JPS63126519A - ガスの分別装置用の制御装置 - 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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は選択的吸着による空気の分別に関し、かつ特に
空気を分別して純度の高い成分を取り出す圧力変動式吸
着（ＰＳＡ）系すなわちシステムを制御することに関す
る。

（ロ）従来技術 優先的吸着による空気の分離のための異なるプロセスの
種々の部分を制御するための種々の制御装置が存在する
。米国特許第４．４７２４７７号は空気から純度の高い
窒素及び酸素濃度を高くしたガス留分すなわちガスフラ
クションを取り出すための真空変動装置に関する。この
真空変動装置は吸着塔を出る製品ガス中の不純ガスのパ
ーセンテージを監視しかつ空気の取り入れ流量を一定に
保ちながら吸着及び再生（すすぎ）の工程の持続時間を
調節する。この形式の制御の一つの問題は、製品ガス中
の不純物ガスを感知する設備が比較的速い応答時間を有
し、それゆえに比較的高価になることである。通常チャ
ンバの出力側に緩衝タンクが接続されかつ装置すなわち
システムから受ける窒素の虫を制御するために使用者に
よって弁が設けられる。製品ガスの不純物を測定するた
めに第２の不純物検出装置が使用者によって設けられた
弁の入口に接続される。加えて、プロセスの種々の工程
の時間を変えることは目的のガス製品の定常流量に分裂
を引き起こす。

本譲受人及び／又はその子会社は二つの吸着チャンバを
備えた圧力変動式吸着（ＰＳＡ）システムを販売してい
る。各吸着チャンバは進入する空気から酸素を優先的に
吸収する炭素組成物を含んでいる。第１及び第２の圧力
調整器（機械的に調整可能な圧力制御弁）がチャンバへ
の入口ライン及びチャンバからの出口ラインにそれぞれ
直列に接続されている。吸着チャンバの出口ラインに接
続された保持タンクは酸素を不純物として含んでいる窒
素ガスを集める。酸素検出器が保持タンクの出口ライン
に接続されている。システムはもし出口側ガスの酸素の
含有量が予め選ばれた限界を超えると自動的に閉じるよ
うに設計されている。酸素の傷はアナライザから人手に
より睨まれかつ第１の調整器の圧力設定値は圧力を制御
しかつそれによってシステム内への空気の流量を制御し
て回収された窒素中の酸素のパーセンテージを制御する
ように機械的に調節される。この機械的な調整の後、シ
ステムは１時間ないし１時間手動作して新しい定常状態
の動作点になる。酸素不純物のパーセンテージが予め選
ばれたすなわち所定の限界内であると決定されると、そ
れ以上の調整は必要ない。もしそうでないと、第１の調
整器の設定圧力の別の調整が行われかつシステムは新し
い定常状態の点に達するまで再び動作する。このプロセ
スは酸素不純物のレベルが所定の範囲内になるまで繰り
返される。もし空気の入力流量があまりに減少すると、
そのときは酸素の濃度が所定の限界よりも低い値に紘少
し、要求された窒素の出力流量も減少する。そのとき第
１の調整器は調整され、酸素不純物のパーセンテージを
所定のレベルに保ちながら窒素の出力流量を増加するよ
うに空気の入力流量を増加する。これらの手動の調整は
非常に時間を浪費しかつ正規の基本に基づいて特に要求
される。

炭素組成物による酸素の吸着の程度は流入する空気及び
吸着チャンバの周囲温度の関数である。

このように上記のシステムで発生される酸素不純物のレ
ベルは流入する空気及び吸着チャンバの周囲温度の関数
となる。例えば、システムは周囲温度７０゛Ｃにおいて
１％の不純物で毎時４００゜標準立方フィート（ＳＣＦ
Ｈ）を生産するように設計されている。このシステムは
周囲層１１’９０”Ｃにおいて４０００８ＣＦＨで１．
３％を有する出力を生産する。それゆえ、システムは最
も悪い条件の下でも所望の不純物レベルを生じるように
設計されなければならず、これは正常な周囲の条件にお
いてシステムが容量の点でオーバーに設計されることを
意味する。補修者による繰り返しの時間を浪費する調整
の必要性とシステムをオーバーに設計する必要性とによ
り、生産及び動作の経済性の点で明らかに改良の必要性
がる。

窒素の流量を有り得る温度条件において可能な限り多く
し同時にシステムの人手による調整の必要性を除去して
、酸素不純物のレベルを所定の値に保つように取入れ空
気流量が自動的にかつ連続的に調整される圧力変動式吸
着（ＰＳＡ）システムを得ることが望まれる。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は、窒素の流量を有り得る温度条件におい
て可能な限り多くし同時にシステムの人手による調整の
必要性を除去して、酸素不純物のレベルを所定の値に保
つように取入れ空気流量が自動的にかつ連続的に調整さ
れる圧力変動式吸着（ＰＳＡ）システム用の制御装置を
得ることである。

（ニ）問題を解決するための手段 本発明は、弁を備えていてその弁が少なくとも一つのチ
ャンバと連通している弁の開口の大きさを制御するアク
チュエータを有し、そのチャンバが中に入ってくるガス
の一つ又はそれ以上の成分を優先的に吸着するガス分別
装置と共に使用するようになっている制御装置において
、入力部及び出力部を有し、その出力部が弁の開口の大
きさを制御するために弁のアクチュエータに接続されて
いる変換装置と、チャンバを通って流れるガスの流ｍに
比例する信号を出力部で発生するためにチャンバに接続
された流量検出装置と、チャンバの出口に接続されてい
て、チャンバを出るガスの製品の成分中の不純物の量に
比例する信号を出力部において発生するようになってい
る不純物検出器と、出力部において基準信号と不純物検
出装置の出力信号との間の差に比例する信号を発生する
ために、チャンバから受けられるガスの生産物の成分内
に許容されるべき不純物の量を示す第１の基準信号に接
続されるようになっている第１の入力部を有しかつ不純
物検出装置の出力部に接続された第２の入力部を有する
第１の比較装置と、前記側の比較装置及び流量検出装置
から受けた信号を比較しかつ弁のアクチュエータをして
チャンバから出るガスの不純物の量を予め選ばれたレベ
ルに保つように弁の開口の大きさを調節させる信号を変
換装置に発生させる信号を出力部において発生するため
に、流量検出装置の出力部に接続された第１の入力部と
、前記第１の比較装置の出力部に接続された第２の入力
部と、変換装置の入力部に接続された出力部とを有して
いる第２の比較装置と、を備えて構成されている。

（ホ）作用 本発明はガス分別装置すなわちシステムと共に使用する
ための制御装置を意図している。制御装置の第１の部分
は生産される回収ガス（製品ガス）内の不純物成分のレ
ベルを監視し、かつ製品ガス中の不純物成分を所定のレ
ベルに保つと同時に製品ガスの流量を可能な限り多くす
るようにシステムを流れるガス流量を自動的にかつ連続
的に調整する。

分別システム（ｆｒａｃｔｉｏｎａｌｉｚａｔｉｏｎ　
５ｙｓｔｅＩ＋＋）はアクチュエータを有する弁を備え
、そのアクチュエータはチャンバと連通ずる開口の大き
さを制御し、そのチャンバはその中に入ってくるガスの
一つ又はそれ以上の成分を優先的に吸着するようになっ
ている物質を収容している。制御装置は変換装置と、流
量検出装置と、不純物検出器すなわち検出装置と、第１
及び第２の比較装置とを備えている。

変換装置は入力部と出力部とを有し、出力部は弁のアク
チュエータに接続されている。変換装置は弁の開口の大
きさを有効に制御してチャンバを通るガスの流量を制御
する。流量検出装置はチャンバに接続されかつチャンバ
を通して流れるガスの流量に比例する信号を流量検出装
置の出力部において発生する。不純物検出器はチャンバ
の出口に接続されかつチャンバを出る製品ガス中の不純
物の量に比例する信号をその検出器の出力部において発
生する。第１の比較装置は第１の基準信号に接続される
ようになっている第１の入力部を有しかつ不純物検出器
の出力部に接続されるようになっている第２の入力部を
有している。第１の基準信号のレベルは製品ガス中に許
容される不純物ガスの量に比例するように選ばれる。第
１の比較装置は基準信号と不純物検出器から受ける信号
との差に比例する信号をその比較装置の出力部において
発生する。第２の比較装置は第１及び第２の入力部と、
第１の比較装置の出力部への流量検出装置の出力部及び
変換装置の入力部にそれぞれ接続された出力部とを備え
ている。第２の比較装置は第１の比較装置及び流量検出
装置から受けた信号を比較し、かつ製品ガス中の不純物
を予め選ばれたすなわち所定のレベルに保つように変換
装置をして弁の開口の大きさを調整させる信号をその第
２の比較装置の出力部において発生する。

好ましい実施例において、分別装置すなわちシステムは
、人力ガスが空気であり、製品ガスが窒素でありかつ不
純物ガスが酸素である圧力変動式吸着（ＰＳＡ）システ
ムである。流量検出装置は出力信号として電流を発生す
る圧力モニターである。変換装置はその入力部における
電流信号に応答しかつその信号に比例する力をその出力
部に発生する。この力はその力及びその方向に比例する
量で弁を開閉する。第１及び第２の比較装置は別個の電
気及び空気要素を備えている。好ましい実施例において
、マイクロプロセッサによって実行されるソフトウェア
・ルーチンとして実現されている。

本発明の制御装置は、圧力変動式吸着装置すなわちシス
テムにおける空気の入力流量を、窒素が典型的に９７％
或はそれ以上のパーセンテージの純度で得られるように
、自動的にかつ連続的に調整する。制御回路は、もし酸
素不純物のパーセンテージが所定のレベルよりも低くな
るなら不純物酸素レベルを所定のレベル以上になお保つ
と同時に出力窒素流量を増加するように、人力空気流型
を自動的に増加する。その結果、もし入力のパーセンテ
ージが所定のレベルよりも高くなると、制御回路は出力
窒素流量を減少しかつ不純物のパーセンテージを所定の
レベルに保つように入力空気流量を自動的に減少する。

好ましい実施例において、圧力変動式吸着システムは空
気を窒素と酸素に分離する。窒素は製品ガスでありかつ
窒素と混合された酸素は不純物と見なされる。圧力変動
式吸着システムは二つのチャンバと”動作サイクルを使
用し、その動作サイクルは、（ａ）チャンバの一つは空
気で満たされ、その空気はチャンバ内の炭素組成物が空
気から十分な量のＷＲ素を吸着しかつチャンバ内で所定
の圧力が生起されるための十分に長い時間の間そのチャ
ンバ内に保たれる加圧部分と、（ｂ）いくらかのＷｌ素
を有する窒素がチャンバから出て緩衝タンク内に集めら
れる生産部分と、（ｃ）二つのチャンバが共に接続され
かつ両チャンバ内の圧力が等しくなる平衡部分とを備え
ている。一つのチャンバが加圧されかつ続いて窒素を生
産する時間の間、他のチャンバは再生しかつ加圧された
ときより多くの酸素を吸着できるように酸素濃度が大き
くなった不用ガスを排気口を介して排気させる。酸素が
濃くなった不用ガスは、典型的には、酸素、窒素、水蒸
気、二酸化炭素及びその他の微少の元素である。動作サ
イクルの平衡部分の後で第２のチャンバは加圧されかつ
第１のチャンバは酸素の濃くなった不用ガスを排気する
。

サイクルの生産部分中に制御装置の第１の部分は第１の
弁の位置を自動的にかつ連続的に調整する。これは、生
産された窒素中の酸素のレベルを予め選ばれたすなわち
所定のレベルに保つように、チャンバ内への空気の流量
を調節する。動作サイクルの加圧部分の間に制御装置は
その第２の部分を有し、その部分は、チャンバ内への空
気の流量を制御して所定の時間間隔内で起きる加圧を容
易にし、製品ガスが放出される前に十分に酸素を吸着す
るのを許容する適当な滞留時間をチャンバに与えるよう
に、加圧されるチャンバ内の圧力を検出しかつサイクル
の次の加圧部分の始めに弁の開口を自動的に調節する。

制御装置の第２の部分は、チャンバ内の圧力を測定する
ための圧力検知装置と、平衡圧力から所定のレベルにチ
ャンバの一つを加圧するのに必要な時間を測定するため
の加圧時間測定装置と、第３の比較装置とを備えている
。圧力検知装置は加圧時間測定装置の入力部に接続され
ている。加圧時間測定装置の第２の出力部はチャンバの
加圧中に達成されるべき所望の最終圧力に比例する基準
レベルに接続されるようになっている。第３の比較装置
は加圧時間測定装置の出力部に接続されるようになって
いる第１の入力部を有し、かつ第２の入力部によって時
間基準信号に接続されるようになっていて、その信号の
レベルは加圧されるチャンバが所定の圧力に達するのが
望まれる所定の時間に比例する。第３の比較装置の出力
部は変換装置の入力部に接続されている。第３の比較装
置の出力信号はそこに加えられる入力基準信号と加圧時
間測定装置から受ける信号との差に比例する。

この出力信号は、加圧を所定の時間内に容易に行うよう
にチャンバ内への空気流量を調整するために弁の開口の
大きさが動作サイクルの加圧部分の初期において調整さ
れかつ固定されるように、変換装置を制御する。

（へ）実施例 以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する
。

第１図において、発明の背景において商業的に入手でき
るシステムとして簡潔に示された圧力変動式吸着（ＰＳ
Ａ）装置すなわちシステム１Ｇの基本要素が示されてい
る。圧力変動式吸着システム（以下単にシステム）１０
は入口１３を有する空気圧縮機１２と、空気収容タンク
１４と、水及び油フィルタ［６と、圧力調整器１８及び
２Ｑと、オリフィス板２２と、弁２４．２６．２８．３
０．３２．３４ａ及び３４ｂと、チャンバ内の空気から
酸素を優先的に吸着するようになっている炭素組成物（
図示せず）をそれぞれ収納している第１及び第２の吸着
チャンバ３８及び４０と、窒素緩衝タンク４４と、不純
物（酸素）検出器（酸素センサ及びトランスミッタ）４
６とを備えている。

典型的に、システム１０の最終的な使用者はシステム１
Ｇから受ける窒素ガスの量を弁４８の出口５０で制御で
きるようにタンク４４の出口に弁４８を接続する。

空気は空気圧縮器の入口１３を通して吸入されかつ窒素
は出口５０を通してシステム１０から出る。

空気圧縮器１２の入口１３に吸引された空気はタンク１
４内に供給される。圧縮器は典型的な油が満たされたね
じ型圧縮器である。タンク１４からの空気はフィルタ１
６を通り、そこにおいて油及び水の小滴は除去される７
空気はそれから調整器１８を通過する。レギュレータす
なわち調整器１８は、出口で圧力を検知しかつ出口側（
下流側）の圧力が弁が制御するように機械的に設定され
る値かそれよりの低いとき弁を開いておく機械式圧力調
整部のある弁である。調整器１８が制御する圧力（設定
圧力として知られている）は、その一部分を回転して内
側のばね（図示せず）の圧縮量を調節することによって
機械的に調整される。空気はオリフィス板２２の開口（
図示せず）を通過し、そのオリフィス板は炭素構造物す
なわら組成物の破損を阻止するようにチャンバ３８及び
４０に入る空気の最大流量を制限する。弁２４及び２６
はオン−オフ型の弁であり、その一方が開いて他方が閉
じるように動作される。弁２４及び２６は、チャンバ３
８及び４０からそれぞれかつ調整器を通してガスの流れ
を許容するが逆方向の流れを阻止する一方向型のオン−
オフ弁（逆止弁）である。典型的に、製品ガス（窒素）
はチャンバ３８及び４０から流れ、それゆえに弁３２又
は弁３６が開きかつ他方が閉じる。空気は、弁２６及び
３２が開きかつ弁２４及び３６が閉じているときチャシ
バ３８内には流れるがチャンバ４０内には流れることが
できない。弁２６が閉じかつ弁２４が開いているとき空
気はチャンバ４０内には流れるがチャンバ３８内には流
れることができない。調整器１８及び２０並びに弁３２
．３６及び４８を除いて弁の総てを開閉するために自動
化された制御装置（図示せず）が特に使用される。

システムｌＯは加圧部分、生産部分及び平衡部分を有す
るサイクルで動作する。一時に単に一つのチャンバ３８
及び４０が空気を受ける。弁２６．３Ｇ及び３２が開き
かつ弁２４．２ｇ、３４ａ、３４ｂ及び３６が閉じてい
ると仮定する。圧縮器１２からの空気はチャンバ３８を
満たしかつそのチャンバ３８内の圧力を調整器２０が開
くレベルになるまで上昇させる。これはサイクルの加圧
部分として知られている。チャンバ３８内の圧力が調整
４２０の設定圧力に達すると、調整器２０は開き製品の
窒素を放出する。これはサイクルの生産部分で行われる
。空気はサイクルの生産部分中にチャンバ３８内に入り
続け、連続して酸素を吸着する。製品の窒素はチャンバ
３８を出て調整器２０を通過しかつタンク４４内に集ま
る。チャンバ３８に対するサイクルの加圧及び生産部分
中、チャンバ４０は酸素が濃くなった不要ガスを弁３０
を通してかつ排気口４２を介して大気中に解放すること
によって再生される。酸素が濃くなった不要ガスは、典
型的には酸素、窒素、水蒸気、二酸化炭素及びその他の
わずかな元素である。このとき弁２８は閉じられかつそ
れゆえに空気及びその成分は弁２６及び排気口４２を介
してチャンバ３８から出ない。

チャンバ３８に対するサイクルの生産部分の終わりにお
いて、弁２４．２６．３０．３２及び３６は閉じられか
っ弁３４ａ及び３４ｂは開かれる。これによりチャンバ
３８及び４０内の圧力は等しくされる。典型的には弁３
４ａはチャンバの上部近くに配置されかつ弁３４ｂはチ
ャンバの底近くに配置される。動作サイクルのこの部分
は平衡部分と言われる。ここで弁２Ｇ、３０゜３２及び
３４は閉じられかつ弁２４．２ｇ及び３６は開かれる。

これにより空気はチャンバ４０に流れることができかつ
チャンバ４０内の圧力は調整器２０が開く圧力まで上昇
する。これはチャンバ４０に対するサイクルの加圧部分
である。チャンバ４０内の窒素は調整器２０を通りかつ
タンク４４内に集められる。これはチャンバ４０に対す
るサイクルの生産部分である。チャンバ４０の動作サイ
クルの加圧及び生産部分中に酸素が濃くなった不用のガ
スは弁２８及びガス抜きすなわち排気口を通してチャン
バ３８を出て排気口４２を通して大気中に出る。これは
チャンバ３８内の炭素組成物を再生する。弁２４．２６
．２８．３０．３２及び３６はそれから閉じられかつ弁
３４ａ及び３４ｂは開く。これによりチャンバ３８及び
４０内の圧力は等しくされる。新しいサイクルが始まり
、チャンバ３８は空気で再び加圧される。

一つの応用例において、システム１０は典型的に二つの
少ないサイクルで動作される。最初のおおよそ２５秒の
間、空気は開いた弁２６を通してチャンバ３８内に供給
され、かつ酸素は、チャンバ内の圧力が調整器の設定点
に達するまで上昇するときチャンバ３８の炭素組成物内
に吸着される。こらが起こると、調整器２０が開きかつ
窒素は次の３１秒の間に弁３と、調整器２０を通してチ
ャンバ３８の外に流れ、タンク４４に入る。弁３４ａ及
び３４ｂはそれから４秒間開かれ他の総ての弁が閉じて
いる間にチャンバ３８及び４０内の圧力を等しくする。

次の５６秒間に弁２６．３０．３２，３４ａ及び３４ｂ
は閉じられかつ弁２４．２８及び３６は開かれる。次の
５６秒の間にチャンバ３８の炭素組成物内の酸素は排気
パイプすなわち排気口４２を通して大気中に排気されか
つ空気はチャンバ４０内に流れる。酸素はチャンバ４０
内で吸着されかつ窒素は開いている弁３６及び調整器２
０を通してチャンバ４０から流出し、それからタンク４
４内に入る。弁３４はそれから再び４秒間開き、弁２４
．２６．２８．３０．３２及び３６が閉じている間にチ
ャンバ３８と４０との圧力を等しくする。サイクルは、
弁２６．３０及び３２が開きかつ弁２４．２ｇ、３４及
び３Ｇが閉じて再び開始する。

市場で入手可能な圧力変動式吸着システムにおいて、調
整器２０は窒素が生産されるときサイクルの生産部分中
にチャンバ３８及び４０内で基本的に一定の圧力を保つ
ために設定される。調整１１８の設定圧力は、その一部
を回転することによって手で調整され、システムを通し
た流量を確立しかつ制御するように調整４１８の出口と
調整器２０入口との間で差圧を生起する。調整器１８の
設定圧力は、もし酸素検出器４６のゲージの示度によっ
てタンク４４内の酸素のパーセンテージが予め選ばれた
すなわち所定の限界よりも大きいことが決定されたなら
ば、チャンバ３８及び４０内への空気流を調整器が更に
制限するように調整される。これによりチャンバ３８及
び４０は流入する空気から高いパーセンテージの酸素を
吸着し、それはタンク４４に到着する酸素の量を少なく
する。逆に、調整器１８の設定圧力は、もしタンク４４
内の酸素のパーセンテージが所定の限界よりも低いこと
が決定されたならばチャンバ３８及び４０内への空気の
流量を増加するように、調整される。これによりチャン
バは流入する空気から少ないパーセンテージの酸素を吸
着し、タンク４４に到着する酸素の壷を増加する。典型
的には、調整器の設定圧力が十分に感知するように調整
されたのち１時間ないし１時間半かかる。最初の調整で
所望の結果が得られないならば、更に時間のかかる調整
が必要である。

流入空気の温度及びチャンバの温度はチャンバ３８及び
４０の炭素組成物に吸着される酸素のｍに影響する。こ
のように、窒素製品中に含まれる酸素のパーセントはこ
れらのパラメータで変わる。市販で入手可能なシステム
１０は好ましくない温度の変化を補償するためにしばし
ば界磁（ｆｉｅｌｄ）を調整する必要がある。

第２図において、鎖線の長方形１０２（制御装置＋０２
として示される）内に示された自動制御装置を備えた圧
力変動式吸着（ＰＳＡ）系すなわちシステム１００が示
されていて、その制御装置は調整器１８及び２０が弁１
８ａ及び２０ａに代わった以外は第１図のシステム１０
と基本的に同じのシステムに接続されている。弁ｆ８ａ
、２０ａはそれぞれ弁１８ａ及び２Ｏａ内の開口（図示
せず）の大きさを制御するアクチュエータ１８ａｌ及び
２０ａｌにそれぞれ接続されている。

制御装置１０２は、第１．第２及び第３の圧力センサ及
びトランスミッタ１０４．１０６及び１０８（又は検出
装置として示される）と、第１及び第２の変換器（又は
変換装置として示される）１１Ｏ及び１１２と、第１、
第２及び第３の比較制御装置（又は比較装置して示され
る）１１４．１１６及び１１８を備えている。

圧力センサ及びトランスミッタ１０４は流ｍ検出装置又
は圧力検出装置としても示される。

圧力センサ及びトランスミッタ１０４は弁１８ａび出口
をオリフィス板２２の入口に接続する導管に接続されて
いる。圧力センサ及びトランスミッタ１０４は弁１８ａ
とオリフィス２２（入口空気圧として示される）との間
の導管内の圧力を感知（測定）する。

その出力部において測定された圧力に比例する電流信号
を発生する。圧力センサ及びトランスミッタ１０４は比
較制御装置１１８の入力部に接続されている。比較制御
装置１１８の出力部は変換器１１０の入力部に接続され
ている。変換４１１０の出力部は弁１８ａのアクチュエ
ータに接続されている。変換器１１０は、典型的には、
入力部で受けた電流信号に応答して出力部に力を発生す
る電流−圧力変換器である。弁ｔ８ａのアクチュエータ
１８ａｌに加えられる力は弁１８ａの開口（図示せず）
をそこに加えられた力の大きさ及び方向に比例して拡大
し或は縮小する。

比較器すなわち比較制御装置１１８は比較制御装置１１
４の出力部に接続される設定点入力部ｓ、ｐ、　ｌを有
している。後述から明らかなように、比較制御装置１１
８の設定点入力部ｓ、ｐ、ｌにおける比較制御装置１１
４から受けられた信号は弁１８ａの開口の大きさを調節
することによってチャンバ３８及び４０内に流れる空気
の流量を効果的に調節する。設定点入力部ｓ、ｐ、　ｌ
における信号レベルは比較制御装置１１４の出力部に発
生する信号と同じであり、必要な入口空気圧を示す。比
較制御装Ｃ１１８はこの信号と圧力センサ及びトランス
ミッタ１０４によって発生される信号とを比較しかつ二
つの信号の間の差に比例する信号を出力部に発生する。

変換装置１１Ｇは、もし測定された圧力が設定点入力部
の圧力よりも大きいならば、その出力部における圧力を
設定点入力部の圧力レベルまで降下させるように弁の開
口の大きさを縮小させる。これにより弁１８ａを通りか
つチャンバ３８又は４０内に入る空気流は誠少する。も
し測定された圧力が設定点入力部の圧力よりも低いと弁
１８ａの出口における圧力を設定点入力部のレベルまで
上げるように、弁１８ａの開口の大きさは拡大される。

これにより弁１８ａを通りかつチャンバ３８又は４０内
に入る空気流は増加する。

測定された圧力が設定点入力部のレベルであれば弁の開
口の大きさは保たれる。弁１８ａの出口の圧力はチャン
バ３８又は４０内への空気流に比例する。

したがって、圧力を調整することはチャンバ３８及び４
０の一方又は他方への空気の流量を調整することになる
。

有用な領域に亙って、チャンバ３８及び４０内への空気
の流量はタンク４４内に集められた窒素製品中の不純物
の量に比例する。後述から明らかなように、もし生産さ
れた窒素中の酸素の１が予め選ばれたすなわち所定のレ
ベル以上であると、比較制御装置１１４は、チャンバ３
８及び４０内への空気流量を減少するように弁１８ａの
開口の大きさを減少させる出力信号を発生する。これに
よりチャンバ３８及び４０に入る空気からの酸素の吸着
を増大させる。

したがって、タンク４４に達した窒素製品は少量の酸素
を含んでいる。逆に、もし製品中の酸素の量が所定のレ
ベルよりも少ないと、比較制御装置１１４はチャンバ３
８及び４０内への空気流量を増加するように弁１８ａの
開口の大きさを増大させる出力信号を発生する。

比較制御装置で実行される数学的機能（Ｍａｔｈｅｍａ
ｔｉｃａｌ　Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）は次の通りである。

Ｍ　＝　Ｇ　（ｒ−ｃ）　＋　Ｋ　、（Ｂｑ、　１）こ
こで、脇は出力、Ｇは比例ゲイン、ｒは比例制御装置１
１８の入力ポートの設定点入力部ｓ、ｐ、　ｌへの第２
の入力信号（設定圧力）、ｃは比較制御装置１１８への
第１の入力信号（プロセス可能な存在圧力ｔｈｅ　　ｐ
ｒｏｃｅｓｓ　ｖａｒｉａｂｌｅ　ｂｅｉｎｇ　ｐｒｅ
ｓｓｕｒｅ）　、及びＫはｒ−ｃ＝ｏのとき（すなわち
ｒとＣとの間に差（誤差）がな゛いとき）の比較制御装
置１１１ｇの出力レベルである。

好ましい実施例において、比較制御装置１１４．１１６
及び１１８は、イーグル・シグナル・モデル（Ｅａｇｌ
ｅ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｍｏｄｅｌ）　Ｎｏ、ＥＰＴＡ）［
２４０マイクロプロセツサ・ベースのプログラム可能な
制御装置であり、その制御装置はそこの設けられたソフ
トウェアを使用し、そのソフトウェアは比例積分及び導
関数（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｒｉａｌ−）ｎｔｅｇｒａｌ
　ａｎｄ　Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ（Ｐ−１Ｄ））制御ア
ルゴリズム（Ａｉｇ□ｒｉＬｈｕｍ）を含んでいる。

圧力センサ及びトランスミッタ１０６の入口はチャンバ
３８及び４０を弁２０ａの入口に接続している導管に接
続されている。圧力センサ及びトランスミッタ１０６は
チャンバ３８及び４０と弁２０ａの入口との間で導管内
の圧力を感知（測定）しかつ測定された圧力に比例する
電流信号をその出力部で発生する。

圧力センサ及びトランスミッタ１０６の出力部は比較制
御装置１１６の第１の入力部に接続されている。

比較制御装置１１６の出力部は変換器１１２の入力部に
接続されている。変換器１１２の出力部は弁２０ａのア
クチュエータ２Ｇａｉに接続されている。変換１１１２
は基本的には変換器１１０と同じでありかつアクチュエ
ータ２０ａｌに加えられる力の大きさ及び方向に比例し
て弁２０ａの開口の大きさを拡大し或は縮小する。比較
制御装置１１６の第２の入力ｓ、ｐ、２は固定の基準信
号Ｖｅｒｆ２に接続されている。基準信号Ｖｅｒｒ２は
所定の圧力に相当し、その圧力で運転すなわち動作サイ
クルの生産部分中にチャンバ３８及び４０が動作される
のが望まれる。

比較制御装置１１６は二つの入力の信号レベルを比較し
かつ弁２０ａの入力部において測定された圧力と入力ｓ
、ｐ、２における加えられた基準信号Ｖｒａｒ２との間
の差に比例するレベルを有する出力信号を発生ずる。変
換装置すなわち変換器１１２は、もし測定された圧力が
基準信号ＶｒｃＪ２よりも大きいと圧力を減少するよう
に、弁２０ａの開口を拡大させる。弁２０ａは、もし測
定された圧力が基準信号ＶｒｃＪ２よりも小さいと圧力
を増加するように、その開口を縮小する。圧力センサ及
びトランスミッタ１０６及び変換器１１０．１１２の組
み合わせは、動作サイクルの生産部分中にチャンバ３８
及び４０内で圧力を基本的に一定の所定の圧力に保つよ
うに、弁２０ａの開口の大きさを制御するように作用す
る。

弁１８ａの開口の大きさを調整することによって行われ
る弁の出口の圧力の変化は、動作サイクルの生産部分中
のチャンバ３８及び４０内の圧力が基本的に一定でかつ
比較制御装置１１６に加えられる基準信号Ｖｒｅｆ２に
よて決定されるように、基本的にオリフィス板を横切っ
て降下される。システム１００は、チャンバを通して連
続的に流れが起こるように動作サイクルの加圧及び生産
部分中にチャンバ３８及び４０を横切って確実な圧力降
下が存在するように、設計されている。

比較制御装置１１６によって実行される数学的機能は次
の通りである。

Ｍ　＝　Ｇ（ｃ−ｒ）　＋　Ｋ　、　　（Ｅｑ、　２）
ここでＭ、Ｇ、ｃ、ｒ及びＫは比較制御装置１１８の動
作に対して前に与えられた式の記号と同じである。

酸素検出器４６の出力部は比較制御装置１１４の第１の
入力部に接続されている。比較制御装置１１４の第２の
入力部ｓ、ｐ、３は、製品中に許容される酸素の最大レ
ベルを示す基準信号Ｙｒｅｆ３に接続されている。比較
制御袋ａ１ｔｉ４の出力部は比較制御装置１１８の入力
部ｓ、ｐ、　１に接続されている。

酸素検出器４６は出力電流信号を与え、その信号のレベ
ルはタンク４４から受けた窒素中の酸素のパーセンテー
ジに比例する。基準信号Ｖｒｅ「３は、タンク４４内で
許容されるべき酸素の最大の所望のレベルに比例するレ
ベルを有する信号である。比較制御装置１１４は、測定
された酸素のパーセンテージ（酸素検出器４６の出力信
号）を最大の期待値である基醐信号Ｖｒｅｒ３と比較し
、かつ二つの信号の間の差に逆比例する出力信号をその
出力部に発生ずる。もしタンク４４内の酸素のレベルが
基準信号Ｖｒｃｆ３より大きいと、比較制御装置１１４
の出力信号は、もし酸素レベルが期待値か又はそれより
も低い場合より６低い。この出力信号は比較制御装置１
１８の入力部ｓ、ｐ、　１における入力信号になる。こ
れにより、比較制御装置１１８はその出力信号を減少し
、それにより変換器１１０をして弁１８ａのアクチュエ
ータ１８ａｌに加えられる力を調節させ、弁１８ａの開
口を縮小させる。これにより動作サイクルの生産部分中
のチャンバ３８及び４０内への空気の流量が減少し、タ
ンク４４に達する酸素の量が効果的に減少する。これは
タンク４４内の窒素を所望の純度に保つ。

比較制御装置１１４は、もしタンク４４内の酸素のレベ
ルが最大の所望のレベル１ｒｅｆ３）よりも顕著に低い
と、流入する空気の流量を増加するように入力ＩＫｓ、
ｐ、１への入力信号を増加させる。これはまた酸素の含
有量を所定のレベルに保つと同時に生産される窒素の量
を増加する。

比較制御装置ｉｉ４で実行される数学的機能は次の通り
である。

Ｍ　　＝　　Ｇ［（ｒ−ｃ）　　＋　　１／Ｉ（ｒ−ｃ
）ｄｔ　　＋　　Ｄｄ（ｒ−ｃ）／ｄｔコ　＋に、　　
（Ｅｑ、３）ここで、滅は比較制御装置１１４の出力、
Ｇは比例ゲイン、Ｃは比較制御装置１１４への第２の入
力信号（プロセス可変−酸素の不純物パーセンテージ）
、ｒは比較制御装置１１４の入力部ｓ、ｐ、３への第３
の入力信号（Ｖｒｅｆ３）　、Ｉは積分定数、Ｄは導函
数又は微分定数、及びＫはもしｒ−ｃ＝０　（ｒとＣと
の間に差（誤差）がない）ならば出力となる定数である
。

システム１００の使用者に窒素の必要性が減少した場合
、弁４８を閉じる。これにより窒素の出力流量ははっき
りと減少しかつチャンバ３８及び４ｏ内への空気の流量
をはっきりと制限する。それゆえチャンバ３８及び４０
は流入する空気から高いパーセンテージの酸素を吸着で
き、これにより製品窒素中の酸素の含有量が減少する。

酸素センサ及びトランスミッタすなわち検出器４６は比
較制御装置１１８への増加した出力信号を発生する比較
制御装置１１４に減少した電流信号を与え、その比較制
御装置１１８は弁１８ａの開口を大きくする変換器１１
０への増加した出力信号を発生する。これは酸素の含有
量を基準信号Ｖｒｅｆ３の値まで増加しようと試みると
きチャンバ３８及び４０内への空気の流量を増加する装
置を提供する。しかしながら、チャンバ３８及び４０内
への空気流は使用者の窒素の需要にしたがって設定され
る弁４８の開口によって制限される。比較制御装置１１
４は弁１８ａの開口が完全に開くまでその大きさを増加
するように作用し続ける。もし使用者がより多くの窒素
を必要としかつ弁４８を開くと、チャンバは空気で満た
され酸素の不純物のパーセンテージは急激に上昇する。

比較制御装置１１４は十分に急激に応答できずかつシス
テムは自動的に停止する。

このようなことが起こるのを阻止するために、タンク４
４はもし弁４８があきらかに閉じられていれば起こるで
あろう圧力の上昇が監視される。この圧力の上昇は、検
出器１０８を介して比較制御装置１１４に伝達され、そ
の比較制御装置１１４はそのような信号を受けたとき入
力部ｓ、ｐＪの入力信号レベルをして、ゼロの誤差が比
較制御装９１１４内に発生するように、検出器４６の出
力部に存在するレベルにさせる。これはＥＱ、３の数学
的制御アルゴリズムにしたがって比較制御装置１１１４
の出力信号レベルを凍結する。これは比較制御装置１１
８の入力を弁４８が閉じられる前の値に保つ。弁４８が
再び開かれると、取り入れ空気流は弁４８が閉じられる
前の流量になる。このように、タンク４４内に流れる窒
素の純度は前のレベルに戻る。

これらは使用者の窒素の需要が少しだけ減少しかつ弁４
８が僅かに閉じられた状態である。製品中の酸素の含有
量は僅かに減少し、一方タンク４４内の圧力は増加して
検出器１０ｇをして比較制御装置１１４を解除させる。

この減少した要求の間、周囲の温度の変化により窒素の
不純物の含有量は設定値Ｖｒｅｆ３よりも大きなレベル
にまで増加する。このような場合、比較制御装置１１４
は検出装置１０ｇからの解除信号を無視しかつ検出器４
６からの信号に応答して酸素の含有量を所定のレベルに
するようになっている。

比較制御装置１１４は、システム１００の動作を選択ス
イッチを介して手動モードの動作又は自動モードの動作
にできるように設計されている。比較制御装２ｉ１１４
は、窒素の要求が減少したときと同様の方法で解除され
るようになっている。手動モードの動作において、操作
者は比較制御装置１１ｇの入力部ｓ、ｐ、　１への信号
レベルを選択しかつそこに加える。比較制御装置１１４
は比較制御装置１１８の入力部ｓ、ｐ、１への加えられ
るレベルを保ちかつ比較制御装置１１８を制御するよう
に設計されている。

手動動作はシステム１００の始動中又はシステム１００
の試験中に有用である。通常の運転すなわち動作中シス
テム１０Ｇは自動モードで動作される。

比較制御装置１１４はシステム１００が自動モードから
手動モードに切り換えられるとき衝撃無しの変換器を提
供する。システム１００が動作の自動モードにあるとき
比較制御装置１１８の入力部ｓ、ｐ、１への信号レベル
は比較制御装置１１４によって制御される。システムｌ
ＯＯが動作の手動モードにあるとき比較制御装置１１ｇ
の入力部ｓ、ｐ、　１への信号レベルは手動で設定され
かつこの手動の設定はオーバーライドされないようにな
っている。システム１０Ｇが手動から自動に切り換えら
れると、比較制御装置１１４は、動作の一つのモードか
ら他のモードへの衝撃無しの切換えを確保するために、
比較制御装置１１８の入力部ｓ、ｐ、　ｌに前辺て手動
で与えられた値を少しの間保持させる。

第３図において、基本的に第２図のシステム１００の総
ての構成要素を含みかつ鎖線の長方形１００２　（制御
装置１００２として示される）内に加圧時間測定装置１
００４及び比較制御装置１００６を別に含んでいる圧力
変動式吸着（ＰＳＡ）系すなわちシステム１ｏｏｏが示
されている。加圧時間測定装置１００４及び比較制御装
置　１００６は、チャンバ３８又は４０のいずれかを基
準信号Ｖｒｅｆ２の圧力にさせるのに必要な時間を制御
するように、動作サイクルの加圧部分中におけるチャン
バ３８又は４０内への空気の流れをシステム１０００に
制御させる。生産ガスが解放される前に酸素を適切に吸
着させるためにチャンバ内に十分な滞留時間が存在する
ようにするためにチャンバ３８又は４Ｇが所定の圧力に
加圧される時間を制御することが望ましいことが分かっ
た。

加圧時間測定装置１００４はその第１の入力部により圧
力センサ及びトランスミッタ１０６の出力部に接続され
、第２の入力部により基準信号Ｖｒｅｒ２に接続されか
つその出力部により比較制御装置１００６の第１の入力
部に接続されている。比較制御装置１００６の第２の入
力部ｓ、ｐ、４は基準信号Ｖｒｅｒ４に接続され、その
基準信号はチャンバ３８又は４０を加圧するため所定の
望まれた時間に比例するレベルを有する。

加圧時間測定装置１００４は弁２０ａの入口における感
知された圧力が基鵡信号ＶｒｃＪ２に達するのに必要な
時間を測定する。出力信号は加圧時間測定装置ＨＯ４の
出力部で発生され、その信号はチャンバ３８又は４０内
の圧力が基準信号Ｖｒｅｆ２に達するのに測定された時
間に比例するレベルを有している。

比較制御装置１００６は加圧時間測定装置１００４から
の出力信号を基準信号Ｖｒｅｒ４と比較しかつ二つの信
号の間の差に比例する出力信号を出力部において発生す
る。この出力信号は変換器１１Ｇを制御する電流信号で
ある。変換器１１Ｇは加圧の初期において弁１８ａを通
る開口の大きさを、次の動作サイクルの加圧部分中にチ
ャンバ３８及び４０内への空気の流量がチャンバを所望
の時間間隔ＶｒｅｆＪ中に加圧すべく調整されるように
、調整される。

比較制御装置１１８はシステム１０００の動作サイクル
の加圧部分及び平衡部分中に変換器１１Ｇから切り離さ
れるようになっている。比較制御装置２！　１００６は
システム１０００の動作サイクルの生産部分中に変換器
１１Ｇから切り離されるようになっている。

加圧時間測定装置１００４によって行われる数学的機能
は次の通りである。

輩＝　Ｇ　（ｒ−ｃ）　　＋　Ｋ、　　（Ｅｑ、　　４
）ここで、Ｍは出力、Ｇは比例ゲイン、ｒは加圧時間測
定装置１００４への第１の入力信号レベル（プロセス可
変時間）、Ｃは加圧時間測定装置１００４の入力部ｓ、
ｐ、４への第２の入力信号レベル（基準信号Ｖｒｅｆ４
レベル）及びＫはｒ−ｃ・０のとき（ｒとＣとの間で差
（誤差）がない）の加圧時間測定装置１００４の出力レ
ベルである。

好ましい実施例において、加圧時間測定装置１００４及
び比較制御装置１００６は設けられたソフトウェアと共
に使用するイーグル・シグナル・モデルＮｏ、ＥＰＴＡ
Ｋ２４０マイクロプロセッサが要件を満たしている。マ
イクロプロセッサのメモリはここに記載された連続する
制御信号を与えるためにコード化された司令を含んでい
る。

第４図において、第３図のシステム１００Ｇの基本的動
作が示されている。ブロック２００において、システム
１０００を始動するためにシステム１０００に関連した
始動ボタンが係合され（入れられ）たかどうかについて
の決定が行われる。もし始動ボタンが係合されると、酸
素検出器４６、検出装置１０４．１０６．１０８、変換
器１１０．１１と、比較制御装置１１４．１１６．１１
８、加圧時間測定袋Ｗｔ１００４及び比較制御装置１０
０６の総ての人力及び出力信号レベルはブロック２０２
で示されたように走査されかつ記録される。

ブロック２０４で示されるように、もしタンク４４か゛
ら出る窒素中の酸素の不純物のレベルが所定のシステム
１ｏｏｏの停止値よりも少ないと、決定が行われる。　
もし不純物レベルが停止値よりも低くないとブロック２
０４の出力（決定）はノーである。

ブロック２０６において、酸素のより大きな停止レベル
を無視するようにバイパススイッチが動作されているか
否かについての決定を行う。もしシステムがしばらくの
開動作されていないと、タンク４４内にかなりの量の酸
素がある。これを知っている操作者は、通常、バイパス
ボタンを押しくすなわちイエスの決定）かつシステムが
定常状態に達するまで動かせるように選択する。もしバ
イパスボタンが動作されていない（すなわちノーの決定
）と、システムｔｏｏｏはブロック２０８で示されるよ
うに動作を停止する。

もしブロック２０４における決定に対する答がイエスな
らば、そのときブロック２１Ｇは、自動の所定の時間遅
れが完了し、システム１０００が定常状態の動作になっ
たかどうかを決定する。もし答がノーならば、そのとき
ブロック２０４はシステム１０００を動作の手動モード
に設定する。ブロック２１５はそれから比較制御装置１
１４の入力部ｓ、ｐ、３に加えられる信号の値を検出器
４６の出力部に存在する信号の値に設定し、その信号は
ブロック２０２において記録される。もしブロック２１
０の決定の答がイエスならば、そのときブロック２１２
は自動／手動スイッチが自動に切り換えられたか否かを
決定する。もし答がノーならば、そのときブロック２１
４はシステム１０００を動作の手動モードに設定する。

もし答がイエスならば、そのときブロック２１６は緩衝
タンク４４内の測定された圧力が高い所定の圧力の限界
より下であるかどうかを決定する。もし答がイエスなら
ば、そのときブロック２２０はシステム１０００を動作
の自動モードに設定しかつそれからブロック２２２は入
力部ｓ、ｐ、３に加えられる信号レベルを所定のレベル
（所望の値）に設定する。もし答がノーならば、そのと
きブロック２１８は、タンク４４内に存在する窒素中の
酸素の不純物レベルが所定の限界（ｓ、ｐ、３）よりも
低いかどうかを決定する。もし答がノーならば、そのと
きブロック２１４はシステム１０００を動作の手動モー
ドに設定する。

もし答がイエスならば、そのときブロック２２０はシス
テム１０００を動作の自動モードに設定する。

もしシステム１０００が自動に設定されていると、その
ときブロック２２２によって設定された値はブロック２
２４内に入れられかつブロック２２４によって発生され
た入力部ｓ、ｐＪにおける信号の値はブロック２２２に
よって設定された値と同じである。もしシステム１００
０が手動に設定されていると、そのときブロック２１５
によって設定された入力部ｓ、ｐＪにおける信号の値は
、ブロック２２４内に入れられかつブロック２２４によ
って発生された入力部ｓ、ｐ、３における信号の値はブ
ロック２１５によって設定された値である。ブロック２
２６はブロック２２８から入力を受け、そのブロック２
２８はタンク４４内の酸素の不純物レベルの値を与えか
つブロック２２４から入力部ｓ、ｐ、３の信号レベルを
受ける。ブロック２２６はそこへの二つの入力信号の藺
の差に比例する出力信号レベルを発生し、かっＥｑ、　
３の数学的機能を効果的に実行する。ブロック２２６か
らの出力信号はブロック２３０及び２３４に接続される
。ブロック２３０はシステム１０００が手動で制御され
るかどうかを決定する。もし答がイエスならば、そのと
きブロック２３２はブロック２４２の入力部ｓ、ｐ、ｌ
に存在するレベルから受けた出力レベルを減じかつ計算
された値をブロック２３３及び２３４に接続する。もし
システムが手動ならば、そのときブロック２３２及び２
３３からの信号のレベルは同じである。もしシステムが
自動ならば、そのときブロック２３２の出力信号の最後
の値はブロック２３３に貯えられかつブロック２３３に
よってブロック２３４に送られる。もしブロック２３０
の決定がノーならば、そのとき自動モードが選択される
直前にブロック２３２に存在した値はブロック２３４に
接続される。ブロック２３４はブロック２２６及び２３
２又は２３３から受けた入力レベルを加えかつ計算され
た出力信号をブロック２３６に接続する。ブロック２３
６はシステム１０００が動作の自動モードにあるかどう
かを決定する。もし答がイエスならば、そのとき信号が
ブロック２４６に送られる。もし答がノーならば、その
とき信号はブロック２３８に送られる。

ブロック２３０．２３２．２３３及び２３４は協働して
、システム１０００が動作の手動モードから動作の自動
モードに切り換えられるとき衝撃無しの（ｂｕｍｐｌｅ
ｓｓ）伝達が確保されるようにする。これは、動作の自
動モードの初期においてブロック２３４の出力部に存在
する信号レベルが動作の手動モードの終に存在する信号
レベルと同じであることを意味する。

これは自動動作の初期の間にブロック２４２の入力ｉｓ
、ｐ、１への入力レベルを手動動作の終の間のそれと同
じに保つ。

ブロック２３８は、ブロック２３６からの信号により動
作されたとき、ブロック２４０に信号を送り出し、その
信号はシステム１０００が動作の自動モードにされる前
のブロック２３４の最後の出力信号である。

ブロック２４４は操作者が入力部ｓ、ｐ、１に対して値
を入れたかどうかを決定する。もし答がイエスならば、
そのとき入れられた値はブロック２４０に接続される。

ブロック２４０はその二つの入力部のいずれかで受けた
信号をブロック２４２の入力部ｓ、ｐ、１に接続する。

もし入力信号がブロック２４０の入力部の両方に現れる
ならば、ブロック２４０はブロック２４４からの人力を
選択しかつその入力をブロック２４２の入力部ｓ、ｐ、
　１に伝達する。レベルが所定の値以上である（イエス
の決定）信号をもしブロック２４６が受けるならば、そ
のときブロック２４６は受けたレベルを伝達する。レベ
ルが所定の値より低い信号をもしブロック２４６が受け
るならば、そのときブロック２４６はそのレベルを伝達
せず（ノーの決定）かつ不動作レベルがブロック２４５
によりブロック２４２の入力部ｓ、ｐ、１に伝達される
。これはチャンバを通るガスの流れが完全に停止するの
を阻止する。ブロック２４６は、もしブロック２３６か
ら受けた信号レベルが所定のレベル以上であると、プロ
ッり２３６から受けた信号レベルをブロック２４２に送
る。

ブロック２４０及び２４６の単に一つの出力信号が与え
られた時間にブロック２４２に伝達される。もしシステ
ム１０００が動作の自動モードにあるならば、そのとき
ブロック２４２のｓ、ｐ、１入力部への信号はブロック
２４６から来る。もしシステム１０００が動作の手動モ
ードにあるならば、そのときブロック２４２のｓ、ｐ、
　１入力部への信号はブロック２４０から来る。

ブロック２４２はチャンバ３８又は４０の入口圧力を示
す入力信号を受け、その入口圧力は圧力センサ及びトラ
ンスミッタ１０４によって測定されかつそれによってブ
ロック２４８から伝達される。ブロック２４２からの出
力はブロック２５０及び２５６の入力に接続される。ブ
ロック２４２はＥＱ、１の数学的機能を有効に実行する
。ブロック２０４の出力はブロック２７４に接続され、
そのブロック２７４はシステム１０００の動作サイクル
の平衡部分が完了しているか否かを決定する。もし答え
がイエスならば、そのとき信号がブロック２６８からブ
ロック２７４に送られる。

ブロック２６８は一つの入力部でブロック２７０からチ
ャンバ３８及び４Ｇ内の圧力の測定された値を受けかつ
第２の入力部でブロック２７２から基準信号圧力レベル
Ｖｒｅｒ２を受ける。第３図の加圧時間測定装置１００
４の機能を行うブロック２６８は、弁２０ａが開いてい
るときチャンバ３８又は４０内の圧力が動作サイクルの
平衡部分の終わりに存在する値の圧力から動作サイクル
の加圧部分の終わりまでになるのに要する時間を測定す
る。

ブロック２６４はその一つの入力部においてブロック２
６８の時間測定出力信号を受けかつ第２の入力部ｓ、ｐ
、４でブロック２６６からチャンバ３８又は４０を加圧
するための予め選ばれた所望の時間Ｙｒｅｆ４を受ける
。第３図の比較制御装置１００６の基本的な数学的機能
は第４図に示されるようにブロック２６４によって行わ
れる。ブロック２６２はブロック２６４から出力信号を
受けかつブロック２５８に信号を伝達する。もしブロッ
ク２６２によって受けられた信号が所定の制限内にある
ならば（イエスの決定）、そのときブロック２６２の出
力はブロック２５８の第１の入力部に直接接続される。

もしブロック２６２によりて受けられた信号が所定の限
界内にないならば（ノーの決定）、そのときブロック２
６２の出力はブロック２５７に接続され、そのブロック
２５７はブロック２５８に不足信号レベルを送る。ブロ
ック２５８は動作サイクルの加圧部分が完了したか否か
を決定する。

もし答えがノーであるならば、そのときブロック２５８
の出力信号はブロック２５４及び２５６（変換器１１Ｇ
）に伝達される。もし答えがイエスならば、そのときブ
ロック２５８の出力はブロック２５５に接続される。

ブロック２５６はブロック２５８の出力をブロック２４
２の出力から差し引きかつその結果をブロック２５５に
伝達する。ブロック２５５は動作サイクルの加圧部分の
終りまでブロック２５６の出力からの電流値を貯える。

動作サイクルの加圧部分の終りにおいて、ブロック２５
８は、加圧が完了する前のブロック２５６の最後の値で
あるブロック２５５の値がブロック２５０内のブロック
２４２の値に加算されるのを許容しかつそれから結果が
ブロック２５Ｇからブロック２５４に伝達される。この
とき、ブロック２５８はブロック２５８及び２５４から
の信号を制止する。

ブロック２５０．２５５及び２５６は、動作サイクルの
加圧部分の終から動作サイクルの生産部分の初めまでブ
ロック２５４の制御が衝撃無しで転換されるように、協
働する。

ブロック２０４のイエスの出力はブロック２７６及び２
７８の人力に接続される。ブロック２７６は複数のブロ
ックを表し、それにより弁１８ａ、２０ａ及び４８を除
いた総ての弁がシステム１０００の動作サイクルの間に
要求された適切な時間で開閉されることになる。

ブロック２７８は圧力センサ及びトランスミッタ１０６
、変換器１１２及び比較制御装置１１６の機能を説明す
るブロックを表し、その機能は第２図に関する記載で説
明されている。ブロック２７８は基本的にＥＱ、２の式
の数学的機能を実行する。

ここに記載された実施例は本発明の一般原理を説明する
ためである。種々の変形が本発明の一般原理の範囲内で
可能である。例えば、比較制御装置はハードウェア要素
から形成されてもよくまたソフトウェア及び記載以外の
他のコンピュータでしよい。更に、弁２０並びに関連す
る圧力センナ及び比較制御装置は第１図の機械式弁すな
わち調整器２０で代えられ得る。更に、検知及び電流発
生要素は出力電流信号に代えて出力電圧信号を与えるよ
うに変形され得る。更に、加圧及び生産中に空気流を制
御する制御装置は別個に使用され得る。

更にまた、二つより多いチャンバが使用され得る。

更に、大気中に逃がされる酸素は製品として集めること
が可能である。また、システム１００及び１０００は、
弁１８ａ、’）開口を変える代わりに弁４８に代わる弁
の開口を変えることによって入力空気流を制御するよう
に、変形され得る。この場合、第１図のような調整器１
８又は変換装置、圧力感知装置及び固定設定入力信号レ
ベルを有する比較制御装置の組合せは弁１８ａに代えら
れ得る。弁２０ａ及びそれに取り付けられた制御要素は
除去されかつ弁１８ａ、圧カセンサ及びトランスミッタ
１０４、変換装置すなわち変換器１１０及び比較制御装
置１１８が弁４８に代えられ、その圧力センサ及びトラ
ンスミッタ１０４は出口側（第２図及び第３図に示され
ているように）代えて弁１８ａの入口側に接続される。

更に、システムｌＯＯ及び１０００は、許容される不純
物の虫が単一のレベルちょうどでなくて予め選ばれた範
囲内になるように、変形され得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は市場で人手可能なシステムの説明図、４Ｂ図の
配置を示す図であって、第４Ａ図及び第４Ｂ図は本発明
の第３図の実施例の機能の部分を示すフローチャートを
示す図である。 １０．１００．１０００　：　システム２４．２６．２
８．３Ｇ、３２．３４ａ、３４ｂ、４８　：弁３８．４
０：チャンバ　　　４４：タンク４６：検出器 １０２．１００２　：制御装置 １０４．１０６．１０８：圧力センサ及びトランスミッ
タ１１０．１１２：変換器 １１４、ｌｉｅ、１１８：比較制御装置１００４　：加
圧時間測定装置 １ｏｏａ　：比較制御装置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、弁を備え、その弁が少なくとも一つのチャンバと連
   通している弁の開口の大きさを制御するアクチュエータ
   を有し、そのチャンバが中に入ってくるガスの一つ又は
   それ以上の成分を優先的に吸着するガス分別装置と共に
   使用するようになっている制御装置において、 入力部及び出力部を有し、その出力部が弁の開口の大き
   さを制御するために弁のアクチュエータに接続されてい
   る変換装置と、 チャンバを通って流れるガスの流量に比例する信号を出
   力部で発生するためにチャンバに接続された流量検出装
   置と、 チャンバの出口に接続されていて、チャンバを出るガス
   の製品の成分中の不純物の量に比例する信号を出力部に
   おいて発生するようになっている不純物検出器と、 出力部において基準信号と不純物検出装置の出力信号と
   の間の差に比例する信号を発生するために、チャンバか
   ら受けるガスの製品の成分内に許容されるべき不純物の
   量を示す第１の基準信号に接続されるようになっている
   第１の入力部を有しかつ不純物検出装置の出力部に接続
   された第２の入力部を有する第１の比較装置と、 前記別の比較装置及び流量検出装置から受けた信号を比
   較しかつ弁のアクチュエータをしてチャンバから出るガ
   スの不純物の量を予め選ばれたレベルに保つように弁の
   開口の大きさを調節させる信号を変換装置に発生させる
   信号を出力部において発生するために、流量検出装置の
   出力部に接続された第１の入力部と、前記第１の比較装
   置の出力部に接続された第２の入力部と、変換装置の入
   力部に接続された出力部とを有している第２の比較装置
   と、 を備えているガス分別装置と共に使用するようになって
   いる制御装置。 ２、更に圧力検知装置と、加圧時間測定装置と、第３の
   比較装置とを備え、 圧力検知装置がチャンバ内の圧力を検知するためにチャ
   ンバに接続され、 加圧時間測定装置は、チャンバに対して測定された時間
   の長さに比例する出力信号を発生して圧力検知装置によ
   って決定された圧力示度から予め選ばれたレベルに加圧
   するために、第１の入力部によって圧力検知装置に接続
   されかつ第２の入力部により予め選ばれた圧力レベルに
   接続されるようになっており、 第３の比較装置は、加圧時間測定装置の出力信号を第２
   の入力部に接続された基準信号と比較しかつその出力部
   に信号を発生し、その信号が変換装置をして信号をその
   変換装置の出力部に発生させ、その信号が予め選ばれれ
   た時間の間にチャンバが予め選ばれたレベルに加圧され
   るようにチャンバ内へのガスの流量を調整するように弁
   のアクチュエータをして弁の開度の大きさを調整させる
   ために、その出力部によって加圧時間測定装置の出力部
   に接続され、その出力部によって変換装置の制御器に接
   続されかつその第２の出力部により予め選ばれた時間間
   隔に比例する基準信号の信号源に接続されるようになっ
   ており、その時間間隔の間にチャンバが予め選ばれた圧
   力レベルに達する、特許請求の範囲１に記載の制御装置
   。 ３、ガス分別装置が、取入れガスとして空気を使用しか
   つ出力生品として酸素で汚染された窒素を発生す圧力変
   動式吸着システムである特許請求の範囲２に記載の制御
   装置。 ４、圧力変動式吸着（ＰＳＡ）システムが加圧及び生産
   部分を含む動作サイクルを使用し、 第１の分離装置が、動作サイクルの生産部分中に第２の
   比較装置の出力部を変換装置の入力部から切り離すため
   に第２の比較装置と変換装置の入力部との間に接続され
   ている、 特許請求の範囲３に記載の制御装置。 ５、二つの吸着チャンバを備え、そこにおいて動作のサ
   イクルが平衡部分を有する圧力変動式吸着システムと、
   動作サイクルの平衡及び生産部分中に第３の比較装置の
   出力部を変換装置の入力部から切り離すために第３の比
   較装置と変換装置の入力部との間に接続されている第２
   の分離装置と、を備えている特許請求の範囲４に記載の
   制御装置。 ６、少なくとも一つの吸着チャンバに接続されている弁
   の開口の大きさを制御するアクチュエータを有する弁を
   備えていて、そのチャンバがチャンバ内に入るガスの一
   つ又はそれ以上の成分を優先的に吸着するガス分別装置
   と共に使用するようになっている制御装置において、 チャンバ内の圧力を検出するようにチャンバに接続され
   た圧力検知装置と、 チャンバに対して測定された時間の長さに比例する出力
   信号を発生して圧力検知装置によって決定された圧力示
   度から予め選ばれたレベルに加圧するために第１の出力
   部により圧力検知装置に接続されかつ第２の出力部によ
   り予め選ばれた圧力に接続されるようになっている加圧
   時間測定装置と、 入力部と出力部とを備え、出力部が弁の開口の大きさを
   制御するために弁のアクチュエータに接続されている変
   換装置と、 出力部でチャンバを通して流れるガスの流量に比例する
   信号を発生するためのチャンバに接続された流量検出装
   置と、 加圧時間測定装置の出力信号を第２の入力部に接続され
   た基準信号と比較しかつその出力部に信号を発生し、そ
   の信号が変換装置をして信号をその変換装置の出力部に
   発生させ、その信号が予め選ばれれた時間の間にチャン
   バが予め選ばれたレベルに加圧されるようにチャンバ内
   へのガスの流量を調整するように弁のアクチュエータに
   弁の開度の大きさを調整させるために、第１の入力部に
   より加圧時間測定装置の出力部に接続され、出力部によ
   り変換装置の入力部に接続されかつ第２の入力部により
   予め選ばれた時間間隔に比例する基準信号の信号源に接
   続されるようになっており、その時間間隔内にチャンバ
   が予め選ばれた圧力レベルに達する比較装置、 とを備えたガス分別装置と共に使用するようになってい
   る制御装置。 ７、チャンバの出口に接続された不純物検出装置であっ
   て、出力部でチャンバから出るガスの製品の成分におけ
   るガスの不純物の成分の量に比例する信号を発生するよ
   うになっている不純物検出装置と、 出力部において基準信号と不純物検出装置の出力信号と
   の間の差に比例する信号を発生するために、チャンバか
   ら受けられるガスの製品の成分内に許容されるべき不純
   物の量を示す第１の基準信号に接続されるようになって
   いる第１の入力部を有しかつ不純物検出装置の出力部に
   接続された第２の入力部を有する別の比較装置と、 前記別の比較装置及び流量検出装置から受けた信号を比
   較しかつ弁のアクチュエータをしてチャンバから出るガ
   スの不純物の量を予め選ばれたレベルに保つように弁の
   開口の大きさを調節させる信号を出力部において発生す
   るために、流量検出装置の出力部に接続された第１の入
   力部と、前記別の比較装置の出力部に接続された第２の
   入力部と、変換装置の入力部に接続された出力部とを有
   している第２の別の比較装置と、 を更に備えている特許請求の範囲６に記載の制御装置。 ８、ガス分別装置が、ガスとして空気を使用しかつ出力
   生品として酸素で汚染された窒素を発生す圧力変動式吸
   着（ＰＳＡ）システムである特許請求の範囲７に記載の
   制御装置。 ９、圧力変動式吸着システムが加圧及び生産部分を含む
   動作サイクルを使用し、 第１の分離装置が、動作サイクルの生産部分中に第２の
   別の比較装置の出力部を切り離すために第２別の比較装
   置と変換装置の入力部との間に接続されている、 特許請求の範囲８に記載の制御装置。 １０、二つの吸着チャンバを備え、そこにおいて動作の
   サイクルが平衡部分を有する圧力変動式吸着システムと
   、動作サイクルの平衡及び生産部分中に前記比較装置の
   出力部を変換装置の入力部から切り離すために前記比較
   装置と変換装置の入力部との間に接続されている第２の
   分離装置と、を備えている特許請求の範囲９に記載の制
   御装置。 １１、アクチュエータのある第１の弁を有し、そのアク
   チュエータが空気が複数のチャンバへ流れる第１の弁の
   開口の大きさを制御し、そのチャンバがそれぞれそのチ
   ャンバに入る空気から酸素を優先的に吸着するようにな
   っている圧力変動式吸着（ＰＳＡ）システムと共に使用
   するための制御装置において、 入力部及び出力部を有し、出力部が第１の弁の開口の大
   きさを制御するために第１の弁のアクチュエータに接続
   されている変換装置と、 チャンバを通して流れるガスの流量に比例する信号を出
   力部で発生するためにチャンバに接続された第１の圧力
   （検出）装置と、 チャンバの出口に接続された不純物検出装置であって、
   チャンバを出る窒素中の酸素の量に比例する信号を出力
   部において発生するようになっている不純物検出装置と
   、 基準信号と不純物検出装置の出力信号との間の差に比例
   する信号を出力部において発生するために、チャンバか
   ら受ける窒素中に許容されるべき酸素の量を示す第１の
   基準信号に接続されるようになっている第１の入力部と
   、不純物検出装置の出力部に接続された第２の入力部と
   を有する第１の比較装置と、 前記別の比較装置及び第１の圧力検出装置から受けた信
   号を比較しかつ第１の弁のアクチュエータをしてチャン
   バから出る窒素中の酸素の量を予め選ばれたレベルに保
   つように第１の弁の開口の大きさを調節させる信号を変
   換装置に発生させる信号を出力部において発生するため
   に、第１の圧力検出装置の出力部に接続された第１の入
   力部と、前記第１の比較装置の出力部に接続された第２
   の入力部と、変換装置の入力部に接続された出力部とを
   有している第２の比較装置と、 を備えた制御装置。 １２、更に圧力検知装置と、加圧時間測定装置と、第３
   の比較装置とを備え、 圧力検知装置がチャンバ内の圧力を検知するためにチャ
   ンバに接続され、 加圧時間測定装置は、チャンバに対して測定された時間
   の長さに比例する信号を出力部において発生して圧力検
   知装置によって決定された圧力示度から予め選ばれたレ
   ベルに加圧するために、第１の入力部によって圧力検知
   装置に接続されかつ第２の入力ポートにより予め選ばれ
   た圧力レベルに接続されるようになっており、 第３の比較装置は、加圧時間測定装置の出力信号を第２
   の入力部に接続された基準信号と比較しかつその出力部
   に信号を発生し、その信号が変換装置をして信号をその
   変換装置の出力部に発生させ、その信号が予め選ばれれ
   た時間の間にチャンバが予め選ばれたレベルに加圧され
   るようにチャンバ内へのガスの流量を調整するように第
   １の弁のアクチュエータをして第１の弁の開度の大きさ
   を調整させるために、その出力部によって加圧時間測定
   装置の出力部に接続され、その出力部によって変換装置
   の入力部に接続されかつその第２の出力部により予め選
   ばれた時間間隔に比例する基準信号の信号源に接続され
   るようになっており、その時間間隔の間にチャンバが予
   め選ばれた圧力レベルに達する、特許請求の範囲１１に
   記載の制御装置。 １３、チャンバにおいて生起される圧力を制限するため
   にチャンバの出口に接続された圧力調整装置を更に備え
   ている特許請求の範囲１２に記載の制御装置。 １４、前記圧力調整装置が、 アクチュエータと入口及び出口とを有する第２の弁であ
   って、そのアクチュエータが酸素の不純物を含んでいる
   窒素が流れる第２の弁の開口の大きさを制御する第２の
   弁と、 入力部と出力部とを有し、その出力部が第２の弁の開口
   の大きさを制御するために第２の弁のアクチュエータに
   接続されている第２の変換装置と、少なくとも一つのチ
   ャンバ内の圧力に比例する信号を発生するためにチャン
   バの出口に接続された第２の圧力検出装置と、 入力部に入力される信号を比較しかつチャンバ内の圧力
   を第４の基準信号のレベルに制限するように第２の弁の
   アクチュエータをして第２の弁の開口を調節させる信号
   を出力部で発生するために、チャンバの一つ内に存在す
   ることが望まれる圧力の上限を示す第４の基準信号に接
   続されるようになっている第１の入力部と、第２の圧力
   検出装置の出力部に接続された第２の入力部とを有する
   第４の比較装置と、 を備えている特許請求の範囲１３に記載の制御装置。 １５、第２の弁の出口に接続された入口を有しかつ不純
   物検出装置に接続された出口を有する緩衝タンクを更に
   備えている特許請求の範囲１４に記載の制御装置。 １６、タンク内の圧力を測定するためにかつ第１の比較
   装置によって受けられるべき測定された圧力に比例する
   信号を発生するためにタンクに接続されかつ第１の比較
   装置に接続された第３の圧力検出装置を更に備えている
   特許請求の範囲１５に記載の制御装置。 １７、圧力変動式吸着システムの動作サイクルが加圧部
   分と生産部分とを備え、制御装置が、更に、動作サイク
   ルの生産部分中に第２の比較装置の出力部を変換装置の
   入力部から切り離すために第２の比較装置と変換装置の
   入力部との間に接続されている第１の分離装置を備えい
   る特許請求の範囲１６に記載の制御装置。 １８、圧力変動式吸着システム二つのそのようなチャン
   バを備え、そこにおいて動作のサイクルが前記チャンバ
   の間に平衡部分を備え、制御装置が、更に、動作サイク
   ルの平衡及び生産部分中に第３の比較装置の出力部を変
   換装置の入力部から切り離すために第３の比較装置と変
   換装置の入力部との間に接続されている第２の分離装置
   を備えている特許請求の範囲１７に記載の制御装置。 １９、オリフィス、第３、第４、第５、第６、第７、第
   ８及び第９の弁と、 第１のチャンバの入口に接続されている第３の弁の出口
   と、 第２のチャンバの入口に接続されている第４の弁の出口
   と、 第１及び第２のチャンバの入口にそれぞれ接続されてい
   る第５及び第６の弁の入口と、 共に接続されかつガスの流れが一方向にのみ生じること
   にそれぞれ特徴とする出口のある第５及び第６の弁と、 第１及び第２のチャンバの出口にそれぞれ接続されてい
   る第７及び第８の弁の入口と、 第２の弁の入口に共に接続されている第７及び第８の弁
   の出口と、 を更に備え、オリフィスが第１の弁の出口と第３及び第
   ４の弁の入口との間に接続され、第９の弁が二つの弁の
   間に接続されている特許請求の範囲１８に記載の制御装
   置。 ２０、大気圧に露出された入口を有しかつ出口を有する
   空気圧縮機と、 空気圧縮機の出口に接続された入口を有しかつ第１の弁
   の入口に接続された出口を有する空気収容タンクと、 を更に備えている特許請求の範囲１９に記載の制御装置
   。