JPH02245215A - 気体分離装置 - Google Patents

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％ 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ｔｍ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
着り程と、該吸着塔内を人気開放して減圧する脱着工程
とを繰返し、吸着■稈では吸着塔内の吸着剤に酸素分子
を吸着さゼで、窒素を外部に取出し、一方１Ｉ５２着工
稈では吸着された酸素を１５２Ｉ！シ、次の吸着工程に
罷えるようになっている。尚、吸着塔には気体排出経路
としての配管が接続されており、この配管には電磁弁よ
りなる気体排出用弁が設けられている。この気体排出経
路の排気ボートは消音器に接続されており、脱着工程時
においては、気体排出経路が切換わり１気ボートを介し
て吸着塔と消音器とが連通し、吸看塔内の気体が排気ボ
ート、消音器を通過して大気中に排出される。

発明が解決しようとする課題 ところで、産業界で使用されている窒素ガスは液体窒素
として用いる場合が多いので、９９．９９％以上の＾濃
度が要求されている。

そのため、従来より気体分離装置においては、吸着工程
時の背圧効果を高めたり、あるいは脱着工程時の排気効
率を高めることにより高温度の窒素ガスを生成すること
が考えられている。ところが、従来のｖｉＨでは、吸着
塔に１罰の気体＋Ｊｌ出用弁しか設けられておらず、例
えば脱着工程時の排気効率を高めるには気体排出用弁の
排気ボートを拡大することが考えられる。しかし、この
場合排気開始時に高圧の気体が一気に排出されるため、
例え消音器が設けられていてもかなり大きなＭＢが発生
してしまうといった課題がある。

又、従来の装置において、騒音が発佳しない程度まで上
記排気ボートを小さくすると、吸着塔内の気体を排出す
るのに時間がかかり排気効率を高めることができないと
いった課題が生ずる。

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。

課題を解決するための手段 本発明は、上記気体分離装置において、気体排出経路に
複数の気体排出用弁を設け、脱着■程時、当初気体の排
出量を絞り段階的に排出口が増大するよう複数の気体排
出用弁を所定時間間隔をおいて開弁させる手段を設けて
なる。

作用 脱着Ｔ程時、複数の気体排出用弁のうち一の気体ｉＪ出
用弁を開弁して吸着塔内の気体を徐々に排出する。そし
て、所定時間が経過して吸着塔内がある程度減圧された
時点で他の気体ＩＪ出用弁を開弁して吸着塔内の気体を
短時闇で排出する。

実施例 第１図は本発明になる気体分１１装置の一実論例の概略
構成図であり、第２図中■、■の工程に対応する。

第１図中、１，２は第１．第２の吸着塔で、各吸着塔１
．２内にはそれぞれ分ｔふるいカーボンＩＡ、２Ａが充
填されている。

３は圧縮空気供給踪となるコンプレッサで、」ンブレッ
サ３からの圧縮空気はドライｔ１４　、配管６．７を介
して吸着塔１．２にそれぞれ交り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＠
繊弁からなる空気供給用弁８，９が設けられている。

１０Ａ、ＩＯ８，１１Ａ、１１Ｂは上記配管６゜７より
分岐して設けられた排気用配管で、［時に吸着塔１．２
からの脱若排ガスを排出する気体排出経路を形成する。

そして、前記配管１０Ａ。

１０Ｂ、１１△、１１Ｂの途中にはそれぞれ吸着塔１，
２内のａＳ排ガスを半サイクル毎に交互に排出するＮ磁
弁からなる気体排出用弁１３Ａ。

１３８．１４Ａ、１４Ｂが設けられている。気体排出用
弁１３Ａ、１３Ｂ、１４Ａ、１４Ｂの各排気ボーｔ１３
Ａ＋　、１３Ｂ＋　、１４Ａ＋　、１４Ｂ＋には消音器
１２△〜１２０が接続されており、吸着塔１（２）から
のｓｉ排ガスは後述するように複数の排気ボート１３Ａ
＋　、１３Ｂ＋　、（１４Ａ＋　。

１４Ｂ＋　＞及びｎ＝ｉ’＋　２Ａ、１２Ｂ　（１２Ｃ
。

１２Ｄ）を通過して大気中に排出される。その際の排気
音は後述するように各消音器１２△・〜１２［）により
消ａされ、ｕｇは発生しない。

又、各機１５１（２）には夫々２個ｆつの気体排出用弁
１３Ａ、１３Ｂ＜１４Ａ、１４Ｂ＞が接続されているが
、一の気体排出用弁１３Ｂ（１４Ｂ＞の排気ボート１３
Ｂ＋　　（１４Ｂ＋　）は他の気体排出用弁１３Ａ（１
４Ａ）の排気ボート１３Ａ＋（１４Ａ＋）より大径とな
っている。

１５．１６は吸着塔１．２からの窒素をそれぞれ取出す
取出弁配管、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
述の制御の下に交Ｕ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は製品タンクとしての窒素タンク２ｏと接続され
ている。

又、窒□素タンク２０には排出用配管２１が接続されて
おり、この排出用配管２１には窒素タンク２０内のガス
を排出する排出用弁２２が配設されている。

排出用弁２２は通常閉弁状態に保持されているが、窒素
タンク２０内の窒素ガス濃度が所定濃度に達したとき、
即ち窒素濃度が所定以下の低濃度であるときのみ開弁状
態に切換わり、窒素タンク２０内の低濃度ガスを大気中
に排出する。

又、取出配Ｉ！１７の途中には電磁弁からなる取出用開
閉弁２３と、窒素タンク２０へ供給される窒素ガスの流
量を調整する取出流量調整弁２４とが設けられている。

尚、取出用開閉弁２３は窒素ガスを取出す際開弁してい
るが、第１．第２の吸着Ｎ！Ｉ１．２間の均圧操作を行
なう際には閉弁される。

２５は圧力スイッチで、窒素タンク２０内の圧力が所定
圧力に遅したことを検出する。

２６は窒素タンク２０に接続された取出配管で、その途
中には窒素ガスの圧力を一定圧力に減圧する圧力ゲージ
付の減圧弁２８及び電磁弁からなる取出用弁２７が設け
られると共に、取出流量調整弁２９が設けられている。

３０は酸素センサ（気体ｌＩａ検出手段）で、取出配管
２６より分岐する分岐配管３１に接続されている。又、
酸素センサ３ｏは電磁弁からなる開開弁３２を介して取
出配管２６内を流れる気体を供給され、窒素タンク２０
より取出された気体の酸素濃度を検出する。この酸素セ
ンサ３０は窒素タンク２０より取出された窒素ガス中に
含まれている酸素１１１ｇを監視しており、酸素濃度に
比例した電流値の信号を出力する。即ち、窒素タンク２
０内に騰圧されたガスの窒素１度が下ると、必然的にＦ
ｌｉｌＡ１１度が高まるため、Ｗ１素レンサ３ｏはＭ素
タンク２０内の窒素濃度が低濃度となったことを検出で
きる。

なお、ｍ＊センサ３０としてはａｌｌ素分子の常磁性を
利用した磁気式酸素センサ、酸素が透過膜を介して電解
液に入ると電極で酸化還元反応が起き電流が流れるのを
利用した電磁式酸素センサ、ジルコニア磁器の内外面に
電極を設け、酸素１石によって起電力が発生するのを利
用したジルコニア式酸素センサ等が用いられる。

又、酸素センサ３ｏがらの酸素濃度検出信号は後述する
ｕＩ　６０回路３３に人力される。！、ＩＪ　０１１回
路３３は例えばマイクロコンピュータ等によって構成さ
れる弁υ制御手段で、酸素センサ３０．圧力スイッチ２
５が接続されている。

又、制御回路３３は後述するように脱酋工程時、各吸着
塔１（２）のＪｌ１２＠排ガスを排出する複数の気体排
出用弁１３Ａ、１３Ｂ　（１４Ａ、１４Ｂ）のうち一の
気体排出用弁１３Ａ（１４Ａ）を開弁し、所定時囚経過
後他の気体排出用弁１３Ｂ（１４Ｂ）を開弁することに
より脱着工程当初は排出厘を絞り、ある程度吸着塔１，
２内が減圧されてから排出聞を増加させる制御手段を有
している。

さらに、ｅｓｍ回路３３は気体排出用弁１３Ａ。

１３Ｂ（１４Ａ、１４Ｂ）だけでなく、所定のプログラ
ムに基づいて、空気供給用弁８．９．取出用弁１８．１
９１３１１１１弁２２．取出用ｒ［弁２３゜環出用弁２
７．ｌｌ［弁３２を開目１υ制御する。

尚、上２１Ｊ１ｔＤ回路３３１．：Ｊ：す１Ｍｌ１１ａ
ＩＩＪｌｌＤすｔＬル各電磁弁は、開弁信号の供給によ
り励磁されたとき開弁し、励磁されないときにはバネ力
でｒ！１弁するようになっている。

次に、上記のように構成された窒素発生装置の動作につ
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、第２図
、第３図を参照しながら述べる。

いま、窒素発生装置を始動すると、制御回路３３の制御
の下に、各電磁弁が作動し、窒素発生が行われる。

まず、第３図に示すように■、■、■の動作が実行され
る。第２図中の■では、まず空気供給用弁９と気体排出
用弁１３Ａが開弁する。これにより、第２の吸＠塔２に
原料気体としての圧縮空気がコンプレッサ３より供給さ
れ、第２の吸着塔２は背圧状態になって、分子ふるいカ
ーボン２ＡにＷＩｉ本が吸着される。一方第１の吸着塔
１は気体排出用弁１３Ａの開弁により減圧状態にあり、
吸着していたｍ素がＪ！１２１１して排出される。

このとぎ、第１の吸着塔１では２個あるうち小さい排気
ボート１３Ａ１を有する気体１出用４９１３Ａのみが開
弁しているので、吸着塔１内の４圧した気体（説着徘ガ
ス）は気体ＩＡ出用弁１３Ａの排気ボート１３Ａ＋及び
消［Ｚ１２Ａを通過して大気中に排出される。そのため
、吸着塔１内は徐々に減圧される。

気体Ｉ出用弁１３Ａの開封後所定時間間隔をおいて、吸
着塔１内がある程度減圧された時点で他の気体排出用弁
１３１３が開弁される。この気体排出用弁１３Ｂの排気
ボート１３Ｂ＋はすでに開弁している気体排出用弁１３
Ａの排気ボート１３Ａ１より大径であるので、吸着塔１
内の気体は両気体朗出用弁１３Ａ、１３Ｂの排気ボート
１３Ａ１３Ｂ電より速やかに排出される。尚、吸着塔１
内の気体は大径な排気ボート１３Ｂ＋により排出量が増
加するが、予め気体排出用弁１３Ａの開弁により吸着塔
１内が所定圧力以上に減圧されているので、排気ボート
１３Ｂ＋より排気される際騒呂はほとんど発生しない。

そのため、気体排出用弁１３Ｂに接続された消音５１２
Ｂを容積の小さい小型化することが可能となり、ひいて
は装置の小型化にも寄与しつる。

このように、上記気体分離装置は脱着工程において、複
数の気体排出用弁１３Ａと１３［３とが所定時ＩＮ間隔
をおいて開弁することにより騒昌発生を防止した状態で
排気効率を高めることが可能となり、結果的に高ＩＩ度
の窒素ガスを生成することができる。

次に、第２図中の■は空気供給用弁９と気体排出用弁１
３Ａ、１３Ｂの他に、新たに取出用弁１９及び取出用間
開弁２３を開弁し、第２の吸着塔２内の窒素ガスを取出
している状態を示している。このとき、第１の吸着塔１
は減圧状態のままである。

次に、第２図中の■は均圧操作で、各取出用弁１８．１
９を開弁すると共に、取出用開閑弁２３及び空気供給用
弁９．気体排出用弁１３Ａ、１３Ｂを閉弁する。これに
より、第２の吸着塔２内に残存する窒素富化ガスは第１
の吸着塔１に回収され、各吸着塔１，２は均圧となる。

なお、前記均圧操作は通常１〜３秒である。

これにより、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．気体ｊＪｌ出用弁
１４を開弁することによって、第３図（Ｂ）に示すよう
に第２図中の■〜■に示す後事の半サイクルを繰返す。

かくして、１サイクルを１２０秒とすると、吸着塔１．
２からは各半サイクルの後半で窒素ガスを取出し、窒素
タンク２０に供給することができる。

尚、上記実施例では一の気体排出用弁１３Ｂ（１４Ｂ＞
の排気ボート１３Ｂ＋　　（１４Ｂ＋　）が他の気体排
出用弁１３Ａ（１４Ａ）の排気ボート１４△＋（１４Ａ
＋＞より大径であるとしたが、各排気ボート径を同径と
しても良い。又、上記実／Ｊｉ＠では各吸着塔に２個の
気体門出用弁を設けたが、この気体排出用弁の数として
は３個以上としても良いのは勿論である。

発明の効果 上述の如く、本発明になる気体分ｔｔｉ装置は、吸着塔
に複数の気体排出用弁を接続し、これらの気体排出用弁
を所定の時間間隔において開弁づるため、Ｉ！脱着工程
時吸着塔内の圧力を段階的に減Ｒ−することができ、吸
着塔内の脱着祷ガスを短時聞で速やかに大気中に排出す
ることができるとともに排気音の発生を防止することも
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図及び′１ｊ４３図は気体分離装置の一連の
動作を説明するための工程図である。 １．２・・・吸着塔、ＩＡ、２Ａ・・・分子ふるいカー
ボン、３・・・コンプレッサ、ＩＯＡ、１０［３，１１
Ａ。 １１Ｂ・・・配管、１２Ａ〜１２Ｂ・・・消音ム、１３
Δ。 １３Ｂ、１４Ａ、１４Ｂ、・・・気体１月出用弁、２０
・・・窒素タンク、２２・・・Ｍ出用弁、２５・・・圧
力スイッチ、３３・・・制御回路。 第 閲 コｙフ゛し・リサ 第 図 第 図

Claims (1)

1. 【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、気体排出経路より該吸着塔内の
   気体を排出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、 前記気体排出経路に複数の気体排出用弁を設け、前記脱
   着工程時、当初気体の排出量を絞り段階的に排出量が増
   大するよう前記複数の気体排出用弁を所定時間間隔をお
   いて開弁させる手段を設けてなることを特徴とする気体
   分離装置。