JP2008155168A - Pressure swing adsorption type gas generator - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To easily correspond to an increase in the supply flow amount of a product gas and enable economic operation when the supply flow amount of the product gas is increased or decreased over a wide range. <P>SOLUTION: A gas generator comprises: two adsorption tanks 1 and 2 filled with an adsorbent; a product tank 3; a plurality of gas generation units 10a to 10c including adsorption valves SV1 and SV2 which open and close a flow path introducing raw material air into the adsorption tanks, exhaust valves SV3 and SV4, a pressure equalization valve SV5, and outlet valves SV6 and SV7; a raw material air source 11; and an accumulation product tank 12 accumulating the product gas stored in each product tank, wherein adsorption operation which supplies compressed raw material air to carry out adsorption and detachment operation which detaches gas at a low pressure are alternatively carried out in the two adsorption tanks. A controller 13 comprises controlling the operation of a plurality of gas generation units by one operation and having a function of changing the number of units to be operated, wherein timing of changing each step of the operation of the plurality of gas generation units is controlled so as to be deviated at intervals of equal time for each unit. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、圧力スイング吸着法により窒素または酸素ガスを発生させるための、圧力スイング吸着式ガス発生装置に関する。   The present invention relates to a pressure swing adsorption type gas generator for generating nitrogen or oxygen gas by a pressure swing adsorption method.

窒素または酸素ガスを製造するための非低温技術の1つとして、PSA(圧力スイング吸着)法が知られている。PSA法によれば、例えば、空気を原料とし、吸着剤により原料空気の酸素を吸着することにより、窒素を分離して高純度の窒素ガスを製品ガスとして得ることができる。なお、PSAの技術は、厳密な意味でのPSAプロセスだけでなく、VSA(真空スイング吸着)のような同様のプロセスも含む意味で用いられる。   A PSA (pressure swing adsorption) method is known as one of the non-low temperature techniques for producing nitrogen or oxygen gas. According to the PSA method, for example, by using air as a raw material and adsorbing oxygen in the raw material air with an adsorbent, nitrogen can be separated and high-purity nitrogen gas can be obtained as a product gas. The PSA technique is used not only in a strict sense but also in a meaning including a similar process such as VSA (vacuum swing adsorption).

PSAプロセスにおいては、高圧における吸着量が低圧における吸着量よりも大きいことを利用する。すなわち、高圧において酸素を吸着させた吸着剤を、低圧下において酸素を脱着させる、という吸脱着の繰り返しにより、吸着剤の吸着能力を回復させながら、連続運転を行う。従って、PSAの工程においては、吸着剤を充填した吸着槽を2つ使用し、一方の吸着槽において高圧下での吸着工程が行われている間に、他方の吸着槽において低圧下での脱着工程を行う。(例えば特許文献1参照)
このように、吸着槽を2つ用いて交互に吸脱着工程を行うために、原料空気の導入口から吸着槽を経て製品槽に至るガスの流路を、行われるべき工程に応じて切り換える。すなわち、吸着工程を行う吸着槽への原料空気の導入、製品ガスの導出、あるいは脱着工程を行う吸着槽からの排気等が適切に行われるように、多数のバルブを適時切り換えて運転を行う。
特開2002−239330号公報
In the PSA process, the fact that the adsorption amount at high pressure is larger than the adsorption amount at low pressure is utilized. That is, continuous operation is performed while recovering the adsorption capacity of the adsorbent by repeating adsorption / desorption in which the adsorbent that has adsorbed oxygen at high pressure is desorbed at low pressure. Therefore, in the PSA process, two adsorption tanks filled with an adsorbent are used, and while one adsorption tank is performing the adsorption process under high pressure, the other adsorption tank is desorbed under low pressure. Perform the process. (For example, see Patent Document 1)
In this way, in order to alternately perform the adsorption / desorption process using two adsorption tanks, the gas flow path from the raw material air inlet through the adsorption tank to the product tank is switched according to the process to be performed. That is, the operation is performed by switching a large number of valves in a timely manner so that the introduction of raw material air into the adsorption tank for performing the adsorption process, the derivation of the product gas, or the exhaust from the adsorption tank for performing the desorption process is performed appropriately.
JP 2002-239330 A

上述のような構成の圧力スイング吸着式ガス発生装置により、大流量で製品ガスを供給するためには、大容量の原料空気源が必要であり、また吸着槽および製品槽にも大きな容量が必要である。したがって、消費される製品ガス量が多ければ大型の装置が必要であり、製品ガスの消費量の増大に応じて供給可能な製品ガスの流量を増大させるためには、より大型の装置と置き換えることを要し、設備投資の負担が大きい。   In order to supply the product gas at a large flow rate by the pressure swing adsorption type gas generator configured as described above, a large capacity raw material air source is required, and the adsorption tank and the product tank also require a large capacity. It is. Therefore, if the amount of product gas consumed is large, a large-sized device is required. To increase the flow rate of product gas that can be supplied in accordance with an increase in the amount of product gas consumed, a larger device must be replaced. The burden of capital investment is large.

また、製品ガスの供給を小流量から大流量に亘って増減可能とする場合も、吸着槽および製品槽を、最大の製品ガス流量に合わせて大きなものにする必要がある。したがって、そのような大型の装置により、小さな製品ガス流量を供給する場合は、経済的でない運転にならざるを得なかった。   Further, when the supply of the product gas can be increased or decreased from a small flow rate to a large flow rate, it is necessary to make the adsorption tank and the product tank large in accordance with the maximum product gas flow rate. Therefore, when a small product gas flow rate is supplied by such a large apparatus, the operation has to be uneconomical.

したがって本発明は、製品ガス供給流量の増大に対する対応が容易であり、また、製品ガスを小流量から大流量に亘って増減させて供給する運転を経済的に行うことが可能な圧力スイング吸着式ガス発生装置を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention is easy to cope with an increase in the product gas supply flow rate, and is a pressure swing adsorption type capable of economically supplying the product gas by increasing or decreasing the product gas from a small flow rate to a large flow rate. An object is to provide a gas generator.

本発明の圧力スイング吸着式ガス発生装置は、吸着剤を充填した第1吸着槽および第2吸着槽と、原料空気を前記第1吸着槽および第2吸着槽へ導入する流路を各々開閉する第1および第2吸着バルブと、前記第1および第2吸着槽で前記原料空気から分離された製品ガスを貯蔵する製品槽と、前記第1および第2吸着槽からの排気用流路を各々開閉する第1および第2排気バルブと、前記第1および第2吸着槽の間を連通させる均圧用流路を開閉する均圧バルブと、前記第1および第2吸着槽の間を流量調節弁を介して連通させた還流用流路と、前記第1および第2吸着槽と前記製品槽との間の流路を各々開閉する第1および第2出口バルブと、前記各バルブの開閉を制御するバルブ駆動信号を供給する制御装置とを備える。圧縮された原料空気を供給して高圧下で前記吸着剤による吸着を行う吸着動作と、圧力を低下させて前記吸着剤に吸着したガスを脱着させる脱着動作を、前記各バルブを切り替えることにより、前記第1および第2吸着槽において交互に行うことが可能であり、前記制御装置は、前記第1吸着槽で吸着動作を行い前記第2吸着槽で脱着動作を行うA工程と、前記第2吸着槽で吸着動作を行い前記第1吸着槽で脱着動作を行うB工程と、前記均圧バルブを開放して前記両吸着槽の圧力を均等にする均圧工程とを、前記A工程と前記B工程が、両工程間に前記均圧工程を挟みながら交互に行われるように制御する。   The pressure swing adsorption type gas generator of the present invention opens and closes a first adsorption tank and a second adsorption tank filled with an adsorbent, and a flow path for introducing raw air into the first adsorption tank and the second adsorption tank, respectively. First and second adsorption valves, a product tank for storing the product gas separated from the raw material air in the first and second adsorption tanks, and an exhaust passage from the first and second adsorption tanks, respectively A first and second exhaust valve that opens and closes, a pressure equalizing valve that opens and closes a pressure equalizing flow path that communicates between the first and second adsorption tanks, and a flow control valve between the first and second adsorption tanks A flow path for reflux communicated via the first, second and second outlet valves for opening and closing the flow paths between the first and second adsorption tanks and the product tank, and controlling the opening and closing of the valves. And a control device for supplying a valve driving signal to be operated. By switching each valve between an adsorption operation for supplying compressed raw material air and performing adsorption by the adsorbent under high pressure, and a desorption operation for desorbing the gas adsorbed to the adsorbent by reducing the pressure, It is possible to perform alternately in the first and second adsorption tanks, and the control device performs an adsorption operation in the first adsorption tank and a desorption operation in the second adsorption tank, and the second step. A step B in which an adsorption operation is performed in the adsorption tank and a desorption operation is performed in the first adsorption tank; and a pressure equalization step in which the pressure equalization valve is opened to equalize the pressure in both adsorption tanks. Control is performed so that the B process is alternately performed while the pressure equalization process is sandwiched between the two processes.

上記課題を解決するために、前記第1吸着槽および第2吸着槽、前記製品槽、前記第1および第2吸着バルブ、前記第1および第2排気バルブ、前記均圧バルブ、前記還流用流路、および前記第1および第2出口バルブを含むガス発生ユニットを複数台と、前記複数のガス発生ユニットに、前記第1および第2吸着バルブを介して前記原料空気を供給する原料空気源と、前記複数台のガス発生ユニットの各製品槽に貯蔵された前記製品ガスが集積される集積製品槽とを備える。前記制御装置は、前記複数台のガス発生ユニットにおける前記各バルブの開閉を制御するバルブ駆動信号を供給して運転を制御し、前記複数台のガス発生ユニットのうち運転する台数を切り替える機能を有するとともに、複数台の前記ガス発生ユニットを運転させるときに、前記A工程、前記B工程、および前記均圧工程を切り替えるタイミングが、前記各ガス発生ユニット毎に等時間間隔でずれるように制御する。   In order to solve the above problems, the first adsorption tank and the second adsorption tank, the product tank, the first and second adsorption valves, the first and second exhaust valves, the pressure equalizing valve, and the reflux flow And a plurality of gas generating units including the first and second outlet valves, and a source air source for supplying the source air to the plurality of gas generating units via the first and second adsorption valves And an integrated product tank in which the product gas stored in each product tank of the plurality of gas generating units is integrated. The control device has a function of supplying a valve driving signal for controlling opening and closing of the valves in the plurality of gas generation units to control operation, and switching the number of the gas generation units to be operated. At the same time, when operating a plurality of the gas generation units, the timing for switching the A step, the B step, and the pressure equalization step is controlled to be shifted at equal time intervals for each of the gas generation units.

上記構成の圧力スイング吸着式ガス発生装置によれば、運転条件の設定値に適合させるために必要な台数のガス発生ユニットを選択的に運転させて、消費される製品ガス量の増減に応じた経済運転が可能である。しかも、一定周期の切り替えタイミングで複数台のガス発生ユニットを等時間間隔で切り替えることにより、集積製品槽での圧力低下が少なく、原料空気圧力に近い製品ガス圧力を安定して得ることができる。したがって、大きな容量のガス発生システムをコンパクトに構成することができ、増設も容易である。   According to the pressure swing adsorption type gas generator having the above-described configuration, the number of gas generating units necessary for adapting to the set value of the operating condition is selectively operated, and the amount of product gas consumed is increased or decreased. Economic operation is possible. In addition, by switching a plurality of gas generating units at regular time intervals at a constant cycle switching timing, there is little pressure drop in the integrated product tank, and a product gas pressure close to the raw material air pressure can be stably obtained. Therefore, a large-capacity gas generation system can be configured in a compact manner, and expansion is easy.

本発明の圧力スイング吸着式ガス発生装置において、前記原料空気源として前記原料空気を貯蔵して供給する原料空気槽を備えることが好ましい。   The pressure swing adsorption type gas generator of the present invention preferably includes a raw material air tank that stores and supplies the raw material air as the raw material air source.

また、1台の前記ガス発生ユニットと、前記集積製品槽と、前記制御装置とを備えた親機が構成され、他の前記ガス発生ユニットは、子機として前記親機に対して1台または複数台を接続することが可能であることが好ましい。その場合、また、前記親機は、前記原料空気源として前記原料空気を貯蔵して供給する原料空気槽を備えることが好ましい。   In addition, a master unit including one gas generation unit, the integrated product tank, and the control device is configured, and the other gas generation unit is configured as one slave unit with respect to the master unit or It is preferable that a plurality of units can be connected. In this case, it is preferable that the master unit includes a raw material air tank that stores and supplies the raw material air as the raw material air source.

また、原料空気槽内の圧力を検出する原料空気圧力検出器、前記集積製品槽から流出する製品ガスの流量を検出する製品ガス流量検出器、前記集積製品槽から流出する前記製品ガス中の酸素濃度を検出する含有酸素濃度検出器、および前記集積製品槽内の圧力を検出する集積製品槽圧力検出器から選択された少なくとも1つの検出器を更に備え、前記制御装置は、運転する前記ガス発生ユニットの台数を各検出器の検出値に応じて変更することが好ましい。   Also, a raw material air pressure detector for detecting the pressure in the raw material air tank, a product gas flow rate detector for detecting the flow rate of the product gas flowing out from the integrated product tank, and oxygen in the product gas flowing out from the integrated product tank The control device further comprises at least one detector selected from an oxygen concentration detector for detecting a concentration and an integrated product tank pressure detector for detecting a pressure in the integrated product tank, It is preferable to change the number of units according to the detection value of each detector.

あるいは、原料空気槽内の圧力を検出する原料空気圧力検出器、前記集積製品槽から流出する製品ガスの流量を検出する製品ガス流量検出器、前記集積製品槽から流出する前記製品ガス中の酸素濃度を検出する含有酸素濃度検出器、および前記集積製品槽内の圧力を検出する集積製品槽圧力検出器から選択された少なくとも1つの検出器と、前記各検出器の検出値を表示するディスプレイとを更に備え、前記制御装置が運転する前記ガス発生ユニットの台数を手動により操作可能である構成とすることもできる。   Alternatively, a raw material air pressure detector for detecting the pressure in the raw material air tank, a product gas flow rate detector for detecting the flow rate of the product gas flowing out from the integrated product tank, and oxygen in the product gas flowing out from the integrated product tank A contained oxygen concentration detector for detecting the concentration, at least one detector selected from the integrated product tank pressure detector for detecting the pressure in the integrated product tank, and a display for displaying a detection value of each detector; The number of the gas generating units operated by the control device can be manually operated.

また、前記原料空気を圧縮するためのインバータ式空気圧縮機を備え、前記制御装置は、前記ガス発生ユニットの運転台数に応じて前記インバータ式空気圧縮機の能力を制御することが好ましい。   Moreover, it is preferable that an inverter type air compressor for compressing the raw material air is provided, and the control device controls the capacity of the inverter type air compressor in accordance with the number of operating gas generating units.

以下、本発明の実施の形態おける圧力スイング吸着式ガス発生装置について、図面を参照した詳細に説明する。本発明の一実施の形態として、PSA法を用いた窒素ガス発生装置について説明する。なお、PSA法を用いた酸素ガス発生装置の場合は、吸着槽に充填する吸着剤が異なること、酸素濃度検出器による濃度検出値の用い方が相違する等、若干の変更は必要であるが、窒素ガス発生装置と同様に構成することができる。   Hereinafter, a pressure swing adsorption gas generator according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. As an embodiment of the present invention, a nitrogen gas generator using the PSA method will be described. In the case of an oxygen gas generator using the PSA method, slight changes are necessary, such as different adsorbents filled in the adsorption tank and different usage of concentration detection values by the oxygen concentration detector. It can be configured similarly to the nitrogen gas generator.

図1は、本発明の一実施の形態における窒素ガス発生装置の構成を示す概要図である。この装置は、複数台(図1では3台)のガス発生ユニット10a、10b、および10cと、原料空気槽11と、集積製品槽12と、制御装置13とを備える。   FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a nitrogen gas generator according to an embodiment of the present invention. This apparatus includes a plurality (three in FIG. 1) of gas generating units 10 a, 10 b, and 10 c, a raw material air tank 11, an integrated product tank 12, and a control device 13.

本実施の形態では、1台のガス発生ユニット10cが、原料空気槽11、集積製品槽12、および制御装置13と組み合わされて親機14を構成している。親機14には、原料空気入口4、製品ガスを外部に供給するための製品ガス出口15、原料空気出口16、および窒素ガス入口17が設けられている。原料空気入口4から導入されエアフィルタ5を経由した原料空気が、原料空気槽11に貯蔵される。原料空気槽11は、ガス発生ユニット10cおよび2つの原料空気出口16と接続されている。製品ガス出口15は、集積製品槽12と接続されている。集積製品槽12はまた、ガス発生ユニット10cおよび2つの窒素ガス入口17と接続されている。   In the present embodiment, one gas generation unit 10 c is combined with the raw material air tank 11, the integrated product tank 12, and the control device 13 to constitute the parent device 14. The master unit 14 is provided with a raw material air inlet 4, a product gas outlet 15 for supplying product gas to the outside, a raw material air outlet 16, and a nitrogen gas inlet 17. The raw air introduced from the raw air inlet 4 and passing through the air filter 5 is stored in the raw air tank 11. The raw material air tank 11 is connected to the gas generation unit 10 c and the two raw material air outlets 16. The product gas outlet 15 is connected to the integrated product tank 12. The integrated product tank 12 is also connected to a gas generation unit 10 c and two nitrogen gas inlets 17.

他のガス発生ユニット10a、10bは子機として構成され、親機14に対して着脱可能である。すなわち、親機14の原料空気出口16が、ガス発生ユニット10a、10bに各々設けられた原料空気入口18と接続される。また、ガス発生ユニット10a、10bに各々設けられた窒素ガス出口19が、親機14に設けられた窒素ガス入口17と接続される。原料空気槽11から、各ガス発生ユニット10a、10b、10cに原料空気が供給される。集積製品槽12には、各ガス発生ユニット10a、10b、10cからの製品ガス(窒素ガス)が集積され貯蔵される。   The other gas generation units 10 a and 10 b are configured as slave units and are detachable from the master unit 14. That is, the raw material air outlet 16 of the parent machine 14 is connected to the raw material air inlet 18 provided in each of the gas generation units 10a and 10b. In addition, nitrogen gas outlets 19 provided in the gas generation units 10 a and 10 b are connected to a nitrogen gas inlet 17 provided in the main unit 14. The raw material air is supplied from the raw material air tank 11 to the gas generating units 10a, 10b, and 10c. In the integrated product tank 12, product gases (nitrogen gas) from the gas generating units 10a, 10b, and 10c are accumulated and stored.

これらの接続により、子機であるガス発生ユニット10a、10bが親機14と結合され、一体となって運転可能となる。制御装置13は、各ガス発生ユニット10a、10b、および10cに設けられたバルブ等の動作を、一括して制御する。この構成により、大きな容量のガス発生システムをコンパクトに構成することができる。増設も容易である。親機14に接続される子機のガス発生ユニットの台数は、制御装置13により任意に設定することが可能である。なお、原料空気槽11、集積製品槽12、および制御装置13は、1台のガス発生ユニットと組み合わせて親機を構成する形態に限られることなく、複数台のガス発生ユニットを一括して運転するための共通ユニットとして、ガス発生ユニットと分離して構成することも可能である。   By these connections, the gas generation units 10a and 10b which are slave units are coupled to the master unit 14 and can be operated as a unit. The control device 13 collectively controls operations of valves and the like provided in the gas generation units 10a, 10b, and 10c. With this configuration, a large-capacity gas generation system can be configured in a compact manner. Expansion is easy. The number of the gas generating units of the slave units connected to the master unit 14 can be arbitrarily set by the control device 13. In addition, the raw material air tank 11, the integrated product tank 12, and the control device 13 are not limited to a configuration in which a master unit is configured in combination with one gas generation unit, and a plurality of gas generation units are operated in a lump. As a common unit for this purpose, it may be configured separately from the gas generation unit.

図2に示すように、各ガス発生ユニット10a、10b、10cは、酸素吸着剤を充填した第1吸着槽1と第2吸着槽2、および製造された窒素ガスが貯蔵される製品槽3を備える。さらに、それらの槽を連結する配管には、第1吸着バルブ(SV1)、第2吸着バルブ(SV2)、第1排気バルブ(SV3)、第2排気バルブ(SV4)、2つの均圧バルブ(SV5)、第1出口バルブ(SV6)、第2出口バルブ(SV7)、および流量調節弁9が設けられている。   As shown in FIG. 2, each gas generation unit 10a, 10b, 10c includes a first adsorption tank 1 and a second adsorption tank 2 filled with an oxygen adsorbent, and a product tank 3 in which the produced nitrogen gas is stored. Prepare. Furthermore, the piping connecting these tanks includes a first adsorption valve (SV1), a second adsorption valve (SV2), a first exhaust valve (SV3), a second exhaust valve (SV4), two pressure equalizing valves ( SV5), a first outlet valve (SV6), a second outlet valve (SV7), and a flow rate adjusting valve 9 are provided.

原料空気槽11から供給される原料空気は、各ガス発生ユニット毎に、第1吸着バルブ(SV1)および第2吸着バルブ(SV2)に導かれる。第1吸着バルブ(SV1)は配管6により第1吸着槽1と、第2吸着バルブ(SV2)は配管7により第2吸着槽2と接続されている。配管6と配管7で示される流路は、各々第1排気バルブ(SV3)および第2排気バルブ(SV4)を介して排気口8に接続されている。第1吸着槽1と第2吸着槽2は、上下に設けた2つの均圧バルブ(SV5)を介して連通可能となっている。   The raw air supplied from the raw air tank 11 is guided to the first adsorption valve (SV1) and the second adsorption valve (SV2) for each gas generation unit. The first adsorption valve (SV1) is connected to the first adsorption tank 1 by a pipe 6 and the second adsorption valve (SV2) is connected to the second adsorption tank 2 by a pipe 7. The flow paths indicated by the pipe 6 and the pipe 7 are connected to the exhaust port 8 via the first exhaust valve (SV3) and the second exhaust valve (SV4), respectively. The first adsorption tank 1 and the second adsorption tank 2 can communicate with each other via two pressure equalization valves (SV5) provided at the top and bottom.

第1吸着槽1から導出される3本の配管のうち1本は、第1出口バルブ(SV6)を介して製品槽3に接続されている。第2吸着槽2から導出される3本の配管のうち1本は、第2出口バルブ(SV7)を介して製品槽3に接続されている。第1吸着槽1と第2吸着槽2は、流量調節弁9を介して相互に接続されている。製品槽3は窒素ガス出口19に接続され、ここから親機14の窒素ガス入口17を介して、窒素ガスが集積製品槽12に供給される。   One of the three pipes led out from the first adsorption tank 1 is connected to the product tank 3 via a first outlet valve (SV6). One of the three pipes led out from the second adsorption tank 2 is connected to the product tank 3 via a second outlet valve (SV7). The first adsorption tank 1 and the second adsorption tank 2 are connected to each other via a flow rate control valve 9. The product tank 3 is connected to a nitrogen gas outlet 19, from which nitrogen gas is supplied to the integrated product tank 12 via the nitrogen gas inlet 17 of the parent machine 14.

図1に示すように、原料空気槽11には、槽内の圧力を検出する原料空気圧力検出器P0が設置されている。第1吸着槽1および第2吸着槽2にはそれぞれ、第1吸着槽圧力検出器P1、第2吸着槽圧力検出器P2が設置されている。集積製品槽12には、槽内の圧力を検出する集積製品槽圧力検出器P4が設置されている。集積製品槽12から製品ガス出口15に至る流路には、集積製品槽12から流出する製品ガスの流量を検出する窒素ガス流量検出器Fと、流出する製品ガス中の酸素濃度を検出する含有酸素濃度検出器OCが設置されている。なお、以下の記載において、原料空気圧力検出器P0、第1吸着槽圧力検出器P1、第2吸着槽圧力検出器P2、製品槽圧力検出器P3(図2参照)および集積製品槽圧力検出器P4が検出する圧力値について、対応する同一符号P0、P1、P2、P3、P4を用いて表す。   As shown in FIG. 1, the raw material air tank 11 is provided with a raw material air pressure detector P0 for detecting the pressure in the tank. The first adsorption tank 1 and the second adsorption tank 2 are provided with a first adsorption tank pressure detector P1 and a second adsorption tank pressure detector P2, respectively. The integrated product tank 12 is provided with an integrated product tank pressure detector P4 that detects the pressure in the tank. The flow path from the integrated product tank 12 to the product gas outlet 15 includes a nitrogen gas flow rate detector F for detecting the flow rate of the product gas flowing out from the integrated product tank 12, and an oxygen concentration in the flowing out product gas. An oxygen concentration detector OC is installed. In the following description, the raw material air pressure detector P0, the first adsorption tank pressure detector P1, the second adsorption tank pressure detector P2, the product tank pressure detector P3 (see FIG. 2), and the integrated product tank pressure detector. About the pressure value which P4 detects, it represents using the corresponding same code | symbol P0, P1, P2, P3, P4.

各検出器の出力は、制御装置13に入力される。また、各バルブの開閉動作は、制御装置13から供給されるバルブ駆動信号により制御される。制御装置13は、各種設定値、バルブ駆動制御、および各検出器の出力に基づく運転制御等を、CPUの通常の動作により行うものであるが、電気的な配線については、図示を省略する。   The output of each detector is input to the control device 13. The opening / closing operation of each valve is controlled by a valve drive signal supplied from the control device 13. The control device 13 performs various setting values, valve drive control, operation control based on the output of each detector, and the like by normal operation of the CPU, but illustration of electrical wiring is omitted.

(ガス発生ユニット単体の動作)
次に、各ガス発生ユニット10a、10b、10cの各々の単独での動作について、図2〜5を参照して説明する。第1吸着槽1および第2吸着槽2では、圧縮された原料空気が供給されて高圧下で吸着剤による吸着を行う吸着動作と、圧力を低下させて吸着剤に吸着したガスを脱着させる脱着動作を、各バルブを切り替えることにより交互に行うことが可能である。以下の説明では、第1吸着槽1で吸着動作を行い第2吸着槽2で脱着動作を行う工程をA工程、第2吸着槽2で吸着動作を行い第1吸着槽1で脱着動作を行う工程をB工程、均圧バルブ(SV5)を開放して両吸着槽の圧力を均等にする工程をC工程(あるいは均圧工程)と称する。A工程とB工程が、両工程間にC工程を挟みながら交互に行われて、窒素または酸素ガスを取り出す運転が連続的に行われる。
(Operation of gas generation unit alone)
Next, the operation of each of the gas generation units 10a, 10b, and 10c will be described with reference to FIGS. In the first adsorption tank 1 and the second adsorption tank 2, an adsorption operation in which compressed raw material air is supplied and adsorption is performed with an adsorbent under high pressure, and desorption in which the gas adsorbed on the adsorbent is desorbed by reducing the pressure. The operation can be performed alternately by switching each valve. In the following description, the process of performing the adsorption operation in the first adsorption tank 1 and performing the desorption operation in the second adsorption tank 2 is performed as the A process, the adsorption operation is performed in the second adsorption tank 2 and the desorption operation is performed in the first adsorption tank 1. The process is referred to as process B, and the process of opening the pressure equalization valve (SV5) to equalize the pressure in both adsorption tanks is referred to as process C (or pressure equalization process). The A process and the B process are alternately performed with the C process interposed between the two processes, and the operation of taking out nitrogen or oxygen gas is continuously performed.

図2〜図4は、ガス発生ユニットについて、それぞれ異なる工程における動作を示す。図2は、第1吸着槽1が吸着工程で、第2吸着槽2が脱着工程にある状態、すなわちA工程を示す。図3は均圧工程を示す。図4は、第1吸着槽1が脱着工程で、第2吸着槽2が吸着工程にある状態、すなわちB工程を示す。各槽等を結ぶ線は配管であり、ガスが流れている状態が太線で示される。各図において、バルブに施したハッチングは開放状態を示し、ハッチングが施されていないバルブは閉鎖状態にある。また、各吸着槽1、2および製品槽3に施されたハッチングは、窒素ガスが存在する状態を示す。   2 to 4 show operations in different steps for the gas generation unit. FIG. 2 shows a state in which the first adsorption tank 1 is in the adsorption process and the second adsorption tank 2 is in the desorption process, that is, the A process. FIG. 3 shows a pressure equalization process. FIG. 4 shows a state where the first adsorption tank 1 is in the desorption process and the second adsorption tank 2 is in the adsorption process, that is, the B process. A line connecting the tanks and the like is a pipe, and a state in which gas is flowing is indicated by a thick line. In each figure, the hatching applied to the valve indicates the open state, and the valve that is not hatched is in the closed state. Moreover, the hatching given to each adsorption tank 1 and 2 and the product tank 3 shows the state in which nitrogen gas exists.

上記構成の窒素ガス発生装置の動作について、図2〜図4とともに、図5に示される圧力分布および動作タイミングを参照して説明する。   The operation of the nitrogen gas generator configured as described above will be described with reference to the pressure distribution and operation timing shown in FIG. 5 together with FIGS.

図5のP01に示されるカーブは、第1吸着バルブ(SV1)、および第2吸着バルブ(SV2)に供給される原料空気圧を示す。P1〜P3はそれぞれ、第1吸着槽圧力検出器P1、第2吸着槽圧力検出器P2、製品槽圧力検出器P3から得られる圧力値を示す。SV1、SV2、SV3、SV4、SV5、SV6、SV7はそれぞれ、対応するバルブを開閉させるためのバルブ駆動信号を示す。ハッチングが施されている領域では、バルブ駆動信号により各バルブが開放された状態であり、他の領域では各バルブが閉鎖された状態である。チャートの横軸は時間を示し、時間軸の方向にC工程、A工程、C工程、B工程、C工程というように工程が繰り返される。A〜Cの符号の上部に記載された時間は、各工程の継続時間である。   The curve indicated by P01 in FIG. 5 indicates the raw material air pressure supplied to the first adsorption valve (SV1) and the second adsorption valve (SV2). P1 to P3 indicate pressure values obtained from the first adsorption tank pressure detector P1, the second adsorption tank pressure detector P2, and the product tank pressure detector P3, respectively. SV1, SV2, SV3, SV4, SV5, SV6, and SV7 respectively indicate valve drive signals for opening and closing the corresponding valves. In the hatched area, each valve is opened by the valve drive signal, and in the other area, each valve is closed. The horizontal axis of the chart indicates time, and the processes are repeated in the direction of the time axis, such as C process, A process, C process, B process, and C process. The time described in the upper part of the symbols A to C is the duration of each step.

図5における工程Aは、図2に示される工程であり、第1吸着槽1では吸着工程が、第2吸着槽2では脱着工程が行われる。   Process A in FIG. 5 is the process shown in FIG. 2, in which the adsorption process is performed in the first adsorption tank 1 and the desorption process is performed in the second adsorption tank 2.

この工程Aでは、第1吸着バルブ(SV1)、第2排気バルブ(SV4)、第1出口バルブ(SV6)に供給されるバルブ駆動信号は開放信号であり、他のバルブには閉鎖信号が供給される。第1吸着槽1では、加圧原料空気が第1吸着槽1の底部に導入されて吸着工程が行われる。原料空気圧力P01の上昇とともに第1吸着槽圧力P1も上昇する。それに伴い、酸素吸着剤により原料空気から酸素が吸着され、槽上部から窒素ガスが流出して出口バルブ(SV6)を通って製品槽3に導入される。これに伴い、製品槽圧力P3が上昇する。   In this step A, the valve drive signals supplied to the first adsorption valve (SV1), the second exhaust valve (SV4), and the first outlet valve (SV6) are open signals, and the other valves are supplied with close signals. Is done. In the 1st adsorption tank 1, pressurized raw material air is introduced into the bottom part of the 1st adsorption tank 1, and an adsorption process is performed. As the raw material air pressure P01 increases, the first adsorption tank pressure P1 also increases. Along with this, oxygen is adsorbed from the raw material air by the oxygen adsorbent, and nitrogen gas flows out from the upper part of the tank and is introduced into the product tank 3 through the outlet valve (SV6). Along with this, the product tank pressure P3 increases.

第2吸着槽2は第2排気バルブ(SV4)を通して減圧され、第2吸着槽圧力P2が急激に下降する。このとき、流量調節弁9を通して、第1吸着槽1の頂部から取り出される環流窒素が、第2吸着槽2の頂部に導入される。これらの動作により、酸素吸着剤から酸素が脱着排気される。   The second adsorption tank 2 is depressurized through the second exhaust valve (SV4), and the second adsorption tank pressure P2 rapidly decreases. At this time, circulating nitrogen taken out from the top of the first adsorption tank 1 is introduced into the top of the second adsorption tank 2 through the flow rate control valve 9. By these operations, oxygen is desorbed and exhausted from the oxygen adsorbent.

工程Cは、図3に示される均圧工程である。この工程では、均圧バルブ(SV5)が開放され、他のバルブは閉鎖される。従って、原料空気圧力P01は、原料空気入口4から供給される圧力まで上昇する。第1吸着槽圧力P1は下降し、第2吸着槽圧力P2は上昇して、両吸着槽の圧力が均等になる。この均圧工程は、吸着工程から脱着工程に移る際に、加圧ガスを大気中に放出することによるエネルギ損失を低減するために行う。すなわち、脱着工程に移る槽の圧力を吸着工程に移る槽に供給して、約半分の加圧エネルギを回収する。   Step C is a pressure equalization step shown in FIG. In this step, the pressure equalizing valve (SV5) is opened and the other valves are closed. Therefore, the raw material air pressure P01 rises to the pressure supplied from the raw material air inlet 4. The first adsorption tank pressure P1 decreases, the second adsorption tank pressure P2 increases, and the pressures in both adsorption tanks become equal. This pressure equalization process is performed in order to reduce energy loss caused by releasing the pressurized gas into the atmosphere when moving from the adsorption process to the desorption process. That is, the pressure of the tank that moves to the desorption process is supplied to the tank that moves to the adsorption process, and about half of the pressurized energy is recovered.

工程Bは、図4に示される工程であり、第1吸着槽1では脱着工程が、第2吸着槽2では吸着工程が行われる。このときの動作は、工程Aにおける動作と対称であり、第1吸着槽1と第2吸着槽2における動作が工程Aとは逆になる。すなわち、工程Bでは、第2吸着バルブ(SV2)、第1排気バルブ(SV3)、第2出口バルブ(SV7)に開放信号が供給され、他のバルブには閉鎖信号が供給され、工程Aと同様の動作が行われるので、具体的な説明は省略する。   Step B is a step shown in FIG. 4, in which the desorption process is performed in the first adsorption tank 1 and the adsorption process is performed in the second adsorption tank 2. The operation at this time is symmetrical to the operation in the process A, and the operations in the first adsorption tank 1 and the second adsorption tank 2 are opposite to those in the process A. That is, in the process B, an opening signal is supplied to the second adsorption valve (SV2), the first exhaust valve (SV3), and the second outlet valve (SV7), and a closing signal is supplied to the other valves. Since the same operation is performed, a specific description is omitted.

以上のように、吸着工程と脱着工程が、均圧工程を挟んで、第1吸着槽1と第2吸着槽2で交互に行われ、連続して窒素ガスが発生される。なお、吸着工程を続けると、吸着されない酸素が槽頂部より流出して、窒素の濃度が低下する破過状態となる。従って、この現象が現れる前に吸着槽が切り替わるように、工程Aあるいは工程Bの継続時間が設定される。   As described above, the adsorption process and the desorption process are alternately performed in the first adsorption tank 1 and the second adsorption tank 2 with the pressure equalization process interposed therebetween, and nitrogen gas is continuously generated. If the adsorption process is continued, oxygen that is not adsorbed flows out from the top of the tank, resulting in a breakthrough state in which the concentration of nitrogen decreases. Therefore, the duration of the process A or the process B is set so that the adsorption tank is switched before this phenomenon appears.

(ガス発生ユニット10a、10b、10cの同時運転動作)
次に、図1に示したガス発生ユニット10a、10b、10cを同時に運転するときの動作について、図6〜図9を参照して説明する。各図において、ガス発生ユニット10a、10b、10cをそれぞれ、ユニットa、ユニットb、ユニットcと記述する。図6は、図1の複数台のユニットa〜cを同時に運転させたときの動作における、ユニットa〜cの各バルブの動作タイミングと、ユニットa〜cの製品槽圧力P3および集積製品槽圧力P4の変化を示す。図7は、ユニットa〜cの各バルブの動作タイミングと、各第2吸着槽圧力P2の変化を示す。図8は、ユニットa〜cの各バルブの動作タイミングと、各第1吸着槽圧力P1の変化を示す。図9は、ユニットa〜cに供給される原料空気圧力P01および原料空気槽圧力P0の変化を示す。
(Simultaneous operation of gas generating units 10a, 10b, 10c)
Next, operations when the gas generating units 10a, 10b, and 10c shown in FIG. 1 are simultaneously operated will be described with reference to FIGS. In each figure, the gas generation units 10a, 10b, and 10c are described as a unit a, a unit b, and a unit c, respectively. 6 shows the operation timing of each valve of the units a to c, the product tank pressure P3 and the integrated product tank pressure of the units a to c in the operation when the plurality of units a to c of FIG. 1 are operated simultaneously. The change of P4 is shown. FIG. 7 shows the operation timing of each valve of the units a to c and the change in each second adsorption tank pressure P2. FIG. 8 shows the operation timing of each valve of the units a to c and the change of each first adsorption tank pressure P1. FIG. 9 shows changes in the raw air pressure P01 and the raw air tank pressure P0 supplied to the units a to c.

各図における各ユニットa〜cの単独の動作タイミングおよび圧力変化は、図5に示したとおりである。一方、制御装置13による制御は、図6〜図9に示すユニットa〜cにおけるA工程、B工程、およびC工程を切り替えるタイミングが、各ユニットa〜c毎に相互に等時間間隔でずれるように設定される。その様子が、各図における各バルブの動作タイミング間の時間間隔で示される。また、その結果の製品槽3、第2吸着槽2および第1吸着槽の圧力変化のずれが、各図における二点鎖線(ユニットa)、細線の実線(ユニットb)、および一点鎖線(ユニットc)で示される。   The individual operation timings and pressure changes of the units a to c in each figure are as shown in FIG. On the other hand, the control by the control device 13 is such that the timing for switching the A process, the B process, and the C process in the units ac shown in FIGS. 6 to 9 is shifted at equal time intervals for each unit ac. Set to This is shown by the time intervals between the operation timings of the valves in each figure. Moreover, the deviation of the pressure change of the product tank 3 of the result, the 2nd adsorption tank 2, and the 1st adsorption tank is shown with the dashed-two dotted line (unit a) in each figure, the solid line (unit b), and the dashed-dotted line (unit c).

図6〜図9に示された例では、各ユニットa〜cにおけるA工程またはB工程と、C工程とを組み合わせた動作時間が60秒に設定されている。したがって、二点鎖線で示されるユニットaの(C工程+A工程)の開始から20秒後に、細い実線で示されるユニットbの(C工程+A工程)が開始され、更に20秒後に、一点鎖線で示されるユニットcの(C工程+A工程)が開始される。次の20秒後に、二点鎖線で示されるユニットaの(C工程+B工程)が開始され、以下同様に、ユニットbの(C工程+B工程)、ユニットcの(C工程+B工程)というように繰り返される。   In the example shown in FIGS. 6 to 9, the operation time combining the A process or the B process and the C process in each unit ac is set to 60 seconds. Therefore, 20 seconds after the start of (C process + A process) of unit a indicated by the two-dot chain line, (C process + A process) of unit b indicated by the thin solid line is started, and further 20 seconds later, The (unit C + step A) of the unit c shown is started. After the next 20 seconds, (C process + B process) of unit a indicated by a two-dot chain line is started, and similarly, (c process + B process) of unit b, (C process + B process) of unit c, and so on. Repeated.

図6に太い実線で示される集積製品槽12の圧力変化は、3つの製品槽3の圧力変化が総合されたものになる。その結果、変化の振幅が小さく抑制されていることが判る。また、図9に太い実線で示される原料空気槽11の圧力変化は、ユニットa〜cに供給される原料空気の圧力変化が総合されたものになる。その結果、変化の振幅が小さく抑制されていることが判る。   The change in pressure in the integrated product tank 12 indicated by the thick solid line in FIG. 6 is a combination of the pressure changes in the three product tanks 3. As a result, it can be seen that the amplitude of the change is suppressed to be small. Moreover, the pressure change of the raw material air tank 11 shown with a thick continuous line in FIG. 9 becomes a thing which integrated the pressure change of the raw material air supplied to unit ac. As a result, it can be seen that the amplitude of the change is suppressed to be small.

以上のように、ユニットa〜cの工程切り替えのタイミングが、相互に等時間間隔でずれるように設定されことにより、以下のような効果が得られる。   As described above, the following effects can be obtained by setting the process switching timings of the units a to c to be shifted at equal time intervals.

各ユニットでは、製品ガスは間歇的に製造されるため、製品ガスを貯蔵する製品槽3に貯蔵して、一定圧力に調圧されて供給される。そのため、供給される原料空気圧力よりも相当低い圧力の製品ガスしか得られない。圧力スイング吸着式ガス発生装置により高い圧力の製品ガスを供給するためには、高圧力の原料空気源、および大きな容量の製品槽が必要であった。   In each unit, the product gas is produced intermittently, so that the product gas is stored in the product tank 3 for storing the product gas, and is supplied after being adjusted to a constant pressure. Therefore, only product gas having a pressure considerably lower than the supplied raw material air pressure can be obtained. In order to supply a high-pressure product gas to the pressure swing adsorption gas generator, a high-pressure raw material air source and a large-capacity product tank are required.

これに対して、本実施の形態のように、一定周期の切り替えタイミングで複数台のガス発生ユニットを等時間間隔で切り替えることにより、集積製品槽12には、一定時間間隔を運転されるガス発生ユニットの台数で除した分割時間間隔で製品ガスが供給されるため、図6に太い実線で示したように、集積製品槽12での圧力低下が少なく、原料空気圧力に近い製品ガス圧力を得ることができる。   On the other hand, as in this embodiment, by switching a plurality of gas generating units at regular time intervals at a constant cycle switching timing, the integrated product tank 12 can generate gas that is operated at regular time intervals. Since the product gas is supplied at divided time intervals divided by the number of units, as shown by the thick solid line in FIG. 6, there is little pressure drop in the integrated product tank 12, and a product gas pressure close to the raw material air pressure is obtained. be able to.

また、単一のガス発生ユニットを有する従来の装置では、原料空気吸い込み量および圧力が大きく変動するため、空気圧縮機の負担が大きく、電力消費、オイル上がり、および故障率低減のために、ガス発生ユニットと空気圧縮機の間に大きな容量のエアータンクを必要とする。   In addition, in the conventional apparatus having a single gas generation unit, the amount of raw material air sucked in and the pressure greatly fluctuate, so that the burden on the air compressor is heavy, and the gas consumption is reduced to reduce power consumption, increase oil, and reduce the failure rate. A large capacity air tank is required between the generating unit and the air compressor.

これに対して複数のガス発生ユニット10a、10b、10cに対して共通の原料空気槽11を設けることにより、ガス発生ユニットへの原料空気の供給の時間間隔が短縮されるため、図9に太い実線で示したように、原料空気吸い込み量および圧力の変動が少なく、大きな容量のエアータンクが不要となる。   On the other hand, by providing the common raw material air tank 11 for the plurality of gas generating units 10a, 10b, and 10c, the time interval for supplying the raw material air to the gas generating units is shortened. As indicated by the solid line, there is little fluctuation in the amount of raw material air sucked and pressure, and a large capacity air tank is not required.

複数のガス発生ユニット10a、10b、10cのうちの運転される台数は、原料空気圧力検出器P0、集積製品槽圧力検出器P4、窒素ガス流量検出器F、および含有酸素濃度検出器OCの検出値を適宜組み合わせた結果に応じて決定することができる。その場合、各検出装置の検出出力を制御装置13に入力させて、制御装置13により運転台数を決定し、決定された台数の運転を制御する構成とすることができる。   The number of the gas generation units 10a, 10b, and 10c to be operated is detected by the raw material air pressure detector P0, the integrated product tank pressure detector P4, the nitrogen gas flow rate detector F, and the contained oxygen concentration detector OC. It can be determined according to the result of appropriately combining the values. In that case, it can be set as the structure which inputs the detection output of each detection apparatus to the control apparatus 13, determines the number of operation by the control apparatus 13, and controls the operation | movement of the determined number.

あるいは、原料空気圧力検出器P0、集積製品槽圧力検出器P4、窒素ガス流量検出器F、および含有酸素濃度検出器OCの検出値を表示するディスプレイを備え、制御装置13が運転するガス発生ユニットの台数を手動により操作する構成とすることもできる。   Alternatively, a gas generation unit that is provided with a display that displays detection values of the raw material air pressure detector P0, the integrated product tank pressure detector P4, the nitrogen gas flow rate detector F, and the contained oxygen concentration detector OC, and is operated by the control device 13. It is also possible to use a configuration in which the number of units is manually operated.

台数決定の基準としては、例えば、原料空気圧力P0を基準とする場合、圧力値が低い程、運転台数を増加させる。集積製品槽圧力P4を基準とする場合、圧力値が低い程、運転台数を増加させる。窒素ガス流量Fを基準とする場合、流量が大きい程、運転台数を増加させる。含有酸素濃度OCを基準とする場合、濃度が高い程、運転台数を増加させる。複数の検出器の出力を組み合わせて用いる場合、いずれの検出値を優先させるか等、運転環境の実態に応じて最適な設定は異なるので、試験運転の結果等に基づいて設定を行う。   As a standard for determining the number of units, for example, when the raw material air pressure P0 is used as a reference, the number of operating units is increased as the pressure value is lower. When the integrated product tank pressure P4 is used as a reference, the lower the pressure value, the greater the number of operating units. When the nitrogen gas flow rate F is used as a reference, the number of operating units is increased as the flow rate is increased. When the oxygen concentration OC is used as a reference, the number of operating units is increased as the concentration is higher. When the outputs of a plurality of detectors are used in combination, the optimum setting varies depending on the actual operating environment, such as which detection value is prioritized, and therefore the setting is made based on the result of the test operation.

以上のように、各検出器の出力値に応じて、運転条件の設定値を得るために必要な台数のガス発生ユニットを運転させることにより、消費される製品ガス量が増減しても、容易に経済運転が可能である。   As described above, according to the output value of each detector, even if the amount of product gas consumed is increased or decreased by operating the number of gas generating units necessary to obtain the set value of the operating conditions, it is easy Economic operation is possible.

なお、原料空気を圧縮するためのインバータ式空気圧縮機を備え、制御装置13により、ガス発生ユニット10a、10b、10cの運転台数に応じてインバータ式空気圧縮機の能力を制御する構成とすることが望ましい。それにより、運転台数に対して原料空気の圧縮を過剰に行うことが回避され、経済運転に有効である。   In addition, an inverter type air compressor for compressing raw material air is provided, and the control device 13 is configured to control the capacity of the inverter type air compressor according to the number of operating gas generating units 10a, 10b, and 10c. Is desirable. This avoids excessive compression of the raw material air with respect to the number of operating units, and is effective for economic operation.

本発明の圧力スイング吸着式ガス発生装置によれば、必要な台数のガス発生ユニットを選択的に運転させて、消費される製品ガス量の増減に応じた経済運転が可能である。しかも、集積製品槽での圧力低下が少なく、原料空気圧力に近い製品ガス圧力を安定して得ることができ、窒素ガスまたは酸素ガスを供給するシステムとして有用である。   According to the pressure swing adsorption type gas generator of the present invention, a required number of gas generating units can be selectively operated to perform economical operation in accordance with increase or decrease in the amount of product gas consumed. Moreover, there is little pressure drop in the integrated product tank, a product gas pressure close to the raw material air pressure can be stably obtained, and it is useful as a system for supplying nitrogen gas or oxygen gas.

本発明の一実施の形態における圧力スイング吸着式ガス発生装置として構成された窒素ガス発生装置を示す概要図1 is a schematic diagram showing a nitrogen gas generator configured as a pressure swing adsorption gas generator according to an embodiment of the present invention. 図1の装置に含まれるガス発生ユニットの単独の動作における一工程の状態を示す概要図The schematic diagram which shows the state of 1 process in the independent operation | movement of the gas generation unit contained in the apparatus of FIG. 同ガス発生ユニットの動作における他の工程の状態を示す概要図Schematic diagram showing the state of other processes in the operation of the gas generation unit 同ガス発生ユニットの動作における更に他の工程の状態を示す概要図Schematic diagram showing the state of still another process in the operation of the gas generation unit 同ガス発生ユニットの動作における圧力変化および動作タイミングを示す図The figure which shows the pressure change and the operation timing in the operation of the gas generating unit 図1の装置における複数台のガス発生ユニットを同時に運転させたときの動作における集積製品槽の圧力変化および動作タイミングを示す図The figure which shows the pressure change and operation | movement timing of an integrated product tank in operation | movement when operating the several gas generation unit in the apparatus of FIG. 1 simultaneously. 同第2吸着槽の圧力変化および動作タイミングを示す図The figure which shows the pressure change and operation timing of the 2nd adsorption tank 同第1吸着槽の圧力変化および動作タイミングを示す図The figure which shows the pressure change and operation timing of the 1st adsorption tank 同原料空気槽の圧力変化を示す図The figure which shows the pressure change of the raw material air tank

符号の説明Explanation of symbols

1 第1吸着槽
2 第2吸着槽
3 製品槽
4 原料空気入口
5 エアフィルタ
6、7 配管
8 排気口
9 流量調節弁
10a、10b、10c ガス発生ユニット
11 原料空気槽
12 集積製品槽
13 制御装置
14 親機
15 製品ガス出口
16 原料空気出口
17 窒素ガス入口
18 原料空気入口
19 窒素ガス出口
P0 原料空気圧検出器
P1 第1吸着槽圧力検出器
P2 第2吸着槽圧力検出器
P3 製品槽圧力検出器
P4 集積製品槽圧力検出器
F 窒素ガス流量検出器
OC 酸素濃度検出器
SV1 第1吸着バルブ
SV2 第2吸着バルブ
SV3 第1排気バルブ
SV4 第2排気バルブ
SV5 均圧バルブ
SV6 第1出口バルブ
SV7 第2出口バルブ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st adsorption tank 2 2nd adsorption tank 3 Product tank 4 Raw material air inlet 5 Air filter 6, 7 Piping 8 Exhaust port 9 Flow control valve 10a, 10b, 10c Gas generation unit 11 Raw material air tank 12 Integrated product tank 13 Controller 14 Parent machine 15 Product gas outlet 16 Raw material air outlet 17 Nitrogen gas inlet 18 Raw material air inlet 19 Nitrogen gas outlet P0 Raw material air pressure detector P1 First adsorption tank pressure detector P2 Second adsorption tank pressure detector P3 Product tank pressure detector P4 integrated product tank pressure detector F nitrogen gas flow detector OC oxygen concentration detector SV1 first adsorption valve SV2 second adsorption valve SV3 first exhaust valve SV4 second exhaust valve SV5 pressure equalization valve SV6 first outlet valve SV7 second Outlet valve

Claims (7)

吸着剤を充填した第1吸着槽および第2吸着槽と、
原料空気を前記第1吸着槽および第2吸着槽へ導入する流路を各々開閉する第1および第2吸着バルブと、
前記第1および第2吸着槽で前記原料空気から分離された製品ガスを貯蔵する製品槽と、
前記第1および第2吸着槽からの排気用流路を各々開閉する第1および第2排気バルブと、
前記第1および第2吸着槽の間を連通させる均圧用流路を開閉する均圧バルブと、
前記第1および第2吸着槽の間を流量調節弁を介して連通させた還流用流路と、
前記第1および第2吸着槽と前記製品槽との間の流路を各々開閉する第1および第2出口バルブと、
前記各バルブの開閉を制御するバルブ駆動信号を供給する制御装置とを備え、
圧縮された原料空気を供給して高圧下で前記吸着剤による吸着を行う吸着動作と、圧力を低下させて前記吸着剤に吸着したガスを脱着させる脱着動作を、前記各バルブを切り替えることにより、前記第1および第2吸着槽において交互に行うことが可能であり、
前記制御装置は、前記第1吸着槽で吸着動作を行い前記第2吸着槽で脱着動作を行うA工程と、前記第2吸着槽で吸着動作を行い前記第1吸着槽で脱着動作を行うB工程と、前記均圧バルブを開放して前記両吸着槽の圧力を均等にする均圧工程とを、前記A工程と前記B工程が、両工程間に前記均圧工程を挟みながら交互に行われるように制御する圧力スイング吸着式ガス発生装置において、
前記第1吸着槽および第2吸着槽、前記製品槽、前記第1および第2吸着バルブ、前記第1および第2排気バルブ、前記均圧バルブ、前記還流用流路、および前記第1および第2出口バルブを含むガス発生ユニットを複数台と、
前記複数のガス発生ユニットに、前記第1および第2吸着バルブを介して前記原料空気を供給する原料空気源と、
前記複数台のガス発生ユニットの各製品槽に貯蔵された前記製品ガスが集積される集積製品槽とを備え、
前記制御装置は、前記複数台のガス発生ユニットにおける前記各バルブの開閉を制御するバルブ駆動信号を供給して運転を制御し、前記複数台のガス発生ユニットのうち運転する台数を切り替える機能を有するとともに、
複数台の前記ガス発生ユニットを運転させるときに、前記A工程、前記B工程、および前記均圧工程を切り替えるタイミングが、前記各ガス発生ユニット毎に等時間間隔でずれるように制御することを特徴とする圧力スイング吸着式ガス発生装置。
A first adsorption tank and a second adsorption tank filled with an adsorbent;
First and second adsorption valves that respectively open and close flow paths for introducing raw air into the first adsorption tank and the second adsorption tank;
A product tank for storing the product gas separated from the raw material air in the first and second adsorption tanks;
First and second exhaust valves for opening and closing exhaust passages from the first and second adsorption tanks, respectively;
A pressure equalizing valve for opening and closing a pressure equalizing flow path for communicating between the first and second adsorption tanks;
A flow path for reflux in which the first and second adsorption tanks communicate with each other via a flow rate control valve;
First and second outlet valves that respectively open and close the flow paths between the first and second adsorption tanks and the product tank;
A control device for supplying a valve drive signal for controlling the opening and closing of each valve,
By switching each valve between an adsorption operation for supplying compressed raw material air and performing adsorption by the adsorbent under high pressure, and a desorption operation for desorbing the gas adsorbed to the adsorbent by reducing the pressure, Can be performed alternately in the first and second adsorption tanks;
The control device performs an adsorption operation in the first adsorption tank and performs a desorption operation in the second adsorption tank, and an A process in which the adsorption operation is performed in the second adsorption tank and a desorption operation is performed in the first adsorption tank. The step A and the step B are performed alternately with the pressure equalization step sandwiched between the steps, and the pressure equalization step of opening the pressure equalization valve to equalize the pressure in the adsorption tanks. In the pressure swing adsorption type gas generator that controls so that
The first adsorption tank and the second adsorption tank, the product tank, the first and second adsorption valves, the first and second exhaust valves, the pressure equalizing valve, the reflux channel, and the first and second A plurality of gas generating units including two outlet valves;
A source air source for supplying the source air to the plurality of gas generating units via the first and second adsorption valves;
An integrated product tank in which the product gas stored in each product tank of the plurality of gas generating units is integrated;
The control device has a function of supplying a valve driving signal for controlling opening and closing of the valves in the plurality of gas generation units to control operation, and switching the number of the gas generation units to be operated. With
When operating a plurality of the gas generation units, the timing for switching the A step, the B step, and the pressure equalization step is controlled to be shifted at equal time intervals for each of the gas generation units. Pressure swing adsorption type gas generator.
前記原料空気源として前記原料空気を貯蔵して供給する原料空気槽を備えた請求項2に記載の圧力スイング吸着式ガス発生装置。   The pressure swing adsorption type gas generator according to claim 2, further comprising a raw air tank for storing and supplying the raw air as the raw air source. 1台の前記ガス発生ユニットと、前記集積製品槽と、前記制御装置とを備えた親機が構成され、
他の前記ガス発生ユニットは、子機として前記親機に対して1台または複数台を接続することが可能である請求項1に記載の圧力スイング吸着式ガス発生装置。
A master unit comprising one gas generation unit, the integrated product tank, and the control device is configured,
The pressure swing adsorption type gas generating device according to claim 1, wherein one or a plurality of other gas generating units can be connected to the parent device as a child device.
前記親機は、前記原料空気源として前記原料空気を貯蔵して供給する原料空気槽を備えた請求項3に記載の圧力スイング吸着式ガス発生装置。   The pressure swing adsorption type gas generator according to claim 3, wherein the base unit includes a raw material air tank that stores and supplies the raw material air as the raw material air source. 原料空気槽内の圧力を検出する原料空気圧力検出器、
前記集積製品槽から流出する製品ガスの流量を検出する製品ガス流量検出器、
前記集積製品槽から流出する前記製品ガス中の酸素濃度を検出する含有酸素濃度検出器、および
前記集積製品槽内の圧力を検出する集積製品槽圧力検出器から選択された少なくとも1つの検出器を更に備え、
前記制御装置は、運転する前記ガス発生ユニットの台数を各検出器の検出値に応じて変更する請求項1〜4のいずれか1項に記載の圧力スイング吸着式ガス発生装置。
Raw material air pressure detector that detects the pressure in the raw material air tank,
A product gas flow detector for detecting the flow rate of the product gas flowing out of the integrated product tank;
A contained oxygen concentration detector for detecting an oxygen concentration in the product gas flowing out from the integrated product tank; and at least one detector selected from an integrated product tank pressure detector for detecting a pressure in the integrated product tank. In addition,
The pressure swing adsorption type gas generator according to any one of claims 1 to 4, wherein the control device changes the number of the gas generating units to be operated according to a detection value of each detector.
原料空気槽内の圧力を検出する原料空気圧力検出器、
前記集積製品槽から流出する製品ガスの流量を検出する製品ガス流量検出器、
前記集積製品槽から流出する前記製品ガス中の酸素濃度を検出する含有酸素濃度検出器、および
前記集積製品槽内の圧力を検出する集積製品槽圧力検出器から選択された少なくとも1つの検出器と、
前記各検出器の検出値を表示するディスプレイとを更に備え、
前記制御装置が運転する前記ガス発生ユニットの台数を手動により操作可能である請求項1〜4のいずれか1項に記載の圧力スイング吸着式ガス発生装置。
Raw material air pressure detector that detects the pressure in the raw material air tank,
A product gas flow detector for detecting the flow rate of the product gas flowing out of the integrated product tank;
A contained oxygen concentration detector for detecting an oxygen concentration in the product gas flowing out of the integrated product tank; and at least one detector selected from an integrated product tank pressure detector for detecting a pressure in the integrated product tank; ,
A display for displaying a detection value of each detector;
The pressure swing adsorption type gas generator according to any one of claims 1 to 4, wherein the number of the gas generating units operated by the control device can be manually operated.
前記原料空気を圧縮するためのインバータ式空気圧縮機を備え、
前記制御装置は、前記ガス発生ユニットの運転台数に応じて前記インバータ式空気圧縮機の能力を制御する請求項1〜6のいずれか1項に記載の圧力スイング吸着式ガス発生装置。
An inverter type air compressor for compressing the raw material air;
The pressure swing adsorption type gas generator according to any one of claims 1 to 6, wherein the control device controls the capacity of the inverter type air compressor in accordance with the number of operating gas generating units.
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