JPH03161008A

JPH03161008A - 気体分離装置

Info

Publication number: JPH03161008A
Application number: JP1301637A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Muraoka; 村岡　俊之; Akihiro Tsutsumi; 堤　明浩
Original assignee: Tokico Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-11-20
Filing date: 1989-11-20
Publication date: 1991-07-11
Anticipated expiration: 2014-10-06
Also published as: JP2958032B2

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　３ｗｉｎｇ　　Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　）の
気体分離装置に関し、起動時に準備運転時間を装置停止
時間に応じて設定するよう構成した気体分ｆ！ｎ装置に
関する。

従来の技術一般に、ＰＳＡ式気体分ｍ装四は、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！！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式窒素発生Ｓ置にあっては、吸
看剤を充填した吸着槽に圧縮空気を導入して胃圧する吸
着工程と、該吸着槽内を大気開放し又は真空ポンプで減
圧する脱着工程とを繰返し、吸着工程では吸着槽内の吸
着剤に酸素分子を吸着させて、窒素を外部に取出し、一
方ｌｌ５２着工程では吸着された酸素を脱るし、次の吸
着．Ｌ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＠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ｌｉ続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
）１１する場合にｔよ取出側に製品タンクを設け、製品
タンク内に窒素ガス（製品ガス）を貯えるように構成さ
れている。

又、上記気体分離装置にあっては、製品タンク内の窒素
濃度を測定する濃度計を設け、装置を起動から窒素濃度
が所定値以上に達するまで製品タンク下流側の取出用弁
を閉じており、濃度が所定値以上になったとき該取出用
弁を開き製品ガス供給可能としていた。

発明が解決しようとする課題上記窒素発生Ｖ４置では、装置を所定の場所に設置した
まま連続的に運転している場合、高純度の製品ガスを安
定的に得られる。しかるに、例えば休日、夜間等で比較
的艮時間（Ｗｊ．時間〜数日間）運転を停止した場合、
製品タンク内の窒素ｍ度は各バルブからの漏れ等により
少しずつ低下してしまうことがある。

又、吸着槽においては吸着剤として使用されている分ｆ
ふるいカーボンの特性上、定常状態では吸着槽内での加
圧時間を短くしているので分子ふるいカーボンは酸素分
子を多く吸着しているが、加圧時間を長くすると酸素分
子だけでなく窒素分ｆの吸着が促進され、さらには早期
に捕捉した酸素分子が窒素分子に入れ替えられ、その結
果吸着槽内の窒素１１１度が低下することが考えられる
。

従って、従来の気体分離装置では、比較的艮時間運転を
停止した後、装置を起動した後製品タンクの取出用弁を
閉じたまま通常の吸着、Ｉｌ５２着工程を繰り返すとい
った準備運転を行うことにより製品タンク内の窒素濃度
を例えば濃度９９．９９％の高ｍ度まで高めることにな
る。しかし、装置の停止時間が長いほど起動してから供
給可能な規定濃度の製品ガスが得られるまでの持ち時間
が良くなってしまう。

例えば、装置が停止してから再起動されるまでの停止時
間と、装置を再起動させてから製品タンク内の製品ガス
が規定ｍ度（本実施例では窒素濃ｌｊｌ９９．９９％と
する）に達するまでの時間との関係は第５図に示す各線
図Ｉ〜■の如くとなる。即ち、第５図において、装置停
止時間が１日の場合、製品ガス濃度が規定濃度に達する
まで時間′「ｌが必要である。又、装置停止時間が２日
〜５日へと良くなるにつれて規定濃度に達するまでの時
間もＴ２　〜Ｔｓ　　（ＴＩ　＜Ｔ２　＜Ｔ３　＜Ｔ４
　＜ＴＳ　）と次第に延艮される。

ところが、従来は装置停止時間の艮さにかかわらず、停
止Ｂ！ｆｌ！ｉ！を３日と仮定しており、装置を再起動
してから製品タンクの取出用弁を開弁するまでの立上り
時間すなわち準備運転時間を１３としていた。

しかるに、従来の５Ａ置では装置停止時間が１日あるい
（１２日のときも墜備運転時間が１３に設定されている
ので、時間（Ｔ３　−Ｔ＋　）あるいは〈丁３　−Ｔ２
　）の無駄な持ち時間が余分にかかるといった課題があ
る。又、従来は装直停止時間が４日あるいは５日のとき
ら準備運転時間Ｔ３に設定されるので、時間（Ｔ４　−
Ｔ３　）あるいは（ｒｓ−ｒ３）の不足が生じ、製品タ
ンクから取出される製品ガスが規定濃度に達せヂ、当初
規定濃度を保つことができないといった課題もある。

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、装置が停止され
てから再起動するまでの停止時間を詔測する停止時間計
測手段と、停止時間計測手段によりａ１測された停止時
間に基づき吸着槽における準備運転時間を変更する準ｍ
運転制御手段とを具備してなる。

作用装置停止時間に応じた準備運転時間が設定されるため、
実際の停止時間に対して準備運転時間が長すぎて無駄な
持ち時間を要することがなく、又準備運転時間が短くて
製品ガスが規定濃度に達しないといった不都合も解消さ
れる。

実施例第１図は本発明になる気体分離５Ａ置の一実施例として
の窒素発生装置の概ｌ８構成図である。

第１図中、１，２は第１、第２の吸着槽で、各吸着槽１
．２内にｔよ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ブレツリで、コンプレッ
サ３からの圧縮空気は空気ドライヤ４、配管６．７を介
して吸着槽１，２にそれぞれ交互に供給ざれるようにな
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用弁８．９が設けられている。

１０．１１は脱着時に吸着１ｆ！！１．２からの気体を
排出する配管で、共通耕出配萱１２に接続されており、
排出配管１２は脱着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１３．１４が設けられて
いる。

１５．１６は吸着槽１．２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間だけ後
述の制御の下に交互に開弁ず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で、均圧用
弁２　２　１．１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じ、吸着槽１，２間を均圧に
する。

２３は製品タンク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２４が設けられている。

２５はａ度計で、製品タンク２０に接続されている。又
ｍ度計２５にはＭ素センサが使用されており、濃度計２
５は製品タンク２０内に貯溜された気体の酸素濃度を測
定する。

即ち、濃度計２５は製品タンク２０内の窒素ガス中に含
まれている酸素濃度を監視しており、酸素濃度に比例し
たＭ流値の信弓を出力する。製品タンク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２５４製品タンク２０内の窒素濃度が低
濃度となったことを検出できる。又、濃度計２５からの
Ｍ素濃度測定信号＄；Ｌ１ａ述する制御回路２７に入力
される。

なお、Ｉ１度計２５に使用される酸素センザとしてＩ．
ｔ酸素分ｆの常磁性を利用した磁気式ＭＸセンサ、酸素
が透過膜を介して電解液に入ると電極で酸化還元反応が
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７ｌａ気の内外而に電極を設け、酸素濃度によって
起電力が発生するのを利用したジル」二７式酸素センサ
等が用いられる。

また、ｉｌＪ［１回路２７は例えば゛？イク口コンピュ
ータ零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１
３．１４、取出用弁１８，１９、均圧用弁２２、取出用
弁２４を開閉制御する。

又、制御回路２７は装置停止から再起動までの停止時間
を計測する停止時間１ｌ測手段２７Ａと、再起！！１時
停止時間，￥１測手段２７Ａにより訓測された装置停止
時間に基づき起動してから製品タンク２０内の気体濃度
が規定濃度に達するまでの準備運転時間を演算して設定
する準備運転ＩＩ御手段２７Ｂとを有する。

尚、上記制紳回路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Ｉａ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装置の動作につ
き説明する。

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、空気供給用弁つと気体排出用弁１
３が開弁じ、第２の吸着槽２に原料気体としての圧縮空
気がコンブレッサ３より供給される。従って第２の吸着
槽２は昇圧状態にあり、分子ふるいカーボン２Ａに酸素
が１及着され、一方第１の吸着槽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示し
ている。

次に、第２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を開弁じ、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１は減圧状態のままである。

次に、第２図中の■は均圧操作で、均圧用弁２２を開弁
ずると共に各取出用弁１８．１９、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ｉｆｆｆ１．２は均圧となる。なお、前記均圧
操作は通常１〜３秒である。

これにより、１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、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、１リイクルを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、製品タン
ク２０に供給することができる。

ところが、ｖｌ置を長時間（数時間・一数日間）運転し
なかった場合、製品タンク２０内には窒素濃度の低い換
言すれば酸素濃度の高い製品ガスが充満していることが
ある。

その場合、制御回路２７は第４図に示す処理を実行して
装置の停止時間に応じた準備運転時間を自動的に設定す
る。

即ち、＄り御回路２７は第４図中ステップＳ１において
、その終業時に装置の停止！１］（図示ｔ！１″）が押
下されて停止状態になると、ステップＳ２で停止時間を
積算しはじめる。

ステップＳ２の停止時間の積算処理は休日等が過ぎて始
業時にスタート釦（図示せず〉が押下されまで続く。

そして、ステップＳ３において、スタート釦が押下され
るとステップＳ４に移り、ステップＳ２でｖｉ算された
停止時間に基づき準備運転時間を演鋒して設定する。続
いて、準備運転が開始され（ステップＳ５）、ステップ
Ｓ６においてステップＳ４で設定された準備運転時間が
経過したか否かを監視する。この準備運転は前述の如く
コンブレッサ３からの圧縮空気を吸看槽１，２へ供給し
、吸＠Ｉ’！１．２で生成された製品ガスが製品タンク
２０に供給される。

しかし、製品タンク２０内の製品ガスが規定濃度に達す
るまで、製品タンク２０の取出用弁２４は閉弁している
。

ステップＳ６で準備運転の設定時間が経過すると、ステ
ップＳ７に移り取出用弁２４を開弁して製品タンク２０
内の製品ガスを下流側へ供給開始する。その後ステップ
Ｓ８に移り前述した通常の製品ガス生成サイクル（第２
図，第３図に示す）を実行する。

尚、本実施例では上記ステップ８４〜Ｓ７において、例
えば停止時間が１日であるときは第３図に示す１サイク
ルの生或動作が行なわれた後取出用弁２４が開弁される
。又、停止時間が２日であるときは１＋ｊイクルの生成
動作が２回行なわれた後取出用弁　２４が開弁される。

装置の停止時間がさらに長くなると、第５図に示す如く
規定濃度に達するまでの時間が１３〜Ｔｓのように長く
なる。そのため、停止時間が３日のときＵ例えば４サイ
クルの生成動作が準備運転として行なわれ、停止時間が
４日，５日と長くなるにつれて生Ｊｉｌｃ！ｌ）作も６
サイクル．８サイクルと回数が増加する。

従って、上記本発明のｉ置では装置停止時間が比較的頻
繁に行なわれる１日あるいｔよ２日の場合、従来よりも
準備運転時間を短縮して無駄な持ち時間を無くすことが
できるので、起動させてから製品ガスがとりだされるま
での立上りの時間を必藍最短時間にすることができる。

さらに、装置の停止時間が４日あるいは５日と基準日と
しての３日よりも長い場合は、上記立上り時間の短縮｛
よできないが準備運転不足により製品ガスのａ度が規定
濃度以下のまま製品タンク２０より取出されることを防
止でき、規定１１１Ｉの製品ガスを安定供給することが
できる。

尚、上記実施例では＄１３′ｍ回路２７において停止Ｉ
ｔｓ間を劃測するようにしたが、これに限らず、制紳回
路２７以外に停止時間を積砕する手段を設けてもよいし
、あるいは停止釦の押下により竹動して起動釦の押下に
より作動停止するタイマを設けタイマの停止により装置
停止時間を求めるようにしても良い。

発明の効果上述の如く、本発明になる気体分離装置は、装置停止時
間の長さに応じた準備運転時間を設定できるので、従来
のように装置停止時間にかかわらず例えば３口を基準に
して準備運転時間を設定する場合よりも、実際の停止時
間が比較的頻繁に行なわれる１日あるいは２日の場合準
備運転時間を短縮し、その結果起動させてから製品ガス
が取出せるようになるまでの立上り時間を必要Ｒ短時間
にして無駄な待ち時間を無くすことができる。又、実際
の停止時間が基準日より長い場合、製品タンクより取出
される製品ガスの濃度が規定ｉ！１度に安定的に保たれ
状態で製品ガスを供給することができる等の特長を有す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になる気体分離装置の一実施例の概略構
成図、第２図及び第３図Ｇｉ製品ガス生成の各■稈を説
明するための工程図、第４図は装置停止後の再起勤時制
御回路が実行する処理を説明するための７０−チャート
、第５図は停止時間毎に起動してから規定濃度の製品ガ
スが取出せるようになるまでの準備時間を示す絵図であ
る。１．２・・・吸着槽、ＩＡ．２Ａ・・・分子ふるいカー
ボン、３・・・」ンプレツサ、２０・・・製品タンク、
２４・・・取出用弁、２５・・・濃度計、２７・・・制
御回路、２７Ａ・・・停止時間副測手段、２７Ｂ・・・
準鵬運転υ１郊手段。

Claims

【特許請求の範囲】　内部に一の気体を吸着する吸着剤が充填された吸着槽
に圧縮気体を供給し、該吸着剤により生成された製品ガ
スを前記吸着槽より取出し製品タンクに蓄圧する構成と
された気体分離装置において、装置が停止されてから再
起動するまでの停止時間を計測する停止時間計測手段と
、前記停止時間計測手段により計測された停止時間に基づ
き前記吸着槽における準備運転時間を変更する準備運転
制御手段と、を具備してなる気体分離装置。