JPH0256126B2 - - Google Patents

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JPH0256126B2
JPH0256126B2 JP60191798A JP19179885A JPH0256126B2 JP H0256126 B2 JPH0256126 B2 JP H0256126B2 JP 60191798 A JP60191798 A JP 60191798A JP 19179885 A JP19179885 A JP 19179885A JP H0256126 B2 JPH0256126 B2 JP H0256126B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は混合ガスの分離装置に関し、特に圧力
変動吸着技法（PSA）を使用して混合ガスを分
離する装置に関する。
従来の技術 英国特許公開公報2073043A号には空気から窒
素を分離し、空気の２種の主成分間の分離を、酸
素を窒素より早く吸着する能力を有する吸着剤を
使用する技法を示す。この吸着剤は通常分子シー
ブ炭素である。作動に際して、吸着剤のあるベツ
ドは吸着段階を含むサイクルを行ない、この間空
気をベツド内に圧送し、大部分の酸素と、ある割
合の窒素と、ほとんどすべての二酸化炭素と、水
蒸気とが供給空気から吸着され、窒素に富む生ガ
スがベツドの出口から供給される。脱着即ち再生
段階ではベツドの出口を閉鎖し、ベツドを入口を
経て大気圧に放出し及び又は入口を経て排気し、
吸着ガスはほゞベツドから除去されて次の吸着段
階の準備となる。
実用上、２個の吸着ベツドを使用して互に180゜
の位相差のシーケンスとし、一方のベツドが吸着
段階の時は他方のベツドは再生段階として交互に
作動する。吸着段階と再生段階の間は両ベツド内
圧力は両ベツドの入口を互に連通し、両ベツド出
口を互に連通して均圧とする。この連結を行なう
ことによつて吸着段階を完了したベツドの空隙内
のガスは再生段階を完了したベツド内にその時の
ベツド間の圧力差によつて流入する。この均圧段
階は生産量を最大にするために有効であり、この
空隙内のガスは窒素に富むガスである。
吸着段階での各ベツドへの空気の流入とベツド
からの生産ガスの流出の制御は通常の個々に作動
するボール弁又は蝶弁等の管介挿弁によつて行な
い、再生段階間の各ベツドを去る廃ガスの流れお
よび均圧段階でのベツド間の流れの制御はボール
弁又は蝶弁で行なう。
発明の解決すべき問題点 通常の２個のベツドの装置では少なくとも８個
のボール弁又は蝶弁とチエツク弁とを使用してガ
ス流の装置内、間、外の流れを制御する。
本発明による混合ガスの分離装置は個々の管介
挿弁に代えてスプール弁を使用して、所要弁の数
を減少し、弁の誤作動の可能性を防ぐ。
問題点を解決するための手段 本発明による混合ガスから少なくとも１種の成
分ガスを分離する装置は、混合ガスの少なくとも
１種の成分を優先的に吸着する吸着材料のベツド
を収容する少なくとも２個の容器と、混合ガスの
容器への流入と容器からの製品及び廃ガスの流出
と容器相互間のガス流とを制御する複数のスプー
ル弁とを備える。
好適な実施例によつて、少なくとも１個のスプ
ール弁のある位置におけるポートの配置は、一方
の容器からのガスの入口ポートは共通通路の両端
に連通する２個の他のポートを経て他の容器に導
かれるガスの出口ポートに連通する。
他の実施例によつて、装置は圧力変動吸着技法
によつて作動し、第１第２の容器を具え、夫々供
給混合ガスの少なくとも１種の成分を優先的に吸
着する吸着材料のベツドを収容し、各容器は供給
混合ガス入口と、廃ガス出口と製品ガス出口とを
を有し、容器間に延長して容器間ガス流を可能に
する管を設け、ガスの容器内、間、外の流れを第
１第２第３のスプール弁によつて制御する。
作 用 本発明による混合ガスから少なくとも１種のガ
スを分離する装置は、混合ガスの容器への供給、
容器からの製品ガスの排出、容器からの廃ガスの
流出、容器間のガス流の制御をスプール弁によつ
て行ない、スプール弁を共通の空気圧又は液圧サ
ーボ装置によつて作動する。
実施例 第１図は前述の既知の英国特許公開公報
2073043A号に記載した窒素を空気から分離する
装置を示す。この装置の空気供給管２は圧縮機４
に連通する。圧縮機４の出口は空気入口管６に連
通する。空気入口管６は選択的に容器８，１０に
連通され、容器内に炭素分子シーブ吸着剤のベツ
ド１２，１４を収容する。ボール弁１６はベツド
１２を入口管６に連通させ又は連通を遮断する。
同様にボール弁１８はベツド１４の底部を入口管
６に連通させ又は連通を遮断する。
出口管２０を有するボール弁２２はベツド１２
の頂部を管２０に連通させ、又は連通を遮断す
る。同様にボール弁２４はベツド１４の頂部を管
２０に連通させ又は連通を遮断する。
廃ガスの出口管３４が設けられる。ボール弁３
６はベツド１２の底部を管３４に連通させ又は連
通を遮断する。ボール弁３８はベツド１４の底部
を管３４に連通させ又は連通を遮断する。管３４
は真空ポンプ４２に連通する。真空ポンプ４２の
入口は管３４に連通して廃ガスを装置から導出す
る。ボール弁４０の上流で管３４に連通した排出
管４６は大気に連通する。管４６にボール弁４８
が介挿される。所要に応じて排出管４６とボール
弁４８とを省略することができる。又は真空ポン
プ４２、ボール弁４０，４８を省略することがで
きる。真空ポンプを省略すれば、酸素を吸着した
ベツドの再生は大気圧で行なう。排出管４６とボ
ール弁４８を省略する時は、ガスを吸着したベツ
ドの再生は大気圧より低い圧力で行なう。管５０
は容器８，１０の底部を連結する。同様な管５２
は容器８，１０の頂部を連通させる。管５０にボ
ール弁５４を介挿し、管５２にボール弁５６を介
挿する。ボール弁５４，５４が開である時はベツ
ド１２，１４間は連通する。
第１図の装置を使用して空気から窒素を分離す
る作動を説明する。作動サイクルの最初はベツド
１２は大気圧以下であつてポンプ４２の生ずる負
圧が作用し、ベツド１４は圧縮機４に連通して最
大圧力下と仮定する。サイクル開始時はベツド１
２，１４を管５０，５２によつて相互に連通させ
る。このサイクルの位相でボール弁１６，１８，
２２，２４，３６，３８をすべて閉位置とし、ボ
ール弁５４，５６は開とする。ベツド１４内の吸
着剤の各粒子間のスペース内の未吸着の窒素の多
いガスは管５０，５２を経てベツド１２内に流入
する。ベツド１４内の未吸着ガスは窒素に富む状
態でベツド１２に流入する。ベツド１２に流入す
れば、ベツド１２内の圧力は負圧から上昇し、ベ
ツド１４内の圧力は相当して低下する。
次のサイクルはベツド１２が吸着段階を行な
い、ベツド１４が周知の再生を行なう。第１図の
装置では最小８個のボール弁を使用する。既ちボ
ール弁１６，１８，２２，２４，３６，３８，５
４，５６である。更にボール弁４０，４８を組込
むことができる。
第２，３，４図は本発明による混合ガス例えば
空気から少なくとも１種のガス、例えば窒素を圧
力変動吸着によつて分離する分離装置１００を示
す。図示しない圧縮機から延長する空気供給管１
０２が、第１のボール弁１０４のポート１１３に
連通される。弁１０４は３位置ボール弁であり、
ハウジングに５個のポート１１０，１１１，１１
２，１１３，１１４が設けられ、５個の通路１１
６〜１２１を有するスプールを具える。スプール
は両端のばねによつてハウジング内に位置し、第
２図に示す中央位置を定常位置とする。ハウジン
グの両端に制御流体例えば加圧空気の入口１２
２，１２３を設ける。スプール弁１０４のポート
１１０，１１１から延長する２本の管１３０，１
３２は容器８，１０の底部に連通し、容器８，１
０は炭素分子シーブ吸着剤のベツド１２，１４を
吸容する。
各容器８，１０の頂部から延長する管１３４，
１３６は第１のスプール弁１０４と同様の第２の
スプール弁１０４ａのポート１１１ａ，１１０ａ
に連通する。便宜上同様なポート、通路、入口は
同じ符号に添字ａを附して示す。管１３８はポー
ト１１２ａ，１１２ａの間に延長し、生産ガス管
１４０はポート１１３ａから延長する。
スプール弁１０４に関して、ポート１１２，１
１４から延長する管１４２，１４４は第３のスプ
ール弁１５０のポート１５１，１５２に連通す
る。管１４２，１４４は管１４５によつて結合さ
れる。連結管１３８，１４５は通常のスプール弁
では使用されない。本発明によつて連結管によつ
て両容器間のガス流を可能にする。弁１５０は３
位置スプール弁であり、ハウジングは３個のポー
ト１５１，１５２，１５３を有し、スプールに通
路１５４，１５５を設ける。スプール弁１０４，
１０４ａと同様に弁１５０のスプールも両端にば
ね圧が作用する。定常位置を第２図に示す。スプ
ール弁１５０の両端に制御流体の入口１５８，１
５９を設ける。管１６０はポート１５３から直接
大気に、又は図示しない真空ポンプを介して大気
に連通する。
図示しないが、スプール弁１０４，１０４ａ，
１５０は共通のサーボ装置、例えば空気圧装置に
よつて作動する。
第２図に示すスプール弁１０４，１０４ａ，１
５０の位置は装置１００が均圧段階にあるものと
して示す。弁１０４，１０４ａ，１５０のすべて
の入口１２２，１２３；１２２ａ，１２３ａ；１
５８，１５９は大気に連通し、ばねのみがスプー
ルに圧力を作用し、スプールは中立位置にある。
ベツド１４は吸着段階終了であり、ベツド１２
は脱着即ち再生段階終了時であると仮定すれば、
高圧ベツド１４からのガス管１３６、ポート１１
０ａ、通路１１８ａ、ポート１１２ａ、管１３
８、ポート１１４ａ、通路１１９ａ、ポート１１
１ａ、管１３４を経て容器８の頂部に流れる。又
は管３２、ポート１１１、通路１１９、ポート１
１４、管１４４，１４５，１４２、ポート１１
２、通路１１８、ポート１１０、管１３０を経て
容器８の底部に流れる。
第３図はベツド１２を再生し、ベツド１４が吸
着段階にある時のスプール弁１０４，１０４ａ，
１５０の位置を示す。制御回路からの空気圧はス
プール弁の入口１２２，１２２ａ，１５８に供給
され、入口１２３，１２３ａ，１５９は大気に連
通する。スプール弁は図の左位置となる。
圧縮空気とした供給ガスは図示しない圧縮機か
ら流れ、管１０２、ポート１１３、通路１１７、
ポート１１１、管１３２を経て容器１０の底部に
入る。生産ガス即ち窒素は容器１０を去り管１３
６、ポート１１０ａ、通路１２０ａ、ポート１１
３ａを経て生産ガス管１４０に流入する。
この間、容器８内の廃ガスは管１３０、ポート
１１０、通路１１６、ポート１１２、管１４２、
ポート１５１、通路１５４、ポート１５３、廃ガ
ス管１６０を経て直接又は図示しないい真空ポン
プを経て大気に流れる。
本発明に好適なスプール弁としてケンブリツジ
インストルメンツ社、の商品名“ボールドウイ
ン、流体力指向制御弁”がある。
明細書に記載したスプール弁とは往復可能の弁
部材がポート内を流れるガス以外の手段によつて
複数のガスポートを開閉する弁を称する。第２〜
４図に示す通り、別の制御ポートを使用して弁部
材を動かし、例えば空気圧制御回路に連通させて
もよい。
第４図に示すスプール弁１０４，１０４ａ，１
５０の位置はベツド１４を再生し、ベツド１２を
吸着段階とする。制御回路の空気圧を弁の入口１
２３，１２３ａ，１５９に供給し、入口１２２，
１２２ａ，１５８は大気に連通する。これによつ
てスプールは図示の右位置となる。
圧縮空気即ち供給ガスは図示しない圧縮機から
管１０２、ポート１１３、通路１２０、ポート１
１０、管１３０を経て容器８の底部に流入する。
生産窒素ガスは容器８から管１３４、ポート１１
１ａ、通路１１７ａ、ポート１１３を経て生産ガ
ス管１４０に流れる。
この間、容器１０内の廃ガスは管１３２、ポー
ト１１１、通路１２１、ポート１１４、管１４
４、ポート１５２、通路１５５、ポート１５３を
経て廃ガス管１６０に流入する。
効 果 上述によつて明らかにされた通り、第１図に示
した８個の既知のボール弁に代えて３個のスプー
ル弁１０４，１０４ａ，１５０が同様の機能を行
なう。スプール弁３個であるため、既知のボール
弁使用の第１図の装置より著しく安価である。更
に作業者が誤つて弁のシーケンス外の操作を行な
う危険はない。共通の空気圧又は液圧のサーボ制
御装置によつてスプール弁は同時に作動する。更
に、各スプール弁の各種弁機能は必らず同時に作
動する。
上述の説明は２個のベツドを使用して窒素を生
産するための圧力変動吸着技法にスプール弁を使
用した例であるが、窒素だけでなく、酸素又は他
のガスの圧力変動吸着技法による生産を３個以上
の吸着ベツドを使用して行なうことができる。
夫々の場合、スプール弁の行なう機能の異なる選
択となり得る。
スプール弁を使用する装置として、圧力変動吸
着技法でなく、温度変動による作動装置に適用す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は圧力変動吸着技法によつて空気から窒
素を分離する既知の装置の流体回路線図、第２図
は本発明による圧力変動吸着技法による空気から
窒素を分離する装置の均圧状態の流体回路線図、
第３図は第２図の装置の一方のベツドを吸着段階
とし他方のベツドを再生段階とした回路線図、第
４図は第２図の装置の一方のベツドを再生段階と
し他方のベツドを吸着段階とした回路線図であ
る。 ４……圧縮機、６，１０２……入口管、８，１
０……容器、１２，１４……ベツド、１６，１８
……ボール弁、２０，１４０……出口管、３４，
１６０……廃ガス管、１０４，１０４ａ，１５０
……スプール弁、１２２，１２２ａ，１２３，１
２３ａ，１５８，１５９……制御流体ポート。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 混合ガスの少なくとも一種の成分を優先的に
    吸着する吸着材料のベツドを収容する少なくとも
    第１及び第２の２個の容器を備え、前記容器の一
    方に交互に前記混合ガスを供給して混合ガスの少
    なくとも一種の成分ガスを分離する装置におい
    て、 前記第１及び第２の容器の一端を第１の３位置
    スプール弁の異なるポートに接続しかつ他端を第
    ２の３位置スプール弁の異なるポートに接続し、 前記第１の３位置スプール弁の他の二つのポー
    トに第３のスプール弁を接続し、 前記第１の３位置スプール弁を、第１の位置に
    おいて前記第１の３位置スプール弁の前記他の二
    つのポートを連通する管を介して前記容器間でガ
    スを流し、第２の位置において前記第１の３位置
    スプール弁に接続されたガス供給管を介して混合
    ガスを前記第１の容器に流入させると共に廃ガス
    を第２の容器から前記第３のスプール弁に流しか
    つ第３の位置において前記ガス供給管を介して混
    合ガスを前記第２の容器に流入させると共に廃ガ
    スを第１の容器から前記第３のスプール弁に流す
    ように構成し、 前記第２の３位置スプール弁を、第１の位置に
    おいて前記第２の３位置スプール弁の他の二つの
    ポートを連通する管を介して前記容器間でガスを
    流し、第２の位置において製品ガスを第１の容器
    から前記第２の３位置スプール弁に接続された製
    品ガス管に流しかつ第３の位置において製品ガス
    を第２の容器から前記製品ガス管に流すように構
    成したことを特徴とする混合ガスの分離装置。 ２ 前記第３のスプール弁が３位置スプール弁で
    あり、かつ第１の位置において前記第１及び第２
    の容器からの総てのガス流れを遮断し、第２の位
    置において廃ガスを第２の容器から前記第１のス
    プール弁を経て前記第３のスプール弁に接続され
    た廃ガス管に流しかつ第３の位置において廃ガス
    を第１の容器から前記第１のスプール弁を経て前
    記廃ガス管に流すように構成されている特許請求
    の範囲１に記載の分離装置。 ３ 前記第１、第２及び第３のスプール弁は共通
    の流体サーボ回路装置によつて動作する特許請求
    の範囲１又は２に記載の分離装置。 ４ 前記第１及び第２の３位置スプール弁は５個
    のポートと６個の通路とを有し、前記第３のスプ
    ール弁は３個のポートと２個の通路とを有する特
    許請求の範囲１ないし３のいずれかに記載の分離
    装置。
JP60191798A 1984-08-30 1985-08-30 混合ガスの分離装置 Granted JPS61136420A (ja)

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