JP4979664B2 - 気体分離装置 - Google Patents

Description

本発明は、気体分離装置に関する。

内部に分子篩カーボンやゼオライト等の吸着剤が充填された吸着槽を有し、供給された圧縮空気のうちの一の気体を分離して他の気体を製品ガスとして取り出すＰＳＡ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｗｉｎｇ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）式の気体分離装置がある（例えば、特許文献１参照）。
特開平８−５７２４１号公報

従来のＰＳＡ方式の気体分離装置においては、例え複数槽の吸着槽からなる吸着ユニットを備えていたとしても、吐出圧力および設定流量を変化させることはできなかった。

したがって、本発明は、吐出圧力および設定流量を変化させることができる気体分離装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、制御装置が、少なくとも４槽設けられた吸着槽の内、いずれか複数の吸着槽が取出工程のとき、残りの吸着槽が再生工程または昇圧工程となるように、圧縮空気の複数の前記吸着槽への経路を切り替えることで、同時に複数槽の前記吸着槽で前記取出工程を行う第１の制御と、１槽ずつ順次前記吸着槽で前記取出工程を行う第２の制御と、を切替制御可能とした。

本発明によれば、吐出圧力および設定流量を変化させることができる。

本発明に係る一実施形態の気体分離装置を図面を参照して以下に説明する。
図１に示すように、本実施形態の気体分離装置１は、空気を圧縮する圧縮機２と、この圧縮機２により生成された圧縮空気を乾燥させる冷凍式のエアドライヤ４とを有している。

また、気体分離装置１は、エアドライヤ４に接続される複数具体的には４つの電磁弁からなる供給開閉弁８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，８Ｄと、それぞれが一対一で設けられた供給開閉弁を介してエアドライヤ４に下部において接続される複数具体的には４槽の吸着槽１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄとを有している。これらの吸着槽１０Ａ〜１０Ｄは、ＰＳＡ式のものであり、内部に分子篩カーボンやゼオライト等の吸着剤が充填され、供給された圧縮空気のうちの一の気体である酸素を分離して他の気体である窒素を製品ガスとして生成する吸着工程を行うものである。

また、気体分離装置１は、吸着槽１０Ａ〜１０Ｄのそれぞれに一対一で設けられて対応する吸着槽の下部から気体を外気に排出する電磁弁からなる排気開閉弁１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄと、吸着槽１０Ａ〜１０Ｄのそれぞれに一対一で設けられて対応する他の一の吸着槽との下部同士の連通・遮断を切り替える電磁弁からなる下部連通開閉弁１２ＡＢ，１２ＢＣ，１２ＣＤ，１２ＤＡと、吸着槽１０Ａ〜１０Ｄのそれぞれに一対一で設けられて対応する上記と同じ他の一の吸着槽との上部同士の連通・遮断を切り替える電磁弁からなる上部連通開閉弁１３ＡＢ，１３ＢＣ，１３ＣＤ，１３ＤＡと、吸着槽１０Ａ〜１０Ｄのそれぞれに一対一で設けられて対応する吸着槽の上部から窒素ガスを取り出す電磁弁からなる取出開閉弁１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄとを有している。なお、供給開閉弁８Ａ〜８Ｄ、吸着槽１０Ａ〜１０Ｄ、排気開閉弁１１Ａ〜１１Ｄ、下部連通開閉弁１２ＡＢ，１２ＢＣ，１２ＣＤ，１２ＤＡ、上部連通開閉弁１３ＡＢ，１３ＢＣ，１３ＣＤ，１３ＤＡおよび取出開閉弁１４Ａ〜１４ＤがＰＳＡユニット１９を構成している。

さらに、気体分離装置１は、取出開閉弁１４Ａ〜１４Ｄを介してすべての吸着槽１０Ａ〜１０Ｄに接続されて窒素ガスを貯留する１本の製品ガス槽１５と、製品ガス槽１５から２系統に分流する流路をそれぞれ開閉する電磁弁からなる開閉弁１６ａ，１６ｂと、これら開閉弁１６ａ，１６ｂのそれぞれに一対一で設けられたフィルタレギュレータ１７ａ，１７ｂと、これらフィルタレギュレータ１７ａ，１７ｂのそれぞれに一対一で設けられた低圧多風量用の流量調整弁１８ａおよび高圧少風量用の流量調整弁１８ｂと、これらを制御する制御装置２０と、操作者による切替入力を受け付ける外部スイッチ２１とを有している。

次に、制御装置２０による制御内容について説明する。
制御装置２０では、低圧多風量制御と高圧少風量制御とが切替制御可能であり、外部スイッチ２１より低圧多風量仕様が選択されている場合、制御装置２０は、図２に示す工程による低圧多風量制御（第１の制御）を行う。なお、供給開閉弁８Ａ〜８Ｄ、排気開閉弁１１Ａ〜１１Ｄ、下部連通開閉弁１２ＡＢ，１２ＢＣ，１２ＣＤ，１２ＤＡ、上部連通開閉弁１３ＡＢ，１３ＢＣ，１３ＣＤ，１３ＤＡおよび取出開閉弁１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄは、すべて閉状態が待機状態となっている。

低圧多風量制御を開始すると、制御装置２０は、まず、待機状態から、２槽の吸着槽１０Ａ，１０Ｃについて同時並行で吸着・還流工程（工程Ａ−１＆Ｃ−１）を行う。つまり、供給開閉弁８Ａ，８Ｃを開いて、吸着槽１０Ａ，１０Ｃに圧縮機２からエアドライヤ４を介して圧縮空気を下方から供給し、同時に取出開閉弁１４Ａ，１４Ｃを開いて上方から製品ガス槽１５の高純度の窒素ガスを還流させる（図３（ａ）参照）。これにより、吸着槽１０Ａ，１０Ｃにおいては、下部で吸着が行われることになり、上部でガスの再吸着が行われることになる。

そして、吸着槽１０Ａ，１０Ｃと製品ガス槽１５との圧力が等しくなると、２槽の吸着槽１０Ａ，１０Ｃについて吸着・取出工程（工程Ａ−２＆Ｃ−２）に移行する。つまり、窒素ガスが、吸着槽１０Ａ，１０Ｃの上方から製品ガス槽１５に供給される（図３（ｂ）参照）。

上記した吸着・還流工程（工程Ａ−１＆Ｃ−１）および吸着・取出工程（工程Ａ−２＆Ｃ−２）の間、残り２槽の吸着槽１０Ｂ，１０Ｄについて並行して再生工程を行う。つまり、排気開閉弁１１Ｂ，１１Ｄを開いて、吸着槽１０Ｂ，１０Ｄの下方より前工程で吸着した酸素を排気させると同時に、取出開閉弁１４Ｂ，１４Ｄを開いて上方から製品ガス槽１５の高純度の窒素ガスを吸着槽１０Ｂ，１０Ｄにパージさせて排気を促す（図３（ａ），（ｂ）参照）。

その後、制御装置２０は、次に吸着が行われる２槽の吸着槽１０Ｂ，１０Ｄについて、排気開閉弁１１Ｂ，１１Ｄを閉じて、製品ガス槽１５からの窒素ガスのパージにより昇圧させる昇圧工程（工程Ａ−３＆Ｃ−３）を行う（図３（ｃ）参照）。

その後、制御装置２０は、上部連通開閉弁１３ＡＢ，１３ＣＤと下部連通開閉弁１２ＡＢ，１２ＣＤを開く均圧工程（工程Ａ−４＆Ｃ−４）を行う。これにより、吸着が終わった吸着槽１０Ａと再生が終わった吸着槽１０Ｂとを連通させるとともに、吸着が終わった吸着槽１０Ｃと再生が終わった吸着槽１０Ｄとを連通させて、次に吸着が行われる２槽の吸着槽１０Ｂ，１０Ｄについての吸着効率向上のための処理を行う（図３（ｄ）参照）。そして、待機状態に戻る。

以上の吸着・取出工程（工程Ａ−２＆Ｃ−２）および昇圧工程（工程Ａ−３＆Ｃ−３）が、吸着槽１０Ａ，１０Ｃにおいては、圧縮空気を供給し、吸着槽１０Ａ，１０Ｃ内の吸着剤により分離生成された製品ガスとしての窒素ガスを吸着槽１０Ａ，１０Ｃから取り出して製品ガス槽１５に充填する取出工程となり、吸着・還流工程（工程Ａ−１＆Ｃ−１）および吸着・取出工程（工程Ａ−２＆Ｃ−２）が、吸着槽１０Ｂ，１０Ｄにおいては、吸着槽１０Ｂ，１０Ｄ内の残存気体を排出させて吸着槽１０Ｂ，１０Ｄ内の吸着剤を再生する再生工程となる。

次に、制御装置２０は、２槽の吸着槽１０Ｂ，１０Ｄについて並行して吸着・還流工程（工程Ｂ−１＆Ｄ−１）を行う。つまり、供給開閉弁８Ｂ，８Ｄを開いて吸着槽１０Ｂ，１０Ｄに圧縮機２からの圧縮空気を下方から供給し、同時に取出開閉弁１４Ｂ，１４Ｄを開いて上方から製品ガス槽１５の高純度の窒素ガスを還流させる。これにより、吸着槽１０Ｂ，１０Ｄにおいては、下部で吸着が行われることになり、上部でガスの再吸着が行われることになる（図４（ａ）参照）。

そして、吸着槽１０Ｂ，１０Ｄと製品ガス槽１５との圧力が等しくなると、２槽の吸着槽１０Ｂ，１０Ｄについて吸着・取出工程（工程Ｂ−２＆Ｄ−２）に移行する。つまり、窒素ガスが吸着槽１０Ｂ，１０Ｄの上方から製品ガス槽１５に供給される（図４（ｂ）参照）。

上記した吸着・還流工程（工程Ｂ−１＆Ｄ−１）および吸着・取出工程（工程Ｂ−２＆Ｄ−２）の間、残り２槽の吸着槽１０Ａ，１０Ｃについて並行して再生工程を行う。つまり、排気開閉弁１１Ａ，１１Ｃを開いて、吸着槽１０Ａ，１０Ｃの下方より吸着した酸素を排気させると同時に、取出開閉弁１４Ａ，１４Ｃを開いて上方から製品ガス槽１５の高純度の窒素ガスを吸着槽１０Ａ，１０Ｃにパージさせて排気を促す（図４（ａ），（ｂ）参照）。

その後、制御装置２０は、次に吸着が行われる２槽の吸着槽１０Ａ，１０Ｃについて、排気開閉弁１１Ａ，１１Ｃを閉じて、製品ガス槽１５からの窒素ガスのパージにより昇圧させる昇圧工程（工程Ｂ−３＆Ｄ−３）を行う（図４（ｃ）参照）。

その後、制御装置２０は、上部連通開閉弁１３ＢＣ，１３ＤＡと下部連通開閉弁１２ＢＣ，１２ＤＡを開く均圧工程（工程Ｂ−４＆Ｄ−４）を行う。これにより、吸着が終わった吸着槽１０Ｄと再生が終わった吸着槽１０Ａとを連通させるとともに、吸着が終わった吸着槽１０Ｂと再生が終わった吸着槽１０Ｃとを連通させて、次に吸着が行われる２槽の吸着槽１０Ａ，１０Ｃについての吸着効率向上のための処理を行う（図４（ｄ）参照）。そして、待機状態に戻る。なお、この均圧工程（工程Ｂ−４＆Ｄ−４）において、制御装置２０は、上部連通開閉弁１３ＡＢ，１３ＣＤと下部連通開閉弁１２ＡＢ，１２ＣＤとを開いて、吸着が終わった吸着槽１０Ｂと再生が終わった吸着槽１０Ａとを連通させるとともに、吸着が終わった吸着槽１０Ｄと再生が終わった吸着槽１０Ｃとを連通させても良い。

以上の吸着・取出工程（工程Ｂ−２＆Ｄ−２）および昇圧工程（工程Ｂ−３＆Ｄ−３）が、吸着槽１０Ｂ，１０Ｄにおいては、圧縮空気を供給し、吸着槽１０Ｂ，１０Ｄ内の吸着剤により分離生成された製品ガスとしての窒素ガスを吸着槽１０Ｂ，１０Ｄから取り出して製品ガス槽１５に充填する取出工程となり、吸着・還流工程（工程Ｂ−１＆Ｄ−１）および吸着・取出工程（工程Ｂ−２＆Ｄ−２）が、吸着槽１０Ａ，１０Ｃにおいては、吸着槽１０Ａ，１０Ｃ内の残存気体を排出させて吸着槽１０Ａ，１０Ｃ内の吸着剤を再生する再生工程となる。

次に、吸着・還流工程（工程Ａ−１＆Ｃ−１）を開始することになり、上記を繰り返すことになる。

以上により、低圧多風量制御では、４槽設けられた吸着槽１０Ａ〜１０Ｄの内、いずれか２槽の吸着槽が取出工程のとき、残りの吸着槽が再生工程となるように、圧縮空気の複数の吸着槽１０Ａ〜１０Ｄへの経路を切り替えることで、同時に複数槽の吸着槽で取出工程を行うことになる。低圧多風量仕様が選択されている場合、製品ガスを使用する際に、制御装置２０は開閉弁１６ａ，１６ｂのうち開閉弁１６ａのみを開いて、フィルタレギュレータ１７ａおよび流量調整弁１８ａを介して製品ガスを供給先に送る。

一方、外部スイッチ２１より高圧少風量仕様が選択されている場合、制御装置２０は、図５に示す工程による高圧少風量制御（第２の制御）を行う。

高圧少風量制御を開始すると、制御装置２０は、まず、待機状態から、１槽の吸着槽１０Ａについて吸着・還流工程（工程Ａ−１）を行う。つまり、供給開閉弁８Ａを開いて吸着槽１０Ａに圧縮機２からの圧縮空気を下方から供給し、同時に取出開閉弁１４Ａを開いて上方から製品ガス槽１５の高純度の窒素ガスを還流させる。これにより、吸着槽１０Ａにおいては、下部で吸着が行われ、上部でガスの再吸着が行われる（図６（ａ）参照）。

そして、吸着槽１０Ａと製品ガス槽１５との圧力が等しくなると、吸着槽１０Ａについて吸着・取出工程（工程Ａ−２）に移行する。つまり、窒素ガスが吸着槽１０Ａの上方から製品ガス槽１５に供給される（図６（ｂ）参照）。

上記した吸着・還流工程（工程Ａ−１）および吸着・取出工程（工程Ａ−２）の間、残り３槽の吸着槽１０Ｂ〜１０Ｄについて並行して再生工程を行う。つまり、排気開閉弁１１Ｂ〜１１Ｄを開いて、吸着槽１０Ｂ〜１０Ｄの下方より吸着した酸素を排気させると同時に、取出開閉弁１４Ｂ〜１４Ｄを開いて上方から製品ガス槽１５の高純度の窒素ガスを吸着槽１０Ｂ〜１０Ｄにパージさせて排気を促す（図６（ａ），（ｂ）参照）。

その後、制御装置２０は、次に吸着が行われる１槽の吸着槽１０Ｂについて、排気開閉弁１１Ｂを閉じて、製品ガス槽１５からの窒素ガスのパージにより昇圧させる昇圧工程（工程Ａ−３）を行う（図６（ｃ）参照）。

その後、制御装置２０は、上部連通開閉弁１３ＡＢと下部連通開閉弁１２ＡＢを開く均圧工程（工程Ａ−４）を行う。これにより、吸着が終わった吸着槽１０Ａと再生が終わった吸着槽１０Ｂとを連通させて、次に吸着が行われる１槽の吸着槽１０Ｂについての吸着効率向上のための処理を行う（図６（ｄ）参照）。そして、待機状態に戻る。

以上の吸着・取出工程（工程Ａ−２）および昇圧工程（工程Ａ−３）が、吸着槽１０Ａにおいては、圧縮空気を供給し、吸着槽１０Ａ内の吸着剤により分離生成された製品ガスとしての窒素ガスを吸着槽１０Ａから取り出して製品ガス槽１５に充填する取出工程となり、吸着・還流工程（工程Ａ−１）および吸着・取出工程（工程Ａ−２）が、吸着槽１０Ｂにおいては、吸着槽１０Ｂ内の残存気体を排出させて吸着槽１０Ｂ内の吸着剤を再生する再生工程となり、吸着・還流工程（工程Ａ−１）、吸着・取出工程（工程Ａ−２）、昇圧工程（工程Ａ−３）および均圧工程（工程Ａ−４）が、吸着槽１０Ｃ，１０Ｄにおいては、吸着槽１０Ｃ，１０Ｄ内の残存気体を排出させて吸着槽１０Ｃ，１０Ｄ内の吸着剤を再生する再生工程となる。

次に、制御装置２０は、１槽の吸着槽１０Ｂについて吸着・還流工程（工程Ｂ−１）を行う。つまり、供給開閉弁８Ｂを開いて吸着槽１０Ｂに圧縮機２からの圧縮空気を下方から供給し、同時に取出開閉弁１４Ｂを開いて上方から製品ガス槽１５の高純度の窒素ガスを還流させる。これにより、吸着槽１０Ｂでは下部で吸着が行われ、上部ではガスの再吸着が行われる（図７（ａ）参照）。

そして、吸着槽１０Ｂと製品ガス槽１５との圧力が等しくなると、吸着槽１０Ｂについて吸着・取出工程（工程Ｂ−２）に移行する。つまり、窒素ガスが吸着槽１０Ｂの上方から製品ガス槽１５に供給される（図７（ｂ）参照）。

上記した吸着・還流工程（工程Ｂ−１）および吸着・取出工程（工程Ｂ−２）の間、残り３槽の吸着槽１０Ａ，１０Ｃ，１０Ｄについて並行して再生工程を行う。つまり、排気開閉弁１１Ａ，１１Ｃ，１１Ｄを開いて、吸着槽１０Ａ，１０Ｃ，１０Ｄの下方より吸着した酸素を排気させると同時に、取出開閉弁１４Ａ，１４Ｃ，１４Ｄを開いて上方から製品ガス槽１５の高純度の窒素ガスを吸着槽１０Ａ，１０Ｃ，１０Ｄにパージさせて排気を促す（図７（ａ），（ｂ）参照）。

その後、制御装置２０は、次に吸着が行われる１槽の吸着槽１０Ｃについて、排気開閉弁１１Ｃを閉じて、製品ガス槽１５からの窒素ガスのパージにより昇圧させる昇圧工程（工程Ｂ−３）を行う（図７（ｃ）参照）。

その後、制御装置２０は、上部連通開閉弁１３ＢＣと下部連通開閉弁１２ＢＣとを開く均圧工程（工程Ｂ−４）を行う。これにより、吸着が終わった吸着槽１０Ｂと再生が終わった吸着槽１０Ｃとを連通させて、次に吸着が行われる１槽の吸着槽１０Ｃについての吸着効率向上のための処理を行う（図７（ｄ）参照）。そして、待機状態に戻る。

以上の吸着・取出工程（工程Ｂ−２）および昇圧工程（工程Ｂ−３）が、吸着槽１０Ｂにおいては、圧縮空気を供給し、吸着槽１０Ｂ内の吸着剤により分離生成された製品ガスとしての窒素ガスを吸着槽１０Ｂから取り出して製品ガス槽１５に充填する取出工程となり、吸着・還流工程（工程Ｂ−１）および吸着・取出工程（工程Ｂ−２）が、吸着槽１０Ｃにおいては、吸着槽１０Ｃ内の残存気体を排出させて吸着槽１０Ｃ内の吸着剤を再生する再生工程となり、吸着・還流工程（工程Ｂ−１）、吸着・取出工程（工程Ｂ−２）、昇圧工程（工程Ｂ−３）および均圧工程（工程Ｂ−４）が、吸着槽１０Ａ，１０Ｄにおいては、吸着槽１０Ａ，１０Ｄ内の残存気体を排出させて吸着槽１０Ａ，１０Ｄ内の吸着剤を再生する再生工程となる。

次に、制御装置２０は、吸着槽１０Ｃに対して、供給開閉弁８Ｃを開いて圧縮空気を供給すると同時に取出開閉弁１４Ｃを開いて製品ガス槽１５の窒素ガスを還流させる吸着・還流工程（工程Ｃ−１）を行い（図８（ａ）参照）、その後、窒素ガスを吸着槽１０Ｃから製品ガス槽１５に送る吸着・取出工程（工程Ｃ−２）を行う（図８（ｂ）参照）。

上記した吸着・還流工程（工程Ｃ−１）および吸着・取出工程（工程Ｃ−２）の間、残り３槽の吸着槽１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｄについては、排気開閉弁１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｄを開いて、吸着槽１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｄから吸着した酸素を排気させると同時に、取出開閉弁１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｄを開いて上方から製品ガス槽１５の窒素ガスを吸着槽１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｄにパージさせて排気を促す（図８（ａ），（ｂ）参照）。

その後、制御装置２０は、次に吸着が行われる１槽の吸着槽１０Ｄについて、排気開閉弁１１Ｄを閉じて、製品ガス槽１５からの窒素ガスのパージにより昇圧させる昇圧工程（工程Ｃ−３）を行い（図８（ｃ）参照）、続いて、吸着が終わった吸着槽１０Ｃと再生が終わり次に吸着が行われる吸着槽１０Ｄとを連通させるべく上部連通開閉弁１３ＣＤと下部連通開閉弁１２ＣＤとを開く均圧工程（工程Ｃ−４）を行う（図８（ｄ）参照）。そして、待機状態に戻る。

以上の吸着・取出工程（工程Ｃ−２）および昇圧工程（工程Ｃ−３）が、吸着槽１０Ｃにおいては、圧縮空気を供給し、吸着槽１０Ｃ内の吸着剤により分離生成された製品ガスとしての窒素ガスを吸着槽１０Ｃから取り出して製品ガス槽１５に充填する取出工程となり、吸着・還流工程（工程Ｃ−１）および吸着・取出工程（工程Ｃ−２）が、吸着槽１０Ｄにおいては、吸着槽１０Ｄ内の残存気体を排出させて吸着槽１０Ｄ内の吸着剤を再生する再生工程となり、吸着・還流工程（工程Ｃ−１）、吸着・取出工程（工程Ｃ−２）、昇圧工程（工程Ｃ−３）および均圧工程（工程Ｃ−４）が、吸着槽１０Ａ，１０Ｂにおいては、吸着槽１０Ａ，１０Ｂ内の残存気体を排出させて吸着槽１０Ａ，１０Ｂ内の吸着剤を再生する再生工程となる。

次に、制御装置２０は、吸着槽１０Ｄに対して、供給開閉弁８Ｄを開いて圧縮空気を供給すると同時に取出開閉弁１４Ｄを開いて製品ガス槽１５の窒素ガスを還流させる吸着・還流工程（工程Ｄ−１）を行い（図９（ａ）参照）、その後、窒素ガスを吸着槽１０Ｄから製品ガス槽１５に送る吸着・取出工程（工程Ｄ−２）を行う（図９（ｂ）参照）。

上記した吸着・還流工程（工程Ｄ−１）および吸着・取出工程（工程Ｄ−２）の間、残り３槽の吸着槽１０Ａ〜１０Ｃについては、排気開閉弁１１Ａ〜１１Ｃを開いて、吸着槽１０Ａ〜１０Ｃから吸着した酸素を排気させると同時に、取出開閉弁１４Ａ〜１４Ｃを開いて上方から製品ガス槽１５の窒素ガスを吸着槽１０Ａ〜１０Ｃにパージさせて排気を促す（図９（ａ），（ｂ）参照）。

その後、制御装置２０は、次に吸着が行われる１槽の吸着槽１０Ａについて、排気開閉弁１１Ａを閉じて、製品ガス槽１５からの窒素ガスのパージにより昇圧させる昇圧工程（工程Ｄ−３）を行い（図９（ｃ）参照）、続いて、吸着が終わった吸着槽１０Ｄと再生が終わり次に吸着が行われる吸着槽１０Ａとを連通させるべく上部連通開閉弁１３ＡＤと下部連通開閉弁１２ＡＤとを開く均圧工程（工程Ｄ−４）を行う（図９（ｄ）参照）。そして、待機状態に戻る。

以上の吸着・取出工程（工程Ｄ−２）および昇圧工程（工程Ｄ−３）が、吸着槽１０Ｄにおいては、圧縮空気を供給し、吸着槽１０Ｄ内の吸着剤により分離生成された製品ガスとしての窒素ガスを吸着槽１０Ｄから取り出して製品ガス槽１５に充填する取出工程となり、吸着・還流工程（工程Ｄ−１）および吸着・取出工程（工程Ｄ−２）が、吸着槽１０Ａにおいては、吸着槽１０Ａ内の残存気体を排出させて吸着槽１０Ａ内の吸着剤を再生する再生工程となり、吸着・還流工程（工程Ｄ−１）、吸着・取出工程（工程Ｄ−２）、昇圧工程（工程Ｄ−３）および均圧工程（工程Ｄ−４）が、吸着槽１０Ｂ，１０Ｃにおいては、吸着槽１０Ｂ，１０Ｃ内の残存気体を排出させて吸着槽１０Ｂ，１０Ｃ内の吸着剤を再生する再生工程となる。

次に、吸着・還流工程（工程Ａ−１）を開始することになり、上記を繰り返すことになる。

以上により、高圧少風量制御では、４槽設けられた吸着槽１０Ａ〜１０Ｄの内、いずれか１槽の吸着槽が取出工程のとき、残りの吸着槽が再生工程となるように、圧縮空気の複数の吸着槽１０Ａ〜１０Ｄへの経路を切り替えることで、１槽ずつ順次取出工程を行うことになる。高圧少風量仕様が選択されている場合、製品ガスを使用する際に、制御装置２０は開閉弁１６ａ，１６ｂのうち開閉弁１６ｂのみを開いて、フィルタレギュレータ１７ｂおよび流量調整弁１８ｂを介して製品ガスを供給先に送る。

なお、圧縮機２は常時一定量の圧縮空気量を供給しており、よって、高圧少風量制御は、低圧多風量制御と比べた場合、供給される吸着槽の容積としては半分（つまり１／２）となり、吸着槽内の圧力を低圧多風量制御での規定値まで上昇させる時間は半分（つまり１／２）となる。そして、昇圧させる吸着槽内の圧力を低圧多風量制御よりも高い位置で保持し、短いサイクルタイム（切り替えを行う設定時間）で順次１槽ずつ切り替えていくことで、高圧の製品ガスを生成することができる。

以上に述べた本実施形態の気体分離装置１によれば、制御装置２０は、４槽設けられた吸着槽１０Ａ〜１０Ｄの内、いずれか１槽または２槽の吸着槽が取出工程のとき、残りの吸着槽が再生工程となるように、圧縮空気の複数の吸着槽への経路を切り替えることで、同時に複数槽の吸着槽で取出工程を行う低圧多風量制御と、１槽ずつ順次吸着槽で取出工程を行う高圧低風量制御とを切替制御可能としたため、吐出圧力および設定流量を変化させることができる。

このように１機種で、低圧多風量仕様および高圧低風量仕様を切り替えできるため、１機種を異なる要望の顧客に対して納入することができ、２機種生産する場合と比べてコストを低減することができる。また、納入後の仕様変更に対しても容易に対応できる。また、省スペース化が図れる。

製品ガスの生産量に応じて仕様を切り替えることができるため、例えば、使用量が多い昼間は低圧多風量制御で大量に製造し、使用量が少なくなる夜間に高圧低風量制御で高い圧力で製品ガス槽１５に溜めておけば、翌朝には圧力・流量・濃度ともに余裕を持って稼働できる。つまり、通常、運転開始してから製品ガスが吐出するまでには時間がかかるが、上記のように製品ガスを高い圧力で製品ガス槽１５に溜めておけば、時間がかからずに製品ガスを吐出できることになる。

吸着槽１０Ａ〜１０Ｄをローテーションさせて運転しているので、吸着剤の状態も良い状態に保つことができ、低圧多風量制御から高圧低風量制御に切り替えてもすぐに製品ガスを発生させることができる。また、吸着剤の状態を良くする予備運転を廃止できるので省エネルギにもなる。

また、低圧多風量制御および高圧低風量制御の切替制御は、外部スイッチ２１により制御されるため、簡単に切り替えることができる。

以上の実施形態においては、吸着槽が４槽ある場合を例にとり説明したが、少なくとも４槽あれば良く、５槽以上であっても良い。例えば、６槽ある場合には、３槽が取出工程のとき、残り３槽が再生工程となるように切り替えたり、２槽が取出工程のとき、残り４槽が再生工程となるように切り替えたり、１槽が取出工程のとき、残り５槽が再生工程となるように切り替えたりすることができる。つまり、少なくとも４槽設けられた吸着槽の内、いずれかの吸着槽が取出工程のとき、残りの吸着槽が再生工程となるように、圧縮空気の複数の吸着槽への経路を切り替えることで、同時に複数槽の吸着槽で取出工程を行う低圧多風量制御と、１槽ずつ順次吸着槽で取出工程を行う高圧低風量制御とを切替制御可能であれば良い。

本発明に係る一実施形態の気体分離装置を示す構成図である。 本発明に係る一実施形態の気体分離装置における低圧多風量制御の各工程を示す図表である。 本発明に係る一実施形態の気体分離装置における低圧多風量制御の各吸着槽の状態を示す図である。 本発明に係る一実施形態の気体分離装置における低圧多風量制御の各吸着槽の状態を示す図である。 本発明に係る一実施形態の気体分離装置における高圧少風量制御の各工程を示す図表である。 本発明に係る一実施形態の気体分離装置における高圧少風量制御の各吸着槽の状態を示す図である。 本発明に係る一実施形態の気体分離装置における高圧少風量制御の各吸着槽の状態を示す図である。 本発明に係る一実施形態の気体分離装置における高圧少風量制御の各吸着槽の状態を示す図である。 本発明に係る一実施形態の気体分離装置における高圧少風量制御の各吸着槽の状態を示す図である。

符号の説明

１ 気体分離装置
２ 圧縮機
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ 吸着槽
１５ 製品ガス槽
２０ 制御装置
２１ 外部スイッチ

Claims (2)

1. 吸着剤が充填された複数の吸着槽を有し、
   該吸着槽に圧縮空気を供給し、該吸着槽内の吸着剤により分離生成された製品ガスを該吸着槽から取り出して製品ガス槽に充填する取出工程と、前記吸着槽内の残存気体を排出させて該吸着槽内の吸着剤を再生する再生工程と、前記製品ガス槽からの製品ガスにより前記吸着槽を昇圧させる昇圧工程と、を行なうよう制御する制御装置を有する気体分離装置において、
   前記制御装置は、
   少なくとも４槽設けられた前記吸着槽の内、いずれか複数の吸着槽が前記取出工程のとき、残りの吸着槽が前記再生工程または前記昇圧工程となるように、前記圧縮空気の複数の前記吸着槽への経路を切り替えることで、同時に複数槽の前記吸着槽で前記取出工程を行う第１の制御と、
   １槽ずつ順次前記吸着槽で前記取出工程を行う第２の制御と、を切替制御可能としたことを特徴とする気体分離装置。
2. 前記切替制御は、外部スイッチにより制御されることを特徴とする請求項１に記載の気体分離装置。

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