JPS60110318A - 単床式ｐｓａ気体分離方法および装置 - 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】 本発明は気体混合物を各成分に分離するだめの圧力スイ
ング吸着に関するものである。更に詳しく言うと、本発
明は、たとえば、空気を基本的な２つの流体、即ち、主
に酸素から成る第１流体と主に窒素から成る第２流体と
に分離する方法および装置に関して為されたものである
。通常、上記第１流体は何らかの目的に使用される一方
、第２流体は大気中に放出されるが、他の利用形態も可
能である。

上述の如き分離のための方法と装置は、重工業用の酸素
を一日当たり数トンも製造する極めて大規模のユニット
、例えば、石油精製や汚水処理プラント等を含め、広範
な用途で使用されている。

圧力スイング吸着（ＰＲＥＳＳＵＲＥ　５ＷＩＮＧ　Ａ
ＢＳＯＩＩＰＴＩＯＮ。

以下ｒＰｓＡＪと略称する）を利用する、上記ユニット
よりはるかに小規模のユニソ１〜としては、医療、特に
、呼吸障害を持つ患者に必要な酸素を毎分約数リットル
程度しか製造しない装置がある。

ＰＳＡ技術のもう一つの一般的用途は、中規模程度の酸
素需要が見込まれる様々な産業に見られる。異なる場所
にて現場的に酸素を製造するために高純度酸素を製造す
るＰＳＡザイクルを利用した装置、例えば、海洋石油設
備がそれである。

さらに、もう一つの産業用途は自動車のマフラー製造工
程等に見られ、ここでは酸素アセチレン切断トーチへの
酸素の供給が行われる。

ＰＳＡ技術の更に別の用途では、前述のものとは異なっ
た気体混合物をその各成分に分離し、分離成分（気体）
のうぢ所望のものを用いることができる。例えば、ある
気体混合物から酸素を分離することにより窒素を得、こ
の窒素をある種の溶接その他の産業分野でシールド−気
体として使用できる。また、産業用の気体の混合物から
二酸化炭素を分離する事によりその二酸化炭素またはそ
の他の気体成分を貯溜することができる。本明細書に記
載する実施例は高純度酸素製造に関するものであるが、
本発明はそれの用途に限定されるものではない。

本発明は多くの実施例が可能であり、その全実施例を通
してあらゆるＰ　Ｓ　Ａ−（＝ｌＪ用分野に通用できる
。

ＰＳＡ技術の中には、薄膜その他の選択的分離手段に基
づき実施されるものもある。しかし、最も一般的なＰＳ
Ａ技術（本発明はこれに該当する）は、分子ふるいの様
な吸着材料を充填した床を使用するものである。この吸
着材料としては、原料気体を構成する気体混合物中にお
いて特定の気体を優先的に吸着させるものが選択される
。空気から酸素を製造したいとき（極めて複雑な物理化
学システムを非常に簡略化して言って）、上記吸着材料
は窒素を優先的に留める一方、酸素を一層急速に吸着材
料から成る床を通過させ、比較的高純度の酸素として排
出させる。この吸着材料から成る床に窒素が飽和さ−Ｖ
られると、その床を減圧しかつ酸素にて、パックフラッ
シュ（ｂａｃｋ−ｆ　１ｕｓｈ）する事により床から窒
素を排出し、もって原料から再び酸素を分離すべく次の
ザイクルに備えて上記床の準備を整えねばならない。

吸着床型ＰＳＡ装置の一般的範昭の中で、複数個の床を
用いるものと床を一つしか使用しないものがある。製造
を連続的に行なう場合、システムが全体で酸素を連続製
造できる様、少なくとも二つの床（一方をガス製造に用
いるとき、他方をバンクフラッシュさせるもの）を交互
に使用すると極めて有利である。この場合、製造用の一
方の床で得られた酸素の一部が、他方の床、即ち再生用
の床をパックフラッシュさせる流体として使用される。

しかし、用途によっては床は一つしか使用しない方が非
常に望ましい。この様な車床式システムは、ＰＳＡザイ
クルを行なう装置の部品数が極めて少ないため、安価で
信頼性が高く、しかも軽■であるという大きな長所を持
っている。たとえ需要が連続的であっても、ザージタン
クを設置することにより車床式システム（本発明はこれ
である）による断続的製造を連続製造にすることが可能
である。この特徴が本発明に取り入れられているが、他
にも、先行技術を凌駕する本発明の改良点の一部を構成
するいくつかのバリエーションが加えられている。

従来の車床式ＰＳＡシステムが共通して備えている問題
として、コンプレッサ能力が約５０％失われてしまうと
いう欠点がある。つまり、コンプレッサは製造サイクル
中に吸着床に空気を供給しているとき、その能力は効果
的に用いられている。

しかし、床が製造サイクルの再生にあるとき、コンプレ
ソザによる圧縮空気は床に供給されず、外部に放出され
てしまったり或いはコンプレッサの働きはその他の方法
で浪費されてしまう。これを避けるには、不要時にコン
プレソザ作動を止めればよいが、この方法は、コンプレ
ッサに対する過度の酷使となり、その寿命を縮めてしま
う。更に、ＰＳＡサイクル中にコンプレッサの始動、停
止を繰り返すことには多くの機械的技術的問題がある。

たとえば、単−設備に於いて圧縮空気の需要が多い場合
（作業室の多い大規模なマフラー製造工場等）に圧縮空
気の中央供給源を設＆ノるならば、この供給源はそれ自
身のザージタンクを持ち、空気は一箇所で使用されてい
るのであるから、上述の問題は軽減される。しかし、こ
の様な環境に於いてすら本発明はその一形態により車床
システムが容易に適応せしめられて同システムに固有の
利点をもたらすという長所を有するものである。

多くの場合、即ち圧縮空気の中央供給源がある場合、Ｐ
ＳＡ装置は複数個の床を備え、従って大型になってしま
う傾向がある。本発明は、中央供給源の圧縮空気を複数
箇所で使用する設備に於いて車床弐ＰＳ、Ａ装置の使用
方法を示すものである。

さらに詳しく述べれば、先行技術にあっては、ＰＳＡサ
イクルを、大気圧と大気圧より高い圧力（即ぢコンプレ
ッサの作動圧力）の間の圧力で行っている。これに対し
、本発明は、その−側面においては、車床式ＰＳＡシス
テムでのサイクルは大気圧より低い圧力で行なうときに
効果が大きい、という発見に基づくものである。この作
用効果増大も先行技術を凌駕する本発明のいまひとつの
利点である。これは予期せざる長所であった。

本発明は、ＰＳＡ技（・トｉに利点をもたらす方法およ
び特徴のいくつかのユニークな組合せを示すことにより
、特に車床式吸着システムに関する他の数多くの先行技
術の問題を克服するものである。

本発明の主眼は、特に、車床式吸着システムに適したユ
ニークなＰＳ八へ体分離法の提供にある。

以下、更に詳述する。

ＰＳＡ気体分離法を利用する実施例として基本的ニ二種
１１あり、いくつかの特徴とこれ等の特徴の組合せは上
記二種類の実施例に適用できる。

上記二種類の実施例は、便宜上、高圧型と低圧型と考え
ることができる。

高圧型は従来の様な圧縮空気供給に暴づく。これはＰＳ
Ａ気体分離法を用いる装置の一部分を形成する専用コン
プレッサか、あるいは一般に見られる中央圧縮空気供給
源のような多重用途設備のいずれかである。

低圧型ば原Ｆ）気体源として送風機（ブロア）を備えて
いる。ずなわら、この低圧型実施例−比較的低圧の送風
機の周りに構成するもので、そのｑ寺にユニークな点は
、送風機の送り出し側の超大気圧（正圧）と取入れ側の
準大気圧（負圧）の両方を利用することである。この両
圧力はＰ　Ｓ　Ａ　４３′イクルの別々の所で使用され
て大、きな利点もたら１−０また、送風機は効率的に利
用され、連続作動力（可能であるという利点もある。こ
れはコンブし・ノサその他の圧縮空気供給源がサイクル
の約５０％に亘り、つまり、床再生中には圧縮空気が浪
費される従来の車床式システムと対照的である。

上述の二つの主要実施例に加え、本発明は、更に上記両
実施例に適用できる場合もあれば高圧型だけに適用でき
る場合もある等数多（の特１１Ｙｋを示すものである。

これ等の特徴の一つに、既述のＰＳＡシステムとサイク
ルを用いた装置を需要に応じてのみ作動せしめる手段が
ある。これは当該技術分野での大きな前進である。これ
迄は、ｌ）　Ｓ　Ａ気体分ν；１Ｆ装置が需要と無関係
に作動するタイマーを（＋ｔｉｆえて０ることがよくあ
った。この場合、機械を一度始動させるとそれは何秒も
の間最初の段階を行い、次に同じく何秒もの同次の段階
を行い、そしてまた、というように、需要の有無や需要
量に拘らず同しやり方で作動を繰り返す。これに対し、
本発明では、ＰＳＡサイクルを需要に応じて制御する圧
力センザスイッチが供給物貯溜タンクと密接な関係で設
けである。したがってＰＳＡサイクルの各段階が行われ
る時間は非常にまちまちである場合力（あると同時に、
床サイズ、送風機能ツノおよび需要量に応じて異なる。

この需要応答制御手段（圧力センサスイッチ）は本発明
の既述の両実施例に適用できる。

この点での本発明の重要な利点は、」−述の従来のタイ
マー（これはカムタイマーや電子タイマーであることが
よくある）を使用する場合に伴うコメ１−１組立時間、
重■その他の問題を完全に排除できる、ということであ
る。

この第２実施例のもう一つの利点としては、使用する比
較的単純な低圧送風機は可動部品の多い従来のコンプレ
ッサに較べ非常に安価であると同時に機構が複雑でない
、という点が挙げられる。

高圧型、低圧型の両実施例に取り入れるごとのできるも
う一つの特徴は、２基のタンク、ずなわらシステム内で
パージ気体および／または均等化気体を供給するタンク
とリーンのない気体をユーザーに絶えず供給するだめの
供給物貯溜タンクの設置である。この特徴的４７５成を
導入する場合には、そのための逆止弁を設ける。

次に述べる特徴間既述の高圧型実施例にのみ取り入れる
ことができる。すなわち、システムへの圧縮空気供給入
口付近に供給弁を設ける。但し、この供給弁は、システ
ムに専用コンプレッサ（ずなわぢ、本発明装置に組み込
むコンゾレソシ成いは同装置に空気供給を行なうことの
めをその機能とするコンプレッサ）を使用する場合は望
ましくない。したがって、ＰＳＡ床が再生中であるとき
にはコンプレッサからの圧縮空気が常時閉している（Ｊ
（給弁に作用しない様コンプレノリ゛の空気を抜き取っ
ておかねばならない。もし、コンブレノ」ノーからの空
気が閉じている供給弁に作用すると、コンプレッサは急
激に損傷してしま・う。さらに、コンプレッサがら空気
を抜き取ることにより、その消費エネルギーがそれだり
少なくてずめ、これも本発明の特徴である。但し、この
特徴は、先行技術と同様、それ自体がコンブレノ′す″
能力を浪費するという欠点を持っている。」二連の供給
弁は、本発明を多用途設備、つまり、中央コンプレッサ
において使用する場合に必要である。そうすれば、上記
コンプレッサからの圧縮空気は閉じたバルブに決して作
用せずに、中央供給タンクに供給されるからである。

前述の如く、本発明の一部分は、ＰＳＡザイクルを先行
技術のように大気圧と超大気圧との間ではなく、準大気
圧（負圧）と超大気圧との間で行なうと、より効果的で
あるという発見に基づいている。既述の第２態様では、
これは送風機の両側を使用することにより行われる。ま
た、既述の第１態様においても、これ（ＰＳＡサイクル
を準大気圧と超大気圧の間の圧力で行なうこと）を次の
様にして行なうことができる。すなわち、床の廃ガス出
口にヘンチュリ管を設け、こ゛れを比較的高圧の空気で
作動させるごとにより、上記出口で準大気圧（負圧）状
態を作り出す。これにより真空圧力源を別個に設けずと
も、上記準大気圧状態が床から廃ガスを文字通り吸い出
してくれる。

本発明の更にいま−・っの特徴ば、先行技術の熱交換器
装置の共通のエレメントと関係がある。実際、もし適正
な熱伝達並びに熱能力特性を備えた充分な質量を持った
容積があり、熱を帯びた供給空気がこの容積を通過しな
ければならぬと同時に、廃窒素が逆方向に上記容積を通
過しなければならないとするならば、熱的釣り合いがも
たらされて、供給空気冷却用熱交換器の必要性はなくな
るかあるいは減じる。この特徴により、さらに、水分離
器の必要性をなからしめることもできない訳ではない。

本発明の上述の利点並びにその他の利点は、以下の詳細
な説明、既述の特許請求の範囲、及び添付図面において
明らかになるものである。

まず、第１図乃至第３図には本発明の第１実施例が示し
てあり、それはコンプレッサ１２を含んでいる。コンプ
レッサ１２からの空気はバルブｌＯを通ってＰＳＡ床１
４に送られる。ごのコンプレッサ１２の控気の供給圧力
は比較的高い。たとえばＺ約６０ｐｓｉＢである。なお
、不明ａｎ　ｓで言及すると共に図面にも示した圧力は
ゲージ圧であって、大気圧は零と考える。コンプレッサ
１２は第１図のシステム（装置）用のものである。つま
り、装置に組み込むことができるが、」二記ＰＳＡ床１
４に供給を行なうことのみを機能とする専用のコンプレ
ノザである。したがって、このコンプレッサ１２は、既
述の単一の大型圧縮空気源が複数の消費場所に供給を行
なう多重用途設備とは対照的なものである。

専用システムたることを目的とする先行技術システムに
あっては、第１図のバルブ１０の位置にサージタンクが
設りである。このような構成はサージタンク内の気体の
他の用途のための流出を可能ならしめるが、コンプレッ
サ能力、費用の浪費等の欠点がある。つまり、コンプレ
ッサが常にサージタンク内の比較的高い圧力に対して作
動するからである。したがって、用途が空気に対する一
種類のものである場合、勺−ジタンクを設置できる場所
はコンプレッサの出１コ側のみである。しかし、用途が
種々のものであるのなら、上述の如き先行技術は真に、
本明細書で言う意味での専用システムではない。

本発明の第１実施例のひとつの態様として、供給弁ｉｏ
を用いない形態が可能である。このバルブを省いた場合
、パージステップ２でバルブ２０が開くとＰＳＡ床１４
が大気圧まで減圧されると同時に、コンプレッサ１２の
空気が大気中に放出される。従って、第１図で供給弁１
０を省いてしまえば、コンプレッサ１２からの空気が閉
じている弁に作用することは決してない。というのは、
システムがサイクル作動中である限り、コンプレッサ１
２の空気はバルブ２０を通って放出されてしまうか、あ
るいは（バルブ３０が開いているので）’ＰＳＡ床１４
に供給されるからである。つまり、第２図の「開状態の
バルブ」の項目を見れば、バルブ２０または３０は常に
開いており、したがって、コンプレッサ１２からの圧縮
空気が閉したバルブに作用することは決してない。

供給弁１０を省いてしまえば、どんな場合でもコンプレ
ッサ１２からの圧縮空気は閉したバルブに作用しない。

同時に、コンプレッサ１２の圧縮空気を抜き取ってしま
うことにより、消費エネルギーがそれだけ少なくてすむ
。パージ弁２０が開いているとき、コンプレッサ１２は
その圧縮空気を何らかの負荷に送っているのではなく、
ただそれを大気中に放出しているだけであるからである
。

他方、専用コンプレフサを設けない高圧システムにあっ
ては、空気供給源を孤立させて供給空気を節約ずべく供
給弁１０を備える。

この供給弁１０は常時閉じ型である。前述の如く、これ
は専用コンプレッサを使用する時には用いない。もし、
何らかの理由によりその場合でもこれを使用すると、そ
れはザイクル全体を通じて全開したままになってしまう
。

コンプレッサ１２はその圧縮空気をライン１６ヲ通シて
ＰＳＡ床】４に供給することとライン１８並びにバルブ
２０を介して大気中に放出することを交互に繰り返す。

ＰＳＡ床１４の上記ライン１６の配設側とは反対側から
別のライン２４が配設されており、このライン２４はバ
ルブ３０　（バルブ２０と同槌のもの）を介してサージ
タンク２８に至っている。上記バルブ３ｏと並列的にパ
ージ制限オリフィス２６が設け′ζある。最終的に得ら
れた気体はスロットル弁３４と圧力調節器３６により調
整される。

上記バルブ１０，２０．３０ば圧力スイ・ノチ２２　（
或いは予め設定されたタイミング装置）により、制御ラ
イン４０−．１０．４０−２０．および４０−３０　（
点線）を介して開閉制御される。

圧力スイッチ２２の使用により、高価なタイミング装置
の必要がないと同時に需要に応じてコンプレッサ能力を
自動的に弱めることができるので、これは当該技術分野
における大きな前進である。

つまり、コンプレッサは分離気体の需要に応じ′ζ圧縮
空気を供給すれば良いだけである。

次に、本発明の理解をはっきりさせるために一例を説明
する。圧力スイッチ２２は調節可能のリセット差動型で
ある。もしその上限設定値が６０ｐｓｉｇであるとする
と、圧力スイ・ノチ２２はその上限設定値で電気的位置
を切り換える。もし圧力スイッチ２２の下限設定値が５
５ｐｓｉｇであれば、サージタンク２８内の圧力がその
下限設定値まで低下すると上記スイッチ２２がリセ・ノ
ドされる。通常作動において、圧力スイッチ２２は、Ｐ
ＳＡ床１４とサージタンク２８の加圧中にはバルブ２０
を閉しかつバルブ３ｏを開く状態にする。ＰＳＡ床１床
炉４−ジタンク２８の圧力が圧力スイフチ２２の上１１
１１！設定値６０ｐｓｉｇまで高まると、圧ノコスイッ
チ２２はバルブ２ｏを開きかつバルブ３ｏを閉じる。そ
して、ＰＳＡ床１床炉４気圧まで減圧され、分離気体が
オリフィス２６を通って逆方向にパージされ始めると同
時にサージタンク２８が徐々に減圧される。もし、分離
気体がスロットル弁３４を介して取り除かれなければ、
圧力スイッチ２２の下限設定値５５ｐｓｉｇに達するの
に、たとえば、５分程度かかる。この間コンプレッサ１
２は最少比の電力を使用して、その圧縮空気をバルブ２
０を介して放出する。もし加圧時間がわずが１５秒でパ
ージ期間（最少電力期間）が５分であれば、分離気体負
荷なしで３００／３　］、　５　（約９５％）の低下に
なる。これば、消費電力が定格電力のわずか５％という
ことではなく、システム稼働時間中の９５％に亘りコン
プレッサは無負荷状態であって、無負荷電力を消費する
ということである。この無負荷電力は定格電力の１５％
以上である。

この無負荷状態９５％への低下はパージ制限オリフィス
２６の直径の最適化に従って実現できる。

パージガスに加え分離気体もサージタンク２８から流出
すると、同タンク２８内の圧力はより速やかに低下する
。定格分離気体取出し量では、たとえぼりセント（下限
設定）値５５ｐｓｉ８に１５秒で達し得る。従って定格
或いは最大分離気体取出し量での低下率は１５１５０或
いは３０％程度となる。

本発明装置を様々な分離気体需要に適用した際、その消
費量に応じて電力を大幅に節約できる。

既述のような圧力スイフチ２２の代わりに予め設定した
タイマーを使用できるが、ごの場合、タイマーは全分離
気体負荷状態で時間要件を充たすように設定しなしＪれ
ばならない。

次に、以下詳細に説明する通り、本発明はユーザーが任
意に第１図の装置に取り入れることのできる二つの特徴
を、更に備えている。ずなわち、ベンチモリ廃ガス吸出
器４２とスムーズな供給のためのタンク５６並びに逆止
弁５４（第４図）とである。

上記ベンチモリ廃ガス吸出器４２は、パージステップの
ために、コンプレッサ１２がらの圧縮空気を利用するこ
とにより局所的に低圧の真空（負圧）状態を作り出すも
のである。ずなわら、パージステップ２において、コン
プレフサ１２がらの圧縮空気は、上記吸出器４２を通し
て大気中に放出されるだけである。従って、圧縮空気は
ライン１８とバルブ２ｏを通って大気中に放出されるに
当たり、上記吸出器４２の介在により吸出器４２がＰＳ
Ａ床１床炉４廃ガス（主に窒素）を吸い出してパージ作
用を促進する。既述の第２実施例に関して詳しく後述し
た通り、サイクルを大気圧より高い圧力と大気圧より低
い圧力の間の圧力で行うことによりＰＳＡザイクルの効
率と作動性が高まるということが思いがけなく発見され
た。これに対し、先行技術では、システムを大気圧と大
気圧より高い圧力の間の圧力で作動させる。

第２図の各処理ステップの時間は単におおよそのものに
すぎない。これ等の時間は、圧力スイフチ２２に関して
上述したシステムの実際の分離気体需要量に応じて調節
される。

ＰＳＡサイクルは３ステツプで構成され、第４ステツプ
は実際には次のサイクルの始まりであって、第１ステツ
プと同じものである。第２図の一番下に注記した如く、
同図の表示圧力は各ステップ終了時のものであり、また
各々ゲージ圧であって大気圧は零で表わされる。第１ス
テツプは製造ステップであり、このステップでＰＳＡ床
１床炉４素製造を行ない、その酸素は開いたバルブ３゜
を介してタンク２８に送られる。この第１ステツプはタ
ンク２８内の圧力が予め設定された切換値（上限設定値
、この場合の例では５５ｐｓｉｇ）に達するまで行なわ
れ、その切換値に到達すると第２ステツプが開始されて
、オリフィス２６を通る酸素が逆流してＰＳＡ床１床炉
４ることによりＰＳＡ床１床中４中素がサージタンク２
８からの酸素により排除されてライン１８．吸出器４２
．開いた状態のバルブ２０（これは第１ステツプでは閉
じている。）を通り、大気中に抽出される。

この第２ステツプは比較的短時間（この場合の例では、
１５秒間）行われる。次の第３ステツプは均等化ステッ
プである。即ち、バルブ２０が閉じる一方、バルブ１０
が再び開いて気体をＰＳＡ床１４に供給さ−Ｕ、均等化
が完了するまでシステムは再加圧される。均等化が完了
すると、気体はライン２４と開いたバルブ３０を通って
逆流して製造が開始される（第１並びに第４ステツプ）
。

第３図にＰＳＡサイクルを通してＰＳＡ床１４の圧力が
示しである。同図において、３０秒時点、つまりパージ
時点で曲線が急降下している点が重要である。これによ
りパージガスをより効果的に使用できる。この圧力の急
降下、ずなわち、ＰＳＡ床１４のパージ時点における急
激な圧力低下は比較的大型のバルブを使用することによ
りもたらされる。

第１図と第２図並びに既述の説明から明らかな如く、バ
ルブ２０は二つの目的を有しζいる。ずなわぢ、既述の
第１実施例（高圧型）において、上記バルブ２０は、第
２ステツプ（パージステノブ）でＰＳＡ床１４の最低圧
力（これは第２図のように大気圧であるか、或いは、オ
プションのヘンチュリ廃ガス吸出器４２を用いる場合ば
ｆＩＬ大気圧（負圧）であり得る）への減圧のめならず
、コンブレソザ１２からの圧縮空気の人気中への放出も
可能ならしめる。これ等の二つの働きはバルブ２０を介
して同時に行われる。

バルブ２０のこの二重機能も当該技術分野での本発明に
よる大きな前進であり、先行技術に比クラして安価で部
品数が少なく、また信頼性が高くて、軽ｌであり、製造
コストも安い等の利点を強化するものである。

次に、第４図には、既述の本発明の第２実施例が示しで
ある。この第２実施例において第１図の第１実施例と同
じ或いは同様の部分には同じ番号に１００を加えて示し
た。

図示の通りこの第２実施例は送風機４４を中心にして構
成したものである。送風ａ４４とし一部は種々のタイプ
のものが使用される。

第３図はＰＳＡ床１４の圧力変化を示したもので、第２
図のザイクルチャ−１−と直接関係している。第３図の
内容は比較的自明のもので、約３２秒経過時点での全圧
力からパージ圧力への急降下が容易に認められる。

第４図の低圧型実施例においては大気がライン４６を通
って送風機（ブロア）４４内へ取り入れられる。大気は
上記ライン４６を通る途中、バルブ１１０で制御される
。このバルブ１１０は圧力スイツチ１２２で制御される
。上記送風ａ４４の大気取り入れ側とバルブ１１０の間
で、送風機４４の大気取り入れ側に大気供給を行なうた
めの代替手段として、ライン４８が上記ライン４６に連
通している。このライン４８を通って供給される空気（
大気）はバルブ７０で制御され、同バルブ７０ば圧力ス
イソヂ（エレメント）■２２により制窃１される。

上記送風機４４はその送り出し側（超大気圧側）から、
熱交換器５２内に入っているライン１１６を通して空気
を送り出す。送風機４４と熱交換器５２との間で、排気
ライン１１８か上記ライン１１６とＴ字型を成してライ
ン１１６と連通している。上記排気ライン１１８を通っ
て排出される空気はバルブ１２０により制御され、その
バルブ１２０は圧力スイツチ１２２で制御される。

ライン１１Ｇを流れる空気は熱交換器５２を通った後、
バルブ６０により制御される。すなわち、このバルブ６
０は送られてきた空気の一部をライン４８内へ送り込み
、そのライン４８を通って送風機４４０大気取り入れ側
へ送り返す。同時に、上記ハルプロ０は、送られてきた
空気の他の部分をＰＳＡ床１１４の人口側へ送り込む。

ＰＳＡ床１１４の出口側からは送り出しライン１２４が
配設されており、ＰＳＡ床１１４で分離された気体はラ
イン１２４へ送り出され、そのライン１２４途中に設け
られたバルブ１３０により制御される。このバルブ１３
０は圧力スイツチ１２２により制御される。バルブ１３
０と並列にオリフィス１２６が設けである。このオリフ
ィス１２６は第４図の実施例ではオプションであるため
、点線で描いである。

車床へＰＳΔシステムは分離により得られた気体の波動
的な動きおよび不規則性に影響され易いため、本発明は
分離気体の一定供給とそのスムーズな送り出しのための
オプションの特徴を備えている。ずなわら、ライン１２
４の途上に逆止め弁５４を、逆止弁５４とバルブ１３０
との間に圧力均等化タンク５６をそれぞれ設けることに
より上記の目的を達成できる。上記圧力均等化タンク５
６はバルブ１３０と逆止：ｊｉ’５４との間でライン１
２４とＴ字型に連通している。

サージタンク１２８に続く＋１４成は第１図のものと同
じである。

第４図のシステムのザイクルチャ−１・が第５図に示し
である。このサイクルチャートは第２図のシステムと大
体対応している。このサイクルチャートでも第２図のシ
ステムの場合と同様、各ステップの時間はおおよそのも
のであり、各時間は第１図の圧力スイフチ２２に就き説
明したのと同じやり方で、圧力スイフチ１２２により調
節される。

まず、第１ステツプにおいてシステムは分訛気体の製造
を行なう。すなわら、バルブ［１０は開いている一方バ
ルブ７０は閉じており、従って送風機４４が大気を取り
入れる。バルブ１２０も閉じており、このため、送風機
４４からの空気はライン１１６、バルブ６０（開き状態
）を通ってＰＳＡ床１１４に送られ、ここで所望の分離
気体が得られる。バルブ１３０は開いているため、ＰＳ
Ａ床１１４で得られた気体は圧力均等化タンク５６およ
びサージタンク１２８内へ流れる。逆止弁５４は、サイ
クルが第２ステツプへ移るときに、分離気体がサージタ
ンク１２８からＰＳＡ床１４へ逆流してしまうのを防止
するものである。この防止のために圧力均等化タンク５
６が分離気体を供給し、逆止弁５４は消費場所にＰＳＡ
床１１４で得られた分離気体を供給すべく、サージタン
ク１２８を孤立させる。圧力均等化タンク５６とサージ
タンク１２８の被加圧度（圧力）は同じであるから、圧
力均等化タンク５６から排出された気体がサージタンク
１２８内の圧力に抗して逆止弁５４を開いてしまうこと
はできず、従って圧力均等化タンク５６から送られた分
離気体４Ｊ：　Ｉ）　Ｓ　Ａ床１１４内の不要の気体を
排出する働きを為す。

第２ステツプ（パージステップ）では、ノ＼ルブ１１０
．６０及びｉ３０が閉しる一方、バルブ７０と１２０が
開くので、送風機４４が、圧力均等化タンク５６内の分
１九１１気体を、オリフィス１２６゜ＰＳＡＳｉＩ２お
よびバルブ１０を通して、その（送風機の）大気取り入
れ側に吸引し、そして、ＪＪ）出回１２０　（開き状態
）を通して大気中に排出する。

以上の説明から明らかなように、送風機４４がいかにし
て１００％効率的に作動するか、つまりいかにして連続
的に作動するかが解る。すなわち第１ステツプで送風機
４４は超大気圧空気をＰＳＡ床１１４に供給する。次の
パージステツブでは、送風機４４の取り入れ側が利用さ
れ、ＰＳＡ床１１４内の不要気体が吸引されかつ排出弁
１２０を介して大気中に排出される。もう一つ着目すべ
きことは、第６図に示すように、パーシステンプは超大
気圧１５ｐｓｉｇで開始し、準大気圧−８ｐｓｉ５で終
了するということである。このように、超大気圧を上限
とし準大気圧を下限とする圧力範囲を採用すると、細か
い点は別にして、作動効率と生産性が向上するのみなら
ず、ＰＳ／ｌす・イクルも向上する。この改善は、先行
技術からの大きな前進と考えられ、それをこの第２実施
例の安価な低圧送風機と結び付けると、一層顕著となる
。

パージ後の第３ステツプ、ずなわち均等化ステップでは
、バルブ１１０．６０及び１３０が再び開き、圧力均等
化タンク５６が設りであるのならその圧力均等化タンク
５６がそうでな＆Ｊればサージタンク１２８がＰＳＡ床
１１４を再加圧すると共に送風機４４から新鮮な空気を
取り入れる。均等化完了後、サイクルは自動的に第４ス
テツプ（第１ステツプと同じ）に移り、ＰＳΔ床１１４
とサージタンク１２８が再度加圧され、分離気体の製造
を続行する。

以上、本発明の詳細な説明したが、この説明は単に例示
のためのもので、本発明はその精神と既述の特許請求の
範囲内においてのみ限定されるべきものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の構成を示す略図である。 第２図は第１図の実施例にお番ノる作動を示すだめのザ
イクルチャートその他を示した図表である。第３図は第
１図の実施例のＰＳＡ床の圧力変化を示すグラフである
。第４図は本発明の第２実施例の構成を示す略図である
。第５図は第４図の実施例における作動を示すだめのザ
イクルチャートその他を示した図表である。第６図は第
４図の実施例のＰＳＡ床の圧力変化を示すグラフである
。 １２：コンプレツサ １４．１１４：ＰＳＡ床 ２２．１２２：圧力スイソチ ２８．１２８：サージタンク ４４：送風機　５２：熱交換器 ５６；圧力均等化タンク ＩＧ２ ＦＩＧ（５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　単一のＰＳＡ床と該ＰＳＡ床から得られる製造
   ガスを受け入れるタンク手段とを備えた単床弐ＰＳＡ気
   体分離装置において、最高圧力、最低圧力および中間圧
   力間にて実行されるＰＳＡ気体分離方法であって、 ＋ａｌ　前記Ｐ　Ｓ　Ａ床の圧力と前記タンク手段内の
   圧力とを前記中間圧力がら前記最高圧力へ高める工程と
   、 ｌｂｌ　前記ＰＳＡ床の圧力を前記最高圧力がら前記最
   低圧力に急激に低下させるパージ工程と、（Ｃ１前記Ｐ
   ＳＡ床の圧力と前記タンク手段内の圧力とを前記中間圧
   力とする圧力均等化工程と、を含むことを特徴とする車
   床式ＰＳＡ気体分離方法。 （２）　前記最低圧力が大気圧よりも低い準大気圧であ
   る特許請求の範囲第１項に記載の単床弐ＰＳＡ気体分離
   方法。 （３）前記ＰＳＡ気体分離装置は送風機を含み、前記最
   高圧力および前記最低圧力は、該送風機の出口および入
   口において作り出されるものである特許請求の範囲第１
   項に記載の単床弐ＰＳＡ気体分離方法。 （４）前記ＰＳＡ気体分離装置は、前記パージ工程中に
   おいて前記ＰＳＡ床の圧力を急激に低下せしめる手段を
   備えたものである特許請求の範囲第１項に記載の単床弐
   ＰＳＡ気体分離方法。 （５）　前記ＰＳＡ気体分離装置は、圧縮空気供給手段
   、ベンチモリ廃ガス吸出手段、及び該圧縮空気供給手段
   から圧縮空気を該廃ガス吸出手段へ通ずことにより該廃
   ガス吸出手段に前記ｐｓ八へから廃ガスを排出させるた
   めの手段を備えたものである特許請求の範囲第１項に記
   載の単床弐ＰＳＡ気体分離方法。 （６）前記ＰＳＡ気体分離装置は、前記ｐｓΔ床の上流
   側に常時閉状態の供給弁を備えたものである特許請求の
   範囲第１項に記載の単床式ＰＳＡ気体分離方法。 （７）前記ＰＳＡ気体分離装置は、前記各ステップが行
   われる時間を調節するタイマ一手段を備えたものである
   特許請求の範囲第１項に記載の車床式１）　Ｓ　Ａ気体
   分離方法。 （８）前記ＰＳＡ気体分離装置は、前記ＰＳＡ床から送
   り出される分離気体のための圧力均等化タンクを備えた
   ものである特許請求の範囲第１項に記載の車床式ＰＳＡ
   気体分離方法。 （９）前記製造ガスは、空気から分離された酸素である
   特許請求の範囲第１項に記載の車床式ＰＳ人気体分離方
   法。 ００）前記ＰＳＡ気体分怨装置は、熱交換器、及び０；
   １記ＰＳＡ床へ向かって送られてきた気体とＰＳＡ床か
   ら流出したパージ用の気体との間で熱交換が行われ得る
   ように該熱交換器を位置させる手段を備えたものである
   特許請求の範囲第１項に記載のｉｉｉ床式Ｐ　Ｓ△気体
   分離方法。 （１１）単一のＰＳＡ床とサージタンクとを備え、複数
   ステップより成るＰＳＡ気体気体分離クイクルなうため
   のＰＳＡ気体分離装置であって、（ａｌ　前記複数ステ
   ップのＰＳＡ気体分離サイクルの進行中に、気体の流れ
   を制９「１１するバルブ手段と・ （ｂｊ　前記サージタンク内の気体圧力を検出する圧力
   センサと、 （Ｃ１前記サージタンクから分離気体を送り出す手段と
   、 （ｄｉ　前記サージタンク内の圧力に応じて、即ち、上
   記各ステップについて予め定められた時間ではな（分離
   気体需要に応じて、前記ザイクルを実行させる制御手段
   と、 を含むことを特徴とする車床式ＰＳＡ気体分離装置。 （１２）前記車床式ＰＳＡ気体分離装置は、圧縮空気供
   給手段、ヘンチュリ廃ガス吸山手段、及び該圧縮空気供
   給手段から圧縮空気を該廃ガス吸出手段に通すことによ
   り該廃ガス吸出手段に前記ＰＳＡ床から廃ガスを排出さ
   せるための手段を備えたものである特許請求の範囲第１
   １項に記載の車床式ＰＳＡ気体分離装置。 （１３）前記車床式ＰＳＡ気体分離装置は、前記ｐｓＡ
   床の上流側に常時閉状態の供給弁を倫えたものである特
   許請求の範囲第１１項に記載の車床式％式％ （１４）前記車床式１）　Ｓへ気体分離装置は、前記Ｐ
   ＳＡ床から送り出される分離気体のための圧力均等化タ
   ンクを（ＩＭえたものである特許請求の範囲第１１項に
   記載の車床式ＰＳＡ気体分離装置。 （１５）前記車床式ＰＳＡ気体分離装置は、熱交換器、
   及び前記ＰＳＡ床へ向かって送られてきた気体とＰＳＡ
   床から流出したパージ用の気体との間で熱交換が行われ
   得るように該熱交換器を位置させる手段を備えたもので
   ある特許請求の範囲第１１項に記載の車床式ＰＳＡ気体
   分離装置。 （１６）前記単座式ＰＳ人気体分離装置は、前記各ステ
   ップが行われる時間を調節するタイマ一手段を備えたも
   のである特許請求の範囲第１１項に記載の車床式Ｐ　Ｓ
   　Ａ気体分離装置。 （１７）前記分離気体は、空気から分離された酸素であ
   る特許請求の範囲第１１項に記載の車床式ｐｓＡ気体分
   離装置。 （１８）前記車床式ＰＳＡ気体分離装置は、前記ＰＳＡ
   床に最高圧力、最低圧力及び中間圧力を加えるものであ
   り、該最低圧力は準大気圧である特許請求の範囲第１１
   項に記載の車床式ＰＳＡ気体分離装置。 （１９）各々が気体入口並びに気体出口としての機能を
   交互に果たす第１並びに第２気体孔を有する単一のＰＳ
   Ａ床と、 圧縮気体を該ＰＳＡ床の第１気体孔へ供給する導管と、 該導管により前記第１気体孔に連通せしめられている排
   気手段と、 前記導管内に設けられたバルブと、 パージ用の気体を前記Ｐ　Ｓ　Ａ床の第２気体孔へ供給
   する手段とを含み、 前記ＰＳＡ床のパージ中において、前記バルブは前記圧
   縮空気を前記供給手段から排出すると同時に前記パージ
   用気体を前記ＰＳＡ床から排出することを特徴とする車
   床式ＰＳＡ気体分離装置。 （２０）前記ＰＳＡ床には、最高圧力、最低圧力及び中
   間圧力が加えられ、該最低圧力は準大気圧である特許請
   求の範囲第１９項に記載の車床弐ＰＳＡ気体分離装置。 （２１）前記車床式ＰＳＡ気体分離装置は、熱交換器、
   及び、前記ＰＳＡ床へ向かって送られてきた気体とＰＳ
   Ａ床から流出したパージ用の気体との間で熱交換が行わ
   れ得るように該熱交換器を位置させる手段を備えたもの
   である特許請求の範囲第１９項に記載の車床式ＰＳＡ気
   体分離装置。 （２２）前記圧縮気体は空気であり、前記ＰＳＡ床は該
   空気から酸素を分離するものである特許請求の範囲第１
   ９項に記載の車床弐ＰＳＡ気体分離装置。 （２３）前記車床弐ＰＳＡ気体分離装置は、前記各ステ
   ップが行われる時間を調節するタイマ一手段を備えたも
   のである特許請求の範囲第１９項に記載の車床弐ＰＳΔ
   気体分離装置。 （２４）前記車床弐ＰＳＡ気体分顯１装置は、前記Ｉ）
   ｓ入床の上流側に常時閉状態の供給弁を備えたものであ
   る特許請求の範囲第１９項に記載の月１床弐ＰＳＡ気体
   分離装置。 （２５）前記車床弐ＰＳＡ気体分離装置は、圧縮空気供
   給手段、ヘンチュリ廃ガス吸出手段、及び該圧縮空気供
   給手段から圧縮空気を該廃ガス吸出手段に通ずごとによ
   り該廃ガス吸出手段に前記ＰＳＡ床から廃ガスを排出さ
   せるための手段を備えたものである特許請求の範囲第１
   ９項に記載の車床式ＰＳＡ気体分離装置。 Ｑδ）単一のＰＳＡ床と、原料気体を圧送する低圧送風
   手段を有する原料気体供給手段とを有することを特徴と
   する単床式ＰＳＡ気体分離機。 （２７）少なくとも、ＰＳＡ床に原料気体を供給する第
   １段階とパージ用気体を上記ＰＳ八入床ら流出せしめる
   第２段階からなるＰＳＡザイクルを行うための手段と、 比較的高圧の供給側と比較的低圧の吸込め側を有する送
   風手段を作動時間中の略１００％に亘り利用するための
   手段と、 排気手段と、 前記第１段階を行なうために前記送風手段の比較的高圧
   の供給側を前記ＰＳΔ床に連結しているｎ管と、 前記第２段階のステップを行うために前記送風手段の比
   較的低圧の吸込み側を前記ＰＳＡ床と前記排気手段とに
   連結している導管と、を含むものである特許請求の範囲
   第２６項に記載の車床弐ＰＳＡ気体分離機。 （呻　前記車床弐ＰＳＡ気体分離機は、前記第２段階の
   ステップ中の前記Ｐ’ＳＡ床での圧力低下を急激に生せ
   しめる手段を６１ηえたものである特許請求の範囲第２
   ６項に記載の単床へＰＳＡ気体分離機。 （２→　前記ｐｓΔ気体分離機は複数ステップのＰＳ八
   へイクルに従って作動し、かつ上記各ステップが行われ
   る時間を調節するタイマ一手段を備えるものである特許
   請求の範囲第２６項に記載の単床式ＰＳＡ気体分離機。 （３ｏ）前記ＰＳＡ床には最高圧力、最低圧力及び中間
   圧力が加えられ、該最低圧力が準大気圧である事を特徴
   とする特許請求の範囲第２６項に記載の車床弐ＰＳＡ気
   体分離機。 （３１）前記車床弐ＰＳＡ気体分離（戊は、熱交換器、
   及び、前記ＰＳＡ床へ向かって送られてきた気体とＰＳ
   Ａ床から流出したパージ用の気体との間で熱交換が行わ
   れ得るように該熱交Ｉ＃！器を位置させる手段を備えた
   ものである特許請求の範囲第２６項に記載の単床式ＰＳ
   Ａ気体分シ１（機。 （３０前記単床式ＰＳＡ気体分離機は、前記ＰＳＡ床か
   ら送り出される分離気体のための圧力均等化タンクを備
   えたものである特許請求の範囲第２６項に記載の車床弐
   ＰＳＡ気体分離機。 （功　前記原料気体が空気であり、前記ＰＳＡ床はこの
   空気から酸素を分離する事を特徴とする特許許請求の範
   囲第２６項に記載の単床式ＰＳＡ気体分離機。 （３４）空気から酸素を分離するｐｓ人気体分離機であ
   って、気体入口と出口の双方の役割を果たし得る第１並
   びに第２端部を有する、吸着材料から成る単一のＰＳＡ
   床と、 ザージタンクと、 空気を上記ＰＳＡ床に供給するために供給側と吸込み側
   を備えている低圧送風機と、排気手段と、 前記送風機、排気手段及び前記ＰＳＡ床の第１端部を相
   互連結している導管と、 該導管に設けられたバルブと、 前記バルブのバルブ制御手段と、 酸素を上記ＰＳＡ床の第２端部から流出させる手段とを
   含み、 前記導管は、廃ガスを前記ＰＳＡ床から吸込んで前記排
   気手段の方向へ向けるステップ中に前記送風機の吸込み
   側が前記ＰＳＡ床に連結される様に配置されてかつその
   様に前記バルブにより制御されることにより、前記送風
   機はＰＳＡサイクル作動時間中の略１００％に亘り利用
   されて、製造段階中には空気を供給し、パージ段階中に
   は廃ガスを除去することを特徴とする車床弐ＰＳＡ気体
   分離機。 （３つ　前記車床弐ＰＳＡ気体分離機は分離気体タンク
   を備えていると共に、前記バルブ制御手段は、上記分離
   気体タンク内の分離気体圧力検出手段を有している事に
   より、各ステップが行われる所定時間に従ってではなく
   、上記タンクの分離気体需要に応じて作動する事を特徴
   する特許請求の範囲第３４項に記載の車床式ＰＳＡ気体
   分離機。 （３Φ　前記車床式ＰＳＡ気体分離機は、前記ＰＳＡ床
   から出力される製造ガスを受けるタンク手段と、 ＰＳＡサイクルを最高圧力、最低圧力及び中間圧力を含
   む圧力範囲内で行なうための手段とを含み、該ＰＳＡサ
   イクルは、 前記ＰＳＡ床の圧力と、該ＰＳＡ床から分離により得ら
   れた気体を受け入れるタンク手段内の圧力とを前記中間
   圧力から前記最高圧力に高める製造ステップと、 前記ＰＳＡ床の圧力を前記最高圧力から前記最低圧力に
   低下させるパージステツブと、前記ＰＳＡ床の圧力と前
   記タンク内の圧力を上記中間圧力にする圧力均等化ステ
   ップと、から成るものである特許請求の範囲第３４項に
   記載の車床弐ＰＳＡ気体分離機。 （功　前記車床式ＰＳＡ気体分離機は、熱交換器、及び
   、前記ＰＳＡ床へ向かって送られてきた気体とＰＳＡ床
   から流出したパージ用の気体との間で熱交換が行なわれ
   得るように該熱交換器を位置させる手段を備えたもので
   ある特許請求の範囲第３４項に記載の車床弐ＰＳＡ気体
   分離機。 （３Φ　前記車床式ＰＳＡ気体分離機は複数ステップの
   ＰＳＡザイクルに従って作動し、かつ上記各ステップが
   行われる時間を調節するタイマ一手段を備えるものであ
   る特許請求の範囲第３４項に記載の車床式ＰＳΔ気体分
   離機。 （３！Ｉ）　前記車床式ＰＳＡ気体分離機は前記ＰＳＡ
   床から送り出される分離気体のための圧力均等化タンク
   を備えたものである特許請求の範囲第３４項に記載の車
   床式１）　Ｓ　Ａ気体分離機。