JP3565246B2 - 気体分離装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【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、例えば窒素発生装置または酸素発生装置として用いて好適な気体分離装置に関する。
【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からなる吸着剤を用いて空気を窒素ガスと酸素ガスに分離し、いずれか一方を製品ガスとして取り出し、使用するものである。
【０００３】
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行程と、該吸着槽内を大気開放しまたは真空ポンプで減圧する脱着行程とを繰り返し、吸着行程では吸着槽内の吸着剤に酸素分子を吸着させて窒素ガスを外部に取り出し、一方、脱着行程では吸着槽に吸着された酸素を脱着し、つぎの吸着行程に備えるようになっている。
【０００４】
また、製品ガスである窒素ガスは吸着槽内を昇圧状態にして取り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、窒素ガスを略一定圧力で、且つ、連続的に被供給機器に供給するために、取り出し側に製品タンクを設け、製品タンク内に前記吸着槽で生成された窒素ガスを蓄えるように構成されている。さらに、製品タンク内のガスを被供給機器に取り出すための管には当該ガスの窒素ガス濃度（または酸素ガス濃度）を検出するためのガス濃度検出器が設けられており、このガス濃度検出器により検出されたガス濃度により得られる（または求められる）窒素ガス濃度が所定濃度に達しない場合には装置自体の異常を検出し、装置自体の動作を停止させ、または、アラーム，ランプなどの報知手段により装置の異常を作業者などに報知するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の気体分離装置は、製品タンク内の製品ガス濃度が所定の濃度より低い場合にのみ装置自体の異常を報知する構成とされている。
【０００６】
一方、製品タンク内の製品ガスの外部の被供給機器への取り出し量が少ない場合には、吸着槽内の吸着剤が劣化している（または、圧縮機の吐出空気量が低下している）異常が装置自体に生じているにもかかわらず、製品タンク内の製品ガス濃度が所定濃度以上となっている状態が持続する。従って、この場合には、上述のような異常検出の仕方では吸着槽内の吸着剤が劣化している異常を検出することができない。このように、従来の装置では、上記製品タンク内の製品ガスの取り出し量が少ない場合においても製品タンク内の製品ガス濃度が所定濃度以下となるような、充填剤自体の性能が非常に低下した状態（または、圧縮機の吐出空気量が非常に低下した状態）になるまで上記異常がわからないという問題点があった。
【０００７】
従って、本発明は、製品タンク内の製品ガスの取り出し量が少ない場合においても、吸着槽内の吸着剤が劣化している（または、圧縮機の吐出空気量が低下している）異常が装置自体に生じている事を検出可能とすることで、上記異常を従来の装置よりも早期に検出することができる気体分離装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の問題点を解決するために、請求項１の発明は、内部に充填剤が充填された吸着槽に圧縮機により圧縮した原料気体を供給し、前記吸着槽を昇圧状態にした後、該吸着槽の半製品ガス取出用弁を開弁させて該吸着剤により生成された製品ガスを製品タンク内に蓄圧し、前記製品タンクより被供給機器に製品ガスを供給する気体分離装置において、前記製品タンクより被供給機器への製品ガス取出管路に設けられた製品ガス取出用弁と、前記製品タンク内の製品ガスの濃度を検出するための濃度検出手段と、前記濃度検出手段により検出された前記製品ガスの濃度に基づいて前記気体分離装置の異常を検出する異常検出手段と、を設け、前記異常検出手段は、前記製品ガス取出用弁が閉弁している状態において、前記濃度検出手段により検出された製品ガスの濃度の増加率が予め定められた所定の増加率よりも小さい場合に前記気体分離装置自体の異常を検出することを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２の発明は、内部に充填剤が充填された吸着槽に圧縮した原料気体を供給し、前記吸着槽を昇圧状態にした後、該吸着槽の半製品ガス取出用弁を開弁させて該吸着剤により生成された製品ガスを製品タンク内に蓄圧し、前記製品タンクより被供給機器に製品ガスを供給する気体分離装置において、前記製品タンクより被供給機器への製品ガス取出管路に設けられた製品ガス供給弁と、前記製品タンク内の製品ガスの濃度を検出するための濃度検出手段と、前記製品タンクのガスを外部に放出するための排気管路と、該排気管路に設けられた製品ガス排出弁と、前記濃度検出手段により検出された前記製品ガスの濃度に基づいて前記装置の異常を検出する異常検出手段と、を設け、前記気体分離装置の前記圧縮機の稼働時の運転状態は、前記装置自体の起動時において、前記製品ガス取出用弁が閉弁し、かつ、前記製品ガス排出弁が開弁している起動運転状態と、前記製品ガス取出用弁が開弁し、かつ、前記製品ガス排出弁が閉弁している通常運転状態とからなり、前記異常検出手段は、前記起動運転状態時における前記濃度検出手段により検出された製品ガスの濃度の増加率が予め定められた所定の増加率よりも小さい場合、または、前記起動運転状態時における前記濃度検出手段により検出された製品ガスの濃度の減少率が予め定められた所定の減少率よりも大きい場合に前記装置自体の異常を検出することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記排気管路には、当該排気管路より外部に排出される製品ガスの排出流量を略一定に保つための絞りが設けられていることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施例の気体分離装置の全体構成を示す図である。
【００１２】
図１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。
【００１３】
３は、圧縮空気供給源となる圧縮機で、圧縮機３からの圧縮空気は、タンク３ａに貯留され、冷凍式ドライヤ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。
【００１４】
２８は還流用配管で、一端が後述する製品タンク２０に接続され、他端が配管７に接続されている。この還流用配管２８には逆止弁２９が配設されており、逆止弁２９は圧縮機３からの圧縮空気が製品タンク２０へ供給されることを阻止する。
【００１５】
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、排気音を下げるサイレンサ１２に接続されている。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排ガス排出弁１３，１４が設けられている。
【００１６】
１５，１６は吸着槽１，２からの製品ガスとしての窒素ガスをそれぞれ取り出す取出配管、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回路１００の制御の基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。
【００１７】
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による反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。
【００１８】
２３は製品タンク２０に接続された製品ガス取出配管（製品ガス取出管路）で、その途中には電磁弁からなる製品ガス取出用弁２４（製品ガス供給弁）が設けられている。
【００１９】
２５は濃度計（濃度検出手段）で、製品ガス取出配管２３より分岐する分岐配管２６に接続されている。また、濃度計２５は製品ガス取出配管２３を介して製品タンク２０より取り出された気体の酸素ガス濃度を測定する。
【００２０】
即ち、濃度計２５は製品タンク２０より取り出された窒素ガス中に含まれている酸素ガス濃度を監視しており、酸素ガス濃度に比例した電流値の信号を出力する。即ち、製品タンク２０内に蓄圧されたガスの窒素ガス濃度が下がると、必然的に酸素ガス濃度が高まるため、製品タンク２０内の窒素ガス濃度が低能度となったことを濃度計２５により測定される酸素ガス濃度から検出できる。尚、濃度計２５からの酸素ガス濃度測定信号は後述する制御回路１００に入力される。
【００２１】
また、５０は製品ガス排出用の分岐配管（排気管路）で、この分岐配管５０には、後述の制御手段１００よりの開弁信号に基づいて該装置自体の起動時のみに所定時間開弁した後閉弁する電磁弁よりなる製品ガス排出弁５１、及び、この製品ガス排出弁５１を開弁することにより分岐配管５０より外部に排出される製品タンク２０内の窒素ガスの排出量を一定に保つ絞り５２が設けられている。
【００２２】
次に、制御回路１００について説明する。
制御回路１００は、前述の各電磁弁を開閉制御して窒素ガスを生成するための弁制御回路１０１と、前述の濃度計２５より出力される酸素ガス濃度測定信号が入力され、この酸素ガス濃度測定信号の値から製品タンク２０内の窒素ガス濃度を検出して後述の濃度異常検出回路１０２及び異常検出手段としての性能劣化判定回路１０３に上記窒素ガス濃度を出力する窒素ガス濃度検出回路１０４と、から構成されている。
【００２３】
弁制御回路１０１は、所定のプログラムに基づいて、空気供給用弁８，９、排ガス排出弁１３，１４、取出用弁１８，１９、均圧用弁２２を開閉制御することにより、窒素ガスを生成させる基本動作を行わせるとともに、製品ガス取出用弁２４，製品ガス排出弁５１を開閉制御することにより、装置自体を後述の起動運転状態と通常運転状態とに制御するものである。なお、上記弁制御回路１０１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のみ開弁し、励磁されないときにはバネ力で閉弁するようになっている。
【００２４】
前記濃度異常検出手段１０２は、前記製品タンク２０内の窒素ガス濃度が予め定められた下限値（この下限値は、濃度異常検出手段１０２内の図示せぬ記憶部に予め記憶されている。）以下になったか否かを判定し、窒素ガス濃度が予め定められた下限値以下になったと判定した場合には、濃度異常警報器１０５に濃度異常信号を出力して、濃度異常警報器１０５より警報を発するものである。
【００２５】
また、性能劣化判定手段１０３は、窒素ガス濃度検出回路１０４より供給される窒素ガス濃度の時系列的な増加の変化から、前記製品タンク２０内の窒素ガス濃度の増加率を演算し、この増加率が予め定められた増加率（この増加率は、新品（何も異常が起きていない状態）の窒素発生装置を用いた場合の上記増加率を予め求めておいたものを性能劣化判定手段１０３内の図示せぬ記憶部に予め記憶させておく）以下になったか否かを判定し、窒素ガス濃度の増加率が予め定められた増加率以下になったと判定した場合には、吸着槽内の吸着剤が劣化している（または、圧縮機の吐出空気量が低下している）という異常を検出し、性能劣化警報器１０６に性能劣化信号を出力して、性能劣化警報器１０６より警報を発するものである。
【００２６】
次に、上記のように構成された窒素発生装置の弁制御手段１０１による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図２，図３を用いて説明する。尚、図３中、（Ｂ）は吸着槽１の状態を、（Ｃ）は吸着槽２の状態を示している。 いま、窒素発生装置を起動すると、制御回路１００の弁制御回路１０１の制御の下に、各電磁弁が作動し、窒素ガス（製品ガス）の発生が行われる。
【００２７】
まず、図２，図３に示すように▲１▼，▲２▼，▲３▼の動作が実行される。図２中の▲１▼は、空気供給用弁９，取出用弁１９と排ガス排出弁１３が開弁し、第２の吸着奏２に原料気体としての圧縮空気が圧縮機３より供給される。
同時に、製品タンク２０の窒素ガスは還流用配管２８より配管７を介して下部（上流側）より吸着槽２内に還流する。更に、窒素ガスは取出配管１６，１７を逆流して丈夫（下流側）より吸着槽２内に還流する。従って、吸着槽１，２においては上・下流側より同時に窒素ガスが還流するため、吸着槽１，２の内部全体に高濃度の窒素ガスを短時間で供給することができる。従って、第２の吸着槽２は圧縮機３からの圧縮空気と上，下方向から還流したガスにより昇圧状態にあり、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は排ガス排出弁１３の開弁により減圧状態にあり、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。
【００２８】
次に、図２中の▲２▼は、空気供給用弁９を閉弁し、取出用弁１９を開弁した状態として第２の吸着槽２内の窒素ガスを取り出した状態を示している。このとき、第１の吸着槽１は減圧状態のままである。
【００２９】
次に、図２中の▲３▼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、排ガス排出弁１３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の吸着槽に回収され、各吸着槽１，２は均圧となる。なお、上記均圧操作は通常１〜３秒である。
【００３０】
これにより、図３中の（Ａ）に示す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，取出用弁１８，排ガス排出弁１４を開弁することによって、図３の（Ｂ）に示すように図２中の▲４▼〜▲６▼に示す後半の半サイクルを繰り返す。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り出し、製品タンク２０に供給することができる。
【００３１】
以上のように、弁制御手段１０１は上記サイクルを繰り返すことにより、圧縮機３より供給される原料気体を吸着槽１，２内で窒素ガスとそれ以外のガス（酸素ガス）とに分離し、吸着槽１，２で分離された窒素ガスを製品タンク２０内に貯留させる。また、これとともに、製品タンク２０内の窒素ガスが吸着槽１，２に還流されることにより、この窒素ガスに含まれている窒素ガス以外のガスが吸着槽１，２で取り除かれて再度製品タンク２０内に供給されることにより、製品タンク２０内の窒素ガス濃度自体もより高濃度となってゆく。
【００３２】
なお、弁制御手段１０１は上記各電磁弁の制御の他に製品ガス取出用弁２４及び製品ガス排出弁５１の開閉制御も行っている。即ち、窒素発生装置の起動時には、弁制御手段１０１は前述の基本動作をさせるための上記各電磁弁の制御と並行して、製品ガス取出用弁２４には開弁信号を出力せずに製品ガス取出用弁２４を閉弁させたまま製品ガス排出弁５１に開弁信号を出力して製品ガス排出弁５１を開弁させて製品タンク２０内の窒素ガスを分岐配管５０より排出する状態を本装置が起動されてから所定時間Ｔが経過するまで持続させる起動運転状態時の起動運転制御と、上記起動運転制御終了後（前記所定時間Ｔの経過後）、前記弁制御手段１０１による基本動作は持続させたまま、製品ガス排出弁５１への開弁信号の出力を停止して製品ガス排出弁５１を閉弁させるとともに、製品ガス取出用弁２４に開弁信号を出力して製品ガス取出用弁２４を開弁して製品タンク２０内の窒素ガスを被供給機器（図示せず）に製品ガス取出配管２３を介して供給する通常運転状態時の通常運転制御とを行っている。なお、本実施例における起動運転制御後の通常運転制御は、例えば、窒素発生装置自体への電気の供給が遮断されるか、または、前記装置自体に設けられた運転スイッチ（図示せず）がＯＦＦ操作されるまで行われる。
【００３３】
次に、本発明のポイントとなる性能劣化判定回路１０３の制御構成につき図４のフローチャートを用いて説明する。
【００３４】
性能劣化判定回路１０３には、前述の窒素ガス濃度検出回路１０４より出力される窒素ガス濃度と弁制御手段１０１より製品ガス取出用弁２４に出力される開弁信号とが入力される。そして、性能劣化判定回路１０３では、開弁信号が入力されると（Ｓ１）、その入力開始時から第一の所定時間Ｔ１（吸着槽１，２で生成された窒素ガス及び製品タンク２０内の窒素ガスが吸着槽１，２に還流されることにより製品タンク２０内の窒素ガス濃度が徐々に高濃度になり始めるまでの時間であり、これは性能劣化判定回路１０３内の記憶部（図示せず）に予め記憶されている。）が経過したか否かを判断する（Ｓ２）。そして、上記第１の所定時間Ｔ１が経過したと判断した場合には、その時点における窒素ガス濃度検出回路１０４より出力される窒素ガス濃度（第１の窒素ガス濃度Ｎ１）を読み込む。（Ｓ３）。次に、入力開始時から第２の所定時間Ｔ２（但し、Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ）が経過したか否かを判断し（Ｓ４）、第２の所定時間Ｔ２が経過した場合にはその時点における窒素ガス濃度検出回路１０４より出力される窒素ガス濃度（第２の窒素ガス濃度Ｎ２）を読み込む（Ｓ５）。
【００３５】
次に、Ｓ６において、第１の所定時間Ｔ１，第２の所定時間Ｔ２，第１の窒素ガス濃度Ｎ１，第２の窒素ガス濃度Ｎ２から製品タンク２０内の窒素ガス濃度の増加率Ｋ１を演算する。なお、この増加率Ｋ１は、第２の窒素ガス濃度Ｎ２から第１の窒素ガス濃度Ｎ１を差し引いた値を第２の所定時間Ｔ２から第１の所定時間Ｔ１を差し引いた値で割算することにより求められる。
【００３６】
次に、Ｓ７において、Ｓ６で求めた増加率Ｋ１が性能劣化判定手段１０３内の図示せぬ記憶部に予め記憶された増加率Ｋよりも小さいか否かを判断する。
【００３７】
そして、Ｓ７において、増加率Ｋ１が増加率Ｋよりも小さいと判断された場合には吸着槽１，２内の吸着剤が劣化している（または、圧縮機の吐出空気量が低下している）という異常を検出し、性能劣化警報器１０６に性能劣化信号を出力して（Ｓ８）、性能劣化警報器１０６より警報を発する。なお、Ｓ７において、増加率Ｋ１が増加率Ｋよりも小さくないと判断された場合には上記Ｓ８で検出される異常は無いものとしてそのまま処理を終了する。
【００３８】
次に、性能劣化判定回路１０３の動作を主体にして、窒素発生装置の動作を説明する。
まず、使用者が窒素発生装置自体に設けられた起動・停止スイッチ（図示せず）を操作するなどして、装置自体を起動する。
【００３９】
すると、圧縮機３が起動すると共に弁制御手段１０１により各電磁弁が開閉制御される事により吸着槽１，２で窒素ガスが生成されて、この窒素ガスは製品タンク２０内に貯蔵される。また、弁制御手段１０１は上記動作と共に、製品ガス取出用弁２４を閉弁し、かつ、製品ガス排出弁５１を開弁した起動運転状態を所定時間Ｔが経過するまで継続する。
【００４０】
一方、性能劣化判定回路１０３では、開弁信号が入力されると（Ｓ１）、その入力開始時から第一の所定時間Ｔ１が経過したか後の製品タンク２０内の窒素ガス濃度（第一の窒素ガス濃度Ｎ１）を読み込み（Ｓ２，Ｓ３）、次に、入力開始時から第２の所定時間Ｔ２が経過したときに製品タンク２０内の窒素ガス濃度（第２の窒素ガス濃度Ｎ２）を読み込み（Ｓ４，Ｓ５）、第１の所定時間Ｔ１，第２の所定時間Ｔ２，第１の窒素ガス濃度Ｎ１，第２の窒素ガス濃度Ｎ２から製品タンク２０内の窒素ガス濃度の増加率Ｋ１を演算する（Ｓ６）。そして、Ｓ６で求めた増加率Ｋ１が性能劣化判定手段１０３内に予め記憶された増加率Ｋよりも小さいか否かを判断し（Ｓ７）、増加率Ｋ１が増加率Ｋよりも小さいと判断された場合には吸着槽１，２内の吸着剤が劣化している（または、圧縮機の吐出空気量が低下している）という異常を検出し、性能劣化警報器１０６に性能劣化信号を出力して（Ｓ８）、性能劣化警報器１０６より警報を発し、また、増加率Ｋ１が増加率Ｋよりも小さくないと判断した場合にはそのまま処理を終了する。
【００４１】
ここで、性能劣化判定回路１０３による性能劣化の判定方法について、図５の起動運転状態時における時間経過に対する濃度計２５で計測された酸素ガス濃度の関係を示す図を用いて説明する。図中、▲１▼の曲線は窒素発生装置が正常に作動しているときの製品タンク２０内の窒素ガス中に含まれる酸素ガスの濃度変化を示す。また、▲２▼の曲線は窒素発生装置の圧縮機３により生成される圧縮空気量の低下や吸着槽１，２内の吸着剤が劣化している場合の製品タンク２０内の窒素ガス中に含まれる酸素ガスの濃度変化を示す。同図に見られるように、異常を起こしている窒素発生装置の曲線▲２▼の方が正常な窒素発生装置の曲線▲１▼に比べて窒素ガスの濃度上昇速度が遅い（増加率が小さい）ことがわかる。従って、本実施例では、この窒素ガスの濃度上昇速度（増加率）の大きさに基づいて吸着槽１，２内の吸着剤が劣化している（または、圧縮機の吐出空気量が低下している）という異常を検出するようにしている。
【００４２】
次に、起動運転状態が開始されてから前記所定時間Ｔが経過した場合には、弁制御手段１０１は、前記弁制御手段１０１による基本動作は持続させたまま、製品ガス排出弁５１への開弁信号の出力を停止して製品ガス排出弁５１を閉弁させるとともに、製品ガス取出用弁２４に開弁信号を出力して製品ガス取出用弁２４を開弁させ、製品タンク２０内の窒素ガスを被供給機器（図示せず）に製品ガス取出配管２３を介して供給する通常運転制御を行うことにより通常運転状態となる。
【００４３】
以上のように本実施例では、窒素発生装置自体により窒素ガスを生成している状態における製品タンク内の製品ガス濃度の増加率が所定の増加率よりも小さい場合に異常を検出するように構成したので、製品タンク内の製品ガスの外部の被供給機器への取り出し量が少ない場合においても、吸着槽内の吸着剤が劣化している（または、圧縮機の吐出空気量が低下している）異常を早期に検出することができる。
【００４４】
また、前述の起動運転状態においては、製品ガス取出用弁２４を閉弁させると共に製品ガス排出弁５１を開弁させて、製品タンク２０内及び吸着槽１，２内の窒素ガス濃度の低い窒素ガスを製品ガス排出弁５１を介して外部に排出させることになるので、製品タンク２０内に貯蔵される窒素ガスの濃度を速やかに高濃度にすることができる。
【００４５】
また、上記起動運転状態時においては、製品タンク２０より外部に排出される窒素ガスの流量は一定の流量に保たれる。このため、製品ガス取出用弁２４を開弁させておくことにより生ずる製品タンク２０内の窒素ガスの排出量の変動による製品タンク２０内の窒素ガスの濃度の変動を抑制することができる。従って、上記起動運転状態時に作動する性能劣化判定回路１０３による性能劣化の判定処理中に製品タンク２０内の窒素ガスの排出量の変動に起因して製品タンク２０内の窒素ガスの窒素ガス濃度が変動することが抑制されるので、性能劣化判定回路１０３による性能劣化の判定を正確に行うことができる。
【００４６】
尚、上記一実施例においては、製品ガスとしての窒素ガスの濃度を酸素ガス濃度を検出する濃度検出手段として、濃度計２５及び窒素ガス濃度検出回路１０４を用い、濃度計２５により求められる酸素ガス濃度から窒素ガス濃度を間接的に求めているが、上記濃度計２５に代えて窒素ガスの濃度を直接的に検出する濃度計を濃度検出手段として用いても良く、この場合には、窒素ガス濃度検出回路１０４は不要となる。
【００４７】
また、本実施例では、窒素発生装置の運転状態は起動運転状態と通常運転状態とからなり、起動運転状態が終了するとその後は装置自体の運転が停止するまで通常運転状態となり、異常検出手段としての性能劣化判定回路１０３は起動運転状態時に一度だけ作動するように構成されているが、窒素発生装置の運転状態を起動運転状態と通常運転状態とを繰り返すように構成し、この繰り返し行われる起動運転状態時に性能劣化判定回路１０３を作動させても良く、更には、一度の起動運転状態に性能劣化判定回路１０３の処理を例えば３回以上行わせ、性能劣化判定回路１０３で異常と判定された回数と正常（異常でない）と判定された回数とを比較し、その比較結果から装置の正常異常を判断するようにしても良い。
【００４８】
尚、上述のように窒素発生装置の運転状態を起動運転状態と通常運転状態とを繰り返すように構成した場合には、起動運転状態時には製品ガス取出用弁２４が閉弁した状態となるため、被供給機器への窒素ガスの供給が一時的に停止してしまうという問題がある。従って、この問題を解決するために製品ガス取出配管２３の製品ガス取出用弁２４よりも下流側に新たに第２の製品タンクを設け、この第２の製品タンクに製品ガスとしての窒素ガスを貯蔵するようにし、被供給機器にはこの第２の製品タンクより製品ガスを供給するようにすれば、起動運転状態時に被供給機器への窒素ガスの供給が停止してしまうことを防止できる。
【００４９】
また、本実施例では、起動運転状態時には製品ガス排出弁５１を開弁させて、製品タンク２０内の製品ガスを外部に排出するように構成されているが、この装置自体よりこの製品ガス排出弁５１，製品ガス排出配管５０，絞り５２を取り除き、起動運転状態時には製品ガス取出用弁２４を開弁させ、また、通常運転状態時には製品ガス取出用弁２４を閉弁させるように構成してもよい。尚、この場合における性能劣化判定回路１０３の処理も、起動運転状態時に行えば良い。
【００５０】
また、本実施例では、製品ガス排出弁５１が開弁し、製品タンク２０内より製品ガスが排出された状態においても、製品タンク２０内の窒素ガス濃度は上昇することを前提にすることにより、性能劣化判定回路１０３は製品タンク２０内の製品ガスの濃度の増加率が所定の増加率よりも小さいと判断した場合に装置の異常を検出するように構成している。これに対し、例えば、絞り５２の絞り量を緩くすることにより、製品ガス排出弁５１が開弁して製品タンク２０内より製品ガスが排出された状態において、製品タンク２０内の窒素ガス濃度が下降するように構成した場合には、性能劣化判定回路１０３は、検出製品タンク２０内の製品ガスの濃度の減少率が所定の減少率（この減少率は、新品（何も異常が起きていない状態）の窒素発生装置を用いた場合の上記減少率を予め求めておいたものを性能劣化判定手段１０３内の図示せぬ記憶部に予め記憶させておく）よりも大きくなったか否かを判定し、窒素ガス濃度の減少率が所定の減少率よりも大きくなったと判定した場合に装置の異常を検出するようにしても良い。
【００５１】
【発明の効果】
以上のように、本発明の請求項１は、窒素発生装置自体により窒素ガスを生成している状態における製品タンク内の製品ガス濃度の増加率が所定の増加率よりも小さい場合に異常を検出するように構成したので、製品タンク内の製品ガスの外部の被供給機器への取り出し量が少ない場合においても、吸着槽内の吸着剤が劣化している（または、圧縮機の吐出空気量が低下している）異常を早期に検出することができる。
【００５２】
また、本発明の請求項２は、窒素発生装置自体により窒素ガスを生成している状態における製品タンク内の製品ガス濃度の増加率が所定の増加率よりも小さい場合、または、製品タンク内の製品ガス濃度の減少率が所定の減少率よりも大きい場合に異常を検出するように構成したので、製品タンク内の製品ガスの外部の被供給機器への取り出し量が少ない場合においても、吸着槽内の吸着剤が劣化している（または、圧縮機の吐出空気量が低下している）異常を早期に検出することができるとともに、気体分離装置の運転状態を始動運転状態と通常運転状態とし、前記始動運転状態時に製品ガス排出弁を開弁させて、製品タンク２０内及び吸着槽１，２内の窒素ガス濃度の低い窒素ガスを製品ガス排出弁を介して外部に排出させることになるので、製品タンク内に貯蔵される窒素ガスの濃度を速やかに高濃度にすることができる効果を有する。
【００５３】
また、本発明の請求項３は、上記起動運転状態時における製品タンク２０より外部に排出される窒素ガスの流量は絞りにより一定の流量に保たれる。このため、製品ガス取出用弁を開弁させておくことにより生ずる製品タンク内の製品ガスの排出量の変動による製品タンク内の製品ガスの濃度の変動を抑制することができる。従って、上記起動運転状態時に作動する異常検出手段による性能劣化の判定処理中に製品タンク内の製品ガスの排出量の変動に起因して製品タンク内の製品ガスの製品ガス濃度が変動することが抑制されるので、異常検出手段による性能劣化の判定を正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の気体分離装置の全体構成を示す図である。
【図２】気体分離装置の各工程（基本動作）を示すための図である。
【図３】気体分離装置の各工程（基本動作）を示すための図である。
【図４】性能劣化判定回路１０３の制御構成を示すフローチャートである。
【図５】気体分離装置の起動運転状態時における時間経過に対する酸素ガスの濃度変化を示す図である。
【符号の説明】
１ 吸着槽
２ 吸着槽
３ 圧縮機
１８ 取出用弁（半製品ガス取出用弁）
１９ 取出用弁（半製品ガス取出用弁）
２０ 製品タンク
２３ 製品ガス取出配管
２４ 製品ガス取出用弁
２５ 濃度計（濃度検出手段）
５０ 分岐配管（排気管路）
５１ （製品ガス排出弁）
１０３ 性能劣化判定回路（異常検出手段・濃度検出手段）
【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、例えば窒素発生装置または酸素発生装置として用いて好適な気体分離装置に関する。
【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からなる吸着剤を用いて空気を窒素ガスと酸素ガスに分離し、いずれか一方を製品ガスとして取り出し、使用するものである。
【０００３】
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行程と、該吸着槽内を大気開放しまたは真空ポンプで減圧する脱着行程とを繰り返し、吸着行程では吸着槽内の吸着剤に酸素分子を吸着させて窒素ガスを外部に取り出し、一方、脱着行程では吸着槽に吸着された酸素を脱着し、つぎの吸着行程に備えるようになっている。
【０００４】
また、製品ガスである窒素ガスは吸着槽内を昇圧状態にして取り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、窒素ガスを略一定圧力で、且つ、連続的に被供給機器に供給するために、取り出し側に製品タンクを設け、製品タンク内に前記吸着槽で生成された窒素ガスを蓄えるように構成されている。さらに、製品タンク内のガスを被供給機器に取り出すための管には当該ガスの窒素ガス濃度（または酸素ガス濃度）を検出するためのガス濃度検出器が設けられており、このガス濃度検出器により検出されたガス濃度により得られる（または求められる）窒素ガス濃度が所定濃度に達しない場合には装置自体の異常を検出し、装置自体の動作を停止させ、または、アラーム，ランプなどの報知手段により装置の異常を作業者などに報知するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の気体分離装置は、製品タンク内の製品ガス濃度が所定の濃度より低い場合にのみ装置自体の異常を報知する構成とされている。
【０００６】
一方、製品タンク内の製品ガスの外部の被供給機器への取り出し量が少ない場合には、吸着槽内の吸着剤が劣化している（または、圧縮機の吐出空気量が低下している）異常が装置自体に生じているにもかかわらず、製品タンク内の製品ガス濃度が所定濃度以上となっている状態が持続する。従って、この場合には、上述のような異常検出の仕方では吸着槽内の吸着剤が劣化している異常を検出することができない。このように、従来の装置では、上記製品タンク内の製品ガスの取り出し量が少ない場合においても製品タンク内の製品ガス濃度が所定濃度以下となるような、充填剤自体の性能が非常に低下した状態（または、圧縮機の吐出空気量が非常に低下した状態）になるまで上記異常がわからないという問題点があった。
【０００７】
従って、本発明は、製品タンク内の製品ガスの取り出し量が少ない場合においても、吸着槽内の吸着剤が劣化している（または、圧縮機の吐出空気量が低下している）異常が装置自体に生じている事を検出可能とすることで、上記異常を従来の装置よりも早期に検出することができる気体分離装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の問題点を解決するために、請求項１の発明は、内部に充填剤が充填された吸着槽に圧縮機により圧縮した原料気体を供給し、前記吸着槽を昇圧状態にした後、該吸着槽の半製品ガス取出用弁を開弁させて該吸着剤により生成された製品ガスを製品タンク内に蓄圧し、前記製品タンクより被供給機器に製品ガスを供給する気体分離装置において、前記製品タンクより被供給機器への製品ガス取出管路に設けられた製品ガス取出用弁と、前記製品タンク内の製品ガスの濃度を検出するための濃度検出手段と、前記濃度検出手段により検出された前記製品ガスの濃度に基づいて前記気体分離装置の異常を検出する異常検出手段と、を設け、前記異常検出手段は、前記製品ガス取出用弁が閉弁している状態において、前記濃度検出手段により検出された製品ガスの濃度の増加率が予め定められた所定の増加率よりも小さい場合に前記気体分離装置自体の異常を検出することを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２の発明は、内部に充填剤が充填された吸着槽に圧縮した原料気体を供給し、前記吸着槽を昇圧状態にした後、該吸着槽の半製品ガス取出用弁を開弁させて該吸着剤により生成された製品ガスを製品タンク内に蓄圧し、前記製品タンクより被供給機器に製品ガスを供給する気体分離装置において、前記製品タンクより被供給機器への製品ガス取出管路に設けられた製品ガス供給弁と、前記製品タンク内の製品ガスの濃度を検出するための濃度検出手段と、前記製品タンクのガスを外部に放出するための排気管路と、該排気管路に設けられた製品ガス排出弁と、前記濃度検出手段により検出された前記製品ガスの濃度に基づいて前記装置の異常を検出する異常検出手段と、を設け、前記気体分離装置の前記圧縮機の稼働時の運転状態は、前記装置自体の起動時において、前記製品ガス取出用弁が閉弁し、かつ、前記製品ガス排出弁が開弁している起動運転状態と、前記製品ガス取出用弁が開弁し、かつ、前記製品ガス排出弁が閉弁している通常運転状態とからなり、前記異常検出手段は、前記起動運転状態時における前記濃度検出手段により検出された製品ガスの濃度の増加率が予め定められた所定の増加率よりも小さい場合、または、前記起動運転状態時における前記濃度検出手段により検出された製品ガスの濃度の減少率が予め定められた所定の減少率よりも大きい場合に前記装置自体の異常を検出することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記排気管路には、当該排気管路より外部に排出される製品ガスの排出流量を略一定に保つための絞りが設けられていることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施例の気体分離装置の全体構成を示す図である。
【００１２】
図１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。
【００１３】
３は、圧縮空気供給源となる圧縮機で、圧縮機３からの圧縮空気は、タンク３ａに貯留され、冷凍式ドライヤ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。
【００１４】
２８は還流用配管で、一端が後述する製品タンク２０に接続され、他端が配管７に接続されている。この還流用配管２８には逆止弁２９が配設されており、逆止弁２９は圧縮機３からの圧縮空気が製品タンク２０へ供給されることを阻止する。
【００１５】
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、排気音を下げるサイレンサ１２に接続されている。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排ガス排出弁１３，１４が設けられている。
【００１６】
１５，１６は吸着槽１，２からの製品ガスとしての窒素ガスをそれぞれ取り出す取出配管、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回路１００の制御の基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。
【００１７】
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による反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。
【００１８】
２３は製品タンク２０に接続された製品ガス取出配管（製品ガス取出管路）で、その途中には電磁弁からなる製品ガス取出用弁２４（製品ガス供給弁）が設けられている。
【００１９】
２５は濃度計（濃度検出手段）で、製品ガス取出配管２３より分岐する分岐配管２６に接続されている。また、濃度計２５は製品ガス取出配管２３を介して製品タンク２０より取り出された気体の酸素ガス濃度を測定する。
【００２０】
即ち、濃度計２５は製品タンク２０より取り出された窒素ガス中に含まれている酸素ガス濃度を監視しており、酸素ガス濃度に比例した電流値の信号を出力する。即ち、製品タンク２０内に蓄圧されたガスの窒素ガス濃度が下がると、必然的に酸素ガス濃度が高まるため、製品タンク２０内の窒素ガス濃度が低能度となったことを濃度計２５により測定される酸素ガス濃度から検出できる。尚、濃度計２５からの酸素ガス濃度測定信号は後述する制御回路１００に入力される。
【００２１】
また、５０は製品ガス排出用の分岐配管（排気管路）で、この分岐配管５０には、後述の制御手段１００よりの開弁信号に基づいて該装置自体の起動時のみに所定時間開弁した後閉弁する電磁弁よりなる製品ガス排出弁５１、及び、この製品ガス排出弁５１を開弁することにより分岐配管５０より外部に排出される製品タンク２０内の窒素ガスの排出量を一定に保つ絞り５２が設けられている。
【００２２】
次に、制御回路１００について説明する。
制御回路１００は、前述の各電磁弁を開閉制御して窒素ガスを生成するための弁制御回路１０１と、前述の濃度計２５より出力される酸素ガス濃度測定信号が入力され、この酸素ガス濃度測定信号の値から製品タンク２０内の窒素ガス濃度を検出して後述の濃度異常検出回路１０２及び異常検出手段としての性能劣化判定回路１０３に上記窒素ガス濃度を出力する窒素ガス濃度検出回路１０４と、から構成されている。
【００２３】
弁制御回路１０１は、所定のプログラムに基づいて、空気供給用弁８，９、排ガス排出弁１３，１４、取出用弁１８，１９、均圧用弁２２を開閉制御することにより、窒素ガスを生成させる基本動作を行わせるとともに、製品ガス取出用弁２４，製品ガス排出弁５１を開閉制御することにより、装置自体を後述の起動運転状態と通常運転状態とに制御するものである。なお、上記弁制御回路１０１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のみ開弁し、励磁されないときにはバネ力で閉弁するようになっている。
【００２４】
前記濃度異常検出手段１０２は、前記製品タンク２０内の窒素ガス濃度が予め定められた下限値（この下限値は、濃度異常検出手段１０２内の図示せぬ記憶部に予め記憶されている。）以下になったか否かを判定し、窒素ガス濃度が予め定められた下限値以下になったと判定した場合には、濃度異常警報器１０５に濃度異常信号を出力して、濃度異常警報器１０５より警報を発するものである。
【００２５】
また、性能劣化判定手段１０３は、窒素ガス濃度検出回路１０４より供給される窒素ガス濃度の時系列的な増加の変化から、前記製品タンク２０内の窒素ガス濃度の増加率を演算し、この増加率が予め定められた増加率（この増加率は、新品（何も異常が起きていない状態）の窒素発生装置を用いた場合の上記増加率を予め求めておいたものを性能劣化判定手段１０３内の図示せぬ記憶部に予め記憶させておく）以下になったか否かを判定し、窒素ガス濃度の増加率が予め定められた増加率以下になったと判定した場合には、吸着槽内の吸着剤が劣化している（または、圧縮機の吐出空気量が低下している）という異常を検出し、性能劣化警報器１０６に性能劣化信号を出力して、性能劣化警報器１０６より警報を発するものである。
【００２６】
次に、上記のように構成された窒素発生装置の弁制御手段１０１による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図２，図３を用いて説明する。尚、図３中、（Ｂ）は吸着槽１の状態を、（Ｃ）は吸着槽２の状態を示している。 いま、窒素発生装置を起動すると、制御回路１００の弁制御回路１０１の制御の下に、各電磁弁が作動し、窒素ガス（製品ガス）の発生が行われる。
【００２７】
まず、図２，図３に示すように▲１▼，▲２▼，▲３▼の動作が実行される。図２中の▲１▼は、空気供給用弁９，取出用弁１９と排ガス排出弁１３が開弁し、第２の吸着奏２に原料気体としての圧縮空気が圧縮機３より供給される。
同時に、製品タンク２０の窒素ガスは還流用配管２８より配管７を介して下部（上流側）より吸着槽２内に還流する。更に、窒素ガスは取出配管１６，１７を逆流して丈夫（下流側）より吸着槽２内に還流する。従って、吸着槽１，２においては上・下流側より同時に窒素ガスが還流するため、吸着槽１，２の内部全体に高濃度の窒素ガスを短時間で供給することができる。従って、第２の吸着槽２は圧縮機３からの圧縮空気と上，下方向から還流したガスにより昇圧状態にあり、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は排ガス排出弁１３の開弁により減圧状態にあり、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。
【００２８】
次に、図２中の▲２▼は、空気供給用弁９を閉弁し、取出用弁１９を開弁した状態として第２の吸着槽２内の窒素ガスを取り出した状態を示している。このとき、第１の吸着槽１は減圧状態のままである。
【００２９】
次に、図２中の▲３▼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、排ガス排出弁１３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の吸着槽に回収され、各吸着槽１，２は均圧となる。なお、上記均圧操作は通常１〜３秒である。
【００３０】
これにより、図３中の（Ａ）に示す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，取出用弁１８，排ガス排出弁１４を開弁することによって、図３の（Ｂ）に示すように図２中の▲４▼〜▲６▼に示す後半の半サイクルを繰り返す。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り出し、製品タンク２０に供給することができる。
【００３１】
以上のように、弁制御手段１０１は上記サイクルを繰り返すことにより、圧縮機３より供給される原料気体を吸着槽１，２内で窒素ガスとそれ以外のガス（酸素ガス）とに分離し、吸着槽１，２で分離された窒素ガスを製品タンク２０内に貯留させる。また、これとともに、製品タンク２０内の窒素ガスが吸着槽１，２に還流されることにより、この窒素ガスに含まれている窒素ガス以外のガスが吸着槽１，２で取り除かれて再度製品タンク２０内に供給されることにより、製品タンク２０内の窒素ガス濃度自体もより高濃度となってゆく。
【００３２】
なお、弁制御手段１０１は上記各電磁弁の制御の他に製品ガス取出用弁２４及び製品ガス排出弁５１の開閉制御も行っている。即ち、窒素発生装置の起動時には、弁制御手段１０１は前述の基本動作をさせるための上記各電磁弁の制御と並行して、製品ガス取出用弁２４には開弁信号を出力せずに製品ガス取出用弁２４を閉弁させたまま製品ガス排出弁５１に開弁信号を出力して製品ガス排出弁５１を開弁させて製品タンク２０内の窒素ガスを分岐配管５０より排出する状態を本装置が起動されてから所定時間Ｔが経過するまで持続させる起動運転状態時の起動運転制御と、上記起動運転制御終了後（前記所定時間Ｔの経過後）、前記弁制御手段１０１による基本動作は持続させたまま、製品ガス排出弁５１への開弁信号の出力を停止して製品ガス排出弁５１を閉弁させるとともに、製品ガス取出用弁２４に開弁信号を出力して製品ガス取出用弁２４を開弁して製品タンク２０内の窒素ガスを被供給機器（図示せず）に製品ガス取出配管２３を介して供給する通常運転状態時の通常運転制御とを行っている。なお、本実施例における起動運転制御後の通常運転制御は、例えば、窒素発生装置自体への電気の供給が遮断されるか、または、前記装置自体に設けられた運転スイッチ（図示せず）がＯＦＦ操作されるまで行われる。
【００３３】
次に、本発明のポイントとなる性能劣化判定回路１０３の制御構成につき図４のフローチャートを用いて説明する。
【００３４】
性能劣化判定回路１０３には、前述の窒素ガス濃度検出回路１０４より出力される窒素ガス濃度と弁制御手段１０１より製品ガス取出用弁２４に出力される開弁信号とが入力される。そして、性能劣化判定回路１０３では、開弁信号が入力されると（Ｓ１）、その入力開始時から第一の所定時間Ｔ１（吸着槽１，２で生成された窒素ガス及び製品タンク２０内の窒素ガスが吸着槽１，２に還流されることにより製品タンク２０内の窒素ガス濃度が徐々に高濃度になり始めるまでの時間であり、これは性能劣化判定回路１０３内の記憶部（図示せず）に予め記憶されている。）が経過したか否かを判断する（Ｓ２）。そして、上記第１の所定時間Ｔ１が経過したと判断した場合には、その時点における窒素ガス濃度検出回路１０４より出力される窒素ガス濃度（第１の窒素ガス濃度Ｎ１）を読み込む。（Ｓ３）。次に、入力開始時から第２の所定時間Ｔ２（但し、Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ）が経過したか否かを判断し（Ｓ４）、第２の所定時間Ｔ２が経過した場合にはその時点における窒素ガス濃度検出回路１０４より出力される窒素ガス濃度（第２の窒素ガス濃度Ｎ２）を読み込む（Ｓ５）。
【００３５】
次に、Ｓ６において、第１の所定時間Ｔ１，第２の所定時間Ｔ２，第１の窒素ガス濃度Ｎ１，第２の窒素ガス濃度Ｎ２から製品タンク２０内の窒素ガス濃度の増加率Ｋ１を演算する。なお、この増加率Ｋ１は、第２の窒素ガス濃度Ｎ２から第１の窒素ガス濃度Ｎ１を差し引いた値を第２の所定時間Ｔ２から第１の所定時間Ｔ１を差し引いた値で割算することにより求められる。
【００３６】
次に、Ｓ７において、Ｓ６で求めた増加率Ｋ１が性能劣化判定手段１０３内の図示せぬ記憶部に予め記憶された増加率Ｋよりも小さいか否かを判断する。
【００３７】
そして、Ｓ７において、増加率Ｋ１が増加率Ｋよりも小さいと判断された場合には吸着槽１，２内の吸着剤が劣化している（または、圧縮機の吐出空気量が低下している）という異常を検出し、性能劣化警報器１０６に性能劣化信号を出力して（Ｓ８）、性能劣化警報器１０６より警報を発する。なお、Ｓ７において、増加率Ｋ１が増加率Ｋよりも小さくないと判断された場合には上記Ｓ８で検出される異常は無いものとしてそのまま処理を終了する。
【００３８】
次に、性能劣化判定回路１０３の動作を主体にして、窒素発生装置の動作を説明する。
まず、使用者が窒素発生装置自体に設けられた起動・停止スイッチ（図示せず）を操作するなどして、装置自体を起動する。
【００３９】
すると、圧縮機３が起動すると共に弁制御手段１０１により各電磁弁が開閉制御される事により吸着槽１，２で窒素ガスが生成されて、この窒素ガスは製品タンク２０内に貯蔵される。また、弁制御手段１０１は上記動作と共に、製品ガス取出用弁２４を閉弁し、かつ、製品ガス排出弁５１を開弁した起動運転状態を所定時間Ｔが経過するまで継続する。
【００４０】
一方、性能劣化判定回路１０３では、開弁信号が入力されると（Ｓ１）、その入力開始時から第一の所定時間Ｔ１が経過したか後の製品タンク２０内の窒素ガス濃度（第一の窒素ガス濃度Ｎ１）を読み込み（Ｓ２，Ｓ３）、次に、入力開始時から第２の所定時間Ｔ２が経過したときに製品タンク２０内の窒素ガス濃度（第２の窒素ガス濃度Ｎ２）を読み込み（Ｓ４，Ｓ５）、第１の所定時間Ｔ１，第２の所定時間Ｔ２，第１の窒素ガス濃度Ｎ１，第２の窒素ガス濃度Ｎ２から製品タンク２０内の窒素ガス濃度の増加率Ｋ１を演算する（Ｓ６）。そして、Ｓ６で求めた増加率Ｋ１が性能劣化判定手段１０３内に予め記憶された増加率Ｋよりも小さいか否かを判断し（Ｓ７）、増加率Ｋ１が増加率Ｋよりも小さいと判断された場合には吸着槽１，２内の吸着剤が劣化している（または、圧縮機の吐出空気量が低下している）という異常を検出し、性能劣化警報器１０６に性能劣化信号を出力して（Ｓ８）、性能劣化警報器１０６より警報を発し、また、増加率Ｋ１が増加率Ｋよりも小さくないと判断した場合にはそのまま処理を終了する。
【００４１】
ここで、性能劣化判定回路１０３による性能劣化の判定方法について、図５の起動運転状態時における時間経過に対する濃度計２５で計測された酸素ガス濃度の関係を示す図を用いて説明する。図中、▲１▼の曲線は窒素発生装置が正常に作動しているときの製品タンク２０内の窒素ガス中に含まれる酸素ガスの濃度変化を示す。また、▲２▼の曲線は窒素発生装置の圧縮機３により生成される圧縮空気量の低下や吸着槽１，２内の吸着剤が劣化している場合の製品タンク２０内の窒素ガス中に含まれる酸素ガスの濃度変化を示す。同図に見られるように、異常を起こしている窒素発生装置の曲線▲２▼の方が正常な窒素発生装置の曲線▲１▼に比べて窒素ガスの濃度上昇速度が遅い（増加率が小さい）ことがわかる。従って、本実施例では、この窒素ガスの濃度上昇速度（増加率）の大きさに基づいて吸着槽１，２内の吸着剤が劣化している（または、圧縮機の吐出空気量が低下している）という異常を検出するようにしている。
【００４２】
次に、起動運転状態が開始されてから前記所定時間Ｔが経過した場合には、弁制御手段１０１は、前記弁制御手段１０１による基本動作は持続させたまま、製品ガス排出弁５１への開弁信号の出力を停止して製品ガス排出弁５１を閉弁させるとともに、製品ガス取出用弁２４に開弁信号を出力して製品ガス取出用弁２４を開弁させ、製品タンク２０内の窒素ガスを被供給機器（図示せず）に製品ガス取出配管２３を介して供給する通常運転制御を行うことにより通常運転状態となる。
【００４３】
以上のように本実施例では、窒素発生装置自体により窒素ガスを生成している状態における製品タンク内の製品ガス濃度の増加率が所定の増加率よりも小さい場合に異常を検出するように構成したので、製品タンク内の製品ガスの外部の被供給機器への取り出し量が少ない場合においても、吸着槽内の吸着剤が劣化している（または、圧縮機の吐出空気量が低下している）異常を早期に検出することができる。
【００４４】
また、前述の起動運転状態においては、製品ガス取出用弁２４を閉弁させると共に製品ガス排出弁５１を開弁させて、製品タンク２０内及び吸着槽１，２内の窒素ガス濃度の低い窒素ガスを製品ガス排出弁５１を介して外部に排出させることになるので、製品タンク２０内に貯蔵される窒素ガスの濃度を速やかに高濃度にすることができる。
【００４５】
また、上記起動運転状態時においては、製品タンク２０より外部に排出される窒素ガスの流量は一定の流量に保たれる。このため、製品ガス取出用弁２４を開弁させておくことにより生ずる製品タンク２０内の窒素ガスの排出量の変動による製品タンク２０内の窒素ガスの濃度の変動を抑制することができる。従って、上記起動運転状態時に作動する性能劣化判定回路１０３による性能劣化の判定処理中に製品タンク２０内の窒素ガスの排出量の変動に起因して製品タンク２０内の窒素ガスの窒素ガス濃度が変動することが抑制されるので、性能劣化判定回路１０３による性能劣化の判定を正確に行うことができる。
【００４６】
尚、上記一実施例においては、製品ガスとしての窒素ガスの濃度を酸素ガス濃度を検出する濃度検出手段として、濃度計２５及び窒素ガス濃度検出回路１０４を用い、濃度計２５により求められる酸素ガス濃度から窒素ガス濃度を間接的に求めているが、上記濃度計２５に代えて窒素ガスの濃度を直接的に検出する濃度計を濃度検出手段として用いても良く、この場合には、窒素ガス濃度検出回路１０４は不要となる。
【００４７】
また、本実施例では、窒素発生装置の運転状態は起動運転状態と通常運転状態とからなり、起動運転状態が終了するとその後は装置自体の運転が停止するまで通常運転状態となり、異常検出手段としての性能劣化判定回路１０３は起動運転状態時に一度だけ作動するように構成されているが、窒素発生装置の運転状態を起動運転状態と通常運転状態とを繰り返すように構成し、この繰り返し行われる起動運転状態時に性能劣化判定回路１０３を作動させても良く、更には、一度の起動運転状態に性能劣化判定回路１０３の処理を例えば３回以上行わせ、性能劣化判定回路１０３で異常と判定された回数と正常（異常でない）と判定された回数とを比較し、その比較結果から装置の正常異常を判断するようにしても良い。
【００４８】
尚、上述のように窒素発生装置の運転状態を起動運転状態と通常運転状態とを繰り返すように構成した場合には、起動運転状態時には製品ガス取出用弁２４が閉弁した状態となるため、被供給機器への窒素ガスの供給が一時的に停止してしまうという問題がある。従って、この問題を解決するために製品ガス取出配管２３の製品ガス取出用弁２４よりも下流側に新たに第２の製品タンクを設け、この第２の製品タンクに製品ガスとしての窒素ガスを貯蔵するようにし、被供給機器にはこの第２の製品タンクより製品ガスを供給するようにすれば、起動運転状態時に被供給機器への窒素ガスの供給が停止してしまうことを防止できる。
【００４９】
また、本実施例では、起動運転状態時には製品ガス排出弁５１を開弁させて、製品タンク２０内の製品ガスを外部に排出するように構成されているが、この装置自体よりこの製品ガス排出弁５１，製品ガス排出配管５０，絞り５２を取り除き、起動運転状態時には製品ガス取出用弁２４を開弁させ、また、通常運転状態時には製品ガス取出用弁２４を閉弁させるように構成してもよい。尚、この場合における性能劣化判定回路１０３の処理も、起動運転状態時に行えば良い。
【００５０】
また、本実施例では、製品ガス排出弁５１が開弁し、製品タンク２０内より製品ガスが排出された状態においても、製品タンク２０内の窒素ガス濃度は上昇することを前提にすることにより、性能劣化判定回路１０３は製品タンク２０内の製品ガスの濃度の増加率が所定の増加率よりも小さいと判断した場合に装置の異常を検出するように構成している。これに対し、例えば、絞り５２の絞り量を緩くすることにより、製品ガス排出弁５１が開弁して製品タンク２０内より製品ガスが排出された状態において、製品タンク２０内の窒素ガス濃度が下降するように構成した場合には、性能劣化判定回路１０３は、検出製品タンク２０内の製品ガスの濃度の減少率が所定の減少率（この減少率は、新品（何も異常が起きていない状態）の窒素発生装置を用いた場合の上記減少率を予め求めておいたものを性能劣化判定手段１０３内の図示せぬ記憶部に予め記憶させておく）よりも大きくなったか否かを判定し、窒素ガス濃度の減少率が所定の減少率よりも大きくなったと判定した場合に装置の異常を検出するようにしても良い。
【００５１】
【発明の効果】
以上のように、本発明の請求項１は、窒素発生装置自体により窒素ガスを生成している状態における製品タンク内の製品ガス濃度の増加率が所定の増加率よりも小さい場合に異常を検出するように構成したので、製品タンク内の製品ガスの外部の被供給機器への取り出し量が少ない場合においても、吸着槽内の吸着剤が劣化している（または、圧縮機の吐出空気量が低下している）異常を早期に検出することができる。
【００５２】
また、本発明の請求項２は、窒素発生装置自体により窒素ガスを生成している状態における製品タンク内の製品ガス濃度の増加率が所定の増加率よりも小さい場合、または、製品タンク内の製品ガス濃度の減少率が所定の減少率よりも大きい場合に異常を検出するように構成したので、製品タンク内の製品ガスの外部の被供給機器への取り出し量が少ない場合においても、吸着槽内の吸着剤が劣化している（または、圧縮機の吐出空気量が低下している）異常を早期に検出することができるとともに、気体分離装置の運転状態を始動運転状態と通常運転状態とし、前記始動運転状態時に製品ガス排出弁を開弁させて、製品タンク２０内及び吸着槽１，２内の窒素ガス濃度の低い窒素ガスを製品ガス排出弁を介して外部に排出させることになるので、製品タンク内に貯蔵される窒素ガスの濃度を速やかに高濃度にすることができる効果を有する。
【００５３】
また、本発明の請求項３は、上記起動運転状態時における製品タンク２０より外部に排出される窒素ガスの流量は絞りにより一定の流量に保たれる。このため、製品ガス取出用弁を開弁させておくことにより生ずる製品タンク内の製品ガスの排出量の変動による製品タンク内の製品ガスの濃度の変動を抑制することができる。従って、上記起動運転状態時に作動する異常検出手段による性能劣化の判定処理中に製品タンク内の製品ガスの排出量の変動に起因して製品タンク内の製品ガスの製品ガス濃度が変動することが抑制されるので、異常検出手段による性能劣化の判定を正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の気体分離装置の全体構成を示す図である。
【図２】気体分離装置の各工程（基本動作）を示すための図である。
【図３】気体分離装置の各工程（基本動作）を示すための図である。
【図４】性能劣化判定回路１０３の制御構成を示すフローチャートである。
【図５】気体分離装置の起動運転状態時における時間経過に対する酸素ガスの濃度変化を示す図である。
【符号の説明】
１ 吸着槽
２ 吸着槽
３ 圧縮機
１８ 取出用弁（半製品ガス取出用弁）
１９ 取出用弁（半製品ガス取出用弁）
２０ 製品タンク
２３ 製品ガス取出配管
２４ 製品ガス取出用弁
２５ 濃度計（濃度検出手段）
５０ 分岐配管（排気管路）
５１ （製品ガス排出弁）
１０３ 性能劣化判定回路（異常検出手段・濃度検出手段）
Claims (3)
- 内部に充填剤が充填された吸着槽に圧縮機により圧縮した原料気体を供給し、前記吸着槽を昇圧状態にした後、該吸着槽の半製品ガス取出用弁を開弁させて該吸着剤により生成された製品ガスを製品タンク内に蓄圧し、前記製品タンクより被供給機器に製品ガスを供給する気体分離装置において、
前記製品タンクより被供給機器への製品ガス取出管路に設けられた製品ガス取出用弁と、
前記製品タンク内の製品ガスの濃度を検出するための濃度検出手段と、
前記濃度検出手段により検出された前記製品ガスの濃度に基づいて前記気体分離装置の異常を検出する異常検出手段と、
を設け、
前記異常検出手段は、前記製品ガス取出用弁が閉弁している状態において、前記濃度検出手段により検出された製品ガスの濃度の増加率が予め定められた所定の増加率よりも小さい場合に前記気体分離装置自体の異常を検出することを特徴とする気体分離装置。 - 内部に充填剤が充填された吸着槽に圧縮した原料気体を供給し、前記吸着槽を昇圧状態にした後、該吸着槽の半製品ガス取出用弁を開弁させて該吸着剤により生成された製品ガスを製品タンク内に蓄圧し、前記製品タンクより被供給機器に製品ガスを供給する気体分離装置において、
前記製品タンクより被供給機器への製品ガス取出管路に設けられた製品ガス供給弁と、
前記製品タンク内の製品ガスの濃度を検出するための濃度検出手段と、
前記製品タンクのガスを外部に放出するための排気管路と、
該排気管路に設けられた製品ガス排出弁と、
前記濃度検出手段により検出された前記製品ガスの濃度に基づいて前記装置の異常を検出する異常検出手段と、
を設け、
前記気体分離装置の前記圧縮機の稼働時の運転状態は、前記装置自体の起動時において、前記製品ガス取出用弁が閉弁し、かつ、前記製品ガス排出弁が開弁している起動運転状態と、前記製品ガス取出用弁が開弁し、かつ、前記製品ガス排出弁が閉弁している通常運転状態とからなり、
前記異常検出手段は、前記起動運転状態時における前記濃度検出手段により検出された製品ガスの濃度の増加率が予め定められた所定の増加率よりも小さい場合、または、前記起動運転状態時における前記濃度検出手段により検出された製品ガスの濃度の減少率が予め定められた所定の減少率よりも大きい場合に前記装置自体の異常を検出することを特徴とする気体分離装置。 - 前記排気管路には、当該排気管路より外部に排出される製品ガスの排出流量を略一定に保つための絞りが設けられていることを特徴とする請求項２記載の気体分離装置。
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