JP3255948B2

JP3255948B2 - 窒素ガス分離装置

Info

Publication number: JP3255948B2
Application number: JP29786891A
Authority: JP
Inventors: 全水野
Original assignee: 大陽東洋酸素株式会社
Priority date: 1991-10-18
Filing date: 1991-10-18
Publication date: 2002-02-12
Anticipated expiration: 2017-02-12
Also published as: JPH05105410A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は乾燥空気が得られる任意
の場所において少量の窒素ガスを濃縮する装置であり、
高濃度の窒素を有する濃縮空気（窒素富化ガス）を得る
ための簡易で小型の窒素ガス分離装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

【０００３】従来、窒素ガスを空気から濃縮する方法と
して、１）低温蒸留法、２）ガス分離膜法及び３）吸着
法（ＰＳＡ法）等が知られている。１）低温蒸留法は、空気を−１９０℃前後に冷却し、窒
素とその他の空気成分をその沸点又は凝固点の違いから
精留塔等で分離する方法である。この方法は特に空気を
液化する設備に大量の電気と、大掛かりな設備装置を用
いることが不可欠であり、窒素ガス生産量で１トン／日
以上の規模がある場合に採用されることが多い。

【０００４】２）ガス分離膜法は、上記の方法に比較し
て小規模に窒素ガスから空気を分離する方法であり、Ｏ
₂、Ｈ₂Ｏ、ＣＯ₂の溶解性が窒素よりも数倍高い性質
をもつフッ素系ポリマー、セルロース系ポリマーを平膜
又は中空糸状の膜に形成し、圧縮空気を導入する方式で
ある。空気中のＯ₂、Ｈ₂Ｏ、ＣＯ₂等の窒素ガス以外
の成分はポリマーを透過し、窒素ガスは透過しにくいた
め、窒素ガスとそれ以外のガスを分離することができ
る。この分離方式は、基本的には原料となる圧縮空気を
つくる圧縮空気製造装置と分離膜が有れば可能であり、
上記１）の低温法等と比較して複雑な装置を必要としな
い利点があるため、極少量の窒素ガスを空気から濃縮す
る必要がある場合に非常に有利な手段である。しかし、
膜の分離特性によっては、圧縮空気を作るためのエネル
ギーコストが高くなったり、又、空気中の有毒ガスによ
る膜の耐久性や、経時変化による膜の分離特性の変化等
の問題があり、いまだ長期に渡る信頼性に問題があっ
た。

【０００５】３）吸着法とは、ある種の吸着剤が一定時
間内では酸素の吸着量が窒素に比べ数倍の吸着能力を有
する性質を利用した方法であり、一般には窒素ガス分離
のみではなく、吸着剤の種類を変えて炭化水素化合物の
混合物から直鎖状炭化水素の分離、メタノール分解混合
ガスからの水素回収、更に空気中の酸素の濃縮、空気中
の水分除去等非常に広い範囲の分離に用いられており、
一般にＰＳＡ (PressureSwing Adsorption) 法と呼ばれ
ている。

【０００６】従来のＰＳＡ法を利用した窒素ガス分離装
置４０は図４に示すように、活性炭、又はゼオライト、
アルミナ等を１種類又は数種類組み合わせて充填した吸
着塔を同じものを２塔以上用い、それぞれの吸着塔４
１、４２に適宜に開閉弁４３が装着され、一方の吸着塔
４１に交番的に空気を導入する。空気を導入しない他方
の吸着塔４２の圧力は大気圧又は真空ポンプ等で減圧状
態とし酸素吸着が十分できる様にしておく。一方の吸着
塔４１内の吸着剤は空気を導入すると、一定時間内で酸
素を窒素より優先的に吸着し、その結果吸着しなかった
窒素が製品バッファタンク４５に流れ込み製品ガスが得
られる。

【０００７】ここで、吸着剤の酸素吸着量は吸着塔の再
生条件により一定値を取り酸素の吸着量には限界がある
ため、吸着塔４１の吸着剤を吸着できなくなる直前に開
閉弁４３により空気導入を取り止め、開閉弁４３を切り
換えて減圧状態にされていた他方の吸着塔４２に空気の
導入を行う。空気導入の際に酸素で飽和になった吸着塔
は、真空ポンプ等で脱圧して吸着している酸素を吸着剤
から脱離させるか、又は製品バッファタンク４５に貯留
している製品の一部を還流し、吸着塔内を掃気して次の
酸素吸着に備える。ＰＳＡ法による装置は、開閉弁を操
作することで吸着塔４１、４２の２塔で常に連続的に窒
素富化空気を得ることができるので、比較的簡単な装置
で安価且つ安全に窒素ガスを供給可能であり、しかも大
型のプラントから超小型の装置まで幅広く対応できるも
のである。

【０００８】しかしながら、上記従来の窒素ガス分離装
置は吸着塔１塔当たり少なくとも３ケ以上の開閉弁が必
要であり、例えば上記２塔式の装置においては少なくと
も７ケの開閉弁を必要とするため、開閉弁のコストが上
昇し、更にそれら開閉弁を制御する装置のコストも高く
つき、その結果窒素分離装置のコストが著しく高くなる
欠点があった。又、装置のコストを下げるために開閉弁
の数を必要以上に少なくすると、吸着剤に酸素を最適に
吸着させることができなくなり、コンプレッサーの吐出
能力を十分生かすことができず、窒素ガス製造コストが
高くなってしまう問題があった。

【０００９】ところで、窒素ガスに限らず他の空気成分
である酸素、水分等の吸着法による分離装置（ＰＳＡ分
離装置）は従来から多くの研究がなされ、いかに装置を
安価にして、更に装置のランニングコストの低いものと
するかが大きな課題となっている。上記のＰＳＡ分離装
置は一般的に吸着塔の数が１塔又は上記装置のように２
塔のものと３塔以上の多塔式のものに分けられ、この吸
着塔の数が多い程原料ガス中の目的成分の製品ガスの回
収率が高くなる。例えば酸素のＰＳＡ装置では２塔式の
装置の場合供給空気中の全酸素量を１００とすれば、得
られる製品ガスの酸素の量は１１〜４０であるのに対
し、吸着塔数を３塔に増加させることで４０〜６０に増
大させることができる。つまり、吸着塔の数を増やせば
一定量の製品酸素を得るための供給空気の量を少なくす
ることが可能となり、原料空気を供給するためのブロワ
ー、コンプレッサー等の容量を小さくすることができる
利点がある。

【００１０】しかしながから、吸着塔の数を増やすと吸
着塔自体と開閉弁が必要になるためにそれらの装置自体
のコストが上がり分離装置の価格が著しく高価なものと
なってしまう。このため、稼働時間が短い場合や小型化
が要求される場合には、装置価格の低い１塔又は２塔式
のＰＳＡ装置が用いられている。

【００１１】空気分離における１塔式のＰＳＡ装置とし
て例えば古くは特公昭４３−２８４号公報に記載されて
いるように、ゼオライトによる炭化水素の分離例があり
公知である。この技術は空気分離器として小型の医療用
酸素発生器に応用され、例えば特公平１−４１０８３
号公報の酸素分離装置は、１台のダイヤフラムポンプを
原料空気の供給及び吸着成分である窒素ガスの脱離に使
用したことを特徴とし、加圧−生成分抜き出し−加圧解
除−真空化−生成分ガスの導入を１サイクルとした工程
を有し、空気を吸着塔内に導入後加圧を行い被吸着成分
である窒素を吸着剤に吸着させ、未吸着の酸素のみを製
品タンクに抜き出すものである。吸着塔の内部は或る一
定時間をすぎると窒素で飽和になるため、その時点で空
気導入を停止させ吸着塔内部を大気圧以下に減圧して、
空気供給を取り止めたダイヤフラムポンプを開閉弁の操
作によって真空ポンプとして用いて吸着塔圧を下げ窒素
を脱離していた。

【００１２】しかしながら上記の装置に用いられるこ
の種小型ポンプは真空度に限界があり一部の窒素は吸着
塔内に残留するため、吸着操作で製造された酸素の一部
を還流させて吸着塔内に残留している窒素を原料供給端
部まで押し戻して再度空気導入操作を行うが、この方法
では、加圧解除から生成ガス導入までの間酸素富化空気
を供給することができないにもかかわらず、酸素富化空
気は連続的に供給しなければならないので吸着塔の他
に、ある一定以上の容量のバッファタンク（生成ガス貯
蔵タンク）が必要不可欠であった。

【００１３】又、その他の吸着塔を１塔だけ用いたＰＳ
Ａ装置としては、例えば乾燥空気製造装置がある。例
えば車両の作動空気等に用いられるような乾燥空気が大
量に長時間にわたり必要とされる目的の装置は、ゼオラ
イト、アルミナ、活性炭等を用いた吸着塔を有し、空気
中の水分のみをＰＳＡ吸着して乾燥空気を得るものが知
られており、この装置には吸着塔が２塔のものもある
が、小型又は低価格の装置が要望される分野では１塔式
の装置が実用化されている。

【００１４】車両用作動空気を供給するために用いられ
る１塔式の空気乾燥装置は、例えば図５に示すように、
加圧された湿った空気を吸着塔５１内の吸着剤に接触さ
せて乾燥空気が得られる構成を有する空気乾燥装置５０
であり、吸着塔５１の出口側には逆止弁５５を通して乾
燥空気の一部を空気溜５２（生成物貯蔵タンク）に貯留
しておき、吸着塔５１内の水分が飽和になる直前に三方
バルブ５３を大気圧下に開放して脱圧し吸着剤の水分を
大気に放出し、更に空気溜５２に蓄えられた乾燥空気の
一部をニードルバルブ５４を開いて吸着塔５１に還流し
て次の工程に備えて吸着剤を乾燥状態にするのを一つの
サイクルとし、このサイクルを繰り返して乾燥空気が得
られる。しかし、この１塔式の空気乾燥装置は吸着剤を
乾燥する工程（還流させる際）の間は、空気溜の乾燥空
気が吸着塔５４を通り三方バルブ５３から大気中に排出
されてしまうために、その間は製品としての乾燥空気を
得ることが出来ず連続的に乾燥空気が得られないという
問題があった。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】このように従来の窒素
ガス分離装置は１塔式の簡単な装置がなく、又、窒素以
外の空気ガスの分離装置には吸着塔を１塔しか使用しな
いものがあるが、しかしこの従来の１塔式の空気ガス分
離装置は必要な開閉弁の数が多く、開閉弁自体のコスト
に加えてそれを制御するコントロール装置のコスト等が
上昇し、その結果装置コストはさほど低くならないとい
う問題や、又、開閉弁の数が少ないものの場合には、生
成ガスを連続的に供給できないという問題があった。本
発明は上記従来技術の欠点に鑑みなされたものであり、
吸着塔を１塔のみ使用して連続的に窒素富化ガスを供給
可能であり、構成が簡単でコストの安い窒素ガス分離装
置を提供することを目的としている。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記従来技術の欠点を解
消するために本発明者は従来のＰＳＡ方法による装置を
よく検討した。その結果、従来の装置は加圧−製品取り
出し（生成分抽出）−減圧（加圧解除、真空化）−還流
（生成分ガスの導入）を１サイクルとした工程を連続す
ることで目的成分富化ガスが得られ、この操作は、従来
の開閉弁を多数用いる装置では一定時間でそれぞれの開
閉弁を開閉して、それぞれの工程において必要なガス量
及びガスの流れを制御していた。しかし、時間で開閉弁
を制御するというのはガスを送り込む量を制御するため
の一つの手段であり、ＰＳＡ分離装置を用いた装置で目
的の生成ガスを得るには開閉弁の時間を制御することに
限らず、必要なガスを必要な量だけ必要な場所へ送り込
むための制御を行えば良いということであり、そのため
には高価な開閉弁を多数使用しなくともオリフィスを２
つ用いて電磁３方バルブと組み合わせることで、ガスの
送りを十分制御することが可能であることを見出し本発
明を完成するに至った。

【００１７】即ち、本発明窒素ガス分離装置は、吸着剤
が充填された吸着塔を１塔用いて、該吸着塔に空気を供
給して空気中の酸素を吸着剤に吸着させて簡易に窒素富
化ガスを得る窒素ガス分離装置であって、少なくとも原
料空気圧縮装置、原料減圧弁、原料側オリフィス、電磁
３方弁、吸着塔、製品側オリフィス、バッファタンク、
製品減圧弁が順次接続配管された構成を有し、上記電磁
３方弁の開閉を一定時間ごとに行い、吸着塔への原料空
気の送り込みと吸着塔の大気開放が交互に繰り返し可能
に形成されているものである。

【００１８】

【作用】本発明装置の作用について以下説明する。本発
明窒素ガス分離装置１は、原料空気圧縮装置２から送ら
れた空気は原料減圧弁３により一定の圧力にされ、原料
側オリフィス４を通り一定流量を保ち電磁３方弁５に入
る。電磁３方弁５は開の状態で圧縮空気が吸着塔６内へ
送りこまれ、閉の状態で圧縮空気の送り込みが停止し、
且つ吸着塔内部が大気下に開放された状態となる。電磁
３方弁が一定時間毎に開閉作動を行うと、開の状態では
空気が吸着塔６の内部に送り込まれ、吸着塔６内部の吸
着剤７により酸素ガスが吸着され吸着塔６の端部から酸
素濃度の低い窒素富化ガスが製品側オリフィス８を通
り、バッファタンク９へと送られ、原料減圧弁１０によ
り一定圧力となり製品ガスとして窒素富化ガスが得られ
る。このとき吸着塔６へ送られる圧縮空気は原料側オリ
フィス４により一定流量となり（吸着塔の内部に圧縮空
気が急激に送り込まれず）、吸着塔内部を通過するため
十分酸素を吸着することができる。

【００１９】そして時間の経過と共に吸着塔６内部の吸
着剤７の酸素吸着量が飽和に近づいたところで、電磁３
方弁５を開から閉の状態とし圧縮空気供給機からの空気
を遮断して吸着塔６を該電磁３方弁５を通り外部へ開放
されるようにする。電磁３方バルブが閉の状態では、大
気中に開放された該電磁３方弁５から吸着塔６内部の空
気とバッファタンク９から還流させた一部の窒素富化ガ
スが外部に排出され、この時吸着剤７に吸着された酸素
も同時に外部に排出される。このとき製品側オリフィス
８がバッファタンク９と吸着塔６の間に設けられている
ため、バッファタンク９から吸着塔６に還流する製品ガ
ス（窒素富化ガス）の流れが安定して、吸着塔６内に残
留している酸素ガスを電磁３方弁から外部に均一に押し
出すことができる。

【００２０】このように電磁３方弁５は開と閉を一定時
間毎に繰り返して運転しているので、該電磁３方弁５が
開の間は原料空気供給−吸着−製品ガスの生成工程とな
り、又、電磁３方弁５が閉の間は吸着塔内部の再生工程
となるが、バッファタンク９と吸着塔６の間に製品側オ
リフィス８が設けられているために、再生工程中はバッ
ファタンク９内部の圧力が急激に低下することがなく、
バッファタンク９内に貯蔵された窒素富化ガスは吸着塔
６に窒素富化ガスを還流している間であっても、製品減
圧弁１０を通り外部に送られるため、連続的に窒素富化
ガスを供給することができる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基き詳細に説
明する。図１は本発明窒素ガス分離装置の一例を示す説
明図であり、図１に示すように、本発明窒素ガス分離装
置１は、吸着塔６に原料空気を供給するための原料空気
圧縮装置２が原料減圧弁３に接続され、原料側オリフィ
ス４、電磁３方弁５、吸着剤６の充填された吸着塔７、
製品側オリフィス８、バッファタンク９、及び製品減圧
弁１０と順次、接続配管され、本実施例では、更に製品
減圧弁１０にニードルバルブ９と製品流量計１０が接続
されている。又、原料空気圧縮装置２と原料減圧弁３の
間にはドライヤー１１が設けられ、電磁３方弁５の大気
開放口にはサイレンサー１２が接続されている。図２は
電磁３方バルブの開閉の例を示す説明図であり、本発明
装置は上記電磁３方弁５が図２に示すように開（Ｏ）と
閉（Ｃ）を一定時間ずつ交互に繰り返して、開の状態で
吸着塔６への原料の供給を行い、閉Ｃの状態で吸着塔が
大気開放になり、この状態が交互に行われるように形成
されているものである。

【００２２】本発明装置において用いられる原料空気圧
縮装置２は、或る一定圧力以上の圧縮空気を供給可能な
ものであればよく、例えばピストン式空気圧縮機、ダイ
ヤフラム式空気圧縮機、スクロール式空気圧縮機、ベー
ン式空気圧縮機等が用いられる。圧縮空気は乾燥空気で
あることが好ましいため、図１に示したように原料空気
圧縮装置２にドライヤー１１を接続するのが好ましい。
又、原料となる空気は、水分のない乾燥した空気である
とともに、油分のほとんどない空気が望ましい。このた
め、圧縮空気は無給油式の装置を使用することが望まし
い。しかし給油式の空気圧縮機であっても圧縮空気をオ
イルミストセパレーターや活性炭フィルターで油分を除
去した空気であれば使用できる。原料空気圧縮装置２の
空気供給能力は、得ようとする窒素富化ガスの窒素濃度
によっても異なるが、例えば得ようとする富化ガスの窒
素濃度が９９％であれば、その得ようとする窒素富加ガ
スの５倍以上、又、その窒素富化ガスの濃度が９９．９
％以上である場合には窒素富加ガスの１０倍以上のガス
を供給可能な能力が必要である。また上記の或る一定圧
力とは１kg／cm²G 〜９kg／cm²G であり、５kg／cm²
G 以上が望ましい。

【００２３】原料減圧弁３は原料空気圧縮装置２からの
乾燥空気を原料側オリフィス４に一定圧力で送るための
ものであり、原料側オリフィス４は原料減圧弁３により
一定圧力にされた空気の流量を絞り一定量にして吸着塔
６に送り込むためのものであり、又製品側オリフィス８
はバッファタンクの製品ガスを一定量に絞り吸着塔６に
送り（還流して）、効率良く吸着塔６内の酸素ガスを系
外に送り出すためのものである。本発明は原料側オリフ
ィス４を原料側空気圧縮機２と電磁３方弁５の間に設
け、製品側オリフィス８を吸着塔６とバッファタンク９
との間に設け、吸着塔の入口側に電磁開放弁を設けたよ
うに、２つのオリフィスと電磁３方弁とを組み合わせて
用いることが重要であり、このことにより開閉バルブを
多数使用しないで装置を構成することができる。

【００２４】原料側オリフィス４は、吸着−製品取り出
しの時間（電磁３方弁が開の状態）内に吸着塔内部の圧
力を原料空気の最大供給圧力とするのに必要且つ十分な
Ｃｖ値と径を有するものであり、このＣｖ値又は径が必
要以上に大きすぎると空気が電磁開閉３方弁５から吸着
塔６内部に送られ直ちにバッファタンク９へと流れ込
み、吸着塔６内の流速が速くなり酸素と吸着剤の接触及
び衝突頻度が減少して吸着剤７に酸素が十分吸着されな
くなる虞れがある。また原料側オリフィス４のＣｖ値又
は径が小さすぎると、原料空気を吸着塔６に十分送るこ
とが出来なくなり、製品としての窒素富化ガスが十分得
られなく成る虞れがある。尚、上記Ｃｖ値は流量特性を
示す係数であり、オリフィス入口と出口の間で、０．０
７kg／cm²（６．９KPa)の圧力降下する際にオリフィス
を流れる６０°Ｆ（１５．５℃）の水の量（ガロン／
分）を計測した数字である。分離に必要な吸着剤量が約
２kgであり、かつ吸着−製品取り出し時間が１００秒〜
１６０秒で原料空気圧力が５kg／cm²Gであったとき、原
料側オリフィスのＣｖ値は０．００８〜０．００３程度
が好ましい。なお、吸着剤量が増加すれば最適オリフィ
スのＣｖ値は大きくなり、吸着−製品取り出し時間が短
くなればＣｖ値も大きくなる。また原料空気圧力が低い
場合も、高い場合に比べてＣｖ値が大きいものが好まし
い。

【００２５】又、製品側オリフィス８は上記原料側オリ
フィス４に対し、１／４〜１／６の流量の範囲を得るこ
とができるＣｖ値と径を有するものが好ましく、流量の
範囲が原料側のオリフィスに対して１／４を越えると窒
素富化ガスを還流して吸着剤を再生する際に、バッファ
タンク内の窒素富化ガスが急激に吸着塔６に流れこむ虞
れがあり、大気開放に急激になり圧力低下が大きくなっ
て製品としての窒素富加ガスを製品減圧弁の側から排出
することが困難となり、又、吸着塔の内部に酸素ガスが
完全に除去されない虞れも出てくる。製品側オリフィス
の流量の範囲が１／６以下になると吸着塔６への窒素富
化ガスの還流量が不十分となり、吸着剤の再生が不十分
となる虞れがある。

【００２６】図３は吸着塔の破過曲線を示し、横軸に吸
着塔の位置を又縦軸に酸素ガス濃度をとって、酸素ガス
の濃度と吸着塔内部の位置の関係を示したものである。
吸着塔内に空気を供給すると当初の破過曲線は曲線ａの
ように出口までに酸素ガスの濃度がゼロになるが、圧縮
空気の供給時間が経過すると共にこの破過曲線の変曲点
Ｘは吸着塔出口の方へ移動していく（曲線ｂ）。本発明
の電磁３方弁の開閉時間は、上記破過曲線の変曲点Ｘが
吸着塔の出口へ到達するまでを開の状態として、変曲点
Ｘが吸着塔の出口へ到達する直前に閉の状態に切り換え
て、原料空気の供給を止め濃縮した製品ガスの一部を還
流して図２の破過曲線ｂが曲線ａになるまで行った後、
再び開とする。即ち、電磁３方弁の開閉時間は吸着剤が
飽和になる直前までの吸着時間と、吸着剤を再生する時
間に応じて適宜設ければよい。

【００２７】吸着塔６に充填される充填剤７は窒素に比
較して酸素の吸着が速く吸着量が大きなものであればよ
く、通常モレキュラー・シーブ・カーボン（ＭＳＣ）が
用いられる。ＭＳＣは上記の様な特性を示すように特殊
なモデファイされた活性炭である。吸着剤７の容量及び
充填剤の量等は、得ようとする窒素富化ガスの量や窒素
濃度に応じて適宜選定すればよいが、例えば窒素濃度９
９％で１リットル／分の窒素ガスを得たい場合、ＭＳＣ
は１〜３kgを必要とする。

【００２８】バッファタンク９は生成した窒素富化ガス
を貯蔵し、吸着剤を再生する際に窒素富化ガスの還流を
行うためのものであり、耐圧容器で形成され、その容量
は吸着塔容量の０．５〜６倍程度に形成すると、再生工
程中に還流ガスを十分蓄えることができ、しかも、外部
に供給する製品ガスも十分蓄えることが可能であり、連
続的な製品ガスの供給をより確実にすることができるた
め好ましい。本発明装置において、製品減圧弁１０から
直接窒素富化ガスを得ることができるが、ニードルバル
ブ１３を設けると流量が安定するためにより好ましく、
又、上記ニードルバルブ１３の後に流量計１４を接続す
るのが好ましい。

【００２９】本発明窒素ガス分離装置は、装置自体のコ
ンパクトさが要求され、しかも安価な窒素富化ガスを長
期間にわたって供給しなければならない用途に最適であ
り、例えばそのような用途として、食品の貯蔵倉庫や酸
化反応を嫌うデシケータ、防爆安全構造を有する配電盤
等が挙げられる。この配電盤の防爆安全構造としては、
配電盤内に爆発性のガスが入り込み爆発するのを防ぐた
めに、配電盤内部に加圧乾燥空気を導入することが、行
われているが、従来の加圧空気に変えて本発明装置を用
いて窒素富化ガスを導入することで更に高いレベルの防
爆安全構造にすることができる。

【００３０】具体的実施例を挙げ本発明を更に詳細に説
明する。実施例１図１に示す装置において、製品側オリフィスには０．３
４mmφの径を有するノズルを、又、０．７１mmφの径を
有するノズルを原料側オリフィスとして用いた。更に、
原料供給側減圧弁は５kgｆ／cm²Ｇに設定し、乾燥空気
を５kgｆ／cm²Ｇ以上の圧力で常に２０リットル／分以
上の流量を確保できるコンプレッサーを使用した。電磁
３方弁は開が１４０秒、閉が１００秒間ずつを交互に行
うように制御した。吸着塔の内部には酸素を優先的に吸
着するＭＳＣを１．８５Kg充填した。ＭＳＣの形状は２
mmφのペレット状であった。バッファタンクは、６．７
８リットルの容量を有するものであり、ニードルバルブ
と流量計はマスターフローコントローラーを用い、常に
１リットル／分の窒素富化ガスを取り出せるように設定
したうえで、窒素富化ガスを酸素分析計に導入して該ガ
ス中の酸素分を測定した結果、製品中の酸素濃度は０．
８４％であり、窒素濃度は９９．１６％となった。尚、
このとき窒素濃度は１００％から酸素濃度を減じて窒素
濃度％とした。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明窒素ガス分
離装置は以上の構成を採用したことにより構成部品が最
少限で済み、どのような場所でも窒素富化ガスを得るこ
とが可能である。更に、本発明装置は複雑な機構を必要
としないために、故障が少なく、従来の開閉バルブを多
数使用したＰＳＡ装置と比較して非常に安価な装置を提
供することができる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明窒素ガス分離装置の１例を示す説明図で
ある。

【図２】電磁弁の開閉操作の１例を示す説明図である。

【図３】吸着塔の破過曲線を示すグラフである。

【図４】従来の窒素ガス分離装置の１例を示す説明図で
ある。

【図５】従来の１塔式空気乾燥装置の１例を示す説明図
である。

【符号の説明】

１窒素ガス分離装置２原料空気圧縮装置３原料減圧弁４原料側オリフィス５電磁３方弁６吸着塔８製品側オリフィス９バッファタンク１０製品減圧弁

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C01B 21/04 B01D 53/04 C01B 13/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】吸着剤が充填された吸着塔を１塔用いて、
該吸着塔に空気を供給して空気中の酸素を吸着剤に吸着
させて簡易に窒素富化ガスを得る窒素ガス分離装置であ
って、少なくとも原料空気圧縮装置、原料減圧弁、原料
側オリフィス、電磁３方弁、吸着塔、製品側オリフィ
ス、バッファタンク、製品減圧弁が順次接続配管された
構成を有し、上記電磁３方弁の開閉を一定時間ごとに行
い、吸着塔への原料空気の送り込みと吸着塔の大気開放
が交互に繰り返し可能に形成されていることを特徴とす
る窒素ガス分離装置。