特許 7473349 気体分離システム及び気体分離方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-15

(45)【発行日】2024-04-23

(54)【発明の名称】気体分離システム及び気体分離方法

(51)【国際特許分類】

   B01D 53/047 20060101AFI20240416BHJP

【ＦＩ】

B01D53/047

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2020016978

(22)【出願日】2020-02-04

(65)【公開番号】P2021122774

(43)【公開日】2021-08-30

【審査請求日】2023-01-23

(73)【特許権者】

【識別番号】502129933

【氏名又は名称】株式会社日立産機システム

(74)【代理人】

【識別番号】110001807

【氏名又は名称】弁理士法人磯野国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】信田 治彦

【審査官】河野 隆一朗

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－２７２３５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２３０８０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０６６４６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２１５０８８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０１Ｄ ５３／０２ － ５３／１２

Ｃ０１Ｂ ２１／０４

Ｃ０１Ｂ １３／０２

Ａ６１Ｍ １６／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数成分を含む混合気体から一部の気体成分を分離する気体分離システムであって、
前記混合気体を圧縮する圧縮機を含み、前記圧縮機によって圧縮された前記混合気体から圧力変動吸着法によって前記一部の気体成分を分離する圧力変動吸着装置と、
前記圧力変動吸着装置を収容する筐体と、
前記筐体の内部を冷却する冷却装置と、
前記圧縮機の温度に応じて前記冷却装置を制御する冷却制御部を含む制御装置と、を備え、
前記圧縮機の温度と前記圧縮機の運転状態とは、前記圧縮機の負荷が大きいほど前記圧縮機の温度が高くなる相関を有し、
前記冷却制御部は、前記運転状態に応じて、前記冷却装置を制御し、
前記制御装置は、運転される前記圧縮機の負荷が異なる複数の運転モードのうち、前記一部の気体成分に関する使用者の要求に応じてどの運転モードで前記圧縮機を運転するのかを決定する運転モード決定部を備え、
前記圧縮機の運転状態は、前記運転モード決定部によって決定された前記圧縮機の運転モードを含み、
前記運転モード決定部は、前記圧力変動吸着装置によって分離された前記一部の気体成分に対するセンサの測定値から把握される、前記一部の気体成分の純度に基づいて前記運転モードを決定する
気体分離システム。

【請求項2】

前記運転モード決定部は、前記一部の気体成分の要求使用量に基づいて前記運転モードを決定する
請求項１に記載の気体分離システム。

【請求項3】

前記圧縮機の温度を測定する第１温度センサを備え、
前記冷却制御部は、前記第１温度センサの測定値に基づき、前記冷却装置を制御する
請求項１に記載の気体分離システム。

【請求項4】

複数成分を含む混合気体から一部の気体成分を分離する気体分離システムであって、
前記混合気体を圧縮する圧縮機を含み、前記圧縮機によって圧縮された前記混合気体から圧力変動吸着法によって前記一部の気体成分を分離する圧力変動吸着装置と、
前記圧力変動吸着装置を収容する筐体と、
前記筐体の内部を冷却する冷却装置と、
前記圧縮機の温度に応じて前記冷却装置を制御する冷却制御部を含む制御装置と、を備え、
前記圧縮機は複数備えられ、
前記制御装置は、
前記圧縮機の異常を検知する検知部と、
前記複数の圧縮機のうちの一部の圧縮機の異常を検知したときに、前記一部の圧縮機の運転を停止するとともに残部の圧縮機によって混合気体を圧縮する強制圧縮部と、
前記一部の圧縮機の異常を検知したときに、前記冷却装置を強制的に運転する第１強制冷却部とを備える
気体分離システム。

【請求項5】

複数成分を含む混合気体から一部の気体成分を分離する気体分離システムであって、
前記混合気体を圧縮する圧縮機を含み、前記圧縮機によって圧縮された前記混合気体から圧力変動吸着法によって前記一部の気体成分を分離する圧力変動吸着装置と、
前記圧力変動吸着装置を収容する筐体と、
前記筐体の内部を冷却する冷却装置と、
前記圧縮機の温度に応じて前記冷却装置を制御する冷却制御部を含む制御装置と、
前記筐体の内部の温度を測定する第２温度センサと、を備え、
前記制御装置は、前記第２温度センサによる測定値が第１所定値以上のとき、前記圧縮機の温度によらず前記冷却装置を強制的に運転する第２強制冷却部を備える
気体分離システム。

【請求項6】

前記冷却装置は、
前記筐体の内部を空気調和する空気調和機、又は、
外気によって前記筐体の内部を換気する換気ファン
のうちの少なくとも何れか１つを含む
請求項１～５の何れか１項に記載の気体分離システム。

【請求項7】

前記冷却装置は、前記空気調和機によって空気調和された風又は前記換気ファンによって前記筐体に流入した外気を前記圧縮機に向けて送風可能に配置される
請求項６に記載の気体分離システム。

【請求項8】

複数成分を含む混合気体から一部の気体成分を分離する気体分離システムであって、
前記混合気体を圧縮する圧縮機を含み、前記圧縮機によって圧縮された前記混合気体から圧力変動吸着法によって前記一部の気体成分を分離する圧力変動吸着装置と、
前記圧力変動吸着装置を収容する筐体と、
前記筐体の内部を冷却する冷却装置と、
前記圧縮機の温度に応じて前記冷却装置を制御する冷却制御部を含む制御装置と、
前記筐体の内部の温度を測定する第２温度センサと、を備え、
前記冷却装置は換気ファンを含み、
前記制御装置は、前記第２温度センサによる測定値に基づき、前記換気ファンの運転を制御する換気制御部を備える
気体分離システム。

【請求項9】

前記換気制御部は、
前記第２温度センサによる測定値が高いほど前記換気ファンの回転数を増加させ、
前記第２温度センサによる測定値が低いほど前記換気ファンの回転数を低下させる
請求項８に記載の気体分離システム。

【請求項10】

前記圧縮機に向けて送風する送風機を備える
請求項１～５の何れか１項に記載の気体分離システム。

【請求項11】

前記制御装置は、クラウドサーバに前記気体分離システムの運転情報を送信する送信部を備える
請求項１～５の何れか１項に記載の気体分離システム。

【請求項12】

複数成分を含む混合気体から一部の気体成分を分離する気体分離方法であって、
運転される圧縮機の負荷が異なる複数の運転モードのうち、前記一部の気体成分に関する使用者の要求に応じてどの運転モードで前記圧縮機を運転するのかを決定する運転モード決定ステップと、
前記混合気体を圧縮する前記圧縮機によって圧縮された前記混合気体から、筐体に収容された、圧力変動吸着法による圧力変動吸着装置によって前記一部の気体成分を分離する圧力変動吸着ステップと、
前記筐体の内部を冷却する冷却装置を前記圧縮機の温度に応じて制御する冷却制御ステップを含み、
前記圧縮機の温度と前記圧縮機の運転状態とは、前記圧縮機の負荷が大きいほど前記圧縮機の温度が高くなる相関を有し、
前記冷却制御ステップでは、前記運転状態に応じて、前記冷却装置を制御し、
前記圧縮機の運転状態は、前記運転モード決定ステップで決定された前記圧縮機の運転モードを含み、
前記運転モード決定ステップでは、前記圧力変動吸着ステップで分離された前記一部の気体成分に対するセンサの測定値から把握される、前記一部の気体成分の純度に基づいて前記運転モードを決定する
気体分離方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、気体分離システム及び気体分離方法に関する。

【背景技術】

【0002】

圧力変動吸着法によって圧縮した混合気体から一部の気体を分離する圧力変動吸着装置が知られている。特許文献１には、窒素を選択的に吸着し得る吸着剤を充填した吸着床、圧縮空気を吸着床に送るための空気圧縮手段、該圧縮手段を冷却するための送風手段、設置環境温度及び／又は圧縮空気温度を検出する温度検出手段を備えてなる圧力変動吸着型酸素濃縮装置において、検出された該設置環境温度又は圧縮空気温度のいずれかに基づいて圧縮空気が酸素濃度条件と対応する所定の目標温度となるように上記送風手段の駆動を制御する駆動制御手段を備えたことを特徴とする圧力変動吸着型酸素濃縮装置が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００４－１８３１３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

例えば、圧力変動吸着装置の屋外への設置の際、圧力変動吸着装置への風雨の影響を避けるため、圧力変動吸着装置が筐体に収容される。圧力変動吸着装置では、運転中における圧縮機の負荷が大きく、発熱量も大きい。このため、圧縮機から発せられた熱が筐体に籠り、圧縮機が放熱し難くなる。この結果、運転中の圧縮機の温度によっては圧縮機の運転が不安定になり、圧力変動吸着装置の信頼性が低下する。

【0005】

本発明が解決しようとする課題は、信頼性を向上可能な気体分離システム及び気体分離方法の提供である。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、複数成分を含む混合気体から一部の気体成分を分離する気体分離システムであって、前記混合気体を圧縮する圧縮機を含み、前記圧縮機によって圧縮された前記混合気体から圧力変動吸着法によって前記一部の気体成分を分離する圧力変動吸着装置と、前記圧力変動吸着装置を収容する筐体と、前記筐体の内部を冷却する冷却装置と、前記圧縮機の温度に応じて前記冷却装置を制御する冷却制御部を含む制御装置と、を備え、前記圧縮機の温度と前記圧縮機の運転状態とは、前記圧縮機の負荷が大きいほど前記圧縮機の温度が高くなる相関を有し、前記冷却制御部は、前記運転状態に応じて、前記冷却装置を制御し、前記制御装置は、運転される前記圧縮機の負荷が異なる複数の運転モードのうち、前記一部の気体成分に関する使用者の要求に応じてどの運転モードで前記圧縮機を運転するのかを決定する運転モード決定部を備え、前記圧縮機の運転状態は、前記運転モード決定部によって決定された前記圧縮機の運転モードを含み、前記運転モード決定部は、前記圧力変動吸着装置によって分離された前記一部の気体成分に対するセンサの測定値から把握される、前記一部の気体成分の純度に基づいて前記運転モードを決定する気体分離システムに関する。その他の解決手段は発明を実施するための形態において後記する。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、信頼性を向上可能な気体分離システム及び気体分離方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１実施形態に係る気体分離システムのブロック図である。

【図2】第１実施形態に係る気体分離システムに備えられる制御装置のブロック図である。

【図3】第１実施形態に係る気体分離方法を示すフローチャートである。

【図4】第２実施形態に係る気体分離システムのブロック図である。

【図5】第２実施形態に係る気体分離システムに備えられる制御装置のブロック図である。

【図6】第３実施形態に係る気体分離システムに備えられる制御装置のブロック図である。

【図7】第４実施形態に係る気体分離システムに備えられる制御装置のブロック図である。

【図8】第５実施形態に係る気体分離システムに備えられる制御装置のブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明を実施するための形態（本実施形態）を説明する。ただし、本発明は以下の内容及び図示の内容になんら限定されず、本発明の効果を著しく損なわない範囲で任意に変形して実施できる。本発明は、異なる実施形態同士を組み合わせて実施できる。以下の記載において、異なる実施形態において同じ部材については同じ符号を付し、重複する説明は省略する。また、同じ機能のものについては同じ名称を使用し、重複する説明は省略する。

【0010】

図１は、第１実施形態に係る気体分離システム１のブロック図である。気体分離システム１は、複数成分を含む混合気体から一部の気体を分離するものである。図示の例では、混合気体は例えば空気であり、一部の気体成分は例えば窒素ガスである。気体分離システム１は、例えば屋外に設置される。

【0011】

気体分離システム１は、圧力変動吸着装置２と、筐体３と、冷却装置７と、制御装置５０とを備える。圧力変動吸着装置２は、圧縮機４（後記する）によって圧縮された混合気体から圧力変動吸着法によって一部の気体成分を分離するものである。圧力変動吸着装置２は、混合気体供給ユニット２Ａ及び圧力変動吸着ユニット２Ｂを備える。

【0012】

気体分離システム１は、混合気体供給ユニット２Ａに、圧縮機４、電動モータ９、インバータ回路１０及び空気槽５を備える。圧縮機４は混合気体を圧縮するものである。圧縮機４は、圧縮機本体８と、圧縮機本体８に接続された電動モータ９と、電動モータ９に接続されたインバータ回路１０とを備える。圧縮機本体８では、電動モータ９の駆動により、混合気体が圧縮される。混合気体の圧縮制御は、インバータ回路１０による回転数制御によって行われる。なお、圧縮機４は例えば圧力開閉器式であってもよい。圧縮機４によって圧縮された空気は、空気槽５に貯留される。

【0013】

気体分離システム１は、混合気体供給ユニット２Ａに、圧縮機４の温度を測定する第１温度センサ６２ａを備える。第１温度センサ６２ａは、圧縮機４に備え付けられる。第１温度センサ６２ａの測定値は、クラウドサーバ１０２（後記する）に送信される。

【0014】

気体分離システム１は、混合気体供給ユニット２Ａに、筐体３（後記する）の内部の温度を測定する第２温度センサ６２ｂを備える。第２温度センサ６２ｂは、混合気体供給ユニット２Ａに形成された通風口２０の付近において、混合気体供給ユニット２Ａの内部に備えられる。第２温度センサ６２ｂによって筐体３からの吸込温度を測定することで、第２温度センサ６２ｂによって筐体３（後記する）の内部の温度を測定できる。第２温度センサ６２ｂの測定値は、クラウドサーバ１０２（後記する）に送信される。

【0015】

気体分離システム１は、圧力変動吸着ユニット２Ｂに、吸着槽１９、窒素槽４１、酸素センサ４６及び流量センサ４５を備える。吸着槽１９は、圧縮機４によって圧縮された混合気体が供給され、圧力変動吸着法に基づき残部の気体を吸着し、一部の気体成分を得るものである。吸着槽１９は吸着槽１９ａ，１９ｂを含み、吸着槽１９ａ，１９ｂを切り替えながら吸着することで、連続的に一部の気体成分が得られる。得られた一部の気体成分は窒素槽４１に貯留される。

【0016】

窒素槽４１に貯留された一部の気体成分は、酸素センサ４６を用いて純度が所定以上であることを確認した後、窒素ガスの使用者（図示しない）に供給される。具体的には、酸素センサ４６によって酸素濃度が所定値未満であることを確認することで、間接的に窒素ガスの純度を確認できる。窒素ガスの使用量（供給量）は、使用者が必要とする要求使用量に応じて流量センサ４５に基づいて制御される。

【0017】

気体分離システム１は、圧力変動吸着ユニット２Ｂに、圧力変動吸着ユニット２Ｂの内部の温度を測定する第３温度センサ６２ｃを備える。第３温度センサ６２ｃによって吸着槽１９の温度を測定でき、吸着槽１９での吸着のし易さを評価できる。第３温度センサ６２ｃの測定値は、クラウドサーバ１０２（後記する）に送信される。

【0018】

気体分離システム１は、圧力変動吸着ユニット２Ｂに、圧力変動吸着装置２による混合気体の分離制御を行う分離制御部５１（図２参照）を含む制御装置５０を備える。分離制御部５１は、窒素ガスが所定の純度及び流量になるように、圧力変動吸着装置２に備えられるインバータ回路１０、弁（図示しない）等を制御する。制御装置５０は、いずれも図示はしないが、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、Ｉ／Ｆ（インターフェイス）等を備えて構成される。そして、制御装置５０は、ＲＯＭに格納されている所定の制御プログラムがＣＰＵによって実行されることにより具現化される。

【0019】

筐体３は、圧力変動吸着装置２を収容するものである。筐体３は、圧力変動吸着装置２を収容可能な大きさに構成され、例えば作業員が筐体３に出入り可能な扉（図示しない）を備える。扉を通じて作業員が筐体３の内部に入ることで、筐体３の内部で例えば作業員が圧力変動吸着装置２を操作又は確認できる。また、筐体３を備えることで、例えば屋外に設置された圧力変動吸着装置２への風雨の影響を抑制できる。

【0020】

冷却装置７は、筐体３の内部を冷却するものである。冷却装置７を備えることで、筐体３の内部の温度（室温）を低下できる。これにより、圧縮機４から筐体３への放熱を促進でき、圧縮機４の安定性を向上できる。

【0021】

冷却装置７は、いずれも図示しないが、例えば、筐体３の内部を空気調和する空気調和機、又は、外気によって筐体３の内部を換気する換気ファンのうちの少なくとも何れか１つを含む。空気調和機又は換気ファンのうちの少なくとも１つ（従って２つでもよい）を含むことで、圧縮機４からの放熱によって高温になった筐体３の内部の温度を空気調和された風又は外気によって低下できる。空気調和機の設置形態としては、例えば、筐体３の内部に空気調和機を設置（定置型又は可動型のいずれでもよい）する形態が挙げられる。より具体的には、例えば、圧縮機４を冷却するために混合気体供給ユニット２Ａに形成された通風口２０に風を流し込むように設置した形態が挙げられる。また、換気ファンの設置形態としては、例えば、筐体３の天井又は側壁に換気ファンを設置する形態が挙げられる。

【0022】

冷却装置７は、冷却装置７を構成する空気調和機によって空気調和された風、又は、冷却装置７を構成する換気ファンによって筐体３に流入した外気を圧縮機４に向けて送風可能に配置される。圧縮機４に向けて送風された風は、圧縮機４に接触してもよく、接触しなくてもよい。圧縮機４に接触する場合とは、例えば空気調和機であれば空気調和機から吹き出した風が、圧縮機４にそのままに接触することをいう。これにより、冷却装置７によって筐体３の内部の温度を低下できるとともに、圧縮機４の温度も低下させ易くできる。

【0023】

一方で、圧縮機４に接触しない場合とは、例えば空気調和機であれば空気調和機から圧縮機４の方向に吹き出された風が、圧縮機４を収容した混合気体供給ユニット２Ａの壁面（図示しない）のうちの圧縮機４の付近の壁面に吹き付けられる場合である。これにより、冷却装置７によって筐体３の内部の温度を低下できるとともに、圧縮機４の付近の壁面の温度も低下させ易くできる。圧縮機４の熱は混合気体供給ユニット２Ａの壁面のうちの圧縮機４の付近の壁面に伝達するため、圧縮機４の付近の壁面の温度を低下させることで放熱を促進でき、圧縮機４の温度も低下させ易くできる。

【0024】

なお、圧縮機４を収容した混合気体供給ユニット２Ａの壁面（図示しない）のうちの圧縮機４の付近の壁面に通風口２０を設け、通風口２０に向けて風又は外気を送風してもよい。このようにすることで、通風口２０を通じて、風又は外気を圧縮機４に流すことができる。

【0025】

気体分離システム１は、圧縮機４に向けて送風する送風機（図示しない）を備えることが好ましい。ここでいう「圧縮機４に向けて」の意味は、上記冷却装置７で説明した事項と同義である。送風機を備えることで、圧縮機４の放熱を促進できる。

【0026】

制御装置５０は、圧縮機４の温度に応じて冷却装置７を制御する冷却制御部５４を含むものである。なお、図示の例では、制御装置５０は、上記のように、圧力変動吸着装置２による混合気体の分離制御を行う分離制御部５１も含む。制御装置５０について、図２を参照しながら説明する。

【0027】

図２は、第１実施形態に係る気体分離システム１に備えられる制御装置５０のブロック図である。制御装置５０は、上記の分離制御部５１のほか、情報取得部５２、運転モード決定部５３、冷却制御部５４及び送信部５５を備える。

【0028】

情報取得部５２は、気体分離システム１の運転情報を気体分離システム１から取得するものである。運転情報は、例えば、入力装置６０（例えばキーボード、マウス）を介して使用者が入力した窒素ガスの要求使用量、酸素センサ４６、流量センサ４５、第１温度センサ６２ａ、第２温度センサ６２ｂ、第３温度センサ６３ｃの各センサによる測定値等を含む。

【0029】

運転モード決定部５３は、運転される圧縮機４（図１参照）の負荷が異なる複数の運転モードのうち、一部の気体成分（図示の例では窒素ガス）に関する使用者の要求に応じてどの運転モードで圧縮機４を運転するのかを決定するものである。決定された運転モードは分離制御部５１に送信され、分離制御部５１は、決定された運転モードとなるように圧縮機４を制御する。

【0030】

例えば、使用者による窒素ガスの要求使用量が多い場合、多くの酸素ガスの吸着によって多くの窒素ガスを分離するため、圧縮機４での負荷が大きくなる。一方で、使用者による窒素ガスの要求使用量が多くない場合、それほど多くの酸素ガスを吸着しなくてもよいため、圧縮機４での負荷が小さくなる。

【0031】

このように、窒素ガスの要求使用量と圧縮機４の負荷との間には相関がある。そこで、運転モード決定部５３は、一部の気体成分の要求使用量に基づいて運転モードを決定する。具体的には、まず、運転モード決定部５３は、入力装置６０を介して入力された要求使用量に応じて、圧縮機４の負荷をどの程度とするのかを判断する。そして、運転モード決定部５３は、判断された負荷となる運転モードを決定する。

【0032】

例えば、運転モード決定部５３は、一部の気体成分の要求使用量が多いほど大きな負荷の運転モードを決定し、一部の気体成分の要求使用量が少ないほど小さな負荷の運転モードを決定する。より具体的には、例えば、（１）要求使用量がＶ１以上Ｖ２以下のときには圧縮機４による最高圧力をＰ０で運転するようにし、（２）要求使用量がＶ２以上Ｖ３以下のときには圧縮機４による最高圧力をＰ１（ただしＰ０＜Ｐ１）で運転するようにし、（３）要求使用量がＶ３以上Ｖ４以下のときには圧縮機４による最高圧力をＰ２（ただしＰ１＜Ｐ２）で運転するようにできる。例えば（２）において、圧縮により圧力Ｐ１に到達するまでの時間を、（３）における圧力Ｐ１に到達するまでの時間よりも長くすることで、（２）において圧縮量の低減及び圧縮機４の負荷低減を図ることができる。この点は（１）においても同様である。

【0033】

要求使用量に基づいて運転モードを決定することで、使用者の要求使用量に起因して変化する圧縮機４の温度を評価でき、効率的に筐体３の内部を冷却できる。

【0034】

また、運転モード決定部５３は、一部の気体成分の純度に基づいて運転モードを決定する。具体的には、まず、運転モード決定部５３は、酸素センサ４６の測定値から把握される純度に応じて、圧縮機４の負荷をどの程度とするのかを判断する。例えば、気体分離システム１で分離される一部の気体成分の純度についての仕様値が９９％である場合、酸素センサ４６の測定値から把握される純度が９９％を超えていれば、純度が過剰であるといえる。そこで、この場合には、圧縮機４による圧縮効率を低下（ただし仕様値以上とする）させることで、圧縮機４の負荷を小さくできる。一方で、酸素センサ４６の測定値から把握される純度が９９％を下回っていれば、純度が不足するといえる。そこで、この場合には、圧縮機４による圧縮効率を上昇させることで、圧縮機４の負荷が大きくなる。

【0035】

このように、窒素ガスの純度と圧縮機４の負荷との間には相関がある。そこで、運転モード決定部５３は、上記のように、一部の気体成分の純度に基づいて運転モードを決定する。例えば、運転モード決定部５３は、一部の気体成分の純度が高いほど少ない負荷の運転モードを決定し、一部の気体成分の純度が低いほど高い負荷の運転モードを決定する。

【0036】

より具体的には、例えば、（４）純度がＶ１以上Ｖ２以下のときには圧縮機４による最高圧力をＰ３で運転するようにし、（５）純度がＶ２以上Ｖ３以下のときには圧縮機４による最高圧力をＰ４（ただしＰ３＞Ｐ４）で運転するようにし、（６）要求使用量がＶ３以上Ｖ４以下のときには圧縮機４による最高圧力をＰ５（ただしＰ４＞Ｐ５）で運転するようにできる。例えば（５）において、圧縮により圧力Ｐ４に到達するまでの時間を、（４）における圧力Ｐ４に到達するまでの時間よりも長くすることで、（５）において圧縮量の低減及び圧縮機４の負荷低減を図ることができる。この点は（６）においても同様である。

【0037】

冷却制御部５４は、圧縮機４の温度に応じて、冷却装置７を制御するものである。ただし、冷却装置７は、圧縮機４の温度そのものに応じて制御されてもよく、間接的に圧縮機の温度を評価可能な別の指標に応じて制御されてもよい。図１及び図２に示す例では、圧縮機４の温度に直接的に基づかず、冷却制御部５４は、圧縮機４の温度と相関を有する指標である圧縮機４の運転状態に応じて、冷却装置７を制御する。ここでいう相関とは、温度と運転状態（図示の例では運転モード）とが一対一の関係で厳密に対応する必要はないし、正の相関でも負の相関でもよい。例えば、運転状態の変化に追従して同様の傾向で温度が変化するような関係であればよい。圧縮機４の運転状態に応じて冷却装置７を制御することで、温度変化を生じさせる圧縮機４の挙動に基づいて冷却装置７を制御できる。

【0038】

冷却装置７の制御に使用される圧縮機４の運転状態は、運転モード決定部５３によって決定された圧縮機４の運転モードを含む。圧縮機４の負荷が異なる運転モードに応じて冷却装置７を制御することで、温度変化を生じさせる圧縮機４の負荷に基づいて冷却装置７を制御できる。

【0039】

送信部５５は、ネットワーク１０１を介して、クラウドサーバ１０２に気体分離システム１の運転情報を送信するものである。ここでいう運転情報は、例えば情報取得部５２によって取得された運転情報のほか、運転モード決定部５３によって決定された運転モードを含む。送信部５５を含むことで、使用者が遠隔端末１０３の操作によりクラウドサーバ１０２から運転情報を取得することで、遠隔地の使用者が気体分離システム１の運転状態を把握できる。

【0040】

遠隔端末１０３は、例えば、スマートフォン、タブレット端末等の携帯情報端末、パーソナルコンピュータ等である。遠隔端末１０３の画面には、例えば、各運転情報の数値、グラフ化された運転情報等が表示される。また、例えば、気体分離システム１（具体的には例えば圧縮機４等）に異常が生じた場合には、遠隔端末１０３の画面に異常が発生した旨の例えばポップアップが表示される。

【0041】

図３は、第１実施形態に係る気体分離方法を示すフローチャートである。第１実施形態に係る気体分離方法は、複数成分を含む混合気体から一部の気体を分離するものである。図３に示すフローチャートは、図１に示す気体分離システム１において、図２に示す制御装置５０によって実行できる。そこで、図３の説明は、図１及び図２を併せて参照しながら行う。

【0042】

分離制御部５１は、混合気体を圧縮する圧縮機４によって圧縮された混合気体から、筐体３に収容された圧力変動吸着装置２によって一部の気体成分を分離する（圧力変動吸着ステップＳ１）。このとき、情報取得部５２は、例えば、入力装置６０によって入力された窒素ガスの要求使用量、及び、酸素センサ４６により把握される純度に関する運転情報を取得する。運転情報は、送信部５５を介してクラウドサーバ１０２に送信される。そして、窒素ガスの要求使用量及び純度のいずれも変化しなければ（ステップＳ２のＮｏ）、一定負荷での圧縮機４の運転モードによって筐体３の内部温度は一定に維持できていると判断し、圧力変動吸着ステップＳ１が繰り返される。

【0043】

一方で、窒素ガスの要求使用量又は純度の少なくとも一方が変化すれば（ステップＳ２のＹｅｓ）、圧縮機４の運転モード変更により、要求使用量及び仕様値に対応させた窒素ガスの製造が行われる。そこで、運転モード決定部５３は、変化した要求使用量又は純度に基づき、圧縮機４の運転モードを決定する（運転モード決定ステップＳ３）。具体的な決定方法は、制御装置５０の説明での内容と同じである。決定された運転モードは、送信部５５を介してクラウドサーバ１０２に送信される。

【0044】

分離制御部５１は、決定された運転モードになるように、圧縮機４の運転モードを制御する（圧縮機制御ステップＳ４）。また、冷却制御部５４は、運転モード決定部５３によって決定された運転モードに応じて、冷却装置７を制御する（冷却制御ステップＳ５）。即ち、圧縮機４の運転モードは、上記のように圧縮機４の温度と相関を有する。従って、図示の例では、冷却制御部５４は、圧縮機４の温度を間接的に表す運転モードに応じて冷却装置７を制御する。

【0045】

冷却装置７の制御は、例えばオンオフを切り替えるだけの制御でもよく、筐体３の内部の温度の制御でもよい。筐体３の内部の温度の制御を行う場合、冷却装置７の駆動によって、例えば、圧縮機４を十分に放熱可能な筐体３の内部温度の所定値になるように、筐体３の内部の温度を制御できる。具体的には、冷却装置７が例えば空気調和機であれば設定温度の変更、冷却装置７が例えば換気ファンであれば外気の取り込み量制御である。この場合、分離制御部５１は、例えば第２温度センサ８２ｂによるフィードバック制御を行うことができる。

【0046】

以上の気体分離システム１及び気体分離方法によれば、圧縮機４の温度を間接的に表す運転モードに応じた冷却装置７の制御により、筐体３の内部の温度を制御できる。これにより、圧縮機４の負荷が大きく発熱量が多くなった場合でも、筐体３の内部に熱が籠ることを抑制できる。これにより、圧縮機４からの放熱を促進でき、圧縮機４の過度の温度上昇を抑制できる。この結果、圧縮機４を安定して運転でき、圧力変動吸着装置２の信頼性を向上できる。

【0047】

図４は、第２実施形態に係る気体分離システム１１１のブロック図である。気体分離システム１１１は、以下の点以外は気体分離システム１（図１参照）と同じである。従って、重複する説明は省略する。

【0048】

気体分離システム１（図１参照）は一台の圧縮機４を備え、圧縮機４の回転数制御によって窒素ガスの製造量が制御されていた。しかし、図４に示す気体分離システム１１１では、圧縮機４は、複数の単位圧縮機４ａ，４ｂ，４ｃを含む。単位圧縮機４ａ，４ｂ，４ｃは、それぞれ、単位圧縮機本体８ａ，８ｂ，８ｃと、単位圧縮機本体８ａ，８ｂ，８ｃのそれぞれに接続された電動モータ９ａ，９ｂ，９ｃとを含む。電動モータ９ａ，９ｂ，９ｃは、気体分離システム１の電動モータ９とは異なり、一定の回転数で駆動する。

【0049】

気体分離システム１１１は、単位圧縮機４ａ，４ｂ，４ｃへの空気の流通を制御する弁６を備える。弁６は、単位圧縮機４ａへの空気の流通を制御する弁６ａと、単位圧縮機４ｂへの空気の流通を制御する弁６ｂと、単位圧縮機４ｃへの空気の流通を制御する弁６ｃとを含む。弁６は、制御装置７０の分離制御部５１（図５参照）によって制御される。

【0050】

図５は、第２実施形態に係る気体分離システム１１１に備えられる制御装置７０のブロック図である。制御装置７０は、検知部５６、強制圧縮部５７及び第１強制冷却部５８を備える。検知部５６は、圧縮機４の異常を検知するものである。検知部５６は、図示の例では単位圧縮機４ａ，４ｂ，４ｃの制御回路（図示しない）に接続され、検知部５６は制御回路を監視することで単位圧縮機４ａ，４ｂ，４ｃの異常を検知する。圧縮機４に異常が生じた旨、及び、どの単位圧縮機４ａ，４ｂ，４ｃに異常が生じたのか、との運転情報は、送信部５５によってクラウドサーバ１０２に送信される。

【0051】

強制圧縮部５７は、複数の単位圧縮機４ａ，４ｂ，４ｃのうちの一部の単位圧縮機４ａ，４ｂ，４ｃの異常を検知したときに、一部の単位圧縮機４ａ，４ｂ，４ｃの運転を停止するとともに残部の単位圧縮機４ａ，４ｂ，４ｃによって混合気体を圧縮するものである。例えば、検知部５６が単位圧縮機４ａの異常を検知したとき、そのときの圧縮機４の運転モードにかかわらず、強制圧縮部５７は、分離制御部５１によって弁６ａを閉弁するとともに単位圧縮機４ａの運転を停止する。さらに、強制圧縮部５７は、分離制御部５１によって弁６ｂ，６ｃを開弁するとともに単位圧縮機４ｂ，４ｃを運転する。これにより、異常が生じた単位圧縮機４ａの運転が停止されるとともに異常が生じていない単位圧縮機４ｂ，４ｃによって混合気体が圧縮され、気体分離システム１１１の運転停止を抑制できる。

【0052】

第１強制冷却部５８は、一部の単位圧縮機４ａ，４ｂ，４ｃの異常を検知したときに、冷却装置７を強制的に運転するものである。単位圧縮機４ａ，４ｂ，４ｃの一部に異常が生じた場合、上記のように残部の単位圧縮機４ａ，４ｂ，４ｃによって混合気体が圧縮される。このとき、残部の単位圧縮機４ａ，４ｂ，４ｃは、例えば負荷が最も大きくなる運転モードで運転される。このため、残部の単位圧縮機４ａ，４ｂ，４ｃを含む圧縮機４の全体からの発熱量が大きくなることが予想される。そこで、第１強制冷却部５８は、このような場合に冷却装置７を強制的に運転する。冷却装置７の運転方法は、具体的には例えば気体分離システム１と同様である。

【0053】

検知部５６、強制圧縮部５７及び第１強制冷却部５８を備えることで、正常な残部の単位圧縮機４ａ，４ｂ，４ｃからの発熱量が増えた場合であっても、筐体３の内部の温度を低下させることで残部の単位圧縮機４ａ，４ｂ，４ｃから筐体３の内部への放熱を促進できる。これにより、正常な残部の単位圧縮機４ａ，４ｂ，４ｃの安定性を向上でき、気体分離システム１１１の信頼性を向上できる。また、正常な残部の単位圧縮機４ａ，４ｂ，４ｃによって一部の気体成分の製造が継続されるため、気体分離システム１１１の運転停止を抑制できる。

【0054】

図６は、第３実施形態に係る気体分離システム（図示しない）に備えられる制御装置７１のブロック図である。制御装置７１は、上記の気体分離システム１（図１参照）の制御装置５０に代えて気体分離システム１に適用可能である。従って、図示の簡略化のため、制御装置７１を備える気体分離システムの図示は省略する。

【0055】

制御装置７１は、第２温度センサ６２ｂ（図１参照）による測定値が第１所定値以上のとき、圧縮機４の温度によらず冷却装置７を強制的に運転する第２強制冷却部５９を備える。第２強制冷却部５９を備えることで、例えば夏場等の暑い時期、筐体３の内部温度が第１所定値を超えたときには強制的に冷却装置７を運転し、筐体３の内部を冷却できる。これにより、圧縮機４から筐体３の内部への放熱を促進でき、圧縮機４の安定性を向上できる。この結果、制御装置７１を備える気体分離システムの信頼性を向上できる。

【0056】

図７は、第４実施形態に係る気体分離システムに備えられる制御装置７２のブロック図である。制御装置７２は、上記の気体分離システム１（図１参照）の制御装置５０に代えて気体分離システム１に適用可能である。従って、図示の簡略化のため、制御装置７２を備える気体分離システムの図示は省略する。

【0057】

制御装置７２を備える気体分離システムにおいて、冷却装置７は換気ファン（図示しない）を含む。ただし、冷却装置７は、換気ファン以外の冷却装置（例えば空気調和機）を含んでもよい。換気ファンは、インバータ回路（図示しない）によって回転数制御される。制御装置７２は、第２温度センサ６２ｂによる測定値に基づき、冷却装置７を構成する換気ファンの運転を制御（例えばフィードバック制御）する換気制御部６４を備える。換気制御部６４を備えることで、筐体３の内部の温度に基づき、筐体３の内部への外気の取り込み量を制御できる。

【0058】

換気制御部６４は、第２温度センサ６２ｂによる測定値が高いほど換気ファンの回転数を増加させ、第２温度センサ６２ｂによる測定値が低いほど換気ファンの回転数を低下させる。このようにすることで、筐体３の内部の温度が高いときには多くの外気を取り込んで速やかに温度を低下でき、筐体３の内部の温度がそれほど高くないときには少ない外気を取り込んで緩やかに温度を低下できる。これにより、筐体３の内部温度の十分な低下及び省エネルギ効果を両立できる。

【0059】

図８は、第５実施形態に係る気体分離システムに備えられる制御装置７３のブロック図である。制御装置７２は、上記の気体分離システム１（図１参照）の制御装置５０に代えて気体分離システム１に適用可能である。従って、図示の簡略化のため、制御装置７３を備える気体分離システムの図示は省略する。

【0060】

制御装置７３を構成する冷却制御部５４は、第１温度センサ６２ａの測定値に基づき、冷却装置７を制御する。第１温度センサ６２ａは上記のように圧縮機４の温度を測定する。従って、冷却制御部５４は、第１温度センサ６２ａによって測定された圧縮機４の温度に基づき、冷却装置７を制御する。具体的には例えば、圧縮機４の温度が高いときには筐体３の内部の温度を低くして、圧縮機４の放熱が促進される。一方で、圧縮機４の温度がそれほど高くないときには、筐体３への放熱を促進しなくても、圧縮機４の安定性に大きな影響はないと考えられる。このように、冷却制御部５４を備えることで圧縮機４の温度を直接把握し、圧縮機４の安定性を向上でき、制御装置７３を備える気体分離システムの信頼性を向上できる。

【0061】

以上で、実施例を説明したが、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。即ち、上記の実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、実施例の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。

【符号の説明】

【0062】

１，１１１ 気体分離システム
１０２ クラウドサーバ
２ 圧力変動吸着装置
３ 筐体
４ 圧縮機
４ａ，４ｂ，４ｃ 単位圧縮機
５０，７１，７２，７３，７４ 制御装置
５１ 分離制御部
５２ 情報取得部
５３ 運転モード決定部
５４ 冷却制御部
５５ 送信部
５６ 検知部
５７ 強制圧縮部
５８ 第１強制冷却部
５９ 第２強制冷却部
６２ａ 第１温度センサ
６２ｂ 第２温度センサ
６４ 換気制御部
７ 冷却装置
Ｓ１ 圧力変動吸着ステップ
Ｓ３ 運転モード決定ステップ
Ｓ４ 圧縮機制御ステップ
Ｓ５ 冷却制御ステップ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】