻。因此,计算部12将该时刻作为中止工序开始时刻写入运转切换时刻信息蓄积部17,从而气体分离装置控制部11根据运转切换时刻信息蓄积部17的开始时刻信息向气体分离装置2输出切换工序的命令信号。气体分离装置2能够通过接收工序切换命令来进行中止工序的开始。此时,用户的气体取出量减少,从而制品罐200内的压力达到下限压力值的时间比由用户规格值运转时延长时,也能预测达到下限压力值的时刻,由该时刻算出从中止工序切换到吸附工序的时刻。
气体分离装置2中,结束中止工序,切换到吸附工序时,根据使吸附塔内的压力值上升到与制品罐200内的压力值相同的时间,吸附工序开始后,直到制品罐200内的压力上升时存在时滞(time lag)。因此,现有方法中,由于无法满足用户规格值的压力,所以制品罐200内的压力达到下限压力值后切换到吸附工序是不可能的。但是,根据本发明,即使以往在预?#28909;?#23450;的中止工序结束时刻制品罐200内的压力未达到下限压力值时,气体分离装置控制装置1也能算出达到下限压力值的时刻,算出最佳中止工序结束时刻,尽可能延长中止工序的时间,从而具有能大幅抑制耗电,满足用户的规格值的效果。
另外,上述实施例中,将制品罐200内的下限压力值作为按照用户规格预?#28909;?#23450;的一定值进行了说明,但还可以将其作为与制品气体即氮的气体取出量成比例的值,适用?#19978;?#36848;式子算出的下限压力值。
Psp=(Pmax-Pmin)/(Fmax)×F
Psp是求出的下限压力值;Pmax是气体取出量为100%的用户规格值时的制品罐200内的下限压力值;Pmin是用户规格值中的压力值;Fmax是用户规格值中的气体取出量(最大值);F是现在的气体取出量。此外,Fmax和F也可以是气体取出率。
通过使用由上述式子算出的下限压力值,按照气体取出量,能够算出更合适的工序切换时刻。
另外,气体分离装置2具有的装置元件在制品压力规格值、用于储存制品气体的制品槽的容量、制?#21453;?#24230;、附属的压缩机的吐出量等方面存在各种各样的类型,这里提出可以仅以简单的设定值变更即可对应各类型,且可廉价实现的方法。
制品罐的容量、制?#21453;?#24230;、附属的压缩机吐出量等不同的类型的气体分离装置2中,制品罐压力的数学模型不同。所以,?#20302;?#36776;?#24230;?#23450;的数学模型也根据装置类型而不同。但是,每个装置实施?#20302;?#36776;识时,装置试运转的作业量增加。所以,比较制品罐压力的最低值的实测值和下限压力值,两者存在差时,通过进行下限压力值的增减而进行调整,能够对应不同装置类型。
制?#21453;?#24230;会受到运转装置的环境(例如气温、气压、季节等)影响。所以,制?#21453;?#24230;达到规定的值以下时,通过进行制品罐压力的下限压力值的增加,能够防止制?#21453;?#24230;的恶化。具体地,如图17所示,气体分离装置2中新设置了气体浓度测定部23。此外,图17中与图1相同的结构标注相同符号,省略其说明。
气体浓度测定部23测定制品罐200内的氮气、或者氮气以外的不纯气体的浓度,算出制品罐200内的氮气的纯度,将算出的氮气的纯度值输出到控制部21。
用下述算式运算制?#21453;?#24230;的下限值,比较得到的制?#21453;?#24230;的下限值和气体浓度测定部23测定的制?#21453;?#24230;。
Csp=Cmax-(Cmax-Cmin)/(Fmax)×F
Csp是求出的制?#21453;?#24230;的下限值;Cmax是制?#21453;?#24230;的最高值;Cmin是用户规格值中的气体取出量100%时的制?#21453;?#24230;;Fmax是用户规格值中的气体取出量(最大值);F是现在的气体取出量。此外,Fmax和F也可以是气体取出率。
比较由上述式子求出的制?#21453;?#24230;的下限值和由气体浓度测定部23测定的制?#21453;?#24230;值,由气体浓度测定部23测定的最低纯度?#26723;?#20110;制?#21453;?#24230;的下限值时,将制品罐200内的压力的下限压力值提高到规定值,从而具有防止纯度恶化的效果。
此外,本发明中的规定值可以预先被输入气体分离装置控制装置1,也可以在气体分离装置控制装置1设置输入单元,用户由输入单元确定规定值。
此外,本实施例中,对将控制气体分离装置2的气体分离装置控制装置1配备于气体分离装置2的外部的结构进行了说明,但也可以是在气体分离装置2的内部具有气体分离装置控制装置1的结构。
另外,本实施例中,对气体分离装置控制装置1的气体分离装置控制部11具有计时功能,通过该计时功能取得现在时刻,从而切换工序的结构进行了说明,但气体分离装置控制部11的结构也可以是不具有计时功能,而具有取得工序的经过时间的功能。此时,气体分离装置控制部11比较从运转切换时刻信息蓄积部17读出的工序的工序时间和工序的经过时间。气体分离装置控制部11随时进行工序时间的读出和工序的经过时间的比较,根据工序时的经过时间是否超过工序时间,检测是否是工序的切换时刻。
此外,该工序的切换方法并不限于上述方法,只要是能够根据计算部12算出的工序切换时刻或者工序时间来切换工序的方法,任何切换方法都可以适用。
根据本发明,即使气体分离装置运用与用户的规格值不同时,由于可以设置最佳中止工序时间,所以具有满足用户的规格值,并可?#34892;?#22320;削减耗电率的效果。另外,按照气体分离装置内的状况设置中止工序,可以调节为吸附工序中继续负荷运转,中止工序中继续无负荷运转,所以可以?#26723;?#21387;缩机的机械结构性负荷,产业上具有很大意义。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护?#27573;?#20043;内。

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