(57)【要約】【課題】高酸素ガスの純度を安定化できる高酸素ガスの供給装置を提供する。【解決手段】圧縮機１と、吸着部３１Ａ，３１Ｂと、吸着剤３２と、  上記吸着部を高圧に保って上記吸着剤に酸素を吸着させる吸着工程と、上記吸着部の圧力を開放して上記吸着剤に吸着された酸素を離脱させる離脱工程とを切換える切換手段と、  上記吸着工程で得られた低酸素ガスを吐出する低酸素ガス吐出路２１と、  上記離脱工程で得られた高酸素ガスを吐出する高酸素ガス吐出路１１と、  上記離脱工程において、上記高酸素ガス吐出路に吐出される高酸素ガスの酸素濃度が所定濃度に達しない時期は、上記高酸素ガス吐出路に吐出される高酸素ガスを排気する排気手段とを備え、  上記排気手段で排気されなかった高酸素ガスを高酸素ガスの利用設備に供給する。【選択図】図１
2020142180.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気を圧縮する圧縮機と、
上記圧縮機から空気が供給される吸着部と、
上記吸着部に充填され、供給された空気中の酸素を高圧力下で吸着し、その吸着された酸素を開放圧力化で離脱する吸着剤と、
上記吸着部を高圧に保って上記吸着剤に酸素を吸着させる吸着工程と、上記吸着部の圧力を開放して上記吸着剤に吸着された酸素を離脱させる離脱工程とを切換える切換手段と、
上記吸着工程で得られた低酸素ガスを吐出する低酸素ガス吐出路と、
上記離脱工程で得られた高酸素ガスを吐出する高酸素ガス吐出路と、
上記離脱工程において、上記高酸素ガス吐出路に吐出される高酸素ガスの酸素濃度が所定濃度に達しない時期は、上記高酸素ガス吐出路に吐出される高酸素ガスを排気する排気手段とを備え、
上記排気手段で排気されなかった高酸素ガスを、高酸素ガスの利用設備に供給する
ことを特徴とする高酸素ガスの供給装置。
【請求項２】
上記酸素濃度が所定濃度に達しない時期は、上記離脱工程の初期の所定期間を含む
請求項１記載の高酸素ガスの供給装置。
【請求項３】
上記酸素濃度が所定濃度に達しない時期は、上記離脱工程の終期の所定期間を含む
請求項１または２記載の高酸素ガスの供給装置。
【請求項４】
上記排気手段が、サイレンサを備えている
請求項１〜３のいずれか一項に記載の高酸素ガスの供給装置。
【請求項５】
上記低酸素ガス吐出路に設けれたバッファタンクを備え、上記バッファタンクから所定流量以上の低酸素ガスを常に排出する
請求項１〜４のいずれか一項に記載の高酸素ガスの供給装置。
【請求項６】
上記低酸素ガス吐出路から吐出される低酸素ガスを、低酸素ガスの利用設備に供給する
請求項１〜５のいずれか一項に記載の高酸素ガスの供給装置。
【請求項７】
空気を圧縮する圧縮機と、
上記圧縮機から空気が供給される吸着部と、
上記吸着部に充填され、供給された空気中の酸素を高圧力下で吸着し、その吸着された酸素を開放圧力化で離脱する吸着剤と、
上記吸着部を高圧に保って上記吸着剤に酸素を吸着させる吸着工程と、上記吸着部の圧力を開放して上記吸着剤に吸着された酸素を離脱させる離脱工程とを切換える切換手段とを準備し、
上記吸着工程で得られた低酸素ガスを低酸素ガス吐出路から吐出し、
上記離脱工程で得られた高酸素ガスを高酸素ガス吐出路から吐出し、
上記離脱工程において、上記高酸素ガス吐出路に吐出される高酸素ガスの酸素濃度が所定濃度に達しない時期は、上記高酸素ガス吐出路に吐出される高酸素ガスを排気手段により排気し、
上記排気手段で排気されなかった高酸素ガスを、高酸素ガスの利用設備に供給する
ことを特徴とする高酸素ガスの供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として酸素濃度を高くした高酸素ガスを供給するための装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
酸素製造装置や窒素製造装置として、空気中の窒素と酸素を分離し、窒素ガスや酸素ガスを製造する、圧力スイング吸着法（ＰｒｅｓｓｕｒｅＳｗｉｎｇ  ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ；ＰＳＡ法）が実用化されている。空気を分離するＰＳＡ法には、空気中の窒素を吸着して酸素ガスを製造する窒素吸着方式のＰＳＡ法と、空気中の酸素を吸着して窒素ガスを製造する酸素吸着方式のＰＳＡ法の２種類がある。
【０００３】
上記の酸素吸着方式のＰＳＡ法に関する先行技術文献として、本出願人は、つぎの特許文献１〜３を把握している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６４−２８２０８号公報
【特許文献２】特許第５９１７１６９号公報
【特許文献３】特許第６１７８１４７号公報
【０００５】
上記特許文献１には、つぎの記載がある。
［第２頁右下欄第６〜１７行］
酸素吸着塔２４内の粒状吸着剤が飽和状態あるいはそれに近い状態になるまで酸素を吸着したのち、電磁切換弁２８が切換移動されて、圧縮空気が他方の酸素吸着塔２５に送られ、その酸素吸着塔２５内の粒状吸着剤に空気中の酸素が吸着され、酸素吸着塔２５から排出された窒素ガスはクッションタンク３７に送られる。
この場合、酸素吸着に使用していない方の酸素吸着塔２４に対応する排気用開閉弁４５が開放され、その酸素吸着塔２４内が大気圧になるので、その酸素吸着塔２４内の粒状吸着剤に加圧吸着されていた酸素が脱着される。
【０００６】
上記特許文献２には、つぎの記載がある。
［００４２］
まず、加圧吸着工程は、原料空気圧縮機２によって加圧された原料空気を第１吸着槽４Ａ内に導入して、第１吸着槽４Ａ内を所定の圧力にし、原料空気中の吸着しやすい酸素や二酸化炭素等の不要成分を吸着剤６に優先的に吸着させて、吸着しにくい窒素富化ガスを製品槽５に導出する。
次に、減圧均圧工程では、第１吸着槽４Ａ内に残留する相対的に高圧なガスを第２吸着槽４Ｂ内に導入する。
［００４３］
次に、減圧再生工程では、第１吸着槽４Ａを大気に解放して圧力を下げ、吸着剤６に吸着していた酸素や二酸化炭素等の不要成分を脱離させて吸着剤６を再生する。この際、加圧吸着工程を実施している第２吸着槽４Ｂの下流側より取り出した窒素富化ガスを、第１吸着槽４Ａの下流側を通して第１吸着槽４Ａ内に導入することで、不要成分の脱離を促進させることが好ましい。
そして、加圧均圧工程では、第２吸着槽４Ｂ内に残留する相対的に高圧なガスを第１吸着槽４Ａ内へ導入する。
【０００７】
上記特許文献３には、つぎの記載がある。
［００３２］
＜（ｉｉｉ）の段階＞
（ｉｉｉ）の段階は、吸着塔５１０ａが脱着工程に付され、吸着塔５１０ｂが吸着工程に付される段階である。・・・窒素分離装置５００に供給される原料ガスは、吸着塔５１０ｂに供給される。吸着塔５１０ｂでは、供給された原料ガスのうち、酸素ガスが吸着され、分離された窒素ガスが製品槽５２０に送られる。・・・一方、吸着塔５１０ａに吸着された酸素ガスは、真空ポンプ６００により吸引され、吸着塔５１０ａから脱着して窒素分離装置５００の外部（通常は大気中）に放出される。・・・
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献１〜３の技術はいずれも、空気中の酸素を吸着剤に吸着し、窒素を濃縮して得られた高窒素ガスを利用に供しようとするものである。上記吸着剤に吸着された酸素は、吸着剤の再生工程で吸着剤から離脱させて排出する。上記再生工程で排出される排出ガスは、酸素が濃縮された高酸素ガスである。つまり、酸素吸着式の圧力変動吸着（ＰＳＡ）法では、高圧下で吸着剤に吸着した酸素を、圧力開放することにより離脱させて高酸素ガスが得られる。
【０００９】
ところが、吸着剤に吸着した酸素を離脱させるときには、圧力開放した初期に、それまで吸着塔内にあった高濃度の窒素が排出され、目的とする高酸素ガスよりも純度の低いガスが出てきてしまう。また、酸素を離脱させるときには一般に、吸着塔の洗浄ガスとして微量の窒素ガスを流すことが行われる。このため離脱の終期にも、目的とする高酸素ガスよりも純度の低いガスが出てきてしまう。つまり、得られる高酸素ガスの純度が低下するという問題があった。このような純度の低下を回復するには、高純度酸素ガスを導入することになる。高純度酸素ガスの製造には動力が必要であることから、上記のような運用ではエネルギーを無駄に消費することになる。
【００１０】
このような事情から、上記圧力開放で排出される高酸素ガスを有効利用することについては、これまで考慮されることはなかった。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、つぎの目的をもってなされたものである。
酸素吸着方式のＰＳＡ法によって、高酸素ガスの純度を安定化できる高酸素ガスの供給装置および方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１記載の高酸素ガスの供給装置は、上記目的を達成するため、つぎの構成を採用した。
空気を圧縮する圧縮機と、
上記圧縮機から空気が供給される吸着部と、
上記吸着部に充填され、供給された空気中の酸素を高圧力下で吸着し、その吸着された酸素を開放圧力化で離脱する吸着剤と、
上記吸着部を高圧に保って上記吸着剤に酸素を吸着させる吸着工程と、上記吸着部の圧力を開放して上記吸着剤に吸着された酸素を離脱させる離脱工程とを切換える切換手段と、
上記吸着工程で得られた低酸素ガスを吐出する低酸素ガス吐出路と、
上記離脱工程で得られた高酸素ガスを吐出する高酸素ガス吐出路と、
上記離脱工程において、上記高酸素ガス吐出路に吐出される高酸素ガスの酸素濃度が所定濃度に達しない時期は、上記高酸素ガス吐出路に吐出される高酸素ガスを排気する排気手段とを備え、
上記排気手段で排気されなかった高酸素ガスを、高酸素ガスの利用設備に供給する。
【００１３】
請求項２記載の高酸素ガスの供給装置は、請求項１記載の構成に加え、つぎの構成を採用した。
上記酸素濃度が所定濃度に達しない時期は、上記離脱工程の初期の所定期間を含む。
【００１４】
請求項３記載の高酸素ガスの供給装置は、請求項１または２記載の構成に加え、つぎの構成を採用した。
上記酸素濃度が所定濃度に達しない時期は、上記離脱工程の終期の所定期間を含む。
【００１５】
請求項４記載の高酸素ガスの供給装置は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の構成に加え、つぎの構成を採用した。
上記排気手段が、サイレンサを備えている。
【００１６】
請求項５記載の高酸素ガスの供給装置は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の構成に加え、つぎの構成を採用した。
上記低酸素ガス吐出路に設けられたバッファタンクを備え、上記バッファタンクから所定流量以上の低酸素ガスを常に排出する。
【００１７】
請求項６記載の高酸素ガスの供給装置は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の構成に加え、つぎの構成を採用した。
上記低酸素ガス吐出路から吐出される低酸素ガスを、低酸素ガスの利用設備に供給する。
【００１８】
請求項７記載の高酸素ガスの供給方法は、上記目的を達成するため、つぎの構成を採用した。
空気を圧縮する圧縮機と、
上記圧縮機から空気が供給される吸着部と、
上記吸着部に充填され、供給された空気中の酸素を高圧力下で吸着し、その吸着された酸素を開放圧力化で離脱する吸着剤と、
上記吸着部を高圧に保って上記吸着剤に酸素を吸着させる吸着工程と、上記吸着部の圧力を開放して上記吸着剤に吸着された酸素を離脱させる離脱工程とを切換える切換手段とを準備し、
上記吸着工程で得られた低酸素ガスを低酸素ガス吐出路から吐出し、
上記離脱工程で得られた高酸素ガスを高酸素ガス吐出路から吐出し、
上記離脱工程において、上記高酸素ガス吐出路に吐出される高酸素ガスの酸素濃度が所定濃度に達しない時期は、上記高酸素ガス吐出路に吐出される高酸素ガスを排気手段により排気し、
上記排気手段で排気されなかった高酸素ガスを、高酸素ガスの利用設備に供給する。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１記載の高酸素ガスの供給装置では、上記圧縮機で圧縮された空気が吸着部に供給される。上記吸着部には吸着剤が充填されている。上記吸着剤は、供給された空気中の酸素を高圧力下で吸着し、その吸着された酸素を開放圧力化で離脱する。
上記切換手段は、吸着工程と離脱工程を切換える。上記吸着工程では、上記吸着部を高圧に保って上記吸着剤に酸素を吸着させる。上記離脱工程では、上記吸着部の圧力を開放して上記吸着剤に吸着された酸素を離脱させる。
上記吸着工程で得られた低酸素ガスは、低酸素ガス吐出路から吐出される。
上記離脱工程で得られた高酸素ガスは、高酸素ガス吐出路から吐出される。
排気手段は、上記離脱工程において、上記高酸素ガス吐出路に吐出される高酸素ガスの酸素濃度が所定濃度に達しない時期は、上記高酸素ガス吐出路に吐出される高酸素ガスを排気する。そして、上記排気手段で排気されなかった高酸素ガスを、高酸素ガスの利用設備に供給する。
請求項１記載の高酸素ガスの供給装置は、所定濃度に達しない高酸素ガスを排気し、排気されなかった高酸素ガスを高酸素ガスの利用設備に供給する。したがって、目的とする高酸素ガスよりも純度の低いガスが利用設備に混入して高酸素ガスの純度が不安定になるという不都合が起こらない。また、純度の低下を回復するために、動力をかけて製造した高純度酸素ガスを、利用設備に導入する必要がなくなる。このような運用ではエネルギーが無駄に消費されることがない。また、吸着工程で酸素を吸着する吸着剤を用いるため、たとえば窒素吸着方式にくらべて吸着工程の圧力が高く、吸着部が小型化し、設備を小型化できる。
【００２０】
請求項２記載の高酸素ガスの供給装置は、上記酸素濃度が所定濃度に達しない時期は、上記離脱工程の初期の所定期間を含む。
これにより、圧力を開放した離脱工程の初期に、それまで吸着部内にあった高濃度の窒素が排出されることにより所定の酸素濃度に達しない低純度のガスを排出する。
【００２１】
請求項３記載の高酸素ガスの供給装置は、上記酸素濃度が所定濃度に達しない時期は、上記離脱工程の終期の所定期間を含む。
これにより、離脱の終期に吸着部の洗浄ガスにより純度が低下し、所定の酸素濃度に達しない低純度のガスを排出する。
【００２２】
請求項４記載の高酸素ガスの供給装置は、上記排気手段が、サイレンサを備えている。
これにより、上記吸着部の圧力を開放する離脱工程の初期に発生する爆発音のような騒音を軽減することができる。
【００２３】
請求項５記載の高酸素ガスの供給装置は、上記低酸素ガス吐出路に設けられたバッファタンクを備え、上記バッファタンクから所定流量以上の低酸素ガスを常に排出する。
これにより、離脱工程において吸着部から吐出される高酸素ガスの純度が確保される。また、低酸素ガス吐出路にバッファタンクを備えることで、一定量、一定圧力で低酸素ガスを供給できる。
【００２４】
請求項６記載の高酸素ガスの供給装置は、上記低酸素ガス吐出路から吐出される低酸素ガスを、低酸素ガスの利用設備に供給する。
これにより、高酸素ガスの利用設備への高酸素ガスの供給と、低酸素ガスの利用設備への低酸素ガスの供給を、同時に実現できる。
【００２５】
請求項７記載の高酸素ガスの供給方法では、上記圧縮機で圧縮された空気が吸着部に供給される。上記吸着部には吸着剤が充填されている。上記吸着剤は、供給された空気中の酸素を高圧力下で吸着し、その吸着された酸素を開放圧力化で離脱する。
上記切換手段は、吸着工程と離脱工程を切換える。上記吸着工程では、上記吸着部を高圧に保って上記吸着剤に酸素を吸着させる。上記離脱工程では、上記吸着部の圧力を開放して上記吸着剤に吸着された酸素を離脱させる。
上記吸着工程で得られた低酸素ガスは、低酸素ガス吐出路から吐出される。
上記離脱工程で得られた高酸素ガスは、高酸素ガス吐出路から吐出される。
排気手段は、上記離脱工程において、上記高酸素ガス吐出路に吐出される高酸素ガスの酸素濃度が所定濃度に達しない時期は、上記高酸素ガス吐出路に吐出される高酸素ガスを排気する。そして、上記排気手段で排気されなかった高酸素ガスを、高酸素ガスの利用設備に供給する。
請求項７記載の高酸素ガスの供給方法は、所定濃度に達しない高酸素ガスを排気し、排気されなかった高酸素ガスを高酸素ガスの利用設備で利用する。したがって、目的とする高酸素ガスよりも純度の低いガスが利用設備に混入して高酸素ガスの純度が不安定になるという不都合が起こらない。また、純度の低下を回復するために、動力をかけて製造した高純度酸素ガスを、利用設備に導入する必要がなくなる。このような運用ではエネルギーが無駄に消費されることがない。また、吸着工程で酸素を吸着する吸着剤を用いるため、たとえば窒素吸着方式にくらべて吸着工程の圧力が高く、吸着部が小型化し、設備を小型化できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の高酸素ガスの供給装置の第１実施形態を示す構成図である。
【図２】ＰＳＡ機構部の詳細を説明する図である。
【図３】高酸素ガスの酸素濃度とガス流量の変動の一例を示す線図である。
【図４】本発明の高酸素ガスの供給装置の第２実施形態を示す構成図である。
【図５】本発明の高酸素ガスの供給装置の第３実施形態を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
◆第１実施形態
図１は、本発明の高酸素ガスの供給装置の第１実施形態を示す構成図である。この装置により、本発明の高酸素ガスの供給方法を行うことができる。
上記高酸素ガスの供給装置は、圧縮機１、ＰＳＡ機構部３０、高酸素ガス利用設備１０、および低酸素ガス利用設備２０を備えている。
【００２８】
≪全体構成≫
上記圧縮機１は、上記ＰＳＡ機構部３０に送り込む空気を圧縮する。
上記ＰＳＡ機構部３０は、上記圧縮機１から送り込まれた空気を原料として、高酸素ガスおよび低酸素ガスをつくる。
上記高酸素ガス利用設備１０は、上記ＰＳＡ機構部３０で得られた高酸素ガスが導入されて高酸素ガスが利用に供される。
上記低酸素ガス利用設備２０は、上記ＰＳＡ機構部３０で得られた低酸素ガスが導入されて低酸素ガスが利用に供される。
【００２９】
上記圧縮機１で圧縮された空気は、高圧状態で原料空気タンク２に一時的に保留され、原料空気路３から上記ＰＳＡ機構部３０に送り込まれる。
【００３０】
上記ＰＳＡ機構部３０で得られた高酸素ガスは、高酸素ガス吐出路１１を通って上記高酸素ガス利用設備１０に導入される。上記高酸素ガス吐出路１１には、上記高酸素ガスに空気を混入する第１空気混入路１２が合流している。これにより、上記高酸素ガス利用設備１０内の酸素濃度（すなわち高酸素濃度）を調節する。上記高酸素ガス利用設備１０内の酸素濃度は、酸素濃度計６０によって管理する。
【００３１】
上記高酸素ガス吐出路１１には、上記高酸素ガス吐出路１１から高酸素ガスを排気する排気路１３が分岐している。上記排気路１３の排気口にはサイレンサ１４が設けられている。また、上記高酸素ガス吐出路１１には、上記排気路１３の分岐点と上記第１空気混入路１２の合流点のあいだには、開閉弁１５が設けられている。上記開閉弁１５の開閉操作により、上記ＰＳＡ機構部３０から上記高酸素ガス吐出路１１に吐出される高酸素ガスを、高酸素ガス利用設備１０に導入しないで排気路１３から排気することができる。
【００３２】
上記ＰＳＡ機構部３０で得られた低酸素ガスは、上記低酸素ガス吐出路２１に設けられたバッファタンク２３に一旦貯留されたのち、低酸素ガス吐出路２１を通って上記低酸素ガス利用設備２０に導入される。上記低酸素ガス吐出路２１には、上記低酸素ガスに空気を混入する第２空気混入路２２が合流している。これにより、上記低酸素ガス利用設備２０内の酸素濃度（すなわち低酸素濃度）を調節する。上記低酸素ガス利用設備２０内の酸素濃度は、酸素濃度計６１によって管理する。
【００３３】
≪ＰＳＡ機構部３０≫
図２は、上記ＰＳＡ機構部３０の詳細を説明する図である。
上記ＰＳＡ機構部３０は、複数（この例では「第１」と「第２」の２つ）の吸着部３１Ａ，３１Ｂを備えている。上記第１吸着部３１Ａと第２吸着部３１Ｂには、上記圧縮機１から空気が供給される。
【００３４】
上記第１吸着部３１Ａと第２吸着部３１Ｂには、吸着剤３２が充填されている。上記吸着剤３２は、供給された空気中の酸素を高圧力下で吸着し、その吸着された酸素を開放圧力化で離脱する。上記吸着剤３２としては、具体的には細孔径が３〜４オングストロームの範囲で均一化されたモレキュラーシービングカーボン（ＭＳＣ）を用いることができる。上記ＭＳＣは、石炭系，植物系，樹脂系等、各種のものを用いることができる。上記吸着剤３２が充填された第１吸着部３１Ａと第２吸着部３１Ｂには、０．７〜０．８ＭＰａＧまで圧縮された原料空気が供給される。
【００３５】
上記第１吸着部３１Ａと第２吸着部３１Ｂでは、高圧状態で、原料空気路３から供給された空気中の酸素を吸着剤３２に吸着し、低酸素ガスを生成して低酸素ガス吐出路２１から吐出する。また、上記第１吸着部３１Ａと第２吸着部３１Ｂでは、開放圧力で、上記吸着剤３２に吸着された酸素を離脱させ、高酸素ガスを生成して高酸素ガス吐出路１１から吐出する。
【００３６】
第１吸着部３１Ａと第２吸着部３１Ｂで、上記吸着部３１Ａ，３１Ｂを高圧に保って上記吸着剤３２に酸素を吸着させる吸着工程と、上記吸着部３１Ａ，３１Ｂの圧力を開放して上記吸着剤３２に吸着された酸素を離脱させる離脱工程とを、交互に切換えて行う。
【００３７】
上記第１吸着部３１Ａには、入口側（図の下側）に、上記原料空気路３から分岐する第１入口路３３Ａが接続されている。上記第１吸着部３１Ａの出口側（図の上側）には、上記低酸素ガス吐出路２１に合流する第１出口路３４Ａが接続されている。
上記第２吸着部３１Ｂには、入口側（図の下側）に、上記原料空気路３から分岐する第２入口路３３Ｂが接続されている。上記第２吸着部３１Ｂの出口側（図の上側）には、上記低酸素ガス吐出路２１に合流する第２出口路３４Ｂが接続されている。
【００３８】
上記第１入口路３３Ａには、上記高酸素ガス吐出路１１に合流する第１離脱ガス路３５Ａが分岐している。
同様に、上記第２入口路３３Ｂには、上記高酸素ガス吐出路１１に合流する第２離脱ガス路３５Ｂが分岐している。
【００３９】
上記吸着工程と離脱工程を説明する。
第１吸着部３１Ａでは、吸着工程において、第１入口路３３Ａの弁をあけて圧縮された原料空気が導入され、原料空気中の酸素が吸着剤３２に吸着され、それにより得られた低酸素ガスが第１出口路３４Ａから吐出される。離脱工程では、第１入口路３３Ａおよび第１出口路３４Ａの弁を閉じ、第１離脱ガス路３５Ａの弁をあけて第１吸着部３１Ａ内の圧力を開放し、吸着剤３２に吸着されていた酸素を離脱させ、それにより得られた高酸素ガスが第１離脱ガス路３５Ａから吐出される。
第２吸着部３１Ｂでも同様の吸着工程と離脱工程が行われる。
【００４０】
第１吸着部３１Ａと第２吸着部３１Ｂで吸着工程と離脱工程をスイッチして交互に行うことにより、高酸素ガスと低酸素ガスをそれぞれ連続的に生成する。
【００４１】
上記吸着工程で得られた低酸素ガスは、低酸素ガス吐出路２１から吐出される。上記低酸素ガス吐出路２１から吐出された低酸素ガスは、低酸素ガス利用設備２０において利用される。
上記離脱工程で得られた高酸素ガスは、高酸素ガス吐出路１１から吐出される。上記高酸素ガス吐出路１１から吐出された高酸素ガスは、高酸素ガス利用設備１０において利用される。
【００４２】
上記吸着工程と離脱工程のあいだに均圧工程を行う。上記均圧工程は、第１吸着部３１Ａと第２吸着部３１Ｂにおいて、吸着工程と離脱工程が終了して工程をスイッチするときに、吸着工程が終了した高圧側の吸着部と、離脱工程が終了した開放圧力側の吸着部を連通して均圧化する。
【００４３】
図２において、符号３７は、第１吸着部３１Ａと第２吸着部３１Ｂの出口側を連通する上部均圧路３７である。
符号３８は、第１吸着部３１Ａと第２吸着部３１Ｂの入口側を連通する下部均圧路３８である。
【００４４】
上記均圧工程では、たとえば、上部均圧路３７と下部均圧路３８を同時に連通させて均圧すれば、吸着工程が終わった吸着部の下部にある酸素濃度が高いガスが、離脱工程が終わった吸着部の上部に流入しない。これにより、離脱工程が終わった吸着部の上部の酸素濃度を低く保つことができる。なお、均圧工程は、他の均圧方法で行うこともできる。
【００４５】
上述したように吸着工程，均圧工程，離脱工程，均圧工程を、順次切り替えて運転する。このような切り換え運転を行うための弁，流路，図示しない制御手段等が、本発明の切換手段として機能する。
【００４６】
図２において、符号３６は浄化路３６であり、吸着工程の吸着部（高圧側）から離脱工程の吸着部（開放圧力側）へ、オリフィス３６Ａを介して浄化ガスとして低酸素ガスを導入する。これにより、離脱工程の吸着部に充填された吸着剤３２からの酸素の離脱が促進される。
【００４７】
上記高酸素ガス吐出路１１には流量計４２が設けられている。上記流量計４２は、上記高酸素ガス吐出路１１に吐出される高酸素ガスの流量を計測する。
【００４８】
≪排気手段≫
本実施形態の高酸素ガスの供給装置は、排気手段を備えている。
上記排気手段は、上記離脱工程において、上記高酸素ガス吐出路に吐出される高酸素ガスの酸素濃度が所定濃度に達しない時期に、上記高酸素ガス吐出路１１に吐出される高酸素ガスを排気する。具体的には、高酸素ガス吐出路１１の開閉弁１５を閉じて上記高酸素ガス吐出路１１に吐出される高酸素ガスが高酸素ガス利用設備１０に導入されるのを止める。このとき、上記高酸素ガス吐出路１１に吐出される高酸素ガスは、排気路１３から排出される。これにより、上記排気手段で排気されなかった高酸素ガスが高酸素ガス利用設備１０に導入されて利用される。
【００４９】
図３は、高酸素ガス吐出路１１に吐出される高酸素ガスの酸素濃度とガス流量の変動の一例を示す線図である。
【００５０】
図３において横軸の時間ゼロは、吸着工程後の均圧工程が終了し、離脱工程が開始された時点である。
【００５１】
図３に示すように、離脱工程の開始初期は、均圧工程が終了して大気圧よりも高い吸着部内の圧力が大気開放される瞬間であり、ガス流量は突出して多い。一方、この離脱工程の開始初期は、吸着工程の終了直後の吸着部内のガスが吐出される。吸着工程の終了直後は、吸着剤３２に酸素が吸着された低酸素ガスである。したがって、離脱工程の開始初期に吐出されるガスは酸素濃度が低い。
【００５２】
したがって、上記離脱工程の初期の所定期間は、所定の酸素濃度（たとえば高酸素ガス利用設備で利用する酸素濃度）に達していない時期であり、上記高酸素ガス吐出路１１に吐出される高酸素ガスを上記排気手段で排気し、高酸素ガス利用設備１０に導入しない。
【００５３】
図３に示すように、上記離脱工程では、上記高酸素ガス吐出路１１に吐出される高酸素ガスの酸素濃度は、一旦上昇してから徐々に下降するカーブを描く。これは、吸着剤３２からの酸素の離脱が初期に多く徐々に少なくなるとともに、吸着工程の終了直後のガスの排出も急激に少なくなってやがてなくなるからである。併せて、浄化ガスとして低酸素ガスが常に流れているので、上記離脱工程の終期には、所定の酸素濃度（たとえば高酸素ガス利用設備で利用する酸素濃度）に達しなくなる。
【００５４】
したがって、上記離脱工程の終期の所定期間は、所定の酸素濃度（たとえば高酸素ガス利用設備で利用する酸素濃度）に達していない時期であり、上記高酸素ガス吐出路１１に吐出される高酸素ガスを上記排気手段で排気し、高酸素ガス利用設備１０に導入しない。
【００５５】
上記排気手段による排気タイミングの制御は、あらかじめ試験により取得したデータから回収時間を算出し、図示しないタイマー等によって開閉弁１５の開閉タイミングを制御することにより行うことができる。
【００５６】
上記排気手段は、サイレンサ１４を備えている。これにより、上記離脱工程の初期の所定期間に、上記高酸素ガス吐出路１１に吐出される高酸素ガスを排気するときの爆発音のような騒音を軽減する。また、サイレンサ１４によって排気に抵抗をあたえられるため、開閉弁１５が空いていれば、上記サイレンサ１４の抵抗により、高酸素ガスは高酸素ガス利用設備１０に導入される。また、サイレンサ１４を介して排気路１４が常に開放されているため、急激な圧力上昇があった時には排気路１４からガスが出ていく。このため、ほかの圧力干渉設備を設けなくても、圧力変動をサイレンサ１４で吸収できる。
【００５７】
本実施形態の高酸素ガスの供給装置は、上記低酸素ガス吐出路２１にバッファタンク２３が設けられており、上記バッファタンク２３から所定流量以上の低酸素ガスを常に排出する。
これにより、離脱工程において吸着部から吐出される高酸素ガスの純度が確保される。また、低酸素ガス吐出路２１にバッファタンク２３を備えることで、一定量、一定圧力で低酸素ガスを供給できる。
【００５８】
◆第１実施形態の効果
上記実施形態の高酸素ガスの供給装置および方法では、所定濃度に達しない高酸素ガスを排気し、排気されなかった高酸素ガスを高酸素ガスの利用設備に供給する。したがって、目的とする高酸素ガスよりも純度の低いガスが利用設備に混入して高酸素ガスの純度が不安定になるという不都合が起こらない。また、純度の低下を回復するために、動力をかけて製造した高純度酸素ガスを、利用設備に導入する必要がなくなる。このような運用ではエネルギーが無駄に消費されることがない。また、吸着工程で酸素を吸着する吸着剤３２を用いるため、たとえば窒素吸着方式にくらべて吸着工程の圧力が高く、吸着部３１Ａ，３１Ｂが小型化し、設備を小型化できる。
【００５９】
上記実施形態の高酸素ガスの供給装置および方法は、上記酸素濃度が所定濃度に達しない時期は、上記離脱工程の初期の所定期間を含む。
これにより、圧力を開放した離脱工程の初期に、それまで吸着部３１Ａ，３１Ｂ内にあった高濃度の窒素が排出されることにより所定の酸素濃度に達しない低純度のガスを排出する。
【００６０】
上記実施形態の高酸素ガスの供給装置および方法は、上記酸素濃度が所定濃度に達しない時期は、上記離脱工程の終期の所定期間を含む。
これにより、離脱の終期に吸着部３１Ａ，３１Ｂの洗浄ガスにより純度が低下し、所定の酸素濃度に達しない低純度のガスを排出する。
【００６１】
上記実施形態の高酸素ガスの供給装置および方法は、上記排気手段の動作タイミングは、吸着部３１Ａ，３１Ｂと排気手段とのあいだに存在する流路の長さに応じた応答の遅れを反映する。
これにより、適切なタイミングで排気手段を動作させ、所定濃度に達しない高酸素ガスを確実に排気し、低純度のガスが高酸素ガス利用設備１０に入ってしまうのを確実に防ぐ。
【００６２】
上記実施形態の高酸素ガスの供給装置および方法は、上記排気手段が、サイレンサ１４を備えている。
これにより、上記吸着部３１Ａ，３１Ｂの圧力を開放する離脱工程の初期に発生する爆発音のような騒音を軽減することができる。
【００６３】
上記実施形態の高酸素ガスの供給装置および方法は、上記低酸素ガス吐出路２１に設けられたバッファタンク２３を備え、上記バッファタンク２３から所定流量以上の低酸素ガスを常に排出する。
これにより、離脱工程において吸着部３１Ａ，３１Ｂから吐出される高酸素ガスの純度が確保される。また、低酸素ガス吐出路２１にバッファタンク２３を備えることで、一定量、一定圧力で低酸素ガスを供給できる。
【００６４】
上記実施形態の高酸素ガスの供給装置および方法は、上記低酸素ガス吐出路２１から吐出される低酸素ガスを、低酸素ガス利用設備２０に供給する。
これにより、高酸素ガスの利用設備１０への高酸素ガスの供給と、低酸素ガスの利用設備２０への低酸素ガスの供給を、同時に実現できる。
【００６５】
◆第２実施形態
図４は、本発明の高酸素ガスの供給装置および方法の第２実施形態を示す構成図である。
この例は、第１空気混入路１２が高酸素ガス吐出路１１に合流するのではなく、高酸素ガス利用設備１０に直接接続されている。同様に、第２空気混入路２２も低酸素ガス吐出路２１に合流するのではなく、低酸素ガス利用設備２０に直接接続されている。
また、高酸素ガス吐出路１１にバッファタンク５１とブロア５２が設けられており、上記ＰＳＡ機構部３０からの高酸素ガスの流量変化によらず、一定流量の高酸素ガスを上記高酸素ガス利用設備１０に導入することができる。排気路１３は、上記バッファタンク５１の上流で分岐している。上記排気路１３にはサイレンサ１４が設けられている。上記高酸素ガス吐出路１１には、上記バッファタンク５１と上記排気路１３の分岐点のあいだに、開閉弁５３が設けられている。開閉弁５３の開閉操作により、上記ＰＳＡ機構部３０から上記高酸素ガス吐出路１１に吐出される高酸素ガスを、高酸素ガス利用設備１０に導入しないで排気路１３から排気することができる。
【００６６】
それ以外は、上記第１実施形態と同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。この実施形態でも上記第１実施形態と同様の作用効果を奏する。
【００６７】
◆第３実施形態
図５は、本発明の高酸素ガスの供給および方法の第３実施形態を示す構成図である。
この例は、高酸素ガス利用設備を高酸素環境を実現する高酸素室７０とし、低酸素ガス利用設備を低酸素環境を実現する低酸素室８０とした例である。この例では、高酸素環境や低酸素環境を、医療用途等に用いることができる。
【００６８】
それ以外は、上記各実施形態と同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。この実施形態でも上記各実施形態と同様の作用効果を奏する。
【００６９】
≪その他の変形例≫
以上は本発明の特に好ましい実施形態について説明したが、本発明は図示した実施形態に限定する趣旨ではなく、各種の態様に変形して実施することができ、本発明は各種の変形例を包含する趣旨である。
たとえば、第１実施形態において、第１空気混入路１２を高酸素ガス利用設備１０に直接接続し、第２空気混入路２２を低酸素ガス利用設備２０に直接接続するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、医療，動物飼育，動物実験，身体運動の訓練、酸素富化燃焼バーナー、水耕栽培のエアレーション等、各種の分野・用途において用いることができる。
【符号の説明】
【００７１】
１：圧縮機
２：原料空気タンク
３：原料空気路
１０：高酸素ガス利用設備
１１：高酸素ガス吐出路
１２：第１空気混入路
１３：排気路
１４：サイレンサ
１５：開閉弁
２０：低酸素ガス利用設備
２１：低酸素ガス吐出路
２２：第２空気混入路
２３：バッファタンク
３０：ＰＳＡ機構部
３１Ａ：第１吸着部
３１Ｂ：第２吸着部
３２：吸着剤
３３Ａ：第１入口路
３３Ｂ：第２入口路
３４Ａ：第１出口路
３４Ｂ：第２出口路
３５Ａ：第１離脱ガス路
３５Ｂ：第２離脱ガス路
３６：浄化路
３６Ａ：オリフィス
３７：上部均圧路
３８：下部均圧路
４２：流量計
５１：バッファタンク
５２：ブロア
５３：開閉弁
６０：酸素濃度計
６１：酸素濃度計
７０：高酸素室
８０：低酸素室
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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