JPH04110123U - 圧力スウイング方式空気分離装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来圧力スウィング方式の空気分離装置で
は、吸着材に吸着されたガスの脱離に真空ポンプを用い
ていたが、これは所要動力が大きい欠点があった。本考
案では、真空ポンプに代えて複数の原空ポンプを用いて
この欠点を解消しようとする。 【構成】 ブロワ入口弁（１１Ａ，１１Ｂ）、原空ブロ
ワ（１Ａ），（１Ｂ）、ブロワ出口弁（１２Ａ，１２
Ｂ）をもつ原料空気加圧供給管（２０Ａ，２０Ｂ）を複
数系統設け、同供給管を第１の三方切換弁（１３）に接
続し、この切換弁（１３）を第２の三方切換弁（１４）
を介して吸着塔（２）へ接続し、第２の三方切換弁（１
４）から前記供給管（２０Ａ，２０Ｂ）のブロワ入口弁
と原空ブロワの間に接続されたバイパス管（２１）を設
け、かつ第１の三方切換弁（１３）を製品ガス排出管
（２２）に接続した。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、吸着塔に充填された吸着材によって原料空気中の窒素等を吸脱着さ せる圧力スウィング（以下ＰＳＡという）方式の空気分離装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

図７によって従来のＰＳＡ方式空気分離装置の概略系統図を説明する。吸着塔 （２）内には吸着材（２−１）が充填されている。同吸着塔には、吸着材（２− １）以外にも、吸着材（２−１）の保護又は吸着能力を向上するために、図示し ない脱湿材や熱交換器等が必要に応じて設置される。

【０００３】 吸着塔（２）への原料ガスである空気は、原空／製品切換弁（１３）の上流か ら吸気弁（１０）を介して、又は原空ブロワ（１）により加圧されて、原空／製 品切換弁（１３）を通って吸着塔（２）へ導入される。原空ブロワ（１）の前後 には必要に応じてブロワ入口弁（１１）、ブロワ出口弁（１２）及び原空調整ダ ンパ（１７）が設けられている。吸着材（２−１）を流過した吸着塔（２）の排 ガスは排気弁（１６）を介して大気放出管（４）より系外に排出される。

【０００４】 吸着材（２−１）に吸着された製品ガスは、真空ポンプ（５）を作動して吸着 塔（２）内を減圧することによって吸着材（２−１）から脱離され原空／製品切 換弁（１３）を介して製品タンク（３）に供給され製品として搬出される。真空 ポンプ（５）の下流側には、必要に応じて封水回収装置・脱湿装置・製品ガスに よる吸着塔内パージ配管等が設けられるが、その図示は省略されている。

【０００５】 また、この従来のＰＳＡ空気分離装置では、吸着材（２−１）に吸着されたガ スを製品としているが、吸着材（２−１）で吸着されないガスを製品とすること もできる。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

前記の従来実施例においては、真空ポンプは吸着塔内で吸着材に吸着されてい た製品ガスを大量に送ガスするために、装置内で最も動力を必要とする補機であ る。また、ＰＳＡ方式の空気分離装置は、その名の示すとおり吸着塔内圧力に加 圧・減圧を繰り返すことにより吸着材への製品ガスの分離吸着・脱離により製品 ガスを得るものであるが、圧力を変える工程毎に原空ブロワと真空ポンプは同時 に必要ではなく、各工程に応じて原空ブロワ・真空ポンプが別々に稼動すること になっている。この補機としての原空ブロワと真空ポンプの起動停止の繰り返し を避けるため、通常は吸着塔を複数基設け、配管中に設けられた弁の切換により これら補機が常に稼動状態になるような系統を構成し、各工程の切換タイミング を適切に選定するようにする装置もあるが、この場合には、系統の構成が複雑と なり、また前記切換タイミングを適切に行なわせるための制御装置が必要となる 。

【０００７】 本考案は、前記に鑑みてなされたものであり、構成が簡単で、かつ、大きい動 力を必要とする真空ポンプを省略したＰＳＡ空気分離装置を提供しようとするも のである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

本考案のＰＳＡ方式空気分離装置は、ブロワ入口弁と同ブロワ入口弁の下流に 配置された原空ブロワと同原空ブロワの下流に配置されたブロワ出口弁をもつ原 料空気加圧供給管を複数系統設け、前記複数系統の原料空気加圧供給管を第１の 三方切換弁に接続し、前記第１の三方切換弁を第２の三方切換弁を介して吸着材 を充填した吸着塔へ接続し、前記第２の三方切換弁から前記複数系統の原料空気 加圧供給管のブロワ入口弁と原空ブロワの間に接続されたバイパス管を設け、か つ前記第１の三方切換弁を製品ガス排出管に接続したことを特徴とする。

【０００９】

【作用】

本考案では、原料空気を吸着塔内へ供給して同塔内の吸着材に吸着させる時に は、原料空気を複数系統の原料空気加圧供給管から第１の三方切換弁及び第２の 三方切換弁を経て吸着塔内へ供給する。

【００１０】 吸着塔内の吸着材に吸着されたガスを脱離・送ガスする時には、吸着塔内を第 ２の三方切換弁を介してバイパス管に接続して各系統の原料空気加圧供給管の原 空ブロワを作動させて吸着塔内を減圧し、吸着されたガスを吸着材から脱離し、 バイパス管及び第１の三方切換弁を経て製品ガス排出管に排出する。

【００１１】 この際、吸着ガスの吸着材からの脱離及び製品ガス排出管への送ガスは複数の 原空ブロワによって行なわれ、真空ポンプを用いることなくこれを効果的に行な うことができる。

【００１２】

【実施例】

本考案の一実施例を、図１ないし図６によって説明する。本実施例は、吸着塔 内に窒素（Ｎ₂ ）を吸着する吸着材を充填したＰＳＡ方式の空気分離装置に係る ものである。

【００１３】 図１に示すように、吸着塔（２）にはＮ₂ 吸着材（２−１）が充填されている 。上流側から下流側へ順次ブロワ入口弁（１１Ａ），原空調整ダンパ（１７Ａ） 原空ブロワ（１Ａ）及びブロワ出口弁Ａ（１２Ａ）をもつ原料空気を加圧して供 給する供給管（２０Ａ）と、上流側から下流側へ順次ブロワ入口弁Ｂ（１１Ｂ） ，原空調整ダンパ（１７Ｂ），原空ブロワＢ（１Ｂ）及びブロワ出口弁Ｂ（１２ Ｂ）をもつ原料空気を加圧して供給する供給管（２０Ｂ）が設けられている。ま た吸気弁（１０）をもつ原料空気の吸入管（２０Ｃ）が設けられ、前記供給管（ ２０Ａ），（２０Ｂ）と吸入管（２０Ｃ）は合流して第１の三方切換弁である原 空／製品切換弁（１３）に接続されている。

【００１４】 前記原空／製品切換弁（１３）は、第２の三方切換弁である加圧／吸引切換弁 （１４）を経て、前記吸着塔（２）の下部に接続されている。加圧／吸引切換弁 （１３）から出るバイパス管（２１）は、分岐してそれぞれ前記ブロワ入口弁Ａ （１１Ａ）と原空ブロワＡ（１Ａ）の中間の位置で供給管（２０Ａ）に、ブロワ 入口弁Ｂ（１１Ｂ）と原空ブロワＢ（１Ｂ）の中間の位置で供給管（２０Ｂ）に 接続され、バイパス管（２１）の分岐した部分には、それぞれブロワ吸引弁Ａ（ １５Ａ）とブロワ吸引弁Ｂ（１５Ｂ）が設けられている。

【００１５】 前記原空／製品切換弁（１３）には、製品タンク（３）へ至る製品ガス排出管 （２２）が接続されている。また、前記吸着塔（２）の上部は、排気弁（１６） を経て大気放出管（４）に接続されている。

【００１６】 前記吸着塔（２）内には、図示しないが、吸着材（２−１）の保護又は吸着能 力を向上するために、必要に応じて、脱湿材や熱交換器等が設置され、また、製 品ガス排出管（２２）には、図示しないが、必要に応じて封水回収装置，脱湿装 置，製品ガスによる吸着塔内パージ配管等が設けられる。

【００１７】 以上のように構成された本実施例では、吸着塔２内が大気圧より低い吸気工程 においては、原料空気は吸気弁（１０）より吸気管（２０Ｃ），原空／製品切換 弁（１３）及び加圧／吸引切換弁（１４）を経由して吸着塔（２）内へ導入され 、また吸着塔（２）内の圧力が前記吸気管（２０Ｃ）より流入する空気によって 上昇した後の加圧工程では、原空ブロワＡ（１Ａ）又は原空ブロワＢ（１Ｂ）よ り供給管（２０Ａ），（２０Ｂ）の一方及び前記２個の切換弁（１３），（１４ ）を経由して吸着塔（２）内へ導入される。原空ブロワＡ（１Ａ）と原空ブロワ Ｂ（１Ｂ）の前後には、それぞれブロワ入口弁Ａ（１１Ａ）とブロワ入口弁Ｂ（ １１Ｂ），ブロワ出口弁Ａ（１２Ａ）とブロワ出口弁Ｂ（１２Ｂ）及び原空調整 ダンパＡ（１７Ａ）と原空調整ダンパＢ（１７Ｂ）が設置されており、加圧工程 においては何れかの原空ブロワが運転されて、原料用空気を加圧して吸着塔（２ ）内へ導入する。このようにして、吸着塔（２）内へ導入された原料空気中のＮ ₂ は、同塔に充填された吸着材（２−１）によって吸着される。

【００１８】 その上で原空ブロワを停止し又はアンロードし、吸着材（２−１）に吸着され ない吸着塔（２）内にある酸素（Ｏ₂ ）等の加圧されたガスは、排気弁（１６） ，大気放出管（４）を経て系外に放出される（排気工程）。

【００１９】 次に、加圧／吸引切換弁（１４）を作動して、吸着塔（２）内をバイパス管（ ２１）に接続し、また原空／製品切換弁（１３）を作動させて供給管（２０Ａ） ，（２０Ｂ）を製品ガス排出管（２２）に接続する。この際、ブロワ入口弁Ａ（ １１Ａ），ブロワ入口弁Ｂ（１１Ｂ）及び吸気弁（１０），及び排気弁（１６） は閉じられる。その上で原空ブロワＡ（１Ａ），原空ブロワＢ（１Ｂ）を共に運 転する。吸着塔（２）内はこれによって減圧されて吸着材（２−１）に吸着され ていたＮ₂ は吸着材（２−１）から脱離され、更に減圧が進むとＮ₂ の脱離が進 行すると共に脱離されたＮ₂ ガスは、加圧／吸引切換弁（１４），バイパス管（ ２１），原空ブロワＡ（１Ａ）及び原空ブロワＢ（１Ｂ），原空／製品切換弁（ １３），製品ガス排出管（２２）を経て製品タンク（３）内に導入される（減圧 ・送気工程）。製品タンク（３）内に導入されたＮ₂ ガスは、適宜製品ガスとし て供給される。

【００２０】 図２は、本実施例の前記各工程における吸着塔（２）の現象を示すものである 。即ち、吸気工程ａにおいては、吸着塔内に空気が塔内減圧分のみ流入する。加 圧工程ｂでは、原空ブロワが稼動し吸着塔内に強制的に原料空気が導入され加圧 状態で吸着材にＮ₂ ガス（製品ガス）が吸着される。排気工程ｃでは、原空ブロ ワ停止により吸着塔内にある加圧された非吸着ガスが系外に放出される。減圧・ 排気工程ｄでは、原空ポンプが稼動し吸着塔内が減圧され吸着材に吸着していた 製品ガスが吸着材から脱離される。原空ポンプの稼動によって吸着塔内が更に減 圧されると、製品ガスの吸着材からの脱離が進行すると共にこれが前記のように 製品タンクへ送気される。

【００２１】 図３ないし図６では、上に説明したそれぞれ図２の工程ａ〜ｄにおける空気， ガス等の流れを矢印で示す。即ち、図３に示す吸気工程では、吸気弁→吸気管（ ２０Ｃ）→原空／製品切換弁（１３）→加圧／吸引切換弁（１４）→吸着塔（２ ）と吸着塔（２）へ原料空気が前工程における吸着塔内減圧差分だけ流入する。 原料空気と吸着塔内の圧力の差がなくなると原空ブロワを稼動して、図４に示す 加圧工程に入る。原料空気は一方原空ブロワ→一方の供給管（例えば（２０Ａ） ）→原空／製品切換弁（１３）→加圧／吸引切換弁（１４）→吸着塔（２）と吸 着塔（２）へ流入する。図５に示す排気工程では、原空ブロワは停止し（又はア ンロードし）、排気弁（１６）を開くことにより非吸着ガスが大気放出管（４） から大気へ放出される。図６に示す減圧・送気工程では、排気弁（１６）は閉じ られ、２台の原空ブロワを共に運転して、吸着塔内の吸着材から脱離された製品 ガス（Ｎ₂ ガス）を吸着塔（２）→加圧／吸引切換弁（１４）→原空ブロワ→原 空／製品切換弁（１３）→製品タンク（３）と製品タンク（３）へ供給する。そ の上で、再び前記の吸気工程に再び戻り各工程が繰り返されることになる。

【００２２】 以上説明したように、本実施例では、吸着塔（２）に充填された吸着材（２− １）に吸着されたＮ₂ を脱離し、これを送ガスする時には、２個の原空ブロワ（ １Ａ），（１Ｂ）を稼動させて、第２の三方切換弁である加圧／吸引切換弁（１ ４），バイパス管（２１），２系統の供給管（２０Ａ），（２０Ｂ）、第１の三 方切換弁である原空／製品切換弁（１３），製品ガス排出管（２２）を経てＮ₂ ガスを製品タンク３へ送るようにしている。

【００２３】 このように、２台の原空ブロワ（１Ａ），（１Ｂ）を共に稼動させることによ って、従来のＰＳＡ方式空気分離装置におけるように所要動力の大きい真空ポン プを用いることなく、吸着塔（２）内を十分低圧にしてＮ₂ ガスの吸着材（２− １）からの脱離を行なうことができ、かつ、製品ガスとしての吸着材から脱離し たＮ₂ ガスを大量に送気することができる。

【００２４】 また、本実施例では、バイパス管（２１）と２系統の供給管（２０Ａ），（２ ０Ｂ）を設け、減圧・送気工程に原空／製品切換弁（１３）及び加圧／吸引切換 弁（１４）を切換える簡単な操作によって、吸着材（２−１）からのＮ₂ ガスの 脱離及び送ガスを行なうようにしているために、装置は複雑にはならず、また確 実な作動を確保することができる。

【００２５】

【考案の効果】

本考案は、請求項１に記載された構成を有することによって、ＰＳＡ方式空気 分離装置において装置構成上最も大容量の動力を消費する真空ポンプに代って、 複数の原空ブロワに従来の真空ポンプの機能を行なわせることができ、所要動力 を低減することができると共に、装置を簡単にし、かつ、その作動を確実にする ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例の系統図である。

【図２】同実施例の各工程における吸着塔内の現象の説
明図である。

【図３】同実施例の吸気工程におけるガスの流れの説明
図である。

【図４】同実施例の加圧工程におけるガスの流れの説明
図である。

【図５】同実施例の排気工程におけるガスの流れの説明
図である。

【図６】同実施例の減圧・送気工程におけるガスの流れ
の説明図である。

【図７】従来のＰＳＡ方式空気分離装置の系統図であ
る。

【符号の説明】

１，１Ａ，１Ｂ 原空ブロワ ２ 吸着塔 ２−１ 吸着材 ３ 製品タンク ４ 大気放出管 ５ 真空ポンプ １０ 吸気弁 １１，１１Ａ，１１Ｂ ブロワ入口弁 １２，１２Ａ，１２Ｂ ブロワ出口弁 １３ 原空／製品切換弁 １４ 加圧／吸引切換弁 １５Ａ，１５Ｂ ブロワ吸引弁 １６ 排気弁 １７，１７Ａ，１７Ｂ 原空調整ダンパ ２０Ａ，２０Ｂ 供給管 ２０Ｃ 吸気管 ２１ バイパス管 ２２ 製品ガス排出管

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 ブロワ入口弁と同ブロワ入口弁の下流に
   配置された原空ブロワと同原空ブロワの下流に配置され
   たブロワ出口弁をもつ原料空気加圧供給管を複数系統設
   け、前記複数系統の原料空気加圧供給管を第１の三方切
   換弁に接続し、前記第１の三方切換弁を第２の三方切換
   弁を介して吸着材を充填した吸着塔へ接続し、前記第２
   の三方切換弁から前記複数系統の原料空気加圧供給管の
   ブロワ入口弁と原空ブロワの間に接続されたバイパス管
   を設け、かつ前記第１の三方切換弁を製品ガス排出管に
   接続したことを特徴とする圧力スウィング方式空気分離
   装置。