JP3138067B2 - Gas separation device - Google Patents

Gas separation device

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JP3138067B2
JP3138067B2 JP04191164A JP19116492A JP3138067B2 JP 3138067 B2 JP3138067 B2 JP 3138067B2 JP 04191164 A JP04191164 A JP 04191164A JP 19116492 A JP19116492 A JP 19116492A JP 3138067 B2 JP3138067 B2 JP 3138067B2
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adsorption
compressor
pressure
tank
adsorption tank
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好彦 水島
俊之 村岡
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トキコ株式会社
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B13/00Oxygen; Ozone; Oxides or hydroxides in general
    • C01B13/02Preparation of oxygen
    • C01B13/0203Preparation of oxygen from inorganic compounds

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
  • Compressor (AREA)
  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はPSA式(Pressure Swi
ng Adsorption )の気体分離装置に係り、特に吸着工程
時における吸着槽内の昇圧時間を短縮するよう構成した
気体分離装置に関する。
The present invention relates to a PSA type (Pressure Swi
In particular, the present invention relates to a gas separation device configured to reduce the pressure rise time in an adsorption tank during an adsorption step.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、PSA式気体分離装置は、分子
ふるいカーボンやゼオライトなど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。
2. Description of the Related Art Generally, a PSA-type gas separation apparatus separates air into nitrogen and oxygen using an adsorbent composed of molecular sieve carbon, zeolite, or the like, and takes out one of them as a product gas for use. .

【0003】このため、例えば窒素ガスを取り出すPS
A式気体分離装置にあっては、吸着剤が充填された吸
着槽にコンプレッサからの圧縮空気を導入して吸着剤に
酸素分子を吸着させる吸着工程と、吸着剤により分離
生成された窒素を取出す取出工程と、該吸着槽内を大
気解放しまたは真空ポンプで減圧して吸着剤を再生する
再生工程とを繰返す。即ち、取出工程では、吸着槽内の
窒素を外部に取出し、一方再生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。
For this reason, for example, PS for extracting nitrogen gas
In the type A gas separation device, an adsorption step of introducing compressed air from a compressor into an adsorption tank filled with an adsorbent to adsorb oxygen molecules on the adsorbent, and extracting nitrogen separated and generated by the adsorbent The removal step and the regeneration step of releasing the interior of the adsorption tank to the atmosphere or reducing the pressure with a vacuum pump to regenerate the adsorbent are repeated. That is, in the removal step, nitrogen in the adsorption tank is removed to the outside, and in the regeneration step, the adsorbed oxygen is desorbed to prepare for the next adsorption step.

【0004】また、一対の吸着槽を有する装置では、一
方の吸着槽で取出工程が完了し、他方の吸着槽で再生工
程が完了した後、均圧工程を行う。この均圧工程で
は、両吸着槽間を連通させて取出工程の後の吸着槽に残
留するガスを再生工程の吸着槽へ供給して均圧化を図
り、より高純度の製品ガスを生成するようにしている。
[0004] In an apparatus having a pair of adsorption tanks, the pressure equalization step is performed after the removal step is completed in one adsorption tank and the regeneration step is completed in the other adsorption tank. In the pressure equalization step, the two adsorption tanks are communicated with each other, and the gas remaining in the adsorption tank after the removal step is supplied to the adsorption tank in the regeneration step to equalize the pressure and produce a higher purity product gas. Like that.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記気体分
離装置では、上記各工程〜を繰り返して窒素を分離
生成しているが、コンプレッサの回転数を一定にして空
気タンクに所定圧力の圧縮空気を貯溜しており、吸着工
程時に空気タンク内の圧縮空気が吸着槽へ供給される。
尚、コンプレッサは空気タンクの圧力が上限圧力に達す
るとアンロード運転に切り換わるが、コンプレッサの駆
動用モータの回転数は変化せず一定である。
However, in the gas separation apparatus, nitrogen gas is separated and generated by repeating each of the above steps. Compressed air in the air tank is supplied to the adsorption tank during the adsorption step.
Note that the compressor switches to the unload operation when the pressure of the air tank reaches the upper limit pressure, but the rotation speed of the motor for driving the compressor does not change and remains constant.

【0006】従来の気体分離装置では、空気タンクから
供給された圧縮空気により吸着槽内が酸素分子を吸着す
るのに必要な圧力になるまで吸着工程が行われるため、
吸着工程時間に合わせて上記各工程〜の1サイクル
時間が決められている。ところが、従来はコンプレッサ
の容量によって1サイクル時間の限界が決まってしまう
ため、コンプレッサを大型化せずに吸着工程時間を短縮
することができず、特に小型の装置においては、窒素生
成量を低下させずに吸着工程時間の短縮化を図ることが
難しかった。
In the conventional gas separation device, the adsorption step is performed until the pressure inside the adsorption tank becomes necessary to adsorb oxygen molecules by the compressed air supplied from the air tank.
One cycle time of each of the above steps to is determined in accordance with the adsorption step time. However, in the past, the limit of one cycle time was determined by the capacity of the compressor, so that the adsorption process time could not be reduced without increasing the size of the compressor. Therefore, it was difficult to shorten the adsorption process time.

【0007】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。
Therefore, an object of the present invention is to provide a gas separation device that solves the above-mentioned problems.

【0008】[0008]

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、吸着剤が充填
された吸着槽にコンプレッサからの圧縮空気を供給して
該吸着槽内を昇圧させ、該吸着槽内の吸着剤により生成
された製品ガスを該吸着槽から取り出すよう構成された
気体分離装置において、前記コンプレッサを駆動するモ
ータを前記吸着槽の吸着、取り出し動作に応じた回転数
で駆動するモータ回転制御手段を備えており、 前記モー
タ回転制御手段は、前記吸着槽に圧縮空気を供給する吸
着工程時における設定時間前記モータの回転数を増速さ
せて前記コンプレッサの圧縮空気供給量を増大し、前記
吸着工程時以外は前記モータの回転数を通常の回転数に
制御することを特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION According to the present invention, there is provided an adsorbent,
The compressed air from the compressor
The pressure in the adsorption tank is increased and generated by the adsorbent in the adsorption tank
Configured to take out the product gas from the adsorption tank.
In the gas separation device, a motor for driving the compressor
The number of rotations according to the adsorption and removal operations of the adsorption tank
In which a motor rotation control means for driving said motor <br/> motor rotation control means, said by accelerated rotation speed of the set time the motor during the adsorption step of supplying compressed air to the adsorption vessel It is characterized in that the amount of compressed air supplied to the compressor is increased, and the rotation speed of the motor is controlled to a normal rotation speed except during the adsorption step.

【0010】[0010]

【0011】[0011]

【作用】本発明によれば、吸着工程時の設定時間コンプ
レッサを駆動するモータを増速させてコンプレッサの圧
縮空気供給量を増大させることができるので、コンプレ
ッサの負担を軽減しながら吸着効率を向上させて、吸着
工程時間の短縮化を図るとともに製品ガスの供給能力を
高められる。
According to the present invention, the speed of the motor driving the compressor can be increased for a set time in the adsorption step to increase the amount of compressed air supplied to the compressor, thereby improving the adsorption efficiency while reducing the load on the compressor. As a result, the adsorption process time can be shortened and the supply capacity of the product gas can be increased.

【0012】[0012]

【実施例】図1乃至図3に本発明になる気体分離装置の
一実施例を示す。
1 to 3 show one embodiment of a gas separation apparatus according to the present invention.

【0013】各図中、気体分離装置1は圧縮空気から窒
素を製品ガスとして生成するPSA式の窒素発生装置で
あり、スタート信号の入来により作動開始する。制御装
置2は冷凍式ドライヤ3,コンプレッサ5を有する空気
供給ユニット6,吸着ユニット7及び貯蔵ユニット8の
各バルブV1 〜V11を制御する。
In each of the figures, a gas separator 1 is a PSA type nitrogen generator that generates nitrogen from compressed air as a product gas, and starts operation when a start signal is received. The control device 2 controls the valves V 1 to V 11 of the air supply unit 6 having the refrigeration dryer 3 and the compressor 5, the adsorption unit 7 and the storage unit 8.

【0014】コンプレッサ5からの圧縮空気は冷凍式ド
ライヤ3で除湿され、乾燥した清浄な圧縮空気として吸
着ユニット7に供給される。空気供給ユニット6と吸着
ユニット7とは配管9を介して接続されている。従っ
て、ドライヤ3で乾燥された圧縮空気は配管9を通って
吸着ユニット7で分岐した給気側の配管10,11を介
して分子ふるいカーボンよりなる吸着剤が充填された第
1,第2の吸着槽7A,7Bに供給される。又配管1
0,11には排気用の配管12,13が分岐接続されて
いる。
The compressed air from the compressor 5 is dehumidified by the refrigeration dryer 3 and supplied to the adsorption unit 7 as dry and clean compressed air. The air supply unit 6 and the adsorption unit 7 are connected via a pipe 9. Therefore, the compressed air dried by the dryer 3 passes through the pipe 9 and is branched into the adsorbing unit 7 through the pipes 10 and 11 on the supply side. It is supplied to the adsorption tanks 7A and 7B. Piping 1
Exhaust pipes 12 and 13 are branched and connected to 0 and 11, respectively.

【0015】図2に示すように、コンプレッサ5はパッ
ケージ形圧縮機と呼ばれる空気圧縮機で、スチール製の
筐体27内に圧縮機本体28、モータ29、空気タンク
30を立体的且つコンパクトに収納してなる。
As shown in FIG. 2, the compressor 5 is an air compressor called a package type compressor. A compressor body 28, a motor 29 and an air tank 30 are three-dimensionally and compactly housed in a steel housing 27. Do it.

【0016】筐体27のベース31上には防振ゴム32
を介して架台33が固定されている。モータ29はスペ
ーサ34を介して架台33上に固定され、空気タンク3
0はブラケット35を介して架台33上に固定されてい
る。
A vibration isolating rubber 32 is provided on a base 31 of the housing 27.
The gantry 33 is fixed via. The motor 29 is fixed on the gantry 33 via the spacer 34 and the air tank 3
0 is fixed on the gantry 33 via a bracket 35.

【0017】圧縮機本体28はクランクケース36の上
部にピストン・シリンダ機構28A,28B,28Cを
有する。
The compressor body 28 has piston / cylinder mechanisms 28A, 28B, 28C at the top of a crankcase 36.

【0018】圧縮機本体28の後部に設けられた駆動プ
ーリ38は、空気圧縮動作時モータ29のプーリ39に
巻き掛けされたベルト40を介して回転駆動され、各ピ
ストン・シリンダ機構28A,28B,28Cのピスト
ンを往復駆動する。これにより、上記各ピストン・シリ
ンダ機構28A,28B,28Cに吸引された空気が圧
縮される。
A driving pulley 38 provided at a rear portion of the compressor body 28 is driven to rotate via a belt 40 wound around a pulley 39 of a motor 29 during an air compression operation, and each of the piston / cylinder mechanisms 28A, 28B, The piston of 28C is reciprocated. As a result, the air sucked by the piston / cylinder mechanisms 28A, 28B, 28C is compressed.

【0019】図3に示すように、筐体27の前面に設け
られた操作パネル41にはスタートスイッチ釦42、停
止スイッチ釦43、運転時間計44、吐出圧力表示部4
5等が配設されている。
As shown in FIG. 3, a start switch button 42, a stop switch button 43, an operation hour meter 44, a discharge pressure display section 4
5 and so on are provided.

【0020】又、圧縮機本体28のピストン・シリンダ
機構28A,28B,28Cは空気管路46B,46C
により連結され空気管路46Aを介して空気タンク30
に接続されており、圧縮機本体28の圧縮動作により生
成された圧縮空気は空気管路46Aを通して空気タンク
30内に蓄圧される。
The piston / cylinder mechanisms 28A, 28B, 28C of the compressor body 28 are connected to air lines 46B, 46C.
And the air tank 30 through the air line 46A.
The compressed air generated by the compression operation of the compressor body 28 is stored in the air tank 30 through the air line 46A.

【0021】47はインバータ回路(モータ回転制御手
段)で、上記コンプレッサ5を駆動するモータ29の回
転数を制御する。このインバータ回路47は、例えばコ
ンバータ(図示せず)により正弦波の交流をいったん直
流に順変換し、これをトランジスタ(図示せず)のオ
ン、オフにより可変周波数の交流に逆変換するので、モ
ータ29の定格周波数を任意に変更させることができ
る。従って、モータ29の出力軸はインバータ回路47
から出力された交流の可変周波数に応じた回転数で回転
駆動される。そのため、インバータ回路47は後述する
ように吸着工程時にのみコンプレッサ5を駆動するモー
タ29を増速させてコンプレッサ5の圧縮空気生成量を
増大させるように制御する。
Reference numeral 47 denotes an inverter circuit (motor rotation control means) for controlling the number of rotations of the motor 29 for driving the compressor 5. The inverter circuit 47 once converts a sine wave alternating current into a direct current by a converter (not shown), and reversely converts it into a variable frequency alternating current by turning on and off a transistor (not shown). 29 can be arbitrarily changed. Therefore, the output shaft of the motor 29 is connected to the inverter circuit 47.
Is driven to rotate at a rotational speed corresponding to the variable frequency of the alternating current output from. Therefore, the inverter circuit 47 controls the motor 29 for driving the compressor 5 only at the time of the adsorption step to increase the amount of compressed air generated by the compressor 5 as described later.

【0022】その結果、気体分離装置1はコンプレッサ
5を大型化せずに吸着槽7A,7Bにおける吸着効率を
向上させ、吸着工程時間の短縮化を図るとともに製品ガ
スの供給能力が高められる。
As a result, the gas separation apparatus 1 improves the adsorption efficiency in the adsorption tanks 7A and 7B without increasing the size of the compressor 5, shortens the adsorption step time, and increases the product gas supply capacity.

【0023】再び、図1に戻って説明する。Returning to FIG. 1, the description will be continued.

【0024】吸着槽7A,7Bの上部には取出側の配管
14,15が接続されており、両配管14,15間には
両吸着槽7A,7Bを接続する均圧用の配管16が横架
されている。又、上記配管14,15は吸着ユニット7
と貯蔵ユニット8とを接続する配管17に接続されてい
る。さらに、給気用の配管10,11との間を接続する
排気用の配管12,13にはサイレンサ22が設けられ
ている。
Outlet pipes 14 and 15 are connected to the upper portions of the adsorption tanks 7A and 7B, and a pressure equalizing pipe 16 for connecting the adsorption tanks 7A and 7B is provided between the pipes 14 and 15 in a horizontal manner. Have been. Further, the pipes 14 and 15 are connected to the suction unit 7.
And a storage unit 8. Further, a silencer 22 is provided in the exhaust pipes 12 and 13 connecting between the supply pipes 10 and 11.

【0025】貯蔵ユニット8は製品ガスとしてのN2
スが蓄圧される窒素槽23と、窒素槽23内の酸素濃度
を計測する酸素センサ24とよりなる。窒素槽23の下
部には上記配管17が接続されており、吸着槽7A,7
Bで分離された高純度のN2ガスは配管17を介して窒
素槽23に供給される。又、窒素槽23の上部にはN 2
ガスを取り出す取出配管25が接続されている。この取
出配管25は下流側のN2 ガスを使用する装置(図示せ
ず)へ延在している。
The storage unit 8 contains N as product gas.TwoMoth
Tank 23 in which pressure is accumulated and the oxygen concentration in nitrogen tank 23
And an oxygen sensor 24 for measuring. Under the nitrogen tank 23
The piping 17 is connected to the suction tanks 7A and 7A.
High purity N separated in BTwoThe gas is
It is supplied to the elementary tank 23. In addition, N Two
An extraction pipe 25 for extracting gas is connected. This
The outlet pipe 25 is connected to the downstream NTwoEquipment using gas (shown
)).

【0026】又、酸素センサ24は配管26を介して窒
素槽23と接続されている。
The oxygen sensor 24 is connected to the nitrogen tank 23 via a pipe 26.

【0027】上記各配管10〜16,25,26には常
閉形の電磁弁V1 〜V11が配設されており、各電磁弁V
1 〜V8 は後述するように制御装置2からの信号により
還流、吸着、再生、取出し、均圧の各工程に応じて選択
的に開弁する。
Normally closed solenoid valves V 1 to V 11 are provided in the pipes 10 to 16, 25, and 26, respectively.
1 ~V 8 reflux by a signal from the control unit 2 as will be described later, adsorption, regeneration, extraction, selectively opened in response to each step of pressure equalization.

【0028】上記気体分離装置1においては、スタート
スイッチ釦42の操作によりコンプレッサ5のモータ2
9が起動してピストン・シリンダ機構28A,28B,
28Cが駆動される。各ピストン・シリンダ機構28
A,28B,28Cにより生成された圧縮空気は、空気
タンク30に畜圧される。空気タンク30の圧縮空気は
空気ドライヤ3に供給されて除湿された後、吸着ユニッ
ト3に供給される。
In the gas separation device 1, the motor 2 of the compressor 5 is operated by operating the start switch button 42.
9 is activated and the piston / cylinder mechanism 28A, 28B,
28C is driven. Each piston / cylinder mechanism 28
The compressed air generated by A, 28B, 28C is stored in the air tank 30. The compressed air in the air tank 30 is supplied to the air dryer 3 to be dehumidified, and then supplied to the adsorption unit 3.

【0029】吸着ユニット7では第1,第2の吸着槽7
A,7B内に上記空気ドライヤ3により乾燥された圧縮
空気が供給されて、昇圧、減圧を繰り返しながら原料空
気から窒素と酸素とを分離する。尚、吸着ユニット7で
は製品ガスとしての窒素を安定供給するため、第1の吸
着槽7Aが昇圧されて吸着工程のとき第2の吸着槽7B
では減圧されて再生工程が行なわれ、又、第1の吸着槽
7Aが再生工程のとき第2の吸着槽7Bは吸着工程とな
る。
In the suction unit 7, first and second suction tanks 7 are provided.
Compressed air dried by the air dryer 3 is supplied into A and 7B, and nitrogen and oxygen are separated from the raw air while repeatedly increasing and decreasing pressure. In addition, in the adsorption unit 7, in order to stably supply nitrogen as a product gas, the pressure of the first adsorption tank 7A is increased and the second adsorption tank 7B during the adsorption step.
Then, the regeneration step is performed under reduced pressure, and when the first adsorption tank 7A is in the regeneration step, the second adsorption tank 7B is in the adsorption step.

【0030】従って、制御装置2は予め入力されたプロ
グラムに基づいて吸着槽7A,7Bが交互に窒素ガスを
生成するように吸着ユニット7の各バルブV1 〜V11
開閉制御する。
Therefore, the control device 2 controls the opening and closing of each of the valves V 1 to V 11 of the adsorption unit 7 based on a program inputted in advance so that the adsorption tanks 7A and 7B alternately generate nitrogen gas.

【0031】図4にインバータ回路47が実行する処理
を示す。
FIG. 4 shows the processing executed by the inverter circuit 47.

【0032】同図中、インバータ回路47はステップS
1(以下、ステップを省略する)において、吸着ユニッ
ト7の第1の吸着槽7A又は第2の吸着槽7Bが吸着工
程となったとき、S2に移り上記コンプレッサ5のモー
タ29を増速する。
In the figure, the inverter circuit 47 operates in step S
In step 1 (hereinafter, steps are omitted), when the first adsorption tank 7A or the second adsorption tank 7B of the adsorption unit 7 is in the adsorption step, the process proceeds to S2, and the speed of the motor 29 of the compressor 5 is increased.

【0033】モータ29の増速によりコンプレッサ5の
圧縮空気供給量が増大し、第1の吸着槽7A又は第2の
吸着槽7Bへの圧縮空気供給量が増える。そのため、吸
着槽7A又は吸着槽7Bにおける所定圧力(例えば5Kg
/cm2 )に達するまでの昇圧時間が従来よりも短縮さ
れ、吸着工程時間が短くて済む。
As the speed of the motor 29 increases, the amount of compressed air supplied to the compressor 5 increases, and the amount of compressed air supplied to the first adsorption tank 7A or the second adsorption tank 7B increases. Therefore, a predetermined pressure (for example, 5 kg) in the adsorption tank 7A or the adsorption tank 7B is used.
/ Cm 2 ), the pressure-up time until reaching the pressure / cm 2 ) is shorter than before, and the adsorption step time is shorter.

【0034】次のS3では、吸着工程になってからの経
過時間が予め設定された設定時間に達したとき、吸着工
程が終了し同時にモータ29の回転を定常速度に減速す
る。これは、コンプレッサ5がモータ29の増速により
能力以上の運転となるため、吸着工程以外の工程では回
転数を落としてコンプレッサ5の負担を軽減させ、コン
プレッサ5の寿命を延ばしている。
In the next step S3, when the elapsed time from the start of the suction step reaches a preset time, the suction step is finished and at the same time, the rotation of the motor 29 is reduced to a steady speed. This is because the operation of the compressor 5 becomes higher than the capacity by increasing the speed of the motor 29, so that the number of revolutions is reduced in steps other than the adsorption step to reduce the load on the compressor 5, and the life of the compressor 5 is extended.

【0035】尚、上記設定時間は吸着工程の全時間と同
一にしても良いが、吸着槽7A,7B内の圧力が所定圧
力に達するまでの所定時間としてもよい。
The set time may be the same as the entire time of the adsorption step, but may be a predetermined time until the pressure in the adsorption tanks 7A and 7B reaches a predetermined pressure.

【0036】S4では、吸着ユニット7が均圧工程にな
ると、S1に戻り次の吸着工程に備える。従って、モー
タ29の増速によりコンプレッサ5の圧縮空気供給量が
増大して吸着工程時間が短くなるため、一連の吸着、再
生、取出し、均圧工程による1サイクル時間が短縮さ
れ、コンプレッサ5を大型化することなく窒素生成効率
が向上する。
In S4, when the suction unit 7 enters the pressure equalizing step, the process returns to S1 to prepare for the next suction step. Therefore, the speed of the motor 29 increases the compressed air supply amount of the compressor 5 and the adsorption process time is shortened. Therefore, one cycle time of a series of adsorption, regeneration, extraction and pressure equalization processes is shortened, and the compressor 5 is enlarged. The nitrogen generation efficiency is improved without any conversion.

【0037】ここで、上記構成になる気体分離装置1に
おいて、各工程ごとに開閉する吸着ユニット7の各バル
ブV1 〜V9 の動作について説明する。
Here, the operation of the valves V 1 to V 9 of the adsorption unit 7 that opens and closes in each step in the gas separation apparatus 1 having the above configuration will be described.

【0038】図3は各工程ごとの動作を示す。同図中、
各バルブV1 〜V9 は「白抜き」が開弁状態であり、
「黒塗り」が閉弁状態であることを示す。 第1工程(吸着槽A=環流・吸着、吸着槽B=再
生) 図3において、バルブV1 ,V3 ,V6 が開弁する。そ
のため、吸着槽7Aにはドライヤ3からの圧縮空気が下
方から供給されるとともに、窒素槽23からの窒素ガス
が上方から還流される。同時に上記の如くインバータ回
路47によりコンプレッサ5からの圧縮空気供給量が増
大し、吸着槽7Aは短時間で昇圧し、内部に充填された
吸着剤が酸素分子を吸着する。
FIG. 3 shows the operation for each step. In the figure,
Each valve V 1 ~V 9 is a "white" is the open state,
“Black” indicates that the valve is closed. First Step (Adsorption Tank A = Reflux / Adsorption, Adsorption Tank B = Regeneration) In FIG. 3, the valves V 1 , V 3 and V 6 are opened. Therefore, the compressed air from the dryer 3 is supplied to the adsorption tank 7A from below, and the nitrogen gas from the nitrogen tank 23 is returned from above. At the same time, the supply amount of compressed air from the compressor 5 is increased by the inverter circuit 47 as described above, the pressure in the adsorption tank 7A is increased in a short time, and the adsorbent filled therein adsorbs oxygen molecules.

【0039】多孔質の分子ふるいカーボンよりなる吸着
剤は、図5に示す圧力と吸着量との関係により吸着槽7
A内の圧力変化に応じて酸素分子を吸着し、減圧される
とその圧力差により酸素分子を脱着する。
The adsorbent composed of porous molecular sieve carbon is supplied to the adsorber tank 7 by the relationship between the pressure and the amount of adsorption shown in FIG.
Oxygen molecules are adsorbed according to the pressure change in A, and when the pressure is reduced, the oxygen molecules are desorbed by the pressure difference.

【0040】尚、図3中、圧縮機供給圧力の線図で分か
るように、吸着工程時上記コンプレッサ5の空気タンク
30から吸着槽7Aに圧縮空気が供給されてもモータ2
9の増速運転により吸着槽7Aに供給される圧力は急激
に低下せず、圧縮空気が安定供給される。又、吸着槽7
Aにおける吸着性能は所定圧力(例えば5Kg/cm2
以上になると大幅に向上しないので、実際には吸着槽7
A内の圧力がほぼ5Kg/cm2 程度の圧力を一定に保つ
ようにコンプレッサ5の運転状態、換言すればモータ2
9の回転数を増速又は減速制御する。
As can be seen from the compressor supply pressure diagram in FIG. 3, even if compressed air is supplied from the air tank 30 of the compressor 5 to the adsorption tank 7A during the adsorption step, the motor 2
The pressure supplied to the adsorption tank 7A by the speed increasing operation of 9 does not decrease rapidly, and the compressed air is supplied stably. In addition, adsorption tank 7
The adsorption performance at A is a predetermined pressure (for example, 5 kg / cm 2 )
Above this is not a significant improvement, so in practice the adsorption tank 7
Operation state of the compressor 5 so as to keep the pressure substantially about 5Kg / cm 2 of pressure in the A constant, the motor 2 in other words
The number of rotations 9 is controlled to increase or decrease.

【0041】他の吸着槽7BではバルブV6 の開弁によ
り残存ガスが大気中に排気されて減圧される。そのた
め、吸着槽7B内に充填された充填剤は前回の吸着工程
で吸着した酸素分子が脱着されて再生される。
[0041] Other residual gas by opening the adsorption vessel 7B in valve V 6 is reduced is exhausted to the atmosphere. Therefore, the filler filled in the adsorption tank 7B is regenerated by desorbing the oxygen molecules adsorbed in the previous adsorption step.

【0042】そして、均圧用配管16に設けられた吸着
槽18は排気用の配管19のバルブV9 が開弁している
ので、内部が大気圧に減圧されて吸着剤が再生される。 第2工程(吸着槽A=取出し、吸着槽B=再生) 図3において、前記第1工程と同様バルブV1 ,V3
6 が開弁している。
[0042] Then, the suction tank 18 provided in the pressure equalizing pipe 16 is the valve V 9 of the pipe 19 for exhaust is open, the adsorbent is regenerated inside is depressurized to atmospheric pressure. Second step (adsorption tank A = take-out, adsorption tank B = regeneration) In FIG. 3, as in the first step, the valves V 1 , V 3 ,
V 6 is open.

【0043】吸着槽7AではバルブV1 の開弁により圧
縮空気が供給され続けられているため、短時間でコンプ
レッサ5の供給圧力近くまで昇圧する。そして、吸着剤
により分離生成された窒素ガスがバルブV3 を介して窒
素槽23へ取出される。
[0043] because it is continued to be supplied with compressed air by the valve opening adsorption vessel 7A in valve V 1, a short time is increased to near the supply pressure of the compressor 5. Then, the nitrogen gas generated separated by the adsorbent is taken out into a nitrogen tank 23 through a valve V 3.

【0044】尚、他方の吸着槽7BはバルブV6 の開弁
により再生工程である。又、前述したように、コンプレ
ッサ5では吸着槽7Aの吸着工程終了とともに定常速度
の運転に戻る。 第3工程(吸着槽A,吸着槽B=均圧) 図3において、上記バルブV1 ,V3 ,V6 が閉弁した
後、均圧用配管16のバルブV4 ,V8 が開弁する。
[0044] Incidentally, the other adsorption tank 7B is a regeneration step by opening the valve V 6. Further, as described above, the compressor 5 returns to the operation at the steady speed upon completion of the adsorption step of the adsorption tank 7A. Third Step (Adsorption Tank A, Adsorption Tank B = Equalization) In FIG. 3, after the valves V 1 , V 3 , V 6 are closed, the valves V 4 , V 8 of the equalization pipe 16 are opened. .

【0045】一方の吸着槽7Aでは取出工程が完了した
ため、略コンプレッサ5からの供給圧力まで昇圧してい
るのに対し、他方の吸着槽7Bでは再生工程が完了して
いるので略大気圧まで減圧されている。又、均圧用配管
16に設けられた吸着槽18も再生工程が完了して減圧
されている。
Since the removal process has been completed in one of the adsorption tanks 7A, the pressure has been increased to approximately the supply pressure from the compressor 5, whereas the regeneration process has been completed in the other adsorption tank 7B and the pressure has been reduced to approximately atmospheric pressure. Have been. The pressure in the adsorption tank 18 provided in the pressure equalizing pipe 16 is also reduced after the regeneration step is completed.

【0046】そのため、吸着槽7A内には窒素濃度の高
いN2 ガスが加圧された状態で残存している。
Therefore, N 2 gas having a high nitrogen concentration remains in the adsorption tank 7A in a pressurized state.

【0047】均圧用の吸着槽18の両側に配設された上
記バルブV4 ,V8 が開弁すると、吸着槽7A内のN2
ガスが均圧用ガスとしてバルブV4 を介して吸着槽18
に供給される。そして、吸着槽18内が昇圧すると均圧
用ガス中に含まれている酸素分子が吸着剤に吸着され
る。
When the valves V 4 and V 8 provided on both sides of the equalizing adsorption tank 18 are opened, N 2 in the adsorption tank 7A is opened.
Gas via a valve V 4 as a pressure equalizing gas adsorption tank 18
Supplied to Then, when the pressure in the adsorption tank 18 is increased, oxygen molecules contained in the equalizing gas are adsorbed by the adsorbent.

【0048】さらに、吸着槽18により分離生成された
均圧用ガスは吸着槽7Aから取出したときよりも高純度
のN2 ガスとなって吸着槽7Bへ送出される。従って、
吸着槽7Bは吸着槽18を介して供給された高純度のN
2 ガスにより加圧状態となり、次の吸着工程に備える。
[0048] Furthermore, is sent to the adsorption vessel 7B become high purity N 2 gas than when a pressure equalizing gas separated generated by adsorption tank 18 is taken out from the adsorption tank 7A. Therefore,
The adsorption tank 7B is a high-purity N supplied through the adsorption tank 18.
It becomes pressurized by the two gases and prepares for the next adsorption step.

【0049】このように、均圧工程においてはバルブV
4 ,V8 の開弁により昇圧された一方の吸着槽7Aが急
速に減圧されるため、前回の吸着工程で吸着剤に吸着さ
れた酸素分子が脱着されてしまう。そのため、均圧用ガ
スの窒素濃度が低下するが、均圧用配管16に設けられ
た吸着槽18に充填された吸着剤により均圧用ガス中の
酸素分子が吸着されるので、均圧工程による高純度のN
2 ガス生成効率が高められる。よって、高純度のN2
ス発生量が増加し、再起動時間をより短縮することがで
きる。
As described above, in the equalizing step, the valve V
4, since one of the adsorption tank 7A which has been boosted by the opening of the V 8 is rapidly reduced pressure, the oxygen molecules adsorbed on the adsorbent in the previous adsorption step would be desorbed. As a result, the nitrogen concentration of the equalizing gas decreases, but oxygen molecules in the equalizing gas are adsorbed by the adsorbent filled in the adsorption tank 18 provided in the equalizing pipe 16, so that high purity by the equalizing step is achieved. N
2 Gas generation efficiency is improved. Therefore, the amount of high-purity N 2 gas generated increases, and the restart time can be further reduced.

【0050】均圧工程においては、定期的にコンプレッ
サ5を休ませるため、コンプレッサ5はアンロード運転
又は停止状態となる。しかし、N2 ガス使用量が多いと
きで均圧時間が短い場合には、アンロード運転又は停止
状態とせず、通常運転を行う。
In the pressure equalization step, the compressor 5 is periodically stopped, so that the compressor 5 is in the unload operation or the stopped state. However, when the pressure equalizing time is short when the amount of N 2 gas used is large, the normal operation is performed without the unload operation or the stop state.

【0051】又、図2に示す第1〜第3工程が完了する
と吸着槽7Aと7Bとが入れ換わるように上記第1〜第
3工程が実行される。
When the first to third steps shown in FIG. 2 are completed, the first to third steps are executed so that the adsorption tanks 7A and 7B are exchanged.

【0052】次に、本発明の変形例について説明する。Next, a modified example of the present invention will be described.

【0053】上記実施例では、吸着工程の時間を予め設
定しておいてインバータ回路47によりコンプレッサ5
からの圧縮空気供給量が増大し、吸着槽7A,7Bを短
時間で昇圧させたが、これに限らず、例えば各吸着槽7
A,7B内の圧力を検出する圧力センサを設けて吸着槽
7A,7B内の圧力が吸着に必要な所定圧力に達するま
での間コンプレッサ5を増速運転させるようにしても良
い。
In the above embodiment, the time of the adsorption step is set in advance, and the compressor 5 is operated by the inverter circuit 47.
The supply amount of compressed air from the tank increases, and the pressure in the adsorption tanks 7A and 7B is increased in a short time.
A pressure sensor for detecting the pressure in A, 7B may be provided, and the speed of the compressor 5 may be increased until the pressure in the adsorption tanks 7A, 7B reaches a predetermined pressure required for adsorption.

【0054】又、製品ガスとしての窒素が貯留された窒
素槽23においては、下流側の製品ガス使用量に応じて
圧力が変動するため、窒素槽23に圧力センサを設けて
製品ガス使用量に応じてコンプレッサ5を増速運転させ
るようにしても良い。その場合、例えば窒素槽23の圧
力が予め設定された基準圧力以下に低下したとき、コン
プレッサ5を増速運転させ、窒素槽23の圧力が基準圧
力に達したときコンプレッサ5を通常運転する。
In the nitrogen tank 23 in which nitrogen as product gas is stored, the pressure varies according to the amount of product gas used on the downstream side. Therefore, a pressure sensor is provided in the nitrogen tank 23 to reduce the amount of product gas used. The speed of the compressor 5 may be increased accordingly. In this case, for example, when the pressure of the nitrogen tank 23 falls below a preset reference pressure, the compressor 5 is operated at an increased speed, and when the pressure of the nitrogen tank 23 reaches the reference pressure, the compressor 5 is operated normally.

【0055】尚、上記実施例では、インバータ回路47
を一例として挙げたが、これに限らず、例えばモータ2
9への供給電圧を可変して回転数を制御するようにして
も良い。
In the above embodiment, the inverter circuit 47
Was given as an example, but the invention is not limited to this.
The number of rotations may be controlled by varying the supply voltage to the motor 9.

【0056】又、上記実施例では、一対の吸着槽7A,
7Bが設けられているが、2個以上の吸着槽を有する装
置にも適用できるのは勿論である。
In the above embodiment, the pair of adsorption tanks 7A,
Although 7B is provided, it is needless to say that the present invention can be applied to an apparatus having two or more adsorption tanks.

【0057】又、上記実施例では、各吸着槽が酸素分子
を吸着する構成であるが、各吸着槽が他の気体分子を吸
着する構成(例えば酸素発生装置等)にも適用できるの
は勿論である。
In the above embodiment, each adsorption tank adsorbs oxygen molecules. However, it is needless to say that each adsorption tank adsorbs other gas molecules (for example, an oxygen generator). It is.

【0058】[0058]

【0059】[0059]

【発明の効果】上述の如く、本発明になる気体分離装置
は、吸着工程時の設定時間コンプレッサを駆動するモー
タを増速させてコンプレッサの圧縮空気供給量を増大さ
せることができるので、コンプレッサの負担を軽減しな
がら吸着効率を向上させ、これにより吸着槽での吸着効
率を向上させ、ひいては吸着工程時間の短縮化を図ると
ともに製品ガスの供給能力の向上を図ることができる等
の特長を有する。
As described above, the gas separation apparatus according to the present invention
It is by accelerated the motor for driving the set time the compressor during the adsorption step it is possible to increase the compressed air supply of the compressor, while reducing the burden of the compressor to improve the adsorption efficiency, thereby the adsorption vessel This has the advantage that the adsorption efficiency can be improved, the time required for the adsorption step can be shortened, and the ability to supply product gas can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明になる気体分離装置の一実施例の概略構
成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an embodiment of a gas separation device according to the present invention.

【図2】コンプレッサの構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of a compressor.

【図3】各工程のバルブ動作及び各吸着槽の圧力変化を
示す工程図である。
FIG. 3 is a process chart showing a valve operation in each process and a pressure change in each adsorption tank.

【図4】インバータ回路が実行する処理を示すフローチ
ャートである。
FIG. 4 is a flowchart showing a process executed by the inverter circuit.

【図5】酸素分子の吸着量と吸着槽の圧力との関係を示
す線図である。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the amount of adsorbed oxygen molecules and the pressure of the adsorption tank.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 気体分離装置 2 制御装置 3 冷凍式ドライヤ 5 コンプレッサ 6 空気供給ユニット 7 吸着ユニット 7A,7B 吸着槽 8 貯蔵ユニット 28 圧縮機本体 29 モータ 30 空気タンク 47 インバータ回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Gas separation device 2 Control device 3 Refrigeration dryer 5 Compressor 6 Air supply unit 7 Adsorption unit 7A, 7B Adsorption tank 8 Storage unit 28 Compressor main body 29 Motor 30 Air tank 47 Inverter circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B01D 53/04 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) B01D 53/04

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 吸着剤が充填された吸着槽にコンプレッ
サからの圧縮空気を供給して該吸着槽内を昇圧させ、該
吸着槽内の吸着剤により生成された製品ガスを該吸着槽
から取り出すよう構成された気体分離装置において、 前記コンプレッサを駆動するモータを前記吸着槽の吸
着、取り出し動作に応じた回転数で駆動するモータ回転
制御手段を備えており、 前記モータ回転制御手段は、前記吸着槽に圧縮空気を供
給する吸着工程時における設定時間前記モータの回転数
を増速させて前記コンプレッサの圧縮空気供給量を増大
し、前記吸着工程時以外は前記モータの回転数を通常の
回転数に制御する ことを特徴とする気体分離装置。
1. A compressor filled in an adsorption tank filled with an adsorbent.
The pressure in the adsorption tank is increased by supplying compressed air from the
The product gas generated by the adsorbent in the adsorption tank is
A gas driving device for driving the compressor, wherein the motor drives the compressor.
Motor rotation driven by the number of rotations according to the loading and unloading operations
With control meansYes, The motor rotation control means supplies compressed air to the adsorption tank.
Set time in the suction process to supply the number of rotations of the motor
To increase the compressed air supply of the compressor
Then, except during the suction step, the rotation speed of the motor is set to a normal value.
Control at rotation speed A gas separation device characterized by the above-mentioned.
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