JPH0352614A - 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ｌｉ１装置に係り、特に吸着剤の脱着精度を高め吸
着剤の再生を確実に行なうよう構成した気体分離装置に
関する。

従来の技術 一般に、ＰＳＡ式気体分Ｉ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式窒素発牛装置にあっては、吸
着剤を充填した吸着塔に圧縮空気を導入して加圧する吸
看工程と、該吸着塔内を大気開放し又は真空ポンプで減
圧する１２着工程とを繰返し、Ｉ１ｌ２着工程では吸着
塔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、一方脱着工程では＠着されたｍ素を説着し、次の
吸着工程に備えるようになっている。

発明が解決しようとする課題 従来の装置では起動時吸着槽に圧縮空気を供給してから
、製品ガスが取り出せるようになるまでの立上り時間が
長いといった課題がある。そのため、起動時製品タンク
内に貯溜された製品ガスを吸若槽に還流させて吸着槽内
に残留していた気体を吸着槽の排気配管より人気中にパ
ージすることが考えられている。ところが、従来の装置
において、＠着槽内を製品ガスでパージする際は、製品
タンクと吸着槽との間に配設された取出用弁を間弁じて
、製品タンク内に蓄圧された約５聯ｆ　／ｃｄ程度の圧
力に圧縮された製品ガスを短時間還流させることになる
。その場合、パージ時間が短いので吸着槽内の残留気体
を効率よくパージすることができず、吸着剤に吸着され
た酸素を十分脱着することができず、脱着精度が低いと
いった課題が生ずる。

そのため、上記の如く圧縮された製品ガスをそのまま吸
着槽に還流させるだけでは、吸着槽に残存するｌ素を完
全にパージすることができず、原料気体が吸着槽に供給
されても高純度の窒素ガスが得られるまで時間がかかり
立上り時間を短縮することができないといった課題も生
ずる。

又、脱着精度が高まるようにパージ時間を長くすると、
製品ガスの消費量が増大し、折角製造した製品ガスの消
耗が増えることになる。

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１１１装置において、製品タンク
内の製品ガスを低圧に減圧し、少ｔｆつ吸着槽に還流さ
せる製品ガス還流手段を具備してなる。

作用 製品タンク内の製品ガスを低圧に減圧して少量ずつ吸着
槽に運流させることにより、徐々に吸着槽内の残存気体
をパージすることができ、長時間パージすることにより
吸着剤に吸着ざれた気体を確実に１２＠させ脱着精度を
高めるとともに３！流に使用される製品ガスを節約し、
効率良く吸着槽内をパージする。

実施例 第１図に本発明になる気体分ｌｕｌｌの一実施例を示す
。

同図中、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１Ａ．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ッリで、コンプレッ
サ３からの圧縮空気は空気ドライヤ４及び配管６，７を
介して吸着槽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
電磁弁からなる空気供給用弁８，９が設けられている。

尚、空気ドライヤとしては冷凍式のドライヤが使用され
ており、冷凍式の場合起動してから約５分間程度の予冷
のための準備運転時間が必要とされている。

ｉｏ．ｉｉは説着時に吸着槽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の端部には脱肴排ガスを排出するサイレンサ１２
ａが設けられている。そして、前記配管ｉｏ．ｉｉの途
中にはそれぞれ吸着槽１．２内の１８！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の出口側に接続され吸着槽１
．２内で生成された窒素をそれぞれ取出す取出配管、１
７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の下端に接続されている。

２１は吸着槽１．２の出口側を連通ずる配管、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２２は吸着槽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し、各＠看槽１，２間を均圧に
する。

２４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２５が設けられている。

２７は酸素センサで、製品タンク２０に貯溜された気体
の酸素濃度（組成値）を検出する。又、酸素センサ２７
からの酸素濃度検出信号は後述する訓ｍ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
した磁気式酸素センサ、酸素が透過膜を介して電界液に
入ると電極で酸化還元反応が起きｉｌＦＩｌが流れるの
を利用した電磁式酸素センサ、ジルコニ７磁器の内外面
に電極を設け、酸素濃度によって起電力が発生するのを
利用したジルコニア式酸素センリ等が用いられる。

２８は取出配管２４から取出される窒素濃度、即ち酸素
濃度を設定する濃度設定スイッチで、製品タンク２０か
ら取出すべき窒素ガス濃度に応じて適宜に設定されるも
のである。

３０．３１は運流用配管で、上記取出配管１５．１６と
は独立して吸着槽１，２の出口側に接続されている。３
２は一端が上記配管３０．３１に連結した還流用配管で
、他端が製品タンク２０の上端に連結されている。従っ
て、配管３０．３１．３２は上記取出配管１５．１６．
１７よりもかなり短く、吸着槽１，２と製品タンク２０
とを最短距離で接続する。

還流用配管３２には絞り弁３３と還流用弁３４とが配設
されている。還流用弁３４は後述するように空気ドライ
ヤ４が準備運転する間に開弁され、製品タンク２０内の
製品ガス（窒素ガス）を吸着槽１．２へ還流させる。又
、絞り弁３３は製品ガスが約５Ｋ９ｆ　／ｄに圧縮され
ているので、還流される製品ガスの流量を絞り、製品ガ
スを少量ずつ供給して製品ガスが短時間で消費されない
ようにする。

また、制御回路２９は例えばマイクロコンピュータ等に
よって構成される弁＄１１ｔ１１手段で、入力側には酸
素センサ２７，濃度設定スイッチ２８が接続されている
。又、制御回路２９は第２図に示す処理を実行する還流
ｕｌ　ｍ１１手段２９Ａを有する。

制御回路２９は予め入力されたプログラムに従い、例え
ば第４図に示す加圧（■．■〉，取出（■，■），均圧
（■，■）の各工程に応じて、空気供給用弁８，９，気
体排出用弁１３，１４．取出用弁１８．１９．均圧用弁
２２，取出用弁２５ヲｔｉｍｉｌｊｔｌｌｌｔル。

尚、上記ｔｉｌｌ１１回路２つにより開閉制御される各
電磁弁は、開弁償号の供給により励磁されたとき開弁し
、励磁されないとぎにはバネ力で閉弁するようになって
いる。

ここで、上記窒素発生Ｍｌの窒素発生ザイクルの動作に
つき説明する。

まず、第２図を参照して窒素発生装置としての起動時の
還流動作について説明し、続いて窒素発生の基本動作に
ついて、第３図、第４図を参照しながら説明する。

いま、窒素発生装置を起動すると、詞一回路２９は第２
５！ｌに示す処理を実行する。

まｆ１冷凍式の空気ドライヤ４に通電が行なわれ予冷の
ための準備運転を行なう（ステップＳ１）。続いて、気
体排出用弁１３．１４を開弁させる（ステップ８２）。

気体排出用弁１３．１４の開弁により吸着槽１．２内の
残存気体が朗出配１１１　２，サイレンサ１２ａより大
気中に排出され、ｔ秒間経過すると（ステップ８３）吸
着槽１，２内が略大気圧に減圧される。

次のステップＳ４では運流用弁３４を開弁じ、製品タン
ク２０内に蓄圧された窒素ガスが還流配管３２．３０．
３１を介して吸着槽１．２の出口側に供給される。製品
タンク２０からの製品ガスは絞り弁３３の絞り開度に応
じて減圧されるとともに流量を絞られ、少量ずつ吸着槽
１，２内に供給される。そのため、吸着槽１．２内には
出口側より低圧の窒素ガスが供給され、製品ガスは徐々
に吸養槽１，２の下方に移動し、＠肴槽１，２内をパー
ジする。尚、吸着槽１．２内の残存気体は製品ガスが供
給ざれるとともに徐々に排出配管１２を介して大気中に
排出される。

ステップＳ５では空気ドライヤ４の準備運転に必要な時
間Ｔ（本実施例では約５分間）経過したかどうかをみて
おり、この間も上記低圧の製品ガスによりパージが継続
されている。このように長時間製品ガスが吸着槽１．２
に還流ざれることにより、分子ふるいカーボンＩＡ．２
Ａに吸着されていた酸素は確実にｒｍｓされる。そのた
め、脱肴精度が高められる。しかも、製品ガスが低圧に
減圧され少量ずつ還流ざれるので、製品ガスの消費量を
節約することができ、パージ時間が長時間になっても製
品ガスの消費量は意外に少ない。

上記時Ｉｆ｝Ｔが経過すると空気ドライヤ４の準備運転
が完了し、原料気体の除湿が可能となるとともに、吸着
槽１，２内のパージも完了する（ステップＳ６）。

続いて、気体排出用弁１３．１４を閉弁する（ステップ
Ｓ７）。

又、気体排出用弁１３．１４ｒＩ１弁後吸着槽１．２内
に窒素ガスが充填されると、還流用弁３４を閉弁ずる《
ステップ８８）。そして、コンブレッサ３が始動され（
ステップＳ９）、窒素発生の準備段階が終了する。

この後は通常の窒素発生動作が行なわれる。その際、吸
着槽１．２内には製品ガスとしての窒素ガスが充満して
いるので、窒素発生の立上り速く短時間で高純度の窒素
ガスを生成しうる。又、製品タンク２０と吸肴ＩｆＩ１
．２を接続する配管３０．３１．３２が短いので、その
分パージに使用される製品ガスが少量で済み、製品ガス
の無駄が減少する。

ここで、通常の窒素発生動作について説明する．まず、
第４図に示すように■，■．■の動作が実行される。第
３図中の■は、空気供給用弁９と気体排出用弁１３が開
弁し、第２の吸着槽２に原料気体としての圧縮空気が供
給されて第２の吸看ＷＩ２は加圧状態にあり、分子ふる
いカーボン２Ａにｍｓが吸着ざれる。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
されている状態を示している。

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３図中の■は均圧操作で、各取出用弁１８．１
９，及び空気供給用弁９．気体排出用弁１３を閉弁する
とともに均圧用弁２２を開弁する。

これにより、第２の吸＠ｔｆｌ２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１〜３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
を開弁ずることによって、第４図（Ｂ）に示すように第
３図中の■〜Ｏに示す後半の半サイクルを繰返す。かく
して、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。

そして、吸着槽１．２内には窒素ガスが前記還流動作に
より充填されているため、起動後知時閤で吸着槽１，２
より発生する窒素ガスの純度は高純度で安定する。

尚、上記実施例では窒素発生ｓＮを例に挙げて説明した
が、これに限らず例えば酸素発生装置にも適用できる。

又、上記実施例では還流用配管に絞り弁、還流用弁を設
けたが、これに限らず、取出用の配管１７に絞り弁と通
路とを有する切換弁を設け、吸着槽１．２をパージする
ときのみ絞り弁を配管１７と連通し、製品ガス生虞時は
通路を配管１７と連通す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、製品タンク
内に蓄圧された製品ガスを低圧に減圧し、少量ずつ吸着
槽へ運流させるため、吸着槽内に残存する気体を徐々に
パージして長時間継続することにより吸＠剤に吸着され
ていた気体を確実に脱着することができ、ｆｌｌ２ｓｔ
ａ度を高めることができる。しかも、還流される製品ガ
スの消費量を節約できるので、バージｖｔｍを延長して
も製品タンク内の製品ガスが無くならない。従って、製
品ガスを生成する際には＠看槽内に高純度の製品ガスが
残存しており、起動してから短時固で高純度の製品ガス
を生成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図は製品ガスを運流させる際にｌＩＩＩＩ１
回路が実行する処理を説明するためのフＯ−チャート，
第３図及び第４図は夫々製品ガスを生成する際の工程を
説明するための工程図である。 １．２・・・吸着槽、４・・・空気ドライヤ、２０・・
・製品タンク、２９・・・１１１１１回路、３０．３１
．３２・・・還流用配管、３３・・・絞り弁、３４・・
・還流用弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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、前記製品タンク内の製品ガ
   スを低圧に減圧し、少量ずつ前記吸着槽に還流させる製
   品ガス還流手段を具備してなることを特徴とする気体分
   離装置。