JPH04235711A - 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】

【０００１】

【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（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　Ｓｗｉｎｇ　Ａｄｓｏ
ｒｐｔｉｏｎ）の気体分離装置に係り、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。

【０００２】

【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。

【０００３】このため、例えばＰＳＡ式窒素発生装置に
あっては、吸着剤を充填した吸着槽に圧縮空気を導入し
て加圧する吸着工程と、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、製品ガスと
しての窒素を外部に取出し、一方脱着工程では吸着され
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。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、従来装置を
停止した場合、全ての弁が閉弁状態になるため、吸着槽
内には加圧された空気が充填されたままの高圧状態とな
っている。そのため、次回装置を運転するまでに、吸着
槽内の吸着剤は吸着槽内の酸素分子を吸着しており、特
に長時間装置停止が続くと、再起動時まで吸着剤の再生
が行われず、所望とする純度の窒素ガスが得られるまで
かなりの時間を要し、起動してからの立上がり時間が長
くなるといった課題がある。

【０００５】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。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、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、該吸着槽と製品タンクとの間に設けられた弁を開
弁し該吸着剤により一の気体が除去されたことで生成さ
れた製品ガスを前記製品タンクに蓄圧する吸着工程と、
排気弁の開弁により前記吸着槽内の気体を排気管路より
外部に排出して吸着槽内を減圧する脱着工程とを繰り返
す気体分離装置において、装置運転停止後、少なくとも
排気工程における排気時間よりも長い所定時間だけ前記
排気管路を開として前記吸着槽内の気体を排出する排気
手段を備えてなる。

【０００７】

【作用】装置の運転が停止した後、少なくとも排気工程
における排気時間よりも長い所定時間だけ吸着槽内のガ
スを排気することにより、吸着剤に吸着された気体を脱
着し、再起動時の吸着効率が高められ、所定濃度の気体
が生成されるまでの立ち上がり時間を短縮する。

【０００８】

【実施例】図１に本発明になる気体分離装置の第１実施
例を示す。

【０００９】図１中、気体分離装置１は圧縮空気から窒
素を製品ガスとして生成するＰＳＡ式の窒素発生装置で
あり、操作パネル２のスタートスイッチ２ａが操作され
てスタート信号が入来すると作動開始する。制御回路３
は冷凍式ドライヤ４，コンプレッサ５を有する空気供給
ユニット６，吸着ユニット７及び貯蔵ユニット８の各バ
ルブを制御する。

【００１０】コンプレッサ５からの圧縮空気は配管９Ａ
を通って冷凍式ドライヤ４に供給されて除湿され、乾燥
した清浄な圧縮空気として吸着ユニット７に供給される
。原料空気供給ユニット６と吸着ユニット７とは配管９
Ｂを介して接続されている。従って、ドライヤ３で乾燥
された圧縮空気は配管９Ｂを通って吸着ユニット７で分
岐した給気側の配管１０，１１を介して分子ふるいカー
ボン（吸着剤）が充填された第１，第２の吸着槽７Ａ，
７Ｂに供給される。又配管１０，１１には排気用の配管
１２，１３が分岐している。

【００１１】吸着槽７Ａ，７Ｂの上部には取出側の配管
１４，１５が接続されており、両配管１４，１５間には
両吸着槽７Ａ，７Ｂを接続する均圧用の配管１６が横架
されている。又、上記配管１４，１５は吸着ユニット７
と貯蔵ユニット８とを接続する配管１７と連通している
。

【００１２】貯蔵ユニット８は、製品ガスとしてのＮ２
　ガスが蓄圧されるＮ２　ガス槽２０と、Ｎ２　ガス槽
２０内の酸素濃度を計測する酸素センサ２１とよりなる
。Ｎ２　ガス槽２０の上部には上記配管１７が接続され
ており、吸着槽７Ａ，７Ｂで分離生成された高純度のＮ
２ガスは配管１７を介してＮ２　ガス槽２０に供給され
る。又、Ｎ２　ガス槽２０の下部にはＮ２　ガスを取り
出す取出配管１８が接続されている。この取出配管１８
は下流側のＮ２　ガスを使用する装置（図示せず）へ延
在している。

【００１３】１９は取出配管１８より分岐した分岐配管
で、バルブＶ９　の開弁によりＮ２　ガス槽２０内のＮ
２　ガスを酸素センサ２１に供給する。この分岐配管１
９には濃度検出時に開弁されるバルブＶ１０が配設され
ており、分岐配管１９の端部に設けられた酸素センサ２
１にはバルブＶ１０の開弁によりＮ２　ガス槽２０のガ
スが供給される。

【００１４】上記のように第１，第２の吸着槽７Ａ，７
Ｂへ空気を供給し、あるいは分離されたＮ２　ガスを送
出する配管１０〜１８にはバルブＶ１　〜Ｖ１０が配設
されている。吸着ユニット７，貯蔵ユニット８の各バル
ブＶ１　〜Ｖ１０は電磁弁からなり、通常閉弁している
。

【００１５】バルブＶ７　，Ｖ８　は常時開（ノーマル
オープン）式の電磁弁で、コンプレッサ５のタンク５ａ
に接続された空気配管２２に設けられている。即ち、バ
ルブＶ７　，Ｖ８　は制御回路３からの信号がないとき
開弁し、コンプレッサ５からの圧縮空気を空気信号とし
て空気配管２３，２４を介して出力する。

【００１６】２５，２６は排気弁で、バルブＶ７　，Ｖ
８　からの空気信号が供給されたとき開弁する空気作動
弁であり、排気用の配管１２，１３に設けられている。

【００１７】２７は吸着槽７Ａ，７Ｂから排出されたガ
スの排気音を抑えるサイレンサである。

【００１８】尚、上記空気配管２２、バルブＶ７　，Ｖ
８　、排気弁２５，２６により装置運転停止後に吸着槽
７Ａ，７Ｂのガスを排気する排気手段が構成されている
。尚、排気工程における排気時間はＮ２　ガス濃度に応
じて予め設定されている。

【００１９】制御回路３にはスタート信号の入来により
上記各バルブＶ１　〜Ｖ１０を開閉制御してＮ２　ガス
を生成するプログラムが入力されている。

【００２０】吸着ユニット７では第１，第２の吸着槽７
Ａ，７Ｂ内に上記空気ドライヤ４により乾燥された圧縮
空気が供給されて、昇圧，減圧を繰り返しながら原料空
気から窒素と酸素とを分離する。尚、吸着ユニット７で
は製品ガスとしての窒素を安定供給するため、第１の吸
着槽７Ａが昇圧されて吸着工程のとき第２の吸着槽７Ｂ
では減圧されて脱着工程が行なわれ、又、第１の吸着槽
７Ａが脱着工程のとき第２の吸着槽７Ｂは吸着工程とな
る。

【００２１】従って、制御回路３は予め入力されたプロ
グラムに基づいて吸着槽７Ａ，７Ｂが交互に窒素ガスを
生成するように吸着ユニット７の各バルブＶ１　〜Ｖ１
０を開閉制御する。

【００２２】尚、排気弁２５，２６はノーマルオープン
形のバルブＶ７　，Ｖ８　から出力された空気信号の供
給により開弁するため、通常バルブＶ７　，Ｖ８　は通
電されて閉弁しており、脱着工程時消磁されて開弁し空
気信号を排気弁２５又は２６に出力する。

【００２３】上記気体分離装置１においては、操作パネ
ル２のスタートスイッチ２ａの操作によりコンプレッサ
５が起動して各バルブＶ１　〜Ｖ８の開閉動作によりＮ
２　ガスが生成される。吸着槽７Ａ，７Ｂで分離生成さ
れたＮ２　ガスはＮ２　ガス槽２０内に貯えられる。装
置１の起動当初はＮ２　ガス槽２０内のＯ２　濃度が高
くなっているので取出配管１８のＶ１０は閉弁したまま
である。吸着槽７Ａ，７Ｂで生成されたＮ２　ガスが次
第にＮ２　ガス槽２０に蓄積されるとともに、Ｎ２　ガ
ス槽２０内のＮ２　濃度が高まり、Ｏ２　濃度が相対的
に低下する。

【００２４】Ｎ２　ガス槽２０内のＮ２　濃度が所定濃
度に達したことがＯ２　センサ２１により検出されると
、バルブＶ１０が開弁されてＮ２　ガス槽２０内のＮ２
　ガスが下流側へ供給される。

【００２５】そして、その日の終業時になると操作パネ
ル２のストップスイッチ２ｂが操作され、装置１は運転
停止する。同時に各バルブＶ１　〜Ｖ１０への通電も停
止するため、常時閉式のバルブＶ１　〜Ｖ６　，Ｖ１０
は閉弁したままであるが、常時開式のバルブＶ７，Ｖ８
　は開弁状態となる。

【００２６】従って、排気弁２５，２６にはコンプレッ
サ５のタンク５ａからの空気がバルブＶ７　，Ｖ８　を
介して供給され、排気弁２５，２６は装置１の停止とと
もに開弁する。吸着槽７Ａ，７Ｂは内部に加圧された空
気が残存しているため、排気弁２５，２６の開弁により
排気用の配管１２，１３を介して大気中に排出される。

【００２７】このように数時間（少なくとも排気工程の
排気時間より長い時間）排気弁２５，２６が開弁された
ままに保持されると、吸着槽７Ａ，７Ｂ内は略大気圧に
減圧され、吸着剤に吸着されたＯ２　分子が脱着されて
大気中に排気される。そして吸着槽７Ａ，７Ｂ内が大気
圧程度まで減圧されると、吸着剤も略吸着工程前の状態
に再生される。

【００２８】しかし、排気弁２５，２６が長時間開弁し
たままだと、すなわち吸着剤の脱着完了後も開弁してい
ると空気中の湿気が吸着槽７Ａ，７Ｂ内に流入してしま
い、折角再生された吸着剤が空気中の水分を吸着して再
起動時の吸着効率が著しく低下してしまう。

【００２９】しかるに、コンプレッサ５においては、各
弁部等のわずかな隙間より空気が少量ずつ漏れているた
め、停止後数時間かけて徐々にタンク５ａ内の圧力が大
気圧まで減圧される。従って、本実施例ではタンク５ａ
がタイマとして機能しており、排気弁２５，２６にはタ
ンク５ａの圧力が所定圧以下に低下するまで空気信号が
供給されていることになる。即ち、排気弁２５，２６は
所定時間開弁した後タンク５ａの圧力が低下するととも
に弁閉する。

【００３０】そのため、吸着槽７Ａ，７Ｂでは吸着剤の
脱着が終了した後、排気弁２５，２６が自動的に閉じる
ため、吸着剤が大気中の湿気を吸着することが防止され
る。従って、装置１を停止させた後、操作パネル２のス
タートスイッチ２ａが操作されて再起動する際は、吸着
槽７Ａ，７Ｂ内の吸着剤がすでに再生されているので、
コンプレッサ５からの原料空気が吸着槽７Ａ，７Ｂに供
給されると直ちに原料空気中のＯ２　分子を効率良く吸
着することができる。すなわち、スタートスイッチ２ａ
が操作されてから、より短時間で所望とする濃度のＮ２
　ガスが生成され、Ｎ２　ガス槽２０からＮ２　ガスが
取り出されるようになるまでの立ち上り時間がより短く
なっている。

【００３１】又、装置運転停止後吸着槽７Ａ，７Ｂの点
検，修理等を行う場合、装置停止により吸着槽７Ａ，７
Ｂ内が上記のように自動的に減圧されるため、メンテナ
ンス作業時に圧力抜き作業を行う必要がなく、メンテナ
ンスがより簡略される。

【００３２】図２に本発明の第２実施例を示す。尚、図
２中第１実施例と同一部分には同一符号を付しその説明
を省略する。

【００３３】図２において、排気配管１２，１３には常
時開式（ノーマルオープン式）の排気弁３１，３２が配
設されている。従って、排気弁３１，３２は装置停止に
より通電が止まると弁開するようになっている。

【００３４】３３は逆止弁で、サイレンサ２７と配管１
２，１３とに連通する配管３４に設けられている。この
逆止弁３３は吸着槽７Ａ，７Ｂ内の気体が外部に排出さ
れるのを許容するが、大気中の空気が吸着槽７Ａ，７Ｂ
に進入することを阻止するよう設けられている。なお、
逆止弁３３は弁開作動の設定圧がきわめて小さく、つま
り上，下流側の圧力差が小さくても開弁する構造となっ
ている。即ち、逆止弁３３は吸着槽７Ａ，７Ｂ内が略大
気圧に減圧するまでの時間、実際には数時間の間開弁し
ている。

【００３５】従って、操作パネル２のストップスイッチ
２ｂが操作されて装置１が停止すると、排気弁３１，３
３が弁開し、吸着槽７Ａ，７Ｂ内の加圧された気体が排
気弁３１，３２及び逆止弁３３を介して大気中に排気さ
れる。これにより、吸着槽７Ａ，７Ｂ内の吸着剤に吸着
されたＯ２　分子が脱着され吸着剤は再生される。

【００３６】吸着槽７Ａ，７Ｂ内の圧力が略大気圧まで
減圧すると、逆止弁３３は弁閉し大気中の空気が逆流す
ることを阻止する。

【００３７】そのため、空気中の湿気の進入が逆止弁３
３により防止され、吸着剤が湿気を吸着してしまうこと
を未然に防止できる。再びスタートスイッチ２ａが操作
され装置１が再起動するとき、上記排気弁３１，３２は
通電されて弁閉状態となる。又、上記実施例以外にも、
上記排気弁３１，３２に常時閉式（ノーマルクローズ式
）の電磁弁を使用しても良い。その場合、マイクロコン
ピュータあるいはタイマ等の回路により装置運転停止後
排気弁を所定時間開弁させるようにすれば良い。尚、上
記実施例では窒素発生装置を例に挙げて説明したが、こ
れに限らず本発明は例えば酸素発生装置にも適用するこ
とができる。

【００３８】

【発明の効果】上述の如く、本発明になる気体分離装置
は、装置運転停止後排気管路を少なくとも排気工程にお
ける排気時間よりも長い所定時間開として吸着槽内に残
存する気体を外部に排気できるので、装置を再起動する
前に吸着槽内の吸着剤に吸着された気体分子を脱着する
ことができ、再起動時には吸着剤が再生完了となり、吸
着剤の吸着効率を向上させることができる。そのため、
再起動時圧縮空気が吸着槽に供給されると直ちに一の気
体分子を吸着し、短時間で高濃度の製品ガスを生成でき
、スタートスイッチを操作して製品タンクから所望とす
る濃度の製品ガスが取り出せるまでの立ち上がり時間が
より短縮できる等の特長を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる気体分離装置の第１実施例の概略
構成図である。

【図２】本発明の第２実施例の概略構成図である。

【符号の説明】

１　　気体分離装置 ２　　操作パネル ２ａ　　スタートスイッチ ２ｂ　　ストップスイッチ ３　　制御回路 ４　　冷凍式ドライヤ ５　　コンプレッサ ５ａ　　タンク ６　　空気供給ユニット ７　　吸着ユニット ７Ａ，７Ｂ　　吸着槽 ８　　貯蔵ユニット ２０　　Ｎ２　ガス槽 ２５，２６　　排気弁

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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、該吸着槽と製品タ
   ンクとの間に設けられた弁を開弁し該吸着剤により一の
   気体が除去されたことで生成された製品ガスを前記製品
   タンクに蓄圧する吸着工程と、排気弁の開弁により前記
   吸着槽内の気体を排気管路より外部に排出して吸着槽内
   を減圧する脱着工程とを繰り返す気体分離装置において
   、装置運転停止後、少なくとも排気工程における排気時
   間よりも長い所定時間だけ前記排気管路を開として前記
   吸着槽内の気体を排出する排気手段を備えてなることを
   特徴とする気体分離装置。