JPH0527023U

JPH0527023U - 窒素ガス供給装置

Info

Publication number: JPH0527023U
Application number: JP8254791U
Authority: JP
Inventors: 秀作横須賀; 旦浦上
Original assignee: 鐘紡株式会社
Priority date: 1991-09-12
Filing date: 1991-09-12
Publication date: 1993-04-06

Abstract

(57)【要約】【目的】窒素ガスの使用量が大きく変動してもそれに
対応可能であり且つＰＳＡ装置から製造される窒素ガス
を有効に使用し、系全体の窒素ガス単価を極力安価にす
ることができる窒素ガス供給装置を提供する。【構成】並設した少なくとも２個の吸着槽Ａ（２）及
び吸着槽Ｂ（３）に対し、窒素ガス及び酸素ガスを主成
分とする原料ガスを供給し、吸着槽Ａ（２）及び吸着槽
Ｂ（３）に充填した分子篩炭素により窒素ガスを分離
し、これを製品槽（４）に貯蔵する装置において、製品
槽（４）に接続する窒素ガス供給管（２９）を設ける。
窒素ガス供給管（２９）に圧力調整弁Ａ（５）及び定流
量供給手段（６）を設ける。圧力調整弁Ｂ（７）を備え
る補助供給管（２９ａ）の一端を、定流量供給手段
（６）より窒素ガス送出側の窒素ガス供給管（２９）に
接続し、他端を補助貯留槽（８）に接続する。圧力調整
弁Ａ（５）の設定圧力を圧力調整弁Ｂ（７）のそれより
も高く設定する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は分子篩い炭素の選択的吸着特性を利用して空気などの窒素ガスを含む混合ガスから窒素ガスを分離させ安価な窒素ガスを提供する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】

吸着材の選択的吸着特性を利用した圧力変動吸着方式（PRESSURE SWING ADSOR PTION ：以下ＰＳＡと呼ぶ）により所望のガスを含む混合ガスから所望のガスを分離する装置は従来より広く知られている。そして、この装置は比較的小型であり、連続的に安価な所望のガスを供給する手段として実用化されている。

【０００３】所望のガスが窒素の場合、ＣＭＳ（Carbon Molecular Sievs）と呼ばれる炭素系の吸着材を用いることが多い。

【０００４】このＣＭＳを用いたＰＳＡ装置においては、原料ガスの供給量，吸着槽の容量がそれぞれ所定に規制されている場合、窒素ガス取り出し量とその窒素ガス濃度には図３に示す関係がある。即ち、窒素ガス取り出し量を増加させると窒素ガス濃度は低下し、窒素ガス取り出し量を減少させると窒素ガス濃度は上昇する。従って、所定濃度の窒素ガスを取り出すとすると、図３に示す関係から窒素ガスの取り出し量は一定の制限を受ける。

【０００５】ところで、必要とされる窒素ガスの量が大きく変動する場合には、通常、その最大量に合わせて装置を設計するため、装置が大型化し費用が増大するという不具合がある。そこで従来かかる不具合を防止すべく、装置能力を適正な所定の能力とし、その能力を超えて必要とされる窒素ガスについては、製品槽以外の補助貯留槽に別途貯留した高濃度窒素ガス（液体窒素等）を随時供給するという装置が提案されている。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

ところが、上述した装置は、製品槽からの窒素ガスの取り出し流量が所定量を超えたとき又は、製品槽の圧力が所定圧力より低下したときに、製品槽からの窒素ガスの取り出しを停止し、補助貯留槽から窒素ガスを供給するというものであるため、以下に述べるような欠点があった。

【０００７】即ち、前記補助貯留槽に貯留した液体窒素ガス等の価格は前述の窒素ガス分離装置により製造される窒素ガスの価格よりも高価（５〜１５倍）であり、この液体窒素ガス等の使用量いかんにより窒素ガスの製造コストが変動することとなる。従って、前記補助貯留槽の液体窒素ガス等の使用は極力押さえる必要がある。

【０００８】本考案は以上の実状に鑑みなされたものであって、窒素ガスの使用量が大きく変動してもそれに対応可能であり且つＰＳＡ装置から製造される窒素ガスを最大限有効に使用し、系全体の窒素ガス単価を極力安価にすることができる窒素ガス供給装置の提供を目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するための本考案は並設した少なくとも２個の吸着槽Ａ及び吸着槽Ｂに対し、窒素ガス及び酸素ガスを主成分とする原料ガスを供給し、前記吸着槽Ａ及び吸着槽Ｂに充填した分子篩炭素により窒素ガスを分離し、これを製品槽に貯蔵する装置において、該製品槽に接続した窒素ガス供給管を設け、該窒素ガス供給管に圧力調整弁Ａおよび定流量供給手段を設け且つ、圧力調整弁Ｂを備える補助供給管の一端を、前記定流量供給手段より窒素ガス送出側の前記窒素ガス供給管に接続し、他端を補助貯留槽に接続するとともに、前記圧力調整弁Ａの設定圧力を前記圧力調整弁Ｂのそれよりも高く設定したことを特徴とするものである。

【００１０】

【作用】

以下、本考案の作用について説明する。まず、窒素ガスの取り出し量が窒素ガス分離装置の窒素ガス供給能力以内である場合について説明する。

【００１１】窒素ガスは製品槽から定流量供給手段を経てその定量が供給される。尚、定流量供給手段は流量を一定に維持するための装置であり、窒素ガス分離装置が所定濃度の窒素ガスを製造し得るように、その流量が設定されている。

【００１２】一方、製品槽から窒素ガスが定量供給されるため、窒素ガスの取り出し量が窒素ガス分離装置の窒素ガス供給能力以内である場合には、定流量供給手段より下流側の窒素ガス供給管内の圧力は前記製品槽内の圧力と略等しく、且つ、圧力調整弁Ｂの設定圧が圧力調整弁Ａの設定圧よりも低いため、補助貯留槽から高濃度窒素ガスが補助供給管へ流出するという事はない。従ってこの場合、補助貯留槽からは高濃窒素ガスは供給されない。

【００１３】次に、窒素ガスの取り出し量が窒素ガス分離装置の窒素ガス供給能力以上である場合について説明する。前述の通り、窒素ガスは製品槽から定流量供給装置を経てその定量が供給される。しかし、窒素ガスの取り出し量は定流量供給手段の定量を超えているため、定流量供給手段より下流の窒素ガス供給管の圧力は製品槽の圧力よりも低下するとともに、圧力調整弁Ｂの設定圧よりも低くなる。従って、その差圧から、補助貯留槽から補助供給管に高濃度窒素ガスが流出する。

【００１４】しかして、この場合、窒素ガス分離装置から、定量の窒素ガスが供給されつつも、補助貯留槽から高濃度窒素ガスが供給される。

【００１５】

【実施例】

以下、本考案の実施例について添付図面に基づいて説明する。図１は本考案の実施例の構成を示す説明図である。同図に示すように、実施例に係る窒素ガス分離装置は２基の吸着槽Ａ（２），吸着槽Ｂ（３）と、原料ガスを加圧供給する圧縮器（１）と、吸着槽Ａ（２），吸着槽Ｂ（３）から分離した窒素ガスを貯留する製品槽（４）と、液体窒素ガスを貯蔵する補助貯留槽（８）と、吸着槽Ａ（２），吸着槽Ｂ（３）の上方に設けられた取り出し配管部（Ａ）と、吸着槽Ａ（２），吸着槽Ｂ（３）の下方に設けられた吸気配管部（Ｂ）及び排気配管部（Ｃ）と、製品槽（４）下方に設けられた製品供給配管部（Ｄ）とからなる装置である。以下各部について説明する。

【００１６】前記取り出し配管部（Ａ）は弁（１６）を有するとともに前記吸着槽Ａ（２）の上部に接続する取り出し管（２５）と、弁（１７）を有するとともに吸着槽Ｂ（３）の上部に接続する取り出し管（２６）と、これら取り出し管（２５），（２６）と製品槽（５）を接続する取り出し管（２８）と、弁（１５）を有するとともに前記取り出し管（２５），（２６）に接続する上側均圧管（２７）とから構成されるものである。

【００１７】前記吸気配管部（Ｂ）は、弁（１０）を有するとともに前記吸着槽Ａ（２）の下部に接続する吸気管（２１）と、弁（１２）を有するとともに前記吸着槽Ｂ（３）の下部に接続する吸気管（２２）と、これら吸気管（２１）（２２）と圧縮器（１）を接続する吸気管（１９）と、弁（１４）を有するとともに前記吸着槽Ａ（２）の下部の吸気管（２１）及び前記吸着槽Ｂ（３）の下部の吸気管（２２）から分岐した下側均圧管（２４）から構成されている。

【００１８】前記排気配管部（Ｃ）は、前記吸着槽Ａ（２）の下部，弁（１０）間の吸気管（２１）から分岐するとともに弁（１１）を有する排気管（２１ａ）と、吸着槽Ｂ（３）の下部，弁（１２）間の吸気管（２２）から分岐するとともに弁（１３）を有する排気管（２２ａ）と、これら排気管（２１ａ）（２２ａ）の双方に接続した排気管（２３）とから構成されるものである。

【００１９】前記製品供給配管部（Ｄ）は、弁（１８），圧力調整弁Ａ（５）及び定流量供給手段（６）を順次有するとともに製品槽（４）と窒素ガス出口を繋ぐ窒素ガス供給管（２９），圧力調整弁Ｂ（７）を有し補助貯留槽（８）と定流量供給手段（６）より下流の窒素ガス供給管（２９）とを繋ぐ補助供給管（２９ａ）の二者から構成されるものである。尚、この例では前記定流量供給手段（６）として差圧一定型の定流量弁を用いた。但し、これに限るものではなく、一定流量を確保できればどのような手段であってもよく、例えばマスフロコントローラ（センサーにより流量を測定し、定流量を確保するために絞り用閉路を調整するというもの）等が考えられる。

【００２０】前記吸着槽Ａ（２）及び前記吸着槽Ｂ（３）は密閉した中空円筒形状をした部材であり、その内部にＣＭＳが充填されている。

【００２１】次に、以上の構成を備える窒素ガス供給装置により、窒素ガスを分離する態様について図２に基づいて説明する。図２は窒素ガス分離装置に於ける工程を各吸着槽に着目して時系列的に示した説明図である。以下、同図に示す期間Ｔ１〜Ｔ２，Ｔ２〜Ｔ３，Ｔ３〜Ｔ４，Ｔ４〜Ｔ５における製品槽（４）以前の装置の作動状態について説明する。

【００２２】イ）期間Ｔ１〜Ｔ２この期間に於いては、吸着槽Ａ（２）に対し吸着工程を実施し、吸着槽Ｂ（３）に対し再生工程を実施する。尚、この期間以前の図２に於ける分離装置の弁（１４），（１５）は開いており、弁（１０），（１１），（１２），（１３），（１４），（１６），（１７）は閉じている。

【００２３】まず、吸着槽Ａ（２）の作動について説明する。吸着槽Ａ（２）の下部の弁（１０）を開き圧縮器（１）から高圧の空気を吸着槽Ａ（２）に送入する。同時に、吸着槽Ａ（２）上部の弁（１６）を開き製品槽（５）から高圧の窒素ガスを吸着槽Ａ（２）に送入する。この操作により吸着槽Ａ（２）は昇圧され、圧縮器（１），製品槽（５）と略等しい圧力となる。圧縮器（１）は連続運転しているので、吸着槽Ａ（２）は更に昇圧される。吸着槽Ａ（２）内部にはＣＭＳが充填されており、このＣＭＳが所定の時間加圧されることにより酸素ガスを吸着する結果、所定濃度の窒素ガスが取り出し管（２５）を経て製品槽（５）に貯留される（吸着工程）。

【００２４】一方、均圧工程を終了した吸着槽（４）は大気圧より高圧であるため、弁（１３）を開けると、吸着槽Ｂ（３）内の残留ガスは吸気管（２２），これから分岐する排気管（２２ａ），排気管（２３）を介し大気に放出される。この操作によりＣＭＳに吸着されていた酸素ガスが脱着し、ＣＭＳは再生される（再生工程）。

【００２５】ロ）期間Ｔ２〜Ｔ３この期間に於いては、吸着槽Ａ（２）及び吸着槽Ｂ（３）の双方に均圧工程を実施すべく図１における弁（１４），（１５）を開け、残りの弁を閉じる。

【００２６】吸着工程が完了した吸着槽Ａ（２）は高圧の状態にあり、弁（１４），（１５）を開けることにより該吸着槽Ａ（２）内の高圧ガスが再生工程の完了した大気圧状態にある吸着槽Ｂ（３）内に上側均圧管（２７），下側均圧管（２４）を介して送入される。この工程により、再生工程の完了した吸着槽Ｂ（３）は比較的高濃度の窒素ガスで一次昇圧される（均圧工程）。

【００２７】以降の期間Ｔ３からＴ５においては、前述の期間Ｔ１からＴ３における吸着槽Ａ（２）及び吸着槽Ｂ（３）に対して実施する工程を逆にしたものであって、吸着槽Ａ（２）に再生工程，均圧工程を、吸着槽Ｂ（３）に吸着工程，均圧工程をそれぞれ実施するものであり、その詳細は省略する。

【００２８】そして以降、吸着槽Ａ（２）及び吸着槽Ｂ（３）に対し、図２に示す工程を交番的に繰り返して実施することにより、連続的に窒素ガスを取り出すことができる。尚、本装置により取り出すことのできる窒素ガスは所望の濃度に対して常に一定量である。

【００２９】次に、製品槽（４）より下流側の作動について図４を用いて説明する。図４は使用する窒素ガスの流量を前記窒素ガス分離装置の定格流量で除して百分率とした値を縦軸に、経過時間を横軸に示したグラフである。尚、窒素ガス分離装置の定格流量をＦ１、圧力調整弁Ａ（５）で設定した圧力をＰ１、定流量供給手段（６）以降の窒素ガス供給管（２９）内の圧力をＰ２、圧力調整弁Ｂ（７）で設定されている圧力をＰ３、窒素ガス出口から取り出される窒素ガスの流量をＦ２、本装置の定流量供給手段（６）の設定流量をＦ１とし、圧力調整弁Ａ（５）の設定圧力Ｐ１を任意の圧力とし、圧力調整弁Ｂ（７）の設定圧力Ｐ３を（Ｐ１−ΔＰ）とする。

【００３０】ここにΔＰは、前記Ｐ１とＰ２の差圧であり、前述の如く前記定流量供給手段（６）が差圧一定型の定流量弁である本例においては、一定流量を確保するためにはこの差圧ΔＰを適宜に設定する必要があるが、通常０．３〜１ｋｇ′ｆ／ｃｍ²Ｇの範囲である。

【００３１】図４における経過時間４〜６（ＨＲ），７．４〜８．５（ＨＲ）以外の時間では、窒素ガス出口で消費する窒素ガスの流量はＦ１より少ない。そのため、定流量供給手段（６）以降の配管圧力Ｐ２がＰ１と略等しくなり、Ｐ１とＰ２との差圧が前記ΔＰよりも小さくなる。従って、前記定流量供給手段（６）からは一定量の窒素ガスは流出せず、必要量の窒素ガスが定流量供給手段（６）から流出する。

【００３２】図４における前記時間以外の時間では、窒素ガス出口で消費する窒素ガスの量はＦ１より多い。そのため、定流量供給手段（６）以降の配管圧力Ｐ２はＰ１よりも低くなり、Ｐ１とＰ２との差圧がΔＰを越え、一定量Ｆ１の窒素ガスが定流量供給手段（６）から流出する。また、Ｐ２＜（Ｐ１−ΔＰ）＝Ｐ３であるから、圧力調整弁Ｂ（７）を介して前記補助貯留槽（８）から窒素ガスが流出する。しかして、一定量Ｆ１の窒素ガスが定流量供給手段（６）から供給され、必要量に対する残りの窒素ガスが補助貯留槽（８）から供給されることになる。

【００３３】尚、前述の如く、本例では定流量供給手段（６）に差圧一定型の定量弁を用いたが、前記マスフロコントローラを用いる場合には、前記Ｐ１とＰ２の圧力差を考慮する必要はなく、圧力調整弁Ａ（５）の設定圧力Ｐ１を圧力調整弁Ｂ（７）の設定圧力Ｐ３よりも高くすれば良い。

【００３４】

【考案の効果】

以上詳述したように、本考案によれば窒素ガスの使用量が大きく変動、安価な窒素ガスを提供できる窒素ガス分離装置から取り出される窒素ガスをベースにし、前記装置の定格流量以上の流量が流れる場合、その差分のみの窒素ガスについて補助貯留槽内の窒素ガスを使用できるため、全体の窒素ガス単価を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案による窒素ガス供給装置の一実施例を示
す説明図である。

【図２】窒素ガス分離装置の各吸着槽に対し実施される
工程を示す説明図である。

【図３】窒素ガス分離装置の窒素ガス取り出し量と窒素
ガス濃度の関係を表したグラフである。

【図４】時間当たりの窒素ガス使用量の変動の例を表し
たグラフである。

【符号の説明】

１圧縮器２吸着槽Ａ３吸着槽Ｂ４製品槽５圧力調整弁Ａ６定流量供給手段７圧力調整弁Ｂ８補助貯留槽１０弁１１弁１４弁１５弁１６弁１８弁２９窒素ガス供給管２９ａ補助供給管

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】並設した少なくとも２個の吸着槽Ａ
（２）及び吸着槽Ｂ（３）に対し、窒素ガス及び酸素ガ
スを主成分とする原料ガスを供給し、前記吸着槽Ａ
（２）及び吸着槽Ｂ（３）に充填した分子篩炭素により
窒素ガスを分離し、これを製品槽（４）に貯蔵する装置
において、該製品槽（４）に接続した窒素ガス供給管
（２９）を設け、該窒素ガス供給管（２９）に圧力調整
弁Ａ（５）および定流量供給手段（６）を設け且つ、圧
力調整弁Ｂ（７）を備える補助供給管（２９ａ）の一端
を、前記定流量供給手段（６）より窒素ガス送出側の前
記窒素ガス供給管（２９）に接続し、他端を補助貯留槽
（８）に接続するとともに、前記圧力調整弁Ａ（５）の
設定圧力を前記圧力調整弁Ｂ（７）のそれよりも高く設
定したことを特徴とする窒素ガス供給装置。