JPH0377617A - 気体生成装置 - 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 本発明は気体生成装置に係り、特にＰＳＡ式％式％ に係り、特に気体濃度変更時に吸着剤の脱＠粘度を高め
吸着剤の再生を確実に行なうよう構成した気体生成装置
に関する。

従来の技術 一般に、ＰＳＡ式気体分離装璽は、分子ふるいカーボン
からなる吸着剤を用いて、低１本濃度ガス等の体濃度の
ガスを取出そうとするものである。

ＰＳＡ式は、＠着Ｍを充填した吸着槽に圧縮空気を導入
して酸素を吸着剤に吸着する吸着］Ｌ程と、該吸着槽内
を大気開放し又は真空ポンプで減圧して吸着した酸素を
ｗｅｔｓするＩ２１！工程とを繰返し、脱着工程では吸
着槽内の吸着剤に酸素分子を吸着させ、一方、脱着工程
では吸着された酸素を脱着し、次の工程に備えるように
なっている。

また、このような装置で酸素濃度を変更するためには吸
着工程及び脱着工程の時間を変えたり、圧縮空気の圧力
を変える方法が考えられる。

発明が解決しようとする課題 しかるに、従来のＰＳＡ式の気体生成装置で濃度をある
一定濃度からより低い濃度に変更しようとする場合、吸
脱着のサイクルｖｔ間等のＰＳＡ条件の変更だけでは吸
着剤の気体の１２１１の条件が変更した状態に達するま
でに時間がかかるため設定した濃度に達するまでに長い
１９間がかかってしまう等の問題点があった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、濃度の変更
時により短時間で設定した濃度を得ることができる気体
生成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 本発明は内部に一の気体を＠着する吸着剤が充填された
吸着槽に一の気体を含む混合気体を供給し、一の気体を
吸着剤に＠着する吸着工程と、前記吸着剤に吸着した前
記一の気体を前記吸着剤よりｌ１２Ｗする脱着工程とを
くり返えすことにより前記吸着槽から前記一の気体の濃
度が前記吸着［［程を行なう前の前記混合気体中に占め
る前記一の基体の濃度とは異なる濃度の混合基体を得る
気体生成装置において、前記吸着槽から得た気体の一部
を前記吸着槽に還流するｌＩ！流丁段を設け、前記一の
気体の濃度を所定の濃度から他の濃度に変更する際、前
記脱着工程時にだけ前記還流手段により前記吸＠槽より
得た気体を前記吸着槽に還流する。

■用 混合気体中に占める〜の気体の濃度を所定の濃度から他
の濃度とする際、吸着槽より得た気体を吸着槽に還流す
ることにより吸着剤からの一の気体の脱着がより効率よ
く行なわれる。

実施例 第１図に本発明になる気体生成装置の一実施例を示す。

同図中、２．３は第１．第２の吸着槽で、各吸着槽２，
３内にはそれぞれ分子ふるいカーボン２Ａ、３Ａが充填
されている。

１は圧縮空気供給源となるコンプレッサで、コンプレッ
サ１からの圧縮空気は空気吐出配管４及び配管７．８を
介して吸着槽２．３にそれぞれ突耳に供給されるように
なっており、このため該配管７，８の途中にはそれぞれ
電磁弁からなる空気供給用弁５，６が設けられている。

１０．１１は１２着時に吸着槽２．３からの気体は配管
７．８より、共通排出配管２５に接続されており、前記
配管ｉｏ、１ｉの途中にはそれぞれ吸着槽２．３内のＥ
！？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９゜１０が設けられている。

１３．１４は吸着槽２．３の出口信に接続され吸着槽２
．３内で生成された低濃度酸素をそれぞれ取出す取出配
管、１７は各配管１３．１４と連結した取出配管で、配
管１３．１４の途中には半サイクルの悶だけ後°述のｌ
１ｌｌの下に交互に開弁する電磁弁からなる取出用弁１
５，１６がそれぞれ設けられている。また前記取出配管
１７はバッファタンク１９に接続されている。

また、取出用弁１５．１６は吸着ｆＩ２．３による半サ
イクルの終了時に所定の短時間だけ同時に開弁し、各吸
着槽２，３間を均圧にする。

２４はバッフ７タンク１９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２０が設けられてい
る。

２６はｍ素センリで、バッファタンク１９に貯溜された
気体の酸ｓｍ度（組成値）を検出する。

又、酸素センサ２６からの酸素濃度検出信号は後述する
酸素濃度計２７を介して１１１１１１回路２８に入力さ
れる。

なお、酸素センサ２６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
入ると電極で鹸化還元反応が起きｇ＆流が流れるのを利
用したガルバニ電池式＃！２糸センサ、ジルコニア磁器
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サ等が用いられ
る。

２９は取出配管２４から取出される［濃度を設定する濃
度設定スイッチで、バッフ７タンク１９から取出すべぎ
酸素ガス濃度に応じて適宜に設定されるものである。

２３は還流用配管で、上記取出配管１３．１４に逆止弁
１１．１２を介して接続されている。

還流用配管２３には絞り弁２１と還流用弁２２とが配設
されている。還流用弁２２は後述するように１１度の換
時に開弁され、バッファタンク１９内のガス（低濃度酸
素ガス）を吸着槽２．３へ還流させる。又、絞り弁２１
はガスが圧縮されているので、還流されるガスの流量を
調整している。

また、制ｔｌｌ１０１路２８は例えば？イクロコンビ１
−夕等によって構成される弁ｔｉ制御手段で、入力側に
は酸素＋１度計２７．濃度設定スイッチ２９が接続され
ている。

ＩＪｔｌ１１回路２８は予め人力されたプログラムに従
い、空気供給用弁５．６．気体掴出用弁９．１０゜取出
用弁１５．１６．１８．還流用弁２２を開閉制御する。

尚、上記ｆ、ｌＪｔ［１回路２８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磁されたとき開弁
じ、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。

次に装置の動ｎについて説明する。まず、酸素！１１１
設定スイッチ２９で酸素濃度を５％とするように設定し
て装置の運転を開始すると、ｔｉｌｌｌｏ回路２８は以
下に述べるステップで低濃度酸素ガスを得る。

空気供給弁６．排気弁９．取出用弁１６．共通取出用弁
１８を開弁、他の弁を閉弁する。したがって、コンプレ
ッサ１からの圧縮空気は空気吐出配管４．空気供給用弁
６．空気供給配管８を通って吸着槽３に供給される。吸
着槽３では分子ふるいカーボン３Ａが圧縮空気中よりＩ
Ｉ素を吸着する。

したがって、吸着槽３からは低Ｓ累濃度のガスが摺出さ
れ、この低酸素濃度のガスは取出用配管１４、取出用弁
１６．共通取出用配管１７．共通取出弁１８を通ってバ
ッフ７タンク１９に供給される。低酸素濃度ガスはバッ
フ７タンク１９で経過時間によらず略均−な濃度とされ
、バッフタンク１９より取出用絞り弁２０．最終取出用
配管２４を通って製品ガスとして取り出される。

一方、このとき、吸着槽２は再生中で排気用弁９が開、
空気供給弁５及び取出用弁１５が閏であるため、その内
部の分子ふるいカーボン２Ａは大気圧にさらされ、吸着
していた酸素を吐き出す。

吐き出された酸素は排気用弁９．排気用配管を通って外
部に排気される。

次に取出用弁１５．１６を開弁とし、空気供給用弁６．
祷気用弁９．共通取出用弁１８を閉弁とし、吸着槽２と
３との圧力を均一にして＠着槽３のガスの一部を吸着槽
２に回収し収率を上げる。

次に空気供給用弁５．排気用弁１０．取出用弁１５、共
通取出用弁１８を開弁し、他の弁を閉弁する。圧縮空気
は空気供給用弁５．空気供給配管７を通り、吸着槽２に
供給される。吸着槽２では分子ふるいカーボン２Ａに酸
素が吸着され、低酸素濃度ガスが取り出される。低酸素
濃度ガスは吸着槽２より取出用配管１３．取出用弁１５
．共通取出用配管１７を通すバッフ？タンク１９に貯溜
される。

また、一方、吸着槽３は排気用弁１ｏが開弁されている
ため、大気圧となり、分子ふるいカーボン３Ａに吸着さ
れていた′Ｖ素が脱着され、排気用弁１０．排気用配管
２５を通って外部に排気される。

次に取出用弁１５．１６の両方を開弁し、他の弁を閉じ
、吸着槽２と吸着槽３とを取出用配管１３．１４を介し
て接続する。したがって、吸着槽２と＠着槽３とが均圧
な状態となり、＠＠ｌｔｌ　２から吸着槽３にガスが回
収され、吸着槽３の収率を向上させている。

以上の４ステツプを１サイクルとして繰り返すことによ
り低酸素濃度ガスをＩＩＲ的に取り出すことができる。

なお、ｌＸ濃度はサイクル時間により制御されていて、
ＩＩｌ蟲濃度５％の低酸素濃度ガスを得るときにはサイ
クル時間を６００　（３）とし、！本濃度１％の低１県
濃度ガスを得るときにはサイクル時間を１８０（Ｓ）と
する。これは、時はが長くなるほど分子ふるいカーボン
２Ａ、３Ａがちつ素を吸着するため、サイクル時間が長
いほど相対的にＩｌｌ素ａｒｆＩは高くなるためである
。

ここで、酸素濃度５％運転時から酸素濃度１％で運転し
ようとする場合には、まず、濃度設定スイッチ２９をＩ
ｌｌ索濃度１％側に設定する。ｔｓｍ回路２８は濃度設
定スイッチ２９の切替動作に応じてサイクルｌ？周を６
００　（Ｓ　）から１８０　（Ｓ　）とすると共に還流
用弁２２を開弁する。

還流用弁２２が開弁するとバッフ戸タンク１９内の低酸
素濃度ガスは逆止弁１１又は１２を介して＠看槽２又は
３に供給される。低酸Ｘ１度ガスの還流圧は絞り弁２１
により調整され、コンプレッサ１からの圧縮空気圧より
小さく大気圧より大きい鎗とされている。このため、低
酸素濃度ガスは逆止弁１１．１２の働きにより還流圧よ
り低い気圧となる再生中の吸着槽２又は３のどちらかに
還流される。

低１１ｉ１１度ガスが還流された吸着槽２又は３では低
酸Ｘ１度ガスにより分子ふるいカーボン２Ａ又は３Ａに
吸着されていた酸素の脱着が効率よく行なわれる。還流
用弁２２は酸素セン＋Ｊ２６及び酸素濃度計２７により
計測された酸素濃度が１％になると制御回路２８により
閉じられ１通常の運転が行なわれる。したがって、再生
時間が短くなっても十分な酸素の脱着を行なうことがで
き、設定されたｌＸｌ１度である１％に到達するまでの
時間が第２図１．ｆｆに示すように本実施例の装置でパ
ージを行なわないものの３５分に比し、１０分と短い時
間で済む。本実施例では酸素濃度５％から１％にする場
合について説明したが、これに限ることなく要は所定の
濃度から他の濃度とする場合であればよく、例えば濃度
１％から５％など、低いＳ度から高い１１度へ変更する
場合も考えられる。

なお、本実施例では酸素濃度のυ制御をサイクルｖｔ間
の制御により行ったが、これに限ることはなく、例えば
、圧縮空気の圧力を変更することによっても制御は可能
である。また、還流時間の設定も酸素センサ２６及び酸
素濃度計２７により酸素濃度を目測して、その目測結果
に応じて行っているが、予め設定しておいた時間だけ還
流を行なう構成としてもよい。さらに、本実施例では一
の気体を酸素としたが、これに限ることはなく他の気体
とすることも可能である。

発明の効果 上述の如く、本発明によれば、吸着剤を用いて気体の濃
厚を変える装置で、現在得ている濃度から他のａ度とす
る際に吸着剤から気体を１１＠する工程時に吸着槽より
得た気体を＠看槽に還流することにより吸着剤の脱着を
より効率的に行なうことができるため、現る・得ている
濃度から他の濃度に素早く移行させ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＠ｌは本発明の一実施例の概略構成図、第２図は従
来及び、本発明の・一実施例の応答特性図である。 １・・・コンプレッサ、２．３・・・吸着槽、２Ａ。 ３Ａ−・・分子ふるいカーボン、１１．１２・・・逆止
弁、１５．１６・・・取出用弁、２１・・・還流用絞り
弁、２２・・・環流用弁、２６・・・酸素センサ、２７
・・・酸素濃度計、２８・・・ｗ４１９＠路、２９・・
・酸素濃度設定スイッチ。 第１図

Claims (1)

1. 【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
   に該一の気体を含む混合気体を供給し、該一の気体を該
   吸着剤に吸着する吸着工程と、前記吸着剤に吸着した前
   記一の気体を前記吸着剤より脱着する脱着工程とをくり
   返えすことにより前記吸着槽から前記一の気体の濃度が
   前記吸着工程を行なう前の前記混合気体中に占める前記
   一の気体の濃度と異なる一定の濃度の混合気体を得る気
   体生成装置において、 前記吸着槽より得た気体を前記吸着槽に還流する還流手
   段を設け、前記一の気体の濃度を所定の濃度から他の濃
   度に変更する際、前記脱着工程時に前記還流手段により
   前記吸着槽より得た気体の一部を前記吸着槽に還流する
   ことを特徴とする気体生成装置。