WO2024095618A1

WO2024095618A1 - 空気精製装置及び空気精製方法

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Publication number: WO2024095618A1
Application number: PCT/JP2023/033403
Authority: WO
Inventors: 智雄大前; 拓実石丸
Original assignee: 大陽日酸株式会社
Priority date: 2022-10-31
Filing date: 2023-09-13
Publication date: 2024-05-10

Abstract

本発明に係る空気精製装置は、温度スイング吸着法により、原料空気から不純物を除去することで前記原料空気を精製する空気精製装置であって、前記不純物を吸着可能な吸着剤が充填されており、前記吸着剤を用いて前記原料空気を精製する空気精製処理、及び、前記吸着剤の吸着能力を再生する再生処理、を交互に実行可能な、２つの吸着筒を備え、前記２つの吸着筒のうち前記再生処理が実行されている一方の吸着筒は、前記２つの吸着筒のうち前記空気精製処理が実行されている他方の吸着筒と均圧状態で流しパージが実行された後に、前記空気精製処理の実行に切り替えられる。

Description

空気精製装置及び空気精製方法

　本発明は空気精製装置及び空気精製方法に関する。

　従来から、温度スイング吸着法により、水、二酸化炭素等の不純物を含む原料空気から不純物を除去して精製空気を取り出す空気精製装置が知られている。特許文献１には、この種の空気精製装置が開示されている。特許文献１に記載の空気精製装置は、２つの吸着塔を備えている。特許文献１の空気精製装置では、一方の吸着塔において原料空気を精製する空気精製処理を行い、他方の吸着塔において吸着剤を再生する再生処理を行う。特許文献１の空気精製装置では、上述の空気精製処理と再生処理とを２つの吸着塔の間で交互に切り替えて実行することにより、全体として空気を連続精製することができる。

特開２０１７－８０６６９号公報

　ところで、特許文献１に記載の空気精製装置のように、空気精製処理及び再生処理を２つの吸着塔の間で交互に切り替えて実行する場合、精製空気の酸素濃度が、切り替え前後で変動することがある。具体的には、再生処理から空気精製処理に切り替えられた一方の吸着筒において切り替え直後に精製された精製空気の酸素濃度が、切り替え直前まで空気精製処理を実行していた他方の吸着筒において精製されていた精製空気の酸素濃度と、異なる場合がある。

　再生処理から空気精製処理に切り替えられる一方の吸着筒は、切り替え直前に、例えば充圧されることにより、空気精製処理を実行している他方の吸着筒と均圧化される。これにより、空気精製処理の実行を、他方の吸着筒から一方の吸着筒へと連続的に切り替えることができる。しかしながら、上述の均圧化により、一方の吸着筒では、酸素、窒素の吸着剤への吸着、又は、吸着剤からの脱離、が発生する場合がある。つまり、一方の吸着筒において、再生処理から空気精製処理への切り替え直前に上述の均圧化が実行されることで、上述した切り替え前後の酸素濃度の変動が発生することがある。

　この酸素濃度の変動は、切り替え直後において発生するが、一方の吸着筒において空気精製処理が進むにつれて解消される。しかしながら、例えば半導体製造装置の１つとしての露光装置の中で使用される空気など、上述した切り替え前後における酸素濃度の変動の発生が好ましくない場合がある。

　本発明は、空気精製処理及び再生処理を２つの吸着筒の間で交互に切り替えて実行する場合に、切り替え前後で発生する精製空気の酸素濃度の変動を抑制可能な、空気精製装置及び空気精製方法を提供することを目的とする。

　本発明の第１の態様としての空気精製装置は、
（１）
　温度スイング吸着法により、原料空気から不純物を除去することで前記原料空気を精製する空気精製装置であって、
　前記不純物を吸着可能な吸着剤が充填されており、前記吸着剤を用いて前記原料空気を精製する空気精製処理、及び、前記吸着剤の吸着能力を再生する再生処理、を交互に実行可能な、２つの吸着筒を備え、
　前記２つの吸着筒のうち前記再生処理が実行されている一方の吸着筒は、前記２つの吸着筒のうち前記空気精製処理が実行されている他方の吸着筒と均圧状態で流しパージが実行された後に、前記空気精製処理の実行に切り替えられる、空気精製装置、である。

　本発明の１つの実施形態としての空気精製装置は、
（２）
　前記再生処理において前記２つの吸着筒に再生ガスを供給可能な再生ガス供給経路と、
　前記再生処理において前記吸着剤から脱離した前記不純物が前記再生ガスと混ざった状態の排気ガスを、前記２つの吸着筒から排気可能な排気経路と、を備え、
　前記再生処理において、前記一方の吸着筒が前記他方の吸着筒と均圧状態にされる前に、前記一方の吸着筒から前記排気経路を通じて前記排気ガスが排気され、前記一方の吸着筒が前記他方の吸着筒と均圧状態にされた後に、前記一方の吸着筒から前記排気経路を通じて流しパージガスが排気される前記流しパージが実行される、上記（１）に記載の空気精製装置、である。

　本発明の１つの実施形態としての空気精製装置は、
（３）
　前記排気経路には、流量を調整可能な流量調整部が設けられており、
　前記一方の吸着筒は、前記流量調整部が操作されることにより、前記他方の吸着筒と均圧状態にされる、上記（２）に記載の空気精製装置、である。

　本発明の１つの実施形態としての空気精製装置は、
（４）
　前記排気経路は、
　　前記一方の吸着筒から前記排気ガスを排気可能な排気ガス経路と、
　　前記流しパージが実行される際に、前記一方の吸着筒から前記流しパージガスを排気可能な流しパージガス経路と、を備え、
　前記流量調整部は、
　　前記排気ガス経路に設けられている第１開閉バルブと、
　　前記流しパージガス経路に設けられている、開状態での流量が前記第１開閉バルブより小さい第２開閉バルブと、を備え、
　前記一方の吸着筒は、前記第１開閉バルブ及び前記第２開閉バルブの開閉状態が操作されることにより、前記他方の吸着筒と均圧状態にされる、上記（３）に記載の空気精製装置、である。

　本発明の第２の態様としての空気精製方法は、
（５）
　温度スイング吸着法により、原料空気から不純物を除去することで前記原料空気を精製する空気精製方法であって、
　前記不純物を吸着可能な吸着剤が充填されている２つの吸着筒により、前記吸着剤を用いて前記原料空気を精製する空気精製処理と、前記吸着剤の吸着能力を再生する再生処理と、を交互に実行する連続精製工程を含み、
　前記連続精製工程において、前記２つの吸着筒のうち前記再生処理が実行されている一方の吸着筒は、前記２つの吸着筒のうち前記空気精製処理が実行されている他方の吸着筒と均圧状態で流しパージが実行された後に、前記空気精製処理の実行に切り替えられる、空気精製方法、である。

　本発明の１つの実施形態としての空気精製方法は、
（６）
　前記再生処理において前記２つの吸着筒に再生ガスを供給可能な再生ガス供給経路と、
　前記再生処理において前記吸着剤から脱離した前記不純物が前記再生ガスと混ざった状態の排気ガスを、前記２つの吸着筒から排気可能な排気経路と、が設けられており、
　前記再生処理において、前記一方の吸着筒が前記他方の吸着筒と均圧状態にされる前に、前記一方の吸着筒から前記排気経路を通じて前記排気ガスが排気され、前記一方の吸着筒が前記他方の吸着筒と均圧状態にされた後に、前記一方の吸着筒から前記排気経路を通じて流しパージガスが排気される前記流しパージが実行される、上記（５）に記載の空気精製方法、である。

　本発明の１つの実施形態としての空気精製方法は、
（７）
　前記排気経路には、流量を調整可能な流量調整部が設けられており、
　前記一方の吸着筒は、前記流量調整部が操作されることにより、前記他方の吸着筒と均圧状態にされる、上記（６）に記載の空気精製方法、である。

　本発明の１つの実施形態としての空気精製方法は、
（８）
　前記排気経路は、
　　前記一方の吸着筒から前記排気ガスを排気可能な排気ガス経路と、
　　前記流しパージが実行される際に、前記一方の吸着筒から前記流しパージガスを排気可能な流しパージガス経路と、を備え、
　前記流量調整部は、
　　前記排気ガス経路に設けられている第１開閉バルブと、
　　前記流しパージガス経路に設けられている、開状態での流量が前記第１開閉バルブより小さい第２開閉バルブと、を備え、
　前記一方の吸着筒は、前記第１開閉バルブ及び前記第２開閉バルブの開閉状態が操作されることにより、前記他方の吸着筒と均圧状態にされる、上記（７）に記載の空気精製方法、である。

　本発明によれば、空気精製処理及び再生処理を２つの吸着筒の間で交互に切り替えて実行する場合に、切り替え前後で発生する精製空気の酸素濃度の変動を抑制可能な、空気精製装置及び空気精製方法を提供することができる。

本発明の一実施形態としての空気精製装置を示す図である。図１に示す吸着筒で実行される再生処理の一例を示すフローチャートである。図２に示す均圧前工程が実行されている状態の空気精製装置を示す説明図である。図２に示す均圧工程が実行された状態の空気精製装置を示す説明図である。図２に示す均圧後工程としての流しパージ工程が実行されている状態の空気精製装置を示す説明図である。図２に示す均圧工程を実行するための方法の変形例を示す図である。

　以下、本発明に係る空気精製装置及び空気精製方法の実施形態について図面を参照して例示説明する。各図において同一の構成には同一の符号を付している。

＜空気精製装置１＞
　図１は、本発明に係る空気精製装置の一実施形態としての空気精製装置１の構成を示す系統図である。図１に示すように、本実施形態の空気精製装置１は、２つの吸着筒２Ａ、２Ｂと、原料空気導入経路Ｌ１と、精製空気導出経路Ｌ２と、再生ガス供給経路Ｌ３と、加熱手段３と、排気経路Ｌ４と、流量調整部４と、を備えている。本実施形態の空気精製装置１は、温度スイング吸着（ＴＳＡ：Ｔｈｅｒｍａｌ　Ｓｗｉｎｇ　Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）法により、原料空気から不純物としての水、二酸化炭素等を除去して原料空気を精製するための装置である。

　２つの吸着筒２Ａ、２Ｂは、耐熱性及び耐圧性を備えた筒状の吸着容器である。容器の形状については、特に限定されない。

　２つの吸着筒２Ａ、２Ｂそれぞれの内部には、原料空気中の不純物としての水及び二酸化炭素を吸着可能な吸着剤が充填されている。水を吸着可能な吸着剤は、例えば、活性アルミナであってよい。また、二酸化炭素を吸着可能な吸着剤は、例えば合成ゼオライトであってよい。また、２つの吸着筒２Ａ、２Ｂそれぞれの内部には、原料空気中の水及び二酸化炭素以外のその他の不純物を吸着可能な吸着剤が充填されていてもよい。

　図１に示すように、吸着筒２Ａおよび吸着筒２Ｂの一端側には、原料空気導入経路Ｌ１から分岐した分岐原料空気導入経路Ｌ１Ａ、Ｌ１Ｂがそれぞれ接続されている。これにより、原料空気導入経路Ｌ１を介して、精製前の原料空気を吸着筒２Ａ、２Ｂに供給することができる。

　また、吸着筒２Ａおよび吸着筒２Ｂの他端側には、精製空気導出経路Ｌ２から分岐した分岐精製空気導出経路Ｌ２Ａ、Ｌ２Ｂがそれぞれ接続されている。これにより、吸着筒２Ａ、２Ｂにおいて水、二酸化炭素等の不純物が除去された精製空気を、精製空気導出経路Ｌ２を介して取り出し、吸着筒２Ａ、２Ｂから外部に供給することができる。

　分岐原料空気導入経路Ｌ１Ａ、Ｌ１Ｂには、それぞれ開閉バルブＶ１Ａ、Ｖ１Ｂが設けられている。また、分岐精製空気導出経路Ｌ２Ａ、Ｌ２Ｂには、それぞれ開閉バルブＶ２Ａ、Ｖ２Ｂが設けられている。開閉バルブＶ１Ａ、Ｖ１Ｂ、Ｖ２Ａ、Ｖ２Ｂの開閉状態を操作することにより、吸着筒２Ａおよび吸着筒２Ｂのうち、どちらか一方にのみ原料空気を供給することができる。例えば、吸着筒２Ａにだけ原料空気を供給する場合は、開閉バルブＶ１Ａ、Ｖ２Ａを開状態にし、開閉バルブＶ１Ｂ、Ｖ２Ｂを閉状態にする。また、例えば、吸着筒２Ｂにだけ原料空気を供給する場合は、開閉バルブＶ１Ａ、Ｖ２Ａを閉状態にし、開閉バルブＶ１Ｂ、Ｖ２Ｂを開状態にする。

　再生ガス供給経路Ｌ３は、一端が精製空気導出経路Ｌ２と接続しており、他端が分岐再生ガス供給経路Ｌ３Ａ、Ｌ３Ｂに接続されている。分岐再生ガス供給経路Ｌ３Ａは、分岐精製空気導出経路Ｌ２Ａ上であって、吸着筒２Ａの他端側と開閉バルブＶ２Ａの間で接続されている。また、分岐再生ガス供給経路Ｌ３Ｂは、分岐精製空気導出経路Ｌ２Ｂ上であって、吸着筒２Ｂの他端側と開閉バルブＶ２Ｂの間で接続されている。

　再生ガス供給経路Ｌ３には、精製空気導出経路Ｌ２から精製空気の一部が再生ガスとして供給されており、再生ガス供給経路Ｌ３を介して、再生ガスを吸着筒２Ａおよび吸着筒２Ｂに供給することができる。

　分岐再生ガス供給経路Ｌ３Ａ、Ｌ３Ｂには、それぞれ開閉バルブＶ３Ａ、Ｖ３Ｂが設けられている。開閉バルブＶ３Ａ、Ｖ３Ｂの開閉状態を操作することにより、吸着筒２Ａおよび吸着筒２Ｂのうち、どちらか一方にのみ再生ガスを供給することができる。例えば、吸着筒２Ｂにだけ再生ガスを供給する場合は、開閉バルブＶ３Ｂを開状態にし、開閉バルブＶ３Ａを閉状態にする。また、例えば、吸着筒２Ａにだけ再生ガスを供給する場合は、開閉バルブＶ３Ｂを閉状態にし、開閉バルブＶ３Ａを開状態にする。

　加熱手段３は、再生ガス供給経路Ｌ３上に設けられている。加熱手段３は、供給された再生ガスを加熱して加温する。したがって、再生ガス供給経路Ｌ３から吸着筒２Ａ、２Ｂに供給される再生ガスの温度は高い。このように、加熱された再生ガスを吸着筒２Ａ、２Ｂに供給することで、再生ガスによって吸着剤が加熱され、吸着剤を加熱再生することができる。

　分岐原料空気導入経路Ｌ１Ａ上であって、吸着筒２Ａの一端側と開閉バルブＶ１Ａの間には、分岐排気経路Ｌ４Ａが接続されている。また、分岐原料空気導入経路Ｌ１Ｂ上であって、吸着筒２Ｂの一端側と開閉バルブＶ１Ｂの間には、分岐排気経路Ｌ４Ｂが接続されている。

　分岐排気経路Ｌ４Ａおよび分岐排気経路Ｌ４Ｂは途中で接続され、排気経路Ｌ４となる。排気経路Ｌ４により、吸着筒２Ａおよび吸着筒２Ｂで生成された排気ガスを外部に排気することができる。ここで言う「排気ガス」は、吸着剤から脱離した不純物が再生ガスと混ざった状態のガスを意味する。

　分岐排気経路Ｌ４Ａ、Ｌ４Ｂには、それぞれ開閉バルブＶ４Ａ、Ｖ４Ｂが設けられている。開閉バルブＶ４Ａ、Ｖ４Ｂの開閉状態を操作することにより、吸着筒２Ａ、２Ｂで生成された排気ガスを外部に排気することができる。例えば、吸着筒２Ｂにおいて生成した排気ガスを外部に排気する場合は、開閉バルブＶ４Ｂを開状態にし、開閉バルブＶ４Ａを閉状態にする。また、例えば、吸着筒２Ａにおいて生成した排気ガスを外部に排気する場合は、開閉バルブＶ４Ｂを閉状態にし、開閉バルブＶ４Ａを開状態にする。

　さらに、上述した開閉バルブＶ１Ａ、Ｖ１Ｂ、Ｖ２Ａ、Ｖ２Ｂ、Ｖ３Ａ、Ｖ３Ｂ、Ｖ４Ａ、Ｖ４Ｂの開閉状態を操作することにより、２つの吸着筒２Ａ、２Ｂのうち一方の吸着筒で原料空気中の不純物を除去する空気精製処理を行うと同時に、他方の吸着筒から吸着剤に吸着した不純物を排気経路Ｌ４へ供給し、吸着剤の吸着能力を再生する再生処理を行うことができる。例えば、吸着筒２Ａで空気精製処理を行い、吸着筒２Ｂで再生処理を行う場合は、開閉バルブＶ１Ａ、Ｖ２Ａ、Ｖ３Ｂ、Ｖ４Ｂを開状態にし、開閉バルブＶ１Ｂ、Ｖ２Ｂ、Ｖ３Ａ、Ｖ４Ａを閉状態にする。また、例えば、吸着筒２Ｂで空気精製処理を行い、吸着筒２Ａで再生処理を行う場合は、開閉バルブＶ１Ａ、Ｖ２Ａ、Ｖ３Ｂ、Ｖ４Ｂを閉状態にし、開閉バルブＶ１Ｂ、Ｖ２Ｂ、Ｖ３Ａ、Ｖ４Ａを開状態にする。このように、空気精製装置１は、空気精製処理及び再生処理を交互に実行可能な２つの吸着筒２Ａ、２Ｂを備えている。

　また、排気経路Ｌ４には、流量を調整可能な流量調整部４が設けられている。より具体的に、本実施形態の排気経路Ｌ４は、排気ガス経路Ｌ４１と、流しパージガス経路Ｌ４２と、を備えている。排気ガス経路Ｌ４１は、再生処理が実行されている一方の吸着筒から排気ガスを排気可能な経路である。流しパージガス経路Ｌ４２は、再生処理が実行されている一方の吸着筒から流しパージガスを排気可能な経路である。排気ガス経路Ｌ４１には、開閉バルブＶ４１が設けられている。また、流しパージガス経路Ｌ４２には、開状態での流量が開閉バルブＶ４１より小さい開閉バルブＶ４２が設けられている。これにより、開閉バルブＶ４２が開状態の流しパージガス経路Ｌ４２での流量を、開閉バルブＶ４１が開状態の排気ガス経路Ｌ４１での流量より小さくすることができる。本実施形態の流量調整部４は、上述した開閉バルブＶ４１及び開閉バルブＶ４２を含んで構成されている。以下、説明の便宜上、開閉バルブＶ４１及び開閉バルブＶ４２を区別するため、開閉バルブＶ４１を「第１開閉バルブＶ４１」と記載し、開閉バルブＶ４２を「第２開閉バルブＶ４２」と記載する。詳細は後述するが、再生処理が実行されている一方の吸着筒は、流量調整部４が操作されることにより、空気精製処理が実行されている他方の吸着筒と均圧状態にされる。より具体的に、本実施形態では、再生処理が実行されている一方の吸着筒は、第１開閉バルブＶ４１及び第２開閉バルブＶ４２の開閉状態が操作されることにより、空気精製処理が実行されている他方の吸着筒と、均圧状態にされる。

　なお、上述した開閉バルブＶ１Ａ、Ｖ１Ｂ、Ｖ２Ａ、Ｖ２Ｂ、Ｖ３Ａ、Ｖ３Ｂ、Ｖ４Ａ、Ｖ４Ｂ、第１開閉バルブＶ４１、第２開閉バルブＶ４２の構成は特に限定されない。これら開閉バルブは、例えば、空気作動弁、電磁弁、ニードル弁等、により構成されてよい。本実施形態では、一例として、開閉バルブＶ１Ａ、Ｖ１Ｂ、Ｖ２Ａ、Ｖ２Ｂ、Ｖ３Ａ、Ｖ３Ｂ、Ｖ４Ａ、Ｖ４Ｂ、第１開閉バルブＶ４１が空気作動弁により構成されている。また、本実施形態では、一例として、第２開閉バルブＶ４２がニードル弁により構成されている。

＜空気精製方法＞
　次に、上述した空気精製装置１を用いた、本発明に係る空気精製方法の一実施形態としての空気精製方法について説明する。本実施形態の空気精製方法は、吸着筒２Ａおよび吸着筒２Ｂを並列に接続し、一方の吸着筒において原料空気を精製する空気精製処理を行い、他方の吸着筒において吸着剤を再生する再生処理を行う。上述の空気精製処理と再生処理とを２つの吸着筒２Ａ、２Ｂの間で交互に切り替えて実行することにより、全体として空気を連続精製することができる。本実施形態では、以下、説明の便宜上、吸着筒２Ａにおいて空気精製処理を行い、吸着筒２Ｂにおいて再生処理を行う方法を例示説明するが、逆であっても同様である。

（空気精製処理）
　まず、開閉バルブＶ１Ａ、Ｖ２Ａ、Ｖ３Ｂ、Ｖ４Ｂを開状態にし、開閉バルブＶ１Ｂ、Ｖ２Ｂ、Ｖ３Ａ、Ｖ４Ａを閉状態にする。これにより、原料空気導入経路Ｌ１から供給された原料空気を、分岐原料空気導入経路Ｌ１Ａを介して吸着筒２Ａに供給する。その後、吸着筒２Ａ内の吸着剤により、常温で、原料空気から水、二酸化炭素等の不純物を除去し、精製空気を生成する。水、二酸化炭素等の不純物は、吸着剤に吸着される。その後、精製された精製空気を、分岐精製空気導出経路Ｌ２Ａ及び精製空気導出経路Ｌ２を介して外部へ供給する。

（再生処理）
　一方、精製空気導出経路Ｌ２から精製空気を外部へ供給している間、再生ガス供給経路Ｌ３を介して精製空気の一部を再生ガスとして加熱手段３に供給する。加熱手段３は、供給された再生ガスを加熱し、再生ガス供給経路Ｌ３および分岐再生ガス供給経路Ｌ３Ｂを介して加熱した再生ガスを吸着筒２Ｂへ供給する。

　次に、吸着筒２Ｂにおいて、加熱した再生ガスが吸着筒２Ｂ内の吸着剤を例えば１００～３００℃に加熱することにより、吸着剤から水、二酸化炭素等の不純物を脱離させ、吸着剤の吸着能力を再生する。脱離した不純物は再生ガスに混ざり、排気ガスとなって分岐排気経路Ｌ４Ｂおよび排気経路Ｌ４を介して外部に排気される。

　以上の処理により、吸着筒２Ａにおいて空気精製処理を行うと共に、吸着筒２Ｂにおいて再生処理を行うことができる。

　次に、開閉バルブＶ１Ｂ、Ｖ２Ｂ、Ｖ３Ａ、Ｖ４Ａを開状態にし、開閉バルブＶ１Ａ、Ｖ２Ａ、Ｖ３Ｂ、Ｖ４Ｂを閉状態にする。これにより、吸着筒２Ａにおいて再生処理を行うと共に、吸着筒２Ｂにおいて空気精製処理を行う状態に切り替えることができる。これを交互に切り替えることにより、全体として空気を連続精製することができる。

（再生処理の詳細）
　次に、図２～図５を参照して、吸着筒２Ｂにおいて実行される再生処理の詳細について説明する。図２は、吸着筒２Ｂで実行される再生処理の一例を示すフローチャートである。

　吸着筒２Ａにおいて空気精製処理が実行されている間、吸着筒２Ｂでは図２に示す再生処理が実行される。図２に示すように、吸着筒２Ｂにおける再生処理は、均圧前工程Ｓ１と、均圧工程Ｓ２と、均圧後工程としての流しパージ工程Ｓ３と、を含む。図３は、均圧前工程Ｓ１が実行されている状態を示す説明図である。図４は、図３に示す状態から均圧工程Ｓ２が実行された状態を示す説明図である。図５は、図４に示す状態から均圧後工程としての流しパージ工程Ｓ３が実行されている状態を示す説明図である。

　図２に示すように、均圧前工程Ｓ１は、加熱再生工程Ｓ１ａと、冷却工程Ｓ１ｂと、を含む。また、図２に示すように、均圧前工程Ｓ１は、加熱再生工程Ｓ１ａ及び冷却工程Ｓ１ｂに加えて、バッチパージ工程Ｓ１ｃを更に含んでもよい。

　加熱再生工程Ｓ１ａは、上述したように、加熱された再生ガスが吸着筒２Ｂに供給されることで、吸着剤を加熱することで実行される。空気精製処理において常温で吸着剤に吸着した不純物は、加熱再生工程Ｓ１ａにおいて吸着剤が加熱されることで、吸着剤から脱離する。これにより、吸着剤の吸着能力を再生することができる。図３に示すように、吸着剤から脱離した不純物は、再生ガスと混ざり、排気ガスとなって排気経路Ｌ４から排気される。この加熱再生工程Ｓ１ａにおいて、排気ガスは、排気経路Ｌ４の排気ガス経路Ｌ４１を通じて排気される。つまり、均圧前工程Ｓ１における加熱再生工程Ｓ１ａにおいては、排気ガス経路Ｌ４１に設けられている第１開閉バルブＶ４１が開状態とされ、流しパージガス経路Ｌ４２に設けられている第２開閉バルブＶ４２が閉状態とされている。なお、再生ガスとしては、本実施形態のように、吸着筒２Ａにおいて精製された精製空気の一部を使用してよいが、再生ガスとして別のガスを用いてもよい。

　冷却工程Ｓ１ｂは、例えば、冷却ガスとして常温の再生ガスを吸着筒２Ｂに流すことで実行される。これにより、再生処理後に常温で実行される空気精製処理のために、加熱再生工程Ｓ１ａによって加熱された吸着剤、及び、この吸着剤が充填されている吸着筒２Ｂを冷却することができる。図３に示すように、冷却工程Ｓ１ｂで使用された冷却ガスについても、排気経路Ｌ４から排気される。この冷却工程Ｓ１ｂにおいて、冷却ガスは、上述した加熱再生工程Ｓ１ａと同様、排気経路Ｌ４の排気ガス経路Ｌ４１を通じて排気される。つまり、均圧前工程Ｓ１における冷却工程Ｓ１ｂにおいては、排気ガス経路Ｌ４１に設けられている第１開閉バルブＶ４１が開状態とされ、流しパージガス経路Ｌ４２に設けられている第２開閉バルブＶ４２が閉状態とされている。なお、冷却ガスとしては、本実施形態のように、再生ガスを使用してよいが、冷却ガスとして別のガスを用いてもよい。

　バッチパージ工程Ｓ１ｃは、吸着筒２Ｂの内圧を、低圧状態と高圧状態との間で繰り返し変動させることにより実行される。吸着筒２Ｂの内圧は、例えば、大気圧（０．１Ｍｐａ）と０．７Ｍｐａとの間で変動させることで実行されてよい。バッチパージ工程Ｓ１ｃを実行することで、吸着筒２Ｂ内で滞留する不純物の除去を促進できる。バッチパージ工程Ｓ１ｃは、例えば、開閉バルブＶ４Ａ、Ｖ４Ｂの開閉状態の操作により実行されてよい。図３に示すように、バッチパージ工程Ｓ１ｃで使用されたバッチパージガスについても、排気経路Ｌ４から排気される。このバッチパージ工程Ｓ１ｃにおいて、バッチパージガスは、上述した加熱再生工程Ｓ１ａ及び冷却工程Ｓ１ｂと同様、排気経路Ｌ４の排気ガス経路Ｌ４１を通じて排気される。つまり、均圧前工程Ｓ１におけるバッチパージ工程Ｓ１ｃにおいては、排気ガス経路Ｌ４１に設けられている第１開閉バルブＶ４１が開状態とされ、流しパージガス経路Ｌ４２に設けられている第２開閉バルブＶ４２が閉状態とされている。なお、バッチパージ工程Ｓ１ｃにおいて吸着筒２Ｂに供給されるバッチパージガスとしては、例えば、上述した冷却工程Ｓ１ｂと同様、常温の再生ガスを用いてよいが、バッチパージガスとして別のガスを用いてもよい。

　以上のように、本実施形態の均圧前工程Ｓ１では、加熱再生工程Ｓ１ａ、冷却工程Ｓ１ｂ及びバッチパージ工程Ｓ１ｃが実行される。また、上述したように、均圧前工程Ｓ１では、加熱再生工程Ｓ１ａ、冷却工程Ｓ１ｂ及びバッチパージ工程Ｓ１ｃの各工程で使用されるガス（再生ガス、冷却ガス及びバッチパージガス）が、排気経路Ｌ４の排気ガス経路Ｌ４１を通じて排気される（図３参照）。

　次に、均圧工程Ｓ２が実行される。均圧工程Ｓ２では、均圧前工程Ｓ１が実行された後の吸着筒２Ｂに、吸着筒２Ａにより精製された精製空気が供給され、空気精製処理が実行されている吸着筒２Ａと均圧化される。より具体的には、図４に示すように、本実施形態の均圧工程Ｓ２は、第１開閉バルブＶ４１及び第２開閉バルブＶ４２の開閉状態が操作されることで実行される。つまり、排気ガス経路Ｌ４１に設けられている第１開閉バルブＶ４１を閉状態とし、流しパージガス経路Ｌ４２に設けられている第２開閉バルブＶ４２を開状態とすることで実行される。上述したように、第２開閉バルブＶ４２が開状態の流しパージガス経路Ｌ４２での流量は、第１開閉バルブＶ４１が開状態の排気ガス経路Ｌ４１での流量より小さい。そのため、吸着筒２Ｂに連通する流しパージガス経路Ｌ４２において第２開閉バルブＶ４２が開状態とされていても、吸着筒２Ｂは、空気精製処理が実行されている吸着筒２Ａと連通することで充圧され、吸着筒２Ａと均圧状態になる。

　なお、本実施形態では、排気経路Ｌ４に、排気ガス経路Ｌ４１及び流しパージガス経路Ｌ４２を設けると共に、排気ガス経路Ｌ４１に第１開閉バルブＶ４１と、流しパージガス経路Ｌ４２に第２開閉バルブＶ４２を設けているが、この構成に限られない。つまり、排気経路Ｌ４の流量を調整可能な流量調整部４であれば、その構成は特に限定されない。

　例えば、本実施形態の排気ガス経路Ｌ４１及び流しパージガス経路Ｌ４２はいずれも略等しい断面積を有し、流量が略等しくなるように設計されている。そのため、本実施形態では、上述したように第１開閉バルブＶ４１及び第２開閉バルブＶ４２の開閉状態を操作することで、排気ガス経路Ｌ４１及び流しパージガス経路Ｌ４２での流量を調整し、これにより、吸着筒２Ａ、２Ｂの均圧化を実現している。しかしながら、吸着筒２Ａ、２Ｂの均圧化は、他の手段により実現されてもよい。例えば、流しパージガス経路Ｌ４２の一部に細径部を設ける等、排気ガス経路Ｌ４１及び流しパージガス経路Ｌ４２の流量自体を異ならせ、排気ガス経路Ｌ４１と流しパージガス経路Ｌ４２とを切り替え可能な切り替えバルブを操作することで、上述した吸着筒２Ａ、２Ｂの均圧化を実現してもよい。

　また、本実施形態の排気ガス経路Ｌ４１及び流しパージガス経路Ｌ４２は、並列に配置された一部の分岐経路のみが相違し、その他の部分は共通しているが、この構成に限られない。排気ガス経路Ｌ４１及び流しパージガス経路Ｌ４２は、全く別々の経路により構成されてもよい。但し、本実施形態の排気ガス経路Ｌ４１及び流しパージガス経路Ｌ４２のように、一部の分岐経路のみが相違する構成とし、この分岐経路に第１開閉バルブＶ４１及び第２開閉バルブＶ４２を設けることで、排気経路Ｌ４の構成を単純化でき、排気経路Ｌ４の複雑化を抑制できる。

　次に、均圧後工程として、流しパージ工程Ｓ３が実行される。流しパージ工程Ｓ３では、２つの吸着筒２Ａ、２Ｂを均圧状態に維持したまま、流しパージガスを吸着筒２Ｂに流す流しパージを実行する。図５に示すように、流しパージガスは、排気経路Ｌ４の流しパージガス経路Ｌ４２を通じて排気される。流しパージガスとしては、吸着筒２Ａにより精製された精製空気を用いる。

　上述した均圧工程Ｓ２において、吸着筒２Ｂが充圧され、吸着筒２Ａの内圧と均圧化されると、吸着筒２Ｂにおいて、酸素、窒素の吸着剤への吸着、又は、吸着剤からの脱離、が発生する場合がある。そのため、均圧工程Ｓ２の直後に、再生処理から空気精製処理に切り替えると、切り替え直後に吸着筒２Ｂから精製される精製空気の酸素濃度が、それまで吸着筒２Ａにより精製されていた精製空気の酸素濃度と、異なる場合がある。これに対して、均圧工程Ｓ２の後に、均圧後工程としての流しパージ工程Ｓ３を実行することで、均圧工程Ｓ２が実行される際に吸着筒２Ｂ内に収容されていた、吸着筒２Ａにより精製された精製空気を、空気精製処理への切り替え前に、流しパージガス経路Ｌ４２を通じて排気できる。また、これと同時に、２つの吸着筒２Ａ、２Ｂを均圧状態に維持したまま、吸着筒２Ｂに、吸着筒２Ａにより精製された精製空気を供給できる。これにより、上述した均圧工程Ｓ２に起因する、切り替え前後での酸素濃度の変動を、小さくすることができる。

　流しパージ工程Ｓ３で実行される流しパージは、例えば、上述した切り替え前後での酸素濃度の変動が±１％以内となるように、実行されてよい。これを実現するために、流しパージは、例えば、吸着筒２Ｂの容積に対して、空間速度５～１０［回／ｈｏｕｒ］で実行されることが好ましい。また、流しパージを実行する時間としては、例えば、１０分～１２０分とすることができる。

　吸着筒２Ｂは、流しパージ工程Ｓ３が実行された直後に、空気精製処理の実行へと切り替えられる。つまり、空気精製装置１では、２つの吸着筒２Ａ、２Ｂのうち再生処理が実行されている一方の吸着筒２Ｂは、空気精製処理が実行されている他方の吸着筒２Ａと均圧状態で流しパージが実行された後に、空気精製処理の実行に切り替えられる。このようにして、吸着筒２Ｂの再生処理は完了し、吸着筒２Ａの再生処理が開始される。吸着筒２Ａの再生処理は、上述した吸着筒２Ｂの再生処理と同様である。

　なお、流しパージ工程Ｓ３は、再生処理から空気精製処理へと切り替える直前に実行されることが好ましい。そのため、吸着筒２Ｂは、上述した均圧工程Ｓ２が完了した後に、一定時間、待機状態となる場合がある。この待機状態が長くなると、例えば、吸着筒２Ｂの内面から不純物が脱離する場合がある。そのため、例えば、待機状態の時間が、所定時間以上となった場合には、上述した流しパージ工程Ｓ３を実行する前に、均圧前工程Ｓ１のバッチパージ工程Ｓ１ｃ、及び、均圧工程Ｓ２を再度実行するようにしてもよい。

　また、吸着筒２Ｂは、流しパージ工程Ｓ３が実行された直後に、空気精製処理の実行へと切り替えられるが、この切り替え直後は、吸着筒２Ａ、２Ｂが共に、空気精製処理を実行してもよい。つまり、空気精製処理が２つの吸着筒２Ａ、２Ｂで同時に実行される併用工程を、所定時間実行してもよい。このようにすることで、空気の連続精製を、より確実に実行することができる。なお、併用工程を実行する時間は、特に限定されないが、例えば、数十秒～数十分であってよい。この併用工程の後に、吸着筒２Ａは、空気精製処理から再生処理へと切り替えられる。

　以上のように、本実施形態の空気精製装置１では、一方の吸着筒２Ｂの再生処理において、一方の吸着筒２Ｂが他方の吸着筒２Ａと均圧状態にされる前に、一方の吸着筒２Ｂから排気経路Ｌ４（本実施形態では排気経路Ｌ４の排気ガス経路Ｌ４１）を通じて排気ガスが排気される（図３参照）。そして、一方の吸着筒２Ｂが他方の吸着筒２Ａと均圧状態（図４参照）にされた後に、一方の吸着筒２Ｂから排気経路Ｌ４（本実施形態では排気経路Ｌ４の流しパージガス経路Ｌ４２）を通じて流しパージガスが排気される流しパージが実行される（図５参照）。

　特に、本実施形態の空気精製装置１では、排気経路Ｌ４に、流量を調整可能な流量調整部４が設けられており、一方の吸着筒２Ｂは、流量調整部４が操作されることにより、他方の吸着筒２Ａと均圧状態にされる。より具体的に、本実施形態の空気精製装置１では、排気経路Ｌ４が排気ガス経路Ｌ４１及び流しパージガス経路Ｌ４２を備えている。そして、排気経路Ｌ４の流量を調整可能な流量調整部４として、排気ガス経路Ｌ４１に第１開閉バルブＶ４１、流しパージガス経路Ｌ４２に第２開閉バルブＶ４２、が設けられている。そのため、本実施形態において、一方の吸着筒２Ｂは、第１開閉バルブＶ４１及び第２開閉バルブＶ４２の開閉状態が操作されることにより、他方の吸着筒２Ａと均圧状態にされる（図４参照）。

　本発明に係る空気精製装置及び空気精製方法は、上述した実施形態示す具体的な構成及び工程に限られず、請求の範囲を逸脱しない限り、種々の変更及び変形が可能である。

　上述した実施形態では、第１開閉バルブＶ４１及び第２開閉バルブＶ４２の開閉状態を操作することで、排気ガス経路Ｌ４１及び流しパージガス経路Ｌ４２での流量を調整し、これにより、吸着筒２Ａ、２Ｂの均圧化を実現しているが、吸着筒２Ａ、２Ｂの均圧化は上記方法に限られない。均圧工程Ｓ２では、例えば、図６に示すように、開閉バルブＶ４Ｂを開状態から閉状態に切り替えて、吸着筒２Ｂを充圧し、吸着筒２Ａと均圧状態にしてもよい。このようにすることで、吸着筒２Ａ、２Ｂを、より迅速に均圧状態にすることができる。そして、その後に、図５に示す流しパージ工程Ｓ３が実行される。なお、図６に示す例では、開閉バルブＶ４Ｂを閉状態にして、吸着筒２Ａ、２Ｂを均圧化するため、均圧工程Ｓ２において、第１開閉バルブＶ４１の開状態から閉状態への切り替え、及び、第２開閉バルブＶ４２の閉状態から開状態への切り替え、は必須ではない。つまり、第１開閉バルブＶ４１及び第２開閉バルブＶ４２の上記の開閉操作は、均圧工程Ｓ２を完了した後で、流しパージ工程Ｓ３を実行する際に、実行されてもよい。

　本発明は空気精製装置及び空気精製方法に関する。

１：空気精製装置
２Ａ、２Ｂ：吸着筒
３：加熱手段
４：流量調整部
Ｌ１：原料空気導入経路
Ｌ１Ａ、Ｌ１Ｂ：分岐原料空気導入経路
Ｌ２：精製空気導出経路
Ｌ２Ａ、Ｌ２Ｂ：分岐精製空気導出経路
Ｌ３：再生ガス供給経路
Ｌ３Ａ、Ｌ３Ｂ：分岐再生ガス供給経路
Ｌ４：排気経路
Ｌ４Ａ、Ｌ４Ｂ：分岐排気経路
Ｌ４１：排気ガス経路
Ｌ４２：流しパージガス経路
Ｖ１Ａ、Ｖ１Ｂ、Ｖ２Ａ、Ｖ２Ｂ、Ｖ３Ａ、Ｖ３Ｂ、Ｖ４Ａ、Ｖ４Ｂ：開閉バルブ
Ｖ４１：第１開閉バルブ
Ｖ４２：第２開閉バルブ

Claims

　温度スイング吸着法により、原料空気から不純物を除去することで前記原料空気を精製する空気精製装置であって、
　前記不純物を吸着可能な吸着剤が充填されており、前記吸着剤を用いて前記原料空気を精製する空気精製処理、及び、前記吸着剤の吸着能力を再生する再生処理、を交互に実行可能な、２つの吸着筒を備え、
　前記２つの吸着筒のうち前記再生処理が実行されている一方の吸着筒は、前記２つの吸着筒のうち前記空気精製処理が実行されている他方の吸着筒と均圧状態で流しパージが実行された後に、前記空気精製処理の実行に切り替えられる、空気精製装置。
　前記再生処理において前記２つの吸着筒に再生ガスを供給可能な再生ガス供給経路と、
　前記再生処理において前記吸着剤から脱離した前記不純物が前記再生ガスと混ざった状態の排気ガスを、前記２つの吸着筒から排気可能な排気経路と、を備え、
　前記再生処理において、前記一方の吸着筒が前記他方の吸着筒と均圧状態にされる前に、前記一方の吸着筒から前記排気経路を通じて前記排気ガスが排気され、前記一方の吸着筒が前記他方の吸着筒と均圧状態にされた後に、前記一方の吸着筒から前記排気経路を通じて流しパージガスが排気される前記流しパージが実行される、請求項１に記載の空気精製装置。
　前記排気経路には、流量を調整可能な流量調整部が設けられており、
　前記一方の吸着筒は、前記流量調整部が操作されることにより、前記他方の吸着筒と均圧状態にされる、請求項２に記載の空気精製装置。
　前記排気経路は、
　　前記一方の吸着筒から前記排気ガスを排気可能な排気ガス経路と、
　　前記流しパージが実行される際に、前記一方の吸着筒から前記流しパージガスを排気可能な流しパージガス経路と、を備え、
　前記流量調整部は、
　　前記排気ガス経路に設けられている第１開閉バルブと、
　　前記流しパージガス経路に設けられている、開状態での流量が前記第１開閉バルブより小さい第２開閉バルブと、を備え、
　前記一方の吸着筒は、前記第１開閉バルブ及び前記第２開閉バルブの開閉状態が操作されることにより、前記他方の吸着筒と均圧状態にされる、請求項３に記載の空気精製装置。
　温度スイング吸着法により、原料空気から不純物を除去することで前記原料空気を精製する空気精製方法であって、
　前記不純物を吸着可能な吸着剤が充填されている２つの吸着筒により、前記吸着剤を用いて前記原料空気を精製する空気精製処理と、前記吸着剤の吸着能力を再生する再生処理と、を交互に実行する連続精製工程を含み、
　前記連続精製工程において、前記２つの吸着筒のうち前記再生処理が実行されている一方の吸着筒は、前記２つの吸着筒のうち前記空気精製処理が実行されている他方の吸着筒と均圧状態で流しパージが実行された後に、前記空気精製処理の実行に切り替えられる、空気精製方法。
　前記再生処理において前記２つの吸着筒に再生ガスを供給可能な再生ガス供給経路と、
　前記再生処理において前記吸着剤から脱離した前記不純物が前記再生ガスと混ざった状態の排気ガスを、前記２つの吸着筒から排気可能な排気経路と、が設けられており、
　前記再生処理において、前記一方の吸着筒が前記他方の吸着筒と均圧状態にされる前に、前記一方の吸着筒から前記排気経路を通じて前記排気ガスが排気され、前記一方の吸着筒が前記他方の吸着筒と均圧状態にされた後に、前記一方の吸着筒から前記排気経路を通じて流しパージガスが排気される前記流しパージが実行される、請求項５に記載の空気精製方法。
　前記排気経路には、流量を調整可能な流量調整部が設けられており、
　前記一方の吸着筒は、前記流量調整部が操作されることにより、前記他方の吸着筒と均圧状態にされる、請求項６に記載の空気精製方法。
　前記排気経路は、
　　前記一方の吸着筒から前記排気ガスを排気可能な排気ガス経路と、
　　前記流しパージが実行される際に、前記一方の吸着筒から前記流しパージガスを排気可能な流しパージガス経路と、を備え、
　前記流量調整部は、
　　前記排気ガス経路に設けられている第１開閉バルブと、
　　前記流しパージガス経路に設けられている、開状態での流量が前記第１開閉バルブより小さい第２開閉バルブと、を備え、
　前記一方の吸着筒は、前記第１開閉バルブ及び前記第２開閉バルブの開閉状態が操作されることにより、前記他方の吸着筒と均圧状態にされる、請求項７に記載の空気精製方法。