JP2000084344A - 気体分離装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明はガス分離膜の性能低下を正確に検出
することを課題とする。 【解決手段】 窒素ガス発生装置１１は、ガス分離膜か
らなる膜モジュール１２，１３を用いて窒素ガスを分離
生成するよう構成されている。制御回路４２は、酸素濃
度計４１により検出した酸素濃度Ｎ、吐出窒素ガス流
量、温度センサ２８により測定された温度Ｔに基づいて
演算処理及び酸素濃度計４１により検出した現在の酸素
濃度Ｎａと初期状態の酸素濃度Ｎｂとを比較して膜モジ
ュール１２，１３の交換時期の判定処理を行う。酸素濃
度ＮａとＮｂとの濃度差が所定以上であれば、膜モジュ
ール１２，１３の状態を異常と判定し、膜モジュール１
２，１３が交換時期に達したことを液晶ディスプレイ
（ＬＣＤ）等に表示して報知する。このように、交換時
期に達したことを確認できるので、直ちに膜モジュール
１２，１３を交換することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は気体分離装置に係
り、例えば空気から窒素ガスを分離するガス分離膜に空
気圧縮機より圧縮空気を供給して窒素ガスを取り出すよ
う構成された気体分離装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に窒素ガス発生装置における窒素ガ
ス分離方法には、深冷分離式、ＰＳＡ式や膜分離
式等がある。 深冷分離式の窒素ガス分離方法では、空気を冷却して
液化し、液化温度の違いにより窒素と酸素及びその他の
ガスを分離する方法である。

【０００３】ＰＳＡ式は、窒素と酸素の吸着剤に対す
る吸脱着速度差を利用して分離する方法である。このＰ
ＳＡ式の場合、小型化も可能であり、窒素ボンベの代替
えとして酸素を嫌う食品の充填剤として利用されている
が、機器構成や制御が複雑になる。 膜分離式は、多数の中空糸が充填された膜モジュール
に空気を通気すると、中空糸を透過し易い酸素と透過し
にくい窒素とに分離することができる。この膜分離式
は、上記ＰＳＡ式のものよりもさらに小型化が可能であ
るが、同容量のＰＳＡ式のものに比べて取り出される窒
素ガスの純度は若干低くなる。

【０００４】上記従来の深冷分離式の窒素ガス分離方法
では、大量に処理できる利点はあるが、冷却等に多くの
エネルギを要するため、ガスを取り扱うガスメーカの大
規模プラントなどでしか採用できない。また、上記従来
の空気圧縮機を利用したＰＳＡ式のものは、吸着槽へ圧
縮空気を供給して窒素と酸素に分離させる構成であり、
窒素ガス取り出し後には吸着槽内のガスを排気して吸着
剤を再生させる必要がある。そのため、各吸着槽の給気
側及び排気側に電磁弁を設け、複数の電磁弁を各工程毎
に開閉制御しなればならない。

【０００５】これに対し、膜分離式のものは、空気圧縮
機と膜モジュールのみという簡単な構成となるため、装
置の小型化や低価格化が図れると共に、高純度を必要と
しない使用方法に好適である。そのため、膜分離式の気
体分離装置の開発が促進されている。しかしながら、上
記膜分離式の気体分離装置では、窒素の分離性能を膜モ
ジュールの性状に依存しており、膜モジュールへ供給さ
れる原料空気の性状（例えば、流量、圧力、含水量、温
度など）により製品ガスとしての窒素ガス濃度が変化す
る。また、膜モジュールは、使用頻度に応じて気体分離
性能が低下する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の膜分離式の気体
分離装置においては、膜モジュールにより生成された製
品ガスの酸素濃度を濃度センサで検出するように構成さ
れているので、検出された酸素濃度から製品ガスの窒素
濃度を求めることができるが、膜モジュールへの空気供
給量や取り出し量や、供給圧力等の条件によって窒素濃
度が変化するため直接的に膜モジュールの気体分離性能
の低下を検知することができなかった。

【０００７】ところが、膜モジュールは吸着剤等に比べ
て気体分離性能が低下した場合、膜モジュールの交換作
業等を行う必要がある。その場合、膜モジュールの使用
条件によらず膜モジュールの性能低下を判断してメンテ
ナンスを行うようにしなければならないが、窒素濃度が
膜モジュールへの空気供給量や取り出し量や、供給圧力
等の条件に応じて変化するため、単に膜モジュールから
取り出された窒素濃度を検出しても膜モジュールの性能
低下を正確に測ることができない。従って、濃度センサ
による濃度検出結果だけでは、膜モジュールの性能低下
を正確に判断することが難しかった。

【０００８】そこで、本発明は上記問題を解決した気体
分離装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は以下のような特徴を有する。上記請求項１
記載の発明は、空気を製品ガスと当該製品ガス以外のガ
スとに分離するガス分離膜に空気圧縮機の空気タンクか
らの圧縮空気を供給し、該ガス分離膜から製品ガスを取
り出す気体分離装置において、前記ガス分離膜より取り
出された前記製品ガスの濃度を検出するガス濃度検出手
段と、前記ガス分離膜が初期状態での前記製品ガスの生
成量とガス濃度との関係から当該製品ガスの初期濃度値
を算出する初期濃度算出手段と、該初期濃度算出手段に
より算出された初期濃度値と前記ガス濃度検出手段によ
り測定された濃度値とを比較して濃度差を算出する比較
手段と、該比較手段により算出された濃度差が所定値以
上となったとき前記ガス分離膜が交換時期であることを
報知する報知手段と、を備えてなることを特徴とするも
のである。

【００１０】従って、上記請求項１記載の発明によれ
ば、初期濃度算出手段により算出された当該製品ガスの
初期濃度値とガス濃度検出手段により測定された濃度値
とを比較して濃度差を算出し、この濃度差が所定値以上
となったときガス分離膜が交換時期であることを報知す
るため、ガス分離膜の気体分離性能が所定以上に低下し
たことを正確に判断でき、これによりガス分離膜の交換
作業等のメンテナンスを効率良く行うことができる。

【００１１】また、上記請求項２記載の発明は、空気を
製品ガスと当該製品ガス以外のガスとに分離するガス分
離膜に空気圧縮機の空気タンクからの圧縮空気を供給
し、該ガス分離膜から製品ガスを取り出す気体分離装置
において、前記ガス分離膜が初期状態での前記製品ガス
の生成量とガス濃度との関係から初期濃度を算出する初
期濃度算出手段と、前記ガス分離膜に供給される空気量
と前記ガス分離膜から取り出される前記製品ガスの生成
量との割合から収率を演算する収率演算手段と、該初期
濃度算出手段により算出された初期濃度値と前記収率か
ら算出された濃度値とを比較して濃度差を算出する比較
手段と、該比較手段により算出された濃度差が所定値以
上となったとき前記ガス分離膜が交換時期であることを
報知する報知手段と、を備えてなることを特徴とするも
のである。

【００１２】従って、上記請求項２記載の発明によれ
ば、ガス分離膜が初期状態での製品ガスの生成量とガス
濃度との関係から算出された初期濃度と、ガス分離膜に
供給される空気量と記ガス分離膜から取り出される製品
ガスの生成量との割合から演算された収率とを比較して
濃度差を算出し、濃度差が所定値以上となったときガス
分離膜が交換時期であることを報知するため、ガス濃度
検出手段を不要にして構成の簡略化を図ることができる
と共に、ガス分離膜の気体分離性能が所定以上に低下し
たことを正確に判断でき、これによりガス分離膜の交換
作業等のメンテナンスを効率良く行うことができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面と共に本発明の実施の
形態について説明する。図１は本発明になる気体分離装
置の一実施例としての窒素ガス発生装置の概略構成図で
ある。図１に示されるように、気体分離装置としての窒
素ガス発生装置１１は、空気圧縮機１０により生成され
た圧縮空気を窒素と酸素に分離するガス分離膜からなる
中空糸膜が充填された膜モジュール１２，１３を用いて
空気を酸素と窒素に分離させ、分離された窒素ガスを製
品ガスとして抽出するよう構成されている。尚、本実施
の形態では、空気から窒素ガスを分離生成する窒素ガス
発生装置１１について説明するが、酸素ガス発生装置に
も適用できるのは勿論である。

【００１４】また、窒素ガス発生装置１１は、膜モジュ
ール１２，１３に圧縮空気を供給する空気供給管路１４
と、膜モジュール１２，１３で分離された製品ガスとし
ての窒素ガスを取り出す窒素ガス供給管路１６とからな
る系路を有する。空気供給管路１４に配設された空気圧
縮機１０は、空気を圧縮する空気圧縮部１８と、膜モジ
ュール１２，１３を保護するため空気圧縮部１８から吐
出された圧縮空気を冷却するアフタークーラ１９と、ア
フタークーラ１９から吐出された空気が加圧された状態
で溜められる加圧タンク（空気タンク）２０とから構成
されている。さらに、空気供給管路１４には、加圧タン
ク２０の余分が空気を排気させるための三方電磁弁２３
と、三方電磁弁２３からの空気を所定圧に減圧する減圧
弁２４と、減圧弁２４からの空気に含まれる不純物を除
去するエアフィルタ２５と、エアフィルタ２５を通過し
た空気を加熱するヒータ２６と、空気の逆流を防止する
逆止弁２７と、膜モジュール１２，１３に供給される空
気温度を測定する温度センサ２８とが配設されている。

【００１５】また、窒素ガス供給管路１６には、膜モジ
ュール１２，１３から吐出された製品ガスとしての窒素
ガスの流量を測定する流量計２９と、流量計２９を通過
した窒素ガスの圧力を減圧する減圧弁３０と、窒素ガス
の濃度を測定させるための三方電磁弁３１と、窒素ガス
の流量を所定値に調整する流量調整器３２と、窒素ガス
の取り出し弁として機能する電磁弁３３が配設されてい
る。

【００１６】空気圧縮部１８において圧縮された空気
は、アフタークーラ１９を通過して約２００°Ｃから約
６０°Ｃまで冷却された後、加圧タンク２０へ導かれ
る。加圧タンク２０内の圧力は、圧力計２１により監視
されている。アフタークーラ１９により空気圧縮機１８
から吐出された空気が冷却されるのは、加圧タンク２０
内に圧縮された空気を貯溜させる際の効率を高めるため
である。

【００１７】加圧タンク２０内にて凝縮された水分は、
ドレン弁２２より系外に排出される。また、加圧タンク
２０にて４０°Ｃまで冷却された空気は、三方電磁弁２
３、減圧弁２４、エアフィルタ２５を介してヒータ２６
により約５０°Ｃまで再度加熱され、逆止弁２７を介し
て膜モジュール１２，１３へ導かれる。また、膜モジュ
ール１２，１３へ供給されない余分な空気は、加圧タン
ク２０に供給される。そして、加圧タンク２０に供給さ
れた圧縮空気は、三方電磁弁２３の切り替え動作により
流量調整バルブ３７を介して系外に放出される。これ
は、空気圧縮部１８の容量が膜モジュール１２，１３の
容量よりも大きく設定されており、膜モジュール１２，
１３の分離可能な流量よりも空気圧縮部１８の空気吐出
流量の方が充分な余裕が持たせてあるからである。ま
た、何らかの原因で吐出が停止した場合、減圧弁２４に
設けられた消音器３８より系外へ排出される。

【００１８】窒索ガスの純度は、三方電磁弁３１より分
岐された分岐管路３９に配設された流量調整弁４０を介
して分岐管路３９に導かれる酸素濃度計４１にて酸素濃
度を計測することで求まる。制御回路４２は、後述する
ように酸素濃度計４１により検出した酸素濃度Ｎ、吐出
窒素ガス流量（以下「吐出流量Ｑｏ」という）、温度セ
ンサ２８により測定された温度Ｔに基づいて演算処理及
び酸素濃度計４１により検出した現在の酸素濃度Ｎａと
初期状態の酸素濃度Ｎｂとを比較して膜モジュール１
２，１３の交換時期の判定処理を行う。

【００１９】また、制御回路４２は、後述するように交
換時期の判定結果に基づいて液晶ディスプレイ（ＬＣ
Ｄ）４３に膜モジュール１２，１３の交換時期であるこ
とを表示して報知する。図２は膜モジュール１２，１３
の構成を示す縦断面図である。図２に示されるように、
膜モジュール１２，１３は、筒状のハウジング３５の内
部３５ａに窒素富化膜として機能する中空糸膜３６が多
数収納されている。多数の中空糸膜３６は、一本に結束
されており、上流側端部が空気供給管路１４に連通さ
れ、下流側端部が窒素ガス供給管路１６に連通されてい
る。

【００２０】各中空糸膜３６は、微細な通路３６ａを有
する管であり、加圧された空気が流入されると、窒素分
子より小さい酸素分子が中空糸膜３６の内壁を通過して
ハウジング３５の内部３５ａに抽出されると共に、窒素
分子が中空糸膜３６の通路３６ａを通過して窒素ガス供
給管路１６に吐出される。また、ハウジング３５の内部
３５ａに抽出された酸素ガスは、排気口３５ｂから外部
に排気される。

【００２１】このように、膜モジュール１２，１３にお
いて、圧縮された空気が窒素富化ガスと酸素富化ガスに
分離される。そして、窒素冨化ガスは、窒素ガス供給管
路１６に吐出され、流量計２９、減圧弁３０、三方電磁
弁３１を介して流量調整弁３２に供給される。そして、
流量調整弁３２では、流量計２９で計測された吐出量を
所望の流量となるように調整しており、膜モジュール１
２，１３により生成された窒素冨化ガスは、吐出弁３３
を介して系外へ吐出される。

【００２２】ここで、ある圧力ｐ、ある温度ｔにおいて
吐出流量Ｑｏに対する酸素濃度Ｎは図３のグラフＩで示
すような特性になり、以下の式（１）が成り立つ。 Ｎ＝ｆ（Ｑｏ） …（１） また、温度ｔ、圧力ｐをパラメータとして考慮した場
合、式（２）が成り立つ。

【００２３】Ｎ＝ｆ（Ｑｏ，ｔ，ｐ） …（２） しかし、膜モジュール１２，１３の劣化、あるいは膜モ
ジュール１２，１３の目詰まり等により図３のグラフII
で示すように膜モジュール１２，１３の初期状態( グラ
フＩ参照) に対し吐出流量に対する酸素濃度が変わるた
め、膜を長期間使用していると、上記式（１）、（２）
は成り立たなくなってくる特性をもっている。

【００２４】そこで、式（２）を用いてある吐出流量Ｑ
ａの酸素濃度Ｎａを求める。そして、酸素濃度計４１よ
り、現在の酸素渡度Ｎｂを検出する。酸素濃度Ｎｂが酸
素濃度Ｎａより大きければ膜モジュール１２，１３の性
能が低下したことを判定することができる。また、酸素
濃度Ｎは、温度ｔや流量Ｑ等の条件によって変動する。

【００２５】図４は温度Ｔを１０°Ｃ，２５°Ｃ，４０
°Ｃに変化させた場合の酸素濃度Ｎと吐出流量Ｑとの関
係を示すグラフである。図４のグラフIIIa,IIIb,IIIcに
示されるように、温度ｔが高温になるほど酸素濃度Ｎが
下がって高純度の窒素ガスの流量が増大することがわか
る。図５は流量を変化させた場合の酸素濃度Ｎと温度Ｔ
との関係を示すグラフである。

【００２６】図５のグラフVIa,VIb,VIc に示されるよう
に、酸素濃度Ｎは流量が少ないほど酸素濃度Ｎが下がっ
て高純度の窒素ガスが得られ、且つ温度の上昇と共に高
純度の窒素ガスが得られことが分かる。上記のように構
成された窒素ガス発生装置１１の各機器は、制御回路４
２により制御される。

【００２７】ここで、制御回路４２が実行する制御処理
について説明する。図６は制御回路４２が実行する制御
処理のフローチャートである。図６に示されるように、
制御回路４２は、先ずステップＳ１１（以下「ステッ
プ」を省略する）で窒素ガス発生装置１１を起動した
後、Ｓ１２にて三方電磁弁３１を酸素濃度計４１側と連
通されるように切り替え動作させると共に、空気供給管
路１４に設けられた三方電磁弁２３を加圧タンク２０と
減圧弁２４とが連通されるように切り替え動作させる。

【００２８】これにより、加圧タンク２０の圧縮空気が
三方電磁弁２３、減圧弁２４、エアフィルタ２５、ヒー
タ２６、逆止弁２７を介して膜モジュール１２，１３に
供給される。このように空気供給管路１４を介して膜モ
ジュール１２，１３に圧縮空気を供給することにより、
中空糸膜３６により分離生成された窒素ガスが膜モジュ
ール１２，１３から得られる。そのため、膜モジュール
１２，１３で生成された窒素ガスは、窒素ガス供給管路
１６に配設された流量計２９、減圧弁３０、三方電磁弁
３１、流量調整弁４０、酸素濃度計４１を介して系外へ
吐出される。

【００２９】次のＳ１３では、流量計２９により測定さ
れた窒素ガスの吐出流量Ｑａを読み込むと共に、酸素濃
度計４１により測定された酸素濃度Ｎｂ及び温度センサ
２８により測定された温度Ｔを読み込む。続いて、Ｓ１
４では、上記式（２）に基づいてＮａ＝ｆ（Ｑａ，ｔ，
ｐ）の演算処理を行って初期状態の酸素濃度Ｎａを算出
する（初期濃度算出手段）。尚、この演算式において、
圧力Ｐは一定とする。

【００３０】次に、Ｓ１５では、酸素濃度計４１により
測定された酸素濃度ＮｂとＳ１４で算出された初期状態
の酸素濃度Ｎａと比較し、酸素濃度ＮａとＮｂとの濃度
差が例えば３％以下かどうかをチェックする（比較手
段）。尚、本実施の形態では、酸素濃度ＮａとＮｂとの
濃度差が３％以下であれば許容範囲内とするが、濃度差
が３％を超える場合には膜モジュール１２，１３が劣化
により交換時期に達しているものと判断する。また、Ｓ
１５においては、濃度差の許容範囲を３％とするが、こ
の値は任意に設定できるものであり、例えばユーザ側の
使用環境等に応じて任意に設定される。

【００３１】従って、上記Ｓ１５において、酸素濃度Ｎ
ａとＮｂとの濃度差が３％以下であれば、Ｓ１６に進
み、膜モジュール１２，１３の状態が正常であると判定
する。そして、Ｓ１７では、三方電磁弁３１を流量調整
弁３２側に切り替え動作させる。続いて、Ｓ１８で吐出
弁３３を開弁させて膜モジュール１２，１３により生成
された窒素ガスを吐出弁３３より下流へ供給する。次の
Ｓ１９では、装置停止が指示されたかどうかをチェック
しており、装置停止が指示されるまで窒素ガスの供給が
継続される。

【００３２】また、上記Ｓ１５において、酸素濃度Ｎａ
とＮｂとの濃度差が３％以上であれば、Ｓ２０に進み、
膜モジュール１２，１３の状態を異常と判定する。そし
て、Ｓ２１では膜モジュール１２，１３が交換時期に達
したことを液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）４３等に表示し
て報知する（報知手段）。続いて、Ｓ２２では、窒素ガ
ス発生装置１１を停止させる。

【００３３】このように、酸素濃度ＮａとＮｂとの濃度
差から膜モジュール１２，１３が交換時期に達したこと
を正確に報知することができ、その分膜モジュール１
２，１３の点検作業等のメンテナンス作業を簡略化する
ことができると共に、交換時期に達したことを確認でき
るので、直ちに膜モジュール１２，１３を交換すること
ができる。

【００３４】次に本発明の変形例について説明する。図
７は変形例の概略構成図である。尚、図７において、前
述した実施の形態と同一部分には同一符号を付してその
説明を省略する。図７に示されるように、変形例の窒素
ガス発生装置５１は、膜モジュール１２，１３の入口側
に圧縮空気の供給量を測定する供給側流量計５２が配設
されている。窒素ガス発生装置５１の制御回路４２で
は、供給側流量計５２により計測された供給側流量Ｑｉ
と吐出側流量計２９により計測された膜モジュール１
２，１３からの吐出側流量Ｑｏとの比により収率Ｓを求
め、この収率Ｓから膜モジュール１２，１３により生成
される製品ガスの酸素濃度Ｎを算出する。

【００３５】そのため、窒素ガス発生装置５１では、前
述した三方電磁弁３１，分岐管路３９，流量調整弁４
０，酸素濃度計４１が不要であり、構成が簡略化されて
いる。また、どの吐出流量でも濃度判定処理が行えるの
で、常に濃度変化を監視することが可能になり、しかも
酸素濃度計による測定誤差の影響を受けるがないので、
濃度判定精度をより高めることができる。

【００３６】図８は酸素濃度と吐出流量との関係を示す
グラフである。ここで、ある圧力ｐ、ある温度ｔにおい
て吐出流量Ｑｏに対する酸素濃度Ｎは図８のグラフＶａ
で示すような特性になり、前述した式（１）（２）が成
り立つ。しかし、膜モジュール１２，１３の劣化、ある
いは膜モジュール１２，１３の目詰まり等により図８の
グラフＶｂで示すように膜モジュール１２，１３の初期
状態( グラフＶａ参照) に対し吐出流量に対する酸素濃
度が変わるため、膜を長期間使用していると、上記式
（１）、（２）は成り立たなくなる。

【００３７】図９は、酸素濃度Ｎと収率Ｓとの関係を示
すグラフである。尚、収率Ｓは、吐出流量Ｑｏと供給流
量Ｑｉとの比であり、Ｓ＝（Ｑｏ／Ｑｉ）×１００％で
表せる。酸素濃度Ｎに対する収率Ｓの特性は、図９のグ
ラフVIのように変化する。ここで、収率Ｓは、吐出流量
Ｑｏと供給流量Ｑｉとの比であるので、前述した温度や
圧力や流量等の諸条件によって変動するものではない。
従って、収率Ｓと酸素濃度Ｎとの関係は、吐出流量Ｑｏ
に対する酸素濃度特性のように大きさの異なった膜モジ
ュール１２，１３、膜モジュール１２，１３の劣化、膜
モジュール１２，１３の目詰まり等の影響により変動す
ることはない。

【００３８】収率Ｓに対する酸素濃度Ｎは、次式（３）
のように表せる。 Ｎ＝ｆ（Ｓ） … （３） 尚、式（３）において、温度、圧力条件は一定とする。
ここで、温度ｔ、圧力ｐをパラメータとして考慮した場
合、次式（４）が成り立つ。

【００３９】Ｎ＝ｆ（Ｓ，ｔ，ｐ） … （４） そこで、現在の供給流量Ｑｉと吐出流量Ｑａとより収率
Ｓを算出し、上記式（４）により酸素濃度Ｎａを求め
る。次に吐出流量Ｑａ時の初期状態の酸素濃度Ｎａ’を
式（２）により求める。そして、酸素濃度Ｎａ’が酸素
濃度Ｎａより大きければ膜モジュール１２，１３の性能
が低下したことを判定することができる。

【００４０】図１０は制御回路４２が実行する制御処理
の変形例のフローチャートである。図１０に示されるよ
うに、制御回路４２は、Ｓ３１で窒素ガス発生装置１１
を起動した後、Ｓ３２にて空気供給管路１４に設けられ
た三方電磁弁２３を加圧タンク２０と減圧弁２４とが連
通されるように切り替え動作させる。これにより、加圧
タンク２０の圧縮空気が膜モジュール１２，１３に供給
され、膜モジュール１２，１３で生成された窒素ガスが
窒素ガス供給管路１６に吐出される。

【００４１】次のＳ３３では、供給側流量計５２により
計測された供給流量Ｑｉと、吐出側流量計２９により計
測された吐出流量Ｑｏと、温度センサ２８により計測さ
れた温度Ｔを読み込む。続いて、Ｓ３４では、吐出流量
Ｑｏに対しての収率Ｓａを次式（５）から算出する（収
率演算手段）。

【００４２】 Ｓａ＝（Ｑｏ／Ｑｉ）×１００％ … （５） 次のＳ３５では、収率Ｓａ、温度Ｔ、圧力ｐから吐出流
量Ｑｏに対しての膜モジュール１２，１３が現在の酸素
濃度Ｎａを上記（４）式Ｎａ＝ｆ（Ｓａ，ｔ，ｐ）によ
り算出する。次のＳ３６では、供給流量Ｑｉ、温度Ｔ、
圧力ｐから吐出流量Ｑｏに対しての膜モジュール１２，
１３が初期状態であるときの酸素濃度Ｎａ’を上記
（４）式Ｎａ’＝ｆ（Ｑａ，ｔ，ｐ）により算出する
（初期濃度算出手段）。

【００４３】続いて、Ｓ３７では、収率Ｓａから算出さ
れた酸素濃度Ｎａと供給流量Ｑｉから算出された酸素濃
度Ｎａ’とを比較し、酸素濃度ＮａとＮａ’との濃度差
が例えば３％以下かどうかをチェックする（比較手
段）。尚、本実施の形態では、酸素濃度ＮａとＮａ’と
の濃度差が３％以下であれば許容範囲内とするが、濃度
差が３％を超える場合には膜モジュール１２，１３が劣
化により交換時期に達しているものと判断する。また、
Ｓ３７においては、濃度差の許容範囲を３％とするが、
この値は任意に設定できるものであり、例えばユーザ側
の使用環境等に応じて任意に設定される。

【００４４】従って、上記Ｓ３７において、酸素濃度Ｎ
ａとＮａ’との濃度差が３％以下であれば、Ｓ３８に進
み、膜モジュール１２，１３の状態が正常であると判定
する。そして、Ｓ３９では、吐出弁３３を開弁させて膜
モジュール１２，１３により生成された窒素ガスを吐出
弁３３より下流へ供給する。次のＳ４０では、装置停止
が指示されたかどうかをチェックしており、装置停止が
指示されるまで窒素ガスの供給が継続される。

【００４５】また、上記Ｓ３７において、酸素濃度Ｎａ
とＮａ’との濃度差が３％以上であれば、Ｓ４１に進
み、膜モジュール１２，１３の状態を異常と判定する。
そして、Ｓ４２では膜モジュール１２，１３が交換時期
に達したことを液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）４３等に表
示して報知する（報知手段）。続いて、Ｓ４３では、窒
素ガス発生装置１１を停止させる。これにより、作業者
は、膜モジュール１２，１３が交換時期に達したことを
確認できるので、直ちに膜モジュール１２，１３を交換
することができる。

【００４６】このように、本変形例では、供給側流量Ｑ
ｉと吐出側流量Ｑｏとの比により収率Ｓを求め、この収
率Ｓから膜モジュール１２，１３により生成される製品
ガスの酸素濃度Ｎを算出するため、酸素濃度計を削減す
ることができる。また、収率Ｓから算出された初期状態
での酸素濃度Ｎａ’と吐出側流量Ｑｏから算出された現
在の酸素濃度Ｎａとを比較することにより膜モジュール
１２，１３の劣化具合を求めることができるので、膜モ
ジュール１２，１３の交換時期を正確に報知することが
できる。

【００４７】尚、上記実施の形態では、一対の膜モジュ
ール１２，１３が並列に設けられた構成を一例として挙
げたが、これに限らず、１個の膜モジュールあるいは３
個以上の膜モジュールを設ける構成としても良いのは勿
論である。また、上記実施の形態では、膜モジュール１
２，１３から窒素ガスを製品ガスとして取り出す構成を
一例として説明したが、これに限らず、窒素ガス以外の
ガスを製品ガスとして取り出す場合にも本発明を適用で
きるのは勿論である。

【００４８】

【発明の効果】上述の如く、請求項１の発明によれば、
初期濃度算出手段により算出された初期濃度値とガス濃
度検出手段により測定された濃度値とを比較して濃度差
を算出し、この濃度差が所定値以上となったときガス分
離膜が交換時期であることを報知するため、ガス分離膜
の気体分離性能が所定以上に低下したことを正確に判断
でき、これによりガス分離膜の交換作業等のメンテナン
スを効率良く行うことができる。

【００４９】また、上記請求項２記載の発明によれば、
ガス分離膜が初期状態での製品ガスの生成量とガス濃度
との関係から算出された初期濃度と、ガス分離膜に供給
される空気量と記ガス分離膜から取り出される製品ガス
の生成量との割合から演算された収率とを比較して濃度
差を算出し、濃度差が所定値以上となったときガス分離
膜が交換時期であることを報知するため、ガス濃度検出
手段を不要にして構成の簡略化を図ることができると共
に、ガス分離膜の気体分離性能が所定以上に低下したこ
とを正確に判断でき、これによりガス分離膜の交換作業
等のメンテナンスを効率良く行うことができる。また、
どの吐出流量でも濃度判定処理が行えるので、常に濃度
変化を監視することが可能になり、しかも濃度計による
測定誤差の影響を受けるがないので、濃度判定精度をよ
り高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる気体分離装置の一実施例としての
窒素ガス発生装置の概略構成図である。

【図２】膜モジュール１２，１３の構成を示す縦断面図
である。

【図３】窒素ガス吐出流量に対する酸素濃度の特性を示
すグラフである。

【図４】温度Ｔを１０°Ｃ，２５°Ｃ，４０°Ｃに変化
させた場合の酸素濃度Ｎと吐出流量Ｑとの関係を示すグ
ラフである。

【図５】流量を変化させた場合の酸素濃度Ｎと温度Ｔと
の関係を示すグラフである。

【図６】制御回路４２が実行する制御処理のフローチャ
ートである。

【図７】変形例の概略構成図である。

【図８】酸素濃度と吐出流量との関係を示すグラフであ
る。

【図９】酸素濃度Ｎと収率Ｓとの関係を示すグラフであ
る。

【図１０】制御回路４２が実行する制御処理の変形例の
フローチャートである。

【符号の説明】

１１，５１ 窒素ガス発生装置 １０ 空気圧縮機 １２，１３ 膜モジュール １４ 空気供給管路 １６ 窒素ガス供給管路 １８ 空気圧縮部 １９ アフタークーラ ２０ 加圧タンク ２８ 温度センサ ２９，５２ 流量計 ３２ 流量調整器 ３５ ハウジング ３６ 中空糸膜 ４１ 酸素濃度計 ４２ 制御回路 ４３ 液晶ディスプレイ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 辻見 信太郎 神奈川県川崎市川崎区富士見１丁目６番３ 号 トキコ株式会社内 Ｆターム(参考） 4D006 GA41 HA02 HA18 JA70Z KA67 KB14 KE02P KE04P KE04Q KE14P KE14Q KE16P KE16Q MA01 PA04 PB17 PB62 PB63

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空気を製品ガスと当該製品ガス以外のガ
   スとに分離するガス分離膜に空気圧縮機の空気タンクか
   らの圧縮空気を供給し、該ガス分離膜から製品ガスを取
   り出す気体分離装置において、 前記ガス分離膜より取り出された前記製品ガスの濃度を
   検出するガス濃度検出手段と、 前記ガス分離膜が初期状態での前記製品ガスの生成量と
   ガス濃度との関係から当該製品ガスの初期濃度値を算出
   する初期濃度算出手段と、 該初期濃度算出手段により算出された初期濃度値と前記
   ガス濃度検出手段により測定された濃度値とを比較して
   濃度差を算出する比較手段と、 該比較手段により算出された濃度差が所定値以上となっ
   たとき前記ガス分離膜が交換時期であることを報知する
   報知手段と、 を備えてなることを特徴とする気体分離装置。
2. 【請求項２】 空気を製品ガスと当該製品ガス以外のガ
   スとに分離するガス分離膜に空気圧縮機の空気タンクか
   らの圧縮空気を供給し、該ガス分離膜から製品ガスを取
   り出す気体分離装置において、 前記ガス分離膜が初期状態での前記製品ガスの生成量と
   酸素濃度との関係から初期濃度を算出する初期濃度算出
   手段と、 前記ガス分離膜に供給される空気量と前記ガス分離膜か
   ら取り出される前記製品ガスの生成量との割合から収率
   を演算する収率演算手段と、 該初期濃度算出手段により算出された初期濃度値と前記
   収率から算出された濃度値とを比較して濃度差を算出す
   る比較手段と、 該比較手段により算出された濃度差が所定値以上となっ
   たとき前記ガス分離膜が交換時期であることを報知する
   報知手段と、 を備えてなることを特徴とする気体分離装置。