JPH04156912A - 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また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と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ＰＳＡＳ気体分離装置にあっては、吸
着剤が充填された吸着槽に圧縮空気を導入して昇圧する
昇圧工程と、吸着剤により分離生成された窒素を取出す
取出工程と、該吸着槽内を大気開放しまたは真空ポンプ
で減圧する減圧工程とを繰返す。即ち、昇圧工程では吸
着槽内の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、次の昇圧工程に備えるようになって
いる。

また、一対の吸着槽を育する装置では、一方の吸着槽で
取出工程が完了し、他方の吸着槽で減圧工程が完了した
後、均圧工程を行う。この均圧工程では、両吸着槽間を
連通させて取出工程後の吸着槽に残留するガスを減圧工
程後の吸着槽へ供給して均圧化を図り、より高純度の製
品ガスを生成するようにしている。

そして、製品ガスである窒素は吸着槽内を昇圧状態にし
て取出すものであるため、発生する窒素ガスは断続的て
圧力変化も大きい、このため、窒素ガスを一定圧力で、
かつ連続的に使用する場合には取出側に製品槽を設け、
製品槽内に窒素ガスを貯えるように構成されている。

尚、上記窒素発生装置では、上記昇圧、取出、均圧、減
圧の各工程の動作時間か予め決められており、すなわち
所定濃度の製品ガスが得られるサイクル時間で動作する
ようになっている。

発明か解決しようとする課題 従来の装置ては工場等で予め決められたサイクル時間で
動作制御するプログラムか入力された状態で出荷され、
設置現場ではプログラム時間変更がてきないようになっ
ていた。ところか、例えば、吸着槽に圧縮空気を供給す
るコンプレッサを駆動するモータの出力あるいは吸着槽
て生成される窒素ガスの吐呂量等により最適サイクル時
間か異なる。又、上記以外にも最適サイクル時間か異な
る原因としては、吸着剤の吸着性能、環境（温度、湿度
）の変化、吸着剤の経時変化による劣化なとかあり、最
適サイクル時間はこれらの原因か複雑に関連し合って変
化する。

しかるに、従来の装置では、予めサイクル時間か決めら
れて工場から出荷されてしまうため、実際に設置現場で
運転すると所望の純度の窒素ガスか得られなかったり、
所望の純度を有する窒素ガスを得るのにかなりの時間を
要する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、内部に吸着剤か充填された吸着槽の気体供給
用弁を開弁して該吸着槽に圧縮した原料気体を供給して
前記吸着槽を昇圧する昇圧工程と、該吸着槽の取出用弁
を開弁させて該吸着剤により生成された製品ガスを取出
した後該吸着槽に残留するガスを外部に排出して吸着槽
を減圧する減圧工程とを繰返して製品ガスを生成する気
体分離装置において、 前記各工程の時間を個別に設定する工程時間設定手段と
、 該工程時間設定手段により設定された各工程時間に応じ
て前記各弁を開、閉する左利−手段と、を具備してなる
。

作用 昇圧、取出、減圧等の各工程の動作時間を個別に設定で
きるようにして、最適サイクルて運転することか可能と
なる。又、最適サイクルか各種原因によりずれてしまっ
ても容易に各工程の動作時間を変更し所望の純度を有す
る製品ガスを効率良く生成しつる。

実施例 第１図は本発明になる気体分離装置の一実施例としての
窒素発生装置の概略構成図である。

第１図中、ｌ、　　２は第１．第２の吸着槽て、各吸着
槽！、２内にはそれぞれ分子ふるいカーホンよりなる吸
着剤ＩＡ、ＩＢか充填されている。

３は圧縮空気供給源となるコンプレッサて、コンプレッ
サ３からの圧縮空気は、タンク３ａに貯溜され、冷凍式
ドライヤ４．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弁８
，９か設けられている。

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、排気音を下げるセイレンサ１２に接続されて
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１３１４が設けられ
ている。

１５．１６は吸着槽ｌ、２からの製品ガスとしての窒素
をそれぞれ取出す取出配管、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互に開弁する電磁弁から
なる取出用弁１８゜ｌ９かそれぞれ設けられている。ま
た前記取出配管１７は製品槽２０と接続されている。

２１は吸着槽１，２間を連通ずる配管、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て、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
の短時間だけ開弁し、吸着槽１．２間を均圧にする。

２３は製品槽２０に接続された取出配管て、その途中に
は電磁弁からなる取出用弁２４か設けられている。２５
は濃度計で、取出配管２３より分岐する分岐配管２６に
接続されている。又濃度計２５には酸素センサか使用さ
れており、濃度計２５は取出配管２３を介して製品槽２
０より取出された気体の酸素濃度を測定する。

即ち、濃度計２５は製品槽２０より取出された窒素ガス
中に含まれている酸素濃度を監視しており、酸素濃度に
比例して電流値の信号を出力する。

即ち、製品槽２０内に蓄圧されたガスの窒素濃度が下る
と、必然的に酸素濃度が高まるため、濃度計２５は製品
槽２０内の窒素濃度か低濃度となりたことを検出てきる
。又、濃度計２５からの酸素濃度測定信号は後述する制
御回路２７に入力される。

なお、濃度計２５に使用される酸素センサとしては酸素
分子の常磁性を利用した磁気式酸素センサ、酸素か透過
膜を介して電解液に入ると電流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か
発生するのを利用したジルコニア式酸素センサ等か用い
られる。

また、制御回路２７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制御手段で、所定のプログラムに基
づいて、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２４を
開閉制御する。

尚、上記制御回路２７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し、励磁さ
れないときにはバネ力で開弁するようになっている。

２８はサイクル時間設定回路で、後述するようにスイッ
チ２８ａ〜２８ｆの操作により昇圧、取出、均圧、減圧
の各工程の動作時間を変更する。

そして、制御回路２７はサイクル時間設定回路２８によ
り設定された動作時間に基づいて答弁を開閉制御する。

次に、上記のように構成された窒素発生装置の動作につ
いて説明する。

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２７の制御
の下に、各電磁弁が作動し、窒素（製品ガス）発生が行
われる。

まず、第２図、第３図に示すように■、■、■の動作が
実行される。第２図中の■は、空気供給用弁９、取出用
弁１９と気体排出用弁１３が開弁し、第２の吸着槽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
れる。

同時に、製品槽２０の製品ガスは取出し配管１６．１７
を逆流して上部より吸着槽２内に還流する。第２の吸着
槽２はコンプレッサ３からの圧縮空気と上方向より還流
したガスにより昇圧状態にあり、吸着剤２Ａに酸素が吸
着され、一方、第１の吸着槽ｌは気体排出用弁１３の開
弁により減圧状態にあり、吸着していた酸素か脱着して
排出されている状態を示している。

次に第２図中の■は空気供給用弁９を開弁し、取出用弁
１９を開弁した状態として第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ｌは減圧状態のままである。

次に、第２図中の■は均圧工程で、均圧用弁２２を開弁
すると共に各取出用弁１９、空気供給用弁９、気体排出
用弁１３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の吸着槽ｌに回収され、各
吸着槽１，２は均圧となる。

これにより、ｌ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、取出用弁１８、気
体排出用弁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■〜■に示す後半の半サイクル
を繰返す。かくして、ｌサイクルを上記■〜■とすると
、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、製品槽２０に供給することかできる。

尚、上記■の工程て、気体供給用弁９か開弁されるため
、コンプレッサ３からの圧縮気体とともに製品槽２０か
らの製品ガスか第２の吸着槽２に供給される。２回目以
降になると、すてに、第２の吸着槽２には前回の■の均
圧工程により通常の原料気体よりも窒素濃度の高いガス
か供給されている。

そのため、均圧工程時に導入されたガスか吸着槽２の上
部から還流された製品ガスによりさらに吸着槽２の内部
へ押し込められる。よって、均圧化により導入されたガ
スは取出用弁１９を介して製品槽２０へ取出されるまで
長い時間吸着槽２に滞留することかでき、それたけ多く
の酸素分子か吸着される。又、吸着槽２の下部より還流
された製品ガスは吸着槽２の下部から上部に移動して取
出用弁１９により取出されるまでの吸着槽２内における
滞留時間か長くなるため、還流された製品ガス中に含ま
れる酸素分子よりも多く吸収される。

このため、製品槽２０より還流させる製品ガス量か従来
と同してあっても吸着効率か高められ、吸着剤２Ａによ
り高純度の窒素ガスか生成される。

従って、■の工程て取出用弁１９か開弁されると、通常
よりも窒素濃度の高い窒素ガスか製品槽２０内に蓄圧さ
れる。

このような、上記■、■の工程における還流効率は吸着
槽１の■、■の工程ても同様に得られる。

尚、上記のように高純度の製品ガスの生成か可能になる
ため、例えば製品ガスの純度を一定のレベルに保つよう
にした場合、従来の装置よりも多量のガスを生成するこ
とかできる。従って、高純度の製品ガスを生成できるた
め、製品槽２０より取出される製品ガスの流量を増加さ
せることかできる。ヌ、吸着槽１．２より１回の工程で
取出される製品ガスの純度か従来よりも高いため、製品
槽２０内の純度か高くなる時間か短縮される。すなわち
、立ち上かり時間の短縮の効果せ得られる。

ここて、上記構成になる窒素発生装置において、各工程
の動作時間を変更する場合の操作について説明する。

サイクル時間設定回路２８はスイッチ２８ａ〜２８ｃの
操作により昇圧、取出工程（■、■）（■、■）の動作
時間を設定し、他のスイッチ２８ｄ〜２８ｆの操作によ
り均圧工程■、■の動作時間を設定する。尚、本実施例
では各スイッチ２８ａ　〜２８ｃ、２８ｄ　〜２８ｆの
オン、オフノ組み合せにより８通りの動作時間（第４図
中Ａ〜Ｈ１第５図中ａ　−ｈ　）のうち−の動作時間を
選択する。

又、昇圧、取出工程の動作時間Ａ−Ｈは予め７５秒〜１
１０秒の範囲で決められており、均圧工程の動作時間ａ
−ｈは予め０〜３．５秒の範囲で決められている。

第４図、第５図の各スイッチ２８ａ〜２８ｆは○印のと
き「オン」状態に操作され、Ｘ印のとき「オフ」状態に
操作される。例えば、製品ガスの窒素純度か低濃度でか
つ製品ガスの吐出流量かより多く必要である場合、昇圧
、取出工程の動作時間は短く設定し、均圧工程の動作時
間は長く設定すればよい。即ち、第４図、第５図より作
業者は昇圧、取出工程の動作時間を７５秒、均圧工程の
動作時間を３．５秒に設定するため、スイッチ２８ａ〜
２８ｃをｒオン」に操作すると共にスイッチ２８ｄ〜２
８ｆを「オフ」に操作する。

この場合サイクル時間設定回路２８は第６図、第７図に
示す処理を実行する。

スイッチ２８ａ〜２８ｃかオンの場合、第６図において
ステップＳｌ（以下ステップを省略する）、Ｓ２、Ｓ３
に移りＳ４てｒＡＪを設定する。

これにより、昇圧、取出工程の動作時間か７５秒に設定
される。

また第７図においてスイッチ２８ｄ〜２８ｆかオフの場
合、５２１−３２９、Ｓ３３に移りＳ３５てｒｈＪを設
定する。これにより均圧工程の動作時間か３．５秒に設
定される。

そして、制御回路２７はサイクル時間設定回路２８によ
り設定された昇圧、取出工程７５秒、均圧工程３．５秒
のサイクル時間に基づいて答弁を開閉制御する。

又上記とは逆に窒素純度の高い製品ガスを生成する場合
、昇圧、取出工程の動作時間を長くし、均圧工程の動作
時間を短くする。即ち、作業者は昇圧、取出工程の動作
時間を１１０秒、均圧工程の動作時間を０秒に設定する
ため、スイッチ２８ａ〜２８ｃをオフに切替えると共に
スイッチ２８ｄ〜２８ｆをオンに切替える。この場合、
サイクル時間回路２８は第６図中Ｓｌにおいて８９、Ｓ
１３に移りＳ１５を選択し「Ｈ」を設定する。

これにより昇圧、取出工程の動作時間か１１０秒に設定
される。

又、第７図中３２１において３２２．２３に移りＳ２４
を選択しｒａＪを設定する。これにより均圧工程の動作
時間か０秒に設定され、均圧工程が省略される。

又、コンプレッサ３の出力か０．７５ｋｗの場合昇圧。

取出工程が１００秒均圧工程力月秒になるように設定す
る。即ちスイッチ２８ａ、２８ｃをオフ切替えると共に
、スイッチ２８ｂをオンにすることにより「Ｆ」か選択
され、スイッチ２８ｄ、２８ｆをオンにしてスイッチ２
８ｅをオフにすることによりｒＣＪか選択される。その
ため、昇圧、取出工程の動作時間か１００秒に設定され
、均圧工程か１秒に設定される。

このようにスイッチ２８ａ〜２８ｄを操作することによ
り昇圧、取出工程、均圧工程の動作時間を所望とする濃
度のガスを最適サイクル時間で生成することができ、し
かもプログラムを変更すること無く各工程の動作時間を
変更することができるので、設置現場においても簡単に
サイクル時間を調整することかできる。したがって、工
場においては制御回路２７に基本動作のプログラムを入
力しておけは良いので、各機種ごとの複数のプログラム
を用意する必要がない。又、装置か設置される場所の環
境（温度、湿度など）、吸着剤ＩＡ。

２Ａの吸着性能、吸着剤の経時変化なとに対して最適サ
イクル時間を調整して対応することができる。

なお、上記実施例では６個のスイッチ２８ａ〜２８ｆの
オン、オフの組み合わせにより６４種のサイクル時間を
設定することができ、スイッチ数を増やすことにより、
さらにサイクル時間の組み合わせを増やすことかできる
。又昇圧、取出、均圧、減圧の各工程毎に動作時間を設
定するようにしても良い。

サイクル時間設定手段としては上記スイッチ２８ａ〜２
８ｆに限らず、ダイヤル式のスイッチあるいはタイマを
利用するように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離装置は、各工程の動
作時間を個別に設定できるので、装置が設置される場所
の環境（温度、湿度など）、吸着剤の吸着性能、吸着剤
の経時変化などに対して最適サイクル時間を調整して対
応することができ、各工程の動作時間を所望とする濃度
のガスを最適サイクル時間で生成することができ、しか
もプログラムを変更すること無く各工程の動作時間を変
更することがてきるので、設置現場においても簡単にサ
イクル時間を調整することかできる。したかって、工場
においては制御回路に基本動作のプログラムを入力して
おけば良いので、各機種ごとの複数のプログラムを用意
する必要かなく、製造か容易となる等の特長を育する。

【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、第３図は窒素生成サイクルの各工程を説
明するための工程図、第４図は昇圧、取出工程の動作時
間とスイッチの組み合わせを説明するための図、第５図
は均圧工程の動作時間とスイッチの組み合わせを説明す
るための図、第６図、第７図はサイクル時間設定回路か
実行する処理を説明するフローチャートである。 １、　２・・・吸着槽、ＩＡ、２Ａ・・・吸着剤、３・
・・コンプレッサ、８，９−・・取出用弁、２２・・・
均圧用弁、２７・・・制御回路、２８・・・サイクル時
間設定回路、２８ａ〜２８ｆ・・・スイッチ。 箪２５１ｍ 第３１１ 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の気体供給用弁を開
   弁して該吸着槽に圧縮した原料気体を供給して前記吸着
   槽を昇圧する昇圧工程と、該吸着槽の取出用弁を開弁さ
   せて該吸着剤により生成された製品ガスを取出した後該
   吸着槽に残留するガスを外部に排出して吸着槽を減圧す
   る減圧工程とを繰返して製品ガスを生成する気体分離装
   置において、 前記各工程の時間を個別に設定する工程時間設定手段と
   、 該工程時間設定手段により設定された各工程時間に応じ
   て前記各弁を開、閉する弁制御手段と、を具備してなる
   ことを特徴とする気体分離装置。