JP2010075778A - 圧力スイング吸着装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】タンクの貯蔵能力を高め、安定した高圧力の製品ガスを供給可能なＰＳＡ装置を提供する。
【解決手段】吸着剤を充填した少なくとも１個以上の吸着タンクと、前記吸着タンクによる濃縮にて得られた製品ガスを貯蔵し、かつ製品ガスの取り出し能力を高めるための第１製品タンクＢＴ１と、保圧能力を高めるための第２製品タンクＢＴ２とを具備し、前記第１製品タンクと前記第２製品タンクとの間の流路には逆止弁ＣＶが設けられており、前記第１製品タンクと前記第２製品タンクの内部にはそれぞれ活性炭が充填されている。
【選択図】図１
【解決手段】吸着剤を充填した少なくとも１個以上の吸着タンクと、前記吸着タンクによる濃縮にて得られた製品ガスを貯蔵し、かつ製品ガスの取り出し能力を高めるための第１製品タンクＢＴ１と、保圧能力を高めるための第２製品タンクＢＴ２とを具備し、前記第１製品タンクと前記第２製品タンクとの間の流路には逆止弁ＣＶが設けられており、前記第１製品タンクと前記第２製品タンクの内部にはそれぞれ活性炭が充填されている。
【選択図】図１
Description
本発明は、複数のガス成分からなる混合ガスを各構成ガス成分に分離するのに用いられる圧力スイング吸着装置、特に窒素ガスを製造可能な圧力スイング吸着式窒素ガス発生装置（窒素ＰＳＡ装置）や、酸素ガスを製造可能な圧力スイング吸着式酸素ガス発生装置（酸素ＰＳＡ装置）に関するものである。
従来のＰＳＡ装置は、吸着タンクにより濃縮された製品ガスを貯蓄するための製品タンクのみを有し、製品ガスの取り出し能力を高めるための工程で製品タンクから吸着タンクにガスが流れることによって、製品タンクの圧力が大きく低下し、安定した製品ガスの供給能力が低くなることが余儀なくされるという問題点があった。又、下記の特許文献１等に記載されるＰＳＡ装置の製品タンクは内部が空洞であるので、製品ガス分子の分子運動を抑えることができず、貯蔵量を大きくするには製品タンクの内容量を大きくしなければならなかった。
このため、より多くの製品ガスを貯蔵できて安定した製品ガスを供給できるＰＳＡ装置に対する要望がある。
特開２００２−２３９３３０号公報
このため、より多くの製品ガスを貯蔵できて安定した製品ガスを供給できるＰＳＡ装置に対する要望がある。
製品タンクに一定の圧力でガスを貯蔵すると、タンク内のガス容量に限りがある。又、製品ガスとしてタンクからガスを取り出すときに圧力変動が大きくなる。そこで、本発明は、より大量の製品ガスを貯蔵でき、製品ガスを取り出すときの圧力変動を小さくすることが可能なＰＳＡ装置を提供することを課題とする。
従来のＰＳＡ装置における前述の問題点を解決し、上記課題を達成することが可能な本発明の圧力スイング吸着装置は、複数のガス成分からなる混合ガスを各構成ガス成分に分離するのに用いられるものであって、当該装置が、吸着剤を充填した少なくとも１個以上の吸着タンクと、前記吸着タンクによる濃縮にて得られた製品ガスを貯蔵し、かつ製品ガスの取り出し能力を高めるための第１製品タンクと、保圧能力を高めるための第２製品タンクとを具備し、かつ第１製品タンクと前記第２製品タンクとの間の流路に逆止弁が設けられており、前記第１製品タンクと前記第２製品タンクの内部にはそれぞれ活性炭が充填されていることを特徴とする。尚、窒素ガスの製造に使用される本発明の圧力スイング吸着装置の場合、窒素よりも酸素を選択的に吸着し得る吸着剤として、例えばモレキュラーシーブカーボンが使用されるが、吸着剤を適宜変更することで、酸素ガス発生装置とすることもできる。
本発明によれば、第１製品タンク及び第２製品タンクを設置し、かつ、細孔材料である活性炭を第１及び第２製品タンク内に封入することにより、ガスの分子運動を抑えることにより大量の製品ガスを貯蔵することができる。また、本発明では、製品ガスの取り出し能力・保圧能力が高められ、製品ガスを取り出すときの圧力変動を小さくすることができ、製品ガスを安定した高い圧力で供給できる。
以下、本発明の圧力スイング吸着装置（圧力スイング吸着式窒素ガス発生装置）の構成例を図面に示して、本発明を詳細に説明するが、本発明は、図面に例示したものに限定されるものではない。
図１は、本発明の圧力スイング吸着装置の一例における構成を示す図である。
図１は、本発明の圧力スイング吸着装置の一例における構成を示す図である。
図１に示される本発明の圧力スイング吸着装置は、窒素よりも酸素を選択的に吸着し得る吸着剤を充填した吸着タンクＴ１，Ｔ２、製品窒素ガスを貯蔵し、かつ窒素の取り出し能力を高めるための第１製品タンクＢＴ１、保圧能力を高めるための第２製品タンクＢＴ２、原料空気を吸着タンクへ導入する流路を開閉する吸着バルブＳＶ１，ＳＶ２、排気バルブＳＶ３，ＳＶ４、均圧バルブＳＶ７，ＳＶ８，ＢＶ２、及び出口バルブＳＶ５，ＳＶ６を具備し、コンプレッサー（図示されていない）からの圧縮された原料空気を入口ＳＴ１から吸着タンクへ供給して吸着を行なう吸着動作と、低圧下でガスを脱着させる脱着操作が、各バルブを切り替えることにより、２つの吸着タンクで交互に行なわれ、連続して窒素ガスが発生されるようになっている。
そして、吸着タンクにおける濃縮にて得られた窒素ガスは、内部に活性炭が充填された第１製品タンクＢＴ１へ送られ、逆止弁ＣＶを経て、第２製品タンクＢＴ２へ送られるようになっており、窒素ガス出口Ｒｃ１から取り出される。尚、図１において、ＡＶ１〜８はマニホールドバルブ、ＰＲ１は圧力調節器、Ｖ１，Ｖ２は電磁弁、ＮＶ１，ＮＶ２は流量調節弁、ＦＭ１は流量計である。
そして、吸着タンクにおける濃縮にて得られた窒素ガスは、内部に活性炭が充填された第１製品タンクＢＴ１へ送られ、逆止弁ＣＶを経て、第２製品タンクＢＴ２へ送られるようになっており、窒素ガス出口Ｒｃ１から取り出される。尚、図１において、ＡＶ１〜８はマニホールドバルブ、ＰＲ１は圧力調節器、Ｖ１，Ｖ２は電磁弁、ＮＶ１，ＮＶ２は流量調節弁、ＦＭ１は流量計である。
本発明の圧力スイング吸着装置にあっては、窒素ガスの取り出し能力・保圧能力を高め、製品ガスを取り出すときの圧力変動を小さくするために、製品タンク１、製品タンク２を設けられており、第一製品タンク、第二製品タンクは、内容積に応じた径を持つ筒状の本体部とその両端部に取り付けられているフランジ部で構成されている。フランジの中心部には配管の継手と取り合いできるようにネジ孔加工されており、そこからガスの入出が行われ、ガスを貯蔵できるようになっている。また、後述の活性炭をタンク内に充填しても外部に噴出しないように、ネジ孔部に細孔のメッシュが取り付けられている。
又、本発明では、図１に示されるように、直列に接続された第１製品タンクと第２製品タンクとの間に逆止弁が設けられており、この逆止弁は、図２における動作サイクルの吸着効率を高める役目をする還流工程時において窒素ガスが第一製品タンクから出口バルブＳＶ５を介して吸着タンクＴ１へ、もしくは出口バルブＳＶ６を介して吸着タンクＴ２に流れる時には閉状態となり、第２製品タンク内の圧力低下を防止し、製品ガスを取り出さない時には、両タンク内に窒素ガスが貯蔵されるようにして開状態又は閉状態となり、このような作用によって、窒素ガス取り出し時の第２製品タンクの圧力変動を小さくすることができ、安定した高い圧力で窒素ガスが供給される。
又、本発明では、図１に示されるように、直列に接続された第１製品タンクと第２製品タンクとの間に逆止弁が設けられており、この逆止弁は、図２における動作サイクルの吸着効率を高める役目をする還流工程時において窒素ガスが第一製品タンクから出口バルブＳＶ５を介して吸着タンクＴ１へ、もしくは出口バルブＳＶ６を介して吸着タンクＴ２に流れる時には閉状態となり、第２製品タンク内の圧力低下を防止し、製品ガスを取り出さない時には、両タンク内に窒素ガスが貯蔵されるようにして開状態又は閉状態となり、このような作用によって、窒素ガス取り出し時の第２製品タンクの圧力変動を小さくすることができ、安定した高い圧力で窒素ガスが供給される。
又、本発明では、タンクの貯蔵能力を高める目的で、第１製品タンクＢＴ１と第２製品タンクＢＴ２の両タンクの内部に活性炭が充填されるが、この活性炭は、窒素ガスの吸着に一般に使用されるものであって良く、市販品をそのまま使用することができる。例えば内容積が３８Lのタンクの場合には、粒径が３．３５〜４．７５ｍｍ程度のものが好適である。尚、本発明における第１製品タンクＢＴ１と第２製品タンクＢＴ２内部に充填される活性炭は、同じものであって良く、各タンク内への充填割合（充填量）としては、タンクの内容積に対して９９〜１００体積％の充填となるようにすることが好ましい。
以下、本発明の実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
以下、本発明の実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
〔本発明の圧力スイング吸着装置を用いた場合の窒素ガスの製造例〕
塔内径１３０ｍｍ×充填高さ６６０ｍｍの吸着タンク（１塔の容量８．８リットル）２つを１ユニットとして吸着分離部を形成し、原料である空気から窒素ガスを分離するための吸着剤としては、吸着タンク１塔あたり約５．７ｋｇの窒素よりも酸素を選択的に吸着し得るモレキュラーシーブカーボンを使用し、前記吸着タンクの排気側に、活性炭が９９〜１００体積％充填された内容積３．５リットルの第１製品タンクを接続し、更に、逆止弁を介して、活性炭が９９〜１００体積％充填された内容積５．３リットルの第２製品タンクを接続することにより、図１に示される構成を有した本発明の圧力スイング吸着装置を作製した。
そして、この圧力スイング吸着装置に、ドライヤー付き空気圧縮機より約０．５ＭＰａの圧縮空気を１分間当り６０L 導入し、各切換弁により工程を制御して吸着分離操作を行った。このようにして吸着ユニットより分離された製品窒素は、製品流量計及び流量調節弁を経て窒素ガス純度９９．９９％を有する製品窒素として取り出すことができ、取り出し時の圧力変動は、０．０２ＭＰａであった。
塔内径１３０ｍｍ×充填高さ６６０ｍｍの吸着タンク（１塔の容量８．８リットル）２つを１ユニットとして吸着分離部を形成し、原料である空気から窒素ガスを分離するための吸着剤としては、吸着タンク１塔あたり約５．７ｋｇの窒素よりも酸素を選択的に吸着し得るモレキュラーシーブカーボンを使用し、前記吸着タンクの排気側に、活性炭が９９〜１００体積％充填された内容積３．５リットルの第１製品タンクを接続し、更に、逆止弁を介して、活性炭が９９〜１００体積％充填された内容積５．３リットルの第２製品タンクを接続することにより、図１に示される構成を有した本発明の圧力スイング吸着装置を作製した。
そして、この圧力スイング吸着装置に、ドライヤー付き空気圧縮機より約０．５ＭＰａの圧縮空気を１分間当り６０L 導入し、各切換弁により工程を制御して吸着分離操作を行った。このようにして吸着ユニットより分離された製品窒素は、製品流量計及び流量調節弁を経て窒素ガス純度９９．９９％を有する製品窒素として取り出すことができ、取り出し時の圧力変動は、０．０２ＭＰａであった。
〔従来の圧力スイング吸着装置を用いた場合の窒素ガスの製造例〕
前記の圧力スイング吸着装置の代わりに、第１製品タンクと第２製品タンクを一つの製品タンクとし、その内部には活性炭を充填せずに空洞の状態でドライヤー付き空気圧縮機より約０．５ＭＰａの圧縮空気を１分間当り６０L導入し、各切換弁により工程を制御して吸着分離操作を行った。
この場合における製品ガス取り出し時の圧力変動は、０．０５ＭＰａであった。
前記の圧力スイング吸着装置の代わりに、第１製品タンクと第２製品タンクを一つの製品タンクとし、その内部には活性炭を充填せずに空洞の状態でドライヤー付き空気圧縮機より約０．５ＭＰａの圧縮空気を１分間当り６０L導入し、各切換弁により工程を制御して吸着分離操作を行った。
この場合における製品ガス取り出し時の圧力変動は、０．０５ＭＰａであった。
上記の実験結果から、内部が空洞の製品ガスタンクを１個有する従来の圧力スイング吸着装置に比べて、内部に活性炭が充填された第１製品タンクと第２製品タンクを有し、かつ両タンクの間に逆止弁が設けられた本発明の圧力スイング吸着装置の場合には、製品ガスを取り出すときの圧力変動を小さくすることができ、製品ガスを安定した高い圧力で供給できることが確認された。又、製品タンクのガス貯蔵量の点においても、活性炭が充填されている製品タンクの方が充填されていない製品タンクよりも約１．３倍の窒素ガス貯蔵能力を示した。
本発明の圧力スイング吸着装置の場合、大量の窒素ガスを製品タンク内に効率良く貯蔵できるので、製品タンクの小型化が達成でき、しかも、製品ガス取り出し時の逆止弁制御によって、取り出し時の圧力変動を小さくすることができ、安定した高い圧力での製品ガスの供給が実施できる。
ＳＴ１ 入口
Ｔ１，Ｔ２ 吸着タンク
ＢＴ１ 第１製品タンク
ＢＴ２ 第２製品タンク
ＳＶ１，ＳＶ２ 吸着バルブ
ＳＶ３，ＳＶ４ 排気バルブ
ＳＶ７，ＳＶ８，ＢＶ２ 均圧バルブ
ＳＶ５，ＳＶ６ 出口バルブ
ＣＶ 逆止弁
Ｔ１，Ｔ２ 吸着タンク
ＢＴ１ 第１製品タンク
ＢＴ２ 第２製品タンク
ＳＶ１，ＳＶ２ 吸着バルブ
ＳＶ３，ＳＶ４ 排気バルブ
ＳＶ７，ＳＶ８，ＢＶ２ 均圧バルブ
ＳＶ５，ＳＶ６ 出口バルブ
ＣＶ 逆止弁
Claims (1)
- 複数のガス成分からなる混合ガスを各構成ガス成分に分離するのに用いられる圧力スイング吸着装置であって、当該圧力スイング吸着装置が、吸着剤を充填した少なくとも１個以上の吸着タンクと、前記吸着タンクによる濃縮にて得られた製品ガスを貯蔵し、かつ製品ガスの取り出し能力を高めるための第１製品タンクと、保圧能力を高めるための第２製品タンクとを具備し、前記第１製品タンクと前記第２製品タンクとの間の流路に逆止弁が設けられており、前記第１製品タンクと前記第２製品タンクの内部にはそれぞれ活性炭が充填されていることを特徴とする圧力スイング吸着装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008243927A JP2010075778A (ja) | 2008-09-24 | 2008-09-24 | 圧力スイング吸着装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008243927A JP2010075778A (ja) | 2008-09-24 | 2008-09-24 | 圧力スイング吸着装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2010075778A true JP2010075778A (ja) | 2010-04-08 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP2008243927A Pending JP2010075778A (ja) | 2008-09-24 | 2008-09-24 | 圧力スイング吸着装置 |
Country Status (1)
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|---|---|
| JP (1) | JP2010075778A (ja) |
Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| JP2010234345A (ja) * | 2009-03-31 | 2010-10-21 | Hitachi Ltd | 気体分離装置 |
| JP7388731B2 (ja) | 2021-03-09 | 2023-11-29 | コフロック株式会社 | 圧力スイング吸着装置、および、ガス生成方法 |
| JP7398108B2 (ja) | 2020-07-06 | 2023-12-14 | コフロック株式会社 | 圧力スイング吸着装置、および、圧力スイング吸着装置の制御方法 |
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-
2008
- 2008-09-24 JP JP2008243927A patent/JP2010075778A/ja active Pending
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