JPH03188914A - 気体分離装置 - Google Patents

気体分離装置

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JPH03188914A
JPH03188914A JP1330670A JP33067089A JPH03188914A JP H03188914 A JPH03188914 A JP H03188914A JP 1330670 A JP1330670 A JP 1330670A JP 33067089 A JP33067089 A JP 33067089A JP H03188914 A JPH03188914 A JP H03188914A
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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、特に製品ガスの使用量に
応じて所定の純瓜及び圧力を有する製品ガスを生成する
よう構成した気体分離装置に関する。
従来の技術 一般に、PSA (Pressure Swing  
Adsorp−tion)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式の窒素発生装置にあっては、
吸着剤が充填された吸着槽に圧縮空気を導入して加圧す
る吸着]F稈と、吸着槽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、吸着工程では吸着槽内
の吸着剤に酸素分子を吸着させて、窒素を製品タンクに
取出し、一方脱着工程では吸着槽内の残存ガスを排気し
て吸着された酸素を脱着し、次に吸着■稈に備えるよう
になっている。
この種の窒素発生装置では、例えば一対の吸着槽が設け
られており、一方の吸着槽が吸着工程のとき他方の吸着
槽では脱着工程が行なわれ、一方の吸着槽で脱着−F稈
のとき他方の吸着槽では吸着[程が行なわれるようにな
っている。そして脱着工程の後吸着槽内の残存ガスは、
吸着剤により酸素分子が吸着されているので通常の空気
よりも窒素濃度の高い圧縮気体である。そのため、従来
の装置では吸着1稈後の残存ガスをそのまま排気せずに
一方の吸着槽で吸着■稈が行なわれた後両方の吸着槽が
連通され、吸着工程後の残存ガスを他方の吸着槽に供給
し両方の吸着槽を均圧化して収率を高めるいわゆる均圧
工程が行なわれている。
発明が解決しようとする課題 しかるに、従来の装置においては上記吸着、均圧、脱着
r稈の時間が予め決められている。従って、予め決めら
れた時間のもと一定の均圧量で各工程の1ザイクルが繰
り返される。ところが、従来の装置では予め決められた
一定時間のみ各工程が実行されるため、吸着槽から生成
される製品ガスの供給量はほぼ一定である。よって、製
品ガスの使用量が少ないときは均圧T稈時に供給される
吸着時間が長くなって製品ガスの純度が低下し、逆に製
品ガスの使用量が多いときは製品ガスの圧力低下が生じ
てしまうといった課題がある。
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。1 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、 製品タンクより吐出された製品ガスの流量又は圧力を検
出する検出手段と、検出手段からの検出信号に基づき複
数の吸着槽の均圧化による均圧ガス量を調整する調整手
段とを具備してなる。
作用 製品ガスの使用量に応じて均圧ガス量を調整することに
より、所望とする製品ガスの純度及び吸着槽からの製品
ガス取出し圧力を確保するようにするものである。
実施例 第1図に本発明になる気体分離装置の一実施例をボす。
同図中、1,2は第1.第2の吸着槽で、各吸着槽1.
2内にはそれぞれ吸着剤としての分子ふるいカーボンI
A、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からの圧縮空気はエアドライヤ4゜配管6,7を介
して吸着槽1.2にそれぞれ交H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。
10.11は脱着時に吸着槽1,2からの気体をυ1出
する配管で、共通υ1出配管12に接続されており、排
出配管12は脱着排ガスを排出するようになっている。
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
電磁弁からなる気体排出用弁13.14が設けられてい
る。
15.16は吸着槽1,2の出口側に接続され吸着槽1
.2内で生成された窒素をそれぞれ取出す取出配管、1
7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。
21は吸着槽1,2の出口側を連通ずる均圧用配管であ
る。22は配@21の途中に設けられた比例弁からなる
均圧用弁で、均圧用弁22は吸着槽1,2による半サイ
クルの終了時に所定時間だけ開弁し、各吸着槽1,2間
を均圧にする。この均圧用弁22として使用される比例
弁は入力電圧の大きさを変えることにより弁の有効断面
積(弁開度)を変化させることができ、すなわち入力電
圧の変化に対して流量を直線的に変化させることができ
る特性をもっている。
24は製品タンク20に接続された取出配管で、その途
中には電磁弁からなる取出用弁25が設けられている。
26は流量器(検出手段)で、製品タンク20により配
管24を介して取り出された製品ガスの流量を計測し、
その計測値をI制御回路29に出力する。
27は酸素センυで、製品タンク20に貯溜されだ気体
の酸素濃度を検出する。又、酸素センサ27からの酸素
濃度検出信号は後述する制御回路29に入力される。
なお、酸素センサ27としては酸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界液に
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、酸素濃度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。
28は取出配管24から取出される窒素純度、即ち酸素
濃度を設定する濃度設定スイッチで、製品タンク20か
ら取出すべき窒素ガス濃度に応じて適宜に設定されるも
のである。
また、制御回路29は例えばンイクロコンピュータ等に
よって構成される弁制御手段で、入力側には流量Kl 
26 、酸素セン+J27.濃度設定スイッチ28が接
続されている。又、制御回路29は後述するように流量
1126からの流量に1測に基づいて均圧■程時の均圧
ガス聞を調整する均圧ガス量調整手段29Aを有する。
本実施例の場合均圧ガス量調整手段29Aは製品ガス使
用量に応じて均圧用弁22の弁開度を制御する。
30はプログラマブルコントローラで、制御回路29か
らの指示があると予め入力されたプログラムに従い、例
えば第4図に示す加圧(■、■)。
取出(■、■)、均圧(■、■)の各1稈に応じて、空
気供給用弁8.9.気体排出用弁13゜14、取出用弁
18.19.均圧用弁22.取出用弁25を開閉制御す
る。
尚、上記均圧用弁22を除く各電磁弁は、開弁信号の供
給により励磁されたとき開弁じ、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。
ここで、上記窒素発生装置の一般的な窒素発生サイクル
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3図
、第4図を参照しながら述べる。
いま、窒素発生装置を起動すると、マイクロコンビ1−
タ(図示せず)の制御の十に、窒素発生が行なわれる。
まず、第4図に示すように■、■、■の動作が実行され
る。第3図中の■は、空気供給用弁9と気体排出用弁1
3が開弁じ、第2の吸着槽2に原料気体としての圧縮空
気が供給されて第2の吸着槽2は加圧状態にあり、分子
ふるいカーボン2Aに酸素が吸着される。一方第1の吸
着槽1は減圧状態にあり、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。
次に、第3図中の■は空気供給用弁9と気体排出用弁1
3の他に、新たに取出用弁19を開弁し、第2の吸着槽
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の吸着槽1は減圧状態のままである。
次に、第3図中の■は均圧操作で、各取出用弁18.1
9.及び空気供給用弁9.気体排出用弁13を閉弁する
とともに均圧用弁22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411に回収され、各吸着槽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ザ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.気体排出用弁14
を開弁することによって、第4図(B)に示すように第
3図中の■〜■に示す後半の半サイクルを繰返す。かく
して、吸着槽1,2からは各半サイクルの後半で窒素ガ
スを取出し、製品タンク20に供給することができる。
そして、起動後しばらくすると、発生(”る窒素ガスの
純度は安定する。
上記窒素発生サイクルにおいて均圧用弁22の開弁によ
り、吸着槽1と2との間で行なわれる均圧操作、すなわ
ち均圧ガス量とN2純度、N2発生量との関係は分子ふ
るいカーボンIA、2Aの特性により第5図に示すよう
になる。第5図中、縮図QLのように均圧間が多いと低
純度(99%)時のN2発生量は増加する。しかし、高
純度(99,9%)詩のN2発生量は均圧量には反比例
して大巾に減少する。換言すれば、N2発生量が少ない
ときは均圧ガス量を線図qsのように少なく、N2発生
量が多いときは均圧ガス量を線図QLのように多くする
ことにより、均圧ガス量を一定としていた従来装置より
もN2純度、及びN2発生量を所定値以上に確保するこ
とができる。
又、窒素ガス発生装置ではある所定値以上のN2ガス取
出し圧力を確保するため、上記一連の窒素発生サイクル
運転中の製品タンク20の最低圧力をN2発生量との関
係を示す線図である。第6図より均圧ガス量が多くなる
程保証圧力(所定圧力)を保ってN2発生量は増えるこ
とがわかる。
換言すれば、N2発生量に応じて必要な均圧ガス聞が決
まる。第6図において、N2発生量がQAのとき均圧ガ
スff1tよ線図Qs以上で、N2発生量がQeのとぎ
均圧ガス量は線図6M以上となり、N2発/l:量がQ
cのとき均圧ガス吊は線図qし以上必要となる。
このように、上記Nzllli度と製品タンク20の最
低圧力との値を確保しながらN2発生量に対する適当な
均圧ガス量を選択することにより製品ガスを安定供給で
きることがわかる。
ここで、窒素発生サイクルの動作に関連して制御回路2
9が実行する処理につき説明する5゜まず、濃度設定ス
イッチ28により製品ガスのN2純度又は酸素濃度を設
定する。そして、流量計26からの流m剖測値(製品ガ
ス取出量)を読込む(ステップS1)。尚、N2発生量
及び製品タンク最低圧力は予め入力されているものとす
る。
次のステップS2では、設定値と流量計測値とを比較し
、81測値が設定値より大きいか否かを判定する。この
ステップS2において計測値が設定値より大きくないと
きは、ステップS3に移り計測値が設定値より小さいか
否かを判定する1、このステップS3で測定値が設定値
より小さくないときは、計測値−設定値であるので、そ
のまま通常の均圧ガス量の動作が行なわれ(ステップ5
71)、ステップS1に戻る。
従って、流量計26により検出された製品ガス使用量が
設定値と等しい場合は、ステップS 1 ヘ・S4の処
理が繰返される。そのため、均圧用弁1 2 22の弁開度は変更されず第5図、第6図中均圧ガス量
が線図QMとなるように設定される。
ところが、ステップS2において、語測値が設定値より
大きい場合、ステップS6に移り均圧ガス量を増加させ
る。本実施例の場合比例弁よりなる均圧用弁22の弁開
度を開にする。
設定値〈語測値でステップS6に移ると均圧用弁22の
弁開度を開にして第5図、第6図中線図qLの如く均圧
ガス量を増加さ′せる。これにより、ガス使用量増加に
伴う圧力不足が解消される。
又、ステップS3において、設定値〉甜測値であるとき
は、ステップS7に移り均圧ガス量を減少させる。本実
施例では均圧用弁22の弁開度を絞る。
ステップS7に移ると均圧用弁22の弁開度を絞り、第
5図、第6図中均圧ガス量を線図Qsに設定する。これ
により、製品ガス使用量が減少してもN2純度を高純度
にすることができる。
このようにして、製品タンク20が取出されるガス使用
量に応じて均圧ガス量を調整することにより、N2純度
、最低圧力を所定値以上に確保することができる。
又、上記実施例では均圧用弁に比例弁を用いて弁開度を
変えることにより均圧ガス吊を調整するようにしたため
、一連の窒素発生サイクル時間を変更せずに済む。
尚、1記実施例では均圧用弁に比例弁を設けたが、これ
に限らず、例えば均圧用弁の開弁時間を変えることによ
り均圧ガス量を調整するようにしても良い。
又、上記実施例では製品ガスの使用量を流量側26によ
り語測したが、これに限らず例えば製品タンク20又は
配管24の圧力を圧力センサで検出して製品ガスの使用
量を求めるようにしても良い。
発明の効果 上述の如く、本発明になる気体分離装置は、製品ガス使
用量に応じて均圧ガス吊を調整するようにしたため、例
えば下流側の製造ライン等により製品ガスの使用量が変
動しても所定以上の純度及び取出圧力を確保することが
でき、製品ガス使用量にかかわらず、所望とする製品ガ
スを安定供給することができる。
よって、製品ガス使用量が少ないとき均圧ガス量を減少
させて製品ガスの純度を高純度に保つことができ、又製
品ガス使用量が多いとき均圧ガス間を増加させることに
より製品ガスの圧力不足を防止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図は制御回路が実行する処即を説明するため
のフローヂャート、第3図及び第4図は装置の動作を説
明するための工程図、第5図はN2発生量とN2純度と
の関係を均圧開削に示す線図、第6図はN2発生量と製
品タンクの圧力との関係を均圧開削に示す線図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】  内部に吸着材が充填された複数の吸着槽に順次圧縮し
    た原料気体を供給し、該吸着槽により生成された製品ガ
    スを一の吸着槽より製品タンクに取出した後、該複数の
    吸着槽を連通して該複数の吸着槽の圧力を均圧化するよ
    う構成した気体分離装置において、 前記製品タンクより吐出された製品ガスの流量又は圧力
    を検出する検出手段と、 前記検出手段からの検出信号に基づき前記複数の吸着槽
    の均圧化による均圧ガス量を調整する調整手段と、 を具備してなることを特徴とする気体分離装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000210525A (ja) * 1999-01-25 2000-08-02 Ikiken:Kk 酸素濃縮器における運転制御装置
JP2002079030A (ja) * 2000-09-06 2002-03-19 Ikiken:Kk 酸素濃縮装置
JP2018043906A (ja) * 2016-09-14 2018-03-22 株式会社クラレ 窒素ガス分離方法および窒素ガス分離装置

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JP2018043906A (ja) * 2016-09-14 2018-03-22 株式会社クラレ 窒素ガス分離方法および窒素ガス分離装置

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