JP2001276550A - 圧力変動吸着分離方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＰＳＡにおける操作や性能への悪影響を回避
しながら、工程切換時に生じる消費電力の変動幅を小さ
くすることができる圧力変動吸着分離方法及び装置を提
供する。 【解決手段】 空気ブロワ１１の吐出側経路４１と吸入
側経路４２とを接続する経路に設けた空気タンク５１に
空気ブロワ１１の吐出空気の少なくとも一部を蓄圧し、
吸着塔Ａ，Ｂを切換使用する時間の少なくとも一部の時
間を空気ブロワ１１が空気タンク５１内のガスを吸入し
て吸着塔Ａ，Ｂに供給する時間とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧力変動吸着分離
方法及び装置に関し、詳しくは、圧力変動吸着法により
空気を酸素と窒素とに分離する圧力変動吸着分離方法及
び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】吸着剤を充填した吸着塔を相対的に高い
圧力で行う吸着工程と、相対的に低い圧力で行う再生工
程とに切換使用する圧力変動吸着（ＰＳＡ）法によって
空気中の酸素と窒素とを分離し、製品酸素や製品窒素を
製造する装置（酸素ＰＳＡ，窒素ＰＳＡ）が広く使用さ
れている。これらのうち、特に再生操作を真空域で行う
方法（ＶＳＡ、ＶＰＳＡ）においては、操作する圧力が
短時間のサイクル内で大きく変動するのに伴い、吸着塔
に原料空気を供給するための空気ブロワのような空気圧
縮手段や、吸着塔を再生するために脱着ガスを排気する
真空ポンプのような真空排気手段の操作圧力も変動す
る。

【０００３】現在の主流技術である２塔式のＶＳＡは、
２塔の吸着塔が約３０〜６０秒のサイクルで切換わり、
その都度、圧力が略一定のパターンで変動する。例え
ば、空気圧縮手段としての空気ブロワの吐出圧力は、約
大気圧と数十ｋＰａ（ゲージ圧、以下同様）との間で変
動し、真空排気手段としての真空ポンプの吸入圧力は、
約大気圧と数百Ｔｏｒｒとの間で変動する。特に、吸着
塔の工程切換え時は、１秒前後で大きく変動する。

【０００４】このような圧力変動は、空気ブロワや真空
ポンプのような回転機械における消費電力も大きく変動
させるが、従来の圧力変動吸着分離装置（以下、ＰＳＡ
という）においては、サイクル内で大きく電力が変動し
ても、平均消費電力が小さいプロセスが、電力原単位の
良いプロセスであると評価されている。

【０００５】一方、排気ガスや焼却灰の処理において
は、環境上の規制により、各種の炉が何等かの形で酸素
燃焼を利用することが増加してきている。また、ごみ焼
却炉、ごみ溶融炉、ごみガス化溶融炉をはじめ、各種の
炉に酸素を供給する場合、それらの炉に発電設備を併設
し、そこで得られる電力で酸素ＰＳＡを運転し、この酸
素ＰＳＡで製造した酸素を前記酸素燃焼に用いることも
多くなってきている。

【０００６】この場合、酸素ＰＳＡの特性に起因する前
述のような消費電力の変動は、発電設備に大きな負荷変
動を与えることになる。すなわち、消費電力の変動は、
発電設備において、負荷変動幅が大きくなったり、負荷
変動速度が大きくなったり、さらには負荷変動の幅及び
速度共に大きくなったりするなどの好ましくない問題を
引き起こすことになる。

【０００７】これらの問題は、発電設備の発電容量や負
荷変動追従性、内部使用電力に占めるＰＳＡ電力の割
合、あるいは、発電電力の送電・売電等の事情とも関連
することであるが、ＰＳＡにおいては、解決すべき大き
な課題となっている。

【０００８】以下、さらに具体的に、従来技術とその欠
点を説明する。図２３は、従来の代表的な２塔式ＰＳＡ
の系統図であって、吸着工程と減圧再生工程とに切換使
用される２基の吸着塔Ａ，Ｂと、該吸着塔に大気からの
原料空気を供給するため空気ブロワ１１と、吸着塔を減
圧するため二段式の真空ポンプ１２（一段目１２ａ，二
段目１２ｂ）と、製品タンク１３及びアフタークーラー
１４と、これらに接続した経路及び各経路の所定位置に
設けられた切換弁とにより形成されている。なお、空気
ブロワ１１としては、通常、定容量型のものが用いられ
る。以下、酸素ＰＳＡを例に挙げて説明する。

【０００９】吸着塔Ａの吸着工程では、空気ブロワ１１
からの原料空気が空気入口弁２１ａを通して吸着塔Ａに
供給され、該吸着塔内に充填されている吸着剤に吸着し
やすい窒素が吸着し、吸着しにくい酸素が吸着塔上部か
ら製品出口弁２２ａを通り、製品取出弁１３ａを通って
製品タンク１３に回収される。このとき、吸着塔Ａ内は
所定圧力に加圧された状態となっており、排気弁２３ａ
は閉じられている。また、この間、吸着塔Ｂは再生工程
を行っており、吸着塔Ｂ内のガス（脱着ガス）が、排気
弁２３ｂを経て真空ポンプ１２により排出されている。
このとき、空気入口弁２１ｂ及び製品出口弁２２ｂは閉
じており、吸着塔Ｂ内は所定の真空度まで減圧される。
また、真空ポンプ１２部分に設けられた大気開放弁２
４，２５は、真空ポンプ１２のロードに応じて開閉す
る。さらに、空気ブロワ１１部分に設けられたアンロー
ド弁２６及び吸着塔上部（出口）側同士を連結する均圧
弁２７は、この工程では閉じた状態となっている。

【００１０】このような構成のＶＳＡでは、一方の吸着
塔を吸着工程から再生（減圧再生）工程へ、他方の吸着
塔を再生工程から吸着工程へそれぞれ切換える際に、吸
着工程を終了した吸着塔の上部に濃縮されている酸素を
回収する方法によって大きく二つのプロセスに分けるこ
とができる。

【００１１】その一つは、上部均圧回収と呼ばれるプロ
セスであって、一方の吸着塔、例えば吸着塔Ａが吸着工
程を終了したときに、まず、該吸着塔Ａの空気入口弁２
１ａ及び製品出口弁２２ａと、再生工程にある他方の吸
着塔Ｂの排気弁２３ｂとを閉じた後、均圧弁２７を開
き、吸着塔Ａの上部にある酸素に富むガスを均圧弁２７
を通して再生が終了した吸着塔Ｂの上部に送入し、吸着
塔Ｂの圧力を上げるというプロセスである。

【００１２】もう一つは、パージ回収と呼ばれるプロセ
スであって、吸着塔Ａが吸着工程を終了したときに、吸
着塔Ａの空気入口弁２１ａと製品出口弁２２ａとを閉じ
た後、減圧再生がある程度進んだ吸着塔Ｂの排気弁２３
ｂを開いたままで均圧弁２７を開き、吸着塔Ａの上部に
ある酸素に富むガスを均圧弁２７を通して再生の最終段
階にある吸着塔Ｂの上部にパージガスとして送入し、こ
れによって吸着塔Ｂ内のパージを行うというプロセスで
ある。

【００１３】吸着工程に切換えられる吸着塔Ｂへの空気
ブロワ１１からの原料空気の供給及び再生工程に切換え
られる吸着塔Ａの真空ポンプ１２による排気は、上述の
上部均圧回収やパージ回収が終了した後、所定の切換弁
を開閉することにより行われる。

【００１４】図２４及び図２５は、空気ブロワ１１及び
真空ポンプ１２の電力変動の一例を示すもので、図２４
は上部均圧回収プロセスの場合、図２５はパージ回収プ
ロセスの場合をそれぞれ示している。図２４の上部均圧
回収プロセスでは、工程切換時点ａ１，ａ２の直後に、
空気ブロワ１１及び真空ポンプ１２の電力量が、両者と
も最大電力から最小電力に急激に低下している。また、
図２５のパージ回収プロセスでは、空気ブロワ１１の電
力は吸着工程終了時点ｂ１，ｂ２の直後に、真空ポンプ
１２の電力は再生終了時点ｃ１，ｃ２の直後に、それぞ
れ急激に低下している。両者において若干の相違はある
が、空気ブロワ１１と真空ポンプ１２とは、略同時に、
消費電力の小さい時間帯と大きい時間帯とになり、その
変動幅が大きい。

【００１５】従来の一般的なＰＳＡでは、平均消費電力
を低減させるために、できるだけ早く消費電力が低下す
るように切換弁の開閉を短時間で行うように工夫してい
る。例えば、１秒前後の時間で消費電力が低下するよう
にした場合、上部均圧回収プロセスでは、空気ブロワ１
１と真空ポンプ１２との合計消費電力は、工程切換時点
ａ１，ａ２の直後の最大電力から、その約２０〜３０％
の最小電力へ低下する。また、パージ回収プロセスで
は、吸着工程終了時点ｂ１，ｂ２の直後に最大電力か
ら、その約８０〜７０％の電力に低下し、さらに、再生
終了時点ｃ１，ｃ２の直後に最大電力の２０〜３０％の
最小電力に低下する。このような最大電力から最小電力
への急激な変動は、発電設備にとって大きな負担となる
ため、発電設備側から見ると、極めて不都合なことであ
る。

【００１６】図２６は、従来の代表的な１塔式ＰＳＡの
基本的構成を示す系統図である。この１塔式ＰＳＡは、
基本的には、１つの吸着塔ＡＤと、原料空気供給用の空
気ブロワと減圧排気用の真空ポンプとを兼用したブロワ
（空気ブロワ兼真空ポンプ）１５と、前記同様の製品タ
ンク１３及びアフタークーラー１４と、これらに接続し
た経路及び各経路の所定位置に設けられた切換弁とによ
り形成されている。

【００１７】吸着塔ＡＤは、各切換弁を所定の順序で切
換開閉することにより、吸着（製品取出し）、減圧（大
気放出）、減圧（真空排気）、充圧（復圧）の各工程
（操作）を繰り返して原料空気から例えば酸素を製造す
る。すなわち、吸着工程では、原料空気吸入弁２８、空
気入口弁２１及び製品出口弁２２を開いてブロワ１５か
ら吸着塔ＡＤに原料空気を供給し、製品酸素を製品タン
ク１３に回収する。吸着工程から再生工程への切換え
は、空気入口弁２１及び製品出口弁２２を閉じて大気開
放弁２９を開き、吸着塔内のガスを大気に放出する操作
を行った後、原料空気吸入弁２８及び大気開放弁２９を
閉じて排気弁２３及び大気開放弁３０を開くことにより
ブロワ１５を真空ポンプとして使用し、吸着塔ＡＤ内の
ガスをブロワ１５により吸入して排気する。

【００１８】この再生工程の一つである真空排気操作に
おいては、製品タンク１３内の製品酸素の一部を吸着塔
ＡＤの製品取出し側（出口側）にパージ弁３１を通して
逆流させるパージ操作を、真空排気の全時間連続してあ
るいは真空排気時間内に脈動的にあるいは真空排気時間
内の後半に行うことも行われている。また、充圧段階に
おいては、製品タンク１３からの酸素のみで充圧するも
のと、吸着塔出口側から製品酸素を流入させるとともに
吸着塔入口側から原料空気を流入させて出口，入口の両
方から同時に充圧するものと、酸素と空気とを時間差を
つけて流入させることにより充圧するものとが行われて
いる。さらに、吸着塔出口側に均圧タンクを設置し、吸
着工程終了時に吸着塔出口部分に残存する酸素に富むガ
スを均圧タンクに回収し、回収したガスを減圧段階で均
圧タンクから吸着塔ＡＤに逆流させることによってパー
ジを行うようにしたものもある。

【００１９】このような１塔式酸素ＰＳＡにおけるブロ
ワ１５の運転状態と、圧力及び消費電力の関係は、図２
７に示すような状態となる。図中に示す点ａは、吸着塔
ＡＤを吸着工程から再生工程に切換える際に、大気開放
弁３０を開いて原料空気の圧縮に使用していたブロワ１
５がアンロード運転（ＵＬ）に切換えられた時点であ
り、この切換時点ａの直後に消費電力が急激に低下して
いる。また、点ｂは、吸着塔ＡＤを再生工程から吸着工
程に切換える際に、原料空気吸入弁２８を開くことによ
り吸着塔ＡＤ排気に使用していたブロワ１５をアンロー
ド運転に切換えた時点であり、この切換時点ｂの直後に
も消費電力が急激に低下している。このように、１塔式
酸素ＰＳＡにおいても、前記２塔式と同様に、工程の切
換時に消費電力が急激に低下する現象が発生する。

【００２０】なお、この１塔式酸素ＰＳＡにおいても、
前記２塔式と同様に、原料空気供給用のブロワと、吸着
塔排気用の真空ポンプとを別個に設置して運転すること
もできる。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】すなわち、１塔式、２
塔式のいずれのプロセスの場合においても、吸着工程の
最終時点では、空気ブロワ（空気ブロワ兼真空ポンプ）
の吐出圧力が最も高く、原料空気の圧縮に要する消費電
力が最大になっており、再生工程への切換えに伴って空
気ブロワをアンロード運転状態にすると、空気ブロワの
消費電力が急激に減少する。また、再生工程の最終時点
では、真空ポンプ（空気ブロワ兼真空ポンプ）の吸入圧
力が最も低く、真空排気に要する消費電力が最大になっ
ており、吸着工程への切換えに伴って真空ポンプをアン
ロード運転状態にすると、真空ポンプの消費電力量が急
激に減少する。なお、減圧再生の後半に大量のパージガ
スを流すプロセスにおいては、減圧再生の最終時点は、
真空ポンプの吸入圧力が最低圧力でない場合があるが、
急激な電力低下は、前記同様に、減圧再生最終時点後の
切換直後に発生する。

【００２２】このように、従来のＰＳＡのプロセスで
は、吸着工程から再生工程への切換時と、再生工程から
吸着工程への切換時とに、空気ブロワや真空ポンプの消
費電力量が急激に減少し、その電力低下の速度が極めて
早く、発電設備等への影響が極めて大きいという問題が
あった。

【００２３】また、２塔式ＰＳＡが現在の主流である
が、吸着塔を３塔使用することにより消費電力の変動を
できるだけ抑えようとすることも行われているが、この
ようにしても、消費電力の変動幅は依然として大きく、
満足できるものではなかった。さらに、３塔式ＰＳＡや
２塔式ＰＳＡを２組設け、各組の工程切換のタイミング
をずらして、即ち工程の位相をずらして消費電力の平滑
化を図ることも行われており、中には、３組のＰＳＡを
設置してこれらの工程の位相をずらして運転する対策も
取られていた。

【００２４】しかし、上述のように複数組のＰＳＡにお
ける工程の位相をずらすようにしても、２塔式や３塔式
のＰＳＡでは、構成する２種の回転機（空気ブロワと真
空ポンプ）の消費電力がそれぞれ大きい時間帯と小さい
時間帯とが略同時であり、しかも、大きい時間帯が小さ
い時間帯より長いため、位相をずらしても消費電力を平
均化することが困難であり、大きな効果がえられない。
また、１塔式ＰＳＡでも、１台の回転機が、圧縮機とし
て作動する時間と、真空ポンプとして作動する時間が異
なることから、位相をずらす効果が小さい。しかも、Ｐ
ＳＡを複数設置することは、設備費の増加をもたらす欠
点がある。

【００２５】そこで本発明は、ＰＳＡにおける操作や性
能への悪影響を回避しながら、工程切換時に生じる消費
電力の変動幅を小さくすることができる圧力変動吸着分
離方法及び装置を提供することを目的としている。

【００２６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の圧力変動吸着分離方法における第１の構成
は、吸着工程と再生工程とに切換使用する複数の吸着塔
と、吸着工程の吸着塔に原料空気を供給する空気ブロワ
とを備え、原料空気中の酸素と窒素とを分離する圧力変
動吸着分離方法において、前記空気ブロワの吐出側経路
と空気ブロワの吸入側経路とを接続する経路に設けた空
気タンクに、空気ブロワの吐出空気の少なくとも一部を
蓄圧し、前記複数の吸着塔を切換使用する時間の少なく
とも一部の時間を、空気ブロワが空気タンク内のガスを
吸入して吸着塔に供給する時間としたことを特徴として
いる。

【００２７】さらに、上記構成において、前記再生工程
の際に吸着塔内を減圧排気する真空ポンプを設けるとと
もに、該真空ポンプ吐出側経路と前記空気タンクとを接
続する経路を設け、真空ポンプの吐出ガスの少なくとも
一部を前記空気タンクに蓄圧することを特徴としてい
る。

【００２８】また、本発明方法の第２の構成は、吸着工
程と再生工程とに切換使用する複数の吸着塔と、吸着工
程の吸着塔に原料空気を供給する空気ブロワと、再生工
程の際に吸着塔内を減圧排気する真空ポンプとを備え、
原料空気中の酸素と窒素とを分離する圧力変動吸着分離
方法において、前記真空ポンプの吐出側経路と前記空気
ブロワの吸入側経路とを接続する経路に設けた空気タン
クに、真空ポンプの吐出ガスの少なくとも一部を蓄圧
し、前記複数の吸着塔を切換使用する時間の少なくとも
一部の時間を、空気ブロワが空気タンク内のガスを吸入
して吸着塔に供給する時間としたことを特徴としてい
る。

【００２９】さらに、上記両構成において、前記空気ブ
ロワが前記空気タンクから吸入するガスの圧力が大気圧
よりも高いことを特徴としている。

【００３０】また、本発明方法の第３の構成は、吸着工
程と再生工程をに切換使用する単数の吸着塔と、吸着工
程にある吸着塔に原料空気を供給するとともに再生工程
にある吸着塔を減圧排気する空気ブロワ兼真空ポンプと
を備え、原料空気中の酸素と窒素とを分離する圧力変動
吸着分離方法において、前記空気ブロワの吐出側経路に
設けた空気タンクに、空気ブロワ兼真空ポンプの吐出ガ
スの少なくとも一部を蓄圧し、前記単数の吸着塔を切換
使用する時間の少なくとも一部の時間を、空気タンク内
のガスを吸着塔に供給する時間としたことを特徴として
いる。

【００３１】一方、本発明の圧力変動吸着分離装置は、
第１の構成として、吸着工程と再生工程とに切換使用す
る複数の吸着塔と、吸着工程の吸着塔に原料空気を供給
する空気ブロワと、該空気ブロワの吐出側経路と吸入側
経路を結ぶ経路と、該経路の途中に設けた空気タンクと
を備えていることを特徴としている。

【００３２】さらに、本発明装置の第２の構成は、吸着
工程と再生工程とに切換使用する複数の吸着塔と、吸着
工程の吸着塔に原料空気を供給する空気ブロワと、再生
工程の吸着塔を減圧排気する真空ポンプと、該真空ポン
プの吐出側経路と前記空気ブロワの吸入側経路とを結ぶ
経路と、該経路の途中に設けた空気タンクとを備えてい
ることを特徴としている。

【００３３】また、本発明装置の第３の構成は、吸着工
程と再生工程とに切換使用する単数の吸着塔と、吸着工
程にある吸着塔に原料空気を供給するとともに再生工程
にある吸着塔を減圧排気する空気ブロワ兼真空ポンプ
と、該空気ブロワ兼真空ポンプの吐出側経路に設けた空
気タンクとを備えていることを特徴としている。

【００３４】

【発明の実施の形態】図１は、本発明を適用した２塔式
ＰＳＡの第１形態例を示す系統図である。なお、以下の
説明において、先に示した従来のＰＳＡの構成要素と同
一の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略
する。また、空気ブロワ１１には定容積型圧縮機を用い
ており、真空ポンプ１２には２段式定容積型を用いてい
る。

【００３５】本形態例に示すＰＳＡは、図２３に示した
ものと大略同様に形成したＰＳＡにおける空気ブロワ１
１の吐出側経路（配管）４１と空気ブロワ１１の吸入側
経路（配管）４２とを接続する経路（配管）４３に空気
タンク５１を設けるとともに、これらの周辺の経路に切
換弁等を設けたものである。

【００３６】本形態例において、吸着塔Ａが吸着工程、
吸着塔Ｂが再生工程を行っている場合、原料空気吸入弁
２８から吸入側経路４２を通って空気ブロワ１１に吸入
され、該空気ブロワ１１で所定圧力に圧縮された原料空
気は、アフタークーラー１４で冷却された後、吐出側経
路４１から空気送入弁３２及び空気入口弁２１ａを通っ
て吸着塔Ａに導入される。吸着塔Ａでは、大気中の窒素
や水分等が吸着剤に吸着されて酸素が塔出口側に濃縮さ
れ、濃縮された酸素富化ガスが、酸素出口弁２２ａから
製品取出弁１３ａを通って製品タンク１３に取出され、
該製品タンク１３から需要先に供給される。

【００３７】再生工程の吸着塔Ｂでは、最初に、排気弁
２３ｂ及び大気開放弁２４を通して塔内のガスが放出さ
れ、次に、大気開放弁２４が閉じることにより真空ポン
プ１２による塔内の減圧排気が行われる。この再生工程
では、吸着塔から窒素に富むガス（以下、単に窒素とす
る）が排出される。

【００３８】吸着塔Ａが吸着工程を終了すると、空気入
口弁２１ａ、酸素出口弁２２ａ、排気弁２３ｂが閉じて
均圧弁２７が開き、吸着塔Ａ内の酸素に富むガスを再生
工程を終了した吸着塔Ｂに移す均圧工程が行われる。以
下、吸着塔Ｂが吸着工程に、吸着塔Ａが再生工程にそれ
ぞれ切換って連続的に空気中の窒素を吸着分離して製品
酸素を製造する。

【００３９】空気ブロワ１１は、従来は、吸着工程の終
了と共にアンロード（無負荷運転）状態となるのに対
し、本形態例では、空気送入弁３２が閉じて蓄圧弁３４
が開くことにより、空気ブロワ１１は、圧縮した空気を
空気タンク５１に蓄圧する負荷運転状態を継続する。さ
らに、吸着工程の後半で空気ブロワ１１の吐出圧力が高
くなったときに、原料空気吸入弁２８を閉じて空気供給
弁３５を開き、圧力調節弁３６を介して空気ブロワ１１
の供給側に空気タンク５１に蓄圧された空気を供給して
空気ブロワ１１の吸入圧を高めることにより、空気ブロ
ワ１１の負荷を軽減するようにしている。また、本形態
例では、再生工程が終了した吸着塔を吸着圧力まで昇圧
する際に、大気圧までは、空気ブロワ１１を切り離して
大気吸込弁３３を開くことによって行うようにしてい
る。

【００４０】すなわち、従来法では、切換サイクルの後
半においては、空気ブロワ１１の吐出圧力が上昇してい
て消費電力が大きくなっており、同時に、真空ポンプ１
２も吸入圧力が下がっていて消費電力が大きくなってい
るので、これらが工程の切換えに伴って無負荷運転とな
り、消費電力が最小となって消費電力の変動幅を大きく
していたが、本形態例では、工程切換え後も空気ブロワ
１１が蓄圧運転を継続するので、空気ブロワ１１の消費
電力が大きく低下することがなくなり、消費電力の変動
幅を小さくすることができる。また、切換サイクルの後
半において、空気ブロワ１１の吸入側に空気タンク５１
に蓄圧されている圧力の高い空気を供給することによ
り、空気ブロワ１１の吸入圧力を大気圧よりも高くして
吐出圧と吸入圧との差圧を小さくし、これによって空気
ブロワ１１の消費電力を小さくするようにしているの
で、消費電力の最大値が低くなり、これによっても消費
電力の変動幅が小さくなる。また、空気ブロワ１１の吸
入圧を上げることにより、空気ブロワ１１の重量基準の
処理量が増えるので、吸着塔を規定圧力まで短時間で早
く上げることもできる。この時間短縮分を、前記空気タ
ンク５１に蓄圧する時間を延長することに使用して蓄圧
空気量を増やすことができる。これにより、空気ブロワ
１１の電力減少時間を長くすることができる。

【００４１】上記ＰＳＡにおける運転操作の一例を、図
２に基づいて説明する。図２は上記ＰＳＡにおける半サ
イクル、すなわち、一つの吸着塔において、再生工程終
了後に均圧工程を開始してから吸着工程が終了するまで
の運転モードの一例を示す図あって、上段が従来例、下
段が本形態例である。

【００４２】まず、上段の従来例において、半サイクル
時間Ｓにおける最初の時間Ｓ１は、空気ブロワ１１が無
負荷運転を行っている時間Ｔ０（Ｔ０＝Ｓ１）であり、
後半の時間Ｓ２は、空気ブロワ１１が給気運転を行って
いる時間Ｙ０（Ｙ０＝Ｓ２）である。この間、空気ブロ
ワ１１の吸入圧は常に大気圧Ｐ０であり、このときの空
気ブロワ１１の容量をＱ０とすると、この従来例におい
て、半サイクルで吸着塔に供給される原料空気量はＱ０
×Ｙ０となる。

【００４３】一方、下段の本形態例では、空気ブロワ１
１が給気運転を行う時間Ｙ１は、大気吸込弁３３からの
大気の吸い込みによって吸着塔が大気圧になる間での時
間Ｔ２が経過してからとなる。そして、この給気運転以
外の時間Ｔ１は、蓄圧弁３４を介して空気タンク５１の
蓄圧運転を行っている時間となる。すなわち、従来の無
負荷運転時間Ｔ０及び給気運転時間Ｙ０を基準にする
と、蓄圧運転時間Ｔ１はＴ０＋Ｔ２となり、給気運転時
間Ｙ１はＹ０−Ｔ２となる。

【００４４】また、給気運転の後半の時間Ｙ２では、空
気供給弁３５を介して空気タンク５１内から蓄圧量に見
合った量の空気が空気ブロワ１１の吸入側に供給される
ため、この間の空気ブロワ１１の吸入圧は、他の時間の
大気圧Ｐ０より高い圧力Ｐ１となる。空気ブロワ１１の
吸入圧がＰ０のときの空気ブロワ１１の容量がＱ０であ
るから、半サイクルで空気タンク５１に蓄圧される空気
量はＱ０×Ｔ１となる。また、半サイクルで吸着塔に供
給される原料空気量は、前半の吸入圧がＰ０のときはＱ
０×（Ｙ１−Ｙ２）＝Ｑ０×（Ｙ０−Ｔ２−Ｙ２）であ
り、後半は、吸入圧がＰ１に上昇したときの空気ブロワ
１１の容量をＱ１とするとＱ１×Ｙ２となり、Ｑ１は約
Ｑ０×（Ｐ１／Ｐ０）であるから、Ｑ０×（Ｐ１／Ｐ
０）×Ｙ２となる。これらの関係から、次の式が成立す
る。

【００４５】 Ｑ０×Ｙ０＝Ｑ０×（Ｙ０−Ｔ２−Ｙ２）＋Ｑ１×Ｙ２ （１） Ｑ０×Ｔ１＝Ｑ１×Ｙ２ （２） Ｔ１＝Ｔ０＋Ｔ２ （３）

【００４６】上述の関係から、Ｐ１を仮定すれば、時間
Ｙ２とＴ２とを定めることができるので、電力消費の削
減量を求めることができる。

【００４７】また、空気タンク５１に蓄圧するときに、
蓄圧弁３４の開度を調整するか、あるいは、より小口径
の弁を並列に設けてこれを蓄圧の初期に使うことによ
り、空気ブロワ１１の吐出圧を空気タンク５１の圧力よ
りも高くすることができるので、この間の空気ブロワ１
１の消費電力が大きくなり、これによって消費電力の最
小値を高めて消費電力の変動幅をより小さくすることが
できる。

【００４８】なお、本形態例は２塔式ＰＳＡであるが、
３塔式以上のＰＳＡにおいても、空気タンク５１を設け
て同様に運転することにより、同様の作用効果が得られ
る。

【００４９】図３は本発明の第２形態例を示す系統図で
あって、図２３に示したものと大略同様に形成したＰＳ
Ａにおける真空ポンプ１２の吐出側経路４４と前記空気
ブロワ１１の吸入側経路４２とを結ぶ経路４５に空気タ
ンク５１を設けるとともに、これらの周辺の経路に切換
弁等を設けたものである。

【００５０】真空再生式ＰＳＡで用いられる真空ポンプ
１２において、通常の使用態様では、一段目１２ａの吸
入圧力が低下して重量基準処理量が等しくなるまでは、
二段目１２ｂは、吸入圧力が略大気圧で運転され、無負
荷運転状態となっている。すなわち、従来はこの間、大
気開放弁２５を開いて二段目１２ｂの吸入側を大気に開
放している。したがって、真空ポンプ二段目１２ｂは、
再生工程終了時に大気開放弁２５が開いて無負荷運転状
態になるのに伴って消費電力が急激に低下し、これが消
費電力の変動幅を大きくする一つの要因となっている。

【００５１】本形態例では、再生工程終了時に真空ポン
プ二段目１２ｂの吸入弁３７及び吐出弁３８を閉じると
ともに、大気吸入弁３９及び蓄圧弁３４を開くことによ
り、真空ポンプ二段目１２ｂを空気昇圧ブロワとして利
用し、空気タンク５１への蓄圧を行うようにしている。
これにより、二段目１２ｂは、無負荷運転状態になるこ
となく負荷運転状態を継続するので、消費電力の変動を
小さくすることができる。

【００５２】図４は本形態例における運転モードの一例
を従来例と比較して示す図である。半サイクル時間にお
ける最初の時間Ｓ１は、従来の真空ポンプ二段目１２ｂ
が無負荷運転を行っている時間Ｔ０（Ｔ０＝Ｓ１）であ
り、後半の時間Ｓ２は、真空ポンプ二段目１２ｂが排気
運転を行っている時間Ｙ０（Ｙ０＝Ｓ２）である。

【００５３】吸入圧力が大気圧Ｐ０であるときの空気ブ
ロワ１１の容量をＱ０、真空ポンプ二段目１２ｂの容量
をＱ２とすると、上段に示す従来例で吸着塔に給気され
る原料空気量は、半サイクルでＱ０×Ｙ０である。本形
態例では、真空ポンプ二段目１２ｂによって空気タンク
５１に蓄圧される空気量が半サイクルでＱ２×Ｔ１とな
り、これに見合った量の空気が、サイクル後半で空気タ
ンク５１から空気供給弁３５を通って空気ブロワ１１の
吸入側に供給されるので、空気ブロワ１１から吸着塔に
供給される原料空気量は、Ｑ０×（Ｙ０−Ｙ２）＋Ｑ１
×Ｙ２となる。したがって、次の式が成立する。

【００５４】 Ｑ０×Ｙ０＝Ｑ０×（Ｙ０−Ｙ２）＋Ｑ１×Ｙ２ （４） Ｑ２×Ｔ１＝Ｑ１×Ｙ２ （５）

【００５５】上述の関係から、Ｐ１とＴ１とを仮定する
と、電力削減時間Ｙ２が得られ、電力削減量を求めるこ
とができる。なお、３塔式以上のＰＳＡでも同様であ
る。

【００５６】図５は、本発明の第３形態例を示す系統図
であって、前記第１形態例と同様に空気ブロワ１１に付
属した第１空気タンク５１ａと、第２形態例と同様に真
空ポンプ二段目１２ｂに付属した第２空気タンク５１ｂ
とを設けて消費電力の変動幅を小さくするようにしたも
のである。

【００５７】すなわち、吸着工程の終了時点で空気送入
弁３２が閉じて蓄圧弁３４ａが開き、空気ブロワ１１が
空気タンク５１ａの蓄圧運転を行うことによって空気ブ
ロワ１１の消費電力変動が抑制され、また、再生工程の
終了時点で吸入弁３７及び吐出弁３８が閉じて大気吸入
弁３９及び蓄圧弁３４ｂが開き、真空ポンプ二段目１２
ｂが空気タンク５１ｂの蓄圧運転を行うことによって真
空ポンプ二段目１２ｂの消費電力変動が抑制される。

【００５８】さらに、吸着工程の後半で両空気タンク５
１ａ，５１ｂから空気供給弁３５ａ，３５ｂを介して空
気ブロワ１１の吸入側に蓄圧した空気を供給することに
より、空気ブロワ１１の最大消費電力を低くし、これに
よっても消費電力の変動幅を小さくしている。なお、大
気圧までの加圧は、前記同様に、大気吸込弁３３から行
うようにしている。

【００５９】図６は、本形態例における運転モードの一
例を従来例と比較して示す図である。半サイクル時間に
おける最初の時間Ｓ１は、従来の空気ブロワ１１及び真
空ポンプ二段目１２ｂがそれぞれ無負荷運転を行ってい
る時間Ｔ０（Ｔ０＝Ｓ１）であり、後半の時間Ｓ２は、
空気ブロワ１１が給気運転を、、真空ポンプ二段目１２
ｂが排気運転をそれぞれ行っている時間Ｙ０（Ｙ０＝Ｓ
２）である。

【００６０】本形態例では、吸着塔の切換え直後からＴ
１の間、空気ブロワ１１は空気タンク５１ａへの蓄圧運
転を行っている。また、切換え直後からＺ１の間、真空
ポンプ二段目１２ｂは空気タンク５１ｂへの蓄圧運転を
行っている。さらに、空気ブロワ１１の給気運転半ばで
は、時間Ｚ２の間、空気タンク５１ｂから所定量の空気
が空気ブロワ１１の吸入側に供給され、後半の時間Ｙ２
には空気タンク５１ａから所定量の空気が空気ブロワ１
１の吸入側に供給される。これらの関係からは、次の式
が成立する。

【００６１】 Ｑ０×Ｙ０＝Ｑ０×（Ｙ０−Ｔ２−Ｙ２）＋Ｑ１×Ｙ２ （６） Ｑ０×Ｔ１＝Ｑ１×Ｙ２ （７） Ｔ１＝Ｔ０＋Ｔ２ （８）

【００６２】この関係から、Ｐ１を仮定すれば、時間Ｙ
２とＴ２とを定めることができるので、電力消費の削減
量を求めることができる。さらに、真空ポンプ２段目１
２ｂの処理量をＱ２とし、空気タンク５１ｂから空気ブ
ロワ１１の吸入側に供給するときの空気ブロワ１１の吸
入圧力をＰ２とすると、近似式として、 Ｑ２×Ｚ１＝Ｑ０×（Ｐ２÷Ｐ０）×Ｚ２ （９） が成立する。

【００６３】図７は、本発明の第４形態例を示す系統図
であって、一つの空気タンク５１に対して、空気ブロワ
１１及び真空ポンプ二段目１２ｂから蓄圧を行うように
形成したものである。すなわち、空気ブロワ１１は、経
路４３の蓄圧弁３４ａを介して、真空ポンプ二段目１２
ｂは経路４５の蓄圧弁３４ｂを介してそれぞれ蓄圧運転
を行えるようにしている。空気タンク５１から空気供給
弁３５を介して空気ブロワ１１の吸入側への蓄圧空気の
供給は、空気ブロワ１１及び真空ポンプ二段目１２ｂの
両者から空気が蓄圧され、第１形態例や第２形態例に比
べて蓄圧される空気量が多くなるので、第１形態例より
も早く開始することができる。したがって、空気ブロワ
１１の消費電力をより小さくすることができる。

【００６４】図８は、本形態例における運転モードの一
例を従来例と比較して示す図である。従来例について
は、前記同様なので、説明は省略する。本形態例では、
吸着塔の切換え直後からＴ１の間、空気ブロワ１１は空
気タンク５１への蓄圧運転を行い、真空ポンプ二段目１
２ｂはＺ１のま、空気タンク５１への蓄圧運転を行って
いる。さらに、空気ブロワ１１の給気運転後半の時間Ｙ
２には空気タンク５１から所定量の空気が圧力Ｐ１で空
気ブロワ１１の吸入側に供給される。これらの関係から
は、次の式が成立する。

【００６５】 Ｑ０×Ｙ０＝Ｑ０×（Ｙ０−Ｔ２−Ｙ２）＋Ｑ１×Ｙ２ （１０） Ｑ０×Ｔ１＋Ｑ０×Ｚ１＝Ｑ１×Ｙ２ （１１） Ｔ１＝Ｔ０＋Ｔ２ （１２）

【００６６】この関係から、Ｐ１及びＺ１を仮定すれ
ば、電力削減時間Ｙ２とＴ２とが得られ、電力消費の削
減量を求めることができる。

【００６７】図９は、本発明の第５形態例を示す系統図
であって、図２６に示した１塔式ＰＳＡに本発明を適用
した形態例を示している。なお、図２６のＰＳＡと同一
の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略す
る。

【００６８】本形態例では、空気ブロワ兼真空ポンプで
あるブロワ１５の吐出側経路４６におけるアフタークー
ラー１４の下流側に、蓄圧弁兼供給弁４０を備えた分岐
管４７を介して空気タンク５１を設け、ブロワ１５が真
空ポンプとして作動する吸着塔ＡＤの減圧再生の少なく
とも一部の時間帯に、吸着塔ＡＤから排出されるガスを
空気タンク５１に蓄圧し、吸着工程の少なくとも一部の
時間帯に、空気タンク５１内のガスを吸着塔ＡＤに供給
するようにしている。

【００６９】図１０は、本形態例における運転モードの
一例を示すもので、各弁の開閉状態とブロワ１５の吸入
圧力及び吐出圧力を示す図である。

【００７０】まず、サイクルタイムＴｃにおいて吸着塔
ＡＤが再生工程Ｔ１に切換ると、弁２１，２２，３１，
４０が閉じるとともに、弁２９が開いて吸着筒内のガス
が大気に放出される。吸着筒ＡＤ内が約大気圧になる
と、弁２９，２８が閉じて弁２３が開き、ブロワ１５が
真空ポンプとして作動して吸着塔ＡＤの真空排気操作Ｔ
ｅが行われる。さらに、この際成功程の後半で弁３１が
開き、吸着塔ＡＤのパージが行われる。

【００７１】吸着工程が終了して再生工程Ｔ２に切換る
と、弁３１，２３が閉じて弁２１，２２，２９，２８が
開き、吸着塔ＡＤの加圧操作Ｔ０が塔両端から行われ
る。吸着塔ＡＤ内が約大気圧になると、弁２２，２９が
閉じて弁４０が開き、ブロワ１５で圧縮した原料空気
と、空気タンク５１内に蓄圧されている空気とにより吸
着塔ＡＤが吸着圧力に加圧された後、吸着塔ＡＤが所定
圧力になってから弁２２，３１が開いて吸着塔ＡＤから
の製品ガスの取出し操作Ｔａが始まり、ブロワ１５の吐
出圧力が空気タンク５１の圧力を超えると空気タンク５
１への蓄圧が行われる。

【００７２】このように、吸着工程の後半において空気
タンク５１への蓄圧を行い、吸着工程前半の加圧操作の
際に空気タンク５１内の空気を吸着塔加圧用空気の一部
として使用するようにしている。これにより、吸着塔Ａ
Ｄの加圧に要する時間を短縮することができ、相対的に
真空再生の時間を長くすることができるので、ブロワ１
５の容量を小さくすることが可能となり、その結果、最
大消費電力を小さくすることができる。

【００７３】すなわち、このような１塔式ＰＳＡでは、
空気圧縮と真空排気とを同一のブロワ１５で行うが、そ
の機械特性で若干の相違はあるものの、サイクル時間Ｔ
ｃのうち、約６０％が真空排気に使われる時間Ｔ１とな
る。ここで、１サイクル中の総排気量は、大略、ブロワ
１５の排気容量×排気時間となるので、排気時間を長く
できれば、逆比例で排気容量を小さくすることができる
ことになる。

【００７４】ブロワ１５の本来の排気容量をＱ０、実効
排気時間をＴｅ、送気時間をＴａとし、本形態例におけ
る排気容量をＱ１、実効排気時間をＴ１ｅ、送気時間を
Ｔ１ａとすると、 Ｑ１＝Ｑ０×（Ｔｅ÷Ｔ１ｅ） （１３） Ｑ０×Ｔａ＝Ｑ１×（Ｔ０＋Ｔ０ａ） （１４） の関係が成立する。

【００７５】

【実施例】比較例１ 図２３に示す従来例の酸素ＰＳＡを図１１に示すシーケ
ンスで運転し、酸素純度が９３％（容積％、以下同じ）
で、発生量が５００Ｎｍ^３／ｈ（１００％換算）の製品
酸素を製造する設定とした。空気ブロワ１１は定容積式
であり、吐出圧が３５ｋＰａ（Ｇ）のときの容量は７８
ｍ^３／ｍｉｎである。真空ポンプ１２は注水定容積式２
段であり、一段目１２ａは吸入圧が２３０Ｔｏｒｒのと
きの容量が１５８ｍ^３／ｍｉｎ、二段目１２ｂは吸入圧
が７６０Ｔｏｒｒのときの容量が１００ｍ^３／ｍｉｎで
ある。

【００７６】図１１において、横軸は時間であり、上段
の縦軸は各弁の符号であって斜線部分は該弁が開、その
他の部分は閉を表している。また、下段は、空気ブロワ
１１の吐出圧Ｐｄと、真空ポンプ１２の吸入圧Ｐｓと表
している（他の比較例、実施例とも同じである）。消費
電力の測定結果を図１２に示す。図１２から、最大消費
電力は約２５５ｋＷ、最小消費電力は約７０ｋＷであ
り、変動幅は約１８５ｋＷとなった。

【００７７】実施例１ 図１に示す第１形態例の構成からなる酸素ＰＳＡを使用
して比較例１と同じ設定で製品酸素を製造した。空気タ
ンク５１の容積は８５ｍ^３とした。図２において、半サ
イクル時間Ｓ＝４０ｓｅｃ、Ｔ０＝１１ｓｅｃ、Ｙ０＝
３０ｓｅｃとすると、前記式（１）（２）（３）から、
Ｔ２＝２．１６ｓｅｃ、Ｙ２＝１１．０ｓｅｃとなる。
これに基づいて、図１３に示すシーケンスで運転した。
空気タンク５１から空気ブロワ１１の吸入側に供給する
空気圧力Ｐ１は圧力調節弁３６で調節して１８．６ｋＰ
ａ（Ｇ）とし、空気タンク５１の圧力は２０〜４０ｋＰ
ａ（Ｇ）とした。空気ブロワ１１における消費電力の測
定結果を図１４に示す。図１４から、最大消費電力は約
２３７ｋＷ、最小消費電力は約９３ｋＷであり、変動幅
は約１４４ｋＷとなり、消費電力の変動幅は比較例１よ
り小さくなった。

【００７８】実施例２ 図３に示す第２形態例の構成の酸素ＰＳＡを使用して比
較例１と同じ設定で製品酸素を製造した。空気タンク５
１の容積は９２ｍ^３とした。図４において、半サイクル
時間Ｓ＝４０ｓｅｃ、Ｔ０＝１１ｓｅｃ、Ｙ０＝３０ｓ
ｅｃとし、空気タンク５１から空気ブロワ１１の吸入側
に供給する空気圧力Ｐ１は１８．６ｋＰａ（Ｇ）とし、
空気タンク５１の圧力は２０〜４０ｋＰａ（Ｇ）とし
て、図１５に示すシーケンスで運転した。

【００７９】消費電力の測定結果を比較例１と一緒に図
１６に示す。このときの最大電力は約２２７ｋＷ、最小
電力は約１０９ｋＷとなり、その差（変動幅）は約１１
８ｋＷであった。比較例１に比べて、最大電力も変動幅
もともに著しく小さくなった。

【００８０】実施例３ 図５に示す第３形態例の構成の酸素ＰＳＡを使用して比
較例１と同じ設定で製品酸素を製造した。第１空気タン
ク５１ａの容積は８５ｍ^３、第２空気タンク５１ｂの容
積は８３ｍ^３とし、両空気タンクから空気ブロワ吸入側
に供給する圧力Ｐ１は前記同様に１８．６ｋＰａ（Ｇ）
とし、第１空気タンク５１ａの圧力は２０〜４０ｋＰａ
（Ｇ）、第２空気タンク５１ｂの圧力は１０〜２０ｋＰ
ａ（Ｇ）にした。

【００８１】前記図６及び式（６）（７）（８）におい
て、Ｓ１＋Ｓ２（半サイクルＳ）＝４０ｓｅｃ、Ｔ０＝
１１ｓｅｃ、Ｙ０＝３０ｓｅｃとすると、Ｔ２＝２．１
６ｓｅｃ、Ｙ２＝１１．０ｓｅｃとなる。これに基づい
て図１７に示すシーケンスで運転し、消費電力（合計
量）を測定した結果を図１８に示す。

【００８２】なお、真空ポンプ二段目１２ｂを空気昇圧
に使う時間Ｚ１を５秒とし、この間に第２空気タンク５
１ｂに蓄圧した。第２空気タンク５１ｂの空気は、空気
ブロワ１１の吸入圧力Ｐ２が９ｋＰａ（Ｇ）になるよう
に圧力調節弁３６ｂで調節して供給した。これにより、
第２空気タンク５１ｂからの空気供給時間Ｚ２は５．８
秒となった。この理由は、図１８に示すように、各ピー
クの山の高さをできるだけ合わせるようにすると、空気
ブロワ１１と真空ポンプ二段目１２ｂの容量が違うの
で、真空ポンプ二段目１２ｂによる蓄圧時間と空気ブロ
ワ１１が蓄圧された空気を使う時間とは異なってくる。
本実施例においては、式（９）から、［１００÷
｛（１．１２÷１．０２）×７８｝］×５ｓｅｃ＝５．
８ｓｅｃとなる。

【００８３】消費電力は、図１８に示すとおり、最大電
力が約２２５ｋＷ、最小電力が約１０３ｋＷであり、変
動幅は約１２２ｋＷであった。比較１例に比べて、電力
変動幅をはるかに小さくすることができ、しかも最大電
力を約３０ｋＷ下げることができた。

【００８４】実施例４ 図７に示す第４形態例の構成の酸素ＰＳＡを使用して比
較例１と同じ設定で製品酸素を製造した。空気タンク５
１の容積は１６８ｍ^３とした。図８及び式（１０）（１
１）（１２）において、Ｓ１＋Ｓ２（半サイクルＳ）＝
４０ｓｅｃ、Ｔ０＝１１ｓｅｃ、Ｙ０＝３０ｓｅｃと
し、真空ポンプ二段目１２ｂを空気昇圧に使う時間Ｚ１
を５ｓｅｃにした。計算により、Ｔ２＝２．１６ｓｅ
ｃ、Ｙ２＝１６．３ｓｅｃとした。空気タンク５１から
ブロワ吸入側に供給する圧力Ｐ１は１８．６ｋＰａ
（Ｇ）になるように圧力調整弁３６で調節した。空気タ
ンクの圧力は２０〜３６ｋＰａ（Ｇ）とした。

【００８５】図１９に示すシーケンスで運転を行い、消
費電力を測定して結果を図２０に示す。消費電力は、図
２０に示すように、最大電力は約２２５ｋＷ、最小電力
は約１３１ｋＷであり、変動幅は約９４ｋＷであった。
比較例１に比べて、変動幅も最大電力も共に大幅に小さ
くなった。

【００８６】比較例２ 図２３に示す従来例の１塔式ＰＳＡを使用し、純度９０
％の製品酸素を２７０Ｎｍ^３／ｈ（１００％換算）で製
造した。ブロワ１５の性能は、吐出圧力が６０ｋＰａ
（Ｇ）のときの容量が４６６０Ｎｍ^３／ｈであるものを
使用した。サイクルタイム（Ｔｃ）は５０秒、再生／減
圧時間（Ｔ１）は２９秒、充圧／吸着時間（Ｔ２）は２
１秒とした。ブロワ１５が実質的に真空ポンプとして吸
着塔を減圧している時間（Ｔｅ）は２７秒となった。ブ
ロワ１５における吸入圧力及び吐出圧力を図２１に、消
費電力を図２２に、それぞれ一点鎖線で示す。このとき
の最大電力は１３０ｋＷ、最小電力は１２ｋＷであり、
変動幅は１１８ｋＷであった。

【００８７】実施例５ 図９に示す第５形態例の１塔式ＰＳＡを使用して比較例
２と同様の設定で酸素を発生させた。空気タンク５１の
容積は６２ｍ^３とした。

【００８８】従来法による運転では再生から充圧に切換
えるときのブロワ吐出がほぼ大気圧である時間に相当す
る時間Ｔ０＝約４秒の期間に、弁４０を開にし、弁３０
を閉にして空気タンク５１に蓄圧した。次に弁２１を開
にして空気ブロワ１５から吸着塔ＡＤへ送気し、また、
弁４０を開にして空気タンク５１に蓄圧されているガス
を吸着塔ＡＤへ送って加圧充圧した。こうすることで、
Ｔａを２．５秒短縮することができ、Ｔｅを２．５秒延
長することができた。

【００８９】このときのブロワ１５における吸入圧力及
び吐出圧力を図２１に実線で、消費電力を図２２に実線
で、それぞれ示す。この結果、ブロワ容積は約７．５％
小さくでき、これにより最大電力は約１２０ｋＷに、最
小電力は約１１ｋＷになり、変動幅は１０９ｋＷになっ
た。

【００９０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
圧力変動吸着分離法によって空気分離を行う装置に設け
られている空気ブロワや真空ポンプの最大消費電力と最
小消費電力の差（変動幅）を小さくすることができ、ま
た、最大消費電力を小さくすることもできる。これによ
り、空気ブロワや真空ポンプの電源設備の負荷変動容量
を緩和することができる。したがって、ＰＳＡにより分
離した酸素を各種燃焼に用い、その燃焼エネルギーを発
電に用い、その発電をＰＳＡのブロワや真空ポンプの電
力に使用する場合において特に有益である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明を適用した２塔式ＰＳＡの第１形態例
を示す系統図である。

【図２】 第１形態例における半サイクルの運転モード
の一例を示す図である。

【図３】 本発明の第２形態例を示す系統図である。

【図４】 第２形態例における半サイクルの運転モード
の一例を示す図である。

【図５】 本発明の第３形態例を示す系統図である。

【図６】 第３形態例における半サイクルの運転モード
の一例を示す図である。

【図７】 本発明の第４形態例を示す系統図である。

【図８】 第４形態例における半サイクルの運転モード
の一例を示す図である。

【図９】 本発明の第５形態例を示す系統図である。

【図１０】 第５形態例における半サイクルの運転モー
ドの一例を示す図である。

【図１１】 比較例１の酸素ＰＳＡにおけるシーケンス
を示す図である。

【図１２】 比較例１における消費電力の測定結果を示
す図である。

【図１３】 実施例１の酸素ＰＳＡにおけるシーケンス
を示す図である。

【図１４】 実施例１における消費電力の測定結果を示
す図である。

【図１５】 実施例２の酸素ＰＳＡにおけるシーケンス
を示す図である。

【図１６】 実施例２における消費電力の測定結果を示
す図である。

【図１７】 実施例３の酸素ＰＳＡにおけるシーケンス
を示す図である。

【図１８】 実施例３における消費電力の測定結果を示
す図である。

【図１９】 実施例４の酸素ＰＳＡにおけるシーケンス
を示す図である。

【図２０】 実施例４における消費電力の測定結果を示
す図である。

【図２１】 比較例２及び実施例５における吸入圧力及
び吐出圧力の状態を示す図である。

【図２２】 比較例２及び実施例５における消費電力の
測定結果を示す図である。

【図２３】 従来の２塔式ＰＳＡの一例を示す系統図で
ある。

【図２４】 ２塔式ＰＳＡにおける上部均圧回収プロセ
スの場合の空気ブロワ及び真空ポンプの電力変動の一例
を示す図である。

【図２５】 ２塔式ＰＳＡにおけるパージ回収プロセス
の場合の空気ブロワ及び真空ポンプの電力変動の一例を
示す図である。

【図２６】 従来の１塔式ＰＳＡの一例を示す系統図で
ある。

【図２７】 １塔式ＰＳＡにおけるブロワの運転状態と
圧力及び消費電力の関係を示す図である。

【符号の説明】

Ａ，Ｂ，ＡＤ…吸着塔、１１…空気ブロワ、１２…真空
ポンプ、１３…製品タンク、３２…空気送入弁、３３…
大気吸込弁、３４…蓄圧弁、３５…空気供給弁、３６…
圧力調節弁、３７…吸入弁、３８…吐出弁、３９…大気
吸入弁、４１…空気ブロワの吐出側経路、４２…空気ブ
ロワの吸入側経路、４４…真空ポンプの吐出側経路、５
１…空気タンク

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸着工程と再生工程とに切換使用する複
   数の吸着塔と、吸着工程の吸着塔に原料空気を供給する
   空気ブロワとを備え、原料空気中の酸素と窒素とを分離
   する圧力変動吸着分離方法において、前記空気ブロワの
   吐出側経路と空気ブロワの吸入側経路とを接続する経路
   に設けた空気タンクに、空気ブロワの吐出空気の少なく
   とも一部を蓄圧し、前記複数の吸着塔を切換使用する時
   間の少なくとも一部の時間を、空気ブロワが空気タンク
   内のガスを吸入して吸着塔に供給する時間としたことを
   特徴とする圧力変動吸着分離方法。
2. 【請求項２】 前記再生工程の際に吸着塔内を減圧排気
   する真空ポンプを設けるとともに、該真空ポンプ吐出側
   経路と前記空気タンクとを接続する経路を設け、真空ポ
   ンプの吐出ガスの少なくとも一部を前記空気タンクに蓄
   圧することを特徴とする請求項１記載の圧力変動吸着分
   離方法。
3. 【請求項３】 吸着工程と再生工程とに切換使用する複
   数の吸着塔と、吸着工程の吸着塔に原料空気を供給する
   空気ブロワと、再生工程の際に吸着塔内を減圧排気する
   真空ポンプとを備え、原料空気中の酸素と窒素とを分離
   する圧力変動吸着分離方法において、前記真空ポンプの
   吐出側経路と前記空気ブロワの吸入側経路とを接続する
   経路に設けた空気タンクに、真空ポンプの吐出ガスの少
   なくとも一部を蓄圧し、前記複数の吸着塔を切換使用す
   る時間の少なくとも一部の時間を、空気ブロワが空気タ
   ンク内のガスを吸入して吸着塔に供給する時間としたこ
   とを特徴とする圧力変動吸着分離方法。
4. 【請求項４】 前記空気ブロワが前記空気タンクから吸
   入するガスの圧力が大気圧よりも高いことを特徴とする
   請求項１又は３記載の圧力変動吸着分離方法。
5. 【請求項５】 吸着工程と再生工程をに切換使用する単
   数の吸着塔と、吸着工程にある吸着塔に原料空気を供給
   するとともに再生工程にある吸着塔を減圧排気する空気
   ブロワ兼真空ポンプとを備え、原料空気中の酸素と窒素
   とを分離する圧力変動吸着分離方法において、前記空気
   ブロワの吐出側経路に設けた空気タンクに、空気ブロワ
   兼真空ポンプの吐出ガスの少なくとも一部を蓄圧し、前
   記単数の吸着塔を切換使用する時間の少なくとも一部の
   時間を、空気タンク内のガスを吸着塔に供給する時間と
   したことを特徴とする圧力変動吸着分離方法。
6. 【請求項６】 吸着工程と再生工程とに切換使用する複
   数の吸着塔と、吸着工程の吸着塔に原料空気を供給する
   空気ブロワと、該空気ブロワの吐出側経路と吸入側経路
   を結ぶ経路と、該経路の途中に設けた空気タンクとを備
   えていることを特徴とする圧力変動吸着分離装置。
7. 【請求項７】 吸着工程と再生工程とに切換使用する複
   数の吸着塔と、吸着工程の吸着塔に原料空気を供給する
   空気ブロワと、再生工程の吸着塔を減圧排気する真空ポ
   ンプと、該真空ポンプの吐出側経路と前記空気ブロワの
   吸入側経路とを結ぶ経路と、該経路の途中に設けた空気
   タンクとを備えていることを特徴とする圧力変動吸着分
   離装置。
8. 【請求項８】 吸着工程と再生工程とに切換使用する単
   数の吸着塔と、吸着工程にある吸着塔に原料空気を供給
   するとともに再生工程にある吸着塔を減圧排気する空気
   ブロワ兼真空ポンプと、該空気ブロワ兼真空ポンプの吐
   出側経路に設けた空気タンクとを備えていることを特徴
   とする圧力変動吸着分離装置。