JPH0940405A - 空気圧縮機内蔵形窒素ガス発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 空気圧縮機と窒素ガス発生機を囲繞してパッ
ケージセットとする空気圧縮機内蔵形窒素ガス発生装置
において、供給圧力安定のために無駄に排出している圧
縮空気を利用可能にすることを目的とする。 【構成】 空気圧縮機と窒素ガス発生機を囲繞してパッ
ケージセットとし、窒素ガス発生機に自動弁を介して、
原料空気を供給する配管回路に、リリーフ弁および、定
流量弁を分岐して併設し、定流量弁からの吐出する圧縮
空気を、窒素ガスと共に、併用可能にした空気圧縮機内
蔵形窒素ガス発生装置とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、膜分離法による窒素ガ
ス発生機に供給する原材料を作る空気圧縮機を、窒素ガ
ス発生機と共に内蔵してパッケージセットとした空気圧
縮機内蔵形窒素ガス発生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】混合気体をを分離するガス分離装置に
は、吸着剤を用いて分離する圧力変動吸着方式（ＰＳＡ
方式）と、微細透過孔膜を用いた膜分離方式があり、原
料気体を空気として、窒素または、酸素を分離していず
れかを発生させて利用する装置が一般的に知られてい
る。前記二つの方式はいずれの場合も圧縮気体を供給す
る必要があり、種々の圧縮機を用いた圧縮気体が使用さ
れている。圧縮空気が工場配管されている場合は、配管
から供給される圧縮空気をガス発生装置に接続すること
で原材料は得られるが、しかし、小規模工場、研究所等
の場合は、ガス発生装置と共に空気圧縮機を同時に設備
しなければならない。一方圧縮空気は、エア駆動型機械
の動力源として、二流体噴霧の一方の流体源として、ま
た、除塵等のエア源としてなど生産工場に置いて欠かす
ことのできない必要設備となっている。

【０００３】前記ガス発生装置において、従来は、ガス
発生装置と空気圧縮機を別体で設備するかまたは、ガス
発生装置に見合う圧縮機を併設して設備され、併設して
設備する場合は、ガス発生装置専用の圧縮機となってい
るのが通例となっている。

【０００４】空気圧縮機には運転制御機構としてアンロ
ーダまたは、圧力スイッチ制御により空気タンク等に貯
溜される吐出圧力が設定された最高圧力になると、前記
制御機構が作動して、無負荷運転または、運転停止が行
われる。そして、前記吐出圧力が低下すると再負荷運転
が行われる。この設定された最高圧力と、圧力が低下し
て再起動する圧縮空気の圧力差が略１．５気圧あり、こ
れが窒素ガス発生機に供給される場合に、この圧力差が
膜分離法式による窒素ガス発生機では窒素ガス濃度の変
動をもたらし、窒素ガスの純度を一定にすることが困難
となる。そのため窒素ガス発生機においては、圧縮空気
を供給する空気回路にリリーフ弁を設けて圧縮機が常時
一定圧力で運転するように、窒素ガス発生機からの純度
に応じ供給する空気量と、圧縮機の吐出空気容量との差
の量だけ常時空気を逃がすことによって、供給圧力の安
定を維持していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、空気圧縮機
と窒素ガス発生機を併設して、一体のパッケージに収納
するガス発生装置において、供給圧力を一定圧力に維持
するために、リリーフ弁を介して常時逃がして、無駄に
している圧縮空気を、定流量弁を用いて利用可能にする
圧縮機内蔵形窒素ガス発生装置を得ようとするものであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、空気圧縮機と
窒素ガス発生機を併設するガス発生装置において、前記
両機を一体に囲繞してパッケージに収納するガス発生装
置であって、窒素ガス発生機の圧縮空気供給側に配設さ
れる自動弁を介して、窒素ガス分離筒に原料空気を供給
する配管回路に、供給圧力安定のための、リリーフ弁お
よび、定流量弁を分岐して併設し、定流量弁を介して吐
出される圧縮空気を、窒素ガス発生機から吐出される窒
素ガスと共に、併用可能にした空気圧縮機内蔵形窒素ガ
ス発生装置であり、そして、前記パッケージに圧縮空気
取出口と窒素ガス取出口を設けたものである。

【０００７】また、空気圧縮機と窒素ガス発生機を一体
に囲繞してパッケージに収納するガス発生装置におい
て、窒素ガス発生機は、膜分離法による窒素ガス発生方
式である空気圧縮機内蔵形窒素ガス発生装置である。

【０００８】

【作用】スクロール圧縮機または、往復圧縮機等の圧縮
機を併設して一体のパッケージに収納した圧縮機内蔵形
窒素ガス発生装置で、圧縮機から供給される空気は自動
弁を介して、窒素ガス発生機に供給する。該自動弁は窒
素ガス発生機の吐出側に付設される圧力スイッチの信号
によって制御される。自動弁を介して供給される圧縮空
気は、供給圧力を一定にするための三方分岐回路を持
ち、一つはリリーフ弁，マフラーを介して排出し、一つ
は定量流量弁，逆止弁を介して圧縮空気取出口に接続す
る。そして今一つの主回路となる分岐口から、一定圧力
とした供給空気が、残存水分を排除するためのミクロフ
ィルタを経て、分子活動を活発化と、ガス供給温度を一
定に保つためのヒーターで昇温させて、微細孔膜からな
る窒素ガス分離筒で、酸素，水，二酸化炭素等の透過速
度の早い分子からなる酸素富化空気と、窒素，アルゴン
等の透過速度の遅い分子からなる不活性ガスに分離さ
れ、窒素を主体とする不活性ガスが分離筒取出口から吐
出される。分離筒取出口からの窒素ガスは、パッケージ
外面に付設される窒素ガス取出口から吐出され窒素ガス
タンクに貯溜される。

【０００９】上記構成において、三方分岐回路をもつ圧
力制御回路で定流量弁は、リリーフ弁の調整圧力と同等
か、極僅か低い圧力に調整されて一定流量で圧縮空気取
出口から空気タンクに一旦貯溜されて使用される。これ
によって従来はリリーフ弁，マフラーから常時放出され
ていた圧縮空気が使用できるようになる。そして、圧縮
空気取出口からの空気が使われないか、あるいは、貯溜
している空気タンク等が所定圧力になった場合には、も
う一方の分岐回路であるリリーフ弁から従来と同じよう
に排気される。

【００１０】窒素ガス発生のための原材料としての圧縮
空気は、前記したように、ミクロフィルタ，昇温ヒータ
を経て、窒素ガス分離筒で分離される。分離される窒素
ガスの純度は、窒素ガス分離筒内を通過する気体の通過
速度に比例し、通過速度が遅い場合は純度の高い窒素ガ
スが得られ、早い場合はその純度が低下する。すなわ
ち、セットされた窒素ガス分離筒の本数等の通過容量に
対して、供給される圧縮空気の量によって純度が決定す
る。このことから、窒素ガス分離筒の吐出側に流量調整
弁が付設され、その流量調整によって必要な純度が設定
される。また、窒素ガスの純度は、窒素ガス分離筒で分
離された窒素ガス中に含まれる酸素量または、酸素の有
無を酸素濃度計によって検知し、酸素濃度の表示から窒
素ガスの純度が換算される。

【００１１】

【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明
する。図１はパッケージ方式による空気圧縮機内蔵形窒
素ガス発生装置の側面構造図である。図１において、空
気圧縮機１０と窒素ガス発生機１１は台枠３上に併設し
て固定され、前記両機を、防音材が貼付けられた組立式
のパネル板１３で、箱型に囲繞してパッケージとしてい
る。そして空気圧縮機１０と窒素ガス発生機１１の間に
は、熱が直接窒素ガス発生機側に影響しないための、仕
切板１４で区画されている。図中１は、圧縮機本体で、
本実施例では無給油式スクロール圧縮機本体となってい
るが、本発明ではこの圧縮機が往復空気圧縮機等の他の
圧縮機が使用されても同様の効果が得られるもので、本
発明を限定する要素ではない。該圧縮機本体１は空気タ
ンク２上のベース２ａに固定されていて圧縮機本体１上
の全閉外扇モータ４によって駆動される。吸込フィルタ
５から吸引した空気は圧縮機本体１で圧縮され、吐出管
６を介して、アフタークーラ７で空冷される。空冷され
た圧縮空気は導入管８を介して、水分離器９で凝縮した
水を遠心分離や、フィルタによって分離し排出する。水
分が除去された圧縮空気は、導入管を介して空気タンク
２に貯溜される。該空気タンク２には窒素ガス発生機１
１に供給する吐出ジョイント２ｂが接続されている。

【００１２】図２は、空気圧縮機内蔵形窒素ガス発生装
置の正面図を示す。図１と同一構成部品には同一符号を
付して説明する。図２において、１３ａはパッケージの
組立式パネル板の一部を前面扉としているもので、内部
点検等のために、手動開閉可能な扉となっている。１５
は前記アフタークーラ７を空冷するためのファンであ
る。前面扉１３ａ上のパネル板１３ｂに、本装置を制御
する制御基盤１６があり、圧縮機の運転制御，窒素ガス
発生機の運転制御，自動弁自動制御等の制御が一括して
行えるようになっている。その他、パネル板１３ｂ上に
は、窒素ガスの圧力および、圧縮空気の圧力を表示する
圧力計および、取出される窒素ガスの純度を判定する酸
素濃度計１７等が配設されている。

【００１３】図３は、本発明の空気圧縮機内蔵形窒素ガ
ス発生装置のフロー図である。図３において図１，図２
と同一構成要素には同一符号を付して説明する。また、
実線は配管回路を示し、斜線付実線は制御回路を示した
ものである。そして本実施例では各所に配設される自動
弁として電気制御による電磁弁が使用されているので、
以下電磁弁と称する。図３において、空気圧縮機１０か
ら吐出された圧縮空気はアフタークーラ７で冷却され、
圧縮空気の冷却によって凝縮した空気中の水分を、水分
離器９によって分離排除した空気が、空気タンク２に貯
溜される。空気タンク２には空気タンクの底部に、自然
冷却によって凝結し、蓄積するドレン水を自動的に排水
するためのオートドレン２０が付設されている。空気タ
ンク２より吐出される圧縮空気は、電磁弁２１を介して
窒素ガス分離のための原材料としての圧縮空気が窒素ガ
ス発生機１１に供給される。

【００１４】電磁弁２１を経た直後にクロスジョイント
によって配管回路が三方に分岐されている。一つは所定
圧力で弁が開放されるリリーフ弁２３を介してマフラー
２４から大気に排出される。リリーフ弁２３は微小圧力
差で作動するダイヤフラム式のものが配設される。今一
つの回路は、定流量弁２２から逆止弁２２ａを介して圧
縮空気取出口１９から圧縮空気が取出され空気タンク
（不図示）等に貯溜され圧縮空気として使用可能にして
いる。主回路に供給する原材料としての圧縮空気を一定
圧力にするためのリリーフ弁２３および、定流量弁２２
は、まず定流量弁２２から空気圧縮機が常時負荷運転
し、原材料としての圧縮空気が一定圧力を維持する一定
量の空気を吐出させる。そして定流量弁２２から吐出さ
れた圧縮空気が使用されないかまたは、空気タンクが所
定圧力になると定流量弁２２は自動的に閉鎖され、リリ
ーフ弁２３が開放され、マフラー２４より大気に排出す
る。このことによって、空気圧縮機は一定圧力を維持し
ながら常時運転し、主回路の窒素ガス発生機に供給され
る圧力は厳密に一定に維持されて供給される。そして、
窒素ガス吐出側に付設される圧力スイッチ３３からの信
号によって、電磁弁２１が閉じられ、空気圧縮機は通常
の制御運転に切換えられる。

【００１５】主回路の圧縮空気は、空気中の水分，塵埃
等を完全に除去するために、除去効率の高いミクロフィ
ルタ２５が配設される。ミクロフィルタ２５を経た供給
空気は、供給空気の温度を高めて分子活動を活発にする
ためと、供給温度を一定にするためのヒーター２８が配
設されている。ヒーター２８は、供給空気の温度変化
が、窒素ガス分離濃度に影響するために、所定の一定温
度に制御するための検知体と、制御回路を内蔵してい
る。また、温度が高過ぎると分離膜に悪影響を及ぼすの
で通常７０℃以下の適当な温度に制御される。

【００１６】ヒーター２８で一定温度に制御された一定
圧力の圧縮空気が、微細孔膜で作られる細い糸状のチュ
ーブの集合体からなる窒素ガス分離筒１２で酸素等のガ
スと、窒素ガス等に分離される。窒素ガス分離筒１２
は、必要とする窒素ガスの容量および、窒素ガスの純度
または、供給する原料空気の量に適応する本数が付設さ
れる。図３のフロー図で点線で示す１２Ａは、空気圧縮
機の出力が大きく吐出量の多い場合に追加される窒素ガ
ス分離筒１２Ａを示したものである。

【００１７】窒素ガス分離筒１２から吐出する窒素ガス
回路に、必要に応じて電磁弁３５を開いて、窒素ガス等
の中に含まれる酸素の濃度または、酸素の有無を検知す
る酸素濃度計１７が配設され、窒素ガスの純度が計算さ
れる。三個の流量調整弁２６，２６ａ，２６ｂおよび、
これに接続される電磁弁２７，２７ａ，２７ｂは、窒素
ガスの純度を設定するための流量調節弁で、例えば窒素
ガスの純度を９９．９％，９９％，９７％の三段階に設
定し、必要とする窒素ガスの純度によって、電磁弁２
７，２７ａ，２７ｂのいずれかを選択して弁が開かれ
る。これは、流量調整弁２６の流量を厳密に調整して、
窒素ガス分離筒１２内のガス通過速度を調節することに
よって調整される。

【００１８】所定の濃度で吐出される窒素ガスは、逆止
弁３１を介して窒素ガスタンク３２に貯溜される。逆止
弁３１の前に配設される電磁弁２２，マフラー３０は、
始動時または、再起動時に電磁弁２１が開かれたとき、
窒素ガス発生機１１の配管回路中に滞留している残留ガ
スを、制御基盤１６の中に付設されるタイマーによっ
て、一定時間マフラー３０から排出し、窒素ガスが所定
の純度になってから、窒素ガスタンク３２に貯溜され
る。そして窒素ガスタンク３２または、逆止弁３１後の
配管回路に付設される圧力スイッチ３３が、設定された
所定の圧力になると作動して電磁弁２１を閉じる。窒素
ガスの使用等によって窒素ガスタンクの圧力が低下する
と再び圧力スイッチ３３が作動して電磁弁２１が開かれ
る。

【００１９】図４は膜分離法による窒素ガス分離筒１２
の原理を示す模式図である。図４において、窒素ガス分
離筒１２の一方の端部に圧縮空気供給口１２ａがあり、
筒の中央部に微細孔膜で作られた細いチューブ１２ｂが
多数本あり、多数本のチューブ１２ｂの両端を多孔板１
２ｃの孔に接続し、多数本のチューブ１２ｂ内を圧縮空
気を流すことによってチューブ１２ｂ側壁の微細孔より
酸素，ヘリュウム，水等の速度の早い分子がチューブ外
に透過し、酸素富化空気孔１２ｄより排出する。そして
窒素，アルゴン等の速度の遅い分子はチューブ１２ｂ内
をそのまま通過し、窒素ガス分離筒端部の分離筒取出口
１２ｅより窒素ガスを主体とする不活性ガスが吐出され
る。

【００２０】

【発明の効果】空気圧縮機と窒素ガス発生機を囲繞して
パッケージに収納するガス発生装置において、窒素ガス
分離筒に原料空気を供給する配管回路に、リリーフ弁お
よび、定流量弁を分岐して併設し、定流量弁から吐出さ
れる圧縮空気を、使用可能にしたことによって、従来無
駄に排出されていた圧縮空気が利用でき、動力の節約と
共に、本装置が一台二役の用途範囲の広い空気圧縮機内
蔵形窒素ガス発生装置となる。

【００２１】窒素ガス発生機に膜分離法による窒素ガス
分離機構の採用によって、吸着方式に比較して制御機構
が簡単な装置となる。

【００２２】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の空気圧縮機内蔵形窒素ガス発生装置の
側面構造図である。

【図２】図１の空気圧縮機内蔵形窒素ガス発生装置の正
面構造図である。

【図３】本発明の空気圧縮機内蔵形窒素ガス発生装置の
全体構成を模式的に示すフロー図である。

【図４】膜分離法によるガス分離を説明するための原理
図である。

【符号の説明】

１ 圧縮機本体 ２ 空気タンク ３ 台枠 ７ アフタークーラ ９ 水分離器 １０ 空気圧縮機 １１ 窒素ガス発生機 １２，１２Ａ 窒素ガス分離筒 １３ パネル板 １４ 仕切板 １６ 制御基盤 １７ 酸素濃度計 １８ 窒素ガス取出口 １９ 圧縮空気取出口 ２１ 電磁弁（自動弁） ２２ 定流量弁 ２６，２６ａ，２６ｂ流量調整弁 ２８ ミクロフィルタ ３３ 圧力スイッチ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空気圧縮機と窒素ガス発生機を併設する
   ガス発生装置において、前記両機を一体に囲繞してパッ
   ケージに収納するガス発生装置であって、窒素ガス発生
   機の圧縮空気供給側に配設される自動弁を介して、窒素
   ガス分離筒に原料空気を供給する配管回路に、供給圧力
   安定のための、リリーフ弁および、定流量弁を分岐して
   併設し、定流量弁を介して吐出される圧縮空気を、窒素
   ガス発生機から吐出される窒素ガスと共に、併用可能に
   した空気圧縮機内蔵形窒素ガス発生装置。
2. 【請求項２】 空気圧縮機と窒素ガス発生機を一体に囲
   繞してパッケージに収納する請求項１記載の装置である
   とき、前記パッケージに圧縮空気取出口と窒素ガス取出
   口を設けた空気圧縮機内蔵形窒素ガス発生装置。
3. 【請求項３】 空気圧縮機と窒素ガス発生機を一体に囲
   繞してパッケージに収納するガス発生装置において、窒
   素ガス発生機は、膜分離法による窒素ガス発生方式であ
   る請求項１記載の空気圧縮機内蔵形窒素ガス発生装置。