JPH0352613A - 高圧気体製造装置 - 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 本発明は高圧気体製造装置に係り、特に吸着剤により生
成された製品ガスを高圧気体として貯蔵するよう構成し
た高圧気体製造装置に関する。

従来の技術 従来より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
して取出すＰ　Ｓ　Ａ　（　Ｐ　ｒｅｓｓｕｒｅ３ｗｉ
ｎｇ　　Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　）式気体分離装置が知
られている。

そして、食品保存の研究が進むにつれて乾物の長期保存
、生鮮食品の鮮度維持などに窒素ガスあるいは低比率の
酸素ガスを含む窒素ガスが有効であることが確認されて
おり、窒素発生装置の需要が増加している。特に上記Ｐ
ＳＡ式窒素発生装圃は取扱いが容易で安全であり、製造
工程に不純物を介在させない等の利点があるため広く多
用されている。

従来の装置では、圧縮機により加圧された約５Ｋタｆ／
ｃｄ程度の中圧の圧縮空気を吸着槽へ供給し，吸着剤に
より酸素分゛ｆが吸着されて窒素ガスを取り出すように
なっている。そのため、製品タンクに貯溜された製品ガ
ス〈窒素ガス）の圧力も供給圧力を限度とする中圧＜５
８ｇｆ／禰以下）となる。

発明が解決しようとする課題 ところが、大規模な食品貯蔵施設等の一時に大撮の窒素
を消費する施設においては、大量の窒素ガスを貯溜する
装置が要望されていた。しかし、従来のように中圧の製
品ガスのまま貯溜しようとすると製品タンクが大形化し
てしまいより広い設置スペースが必要となる。そのため
、製品タンクを大形化せずに製品ガスの貯蔵量を増加さ
せる手段として、製品ガスを高汗化（例えば９〜１０Ｋ
９ｆ／ｃｄ程度〉することが考えられている。

製品タンク内の『力を高めるには吸着槽への供給圧力を
高圧化すれば良い。しかしながら、このように吸着槽内
への供給圧力が高くなると、吸着槽内における昇圧、降
圧動作による圧力変化が激しくなり吸若剤の破砕される
比率が高まり、装置の窒素発生効率が低下してしまうと
いった課題が生ずる。又、大気圧から高圧に一気に圧縮
することになるので、圧縮時原料気体は高温となり膨脹
するが吸着槽に圧縮空気が供給される際は゛次第に温度
が低下して圧力が下がり圧縮効率が低下するといった課
題も生ずる。

そこで、本考案は上記課題を解決した高圧気体製造装置
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、内部に吸着剤が充填された吸着槽と、吸着槽
に供給する原料気体を中圧に圧縮する中圧用圧縮機と、
吸着剤により生成された中圧製品ガスを貯溜する中間タ
ンクと、中間タンク内の中圧製品ガスを高圧に圧縮する
高圧用圧縮機と、高圧用圧縮機により圧縮された高圧製
品ガスを貯溜する製品タンクとよりなる。

作用 吸着槽に供給される原料気体の供給圧力が中圧に抑えら
れているので吸着剤が破砕せず、気体生或効率を高く維
持し、吸着槽から取出された製品ガスを高坏化すること
により圧縮効率がより高まる。

実施例 第１図に本発明になる高圧気体製造装置の第１実施例を
示す。

同図中、１．２は第１，第２の吸着槽で、各吸着槽１，
２内にはそれぞれ分子ふるいカーボンＩＡ．２Ａが充填
されている。

３は２段圧縮機で、空気を約５Ｋ９ｆ／ｄ程度の中圧に
圧縮する中圧用圧縮機としての中圧気筒３ａ　．３ｂと
、後述するように生成された製品ガス（窒素ガス〉を高
圧に圧縮する高圧用圧縮機としての高圧気筒３ｃとを有
する。具体的には第２図＜Ａ），（Ｂ）に示すような構
或となっており、中圧気筒３ａ．３ｂにより圧縮された
圧縮空気が貯溜される原料タンク４士に上記中圧気筒３
ａ，３ｂ及び高圧気筒３ｃが設けられている。

各気筒３ａ〜３Ｃのピストン（図示せず〉はモータ３ｄ
により駆動される。中圧気ｍ３ａ　，３ｂではピストン
がモータ３ｄに駆動されるとともにサイレンサ３，１．
３ｂ，より空気を吸引し、タンク４内に圧縮空気を蓄圧
する。そのため、原料タンク４内の圧力は約５Ｋ９ｆ／
ａｉ程度に保持ざれる。

タンク４からの圧縮空気は冷凍式のドライヤ５により除
湿された後配管６，７を介して吸着槽１，２にそれぞれ
交互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からの気体を排出す
る配管で、共通排出配管１２に接続ざれており、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ザ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の途中には半シイクルの間だけ後述の制御の下に
交互に開弁ず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は中間タ
ンク２０と接続されている。

この中間タンク２０は吸着槽１．２から取出された中圧
（約５Ｋｙｆ／ａＡ程度〉の製品ガスを一時的に貯蔵す
るための補助タンクである。

２１は吸着槽１，２の出口側を連通ずる配管、２２は配
管２１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２２は吸着槽１．２による半サイクルの終了時
に所定の短時間だけ開弁じ、各吸着槽１．２間を均圧に
する。

２４は中間タンク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製品ガス供給用弁２５が設けられ
ている。

取出配管２４の他端は上記２段汗縮機３の高圧気筒３Ｃ
の吸気弁（図示せｆ）側に接続されており、製品ガス供
給用弁２５は高圧気筒３Ｃが動作するとぎのみ開弁ずる
。

２６は高圧気筒３Ｃの排気弁（図示せず）ｌ，：接続さ
れた排気配管で、製品タンク２７に接続されている。又
、排気配管２６の途中には製品タンク２７内の高圧ガス
の逆流を防止する逆止弁２８が配設されている。尚、製
品タンク２７は高圧気筒３Ｃ　ニヨリ高ＩＥ　ｌ　９．
５ｈｆ　／ＣＩｉ）　ｌ．：圧縮された製品ガスを貯溜
できるように十分な耐圧強度がもたされ、中間タンク２
０よりも強固に製作されている。しかし、製品タンク２
７の内部容積は中間タンク２０と略同程度とされている
。

２９は製品タンク２７内の製品ガスを取出すための取出
配管で、その途中に可変絞り３０．取出用弁３１が配設
されている。可変絞り３０は製品タンク２７内の製品ガ
スが高圧であるので、下流側への供給圧力を所定圧力〈
約６Ｋｇｆ／ａｉ程度〉に調整する。取出用弁３１は通
常開弁じており、減圧された製品ガスは製品タンク２７
より下流側へ供給される。

３２は酸素センサで、中間タンク２０に貯溜された気体
の酸素濃度〈組成値）を検出する。又、酸素センサ３２
からの酸素濃度検出信弓は後述する制御回路３４に入力
される。

なお、酸素センサ３２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１！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Ｓｔ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。

３３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、中間タンク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３４は例えばマイクロコンビ１−タ等に
よって構或される弁制御手段で、入力側には酸素センサ
３２，ｍ度設定スイッチ３３が接続されている。

３５はプログラマブルコントローラで、制御回路３４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（■，■〉の各工程に応じて、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，製品ガス供給用弁２５，取出用弁３１を開閉制
御する。

尚、上記制御回路３４により開閉制御される各電磁弁は
、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、窒素発生装質を起動すると、マイクロ」ンビュー
タ（図示ぜず〉の制御の下に、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、空気供給用弁つと気体排出用弁１
３が開弁ずる１，第２の吸着槽２には中圧気筒３ａ　，
３ｂにより原料タンク４に蓄圧された圧縮気体が供給さ
れ、第２の吸着槽２は加圧状態になる。そのため分子ふ
るいカーボン２Ａに酸素が吸着される。一方第１の吸肴
槽１は減圧状態にあり、吸着していた酸素がｖｔ着して
括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と気休徘出用弁１
３の他に、新たに取出用弁１９を開弁じ、第２の吸看槽
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１汲看槽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を開弁ずる。

これにより、第２の吸着槽２内に残存する窒素ガスは第
１の吸着槽１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．気体排出用弁１４
を開弁ずることによって、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からは各半りイクルの後半で窒素ガ
スを取出し、中間タンク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、発生する窒素ガスの純
度は安定する。

このようにして、中間タンク２０には約５鎗ｆ／Ｃｒｉ
程度にＦｆ縮された中庄製品ガスが蓄圧される。

又、中間タンク２０内の製品ガスは製品ガス供給用弁２
５，取出配管２４を介して高圧気筒３ｃへ吸引され、さ
らに圧縮される。高圧気筒３Ｃで約９．５Ｋ９ｒ／ｃｄ
の高圧に圧縮された製品ガスは排気配管２６，逆止弁２
８を介して製品タンク２７に蓄圧される。

従って、本発明の装置では上記の如く吸着槽１，２から
取出された製品ガスを高圧にするため、吸着槽１．２内
の吸着剤が気体圧力により破砕されてしまうことがなく
、吸着槽１．２における吸着効率を高水準に維持したま
ま窒素ガスを生成することかでぎる。そして、製品タン
ク２７内にＩユ通常よりも約２倍の圧力に加圧された製
品ガスが貯溜されており、即ちタンク容量の２倍の製品
ガスが製品タンク２７に充填されている。そのため、装
置下流側で製品ガスを大量に消費する施設等が設けられ
ている場合にも、安定的に製品ガスを供給することが可
能である。

さらに、中間タンク２ｏに蓄圧された製品ガスはドライ
ヤ５で除湿ざれ、さらには吸着槽１，２においで気体中
の水分を除去された窒素ガスであり、この乾燥された製
品ガスが高圧気ＩＩ３ｃで高圧に圧縮ざれるため、取出
配管２４．高圧気筒２６．製品タンク２７．取出配管２
９等の二次側では腐食が発生しにくく、しかも通過する
気体が窒素純度の高い製品ガスであるのでこの点からも
高『気筒　３Ｃを含む２次側で腐食が起きにくく、装置
の耐久性がより向上する。

又、上記の如く２段圧縮工程により高ｒ＋製品ガスを生
成する際、まず第１段の中圧気筒３ａ，３ｂにより圧縮
された原料気体が中間タンク２０に取出される過程で圧
縮時に加熱された気体が冷却される。そして、高圧気筒
３Ｃでは冷却されながら中圧に加圧された製品ガスを高
圧に圧縮することになるので、負荷が小さくて済み圧縮
効率が高く、高圧に圧ｍ後の温度上昇も小さい。従って
大気圧から高圧に一気に圧縮する場合よりも圧縮機の性
能が高まる。又、上記中間タンク２０の二次側での温度
上昇が抑えられることにより、高圧に圧縮された製品ガ
スが製品タンク２７内でいつまでも高圧を維持すること
ができる。

第５図に本発明の第２実施例を示す。

第５図中、２段圧縮！ｆｉ３のタンク４の内部は、原料
タンク４ａと中間タンク４ｂとに画威されている。従っ
て、中圧気簡３ａ　，３ｂにより圧縮ざれた原料気体は
原料タンク４ａ内に岳『された後、気体供給用弁８又は
９の開弁によりドライヤ５，配管６．７を介して吸肴Ｉ
！１又は２に供給される。

又、吸着槽１，２より取出された製品ガスは配管２４を
介してタンク４内の中間タンク４ｂに貯溜される。中間
タンク４ｂは配管３６を介して高圧気筒３Ｃの吸気弁側
（図示せず）に接続ざれており、配管３６の途中には製
品ガス供給用弁３７が配設されている。

中間タンク４ｂ内の製品ガスは約５Ｋ’Ｊｆ／ｃｉ程度
の中圧に庄縮されており、高圧気筒３Ｃによりさらに高
圧に圧縮され製品タンク２７に蓄圧される。上記第２実
施例の装置では原料タンク４ａと中間タンク４ｂとが一
体化されているので、装置全体がコンパクトな構成とな
っている。

尚、上記実施例では２段圧縮機を使用したが、これに限
らず、原料タンクに中圧気体を蓄圧する中圧用圧縮機と
、中間タンク内の中圧気体を高圧気体に圧縮する高圧用
圧縮機とを別々に設けるようにしても良い。

又、上記実施例では窒素発生用の高圧気体製造装置を例
に挙げたが、これに限らず例えば１ｌ素発生用の装置に
も適用できる。

発明の効果 上述の如く、本発明になる高圧気体製造装置は、中圧に
厘縮された原料気体を吸着槽に供給し、吸着槽より取出
された製品ガスを高圧に圧縮するようにしたため、吸着
槽内の吸着剤が高圧気体の圧力変化により破砕されるこ
となく高圧製品ガスを生成することができ、吸着槽にお
ける吸着効率の低下を防止するとともに、製品タンクを
大型化せずに製品ガスの大量消費に対応することができ
る。

しかも、吸着槽で製品ガスが生成される間に製品ガスの
水分が除去され、中間タンクより製品タンクに蓄圧され
る高圧製品ガスを生成する経路での腐食発生を抑えるこ
とができる。さらに、中圧用圧縮機により圧縮された中
圧気体が吸着槽を通過する過程で冷却され、この一時冷
却された中圧製品ガスを高圧にするため、高圧用『縮機
の負担が小さくて済み、高圧製品ガスを圧縮効率良く生
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図は本発明になる高圧気体製′＃ｉ装置の第１実施
例の概略構成図、第２図（Ａ），（Ｂ）は２段圧縮機の
正面図、側面図、第３図、第４図は夫々窒素ガスの生成
動作を説明するための”［程図、第５図は本発明の第２
実施例の概略構成図である。 １・・・第１の吸着槽、２・・・第２の吸＠槽、３・・
・２段圧縮機、３ａ　，３ｂ・・・中圧気筒、３Ｃ・・
・高圧気筒、４・・・原料タンク、５・・・ドライ？，
２０・・・中間タンク、２５．３７・・・製品ガス供給
用弁、２７・・・製品タンク、３０・・・可変絞り、３
２・・・酸素センサ。 第１ 閃 第２目 （Ｂ） （Ａ） 第３ 図 第４ 図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 内部に吸着剤が充填された吸着槽と、 該吸着槽に供給する原料気体を中圧に圧縮する中圧用圧
   縮機と、 前記吸着剤により生成された中圧製品ガスを貯溜する中
   間タンクと、 該中間タンク内の中圧製品ガスを高圧に圧縮する高圧用
   圧縮機と、 該高圧用圧縮機により圧縮された高圧製品ガスを貯溜す
   る製品タンクと、 よりなることを特徴とする高圧気体製造装置。