JP3025279B2 - 気体分離装置 - Google Patents

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）の気体分離装置に係り、特に装置停
止中における吸着剤の再生効率を高めるよう構成した気
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
着剤が充填された吸着槽に圧縮空気を導入して加圧する
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、
一方脱着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。

この種の窒素発生装置では上記吸着工程，脱着工程等
の切換動作を吸着槽の上，下流側の各配管に設けられた
電磁弁の開，閉により行なっている。このように、各工
程の切換えを行う電磁弁としては常時閉弁（ノーマルク
ローズ）式の切換弁が使用されていた。又、従来の装置
では、脱着工程時吸収槽の残存気体が排気される排気管
路に常時閉弁式の排気弁を設けるとともに、排気時の消
音のためサイレンサが設けられていた。

発明が解決しようとする課題 ところが、上記従来の装置においては、装置が停止し
たとき、排気管に設けられた排気弁が閉弁状態となり、
再起動されるまで排気管が閉じたままとなる。そのた
め、吸着槽内に排気ガスが長時間残留することになり、
例えば窒素発生装置においては、吸着剤が吸着槽内に残
留する気体より酸素分子を吸着してしまう。したがっ
て、従来は再起動時吸着剤が再生されるまでの時間が長
くなり、高純度の窒素ガスが製品ガスとして取出せるよ
うになるまでの立上り時間が長くなってしまうといった
課題がある。

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、排気管に、常時
開弁方式の排気弁と、乾燥剤が充填された乾燥容器とを
直列に設けてなる。

作用 排気管に設けられた排気弁が常時開弁方式であるの
で、装置停止時に吸着槽内の残留気体が大気中に排気さ
れて、再起動されるまでに吸着剤の再生が行なわれる。
又、排気管に設けられた乾燥容器により大気中の湿気が
排気弁を介して吸着槽内に侵入することを防止し、湿気
から吸着剤を保護する。

実施例 第１図に本発明になる気体分離装置の一実施例を示
す。

同図中、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及び配管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排気
管で、共通排気管12に接続されており、排気管12の途中
には乾燥剤27A（例えばシリカゲル，あるいはゼオライ
ト等の分子ふるいよりなる）が充填された乾燥容器27が
配設されている。排気管12の端部には脱着排ガスを排出
する際の排気音を低減するサイレンサ28が設けられてい
る。そして、前記排気管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
電磁弁からなる排気弁13,14が設けられている。即ち、
排気弁13,14は夫々乾燥容器27と直列に設けられてお
り、本実施例では排気弁13,14が乾燥容器27の上流側に
位置する。

15,16は吸着槽1,2の出口側に接続され吸着槽1,2内で
生成された窒素をそれぞれ取出す取出配管、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に接続されている。

21は吸着槽1,2の出口側を連通する配管、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、各吸着槽1,2間を均圧にする。

24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25が設けられている。

26は制御回路で、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を有し、 予め入力されたプログラムに従い、例えば第２図，第
３図に示す加圧（，），取出（，），均圧
（，）の各工程に応じて、空気供給用弁8,9,排気弁
13,14,取出し用弁18,19,均圧用弁22,取出用弁25を開閉
制御する。

尚、上記制御回路29により開閉制御される各電磁弁の
うち空気供給用弁8,9,取出用弁18,19,均圧用弁22,取出
用弁25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常時閉弁
（ノーマルクローズ）方式の電磁弁である。そして、排
気弁13,14は開弁信号の供給により励磁されたとき閉弁
し、励磁されないときはバネ力で開弁する常時開弁（ノ
ーマルオープン）方式の電磁弁である。

ここで、上記構成になる窒素発生装置の窒素発生動作
について説明する。

まず、第２図，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と排気
弁13が開弁し、第２の吸着槽２に原料気体としての圧縮
空気が供給されて第２の吸着槽２は加圧状態にあり、分
子ふるいカーボン2Aに酸素が吸着される。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。

このように、減圧状態の吸着槽１から排出された気体
は酸素濃度が高く、共通排気管12、乾燥容器27を通過し
てサイレンサ28より大気中に排出される。この減圧動作
により吸着槽１内の分子ふるいカーボン1Aが再生される
とともに、乾燥容器27内に充填された乾燥剤27aが上記
吸着槽１からの排気ガスにより吸着していた水分が脱着
されて乾燥状態に再生される。

又、乾燥容器27においては内部に乾燥剤27Aが充填さ
れているので、吸着槽１からの排気が乾燥容器27内で減
圧される。よって、乾燥容器27は上記減圧時排気音を低
減する消音器としての機能を併せもっている。

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、新たに取出用弁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、各取出用弁18,19,
及び空気供給用弁9,気体排出用弁13を閉弁するとともに
均圧用弁22を開弁する。これにより、第２の吸着槽２内
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,排気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、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。

尚、上記一連の窒素発生サイクルの弁制御を行なうに
際して、制御回路26は常時閉弁方式の空気供給用弁8,9,
取出用弁18,19,均圧用弁22,取出用弁25に対しては開弁
時のみ通電し、常時開弁方式の排気弁13,14に対しては
閉弁時のみ通電し、開弁時は通電を停止する。

ここで、上記窒素発生装置が停止状態に切換えられた
際の動作につき説明する。

窒素発生装置の電源がオフにされると、各電磁弁への
通電が停止する。そのため、常時閉弁方式の空気供給用
弁8,9,取出用弁18,19,均圧用弁22,取出用弁25は夫々閉
弁状態となる。一方、常時開弁方式の排気弁13,14は開
弁状態になる。

従って、吸着槽1,2内に残留する気体は排気弁13,14を
介して共通排気管12へ流出し、乾燥容器27,サイレンサ2
8を通って大気中に排出される。これにより、吸着槽1,2
内は大気圧に減圧されるとともに分子ふるいカーボン1
A,2Aに吸着されていた酸素分子が脱着される。即ち、分
子ふるいカーボン1A,2Aは装置の停止中に再生され、し
かも吸着槽1,2内が大気中に減圧された後、新しい空気
がサイレンサ28,乾燥容器27,共通気体排出用弁13,14を
介して吸着槽1,2内に導入される。

そのため、装置停止後しばらくすると吸着槽1,2内に
は空気が充満する。又、このようにして吸着槽1,2内に
導入された空気は、乾燥容器27を通過する際に乾燥剤27
Aにより除湿された乾燥空気である。従って、吸着槽1,2
内の分子ふるいカーボン1A,2Aは開弁したままの排気弁1
3,14から導入された空気が乾燥しているため、湿気によ
り酸素分子の吸着効率が低下することが防止される。

上記のように装置を停止させた後、再起動する際は、
分子ふるいカーボン1A,2Aが再生されしかも吸着槽1,2内
の酸素濃度の高い排気ガスが排出されているので、起動
してから所定の窒素濃度の気体が吸着槽1,2より取出せ
るまでの立上り時間がより短縮される。

尚、上記実施例では窒素発生装置を例に挙げて説明し
たが、これに限らず例えば酸素発生装置にも適用できる
のは勿論である。

又、上記実施例とは逆に一対の乾燥容器27を各排気弁
13,14の上流側の排気管10,11途中に設けるようにしても
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、吸着槽の
気体を排気する排気管に常時開弁方式の排気弁を設けて
なるため、装置が停止している間に吸着槽内の排気ガス
を排気して吸着剤を再生することができ、しかも排気管
に乾燥剤が充填された乾燥容器を設けて装置停止時排気
弁を介して吸着槽に導入される空気を除湿できるので吸
着剤が湿気により吸着効率が低下してしまうことを防止
できる。従って、再起動時にはより短時間で高純度の製
品ガスを生成できるようになり、起動させてから所定濃
度の製品ガスが取出せるようになるまでの立上りの時間
を短く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例の概略構
成図、第２図及び第３図は夫々製品ガス生成する際の工
程を説明するための工程図である。 １……第１の吸着槽、1A,2A……分子ふるいカーボン、
２……第２の吸着槽、３……コンプレッサ、12……共通
排気管、13,14……排気弁、20……製品タンク、27……
乾燥容器、27A……乾燥剤。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内部に吸着剤が充填された吸着槽に圧縮気
   体を供給し、製品ガスを吸着槽から取出した後該吸着剤
   より脱着された気体を該吸着槽に接続された排気管より
   排出する気体分離装置において、 前記排気管に、常時開弁方式の排気弁と、乾燥剤が充填
   された乾燥容器とを直列に設けてなることを特徴とする
   気体分離装置。