(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸着剤を充填した第１吸着槽および第２吸着槽と、前記第１および第２吸着槽で分離された製品ガスを貯蔵する製品槽と、原料空気を前記第１吸着槽および第２吸着槽へ導入する流路を各々開閉する第１および第２吸着バルブと、前記第１および第２吸着槽からの排気用流路を各々開閉する第１および第２排気バルブと、前記第１および第２吸着槽の間を連通させる均圧用流路を開閉する均圧バルブと、前記第１および第２吸着槽の間を流量調節弁を介して連通させた還流用流路と、前記第１および第２吸着槽と前記製品槽との間の流路を各々開閉する第１および第２出口バルブと、前記各バルブの開閉を制御するバルブ駆動信号を供給する制御装置と、前記原料空気、前記第１、第２吸着槽内、および前記製品槽内の圧力をそれぞれ検出して、その圧力値を前記制御装置に入力する圧力検出器とを備え、
圧縮された原料空気を供給して高圧下で前記吸着剤による吸着を行う吸着動作と、圧力を低下させて前記吸着剤に吸着したガスを脱着させる脱着動作を、前記各バルブを切り替えることにより、前記第１および第２吸着槽において交互に行って、窒素または酸素ガスを取り出す運転を連続的に行うように構成された圧力スイング吸着式ガス発生装置において、
前記製品ガスの純度を検出する製品ガス純度検出器を更に備え、
前記制御装置は、前記各圧力値と前記各バルブ駆動信号を用いて、
前記第１吸着槽において吸着動作を行い前記第２吸着槽において脱着動作を行う工程をＡ工程、前記第２吸着槽において吸着動作を行い前記第１吸着槽において脱着動作を行う工程をＢ工程、前記均圧バルブを開放して前記両吸着槽の圧力を均等にする工程を均圧工程とし、原料空気圧力をＰ０、第１吸着槽圧力をＰ１、第２吸着槽圧力をＰ２、製品槽圧力をＰ３とするとき、
前記Ａ工程が終了して前記均圧工程に切り替わる時点で、圧力差Ｐ０−Ｐ１、圧力Ｐ２、及び圧力差Ｐ０−Ｐ３について、各々所定の基準値との関係を検出し、
前記均圧工程が終了して前記Ａ工程または前記Ｂ工程に切り替わる時点で、圧力差Ｐ１−Ｐ２、圧力Ｐ１、及びＰ２について、各々所定の基準値との関係を検出し、
前記Ｂ工程が終了して前記均圧工程に切り替わる時点で、圧力差Ｐ０−Ｐ２、圧力Ｐ１、及び圧力差Ｐ０−Ｐ３について、各々所定の基準値との関係を検出し、
前記製品ガス純度検出器の検出値がその基準値に対して異常を示したとき、前記各検出結果の組合わせに基づいて、前記異常の原因を検出するように構成された圧力スイング吸着式ガス発生装置。
【請求項２】
装置の設定内容を含む情報を表示するディスプレイを更に備え、
前記異常を検出したとき、警報が前記ディスプレイに表示される請求項１に記載の圧力スイング吸着式ガス発生装置。
【請求項３】
前記制御装置は、動作の異常を検出したときさらに故障原因を探索して、検出された故障原因を前記ディスプレイに表示するように構成された請求項２に記載の圧力スイング吸着式ガス発生装置。
【請求項４】
前記第１、第２吸着槽、前記製品槽、前記各バルブ、それらを接続する配管、および前記各圧力検出器を含む装置の配置構成、および前記各要素の動作状態を、前記ディスプレイにグラフィック表示する動作状態表示手段を更に備えた請求項２または３に記載の圧力スイング吸着式ガス発生装置。
【請求項５】
前記動作状態表示手段によりグラフィック表示された前記ディスプレイ上に、前記故障原因の探索により検出された動作不良箇所を明示するように構成された請求項４に記載の圧力スイング吸着式ガス発生装置。
【請求項６】
前記制御装置は、ガス発生装置の動作の異常を検出する際に、装置の動作がいずれの工程にあるのかを検出するために、前記バルブ駆動信号の組合せに基づく論理を用いることを特徴とする請求項１に記載の圧力スイング吸着式ガス発生装置。
【請求項７】
前記製品槽から流出する製品ガスの流量を検出する製品ガス流量検出器を更に備え、前記製品ガス流量検出器または前記製品ガス純度検出器の検出値が、それらの基準値に対して異常を示したとき、前記制御装置による異常検出の動作を開始するように構成された請求項１に記載の圧力スイング吸着式ガス発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力スイング吸着法により窒素または酸素ガスを発生させるための、圧力スイング吸着式ガス発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
窒素または酸素ガスを製造するための非低温技術の１つとして、ＰＳＡ（圧力スイング吸着）が知られている。ＰＳＡ法によれば、例えば、空気を原料とし、吸着剤により原料空気の酸素を吸着することにより、窒素を分離して高純度の窒素ガスを得ることができる。なお、ＰＳＡの技術は、厳密な意味でのＰＳＡプロセスだけでなく、ＶＳＡ（真空スイング吸着）のような同様のプロセスも含む意味で用いられる。
【０００３】
ＰＳＡプロセスにおいては、高圧における吸着量が低圧における吸着量よりも大きいことを利用する。すなわち、高圧において酸素を吸着させた吸着剤を、低圧下において酸素を脱着させる、という吸脱着の繰り返しにより、吸着剤の吸着能力を回復させながら、連続運転を行う。従って、ＰＳＡの工程においては、吸着剤を充填した吸着槽を２つ使用し、一方の吸着槽において高圧下での吸着工程が行われている間に、他方の吸着槽において低圧下での脱着工程を行う。
【０００４】
このように、吸着槽を２つ用いて交互に吸脱着工程を行うためには、原料空気の導入口から吸着槽を経て製品槽に至るガスの流路を、工程の状態に応じて切り換えることが行われる。すなわち、吸着工程を行う吸着槽への原料空気の導入、製品ガスの導出、あるいは脱着工程を行う吸着槽からの排気等が適切に行われるように、多数のバルブを適時切り換えることが必要である。
【０００５】
ガス発生装置から供給される製品ガスの純度は、所定値以上に保たれなければならない。もしも、製品ガスの純度が所定値よりも低下した場合には、それが使用される製造工程等に深刻な影響を及ぼすおそれがある。従って従来のガス発生装置には、製品ガスの純度に異常が発生したことを迅速に検知すべく、製品ガスの出口に、製品ガス流量、および製品ガスの濃度を検出する装置が設置されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のガス発生装置では、製品ガスの出口におけるガス流量、およびガスの濃度を検出することにより異常の発生を検知することはできても、故障原因の探索には、熟練した技術者による点検が必要であった。すなわち動作異常の原因について探索するためには、装置の各箇所における圧力、および多数のバルブの動作状態等を調べ、それらの状態を総合的に組み合わせた判断が必要である。従って、故障の発生から故障原因の特定までに長時間を要し、実用上の問題点として改善が望まれていた。また、製品ガス流量、および製品ガスの濃度だけでは、異常検出の基礎としては不十分であった。
【０００７】
本発明は、動作異常の検出、あるいは故障原因の探索を迅速、的確に行うことを可能とする圧力スイング吸着式ガス発生装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の圧力スイング吸着式ガス発生装置は、吸着剤を充填した第１吸着槽および第２吸着槽と、前記第１および第２吸着槽で分離された製品ガスを貯蔵する製品槽と、原料空気を前記第１吸着槽および第２吸着槽へ導入する流路を各々開閉する第１および第２吸着バルブと、前記第１および第２吸着槽からの排気用流路を各々開閉する第１および第２排気バルブと、前記第１および第２吸着槽の間を連通させる均圧用流路を開閉する均圧バルブと、前記第１および第２吸着槽の間を流量調節弁を介して連通させた還流用流路と、前記第１および第２吸着槽と前記製品槽との間の流路を各々開閉する第１および第２出口バルブと、前記各バルブの開閉を制御するバルブ駆動信号を供給する制御装置と、前記原料空気、前記第１、第２吸着槽内、および前記製品槽内の圧力をそれぞれ検出して、その圧力値を前記制御装置に入力する圧力検出器とを備える。
【０００９】
上記の各要素により、圧縮された原料空気を供給して高圧下で前記吸着剤による吸着を行う吸着動作と、圧力を低下させて前記吸着剤に吸着したガスを脱着させる脱着動作を、前記各バルブを切り替えることにより、前記第１および第２吸着槽において交互に行って、窒素または酸素ガスを取り出す運転を連続的に行うように構成される。
【００１０】
上記課題を解決するために、前記製品ガスの純度を検出する製品ガス純度検出器を更に備え、前記制御装置は、前記各圧力値と前記各バルブ駆動信号を用いて、前記第１吸着槽において吸着動作を行い前記第２吸着槽において脱着動作を行う工程をＡ工程、前記第２吸着槽において吸着動作を行い前記第１吸着槽において脱着動作を行う工程をＢ工程、前記均圧バルブを開放して前記両吸着槽の圧力を均等にする工程を均圧工程とし、原料空気圧力をＰ０、第１吸着槽圧力をＰ１、第２吸着槽圧力をＰ２、製品槽圧力をＰ３とするとき、前記Ａ工程が終了して前記均圧工程に切り替わる時点で、圧力差Ｐ０−Ｐ１、圧力Ｐ２、及び圧力差Ｐ０−Ｐ３について、各々所定の基準値との関係を検出し、前記均圧工程が終了して前記Ａ工程または前記Ｂ工程に切り替わる時点で、圧力差Ｐ１−Ｐ２、圧力Ｐ１、及びＰ２について、各々所定の基準値との関係を検出し、前記Ｂ工程が終了して前記均圧工程に切り替わる時点で、圧力差Ｐ０−Ｐ２、圧力Ｐ１、及び圧力差Ｐ０−Ｐ３について、各々所定の基準値との関係を検出し、前記製品ガス純度検出器の検出値がその基準値に対して異常を示したとき、前記各検出結果の組合わせに基づいて、前記異常の原因を検出するように構成される。
【００１１】
この構成の装置によれば、各要素における圧力値と、各バルブの開閉状態を示すバルブ駆動信号を用いることにより、装置の状態を的確に把握することができ、異常を迅速に検出することが可能となる。
【００１２】
上記構成において好ましくは、装置の設定内容を含む情報を表示するディスプレイを更に備え、前記異常を検出したとき、警報が前記ディスプレイに表示される構成とする。それにより、熟練した技術者でなくとも、装置の異常を容易に知ることができ、迅速な対処が可能となる。
【００１３】
また上記構成において好ましくは、前記制御装置が、動作の異常を検出したときさらに故障原因を探索して、検出された故障原因を前記ディスプレイに表示するように構成する。それにより、故障箇所の特定を一層迅速に行うことが可能となる。また、装置から距離を隔てた場所において、遠隔監視により故障に対処することが容易になる。
【００１４】
また上記構成において好ましくは、前記第１、第２吸着槽、前記製品槽、前記各バルブ、それらを接続する配管、および前記各圧力検出器を含む装置の配置構成、および前記各要素の動作状態を、前記ディスプレイにグラフィック表示する動作状態表示手段を更に備える。それにより、非熟練者による装置の運転管理を容易にすることができる。
【００１５】
この構成において好ましくは、前記動作状態表示手段によりグラフィック表示された前記ディスプレイ上に、前記故障原因の探索により検出された動作不良箇所を明示するように構成する。
【００１６】
上記の基本的な構成において、好ましくは、前記制御装置が、ガス発生装置の動作の異常を検出する際に、装置の動作がいずれの工程にあるのかを検出するために、前記バルブ駆動信号の組合せに基づく論理を用いる構成とする。
【００１７】
以上の構成において好ましくは、前記製品槽から流出する製品ガスの流量を検出する製品ガス流量検出器を更に備え、前記製品ガス流量検出器または前記製品ガス純度検出器の検出値が、それらの基準値に対して異常を示したとき、前記制御装置による異常検出の動作を開始するように構成する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の圧力スイング吸着式ガス発生装置の一実施形態における、ＰＳＡ法を用いた窒素ガス発生装置について説明する。なお、ＰＳＡ法を用いた酸素ガス発生装置も同様に構成することができる。
【００１９】
（窒素ガス発生装置の構成）
図１は、本発明の一実施の形態における窒素ガス発生装置の構成を示す概要図である。図２および図３は、同窒素ガス発生装置について、それぞれ異なる工程における動作を示す。この装置は、酸素吸着剤を充填した第１吸着槽１と第２吸着槽２、および製造された窒素ガスが供給される製品槽３を備える。図１は、第１吸着槽１が吸着工程で、第２吸着槽２が脱着工程にある状態を示す。図２は均圧工程を示す。図３は、第１吸着槽１が脱着工程で、第２吸着槽２が吸着工程にある状態を示す。各槽等を結ぶ線は配管であり、ガスが流れている状態が太線で示される。
【００２０】
各図において、４は原料空気入口であり、ここから導入された原料空気は、エアフィルタ５を経由して第１吸着バルブ（ＳＶ１）および第２吸着バルブ（ＳＶ２）に導かれる。第１吸着バルブ（ＳＶ１）は配管６により第１吸着槽１と、第２吸着バルブ（ＳＶ２）は配管７により第２吸着槽２と接続されている。配管６と配管７で示される流路は、各々第１排気バルブ（ＳＶ３）および第２排気バルブ（ＳＶ４）を介して排気口８に接続されている。第１吸着槽１と第２吸着槽２は、上下に設けた２つの均圧バルブ（ＳＶ５）を介して連通可能となっている。
【００２１】
第１吸着槽１から導出される３本の配管のうち１本は、第１出口バルブ（ＳＶ６）を介して製品槽３に接続されている。第２吸着槽２から導出される３本の配管のうち１本は、第２出口バルブ（ＳＶ７）を介して製品槽３に接続されている。第１吸着槽１と第２吸着槽２は、流量調節弁９を介して相互に接続されている。製品槽３は、窒素ガス出口１０に接続され、ここから窒素ガスが取り出される。
【００２２】
エアフィルタ５の下流には、原料空気圧検出器１１が設置されている。第１吸着槽１および第２吸着槽２にはそれぞれ、第１吸着槽圧力検出器１２、第２吸着槽圧力検出器１３が設置されている。製品槽３には、製品槽圧力検出器１４が設置されている。製品槽３から窒素ガス出口１０に至る流路には、窒素ガス流量検出器１５と含有酸素濃度検出器１６が設置されている。
【００２３】
図示していないが、各検出器の出力は、制御装置（図示せず）に入力される。また、各バルブの開閉動作は、制御装置から供給されるバルブ駆動信号により制御される。制御装置は、各種設定値、バルブ駆動制御、および各検出器の出力に基づく運転制御等を、ＣＰＵの通常の動作により行うものであり、電気的な配線については、図示を省略する。
【００２４】
各図において、バルブに施したハッチングは開放状態を示し、ハッチングが施されていないバルブは閉鎖状態にある。また、各吸着槽１、２および製品槽３に施されたハッチングは、窒素ガスが存在する状態を示す。
【００２５】
（吸脱着工程における動作）
上記構成の窒素ガス発生装置の動作について、図１〜図３とともに、図４に示される圧力分布および動作タイミングを参照して説明する。
【００２６】
図４において、Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３で示されるカーブはそれぞれ、原料空気圧検出器１９、第１吸着槽圧力検出器２０、第２吸着槽圧力検出器２１、製品槽圧力検出器２２から得られる圧力値を示す。ＳＶ１、ＳＶ２、ＳＶ３、ＳＶ４、ＳＶ５、ＳＶ６、ＳＶ７はそれぞれ、対応するバルブを開閉させるためのバルブ駆動信号を示す。ハッチングが施されている領域では、バルブ駆動信号により各バルブが開放された状態であり、他の領域では各バルブが閉鎖された状態である。チャートの横軸は時間を示し、時間軸の方向にＡ〜Ｃで示す工程が行われる。Ａ〜Ｃの符号の上部に記載された時間は、各工程の継続時間である。
【００２７】
図４における工程Ａは、図１に示される工程であり、第１吸着槽１では吸着工程が、第２吸着槽２では脱着工程が行われる。
【００２８】
この工程Ａでは、第１吸着バルブ（ＳＶ１）、第２排気バルブ（ＳＶ４）、第１出口バルブ（ＳＶ６）に供給されるバルブ駆動信号は開放信号であり、他のバルブには閉鎖信号が供給される。第１吸着槽１では、加圧原料空気が第１吸着槽１の底部に導入されて吸着工程が行われる。原料空気圧力Ｐ０の上昇とともに第１吸着槽圧力Ｐ１も上昇する。それに伴い、酸素吸着剤により原料空気から酸素が吸着され、槽上部から窒素ガスが流出して出口バルブ（ＳＶ６）を通って製品槽３に導入される。これに伴い、製品槽圧力Ｐ３が上昇する。
【００２９】
第２吸着槽２は第２排気バルブ（ＳＶ４）を通して減圧され、第２吸着槽圧力Ｐ２が急激に下降する。このとき、流量調節弁９を通して、第１吸着槽１の頂部から取り出される環流窒素が、第２吸着槽２の頂部に導入される。これらの動作により、酸素吸着剤から酸素が脱着排気される。
【００３０】
工程Ｃは、図２に示される均圧工程である。この工程では、均圧バルブ（ＳＶ５）が開放され、他のバルブは閉鎖される。従って、原料空気圧力Ｐ０は、原料空気入口４から供給される圧力まで上昇する。第１吸着槽圧力Ｐ１は下降し、第２吸着槽圧力Ｐ２は上昇して、両吸着槽の圧力が均等になる。この均圧工程は、吸着工程から脱着工程に移る際に、加圧ガスを大気中に放出することによるエネルギ損失を低減するために行う。すなわち、脱着工程に移る槽の圧力を吸着工程に移る槽に供給して、約半分の加圧エネルギを回収する。
【００３１】
工程Ｂは、図３に示される工程であり、第１吸着槽１では脱着工程が、第２吸着槽２では吸着工程が行われる。このときの動作は、工程Ａにおける動作と対称であり、第１吸着槽１と第２吸着槽２における動作が工程Ａとは逆になる。すなわち、工程Ｂでは、第２吸着バルブ（ＳＶ２）、第１排気バルブ（ＳＶ３）、第２出口バルブ（ＳＶ７）に開放信号が供給され、他のバルブには閉鎖信号が供給され、工程Ａと同様の動作が行われるので、具体的な説明は省略する。
【００３２】
以上のように、吸着工程と脱着工程が、均圧工程を挟んで、第１吸着槽１と第２吸着槽２で交互に行われ、連続して窒素ガスが発生される。なお、吸着工程を続けると、吸着されない酸素が槽頂部より流出して、窒素の濃度が低下する破過状態となる。従って、この現象が現れる前に吸着槽が切り替わるように、工程Ａあるいは工程Ｂの継続時間が設定される。
【００３３】
次に、上記のように装置の運転が行われている間に、異常が発生したことを検知し、故障原因を探索する動作について説明する。異常検出および故障原因探索の動作は、図４に示した圧力値、Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、およびバルブ駆動信号ＳＶ１、ＳＶ２、ＳＶ３、ＳＶ４、ＳＶ５、ＳＶ６、ＳＶ７、図１に示される窒素ガス流量検出器１５の出力である窒素ガス流量値、および酸素濃度検出器１６の出力である含有酸素濃度値を、制御装置において処理することにより行われる。動作のフローが図５〜図９に示される。
【００３４】
（異常検出の動作）
図５は、図４における工程Ａのときに行われる異常検出の動作を示す。制御装置には、圧力値、Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３がそれぞれＡ／Ｄ変換されて入力される（ステップＳ１００）。まず、均圧工程に至っているか否かが判断される（Ｓ１０１）。均圧工程に至っていなければ、ステップＳ１００に戻る。均圧工程に至っていれば、ステップＳ１０２に進む。つまり、工程Ａが終了して均圧工程に切り替わる時点で、ステップＳ１０２が行われる。
【００３５】
ここで、どの工程にあるかについての検出は、バルブ駆動信号ＳＶ１、ＳＶ２、ＳＶ３、ＳＶ４、ＳＶ５、ＳＶ６、ＳＶ７を、図４に示す開閉状態の組合せと照合することにより行われる。なお、運転開始からの時間の経過を参照して工程位置の検出を行うこともできる。バルブ駆動信号と経過時間を組合せて用いることにより、工程位置の検出をより確実にすることもできる。
【００３６】
ステップＳ１０２では、圧力差Ｐ０−Ｐ１が吸着許容値未満であるか否かが判断される。圧力差Ｐ０−Ｐ１が吸着許容値を超えていることは、Ｐ１が吸着圧力の下限値に達していないことを意味する。従ってそのときは、異常検出フラグ１に吸着１低下をセットする（Ｓ１０３）。Ｐ０−Ｐ１が吸着許容値未満にあれば、ステップＳ１０４に進む。
【００３７】
ステップＳ１０４では、圧力Ｐ２が脱着許容値未満であるか否かが判断される。Ｐ２が脱着許容値を超えていれば、異常検出フラグ１に脱着１高をセットする（Ｓ１０５）。Ｐ２が脱着許容値未満にあれば、ステップＳ１０６に進む。
【００３８】
ステップＳ１０６では、圧力差Ｐ０−Ｐ３が吐出圧低基準値未満であるか否かが判断される。Ｐ０−Ｐ３が吐出圧低基準値を超えていることは、Ｐ３が吐出圧力の下限値に達していないことを意味する。従ってそのときは、異常検出フラグ１に吐出１低下をセットする（Ｓ１０７）。Ｐ０−Ｐ３が吐出圧低基準値未満であり、従ってＰ３が吐出圧力の下限値を超えていれば、ステップＳ１０８に進む。
【００３９】
ステップＳ１０８では、Ｐ０−Ｐ３が吐出圧高基準値を超えているか否かが判断される。Ｐ０−Ｐ３が吐出圧高基準値に達しないことは、Ｐ３が吐出圧力の上限値を超えていることを意味する。従ってこのときは、異常検出フラグ１に吐出１高をセットする（Ｓ１０９）。Ｐ０−Ｐ３が吐出圧高基準値を超え、従ってＰ３が吐出圧力の上限値より低ければ、ステップＳ１１０に進み、均圧工程に入る。
【００４０】
次に、工程Ｃの均圧工程における異常検出の動作について、図６を参照して説明する。制御装置には、圧力値、Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３がそれぞれＡ／Ｄ変換されて入力される（ステップＳ２００）。次に、均圧工程が終了したか否かが判断される（Ｓ２０１）。この判断は、図５の場合と同様に、バルブ駆動信号ＳＶ１、ＳＶ２、ＳＶ３、ＳＶ４、ＳＶ５、ＳＶ６、ＳＶ７の組合せに基づいて行われる。
【００４１】
均圧工程が終了していなければ、ステップＳ２００に戻る。均圧工程が終了していれば、ステップＳ２０２に進む。つまり、均圧工程が終了して次の工程に切り替わる時点で、ステップＳ２０２が行われる。ステップＳ２０２では、圧力差Ｐ１−Ｐ２が均圧許容値未満であるか否かが判断される。ここで、Ｐ１とＰ２はほぼ同程度であることを要し、従って、均圧許容値は、極めて小さな値に設定される。Ｐ１−Ｐ２が均圧許容値を超えていれば、異常検出フラグ２に均圧異常をセットする（Ｓ２０３）。Ｐ１−Ｐ２が、均圧許容値未満であれば、ステップＳ２０４に進む。
【００４２】
ステップＳ２０４では、Ｐ１およびＰ２がそれぞれ、均圧最小基準値を超えているか否かが判断される。均圧最小基準値は通常、０．３ＭＰａ程度に設定される。Ｐ１またはＰ２が均圧最小基準値未満であれば、異常検出フラグ２に均圧低下をセットする（Ｓ２０５）。Ｐ１およびＰ２が均圧最小基準値を超えていれば、ステップＳ２０６に進む。
【００４３】
ステップＳ２０６では、Ｐ１およびＰ２がそれぞれ、均圧最大基準値未満であるか否かが判断される。均圧最大基準値は通常、０．５ＭＰａ程度に設定される。Ｐ１またはＰ２が均圧最大基準値を超えていれば、異常検出フラグ２に均圧高をセットする（Ｓ２０７）。Ｐ１およびＰ２が均圧最大基準値未満であれば、ステップＳ２０８に進み次の工程に入る。
【００４４】
次に、工程Ｂの工程における異常検出の動作について、図７を参照して説明する。工程Ｂにおける異常検出は、工程Ａにおける、Ｐ１とＰ２、ＳＶ１、ＳＶ２、ＳＶ３、ＳＶ４、ＳＶ６、ＳＶ７が図４に示すとおりに入れ替わった状態における動作である。制御装置には、圧力値、Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３がそれぞれＡ／Ｄ変換されて入力される（ステップＳ３００）、まず、均圧工程に至っているか否かが判断される（Ｓ３０１）。
【００４５】
均圧工程に至っていなければ、ステップＳ３００に戻る。均圧工程に至っていれば、ステップＳ３０２に進む。つまり、工程Ｂが終了して均圧工程に切り替わる時点で、ステップＳ３０２が行われる。ステップＳ３０２では、圧力差Ｐ０−Ｐ２が吸着許容値未満であるか否かが判断される。圧力差Ｐ０−Ｐ２が吸着許容値を超えていることは、Ｐ２が吸着圧力の下限値に達していないことを意味する。従ってそのときは、異常検出フラグ３に吸着２低下をセットする（Ｓ３０３）。Ｐ０−Ｐ２が吸着許容値未満にあれば、ステップＳ３０４に進む。
【００４６】
ステップＳ３０４では、圧力Ｐ１が脱着許容値未満であるか否かが判断される。Ｐ１が脱着許容値を超えていれば、異常検出フラグ３に脱着２高をセットする（Ｓ３０５）。Ｐ１が脱着許容値未満にあれば、ステップＳ３０６に進む。
【００４７】
ステップＳ３０６では、圧力差Ｐ０−Ｐ３が吐出圧低基準値未満であるか否かが判断される。Ｐ０−Ｐ３が吐出圧低基準値を超えていることは、Ｐ３が吐出圧力の下限値に達していないことを意味する。従ってそのときは、異常検出フラグ３に吐出２低下をセットする（Ｓ３０７）。Ｐ０−Ｐ３が吐出圧低基準値未満であり、従ってＰ３が吐出圧力の下限値を超えていれば、ステップＳ３０８に進む。
【００４８】
ステップＳ３０８では、Ｐ０−Ｐ３が吐出圧高基準値を超えているか否かが判断される。Ｐ０−Ｐ３が吐出圧高基準値に達しないことは、Ｐ３が吐出圧力の上限値を超えていることを意味する。従ってこのときは、異常検出フラグ３に吐出２高をセットする（Ｓ３０９）。Ｐ０−Ｐ３が吐出圧高基準値を超え、従ってＰ３が吐出圧力の上限値より低ければ、ステップＳ３１０に進み、均圧工程に入る。
【００４９】
以上の各工程における異常検出の結果により、警報を発するようにすることもできるが、後述する含有酸素濃度および窒素ガス流量の検出値に基づく異常検出の結果と組み合わせて警報を発するようにしてもよい。
【００５０】
（故障原因探索の動作）
次に、故障原因を探索する動作について説明する。探索動作は、図８に示すフローにより行われる。まず、含有酸素濃度を規定値と比較する（Ｓ４００）。含有酸素濃度が既定値を超えていなければ、ステップＳ４０１に進む。含有酸素濃度が既定値を超えていれば、故障原因探索のためのステップＳ４０２に進む。
【００５１】
ステップＳ４０１では、窒素ガス流量を規定値と比較する。規定値未満であれば、異常なしと判断し、故障原因探索を終了する。窒素ガス流量が規定値を超えていれば、故障原因探索のためのステップＳ４０２に進む。
【００５２】
なお、このフローでは、初めに含有酸素濃度を規定値と比較するステップＳ４００、および窒素ガス流量を規定値と比較するステップＳ４０１を行い、異常が検出されたときに、装置の故障原因探索の動作に進むように構成されているが、必ずしもこれを前提とする必要はない。つまり、使用の実状に応じて、含有酸素濃度および窒素ガス流量の異常を検出することなしに、常に、故障原因探索のためのステップＳ４０２を行うように構成してもよい。
【００５３】
ステップＳ４０２では、異常検出フラグ１が異常検出を示していれば、結合子ａから図９に示す工程Ａ探索フローに進む。異常検出フラグ１が異常検出を示していなければ、ステップＳ４０３に進む。ステップＳ４０３では、異常検出フラグ２が異常検出を示していれば、結合子ｂから図１０に示す工程Ｃ探索フローに進む。異常検出フラグ２が異常検出を示していなければ、ステップＳ４０４に進む。ステップＳ４０４では、異常検出フラグ３が異常検出を示していれば、結合子ｃから図１１に示す工程Ｂ探索フローに進む。異常検出フラグ３が異常検出を示していなければ、故障原因探索を終了する。
【００５４】
図９に示す工程Ａ探索フローでの動作は以下のとおりである。まず、異常検出フラグ１に吸着１低下がセットされていれば（Ｓ５００）、ステップＳ５０１に進み、異常検出フラグ３の吸着２低下の有無を調べる。吸着２低下がセットされていれば、均圧バルブＳＶ５の動作不良と判断し（Ｓ５０２）、故障原因探索を終了する。吸着２低下がセットされていなければ、ステップＳ５０３に進み、異常検出フラグ２の均圧低下の有無を調べる。均圧低下がセットされていれば、第１排気バルブＳＶ３の動作不良と判断し（Ｓ５０４）、故障原因探索を終了する。均圧低下がセットされていなければ、システム異常と判断し（Ｓ５０５）、故障原因探索を終了する。ステップＳ５００において、吸着１低下が検出されなければ、ステップＳ５０６に進み、脱着１高の有無を調べる。
【００５５】
脱着１高がセットされていれば（Ｓ５０６）、第２排気バルブＳＶ４の動作不良と判断し（Ｓ５０７）、故障原因探索を終了する。脱着１高がセットされていなければ、ステップＳ５０８に進み、吐出１低下のセットの有無を調べる。吐出１低下がセットされていれば、ステップＳ５０９に進み、吐出２低下の有無を調べる。吐出２低下がセットされていれば、システム異常と判断し（Ｓ５１０）、故障原因探索を終了する。吐出２低下がセットされていなければ、第１出口バルブＳＶ６の異常と判断し（Ｓ５１１）、故障原因探索を終了する。ステップＳ５０８において、吐出１低下が検出されなければ、ステップＳ５１２に進み、吐出１高のセットの有無を調べる。吐出１高がセットされていれば、ステップＳ５１３に進み、窒素ガス流量を調べる。窒素ガス流量がゼロより大であれば、システム異常と判断し（Ｓ５１４）、故障原因探索を終了する。窒素ガス流量がゼロであれば、故障原因探索を終了する。ステップＳ５１２において、吐出１高が検出されなければ、故障原因探索を終了する。
【００５６】
以上の説明において、「システム異常」とは、上記構成による各圧力検出器出力、および各バルブ駆動信号に基づく探索では、究明不能な原因による故障を意味する。また、故障の原因が不明のまま動作を終了している場合は、現時点では原因の究明ができないが、放置しておいても問題ないことを意味する。つまり、異常が重大な要因に起因するものではなく、時間の経過とともに現象が顕著になることにより、原因が判明する可能性が大きい場合である。
【００５７】
次に、図８のステップＳ４０３において結合子ｂから進む、図１０に示す工程Ｃ探索フローにおける動作は以下のとおりである。
【００５８】
異常検出フラグ２が均圧異常を示していれば（Ｓ６００）、ステップＳ６０１に進み、吸着１低下の有無を調べる。吸着１低下が示されていれば、第１吸着バルブＳＶ１の不良と判断し（Ｓ６０２）、故障原因探索を終了する。吸着１低下がなければ、吸着２低下の有無を調べる（Ｓ６０３）。吸着２低下があれば、第２吸着バルブＳＶ２の不良と判断し（Ｓ６０４）、故障原因探索を終了する。吸着２低下がなければ、均圧バルブＳＶ５の不良と判断し（Ｓ６０５）、故障原因探索を終了する。
【００５９】
ステップＳ６００において、均圧異常を検出しなけば、ステップＳ６０６に進み、均圧低下の有無を調べる。均圧低下があれば、ステップＳ６０７に進み、吸着１低下の有無を調べる。吸着１低下があれば、第１排気バルブＳＶ３の不良と判断し（Ｓ６０８）、故障原因探索を終了する。吸着１低下がなければ、吸着２低下の有無を調べる（Ｓ６０９）。吸着２低下があれば、第２排気バルブＳＶ４の不良と判断し（Ｓ６１０）、故障原因探索を終了する。吸着２低下がなければ、故障原因探索を終了する。
【００６０】
ステップＳ６０６において、均圧低下を検出しなけば、ステップＳ６１１に進み、均圧高の有無を調べる。均圧高が検出されれば、ステップＳ６１２に進み、吐出１低下の有無を調べる。吐出１低下が検出されれば、第１出口バルブＳＶ６の不良と判断し（Ｓ６１３）、故障原因探索を終了する。吐出１低下がなければ、吐出２低下の有無を調べる（Ｓ６１４）。吐出２低下があれば、第２出口バルブＳＶ７の不良と判断し（Ｓ６１５）、故障原因探索を終了する。吐出２低下がなければ、脱着１高の有無を調べる（Ｓ６１６）。脱着１高があれば、第２排気バルブＳＶ４の不良と判断し（Ｓ６１７）、故障原因探索を終了する。脱着１高がなければ、脱着２高の有無を調べる（Ｓ６１８）。脱着２高があれば、第１排気バルブＳＶ３の不良と判断し（Ｓ６１９）、故障原因探索を終了する。脱着２高がなければ、故障原因探索を終了する。
【００６１】
次に、図８のステップＳ４０４において結合子ｃから進む、図１１に示す工程Ｂ探索フローの動作は以下のとおりである。
【００６２】
異常検出フラグ３に吸着２低下が示されていれば（Ｓ７００）、ステップＳ７０１に進み、吸着１低下の有無を調べる。吸着１低下がセットされていれば、均圧バルブＳＶ５の動作不良と判断し（Ｓ７０２）、故障原因探索を終了する。吸着１低下がセットされていなければ、ステップＳ７０３に進み、均圧低下の有無を調べる。均圧低下がセットされていれば、第２排気バルブＳＶ４の動作不良と判断し（Ｓ７０４）、故障原因探索を終了する。均圧低下がセットされていなければ、システム異常と判断し（Ｓ７０５）、故障原因探索を終了する。ステップＳ７００において、吸着２低下が検出されなければ、ステップＳ７０６に進み、脱着２高の有無を調べる。
【００６３】
脱着２高がセットされていれば（Ｓ７０６）、第１排気バルブＳＶ３の動作不良と判断し（Ｓ７０７）、故障原因探索を終了する。脱着２高がセットされていなければ、ステップＳ７０８に進み、吐出２低下の有無を調べる。吐出２低下があれば、ステップＳ７０９に進み、吐出１低下の有無を調べる。吐出１低下がセットされていれば、システム異常と判断し（Ｓ７１０）、故障原因探索を終了する。吐出１低下がセットされていなければ、第２出口バルブＳＶ７の異常と判断し（Ｓ７１１）、故障原因探索を終了する。ステップＳ７０８において、吐出２低下が検出されなければ、ステップＳ７１２に進み、吐出２高の有無を調べる。吐出２高がセットされていれば、ステップＳ７１３に進み、吐出流量の有無を調べる。吐出流量がゼロより大であれば、システム異常と判断し（Ｓ７１４）、故障原因探索を終了する。吐出流量がゼロであれば、故障原因探索を終了する。ステップＳ７１２において、吐出２高が検出されなければ、故障原因探索を終了する。
【００６４】
以上のようにして、各工程における圧力値、Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３について基準値と比較し、バルブ駆動信号ＳＶ１、ＳＶ２、ＳＶ３、ＳＶ４、ＳＶ５、ＳＶ６、ＳＶ７を組合せて用いることにより、装置動作の異常検出、および故障原因の究明を自動的に行うことが可能となる。
【００６５】
なお、ＰＳＡ法を用いた酸素ガス発生装置の場合は、吸着槽に充填する吸着剤が異なること、酸素濃度検出器１６による濃度検出値の用い方が相違する等、若干の変更は必要であるが、上記と同様に構成することができる。
【００６６】
（グラフィック表示）
図１に示した構成の装置について、各要素の動作状態、つまり圧力値およびバルブ駆動信号の状態等を、ディスプレイを用いてグラフィック表示することも有用である。すなわち、図１〜３に示したように、各吸着槽、配管および各バルブの配置等、装置全体の構成をグラフィック表示する。さらに、制御装置に集まる各種情報信号を用い、各吸着槽や配管の動作状態、およびバルブ駆動信号の状態を画面に表示する動作状態表示装置を構成する。図面ではハッチングで動作状態を区別したが、動作状態に応じて色を変えれば、より判り易い。さらに、各検出器から出力される圧力値等を、対応させて表示する。
【００６７】
このようなグラフィック表示を用いることにより、ディスプレイ画面を監視して、表示される各要素の動作状態から、異常検出、および故障原因の究明を行うこともできる。その場合でも、装置全体の状況を即座に把握できるので、従来に比べて、はるかに迅速に対処することが可能である。
【００６８】
さらに、ディスプレイに他の表示内容、例えば装置の運転条件に関する設定値等も表示すれば、故障の診断を含む、運転の管理に有用である。
【００６９】
【発明の効果】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における窒素ガス発生装置の構成および一工程の状態を示す概要図
【図２】図１の装置における他の工程の状態を示す概要図
【図３】図１の装置における更に他の工程の状態を示す概要図
【図４】図１の装置における圧力分布および動作タイミングを示す図
【図５】図１の装置の一つの工程における異常検出の動作を示すフロー図
【図６】図１の装置の他の工程における異常検出の動作を示すフロー図
【図７】図１の装置の更に他の工程における異常検出の動作を示すフロー図
【図８】図１の装置における故障原因探索の動作の概要を示すフロー図
【図９】図８のフローにおける動作の一部の詳細を示すフロー図
【図１０】図８のフローにおける動作の一部の詳細を示すフロー図
【図１１】図８のフローにおける動作の一部の詳細を示すフロー図
【符号の説明】
１  第１吸着槽
２  第２吸着槽
３  製品槽
４  原料空気入口
５  エアフィルタ
６、７  配管
８  排気口
９  流量調節弁
１０  ガス出口
１１  原料空気圧検出器
１２  第１吸着槽圧力検出器
１３  第２吸着槽圧力検出器
１４  製品槽圧力検出器
１５  窒素ガス流量検出器
１６  酸素濃度検出器
ＳＶ１  第１吸着バルブ
ＳＶ２  第２吸着バルブ
ＳＶ３  第１排気バルブ
ＳＶ４  第２排気バルブ
ＳＶ５  均圧バルブ
ＳＶ６  第１出口バルブ
ＳＶ７  第２出口バルブ
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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