JPH01184017A

JPH01184017A - 気体分離装置

Info

Publication number: JPH01184017A
Application number: JP63010038A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Ando; 安藤　隆之; Masaki Kawai; 河合　正毅
Original assignee: Tokico Ltd
Current assignee: Tokico Ltd
Priority date: 1988-01-20
Filing date: 1988-01-20
Publication date: 1989-07-21

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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％式％装置に関し、例えば窒素発生装置又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。

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
着剤を充填した吸着塔に圧縮空気を導入して昇圧する吸
着工程と、該吸着塔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、吸着工程では吸着塔内の吸
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。そして、製品ガスである窒
素は吸着塔内を昇圧状態にして取出すものであるため、
発生する窒素ガスは断続的で圧り変化も大ぎい。このた
め、窒素ガスを一定圧力で、かつ連続的に使用する場合
には取出側に製品タンクを設け、該製品タンク内に窒素
ガスを貯えるように構成されている。

発明が解決しようとする問題点上記気体分離装置において、窒素ガスの純度を高めるに
は脱着工程で吸着剤に吸着された酸素を効率良く脱着す
ることが重要である。従来脱着工程の方法としては、吸
着塔内を大気開放にして吸着剤に吸着された酸素を脱着
する方法と、真空ポンプを用いて吸着場内を大気圧以下
に減圧する方法とがある。

しかるに、従来の装置では真空ポンプを使用した場合、
吸着塔を大気開放にするよりも脱着効率がより高いが、
その反面真空ポンプや真空ポンプを駆動する駆動装置等
大層りな設備が必要となるといった問題点がある。

そこで、本発明は上記問題点を解決した気体弁−離装置
を提供することを目的とする。

問題点を解決するための手段及び作用本発明は、上記気体分離装置において、吸着塔をコンプ
レッサの吸気口に接続し、脱着工程時に吸着剤に吸着さ
れたーの気体をコンプレッサの吸引力により排出するよ
うにしたものであり、真空ポンプの代わりにコンプレッ
サの吸引力を利用して吸着剤に吸着された気体分子を脱
着して吸着剤を再生するようにしたものである。

実施例第１図に本発明になる気体分離装置の一実施例としての
窒素発生装置を示す。

第１図中、１．２は第１．冨２の吸着塔で、各吸着塔１
．２内には夫々吸着剤としての分子ふるいカーボン（第
１図中、ナシ地模様で示す）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からの圧縮空気は配管４、空気タンク７、配管５．
６を介して吸着塔１．２に夫々交互に供給されるように
なっており、このため配管４．５．６の途中には夫々電
磁弁からなる空気供給用弁８．９．１０が設けられてい
る。又、コンプレッサ３には吸気用の配管１１（電磁弁
からなる吸気用弁１２を有する）を接続された吸気口３
ａと、前記配管４を接続された第１の排気口３ｂと、大
気に連通ずる配管１３（電磁弁からなる排気用弁１４を
有する）を接続された第２の排気口３Ｃとが設けである
。

１５．１６は脱着時に吸着塔１．２からの気体を排出す
る配管で、夫々共通配管１７（電磁弁からなる開閉弁１
８を有する）及び、排気用の配管１９（電磁弁からなる
排気用弁２０を有する）に接続されている。又、共通配
管１７はコンプレッサ３の吸気口３ａに接続されており
、後述する脱着工程においては吸着塔１．２の残存気体
はこの共通配管１７を介してコンプレッサ３に吸引され
る。従って、コンプレッサ３は空気タンク７に圧縮空気
を供給するだけでなく、脱着工程時には後述するように
その吸引力を利用して吸着されたガス（本実施例では吸
着された酸素）を効率良く脱着するよう動作する。従っ
て、本実施例では真空ポンプ及びその駆動＠置が不要で
ある。そして、前記配管１５．１６の途中には夫々吸着
塔１，２内の残存気体を半ｔイクル毎に交互に排出する
電磁弁からなる気体排出用弁２１．２２が設けられてい
る。

一方、２３．２４は吸着塔１．２からの窒素を夫々取出
す取出配管、２５は該各配管２３．２４と連結した取出
配管で、該配管２３．２４の途中には夫々の吸着工程の
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２６．２７が夫々設けられている。また前記取
出配管２５は窒素ガスを貯溜する製品タンク３２と接続
されている。

２９は吸着塔１．２間を連通ずる配管、３０は配管２９
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３０は吸着塔１．２による吸着工程の終了時に所定の
短時間だけ聞弁じ、各吸着塔１．２間を均圧にする。

製品タンク３２には製品タンク３２内の窒素ガスを下流
側に供給する取出配管３３が接続されており、取出配管
３３の途中には取出用弁３４、製品ガスの発生ｍを調整
する絞り弁３５が配設されている。

３６はシーケンサで、予め設定されたプログラムに従い
、空気供給用弁８，９．１０、吸気用弁１２、排気用弁
１４．２０、開閉弁１８、気体排出用弁２１．２２、取
出用弁２６．２７、均圧用弁３０、取出用弁３４等を開
閉制御するものである。

次に、上記の如く構成された窒素発生装置の動作につき
説明する。

いま、窒素発生装置を起動すると、マイクロコンピュー
タ（図示せず）の制御の下に、シーケンサ３６が作動し
、次のようにして窒素発生が行なわれる。

なお、上記窒素発生装置においては、後述するように第
１．第２の吸着塔が半サイクルずつ交互に吸着工程と脱
着工程とを繰返すようになっているので、運転中、取出
用弁３４は常に開弁しており、絞り弁３５は製品タンク
３２内の圧力が所定圧を保つように絞られている。従っ
て、製品タンク３２内の窒素ガスは取出配管３３を介し
て安定供給される。

第２図乃至第６図を参照して空気中の酸素を吸着して窒
素を発生させる吸着工程の詳細につき説明する。尚、各
図中、黒塗りの弁は「閉弁」状態を示し、白抜ぎの弁は
「開弁」状態を示している。

まず、第２図中、吸気用弁１２、空気供給用弁８．１０
を開弁しコンプレッサ３からの圧縮空気が空気タンク７
に蓄圧され、空気タンク７の圧縮空気が第２の吸着塔２
に供給される。また、第１の吸着塔１に接続された気体
排出用弁２１、排気用弁２０が開弁する。

そのため、第２の吸着塔２においては、圧縮空気の供給
により、吸着塔２内が昇圧する。吸着塔２が昇圧すると
、圧縮空気の酸素が分子ふるいカーボン２Ａに吸着され
、吸着塔２内の窒素濃度が高まる。

又、第１の吸着塔１においては、吸着塔１内の気体が配
管１５．１９を介して大気中に排出され、吸着塔１内は
大気圧に減圧される。

次に第３図に示すように取付用弁２７が開弁され、吸着
塔２において酸素を除去された窒素ガスが配管２４．２
５を介して製品タンク３２に流入する。又、排気用弁２
０が開弁するとともに開閉弁１８、排気用弁１４が開弁
する。同時に、吸気用弁１２及び空気供給用弁８が閉弁
する。

これにより、コンプレッサ３は真空ポンプとして動作す
るように切換ねり、第１の吸着塔１内の残存気体は配管
１５．１７を介してコンプレッサ３に吸引され配管１３
より大気中に排出される。

そのため、吸着塔１内は真空となり、分子ふるいカーボ
ン１Ａに吸着された酸素がｌｌ５２着され、分子ふるい
カーボン１Ａは再生される。

次に、第４図に示す如く、均圧用弁３０が開弁するとと
もに、これまで開弁じていた空気供給用弁１０．取出用
弁２７、気体排出用弁２１が閉弁する。従って、吸着塔
２内に残存する圧縮空気の一部が配管２９を介して吸着
塔１内に回収され、これにより吸着塔１．２間が均圧化
されて収率が＾められる。なお、上記吸着塔１．２の均
圧操作は短時間で行なわれる。

同時に、開閉弁１８、排気用弁１４が開弁するとともに
、吸気用弁１２、空気供給用弁８が開弁する。これによ
り、コンプレッサ３は再びコンプレッサとして動作する
。

従って、上記均圧工程と同時に、配管１１より吸引され
た空気はコンプレッサ３により圧縮されて空気タンク７
内に供給される。そのため、空気タンク７内には上記吸
着工程前と略同じ圧力の圧縮空気が蓄圧される。

上記均圧工程が終了すると、第５図に示す如く、吸着塔
２側においては、気体排出用弁２２及び排気用弁２０が
開弁される。そのため、吸着塔２内の残存気体は配管１
６．１９を介して大気中に排気され、吸着塔２内は大気
圧に減圧される。

同時に、気体供給用弁９が開弁し、空気タンク７内の圧
縮空気が第１の吸着塔１内に供給される。

これにより、吸着塔１では吸着工程が行なわれる。

そのため、吸着塔１内に供給された圧縮気体中の酸素は
分子ふるいカーボン１Ａに吸着され、圧縮気体の窒素濃
度は高められる。

次に、第６図に示す如く、排気用弁２０が開弁されると
ともに、開閉弁１８及び排気用弁１４が開弁する。その
ため、コンプレッサ３は真空ポンプとして駆動される。

吸着塔２内の残留気体は配管１６．１７を介してコンプ
レッサ３の吸気口３ａに吸引され、圧縮されて第２の排
気口３ｂ１配管１３を介して大気中に排出される。よっ
て、吸着塔２内は真空となり、短時間に効率良く脱着工
程が行なわれる。

従って、上記脱着工程が行なわれるときは、コンプレッ
サ３は真空ポンプの代わりに吸着塔２内の残留気体を強
制的に排気するものであり、吸着塔２内の分子ふるいカ
ーボン２Ａはコンプレッサ３の吸引により効率良く再生
され、次の吸着工程に備える。

尚、上記装置においてはコンプレッサ３が真空ポンプを
兼ねるため、大掛りな設備を設けることな〈従来からの
設備を利用して脱着効率を高め、それによって、より高
純度の窒素ガスの生成が可能になる。

又、同時に取付用弁２６が開弁され、第１の吸着塔１で
は分子ふるいカーボン１Ａにより生成された窒素ガスが
配置２３．２５を介して製品タンク３２へ供給される。

このように、吸着塔２で脱着工程が行なわれるのと同時
に、吸着塔１では吸着工程が行なわれる。

そして、次に第４図に示す状態となって均圧工程が行な
われ、その後第２図に示す状態に戻る。

これで、窒素発生装置における１サイクルの動作が終了
する。

上記窒素発生装置では第２図乃至第６図に示す一連の吸
着、均圧、脱着、均圧工程が一方の吸着塔２で行なわれ
るとともに他方の吸着塔１では前述の如く脱着、均圧、
吸着、均圧工程が連続して行なわれ、吸着塔１．２によ
り生成された窒素ガスは交互に製品タンク３２に供給さ
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、酸素発生装置にも適用でき、又、他の混合気体を分
離させる装置にも適用できるのは勿論である。又、上記
実施例で一対の吸着塔を設けたが、吸着塔の数は２個に
限らない。

又、上記実施例ではコンプレッサ３に２個の排気口３ｂ
、３ｃを設け、一方の排気口３ｃが大気に連通するよう
にしたが、これに限らず、例えば排気口が１個でも良く
、その場合配管４の気体供給用弁８の上流側で大気に連
通ずる配管を分岐接続し、この分岐配管に排気用弁１４
を設けるようにする。

発明の効果上述の如く、本発明になる気体分離装置は、コンプレッ
サの吸引力を利用して吸着塔内の残存気体を強制的に排
気して吸着塔内を真空にできるので、吸着塔における脱
着工程を効率良く行うことができ、しかも従来のように
真空ポンプ及びその駆動装置等大掛りな設備を不要にで
きる。従って、真空ポンプを使用せずに高純度の製品ガ
スを生成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図乃至第６図は気体分離装置の吸着、均圧、
ＩＢ２着工程の動作を説明するための工程図である。１・・・第１の吸着塔、２・・・第２の吸着塔、３・・
・コンプレッサ、７・・・空気タンク、１２・・・吸気
用弁、１４・・・排気用弁、１７・・・共通配管、１８
・・・開閉弁、２０・・・排気用弁、２１．２２・・・
気体排出用弁、２３．２４．２５・・・取出配管、２６
．２７・・・取出用弁、３２・・・製品タンク、３６・
・・シーケンサ。特許出願人　ト　キ　コ　株式会社第１図第２図第４図第６図

Claims

【特許請求の範囲】吸着工程時に、内部に吸着剤を充填した吸着塔にコンプ
レッサからの混合の圧縮気体を供給して吸着塔内を昇圧
せしめ、該吸着剤により前記圧縮気体中の一の気体を分
離して他の気体を生成する、一方、脱着工程時に、該吸
着塔内を減圧せしめて吸着剤に吸着された前記一の気体
を脱着する気体分離装置において、前記吸着塔を前記コンプレッサの吸気口に接続し、前記
脱着工程時に前記吸着剤に吸着された一の気体を前記コ
ンプレッサの吸引力により排出することを特徴とする気
体分離装置。