JP2958032B2 - 気体分離装置 - Google Patents

気体分離装置

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JP2958032B2
JP2958032B2 JP1301637A JP30163789A JP2958032B2 JP 2958032 B2 JP2958032 B2 JP 2958032B2 JP 1301637 A JP1301637 A JP 1301637A JP 30163789 A JP30163789 A JP 30163789A JP 2958032 B2 JP2958032 B2 JP 2958032B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は気体分離装置に係り、特にPSA式(Pressure
Swing Adsorption)の気体分離装置に関し、起動時に準
備運転時間を装置停止時間に応じて設定するよう構成し
た気体分離装置に関する。
従来の技術 一般に、PSA式気体分離装置は、分子ふるいカーボン
からなる吸着剤を用いて、空気を窒素と酸素に分離し、
いずれか一方を製品ガスとして取出し、使用するもので
ある。
このため、例えばPSA式窒素発生装置にあっては、吸
着剤を充填した吸着槽に圧縮空気を導入して昇圧する吸
着工程と、該吸着槽内を大気開放し又は真空ポンプで減
圧する脱着工程とを繰返し、吸着工程では吸着槽内の吸
着剤に酸素分子を吸着させて、窒素を外部に取出し、一
方着脱工程では吸着された酸素を脱着し、次の吸着工程
に備えるようになっている。そして、製品ガスである窒
素は吸着槽内を昇圧状態にして取出すものであるため、
発生する窒素ガスは断続的で圧力変化も大きい。このた
め、窒素ガスを一定圧力で、かつ連続的に使用する場合
には取出側に製品タンクを設け、製品タンク内に窒素ガ
ス(製品ガス)を貯えるように構成されている。
又、上記気体分離装置にあっては、製品タンク内の窒
素濃度を測定する濃度計を設け、装置を起動から窒素濃
度が所定値以上に達するまで製品タンク下流側の取出用
弁を閉じており、濃度が所定値以上になったとき該取出
用弁を開き製品ガス供給可能としていた。
発明が解決しようとする課題 上記窒素発生装置では、装置を所定の場所に設置した
まま連続的に運転している場合、高純度の製品ガスを安
定的に得られる。しかるに、例えば休日、夜間等で比較
的長時間(数時間〜数日間)運転を停止した場合、製品
タンク内の窒素濃度は各バルブからの漏れ等により少し
ずつ低下してしまうことがある。
又、吸着槽においては吸着剤として使用されている分
子ふるいカーボンの特性上、定常状態では吸着槽内での
加圧時間を短くしているので分子ふるいカーボンは酸素
分子を多く吸着しているが、加圧時間を長くすると酸素
分子だけでなく窒素分子の吸着が促進され、さらには早
期に捕捉した酸素分子が窒素分子に入れ替えられ、その
結果吸着槽内の窒素濃度が低下することが考えられる。
従って、従来の気体分離装置では、比較的長時間運転
を停止した後、装置を起動した後製品タンクの取出用弁
を閉じたまま通常の吸着、脱着工程を繰り返すといった
準備運転を行うことにより製品タンク内の窒素濃度を例
えば濃度99.99%の高濃度まで高めることになる。しか
し、装置の停止時間が長いほど起動してから供給可能な
規程濃度の製品ガスが得られるまでの待ち時間が長くな
ってしまう。
例えば、装置が停止してから再起動されるまでの停止
時間と、装置を再起動させてから製品タンク内の製品ガ
スが規程濃度(本実施例では窒素濃度99.99%とする)
に達するまでの時間との関係は第5図に示す各線図I〜
Vの如くとなる。即ち、第5図において、装置停止時間
が1日の場合、製品ガス濃度が規程濃度に達するまで時
間T1が必要である。又、装置停止時間が2日〜5日へと
長くなるにつれて規程濃度に達するまでの時間もT2〜T5
(T1<T2<T3<T4<T5)と次第に延長される。
ところが、従来は装置停止時間の長さにかかわらず、
停止時間を3日と仮定しており、装置を再起動してから
製品タンクの取出用弁を開弁するまでの立上り時間すな
わち準備運転時間をT3としていた。
しかるに、従来の装置では装置停止時間が1日あるい
は2日のときも準備運転装置がT3に設定されているの
で、時間(T3−T1)あるいは(T3−T2)の無駄な待ち時
間が余分にかかるといった課題がある。又、従来は装置
停止時間が4日あるいは5日のときも準備運転時間T3
設定されるので、時間(T4−T3)あるいは(T5−T3)の
不足が生じ、製品タンクから取出される製品ガスが規程
濃度に達せず、当初規程濃度を保つことができないとい
った課題もある。
そこで、本発明は上記課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。
課題を解決するための手段 本発明は、上記気体分離装置において、装置が停止さ
れてから再起動するまでの停止時間を計測する停止時間
計測手段と、停止時間計測手段により計測された停止時
間に基づき吸着槽における準備運転時間を変更する準備
運転制御手段とを具備してなる。
作用 装置停止時間に応じた準備運転時間が設定されるた
め、実際の停止時間に対して準備運転時間が長すぎて無
駄な待ち時間を要することがなく、又準備運転時間が短
くて製品ガスが規程濃度に達しないといった不都合も解
消される。
実施例 第1図は本発明になる気体分離装置の一実施例として
の窒素発生装置の概略構成図である。
第1図中、1,2は第1、第2の吸着槽で、各吸着槽1,2
内にはそれぞれ分子ふるいカーボン1A,2Aが充填されて
いる。
3は圧縮空気供給源となるコンプレッサで、コンプレ
ッサ3からの圧縮空気は空気ドライヤ4、配管6,7を介
して吸着槽1,2にそれぞれ交互に供給されるようになっ
ており、このため該配管6,7の途中にはそれぞれ電磁弁
からなる空気供給用弁8,9が設けられている。
10,11は脱着時に吸着槽1,2からの気体を排出する配管
で、共通排出配管12に接続されており、排出配管12は脱
着排ガスを排出するようになっている。そして、前記配
管10,11の途中にはそれぞれ吸着槽1,2内の脱着排ガスを
半サイクル毎に交互に排出する電磁弁からなる気体排出
用弁13,14が設けられている。
15,16は吸着槽1,2からの窒素をそれぞれ取出す取出弁
配管、17は各配管15,16と連結した取出配管で、配管15,
16の途中には半サイクルの間だけ後述の制御の下に交互
に開弁する電磁弁からなる取出用弁18,19がそれぞれ設
けられている。また前記取出配管17は製品タンク20と接
続されている。
21は吸着槽1,2間を連通する配管、22は配管21の途中
に設けられた電磁弁からなる均圧用弁で、均圧用弁22は
吸着槽1,2による半サイクルの終了時に所定の短時間だ
け開弁し、吸着槽1,2間を均圧にする。
23は製品タンク20に接続された取出配管で、その途中
には電磁弁からなる取出用弁24が設けられている。25は
濃度計で、製品タンク20に接続されている。又濃度計25
には酸素センサが使用されており、濃度計25は製品タン
ク20内に貯溜された気体の酸素濃度を測定する。
即ち、濃度計25は製品タンク20内の窒素ガス中に含ま
れている酸素濃度を監視しており、酸素濃度に比例した
電流値の信号を出力する。製品タンク20内に蓄圧された
ガスの窒素濃度が下ると、必然的に酸素濃度が高まるた
め、濃度計25は製品タンク20内の窒素濃度が低濃度とな
ったことを検出できる。又、濃度計25からの酸素濃度測
定信号は後述する制御回路27に入力される。
なお、濃度計25に使用される酸素センサとして酸素分
子の常磁性を利用した磁気式酸素センサ、酸素が透過膜
を介して電解液に入ると電極で酸化還元反応が起き電流
が流れるのを利用した電磁式酸素センサ、ジルコニア磁
気の内外面に電極を設け、酸素濃度によって起電力が発
生するのを利用したジルコニア式酸素センサ等が用いら
れる。
また、制御回路27は例えばマイクロコンピュータ等に
よって構成される弁制御手段で、所定のプログラムに基
づいて、空気供給用弁8,9、気体排出用弁13,14、取出用
弁18,19、均圧用弁22、取出用弁24を開閉制御する。
又、制御回路27は装置停止から再起動までの停止時間
を計測する停止時間計測手段27Aと、再起動時停止時間
計測手段27Aにより計測された装置停止時間に基づき起
動してから製品タンク20内の気体濃度が規程濃度に達す
るまでの準備運転時間を演算して設定する準備運転制御
手段27Bとを有する。
尚、上記制御回路27により開閉制御される各電磁弁
は、開弁信号の供給により励磁されたとき開弁し、励磁
されないときにはバネ力で閉弁するようなっている。
次に、上記のように構成された窒素発生装置の動作に
つき説明する。
まず、窒素発生装置としての基本動作について、第2
図、第3図を参照しながら述べる。
いま、窒素発生装置を始動すると、制御回路27の制御
の下に、各電磁弁が作動し、窒素(製品ガス)発生が行
われる。
まず、第3図に示すように,,の動作が実行さ
れる。第2図中のは、空気供給用弁9と気体排出用弁
13が開弁し、第2の吸着槽2に原料気体としての圧縮空
気がコンプレッサ3より供給される。従って第2の吸着
槽2は昇圧状態にあり、分子ふるいカーボン2Aに酸素が
吸着され、一方第1の吸着槽1は減圧状態にあり、吸着
していた酸素が脱着して排出されている状態を示してい
る。
次に、第2図中のは空気供給用弁9と気体排出用弁
13の他に、新たに取出弁19を開弁し、第2の吸着槽2内
の窒素ガスを取出している状態を示している。このと
き、第1の吸着槽1は減圧状態のままである。
次に、第2図中のは均圧操作で、均圧用弁22を開弁
すると共に各取出用弁18,19、空気供給用弁9、気体排
出用弁13を閉弁する。これにより、第2の吸着槽内2に
残存する窒素富化ガスは第1の吸着槽1に回収され、各
吸着槽1,2は均圧となる。なお、前記均圧操作は通常1
〜3秒である。
これにより、1サイクルのうちの前半の半サイクルが
終了したことになり、空気供給用弁8、気体排出用弁14
を開弁することによって、第3図(B)に示すように第
2図中の〜に示す後半の半サイクルを繰返す。かく
して、1サイクルを120秒とすると、吸着槽1,2からは各
半サイクルの後半で窒素ガスを取出し、製品タンク20に
供給することができる。
ところが、装置を長時間(数時間〜数日間)運転しな
かった場合、製品タンク20内には窒素濃度の低い換言す
れば酸素濃度の高い製品ガスが充満していることがあ
る。
その場合、制御回路27は第4図に示す処理を実行して
装置の停止時間に応じた準備運転時間を自動的に設定す
る。
即ち、制御回路27は第4図中ステップS1において、そ
の終業時に装置の停止釦(図示せず)が押下されて停止
状態になると、ステップS2で停止時間を積算しはじめ
る。
ステップS2の停止時間の積算処理は休日等が過ぎて始
業時にスタート釦(図示せず)が押下されまで続く。
そして、ステップS3において、スタート釦が押下され
るとステップS4に移り、ステップS2で積算された停止時
間に基づき準備運転時間を演算して設定する。続いて、
準備運転が開始され(ステップS5)、ステップS6におい
てステップS4で設定された準備運転時間が経過したか否
かを監視する。この準備運転は前述の如くコンプレッサ
3からの圧縮空気を吸着槽1,2へ供給し、吸着槽1,2で生
成された製品ガスが製品タンク20に供給される。
しかし、製品タンク20内の製品ガスが規程濃度に達す
るまで、製品タンク20の取出用弁24は閉弁している。
ステップS6で準備運転の設定時間が経過すると、ステ
ップS7に移り取出用弁24を開弁して製品タンク20内の製
品ガスを下流側へ供給開始する。その後ステップS8に移
り前述した通常の製品ガス生成サイクル(第2図,第3
図に示す)を実行する。
尚、本実施例では上記ステップS4〜S7において、例え
ば停止時間が1日であるときは第3図に示す1サイクル
の生成動作が行なわれた後取出用弁24が開弁される。
又、停止時間が2日であるときは1サイクルの生成動作
が2回行なわれた後取出用弁24が開弁される。
装置の停止時間がさらに長くなると、第5図に示す如
く規程濃度に達するまでの時間がT3〜T5のように長くな
る。そのため、停止時間が3日のときは例えば4サイク
ルの生成動作が準備運転として行なわれ、停止時間が4
日,5日と長くなるにつれて生成動作も6サイクル,8サイ
クルと回数が増加する。
従って、上記本発明の装置では装置停止時間が比較的
頻繁に行なわれる1日あるいは2日の場合、従来よりも
準備運転時間を短縮して無駄な待ち時間無くすことがで
きるので、起動させてから製品ガスがとりだされるまで
の立上りの時間を必要最短時間にすることができる。さ
らに、装置の停止時間が4日あるいは5日と基準日とし
ての3日よりも長い場合は、上記立上り時間の短縮はで
きないが準備運転不足により製品ガスの濃度が規程濃度
以下のまま製品タンク20より取出されることを防止で
き、規程濃度の製品ガスを安定供給することができる。
尚、上記実施例では制御回路27において停止時間を計
測するようにしたが、これに限らず、制御回路27以外に
停止時間を積算する手段を設けてもよいし、あるいは停
止釦の押下により作動して起動釦の押下により作動停止
するタイマを設けタイマの停止により装置停止時間を求
めるようにしても良い。
発明の効果 上述の如く、本発明になる気体分離装置は、装置停止
時間の長さに応じた準備運転時間を設定できるので、従
来のように装置停止時間にかかわらず例えば3日を基準
にして準備運転時間を設定する場合よりも、実際の停止
時間が比較的頻繁に行なわれる1日あるいは2日の場合
準備運転時間を短縮し、その結果起動させてから製品ガ
スが取出せるようになるまでの立上り時間を必要最短時
間にして無駄な待ち時間を無くすことができる。又、実
際の停止時間が基準日より長い場合、製品タンクより取
出される製品ガスの濃度が規程濃度に安定的に保たれ状
態で製品ガスを供給することができる等の特長を有す
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明になる気体分離装置の一実施の概略構成
図、第2図及び第3図は製品ガス生成の各工程を説明す
るための工程図、第4図は装置停止後の再起動時制御回
路が実行する処理を説明するためのフローチャート、第
5図は停止時間毎に起動してから規程濃度の製品ガスが
取出せるようになるまでの準備時間を示す線図である。 1,2……吸着槽、1A,2A……分子ふるいカーボン、3……
コンプレッサ、20……製品タンク、24……取出用弁、25
……濃度計、27……制御回路、27A……停止時間計測手
段、27B……準備運転制御手段。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】内部に一の気体を吸着する吸着剤が充填さ
    れた吸着槽に圧縮気体を供給し、該吸着剤により生成さ
    れた製品ガスを前記吸着槽より取出し製品タンクに蓄圧
    する構成とされた気体分離装置において、 装置が停止されてから再起動するまでの停止時間を計測
    する停止時間計測手段と、 前記停止時間計測手段により計測された停止時間に基づ
    き前記吸着槽における準備運転時間を変更する準備運転
    制御手段と、 を具備してなる気体分離装置。
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