JPH04131117A - 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、特に複数の吸着槽により
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式（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　Ｓｗｉｎｇ　Ａ
ｄｓｏｒｐｔｉ。

ｎ）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
着剤か充填された吸着槽に圧縮空気を導入して昇圧する
吸着工程と、該吸着槽内を大気開放し又は真空ポンプて
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。

通常の気体分離装置では一対の吸着槽か設けられており
、吸着槽にはコンプレッサに接続された給気側管路と、
製品タンクに接続された取出側管路とが接続されている
。又、各吸着槽に接続された各管路の夫々には電磁弁か
配設されている。そして、各電磁弁は制御回路からの信
号により各工程に応じた開閉動作を行う。

発明か解決しようとする課題 ところか、例えば吸着槽に接続された管路に設けられた
電磁弁が故障してしまうと、制御回路から信号が出力さ
れたのにも拘らず開弁しなかったりあるいは開弁したま
ま閉弁しなくなってしまうことがある。このように、電
磁弁に故障等の異常があると、例えは吸着工程なのに給
気側の電磁弁が開弁せずコンプレッサからの圧縮空気か
吸着槽に供給できなかったり、あるいは吸着工程て取出
側の電磁弁が開弁したままとなって吸着槽か昇圧できず
製品ガス（Ｎ２ガス）を生成することかできないといっ
た不都合か生ずる。

そのため、従来の気体分離装置では、電磁弁か故障する
と製品ガスが取り出せなくなったり、あるいは低純度の
Ｎ２ガスが製品タンクへ供給されて製品タンクに蓄圧さ
れた高純度のＮ２ガスの純度か低下してしまうので、電
磁弁か１個でも故障すると装置全体を停止状態にして使
用できなくなる。従って、従来は電磁弁に異常かあると
修理か終るまてＮ２ガスか全く使用できず、修理に時間
かかかるときは装置下流側の製造ラインあるいは装置ま
で停止させなけれはならないといった課題かある。

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。

課題を解決するための手段 本発明は、−の気体を吸着する吸着剤か充填された複数
の吸着槽と、該複数の吸着槽に接続された各管路に設け
られ各工程に応して開閉する複数の電磁弁とを有する気
体分離装置において、前記電磁弁の異常を検出する異常
検出手段と、該異常検出手段からの異常検出信号により
当該異常発生の電磁弁と接続された一の吸着槽を停止状
態とし他の吸着槽を製品カスの生成動作を行うよう前記
複数の電磁弁を制御する制御手段と、を具備してなる。

作用 吸着槽に接続された各管路に設けられた電磁弁か故障し
た場合、故障した電磁弁と接続された当該吸着槽のみを
停止状態にして他の吸着槽を運転させ、製品ガスを生成
しうる。

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示す。

第１図中、気体分離装置ｌは圧縮空気から窒素を製品ガ
スとして生成するＰＳＡ式の窒素発生装置であり、スタ
ート信号の入来により作動開始する。制御回路２は冷凍
式ドライヤ３．コンプレッサ５を有する原料空気供給ユ
ニット６、吸着ユニット７及び貯蔵ユニット８の各バル
ブを制御する。

コンプレッサ５からの圧縮空気は冷凍式ドライヤ３で除
湿され、乾燥した清浄な圧縮空気として吸着ユニット７
に供給される。原料空気供給ユニット６と吸着ユニット
７とは配管９を介して接続されている。従って、ドライ
ヤ３て乾燥された圧縮空気は配管９を通って吸着ユニッ
ト７て分岐した給気側の配管１０．１１を介して分子ふ
るいカーボン（吸着剤）か充填された第１．第２の吸着
槽７Ａ、７Ｂに供給される。又配管］、０．１１には排
気用の配管１２．１３か分岐している。

吸着槽７Ａ、７Ｂの上部には取出側の配管１４゜１５か
接続されており、両配管１４．１５間には両吸着槽７Ａ
、７Ｂを接続する均圧用の配管１６か横架されている。

又、上記配管１４．１５は吸着ユニット７と貯蔵ユニッ
ト８とを接続する配管１７と連通している。

貯蔵ユニット８は、製品ガスとしてのＮ２ガスか蓄圧さ
れるＮ２ガス槽２０と、Ｎ２ガス槽２０内の酸素濃度を
計測する酸素濃度計２１とよりなる。Ｎ２ガス槽２０の
下部には上記配管１７か接続されており、吸着槽７Ａ、
７Ｂで分離生成された高純度のＮ２ガスは配管１７を介
してＮ２ガス槽２０に供給される。又、Ｎ２ガス槽２０
の上部には取出用の配管１８か接続されている。この配
管１８は下流側のＮ２ガスを使用する装置（図示せず）
へ延在している。１９は配管１８より分岐してＮ２ガス
槽２０内のＮ２ガスを酸素濃度計２１に供給する。

上記のように第１．第２の吸着槽７Ａ、７Ｂへ空気を供
給し、あるいは分離されたＮ２ガスを送出する各配管１
０〜１９にはバルブＶ、〜■１ｏか配設されている。吸
着ユニット７、貯蔵ユニット８の各バルブ■１〜■、。

は電磁弁からなり、通常閉弁している。各バルブ■、〜
■６は制御回路２から開弁信号か出力されるとソレノイ
ド（図示せず）か励磁されその電磁力によりスプール（
図示せず）か開弁位置に変位するようになっている。

尚、各バルブ■１〜Ｖ、。には上記スプールの位置を検
出するスイッチか設けられている。このスイッチは例え
ばスプールか閉弁位置にあるときオフてあり、スプール
か開弁位置に変位したときオンに切換わる。このスイッ
チの信号は制御回路２へ出力され、後述するようにこの
信号の有無により各バルブＶ、〜ｖｌＧの異常発生か検
出される。

例えはバルブｖ１〜Ｖ、。か故障した場合、制御回路２
から開弁信号か出力されてもバルブ■、〜Ｖ　１０か開
弁動作せず、スイッチからの信号か得られないことによ
り故障発生かわかる。

又、各バルブＶ、〜Ｎγ、０の開閉動作をチエツクして
故障発生を検出する別の検出手段としては、例えは各バ
ルブＶ、〜〜７１゜の上流側圧力と下流側圧力とを圧力
センサにより検出して、上、下流側の差圧により故障発
生を判定するようにしても良い。

制御回路２のメモリ２２には上記各バルブＶ〜■、。を
開閉制御してＮ２ガスを生成するプログラムＡか入力さ
れている。

吸着ユニット７ては第１．第２の吸着槽７Ａ７Ｂ内に上
記空気ドライヤ３により乾燥された圧縮空気か供給され
て、昇圧、減圧を繰り返しなから原料空気から窒素と酸
素とを分離する。尚、吸着ユニット７ては製品カスとし
ての窒素を安定供給するため、第１の吸着槽７Ａか昇圧
されて吸着工程のとき第２の吸着槽７Ｂでは減圧されて
脱着工程か行なわれ、又、第１の吸着槽７Ａか脱着工程
のとき第２の吸着槽７Ｂは吸着工程となる。

従って、制御回路２は予め入力されたプログラム八に基
ついて吸着槽７Ａ、７Ｂか交互に窒素ガスを生成するよ
うに吸着ユニット７の各バルブＶ〜■８を開閉制御する
。

又、制御回路２のメモリ２２には上記通常のプロクラム
へのほか第１の吸着槽７Ａを停止状態にして第２の吸着
槽７Ｂのみを運転するプログラムＢと、第２の吸着槽７
Ｂを停止状態にして第１の吸着槽７Ａのみを運転するプ
ログラムＣと、第１゜第２の吸着槽７Ａ、７Ｂを両方と
も停止状態にするプログラムＤとか入力されている。

制御回路２は、前記各バルブＶ、〜Ｖ、。からの信号の
有無により各バルブＶ１〜Ｖ１ｏて故障等の異常か発生
したことを検出する異常検出口Ｂ２Ａと、異常検出回路
２Ａから異常検出信号か出力されるとそれに応じてプロ
グラムＡ−Ｄを切替えるプログラム切替回路２Ｂとを有
する。

ここで、上記構成とされた気体分離装置１のＮ２ガス生
成動作につき説明する。

制御回路２は電源投入とともに第２図に示す処理を実行
する。

まず、制御回路２はステップＳｌ（以下ステップを省略
する）で第１の吸着槽が正常に運転できるかどうかをチ
エツクする。即ち、第１の吸着槽７Ａに接続された配管
１０，１２，１４．１６に配設された各バルブ■、〜■
４か正常であるかを確認する。運転前の各バルブｖ１〜
Ｖ、。は閉弁状態にある。そのため、各バルブ■１〜ｖ
１゜に設けられたスイッチかオフ状態てあれば異常ない
ことか確認される。

Ｓｌて第１の吸着槽７Ａか正常である（各バルブｖ１〜
ｖ４か閉弁している）ときは、次の８２に移り第２の吸
着槽７Ｂか運転できるかとうがをチエツクする。即ち、
第２の吸着槽７Ｂに接続された配管１１，１３．１５．
１７に配設されたバルブ■、〜■８か正常であるかを確
認する。このときはまた運転前なのて各バルブｖ５〜ｖ
８に設けられたスイッチかオフ状態てあれは正常である
ことか確認される。

従って、吸着槽７Ａ、７Ｂが先に正常運転可能なときは
Ｓ３に移り第１．第２の吸着槽７Ａ、７Ｂを運転させる
通常のプログラム八を選択する。

プログラムＡては第３図に示す６エ程か１サイクルとし
て実行され、第１．第２の吸着槽７Ａ。

７Ｂより交互にＮ２ガスか分離生成される。

ここて、プログラム八によるＮ２ガス生成動作について
説明する。第３図において第１工程ては第１の吸着槽７
Ａ側のバルブＶ、、Ｖ、か開弁されるとともに第２の吸
着槽７Ｂ側のバルブＶ、か開弁される。そのため、原料
空気供給ユニット６からの圧縮空気はバルブ■１を介し
て第１の吸着槽７Ａの下部に供給される。同時にＮ２ガ
ス槽２０に貯蔵されたＮ２ガスかバルブＶ３を介して第
１の吸着槽７Ａの上部に還流される。そのため吸着槽７
Ａ内は短時間て昇圧し、酸素分子か分子ふるいカーボン
に吸着され、高純度のＮ２ガスか得られる。

一方、第２の吸着槽７Ｂでは残存気体か排気用のＶ６を
介して外部に排出されて減圧される。これにより第２の
吸着槽７Ｂの分子ふるいカーボンに吸着された酸素分子
か脱着され、分子ふるいカーホンか再生される。

次の第２工程では第１の吸着槽７Ａて分離生成されたＮ
２ガスかバルブＶ３を介してＮ２カス槽２０に取り出さ
れる。尚、第２の吸着槽７Ｂでは第１工程と同様分子ふ
るいカーホンの再生か行なわれる。

次の第３工程では上記バルブＶ、、Ｖ、、Ｖ。

か閉弁されるとともに均圧用のバルブ■４．入“８か開
弁される。これにより、昇圧された吸着槽７Ａと減圧さ
れた吸着槽７Ｂとか連通され、吸着槽７Ａに残されたＮ
２純度の高いガスか吸着槽７Ｂに供給される。尚、この
均圧工程は比較的短時間行なわれる。

この第１〜第３工程までかプロクラムへの前半の半サイ
クルである。後半の半サイクルでは第４〜第６エ程か行
なわれる。

第４工程ではバルブＶｘ　、　■５．　■、か開弁され
、これにより第１の吸着槽７Ａで再生工程か行なわれ、
第２の吸着槽７Ｂで還流・吸着工程か行なわれる。

そして、第５工程では第２の吸着槽７Ｂで分離生成され
たＮ２ガスかＮ２ガス槽２０へ取出される。尚、第】の
吸着槽７Ａは再生工程のままである。次の第６エ程では
上記バルブＶ２．Ｖ、。

Ｖ７か閉弁されるとともに均圧用のバルブ■４゜■８か
開弁され第３工程と同様均圧工程か行なわれる。

このように、プログラムへの制御動作により第１、第２
の吸着槽？Ａ、７Ｂにおいて交互にＮ２ガスか分離生成
される。尚、上記第１〜第６エ程による各バルブＶ、〜
ｖ８の開閉動作時、各バルブに設けられたスイッチ３の
信号か制御回路２に出力されており、その都度、各バル
ブ■１〜■８の開閉かチエツクされる。

再び第２図に戻り制御回路２の制御動作について説明す
る。Ｓ３において上記のようにプログラムへの１サイク
ルか終了すると８１に戻る。２回目の８１では上記通常
のＮ２ガス生成動作（第１〜第６エ程）による吸着槽７
Ａ側の各バルブｖ〜■４か正常であるかを確認する。又
、Ｓ２ではＮ２ガス生成動作による吸着槽７Ｂ側の各バ
ルブ＼７５〜■８か正常であるかを確認する。そして、
第３図に示す１サイクルの動作時各バルブ■１〜Ｖｇか
正常に開閉した場合、再びＳ３の処理か実行される。

尚、貯蔵ユニット８の各バルブ■９　＋　Ｖ　１０はＮ
２ガス槽２０のＮ２ガスか所定圧以上になると開弁する
。

ところか、制御回路２から開弁位置か出力されたのにも
拘らず故障等によりバルブ■　〜■８ソレノイドか励磁
されなかったり、あるいはソレノイドの電磁力によりス
プールか開弁位置へ動作しないことがある。

異常検出回路２人では制御回路２から出力された開弁位
置と各バルブＶ、〜ｖ８に設けられたスイッチより出力
された信号とを比較しており、各バルブ■１〜■８か異
常ないかどうかを監視している。

そして、第１の吸着槽７Ａ側のバルブＶ１〜■４におい
て異常かあると、制御回路２はＳｌにおいて異常検出回
路２ＡからのバルブＶ、〜■４の異常検出信号によりＳ
４に移る。Ｓ４では吸着槽７Ｂ側の各バルブｖ５〜ｖ８
か正常てあれはＳ５に移りプログラムＢを選択する。プ
ログラムＢては第４図に示す第１〜３工程かｌサイクル
として実行され第２の吸着槽７Ｂのみか運転される。

ここで、プログラム已によるＮ２ガス生成動作について
説明する。第４図において、第１工程てま吸着槽７Ｂ側
のバルブ人７５．■７か開弁され、第２吸着槽７Ｂは還
流・吸着工程となる。

一方、第１の吸着槽７Ａは各バルブｖ１〜■４か閉弁さ
れ停止状態となる。また第２の工程では吸着槽７Ｂで分
離生成されたＮ２ガスかＮ２ガス槽２０より取出され、
吸着槽７Ａは停止状態のままである。

次の第３工程では上記バルブｖｓ　、　Ｖ　７か閉弁さ
れるとともに排気用のバルブｖ６か開弁される。

これにより吸着槽７Ｂ内の残存ガスか外部に排気されて
分子ふるいカーホンか再生される。従って、プロクラム
Ｂてはバルブｖ１〜■４て異常発生かあった第１の吸着
槽７Ａか停止状態に保持され、且つ第２の吸着槽７Ｂは
上記の如＜Ｎ　２ガス生成動作か行なわれる。

そのため、バルブ■１〜ＸＬの１つでも故障すると第１
の吸着槽７Ａで高純度のＮ２ガスを生成できなくなるか
、上記のように吸着槽７Ａを停止状態とすることにより
低純度のＮ２ガスがＮ２ガス槽２０に供給されることが
防止される。又、方の吸着槽７Ｂだけを運転することに
より、通常よりも流量か減少するかＮ２ガスを生成しう
るので流量ゼロとなることはない。

ここで、第２図に戻る。上記のように８５でプログラム
Ｂか選択されると、次の８６で吸着槽７Ａの停止モード
か設定される。そして、警報を発して吸着槽７Ａ側で異
常発生があることを作業者に知らせる（Ｓ７）。

又、Ｓｌにおいて吸着槽７Ａが正常であったが、Ｓ２に
おいて吸着槽７Ｂ側のバルブｖ５〜ｖ８て異常かあった
場合、Ｓ８に移りプログラムＣを選択する。

このプログラムＣは第５図に示す第１〜３工程を１サイ
クルとして実行する。尚、第５図に示す第１〜３工程の
Ｎ２ガス生成動作は第４図に示す第１〜３工程の吸着槽
７Ａと７Ｂとを入れ替えたたけなので、その説明は省略
する。従って、第５図中第１の吸着槽７Ａでは還流・吸
着工程、取出し工程、再生工程か順次行なわれるか、第
２の吸着槽７Ｂは停止状態に保持される。

次の８９では吸着槽７Ｂの停止モードか設定される。そ
して、警報を発して吸着槽７Ｂ側で異常かあることを作
業者に知らせる（ＳＩＯ）。

又、Ｓｌにおいて第１の吸着槽７Ａ側のバルブＶ、〜Ｖ
４て異常があり、且つＳ４において第２の吸着槽７Ｂ側
のバルブＶ５〜■８て異常があるときは、３１１に移り
プログラムＤを選択する。

この場合、どちらの吸着槽７Ａ、、７Ｂも運転てきない
ため両方の吸着槽７Ａ、７Ｂを停止させる。

次のＳＩ２で両吸着槽７Ａ、７Ｂの停止モートか設定さ
れると、警報を発して吸着槽７Ａ、７Ｂで異常かあるこ
とを知らせる（Ｓ　１３）。

尚、上記実施例では窒素発生装置を例に挙げたか酸素発
生装置にも適用しても良い。

又、上記実施例では一対の吸着槽を有する装置を例に挙
げたか、これに限らず吸着槽を２個以上有する装置にも
適用できるのは勿論である。

発明の効果 上述の如く、本発明になる気体分離装置は、複数の吸着
槽において電磁弁の故障等の異常が発生しても故障した
当該吸着槽の運転を停止させ、他の吸着槽を運転して製
品ガスを生成することができるので、従来のように電磁
弁の１つが故障して装置全体か停止してしまうことを防
止できる。

従って、電磁弁か故障してもその吸着槽以外の吸着槽か
ら製品ガスか得られるので、製品ガスを使用する下流側
の装置あるいは製造設備が停止してしまうことを防止す
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構成図
、第２図は制御回路が実行する処理のフローチャート、
第３図は通常のＮ２ガス生成動作を説明するための工程
図、第４図は第１の吸着槽て異常かあったときのＮ２ガ
ス生成動作の工程図、第５図は第２の吸着槽て異常かあ
ったときのＮ２ガス生成動作の工程図である。 ｌ・・・気体分離装置、２・・・制御回路、２Ａ・・・
異常検出回路、２Ｂ・・・プロクラム切替回路、５・・
・コンプレッサ、６・・・原料空気供給ユニット、７・
・・吸着ユニット、８・・・貯蔵ユニット、２０・・・
Ｎ２ガス槽、２２・・・メモリ。 特許出願人　ト　キ　コ　株式会社 同

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 一の気体を吸着する吸着剤が充填された複数の吸着槽と
   、該複数の吸着槽に接続された各管路に設けられ各工程
   に応じて開閉する複数の電磁弁とを有する気体分離装置
   において、 前記電磁弁の異常を検出する異常検出手段と、該異常検
   出手段からの異常検出信号により当該異常発生の電磁弁
   と接続された一の吸着槽を停止状態とし他の吸着槽を製
   品ガスの生成動作を行うよう前記複数の電磁弁を制御す
   る制御手段と、を具備してなる気体分離装置。