Fluid treatment plant regulating method, fluid treatment plant, and application of the same plant to production of air component

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラント内に流体フローを作る少なくとも１つの圧縮機を備える流体処理プラント、より詳細には圧力スウィング吸着タイプの流体処理プラントの分野に関する。

【０００２】

【従来の技術】圧縮機は、吸気ポートと送出ポートとの間に圧力差を作るため、流体をより高い圧力にするコンプレッサーとして、または流体を吸引して上流の回路を減圧するためのポンプとして用いることができる。 圧縮機は、一般に、所望する入口／出口圧力差、または通常の動作条件での圧力比に基づいてデザインされる。 動作条件は、圧縮機に対するいくつかの動作パラメーター、
特に可動部分の温度によって表わされる。 ステータおよびベアリングに対する可動部分のクリアランスは、これらのいろいろな部品の膨張（停止中の圧縮機と通常動作中の圧縮機との間の温度上昇に起因する）を考慮に入れる。

【０００３】過圧が小さい（典型的に、コンプレッサーとして動作する場合には１バールのオーダーであり、真空ポンプとして動作する場合には０．５バールのオーダーである）場合には、殆どの圧縮機、特にプロファイルされたロータを有する回転形機は、冷却しなくても運転でき、膨張は適度な状態に留まっている。

【０００４】過圧が大きい場合、および動作時間が長い場合には、冷ガスまたは冷水を流体回路へ導入して圧縮機を冷却しなければならない。

【０００５】圧縮機を冷却することは、性能および安全性は高まるが、特に補助的な装置が必要であるためとても費用がかかることになる。

【０００６】結果として、冷却は高圧縮比で長時間使用する場合にのみ必要であることが分かる。 従って、事前に定めたチャートに従って、圧縮機を最高速度で運転する時間を制御し制限すれば、冷却の必要性をなくすことができる。 このことは、例えば、Hibon International
社によって販売されるRoots-Hibon-Series SCスーパーチャージャー用の運転マニュアル（１９９３年３月）に記載されている。

【０００７】しかし、最高速度で運転する段階の間のみについてこのような圧縮機を制御し運転することは、需要によって速度が変わり処理サイクルが短く圧縮段階および／またはポンピング段階が非常に短いプラント、あるいは可逆的な圧縮機を用いて稼動するプラント（たとえば出願人の名義である文献EP-A-0743087に記載されているプラント）で実施するのは、簡単なことではない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の主題は、典型的に圧力スウィング吸着タイプの流体処理プラントに関係する流体圧縮機を、断続的に運転および制御するシンプルで効果的なデザインの方法であって、冷却しない圧縮機の場合も含めて、運転上の適応性が非常に大きく安全性の高い方法である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このことを行うために、
本発明の１つの特徴によれば、プラントの運転中に、圧縮機の相対運動する２つの部品間の少なくとも１つのクリアランスを測定し、この測定に基づいてプラントの運転を変更する。

【００１０】より詳細な特徴によれば、クリアランス測定信号を発生させ、この信号を予め決めた閾値と比較して、信号が一時的に閾値を超えたときにプラントの運転を変更する。 特に、圧力スウィング吸着タイプのプラントの場合には、吸着サイクルまたは脱着サイクルの全部または一部を変更する。

【００１１】圧縮機、特に回転形機におけるクリアランス測定は、当該技術分野において周知であり、例えば、
文献US-A-5198763およびUS-A-5696444に記載されている。

【００１２】しかし、周知のクリアランス測定の目的は、本質的に、特に相対運動する部品が摩滅したときにゆっくりと恒久的に変化するクリアランスの変化をモニターして、最終的に警報を出しおよび／または圧縮機を停止することであり、本発明に係るガス処理プラントの運転を調整する連続プロセスを行うことではない。

【００１３】また本発明の主題は、流体を流体処理プラントの少なくとも一部の領域に導入しおよび／または流体をプラントから抽出するために、ステータ内に少なくとも１つの可動部分を備える少なくとも１つの流体圧縮機、より詳細には外部流体によって冷却されていないタイプの流体圧縮機を備える流体処理プラントであって、
圧縮機は、可動部分の一部の領域とステータとの間のクリアランスを検出して信号を出す少なくとも１つの検出器と、前記信号に応答してプラントの運転を変更する制御装置とを備えるプラントである。

【００１４】最後に本発明の主題は、空気成分を、典型的に他の空気成分を１または複数の吸着床に保持させることによって製造することへの、このようなプラントの応用である。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の他の特徴および利点を、
例示するために与えたが何ら限定を意味しない以下の実施形態の記載の中で、図面を参照して明らかにする。

【００１６】図１は、どちらか一方の側の圧力が大気圧である圧力スウィング吸着（ＶＰＳＡ（真空圧力スウィング吸着）と呼ばれる）による流体処理プラント１の全体の配置を示す。

【００１７】図示した例において、プラントは２つの吸着器Ａ、Ｂを備え、これらにはそれぞれ少なくとも１つの吸着床が充填されている。 吸着器Ａ、Ｂへの入口は、
バッファタンクＣを含む製造ライン２に接続され、また、分離すべきガス混合物（コンプレッサー４によって圧縮されている）を受け入れる取り入れライン３と排出ポンプ５に接続する排出ライン１４とに、もう１つのバルブの組を介して選択的に接続可能となっている。

【００１８】好ましくはコンプレッサー４は、ポンプ５
と同様に、複葉ロータ６を有し外部冷媒を使用しないいわゆるルーツタイプの回転形機であり、これは上述した
Roots-Hibonのドキュメンテーションに記載されている。 ルーツタイプは、コンプレッサー４の過圧が１．３
ｂａｒ以下であることが要求されポンプ５の真空が０．
６ｂａｒ未満を保つことが要求される、大気空気から酸素を製造するこのタイプのＶＰＳＡプラントに最も適している。 コンプレッサー４およびポンプ５は、電気モーターＭ１およびＭ２によって、それぞれ駆動される。

【００１９】本発明においては、図１に詳細に示されているように、少なくとも１つの近接検出器７が、１つのロータ６の一端（たとえば図２に示す例では軸方向の端）の付近で、ポンプ５またはコンプレッサー４のケーシング８中に設けられていて、検出器７の参照面とロータ端面との間のクリアランスｅを表わす信号を、中央制御ユニット９に送るようになっている。 こうして、回転形機がその速度およびいろいろな速度における動作時間に依存して膨張する効果が測定される。

【００２０】センサー７が出した信号は、中央制御ユニット９の比較器段階において、少なくとも１つの予め設定した参照値と比較される。 参照値は、プラント１の公称サイクルおよびユーザーがその場で課した速度変化に基づいて実験的に決定する。 この参照値によって表わされる閾値を超えると、ユニット９は信号１１、１２をコンプレッサーおよび／またはポンプ５に送って、その回転速度を一時的に下げ、および／またはそれらの停止時期の１つを早め、および／または圧縮機がそれほど強制的でない段階（a less stringent step）に移ることを早める。 これは、信号が閾値未満に戻るまで行われる。
このようにして、ユニット９に記録されたプラントの公称サイクル設定が一時的に「強制」される。

【００２１】好ましくは、また付随的に、回転形機４および５に課された付加的なむだ時間（dead times）を考慮するために、ユニット９は信号１３を種々の入口バルブおよび出口バルブにも送ることによってそれらの開／
閉を早め、ライン２における製造ガスパラメーターをほぼ一定に保つ。

【００２２】上述したRoots -Series C machine（出力が１８０ｍ ³ ／時未満、ロータ６の直径が０．３ｍ未満）のような圧縮機に対しては、ロータ用ドライブシャフトと反対側の圧縮機エンドプレート８内に磁気効果近接検出器７（たとえばMetrix Instrument社から販売されるもの）を、継続時間が６０秒未満のＶＰＳＡサイクルの場合には、圧縮機の公称動作に対応して約１．２５
ｍｍの制御距離ｅで組み込むことができる。 このようなＶＰＳＡサイクルとは、すなわち８９％を上回る純度の酸素を少なくとも１つのゼオライト系吸着床上に生成するために、圧縮段階および吸入段階が２５秒以下であるＶＰＳＡサイクルである。

【００２３】本発明を特定の実施形態について説明してきたが、それによって本発明は何ら限定されることはなく、請求の範囲の構成内において当業者が考え得る修正および変形が可能である。 特に、プロセスおよびプラントは、他のタイプのガス処理、たとえば吸着による合成ガスからの一酸化炭素または二酸化炭素の分離に、適用することができる。

【００２４】本発明は、一時的に過度に高い速度で動作することが、予期せずに強制される冷却式圧縮機にも適用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る圧力スウィング吸着による流体処理プラントの一例を概略的に示す図。

【図２】本発明に係る回転形圧縮機の１つの実施形態を示す部分断面図。

【符号の説明】

１…流体処理プラント ２…製造ライン ３…取り入れライン ４…コンプレッサー ５…排出ポンプ ６…複葉ロータ ７…近接検出器 ８…ケーシング ９…中央制御ユニット １１、１２、１３…信号 １４…排出ライン Ａ、Ｂ…吸着器 Ｃ…バッファタンク Ｍ１、Ｍ２…電気モーター

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ナタリー・ドゥリブトゥシャー フランス国、94220 シャルントン、リ ュ・アルフレッド・サブーレ、９ (72)発明者 クリスチアン・モネロー フランス国、75011 パリ、リュ・ドゥ・ シャロンヌ、159