(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも３つの吸着塔ＡＴ１，ＡＴ２，ＡＴ３を用い、
吸着塔ＡＴ１，ＡＴ２，ＡＴ３のうち一の吸着塔の一次側の端部に原料ガスを圧縮しながら供給して該一の吸着塔の内部圧力を高め、原料ガスに含まれる吸着対象ガスを該一の吸着塔の内部に収容された吸着剤に吸着させることにより、原料ガスに含まれる濃縮対象ガスの濃度を高めた製品ガスを生成する吸着工程と、
吸着塔ＡＴ１，ＡＴ２，ＡＴ３のうち吸着工程を終えた他の吸着塔を外気に接続することで該他の吸着塔の内部圧力を低下させ、該他の吸着塔に収容された吸着剤に吸着されていた吸着対象ガスを脱離させて外気へ排出することにより、吸着剤の吸着能を再生する再生工程と、
吸着塔ＡＴ１，ＡＴ２，ＡＴ３のうち次に吸着工程が行われる残りの吸着塔の一次側の端部に原料ガスを圧縮しながら供給することにより、該残りの吸着塔の内部圧力を予め高める昇圧工程と、
を吸着塔ＡＴ１，ＡＴ２，ＡＴ３で順次切り替えながら繰り返し行うことによって、製品ガスを生成する圧力変動吸着式のガス生成方法であって、
昇圧工程にある前記残りの吸着塔に供給された原料ガスのうち、前記残りの吸着塔の二次側の端部に達して当初よりも濃縮対象ガスの濃度が高まったものの製品ガスよりは濃縮対象ガスの濃度が低いガスを前記残りの吸着塔の二次側の端部から抜き取り、その抜き取ったガスを再生工程にある前記他の吸着塔へパージガスとして吹き込むことを特徴とする圧力変動吸着式のガス生成方法。
【請求項２】
前記残りの吸着塔から抜き取ったガスを一時的に貯留するためのパージガス貯留タンクを用い、
パージガス貯留タンクを介してから前記他の吸着塔へパージガスを吹き込む請求項１記載の圧力変動吸着式のガス生成方法。
【請求項３】
少なくとも３つの吸着塔ＡＴ１，ＡＴ２，ＡＴ３を備え、
吸着塔ＡＴ１，ＡＴ２，ＡＴ３のうち一の吸着塔の一次側の端部に原料ガスを圧縮しながら供給して該一の吸着塔の内部圧力を高め、原料ガスに含まれる吸着対象ガスを該一の吸着塔の内部に収容された吸着剤に吸着させることにより、原料ガスに含まれる濃縮対象ガスの濃度を高めた製品ガスを生成する吸着工程と、
吸着塔ＡＴ１，ＡＴ２，ＡＴ３のうち吸着工程を終えた他の吸着塔を外気に接続することで該他の吸着塔の内部圧力を低下させ、該他の吸着塔に収容された吸着剤に吸着されていた吸着対象ガスを脱離させて外気へ排出することにより、吸着剤の吸着能を再生する再生工程と、
吸着塔ＡＴ１，ＡＴ２，ＡＴ３のうち次に吸着工程が行われる残りの吸着塔の一次側の端部に原料ガスを圧縮しながら供給することにより、該残りの吸着塔の内部圧力を予め高める昇圧工程と、
を吸着塔ＡＴ１，ＡＴ２，ＡＴ３で順次切り替えながら繰り返し行うことにより、製品ガスを生成する圧力変動吸着式のガス生成装置であって、
昇圧工程にある前記残りの吸着塔に供給された原料ガスのうち、前記残りの吸着塔の二次側の端部に達して当初よりも濃縮対象ガスの濃度が高まったものの製品ガスよりは濃縮対象ガスの濃度が低いガスを前記残り吸着塔の二次側の端部から抜き取るとともに、その抜き取ったガスを再生工程にある前記他の吸着塔へパージガスとして吹き込むためのパージガス移送用導管を備えたことを特徴とする圧力変動吸着式のガス生成装置。
【請求項４】
前記残りの吸着塔から抜き取ったガスを一時的に貯留するためのパージガス貯留タンクをパージガス移送用導管に介在させた請求項３記載の圧力変動吸着式のガス生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気などの原料ガスから、窒素ガスなどの吸着対象ガスを吸着・分離して、酸素ガスなどの濃縮対象ガスの濃度の高まった製品ガスを生成するガス生成方法と、このガス生成方法に好適に用いることのできるガス生成装置とに関する。
【背景技術】
【０００２】
酸素ガス（濃縮対象ガス）の濃度の高まった酸素濃縮ガス（製品ガス）を空気（原料ガス）から生成するガス生成方法として、窒素ガス（吸着対象ガス）を選択的に吸着する吸着剤を収容した複数の吸着塔を用い、それぞれの吸着塔で吸着工程と再生工程とを交互に切り替えながら繰り返し行う方法が知られている。吸着工程は、複数の吸着塔のうち一の吸着塔に原料ガスを供給してその内部圧力を高め、窒素ガスを該一の吸着塔に収容した吸着剤に吸着させることにより、酸素濃度が高まった製品ガスを生成する工程であり、再生工程は、複数の吸着塔のうち吸着工程を終えた他の吸着塔の内部圧力を低下させ、該他の吸着塔に収容された吸着剤に吸着されていた窒素ガスを脱離させて外部へ排出することにより吸着剤の吸着能を再生する工程である。吸着塔には、生成された製品ガスを一時的に貯留するための製品ガス貯留タンクが接続される。
【０００３】
このように、吸着工程と再生工程を切り替えながら製品ガスを生成する方法は、圧力変動吸着（ＰＳＡ：Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｗｉｎｇ  Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）法と呼ばれており、それに用いるガス生成装置は、圧力変動吸着式のガス生成装置と呼ばれている。従来の圧力変動吸着式のガス生成方法では、吸着工程を終えた吸着塔と次に吸着工程が行われる吸着塔（再生工程を終えた吸着塔）とを互いに連通させ、吸着工程を終えた吸着塔の内部に残留するガスを、次に吸着工程が行われる吸着塔の内部へと移送する均圧工程も行われる。この均圧工程を行うことにより、吸着工程を終えた吸着塔に残留するガス（酸素濃度がある程度高まったガス）を、次に吸着工程が行われる吸着塔の内部圧力を上昇させるための昇圧ガスとして利用することができるので、酸素回収率を高めることができる。
【０００４】
圧力変動吸着式のガス生成方法には、２本の吸着塔を用いる方法（例えば、特許文献１を参照。）だけでなく、３本の吸着塔を用いる方法（例えば、特許文献２を参照。）や、あるいは４本以上の吸着塔を用いる方法もある。３本以上の吸着塔を用いるガス生成方法では、上記の吸着工程と再生工程に加え、残りの吸着塔で昇圧工程を行うことが可能である。昇圧工程は、次に吸着工程が行われる残りの吸着塔に原料ガスを供給することにより、該残りの吸着塔の内部圧力を予め高めておく工程である。この昇圧工程を経た吸着塔では、その内部圧力が高まった状態で続く吸着工程を開始することができるので、吸着工程が開始された直後から酸素濃度の高い製品ガスを生成することができる。３本以上の吸着塔を用いるガス生成方法は、酸素濃度の高い製品ガスを連続的に多量に取り出すことができるため、主に産業用途で利用されている。
【０００５】
ところで、これらの圧力変動吸着式のガス生成方法では、再生工程における吸着剤の吸着能の再生をより効率的に行うため、再生工程にある吸着塔にパージガスを吹き込んで、当該吸着塔の内部に滞留するガスを外部へ追い出すことも行われている。再生工程にある吸着塔の内部には、吸着剤から脱離した窒素ガスを多く含む窒素富化ガスが滞留しているが、この窒素富化ガスをパージガスで追い出すことにより、吸着剤の吸着能をより効果的に再生することが可能になる。このような操作は、しばしば「洗浄」と呼ばれる。従来の圧力変動吸着式のガス生成装置では、吸着塔を洗浄するパージガスとして、製品ガス貯留タンクに貯留されている製品ガスや、吸着工程を終えた直後の吸着塔の内部における製品ガスを取り出す側の端部付近に残留している実質的に製品ガスと同一視できるガスをそのまま使用している。
【０００６】
例えば、特許文献１には、ガス溜め槽（製品ガス貯留タンク）に貯留された濃縮酸素（製品ガス）の一部を脱着工程（再生工程）にある吸着槽（吸着塔）に逆流させることにより、当該吸着槽を洗浄することが記載されている（段落００１８及び図２を参照。）。また、特許文献２には、吸着工程が終了した吸着塔の上端部付近に残存する難吸着性ガス（実質的に製品ガスと同一視できるガス）を、真空脱着工程にある吸着塔へ移送することにより、前記難吸着性ガスを吸着工程が終了した吸着塔から強制的に押し出すことが記載されている（請求項１を参照。）。
【０００７】
しかし、製品ガスやそれと同一視できるガスをパージガスとして使用する従来の圧力変動吸着式のガス生成方法では、製品ガス貯留タンクの内部圧力を高く維持しにくく、製品ガスを高い圧力（取出圧力）で取り出すことが困難であった。また、従来の圧力変動吸着式のガス生成方法では、多くの酸素ガスを吸着塔の洗浄に消費していたため、製品ガスの酸素濃度を高く維持しながら、酸素回収率を高めることも困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−１１３５２７号公報
【特許文献２】特開平０７−１０８１２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、吸着工程で生成された製品ガスをパージガスとして使用することなく吸着塔を洗浄することを可能とし、製品ガスを高い取出圧力で取り出すことのできる圧力変動吸着式のガス生成方法を提供するものである。また、製品ガスにおける濃縮対象ガスの濃度と、濃縮対象ガスの回収率の双方を高めることのできる圧力変動式のガス生成方法を提供することも本発明の目的である。さらに、本発明の圧力変動吸着式のガス生成方法に好適に用いることのできる圧力変動吸着式のガス生成装置を提供することも本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題は、少なくとも３つの吸着塔ＡＴ１，ＡＴ２，ＡＴ３を用い、［１］吸着塔ＡＴ１，ＡＴ２，ＡＴ３のうち一の吸着塔（吸着塔ＡＴαとする。）の一次側の端部（吸着塔における原料ガスが供給される側の端部。）に原料ガスを供給して吸着塔ＡＴαの内部圧力を高め、原料ガスに含まれる吸着対象ガスを吸着塔ＡＴαの内部に収容された吸着剤に吸着させることにより、原料ガスに含まれる濃縮対象ガスの濃度を高めた製品ガスを生成する吸着工程と、［２］吸着塔ＡＴ１，ＡＴ２，ＡＴ３のうち吸着工程を終えた他の吸着塔（吸着塔ＡＴβとする。）の内部圧力を低下させ、吸着塔ＡＴβに収容された吸着剤に吸着されていた吸着対象ガスを脱離させて吸着塔ＡＴβの外部へ排出することにより、吸着剤の吸着能を再生する再生工程と、［３］吸着塔ＡＴ１，ＡＴ２，ＡＴ３のうち次に吸着工程が行われる残りの吸着塔（吸着塔ＡＴγとする。）の一次側の端部に原料ガスを供給することにより、吸着塔ＡＴγの内部圧力を予め高める昇圧工程を、吸着塔ＡＴ１，ＡＴ２，ＡＴ３で順次切り替えながら繰り返し行うことによって、製品ガスを生成する圧力変動吸着式のガス生成方法であって、昇圧工程にある吸着塔ＡＴγに供給された原料ガスのうち、吸着塔ＡＴγの二次側の端部に達して当初よりも濃縮対象ガスの濃度が高まったものの製品ガスよりは濃縮対象ガスの濃度が低いガスを吸着塔ＡＴγの二次側の端部（吸着塔における製品ガスの取り出される側の端部。一次側とは反対側の端部。）から抜き取り、その抜き取ったガスを再生工程にある吸着塔ＡＴβへパージガスとして吹き込むことを特徴とする圧力変動吸着式のガス生成方法を提供することによって解決される。
【００１１】
このように、再生工程にある吸着塔ＡＴβに吹き込むパージガスとして、製品ガスではなく、昇圧工程にある吸着塔ＡＴγから抜き取ったガスを使用することにより、製品ガスの消費を抑えることが可能になる。このため、吸着工程で生成された製品ガスの実質的に全量を、そのまま製品ガスとして取り出すことが可能になる。したがって、製品ガスの取出圧力を、吸着工程が終了する直前の吸着塔ＡＴαの内部圧力と同程度まで高めることも可能になる。また、濃縮対象ガスの回収率を高めることも可能になる。
【００１２】
ところで、本発明のガス生成方法においては、「少なくとも３つの吸着塔ＡＴ１，ＡＴ２，ＡＴ３を用い」としているが、これは、４つ以上の吸着塔を用いても本発明のガス生成方法が実現可能であることを意味する。例えば、４つ以上の吸着塔を用いた場合であっても、吸着工程、再生工程又は昇圧工程が２つ以上の吸着塔で同時に行われる（吸着塔ＡＴα，ＡＴβ，ＡＴγのうち１種以上を２つ以上設ける）ようにしたり、吸着工程、再生工程又は昇圧工程のいずれも行われない休止状態の吸着塔を設けたりすることで、本発明の圧力変動吸着式のガス生成方法を容易に実現することができる。
【００１３】
本発明のガス生成方法において、昇圧工程にある吸着塔ＡＴγから抜き取ったガスは、再生工程にある吸着塔ＡＴβへ直接吹き込んでもよい。しかし、吸着塔ＡＴγから抜き取ったガスを一時的に貯留するためのパージガス貯留タンクを用い、パージガス貯留タンクを介してから吸着塔ＡＴβへパージガスを吹き込むようにすると好ましい。これにより、吸着塔ＡＴβに吹き込まれるパージガスの圧力変動（脈動）を小さく抑えて、吸着剤の吸着能を安定的に再生することが可能になる。
【００１４】
また、上記課題は、少なくとも３つの吸着塔ＡＴ１，ＡＴ２，ＡＴ３を備え、［１］吸着塔ＡＴ１，ＡＴ２，ＡＴ３のうち一の吸着塔（吸着塔ＡＴαとする。）の一次側の端部に原料ガスを供給して吸着塔ＡＴαの内部圧力を高め、原料ガスに含まれる吸着対象ガスを吸着塔ＡＴαの内部に収容された吸着剤に吸着させることにより、原料ガスに含まれる濃縮対象ガスの濃度を高めた製品ガスを生成する吸着工程と、［２］吸着塔ＡＴ１，ＡＴ２，ＡＴ３のうち吸着工程を終えた他の吸着塔（吸着塔ＡＴβとする。）の内部圧力を低下させ、吸着塔ＡＴβに収容された吸着剤に吸着されていた吸着対象ガスを脱離させて吸着塔ＡＴβの外部へ排出することにより、吸着剤の吸着能を再生する再生工程と、［３］吸着塔ＡＴ１，ＡＴ２，ＡＴ３のうち次に吸着工程が行われる残りの吸着塔（吸着塔ＡＴγとする。）の一次側の端部に原料ガスを供給することにより、吸着塔ＡＴγの内部圧力を予め高める昇圧工程を、吸着塔ＡＴ１，ＡＴ２，ＡＴ３で順次切り替えながら繰り返し行うことによって、製品ガスを生成する圧力変動吸着式のガス生成装置であって、昇圧工程にある吸着塔ＡＴγに供給された原料ガスのうち、吸着塔ＡＴγの二次側の端部に達して当初よりも濃縮対象ガスの濃度が高まったものの製品ガスよりは濃縮対象ガスの濃度が低いガスを吸着塔ＡＴγの二次側の端部から抜き取るとともに、その抜き取ったガスを再生工程にある吸着塔ＡＴβへパージガスとして吹き込むためのパージガス移送用導管を備えたことを特徴とする圧力変動吸着式のガス生成装置を提供することによっても解決される。この本発明のガス生成装置は、上述した本発明のガス生成方法を行うのに好適に用いることができる。本発明のガス生成装置の趣旨は、本発明のガス生成方法と同様である。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明によって、吸着工程で生成された製品ガスをパージガスとして使用することなく吸着塔を洗浄することを可能とし、製品ガスを高い取出圧力で取り出すことのできる圧力変動吸着式のガス生成方法を提供することが可能になる。また、製品ガスにおける濃縮対象ガスの濃度と、濃縮対象ガスの回収率の双方を高めることのできる圧力変動式のガス生成方法を提供することも可能になる。さらに、本発明の圧力変動吸着式のガス生成方法に好適に用いることのできる圧力変動吸着式のガス生成装置を提供することも可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明のガス生成装置を示したブロック図である。
【図２】本発明のガス生成装置を動作させるタイミングチャートである。
【図３】第一工程にある本発明のガス生成装置におけるガスのフローを示したブロック図である。
【図４】第二工程にある本発明のガス生成装置におけるガスのフローを示したブロック図である。
【図５】第三工程にある本発明のガス生成装置におけるガスのフローを示したブロック図である。
【図６】第四工程にある本発明のガス生成装置におけるガスのフローを示したブロック図である。
【図７】第五工程にある本発明のガス生成装置におけるガスのフローを示したブロック図である。
【図８】第六工程にある本発明のガス生成装置におけるガスのフローを示したブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
１．ガス生成方法及びガス生成装置の概要
本発明のガス生成方法と、それに用いる本発明のガス生成装置の好適な実施態様について、図面を用いてより具体的に説明する。本発明のガス生成方法は、図１に示す本発明のガス生成装置を使用して行われる。図１は、本発明のガス生成装置を示したブロック図である。図２は、本発明のガス生成装置を動作させるタイミングチャートである。図３は、第一工程にある本発明のガス生成装置におけるガスのフローを示したブロック図である。図４は、第二工程にある本発明のガス生成装置におけるガスのフローを示したブロック図である。図５は、第三工程にある本発明のガス生成装置におけるガスのフローを示したブロック図である。図６は、第四工程にある本発明のガス生成装置におけるガスのフローを示したブロック図である。図７は、第五工程にある本発明のガス生成装置におけるガスのフローを示したブロック図である。図８は、第六工程にある本発明のガス生成装置におけるガスのフローを示したブロック図である。
【００１８】
２．ガス生成装置
本実施態様のガス生成装置は、図１に示すように、外部から原料ガスＧ１を取り込んで製品ガスＧ２を生成するものとなっており、３つの吸着塔ＡＴ１，ＡＴ２，ＡＴ３と、１つのパージガス貯留タンクＰＴを備えたものとなっている。吸着塔ＡＴ１，ＡＴ２，ＡＴ３のそれぞれの内部には、特定のガス（吸着対象ガス）を加圧下で選択的に吸着する吸着剤が収容されている。すなわち、このガス生成装置は、吸着塔ＡＴ１，ＡＴ２，ＡＴ３の内部に原料ガスＧ１を供給して吸着塔ＡＴ１，ＡＴ２，ＡＴ３の内部圧力を高め、原料ガスＧ１に含まれる吸着対象ガスをこの吸着剤に吸着させて分離し、原料ガスＧ１に含まれる吸着対象ガス以外の特定のガス（濃縮対象ガス）の濃度を高めることにより、濃縮対象ガスが濃縮された製品ガスＧ２を生成する圧力変動吸着式のものとなっている。
【００１９】
使用する原料ガスＧ１の種類は、ガス生成装置の用途（吸着対象ガスや濃縮対象ガスの種類）や、ガス生成装置の設置場所などによっても異なり、特に限定されない。本実施態様のガス生成装置は、空気に含まれる窒素ガスを吸着・除去することにより、空気に含まれる酸素ガスを濃縮するものとなっている。換言すると、本実施態様のガス生成装置は、原料ガスＧ１として空気を用い、吸着対象ガスを窒素ガスとし、濃縮対象ガスを酸素ガスとし、酸素ガスが濃縮された酸素濃縮ガスを製品ガスＧ２として取り出すものとなっている。空気は、装置周辺に無尽蔵に存在するため、原料ガスＧ１として容易に取得することができる。本実施態様のガス生成装置（酸素濃縮ガス生成装置）は、大量の酸素ガスを使用する産業用途に好適に使用することができる。具体的には、電炉製鋼で電気炉内へ吹き込まれる酸素ガスを生成するためや、水処理で被処理水中に曝気ガスとして吹き込む酸素ガスを生成するためや、オゾン発生のために原料として用いられる酸素ガスを生成するためなどに好適に使用することができる。
【００２０】
吸着塔ＡＴ１，ＡＴ２，ＡＴ３に充填する吸着剤の種類は、吸着対象ガスの種類などによって異なり、特に限定されない。本実施態様のガス生成装置のように、吸着対象ガスが窒素ガスである場合には、窒素ガスを選択的に吸着する窒素吸着剤を用いる。窒素吸着剤としては、Ａ型ゼオライトやＸ型ゼオライトなどの合成ゼオライトなどを好適に使用することができる。特に、Ｘ型ゼオライトは、窒素ガスに対して優れた吸着能を発揮するために好ましく、Ｘ型ゼオライトのなかでも、ナトリウムイオンで交換されたものやリチウムイオンで交換されたものは、少ない圧力差で原料ガスＧ１に含まれる窒素ガスを多く吸着できるために最適である。吸着剤は、吸着塔ＡＴ１，ＡＴ２，ＡＴ３の内部における一部のみに充填してもいが、通常、吸着塔ＡＴ１，ＡＴ２，ＡＴ３の下端部から上端部までの全体に亘って充填される。
【００２１】
本実施態様のガス生成装置では、図２に示すように、第一工程から第六工程までが繰り返し行われる。第一工程から第六工程までが繰り返されると、吸着塔ＡＴ１，ＡＴ２，ＡＴ３のそれぞれでは、吸着工程と、均圧工程（減圧側）と、再生工程と、均圧工程（昇圧側）と、昇圧工程とが順次切り替えられるようになっている。第六工程が終了すると再び第一工程が開始され、ガス生成装置が運転されている限りは、このループが繰り返し行われる。これらの各工程については、後で詳しく説明する。
【００２２】
本実施態様のガス生成装置の各部について、より詳しく説明するが、以下においては説明の便宜上、吸着塔ＡＴ１，ＡＴ２，ＡＴ３のうち、吸着工程にある吸着塔を「吸着塔ＡＴα」と表記する。また、吸着塔ＡＴ１，ＡＴ２，ＡＴ３のうち、再生工程にある吸着塔を「吸着塔ＡＴβ」と表記する。さらに、吸着塔ＡＴ１，ＡＴ２，ＡＴ３のうち、昇圧工程にある吸着塔を「吸着塔ＡＴγ」と表記する。さらにまた、均圧工程（減圧側）にある吸着塔を「吸着塔ＡＴδ」と表記する。そして、均圧工程（昇圧側）にある吸着塔を「吸着塔ＡＴε」と表記する。「ＡＴα」、「ＡＴβ」及び「ＡＴγ」は、吸着塔を相対的に指定する符号であり、吸着塔ＡＴ１，ＡＴ２，ＡＴ３のうちどれが「吸着塔ＡＴα」、「吸着塔ＡＴβ」又は「吸着塔ＡＴγ」となるかは、図３〜８に示すように、タイミングによって異なる。
【００２３】
（１）原料ガス供給弁
本実施態様のガス生成装置において、吸着塔ＡＴ１，ＡＴ２，ＡＴ３の下端部は、図１に示すように、それぞれ原料ガス供給弁Ｖ１０，Ｖ２０，Ｖ３０を介して、共通の原料ガス供給用導管（原料ガス供給ラインＬ１）に接続されている。これら原料ガス供給弁Ｖ１０，Ｖ２０，Ｖ３０は、吸着工程を行うタイミングを制御するものとなっている。原料ガス供給弁Ｖ１０，Ｖ２０，Ｖ３０は、通常、その開閉が電気的に制御できる電磁弁が用いられる。原料ガス供給弁Ｖ１０，Ｖ２０，Ｖ３０としては、通常、開状態と閉状態とを二値的に切り替えることができる電磁弁が使用される。
【００２４】
（２）原料ガス供給ライン
原料ガス供給ラインＬ１には、通常、図示省略のガス移送手段が接続される。ガス移送手段は、原料ガスＧ１を移送できるものであれば特に限定されず、各種の装置を用いることができる。本実施態様のガス生成装置においては、ガス移送手段としてコンプレッサー（図示省略）を用いている。このコンプレッサーによって、装置外部から原料ガス供給ラインＬ１へと原料ガスＧ１が供給される。原料ガス供給ラインＬ１を流れる原料ガスＧ１は、ガス移送手段によって圧縮されてその圧力が高まった状態となっている。
【００２５】
（３）下部均圧弁
また、本実施態様のガス生成装置においては、図１に示すように、吸着塔ＡＴ１，ＡＴ２，ＡＴ３の下端部は、それぞれ下部均圧弁Ｖ１１，Ｖ２１，Ｖ３１を介して、共通の下部均圧ガス移送用導管（下部均圧ガス移送ラインＬ２）にも接続されている。これら下部均圧弁Ｖ１１，Ｖ２１，Ｖ３１は、均圧工程において後述する下部均圧を行うタイミングを制御するものとなっている。下部均圧弁Ｖ１１，Ｖ２１，Ｖ３１としては、通常、開状態と閉状態とを二値的に切り替えることができる電磁弁が使用される。
【００２６】
（４）下部均圧ガス移送ライン
下部均圧ガス移送ラインＬ２は、図１に示すように、昇圧ガス供給弁Ｖ４０を介して、原料ガス供給ラインＬ１に接続されている。このため、昇圧ガス供給弁Ｖ４０を開くと、図４，６，８に示すように、原料ガス供給ラインＬ１を流れている原料ガスＧ１の一部が下部均圧ガス移送ラインＬ２に流れ込み、その流れ込んだ原料ガスＧ１を昇圧工程にある吸着塔ＡＴγの下端部へ供給することができるようになっている。したがって、下部均圧弁Ｖ１１，Ｖ２１，Ｖ３１は、下部均圧を行うタイミングだけでなく、昇圧工程を行うタイミングも制御するものとなっている。以下においては、吸着工程にある吸着塔ＡＴαに供給される原料ガスＧ１と、昇圧工程にある吸着塔ＡＴγに供給される原料ガスＧ１とを区別するために、後者の原料ガスＧ１を、「昇圧ガスＧ５」と表記することがある。
【００２７】
（５）昇圧ガス供給弁
昇圧ガス供給弁Ｖ４０としては、弁開度の調節が可能な流量調節弁を単独で用いる形態や、該流量調節弁に電磁弁を組み合わせて用いる形態や、電磁弁にオリフィスなどの絞り機能があるものを用いる形態などが好適である。このように、昇圧ガス供給弁Ｖ４０を流量調節機能のあるもの、あるいは絞り機能のあるものとすることにより、昇圧ガス供給弁Ｖ４０を通過する原料ガスＧ１（昇圧ガスＧ５）の流量を調節することが可能になり、昇圧工程にある吸着塔ＡＴγの昇圧速度を微妙に調節することができるようになる。したがって、昇圧工程にある吸着塔ＡＴγが次の吸着工程へと切り替わる直前に、吸着塔ＡＴγの内部圧力が、そのとき吸着工程にある吸着塔ＡＴαの吸着・均圧切替圧力（吸着工程にある吸着塔ＡＴαが次の均圧工程（減圧側）へと切り替わる直前における吸着塔ＡＴαの内部圧力）と同じになるように調整することも容易である。よって、吸着塔ＡＴγで続く吸着工程をより効率的に行うことも可能となる。
【００２８】
（６）排気弁
さらに、本実施態様のガス生成装置においては、図１に示すように、吸着塔ＡＴ１，ＡＴ２，ＡＴ３の下端部は、それぞれ排気弁Ｖ１２，Ｖ２２，Ｖ３２を介して、それぞれ互いに独立した消音器Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３に接続されている。これら排気弁Ｖ１２，Ｖ２２，Ｖ３２は、再生工程を行うタイミングを制御するためのものとなっている。排気弁Ｖ１２，Ｖ２２，Ｖ３２としては、通常、開状態と閉状態とを二値的に切り替えることができる電磁弁が用いられる。消音器Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３は、図４，６，８に示すように、吸着塔ＡＴ１，ＡＴ２，ＡＴ３から抜け出た排出ガスＧ７の音を小さく抑えながら、装置外部へと排出するものとなっている。
【００２９】
（７）製品ガス送出弁
本実施態様のガス生成装置において、吸着塔ＡＴ１，ＡＴ２，ＡＴ３の上端部は、図１に示すように、それぞれ製品ガス送出弁Ｖ１３，Ｖ２３，Ｖ３３を介して、共通の製品ガス送出用導管（製品ガス送出ラインＬ３）に接続されている。これら製品ガス送出弁Ｖ１３，Ｖ２３，Ｖ３３は、図３〜８に示すように、吸着工程にある吸着塔ＡＴαから製品ガスＧ２を取り出すタイミングを制御するものとなっている。製品ガス送出弁Ｖ１３，Ｖ２３，Ｖ３３としては、通常、開状態と閉状態とを二値的に切り替えることができる電磁弁が用いられるが、逆止弁を用いてもよい。
【００３０】
（８）製品ガス送出ライン
製品ガス送出ラインＬ３には、通常、製品ガスＧ２を一時的に貯留するための製品ガス貯留タンク（図示省略）が接続される。すなわち、吸着工程にある吸着塔ＡＴαから送出された製品ガスＧ２は、製品ガス貯留タンクに一時的に貯留された後、製品ガス貯留タンクから取り出されて利用に供されることになる。このように、製品ガス貯留タンクを設けることで、利用する製品ガスＧ２を装置外部へ取り出す際の取出圧力の変動（脈動）を小さく抑えて、製品ガスＧ２を安定して装置外部へ取り出すことが可能になる。製品ガス貯留タンクにおける製品ガスＧ２を取り出す側には、取り出す製品ガスＧ２の流量を調節するための流量調節手段（図示省略）や、製品ガスＧ２の湿度を調節するための湿度調節手段（図示省略）など、各種の製品ガス調整手段（図示省略）が取り付けられる。この製品ガス調整手段によって、製品ガスＧ２の用途に応じた調整がされる。
【００３１】
（９）上部均圧弁
また、本実施態様のガス生成装置においては、図１に示すように、吸着塔ＡＴ１，ＡＴ２，ＡＴ３の上端部は、それぞれ上部均圧弁Ｖ１４，Ｖ２４，Ｖ３４を介して、共通の上部均圧ガス移送用導管（上部均圧ガス移送ラインＬ４）にも接続されている。これら上部均圧弁Ｖ１４，Ｖ２４，Ｖ３４は、均圧工程において後述する上部均圧を行うタイミングを制御するものとなっている。上部均圧弁Ｖ１４，Ｖ２４，Ｖ３４としては、通常、開状態と閉状態とを二値的に切り替えることができる電磁弁が用いられる。
【００３２】
（１０）パージ弁
さらに、本実施態様のガス生成装置においては、図１に示すように、吸着塔ＡＴ１，ＡＴ２，ＡＴ３の上端部は、それぞれパージ弁Ｖ１５，Ｖ２５，Ｖ３５を介して、パージガス移送用導管（パージガス移送ラインＬ５）にも接続されている。パージガス移送ラインＬ５には、パージガス貯留タンクＰＴが介在されている。これらパージ弁Ｖ１５，Ｖ２５，Ｖ３５は、図４，６，８に示すように、昇圧工程にある吸着塔ＡＴγに供給された原料ガスＧ１（昇圧ガスＧ５）のうち、吸着塔ＡＴγの上端部に達して当初よりも濃縮対象ガスの濃度が高まったものの製品ガスＧ２よりは濃縮対象ガスの濃度が低い昇圧ガスＧ５の一部をパージガスＧ６として抜き取り、パージガス貯留タンクＰＴへ貯留するタイミングを制御するとともに、パージガス貯留タンクＰＴに貯留されたパージガスＧ６を再生工程にある吸着塔ＡＴβへ供給するタイミングを制御するものとなっている。パージ弁Ｖ１５，Ｖ２５，Ｖ３５としては、通常、開状態と閉状態とを二値的に切り替えることができる電磁弁が用いられる。必要な場合には、パージガス移送ラインＬ５にオリフィスなどの絞り弁を設けて、パージガスＧ６の流量を調整してもよい。
【００３３】
（１１）パージガス貯留タンク
パージガス貯留タンクＰＴの容積は、吸着塔ＡＴ１，ＡＴ２，ＡＴ３の容積などによっても異なり、特に限定されない。しかし、パージガス貯留タンクＰＴの容積を小さくしすぎると、再生工程にある吸着塔ＡＴβにパージガスＧ６を安定して吹き込むことができなくなるおそれがある。一方、パージガス貯留タンクＰＴの容積を大きくしすぎると、パージガス貯留タンクＰＴの内部圧力を高く維持しにくくなり、再生工程にある吸着塔ＡＴβに高い圧力でパージガスＧ６を吹き込みにくくなるおそれがある。このため、吸着塔ＡＴ１，ＡＴ２，ＡＴ３それぞれの容積（ＣＡＴとする。）に対するパージガス貯留タンクＰＴの容積（ＣＰＴとする。）の比ＣＰＴ／ＣＡＴは、通常、０．０１〜１とされる。比ＣＰＴ／ＣＡＴは、０．０５〜０．５であると好ましく、０．１〜０．３であるとより好ましい。
【００３４】
（１２）その他
本発明のガス生成装置において、原料ガス供給ラインＬ１、下部均圧ガス移送ラインＬ２、製品ガス送出ラインＬ３、上部均圧ガス移送ラインＬ４及びパージガス移送ラインＬ５の各接続形態は、図１に示したものと論理的に同じ接続形態であれば、あるいは論理的に異なる接続形態であっても図１に示したものと同じ動作をさせることができる接続形態であれば、それらの接続形態で置き換えてもよい。それに合わせて、原料ガス供給弁Ｖ１０，Ｖ２０，Ｖ３０や、下部均圧弁Ｖ１１，Ｖ２１，Ｖ３１や、排気弁Ｖ１２，Ｖ２２，Ｖ３２や、製品ガス送出弁Ｖ１３，Ｖ２３，Ｖ３３や、上部均圧弁Ｖ１４，Ｖ２４，Ｖ３４や、パージ弁Ｖ１５，Ｖ２５，Ｖ３５や、昇圧ガス供給弁Ｖ４０や、消音器Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３などの個数や配置を変更してもよい。例えば、消音器Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を１箇所にまとめてもよい。
【００３５】
また、本実施態様のガス生成装置においては、吸着塔ＡＴ１，ＡＴ２，ＡＴ３の下端部が一次側（原料ガスＧ１が供給される側）となっており、吸着塔ＡＴ１，ＡＴ２，ＡＴ３の上端部が二次側（製品ガスＧ２が取り出される側）となっているが、一次側と二次側を逆にしてもよい。すなわち、吸着塔ＡＴ１，ＡＴ２，ＡＴ３の上端部を一次側とし、吸着塔ＡＴ１，ＡＴ２，ＡＴ３の下端部を二次側としてもよい。この場合、ガス生成装置の構成（フロー図）は、図１の上下を反転させた形態となる。
【００３６】
３．ガス生成方法
続いて、図１のガス生成装置を用いた本発明のガス生成方法について詳しく説明する。本実施態様のガス生成方法では、上述したように、第一工程から第六工程までを繰り返し行うことにより、原料ガスＧ１から製品ガスＧ２を生成する。以下、第一工程から第六工程までの各工程について順番に説明する。
【００３７】
（１）第一工程
第一工程においては、図２及び図３に示すように、吸着塔ＡＴ１では吸着工程が行われ、吸着塔ＡＴ２では均圧工程（昇圧側）が行われ、吸着塔ＡＴ３では均圧工程（減圧側）が行われる。この第一工程が開始される直前には、図２及び図８に示すように、第六工程が行われていた。この第六工程において、吸着塔ＡＴ１では昇圧工程が行われるとともに、吸着塔ＡＴ３では吸着工程が行われていたため、第一工程が開始される直前における吸着塔ＡＴ１の内部圧力は、吸着塔ＡＴ３の吸着・均圧切替圧力と同じレベルまで高まった状態となっている。また、この第六工程において、吸着塔ＡＴ２では、再生工程が行われていたため、第一工程が開始される直前における吸着塔ＡＴ２の内部圧力は、外気圧近くまで低下した状態となっている。
【００３８】
第一工程が開始される直前（第六工程が終了する直前）においては、図８に示すように、下部均圧弁Ｖ１１、パージ弁Ｖ１５、排気弁Ｖ２２、パージ弁Ｖ２５、原料ガス供給弁Ｖ３０、製品ガス送出弁Ｖ３３及び昇圧ガス供給弁Ｖ４０が開いた状態となっており、他の弁は閉じた状態となっている。第一工程は、図３に示すように、第六工程（図８）で開いていた弁を全て閉じるとともに、新たに、原料ガス供給弁Ｖ１０、製品ガス送出弁Ｖ１３、下部均圧弁Ｖ２１、上部均圧弁Ｖ２０、下部均圧弁Ｖ３１及び上部均圧弁Ｖ３４を開くことにより行われる。これらの弁を開閉するタイミングは、全て同時であってもよい。しかし、製品ガスＧ２の取出圧力や回収率に関して、全て同時に開閉した場合と同様の結果を得ることができるのであれば、あるいはより優れた結果を得ることができるのであれば、後述するように、これらの弁を開閉するタイミングをずらしてもよい。
【００３９】
［吸着塔ＡＴ１］
第一工程の吸着塔ＡＴ１では、図３に示すように、吸着工程が行われる。すなわち、原料ガス供給ラインＬ１を流れている原料ガスＧ１が原料ガス供給弁Ｖ１０を通過して吸着塔ＡＴ１の下端部に供給され、吸着塔ＡＴ１の内部圧力が高まることにより、原料ガスＧ１に含まれる吸着対象ガスが吸着塔ＡＴ１の内部に収容された吸着剤に吸着される。本実施態様のガス生成方法においては、原料ガス供給弁Ｖ１０が開いた瞬間から原料ガス供給弁Ｖ１０が閉じる瞬間までを、「吸着塔ＡＴ１における吸着工程」と呼んでいる。
【００４０】
第一工程において、吸着工程にある吸着塔ＡＴ１に供給された原料ガスＧ１は、吸着塔ＡＴ１の上端部に達する頃には、それに含まれる吸着対象ガスの大部分が吸着剤に吸着され、吸着剤に吸着されなかった濃縮対象ガスの濃度が高まっている。濃縮対象ガスの濃度が高まったこのガスは、吸着塔ＡＴ１の上端部から製品ガスＧ２として送出され、原料ガス送出弁Ｖ１３を通過して製品ガス送出ラインＬ３へと送られる。上述したように、吸着塔ＡＴ１の内部圧力は、第六工程における昇圧工程によって予め高められているために、吸着塔ＡＴ１に収容されている吸着剤は、第一工程における吸着工程が開始された直後から吸着対象ガスを吸着することができる。
【００４１】
製品ガスＧ２に含まれる濃縮対象ガスの濃度を具体的にどの程度まで高めるかは、製品ガスＧ２の用途や、原料ガスＧ１や吸着対象ガスや濃縮対象ガスの種類などによっても異なり、特に限定されない。しかし、本実施態様のガス生成方法のように、原料ガスＧ１が空気であり、吸着対象ガスが窒素ガスであり、濃縮対象ガスが酸素ガスである場合には、製品ガスＧ２に含まれる濃縮対象ガスの濃度は、通常、９０％以上とされる。製品ガスＧ２に含まれる濃縮対象ガスの濃度は、９３％以上であると好ましく、９５％以上であるとより好ましい。本実施態様のガス生成方法において、製品ガスＧ２に含まれる濃縮対象ガスの濃度は、後述するように、約９５％（９５．１％）となっている。
【００４２】
［吸着塔ＡＴ２，ＡＴ３］
第一工程の吸着塔ＡＴ２，ＡＴ３では、図３に示すように、均圧工程が行われる。本実施態様のガス生成方法において、均圧工程は、下部均圧と上部均圧とを行うことによって達成する。すなわち、第一工程が開始される直前に吸着塔ＡＴ３の下端部付近に残留していたガス（吸着対象ガスの濃度が原料ガスＧ１よりは高くはなっているものの原料ガスＧ１に近いガス）を吸着塔ＡＴ３の下端部から下部均圧ガスＧ３として取り出し、この下部均圧ガスＧ３を下部均圧弁Ｖ３１、下部均圧ラインＬ２及び下部均圧弁Ｖ２１を通じて吸着塔ＡＴ２の下端部へ供給する（下部均圧）。また、第一工程が開始される直前に吸着塔ＡＴ３の上端部付近に残留していたガス（吸着対象ガスの濃度が原料ガスＧ１より高くなっており製品ガスＧ２に近いガス）を吸着塔ＡＴ３の上端部から上部均圧ガスＧ４として取り出し、この上部均圧ガスＧ４を上部均圧弁Ｖ３４、上部均圧ラインＬ４及び上部均圧弁Ｖ２４を通じて吸着塔ＡＴ２の上端部へ供給する（上部均圧）。
【００４３】
本実施態様のガス生成方法においては、下部均圧弁Ｖ２１及び下部均圧弁Ｖ３１の両方が開いた瞬間から少なくとも一方が閉じる瞬間までを「吸着塔ＡＴ２，ＡＴ３の下部均圧」と呼んでいる。また、上部均圧弁Ｖ２４及び上部均圧弁Ｖ３４の両方が開いた瞬間から少なくとも一方が閉じる瞬間までを「吸着塔ＡＴ２，ＡＴ３の上部均圧」と呼んでいる。そして、吸着塔ＡＴ２，ＡＴ３の下部均圧又は上部均圧のいずれかが開始する瞬間から両方が終了する瞬間までを「吸着塔ＡＴ２，ＡＴ３の均圧工程」と呼んでいる。下部均圧弁Ｖ２１、下部均圧弁Ｖ３１、上部均圧弁Ｖ２４及び上部均圧弁Ｖ３４は必ずしも同時に開閉する必要はないし、下部均圧と上部均圧は、かならずしも同時に開始して、同時に終了させる必要はない。
【００４４】
このように、第一工程の吸着塔ＡＴ２と吸着塔ＡＴ３において、下部均圧と上部均圧を行うことにより、第六工程の再生工程を終えた直後で内部圧力の低くなっていた吸着塔ＡＴ２の内部圧力を高めるとともに、第六工程の吸着工程を終えた直後で内部圧力の高くなっていた吸着塔ＡＴ３の内部圧力を低くし、吸着塔ＡＴ２と吸着塔ＡＴ３の内部圧力を近づけることができる。したがって、吸着塔ＡＴ２では、続く第二工程における昇圧工程を効率的に行うことができるようになり、吸着塔ＡＴ３では、続く第二工程における再生工程を効率的に行うことができるようになる。本明細書及び図面においては、同じ均圧工程にある吸着塔であっても、第一工程の吸着塔ＡＴ２のように内部圧力が高まる側の吸着塔で行われる均圧工程を「均圧工程（昇圧側）」と表記し、第一工程の吸着塔ＡＴ３のように内部圧力が低くなる側の吸着塔で行われる均圧工程を「均圧工程（減圧側）」と表記して区別している。
【００４５】
（２）第二工程
第二工程においては、図２及び図４に示すように、吸着塔ＡＴ１では、吸着工程が引き続き行われるものの、吸着塔ＡＴ２では第一工程の均圧工程（昇圧側）から昇圧工程へと切り替えられ、吸着塔ＡＴ３では、第一工程の均圧工程（減圧側）から再生工程へと切り替えられる。このため、第二工程が開始される直前における吸着塔ＡＴ１の内部圧力は、それに収容された吸着剤が吸着対象ガスを吸着できる程度まで高まっているものの、第二工程が開始される直前における吸着塔ＡＴ２及び吸着塔ＡＴ３の内部圧力は、外気圧よりは幾分高いものの、吸着塔ＡＴ１の内部圧力よりはかなり低くなっている。
【００４６】
第二工程は、図４に示すように、第一工程（図３）では開いていた上部均圧弁Ｖ２４、下部均圧弁Ｖ３１及び上部均圧弁Ｖ３４が閉じられるのに対し、新たに、パージ弁Ｖ２５、排気弁Ｖ３２、パージ弁Ｖ３５及び昇圧ガス供給弁Ｖ４０が開かれる。原料ガス供給弁Ｖ１０、製品ガス送出弁Ｖ１３及び下部均圧弁Ｖ２１は、第一工程から引き続き開いたままとされる。これらの弁を開閉するタイミングは、全て同時であってもよい。しかし、製品ガスＧ２の取出圧力や回収率に関して、全て同時に開閉した場合と同様の結果を得ることができるのであれば、あるいはより優れた結果を得ることができるのであれば、後述するように、これらの弁を開閉するタイミングをずらしてもよい。
【００４７】
［吸着塔ＡＴ１］
第二工程の吸着塔ＡＴ１では、上述したように、第一工程から引き続いて吸着工程が行われる。第二工程の吸着塔ＡＴ１における吸着工程は、第一工程の吸着塔ＡＴ１における吸着工程と同じであるため、それについての詳しい説明は割愛する。
【００４８】
［吸着塔ＡＴ２］
第二工程の吸着塔ＡＴ２では、図４に示すように、昇圧工程が行われる。すなわち、原料ガス供給ラインＬ１を流れている原料ガスＧ１の一部を、昇圧ガス供給弁Ｖ４０を通じて下部均圧ラインＬ２へと流れ込ませ（図４における昇圧ガスＧ５）、下部均圧弁Ｖ２１を通過させた後、吸着塔ＡＴ２の下端部へと供給する。このため、吸着塔ＡＴ２の内部圧力は、徐々に上昇していく。吸着塔ＡＴ２の内部圧力の昇圧速度は、昇圧ガス供給弁Ｖ４０の弁開度を調節することで容易に調節することができる。本実施態様のガス生成方法において、昇圧ガス供給弁Ｖ４０の弁開度は、第二工程の終了時までに吸着塔ＡＴ２の内部圧力を吸着塔ＡＴ１の吸着・均圧切替圧力まで上昇させることができる値に設定している。これにより、第三工程の吸着塔ＡＴ２で吸着工程を効率的に行うことができるだけでなく、第二工程の吸着塔ＡＴ１の下端部に供給される原料ガスＧ１の流量をできるだけ多く確保することが可能になり、第二工程における吸着塔ＡＴ１での吸着工程も効率的に行うことができる。本実施態様のガス生成方法においては、下部均圧弁Ｖ２１及び昇圧ガス供給弁Ｖ４０の両方が開いた瞬間から少なくとも一方が閉じる瞬間までを「吸着塔ＡＴ２の昇圧工程」と呼んでいる。
【００４９】
また、本実施態様のガス生成方法において、第二工程の吸着塔ＡＴ２では、図４に示すように、吸着塔ＡＴ２の下端部から供給された原料ガスＧ１（昇圧ガスＧ５）のうち、吸着塔ＡＴ２の上端部に達して当初よりも濃縮対象ガスの濃度が高まったものの製品ガスＧ２よりは濃縮対象ガスの濃度が低い昇圧ガスＧ５の一部が、吸着塔ＡＴ２の上端部からパージガスＧ６として取り出され、パージ弁Ｖ２５を通過してパージタンクＰＴに一時的に貯留されるようになっている。パージガスＧ６は、吸着塔ＡＴ２に収容された吸着剤を通過してきているため、昇圧ガスＧ５（原料ガスＧ１）よりも濃縮対象ガスの濃度がかなり高くなっている。しかし、最初から内部圧力を高めて行う吸着工程にある吸着塔ＡＴ１の上端部から取り出された製品ガスＧ２と比較すると、パージガスＧ６における濃縮対象ガスの濃度は低くなっている。この製品ガスＧ２とパージガスＧ６における濃縮対象ガスの濃度の差は、濃縮対象ガスの回収率を高めるのに有利に作用する。
【００５０】
ところで、パージ弁Ｖ２５を開くタイミングは、必ずしも、吸着塔ＡＴ２の昇圧工程の開始に一致させる必要はない。すなわち、下部均圧弁Ｖ２１及び昇圧ガス供給弁Ｖ４０の両方が開いた後、しばらくしてからパージ弁Ｖ２５を開くようにしてもよい。このようにすることで、吸着塔ＡＴ２の内部圧力がある程度高まってから、パージガスＧ６をパージガス貯留タンクＰＴへ移送することが可能になる。したがって、逆止弁などを用いなくても、パージガス貯留タンクＰＴから吸着塔ＡＴ２へとパージガスＧ６が逆流しないようにすることが可能になる。
【００５１】
ただし、パージ弁Ｖ２５を開くタイミングを遅くしすぎると、吸着塔ＡＴ２の内部圧力が早い段階から急速に高まって、昇圧工程にあるはずの吸着塔ＡＴ２の内部に収容された吸着剤が、吸着工程にある吸着塔ＡＴ１の内部に収容された吸着剤が原料ガスＧ１に含まれる吸着対象ガスを吸着するのと同じレベルで、昇圧ガスＧ５に含まれる吸着対象ガスを吸着するようになる。これでは、昇圧工程の吸着塔ＡＴ２で吸着工程を行っているのと実質的に同じことになり、パージガスＧ６に含まれる濃縮対象ガスの濃度が製品ガスＧ２のそれと同程度まで高まってしまう。したがって、パージガスＧ６における濃縮対象ガスの濃度を製品ガスＧ２における濃縮対象ガスの濃度よりも低く抑えることにより、濃縮対象ガスの回収率を高めるという本発明の目的の一つを達成できなくなるおそれがある。このため、パージ弁Ｖ２５は、パージガスＧ６に含まれる濃縮対象ガスの濃度が所定値を超えるよりも早いタイミングで開くようにする。
【００５２】
パージガスＧ６に含まれる濃縮対象ガスの濃度を具体的にどの程度に抑えるかは、原料ガスＧ１や吸着対象ガスや濃縮対象ガスの種類などによっても異なり、特に限定されない。しかし、パージガスＧ６に含まれる濃縮対象ガスの濃度を高くしすぎると、上述したような問題が生じる。このため、本実施態様のガス生成方法のように、原料ガスＧ１が空気であり、吸着対象ガスが窒素ガスであり、濃縮対象ガスが酸素ガスである場合には、パージガスＧ６に含まれる濃縮対象ガスの濃度は、通常、９５％未満とされる（製品ガスＧ２に含まれる濃縮対象ガスの濃度以上とならないようにされる。）。パージガスＧ６に含まれる濃縮対象ガスの濃度は、９０％以下（製品ガスＧ２に含まれる濃縮対象ガスの濃度に対して約０．９５倍以下）であると好ましく、８７％以下（製品ガスＧ２に含まれる濃縮対象ガスの濃度に対して約０．９倍以下）であるとより好ましい。
【００５３】
一方、パージガスＧ６に含まれる濃縮対象ガスの濃度を低くしすぎると、再生工程にある吸着塔ＡＴ３に収容された吸着剤の吸着能を効率的に再生できなくなるおそれがある。このため、パージガスＧ６に含まれる濃縮対象ガスの濃度は、通常、７５％以上（製品ガスＧ２に含まれる濃縮対象ガスの濃度に対して約０．８倍以上）とされる。パージガスＧ６に含まれる濃縮対象ガスの濃度は、７０％以上（製品ガスＧ２に含まれる濃縮対象ガスの濃度に対して約０．７５倍以上）であると好ましく、８０％以上（製品ガスＧ２に含まれる濃縮対象ガスの濃度に対して約０．８５以上）であるとより好ましい。本実施態様のガス生成方法において、パージガスＧ６に含まれる濃縮対象ガスの濃度は８５％としている。
【００５４】
［吸着塔ＡＴ３］
第二工程の吸着塔ＡＴ３では、図４に示すように、再生工程が行われる。すなわち、吸着工程に続く均圧工程（減圧側）を終えた吸着塔ＡＴ３は、その内部圧力が外気圧近くまで低下しており、吸着工程で吸着塔ＡＴ３内の吸着剤に吸着されていた吸着対象ガスの大部分は、該吸着剤から離脱して吸着塔ＡＴ３の内部に残留した状態となっているが、この残留しているガスを、吸着塔ＡＴ３の下端部から排気弁Ｖ３２及び消音器Ｓ３を通じて装置外部の外気へと排気する（図４における排出ガスＧ７）。排出ガスＧ７は、吸着対象ガスの濃度が非常に高くなっている。これにより、吸着塔ＡＴ３の内部に収容されている吸着剤の吸着能を再生することができる。本実施態様のガス生成方法においては、排気弁Ｖ３２が開いた瞬間から閉じる瞬間までを「吸着塔ＡＴ３の再生工程」と呼んでいる。
【００５５】
また、第二工程の吸着塔ＡＴ３では、図４に示すように、パージタンクＰＴに貯留されていたパージガスＧ６が、パージ弁Ｖ３５を通過した後、吸着塔ＡＴ３の上端部から吹き込まれるようになっている。これにより、吸着塔ＡＴ３の内部において、上端部から下端部へ向かう大きなガスの流れを発生させ、吸着塔ＡＴ３の下端部からの排出ガスＧ６の排出を促進させることができる。
【００５６】
すなわち、吸着塔ＡＴ３で再生工程が開始されると、吸着塔ＡＴ３の内部圧力は、排気弁Ｖ３５が開かれたことにより低下するため、それに収容されていた吸着剤から吸着対象ガス（本実施態様のガス生成方法では窒素ガス）が脱離して、該吸着対象ガスを多く含む吸着対象成分富化ガス（本実施態様のガス生成方法では窒素富化ガス）が吸着塔ＡＴ３の内部に滞留するようになる。しかし、パージガスＧ６を吸着塔ＡＴ３の上端部から吹き込むことにより、この吸着対象成分富化ガスを排出ガスＧ７として吸着塔ＡＴ３の下端部から追い出して、吸着塔ＡＴ３で再生工程を効率的に行うことが可能になる。従来のガス生成装置では、パージガスＧ６として、製品ガスＧ２を用いていたため、吸着工程で生成した製品ガスＧ２の一部しか取り出せなかった。しかし、本実施態様のガス生成装置においては、パージガスＧ６として製品ガスＧ２を使用しないため、製品ガスＧ２の浪費を抑えることが可能となっている。
【００５７】
吸着塔ＡＴ３の上端部へパージガスＧ６を吹き込むタイミングを制御するパージ弁Ｖ３５は、再生工程を行う時間などによっては、吸着塔ＡＴ３が再生工程となると同時、あるいは再生工程となった直後に開いてもよい。しかし、この場合には、排気弁Ｖ３２を開いても吸着塔ＡＴ３の内部圧力が低下しにくくなり、特に再生工程の前半で吸着剤から吸着対象ガスが脱離しにくくなるおそれがある。また、パージガス貯留タンクＰＴの内部圧力が低下してしまい、再生工程の終盤で高圧のパージガスＧ６を吸着塔ＡＴ３へ供給できなくなるおそれがある。したがって、排出ガスＧ７を吸着塔ＡＴ３の下端部から追い出しにくくなり、吸着剤の吸着能力を十分に再生できなくなるおそれがある。このため、パージ弁Ｖ３５は、排気弁Ｖ３５が開かれて吸着塔ＡＴ３が再生工程に切り替わった後、しばらくしてから開くと好ましい。
【００５８】
パージ弁Ｖ３５を開く具体的なタイミングは、吸着塔ＡＴ３で行われる再生工程の時間などによっても異なり、特に限定されない。しかし、パージ弁Ｖ３５を開くタイミングが早すぎると、上述したような不具合が生じるおそれがあるし、遅すぎると、吸着塔ＡＴ３の内部に残留する排出ガスＧ７を追い出す十分な時間が確保できなくなるおそれがある。このため、パージ弁Ｖ３５は、再生工程が２０％以上終了してから開くと好ましく、５０％以上終了してから開くとより好ましい。一方、パージ弁Ｖ３５は、再生工程が９０％以上終了するよりも前に開くと好ましく、８０％以上終了するよりも前に開くとより好ましい。パージ弁Ｖ３５は、少なくとも再生工程の終了直前における１秒間、好ましくは３秒間、より好ましくは５秒間開くようにすると好ましい。一方、パージ弁Ｖ３５は、通常、２０秒以上開かないようにする。パージ弁Ｖ３５は、１５秒以上開かないようにすると好ましく、１０秒以上開かないようにするとより好ましい。
【００５９】
（３）第三工程
第三工程においては、図２及び図５に示すように、吸着塔ＡＴ１では、第二工程までの吸着工程から均圧工程（減圧側）へと切り替えられ、吸着塔ＡＴ２では、第二工程の昇圧工程から吸着工程へと切り替えられ、吸着塔ＡＴ３では、第二工程の再生工程から均圧工程（昇圧側）へと切り替えられる。第三工程における本実施態様のガス生成装置の具体的な動作の説明は、上記「（１）第一工程」の本文中の語句を下記表１のように読み替えたものと同じであるため割愛する。
【表１】
0005554649.tif 000002
【００６０】
（４）第四工程
第四工程においては、図２及び図６に示すように、吸着塔ＡＴ２では、吸着工程が引き続き行われるものの、吸着塔ＡＴ１では第三工程の均圧工程（減圧側）から再生工程へと切り替えられ、吸着塔ＡＴ３では、第三工程の均圧工程（昇圧側）から昇圧工程へと切り替えられる。第四工程における本実施態様のガス生成装置の具体的な動作の説明は、上記「（２）第二工程」の本文中の語句を上記表１のように読み替えたものと同じであるため割愛する。
【００６１】
（５）第五工程
第五工程においては、図２及び図７に示すように、吸着塔ＡＴ１では、第四工程の再生工程から均圧工程（昇圧側）へと切り替えられ、吸着塔ＡＴ２では、第四工程までの吸着工程から均圧工程（減圧側）へと切り替えられ、吸着塔ＡＴ３では、第四工程の昇圧工程から吸着工程へと切り替えられる。第五工程における本実施態様のガス生成装置の具体的な動作の説明は、上記「（１）第一工程」の本文中の語句を下記表２のように読み替えたものと同じであるため割愛する。
【表２】
0005554649.tif 000003
【００６２】
（６）第六工程
第六工程においては、図２及び図８に示すように、吸着塔ＡＴ３では、吸着工程が引き続き行われるものの、吸着塔ＡＴ１では第五工程の均圧工程（昇圧側）から昇圧工程へと切り替えられ、吸着塔ＡＴ２では、第五工程の均圧工程（減圧側）から再生工程へと切り替えられる。第六工程における本実施態様のガス生成装置の具体的な動作の説明は、上記「（２）第二工程」の本文中の語句を上記表２のように読み替えたものと同じであるため割愛する。
【００６３】
４．実施例
本発明のガス生成方法を用いて、実際に、原料ガスＧ１（空気）から吸着対象ガス（窒素ガス）を吸着・除去して、濃縮対象ガス（酸素ガス）の濃度が高められた製品ガスＧ２（酸素濃縮ガス）を生成してみた。本発明のガス生成方法は、図１に示した本発明のガス生成装置を用いて行った。吸着塔ＡＴ１，ＡＴ２，ＡＴ３としては、それぞれ直径が８９ｍｍで高さが８５０ｍｍの容積約５２８８ｃｍ３の円筒型のものを用いた。吸着塔ＡＴ１，ＡＴ２，ＡＴ３には、吸着剤としてナトリウムイオンで交換したＸ型ゼオライトを３．１５ｋｇずつ充填した。原料ガス供給ラインＬ１への原料ガスＧ１の供給流量は１８０ＮＬ／分とした。また、上述した製品ガス貯留タンクから取り出す製品ガスＧ２の流量（「２．ガス生成装置」における「（８）製品ガス送出ライン」の欄で述べた流量調節手段の設定流量）は、２０ＮＬ／分とした。さらに、吸着塔ＡＴ１，ＡＴ２，ＡＴ３の吸着・均圧切替圧力は０．６８ＭＰａとし、切替時間は１６秒とした。
【００６４】
以上の条件でガス生成装置を運転し、第一工程から第六工程までが定常的に繰り返されるようになった後、製品ガス貯留タンクの内部圧力、製品ガス貯留タンクから取り出される製品ガスＧ２の取出圧力、製品ガスＧ２の酸素濃度、及び酸素回収率をそれぞれ測定したところ、下記表３に示す結果が得られた。
【表３】
0005554649.tif 000004
【００６５】
上記表３を見ると、製品ガス貯留タンクの内部圧力は、０．６４〜０．６８ＭＰａと、非常に高いレベルで変化していることが分かる。また、製品ガスＧ２の取出圧力は、０．６２ＭＰａであり、非常に高い値を示していることも分かる。この０．６２ＭＰａという数値は、吸着・均圧切替圧力である０．６８ＭＰａの約９１％である。同条件下の従来のガス生成方法においては、製品ガスＧ２の取出圧力が吸着・均圧切替圧力の４０〜７０％程度である。これらのことを考慮すると、本発明のガス生成方法は、製品ガスＧ２の取出圧力を高く維持することについて、非常に有利であることが分かる。
【００６６】
また、上記表３を見ると、製品ガスＧ２の酸素濃度も９５．１％と非常に高くなっていることも分かる。さらに、酸素回収率も５０．３％と高い値を示していることも分かる。同条件下の従来のガス生成方法では、製品ガスＧ２の酸素濃度を９５％程度まで高めようとすると、酸素回収率が３０〜４０％になっていた。これらのことを考慮すると、本発明のガス生成方法は、製品ガスＧ２の酸素濃度を高めることや、酸素回収率を高めることについても、非常に有利であることも分かる。
【符号の説明】
【００６７】
ＡＴ１  吸着塔
ＡＴ２  吸着塔
ＡＴ３  吸着塔
ＡＴα  吸着工程にある吸着塔
ＡＴβ  再生工程にある吸着塔
ＡＴγ  昇圧工程にある吸着塔
ＰＴ    パージガス貯留タンク
Ｖ１０  原料ガス供給弁
Ｖ１１  下部均圧弁
Ｖ１２  排気弁
Ｖ１３  製品ガス送出弁
Ｖ１４  上部均圧弁
Ｖ１５  パージ弁
Ｖ２０  原料ガス供給弁
Ｖ２１  下部均圧弁
Ｖ２２  排気弁
Ｖ２３  製品ガス送出弁
Ｖ２４  上部均圧弁
Ｖ２５  パージ弁
Ｖ３０  原料ガス供給弁
Ｖ３１  下部均圧弁
Ｖ３２  排気弁
Ｖ３３  製品ガス送出弁
Ｖ３４  上部均圧弁
Ｖ３５  パージ弁
Ｖ４０  昇圧ガス供給弁
Ｌ１  原料ガス供給ライン（原料ガス供給用導管）
Ｌ２  下部均圧ガス移送ライン（下部均圧ガス移送用導管）
Ｌ３  製品ガス送出ライン（製品ガス送出用導管）
Ｌ４  上部均圧ガス移送ライン（上部均圧ガス移送用導管）
Ｌ５  パージガス移送ライン（パージガス移送用導管）
Ｓ１  消音器
Ｓ２  消音器
Ｓ３  消音器
Ｇ１  原料ガス
Ｇ２  製品ガス
Ｇ３  下部均圧ガス
Ｇ４  上部均圧ガス
Ｇ５  昇圧ガス
Ｇ６  パージガス
Ｇ７  排出ガス
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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