JPH02280811A - 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（Ｐｒｅｓ
ｓｕｒｅ　Ｓｗｉｎｇ　Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）の気体
分離装置に同し、例えば窒素発生Ｈ置又は酸素発生装置
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式の窒素発生装置にあっては、
＠着剤を充填した吸！！槽に圧縮空気を導入して昇圧す
る吸着工程と、吸着槽内を大気開放し又は真空ポンプた
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Ｍ素分子を吸着させて、窒素を外部に取出し、
一方１１！２着工程では＠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。そして、製品ガス
である窒素は吸着槽内を昇任状態にして取出すものであ
るため、発生する窒素ガスはｗＩＲ的で圧力変化も大き
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タンクを設け、製品タンク
内に窒素ガスを貯えるように構成されている。

そして、従来の装置では、装置を停止さぜる際その場で
即停止したり、脱着゛ｒ程俊吸ａｍ内の残存ガスを大気
中に排出し、吸着槽内を大気圧に減圧した排気工程で停
止していた。

発明が解決しようとする課題 ところが、従来の装置においては、再起動する際、吸着
槽内が排気工程の状態から運転が開始されることになり
、即ち、吸着槽内には製品ガス（窒素ガス）の純度を低
下させるガス（例えば酸素）が多量に残留しているため
、前述の吸着工程ｌ１２着工程等を繰返さなければなら
ず、規定純度の窒素ガスが生成されるまでかなりの時間
を要するといった課題がある。

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 本発明は上記気体分離装置において、運転停止信号が入
力すると製品ガスの吐出を止め、その後昇圧状態にある
吸着槽の取出しが完了すると吸着槽内の気体を排出した
後、製品タンク内の高純度ガスを吸着槽に還流し吸着槽
内を高純度ガスによって掃気させる手段を具備してなる
。

作用 運転停止時機ｌＩ槽内に製品ガスを運流し、再起１１３
１１８着槽内に高純度の製品ガスが貯溜された状態で運
転スタートできるので、再起動開始から短時清で高純度
の製品ガスの生成が可能となる。

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
。

ａｍ中、１．２は第１、第２の吸着槽で、各吸着槽１．
２内にはそれぞれ分子ふるいカーボンＩＡ、２Ａが充填
されている。

３は圧縮空気供給源となるコンプレッサで、コンプレッ
サ３からの圧縮空気はドライヤ４、供給流急調整弁５、
配管６．７を介して＠薯槽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Ｎ４ａ弁からなる空気供給用弁８．９が設
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、共通排出配管１２に接続されており、排出配
管１２は脱薯排ガスを排出するようになっている。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１！２１１排ガスを半す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１３．１４が設けられて
いる。

１５．１６は吸着ｅ１１．２からの窒素をそれぞれ取出
す取出弁配管、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闇だけ
後述の１ｌＪｔｌ）の下に交互に開弁する電磁弁からな
る取出用弁１８．１９がそれぞれ設けられている。また
前記取出配管１７は製品タンクと６での窒素タンク２０
と接続されている。

又、取出排管１７の途中には電磁弁からなる取出用ｒｊ
ａｒ１１弁２１ζ、窒素タンク２０へ供給される窒素ガ
スの流量を調整する取出流Ｉｌｌ整弁２２とが設けられ
ている。尚、取出用ｔｔｉ１１１弁２１は窒素ガスを取
出すｍ開弁しているが、後述するように取出用弁１８．
１９を同時に開弁し第１、第２の＠着槽１，２間の均圧
操作を行なう際には開弁される。

２３は圧力スイッチで、窒素タンク２０内の圧力が所定
圧力に達したことを検出する。′２４は窒素タンク２０
に接続された取出配管で、その途中には電磁弁からなる
取出用弁２５が設けられると共に、取出流ｆｆ１Ｗ整弁
２６が設けられている。

２７は酸素センサで、電磁弁からなる開閉弁２８を介し
て取出配ｆ！２４内を流れる気体を供給され、窒素タン
ク２０より取出された気体の酸素純度を検出する。又、
酸素セン＋Ｊ２７からの酸素純度検出信号は後述する！
１１１１１回路２９に入力される。

なお、酸素センサ２７としては酸素分子の常磁性を利用
した磁気式［センサ、酸素が７１１′ＩＡ膜を介して電
解液に入ると電極で酸化還元反応が起き１！流が流れる
のを利用した電磁式ＭＫセンサ、ジルコニア磁器の内外
面に電極を設け、Ｓ！素線純度よって起電力が発生する
のを利用したジルコニア式図素センサ等が用いられる。

３０は取出配管２４から取出される窒素純度、即ら酸＊
、ａ度を設定する純度設定スイッチで、窒素タンク２０
から取出すべき窒素ガス純度に応じて適宜に設定される
ものである。

また、υｆｉ１１回路２９は例えばマイクロコンビｌ−
夕等によって構成される弁制御１段で、入力側には酸素
センサ２７、純度設定スイッチ３０．圧力スイッチ２３
６接続され、出力側は前述した供給流量調整弁５と接続
されている。このＩ制御回路２９の記憶回路には窒素ガ
スを生成する通常運転モードにより８弁を開閉するプロ
グラムＡと、運転を停止させる際８弁を開閉するプログ
ラムＢと。

取出される窒素純度を純度設定スイッチ３ｏによる設定
値に維持するように、供給流量調整弁５の弁開度を６１
１１１１するプログラムＣとが格納されている。

さらに、３１はシーケンサで、＄１３１１１回路２９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、取出用開閉弁２
１、取出用弁２５、開閉弁２８を開ｒＷｌｔｓｍする。

尚、上記シーケンサ３１によりＩｔｎ　ｒｆｌ　＆１１
　ｍされる各電磁弁は、量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閉弁する
ようになっている。

次に、上記のように構成された窒素発生ｉ置の動作につ
き説明する。尚、制御回路２９は第２図に示す処理を実
行する。

まず、窒素発生装置としての基本動作について、第３図
、第４図を参照しながら述べる。

まず、制御四路２９は第２図中ステップＳ１において起
動スイッチがオンにされると、ステップＳ２に移り通常
運転のプログラムＡを実行する。

即ち、窒素発生装置を起動すると、ｌＩＩｍ回路２９（
図示せず）の制御の下に、シーケンサ３１が作動し、通
常運転による窒素発生が行われる。

まず、第４図に示すように■、■、■の動性が実行され
る。第３図中の■は、空気供給用弁９と気体排出用弁１
３が開弁し、第２の吸着ｍ２に原料気体としての圧縮空
気が供給されて第２の吸着槽２は昇任状態にあり、分子
ふるいカーボン２ＡにＳ県が吸着され、一方第１の＠看
槽１は減圧状態にあり、吸着していた酸素が脱着して排
出されている状態を丞している、。

次に、第３図中の■は空気供給用弁９と気体排出用弁１
３の他に、新たに取出用弁１９及び取出用開閉弁２１を
開弁し、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Ｗ４１は減圧状
態のままである。

次に、第３図中の■は均圧操負で、各取出用弁１８．１
９を開弁すると共に、取出用開閉弁２１及び空気供給用
弁９、気体排出用弁１３を閉弁する。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１
に回収され、各吸着槽１，２は均圧となる。なお、前記
均圧操作は通常１〜１０秒である。

これにより、１サイクルのうちの館寧の半サイクルが終
了したことになり、空気供給用弁８、気体排出用弁１４
を開弁することによって、第４図（Ｂ）に示すように第
３図中の■〜■に示す後半の半サイクルを繰返す。かく
して、１サイクルを１２０秒とすると、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、窒素タン
ク２０に供給することができる。そして、起動後しばら
くすると、発生する窒素ガスの純度は安定する。

ここで、第２図中、ステップＳ３において停止スイッチ
（図示せず）がオンにされると、制御回路２９ではプロ
グラムＢの処理が実行される。即ら、停止スイッチのオ
ンにより、まず取出用弁２５を閉弁させる（ステップ３
４）。次のス゛１ツブＳ５では、前述の通常運転（ステ
ップＳ２と同じ窒素ガス生成動作）が行なわれる。この
とき、窒素タンク２０の取出用弁２５は閉弁しているの
で、吸１ｆｆｉ１．２で窒素が生成され、第３図及び第
４図に示す１サイクルを数回繰り返すと、窒素タンク２
０内は高純度の窒素ガスがさらに貯溜されるとともによ
り圧力が上背する。

次のステップＳ６で停止信号入力時に昇任状態の吸１１
ｆｉの取出しが完了すると（シーケンサ３１の内部では
所定のタイマーのタイマーアップ等の時間管理をしてい
る手段によって検知する）窒素タンク２０内の圧力が所
定圧力以上に昇圧したことが検知されてステップＳ５の
通常運転は停止する。続いて、全ての電磁弁が閉弁され
る（ステップ８７）。

次に、気体排出用弁１３．１４を１…時に開弁し、（ス
テップＳ８）、この状態を時Ｍ　ｔ　Ｉの間保持する〈
ステップ８９）。この間に吸着槽１．２内の残存ガスは
大気中に排気され、＠肴槽１，２内は大気圧に減圧され
る。

次のステップ８１０では取出用弁１８．１９を同時に開
弁する。これにより、窒素タンク２０に蓄圧された高純
度の窒素ガスが取出用弁１８゜１９を介して吸ｉｔ槽１
，２に還流する。そのため、＠着槽１，２に残存する低
純度の窒素ガス及び酸素は、窒素タンク２０からの窒素
ガスの圧力により気体排出用弁１３．１４を介して損気
され、吸着槽１．２内は高純度の窒素ガスにより節気さ
れる。ステップ８１１において、上記＠看槽１，２内に
窒素ガスの還流が時１ｊｆｌ　ｊ　２継続されると、吸
着１１１．２内は残存ガスが排気されるとともに高純度
の窒素ガスで満される。次に、上記損気、還流工程で開
弁させた気体排出用弁１３．１４及び取出用弁１８．１
９を閉弁する（ステップ５１２）。

そして、シーケンサ３１及びｔ、１）ｉｌ１１回路２９
は装置全体を停止モードとする（ステップ５１３）。

このように、停止スイッチを操作した時点で、上記ステ
ップ８３〜３１３の処理が実行されるため、装置が停止
したときは、吸着槽１．２内は窒素タンク２０内に蓄圧
された高純度の窒素ガスで満されている。従って、再起
動しようとして起動スイッチをオンにしたとぎには、従
来の装置の如く吸着槽１．２内が大気開放のままやその
ままで停止０だ場合よりも、ぎわめで短い時間で高純度
の窒素ガスを吸着槽１，２より取出すことが可能となる
。

よって、例えば前日の終業時に装置を停止させても、翌
朝起動スイッチをオンにした後の準備運転時間（持ち時
間）が短くて済み、作業者が起動してから所定の純度の
窒素ガスが得られるまで長ｖ１問待つことが無くなり、
作業の能率が高められる。

尚、上記実施例ではステップ８１２において気体排出用
弁１３．１４と取出用弁１８．１９とを同時に開弁させ
たが、気体排出用弁１３．１４を開弁してしばらく時間
をおいてから取出用弁１８゜１９を開弁するようにして
も良い。

又、上記停止スイッチがオンにされて実行される取出工
程、吸着槽１，２の排気及び連流ｒ程は、停止作業時に
行なわれる工程であり、通常運転時、即ち第４図に示す
昇圧、取出、均圧、減圧の各［稈とは切り離して実行さ
れるよう設定されている。

尚、上記実施例以外にも例えば停止信号入力により均圧
１稈を行ないその後製品タンク内の製品ガスを＠着槽へ
還流させることも考えられるが、この場合均圧工程後吸
着槽内の圧力が取出し時よりも減圧されてから吸着槽内
の残留ガスを排気することになり、吸着槽内の残留ガス
を充分に損気することができない。即ち、均［Ｅ］［程
後に製品ガスを還流させる場合、吸着槽内に残留ガスが
残つている状態でｔ４１１１！度のガスを還流させるこ
とになり、還流後の吸着槽内のガスのＫＩ団が低下する
。

発明の効果 上述の如く、本発明になる気体分離装置は、運転停止操
作によりｖｔｉ？￥が停止する直前に、吸着槽内の残存
ガスを排気しその後製品タンク内の高純度の製品ガスを
吸着槽内に還流させて吸着槽を掃気して停止させるため
、再起動させるときは吸着槽内に高純度の製品ガスが満
された状態で運転をスタートできることになり、排気゛
［程のまま停止する従来の装置よりも極めて短い時間で
規定純度の製品ガスを取り出すことが可能となり、起動
時の持ち時間を短縮することができる雪の特長を有する
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になる気体分ｌ１ｌｌｌ装置の一実施例
の概略構成図、第２図は１Ｉｌｌ　６！１回路が実行す
る処理のノロ−チャート、第３図及び第４図は気体分離
装置の通常運転の動・作を説明するための工程図である
。 １・・・第１の吸着槽、２・・・第２の＠肴槽、３・・
・コンプレッサ、５・・・供給流囚調整弁、８．９・・
・空気供給用弁、１３．１４・・・気体排出用弁、１８
゜１９・・・取出用弁、２０・・・窒素タンク、２１・
・・取出用開閉弁、２７・・・酸素センリ、２９・・・
制御回路、３０・・・純度設定スイッチ、３１・・・シ
ーケンサ。 特許出願人　ト　キ　コ　株式会社 第２図 第３図 第４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に、圧縮した原料気体
   を供給し、前記吸着槽が昇圧状態にある間に取出用弁を
   開弁させて該吸着剤により生成された製品ガスを製品タ
   ンクに貯溜する気体分離装置において、 運転停止信号が入力すると製品ガスの吐出を止め、その
   後昇圧状態にある吸着槽の取出しが完了すると前記吸着
   槽内の気体を排出した後、前記製品タンク内の高純度ガ
   スを前記吸着槽に還流し吸着槽内を高純度ガスによつて
   掃気させる手段を具備してなる気体分離装置。