(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧手段から供給される加圧状態の混合ガスから吸着容易成分を吸着除去して吸着難成分を分離するための吸着剤が充填された２以上の吸着容器と、
混合ガスを吸着容器に導入して吸着容易成分を吸着剤に吸着させる吸着工程と、パージガスを吸着容器に導入して吸着剤に吸着された吸着容易成分を脱着して排気する排気工程とを、上記２以上の吸着容器において交番的に切り換えて運転するためのバルブシステムとを備え、
上記バルブシステムは、分離した製品ガスの流量減少に伴って、一方の吸着容器が吸着工程を続けている間に、他方の吸着容器において排気工程を終了し、当該他方の吸着容器内のガスを滞留させる滞留工程に切り換えるよう制御し、
上記バルブシステムは、一方の吸着容器から他方の吸着容器へのパージガスの導入を停止するとともに、他方の吸着容器からの排気ガスの排出を停止することにより、他方の吸着容器での排気工程を終了して滞留工程に切り換える
ことを特徴とする混合ガスの分離装置。
【請求項２】
上記バルブシステムは、分離した製品ガスの流量減少に伴って、吸着工程と排気工程を切り換える切り換え時間を延長するとともに、その延長時間中において、他方の吸着容器における排気工程を終了して滞留工程に切り換える請求項１記載の混合ガスの分離装置。
【請求項３】
上記吸着工程と排気工程を切り換える切り換え時間を延長するときの延長時間は、分離した製品ガスの流量に応じて決定する請求項２記載の混合ガスの分離装置。
【請求項４】
加圧手段から供給される加圧状態の混合ガスから吸着容易成分を吸着除去して吸着難成分を分離するための吸着剤が充填された２以上の吸着容器と、
混合ガスを吸着容器に導入して吸着容易成分を吸着剤に吸着させる吸着工程と、パージガスを吸着容器に導入して吸着剤に吸着された吸着容易成分を脱着して排気する排気工程とを、上記２以上の吸着容器において交番的に切り換えて運転するためのバルブシステムとを準備し、
上記バルブシステムは、分離した製品ガスの流量減少に伴って、一方の吸着容器が吸着工程を続けている間に、他方の吸着容器において排気工程を終了し、当該他方の吸着容器内のガスを滞留させる滞留工程に切り換えるよう制御し、
上記バルブシステムは、一方の吸着容器から他方の吸着容器へのパージガスの導入を停止するとともに、他方の吸着容器からの排気ガスの排出を停止することにより、他方の吸着容器での排気工程を終了して滞留工程に切り換える
ことを特徴とする混合ガスの分離方法。
【請求項５】
上記バルブシステムは、分離した製品ガスの流量減少に伴って、吸着工程と排気工程を切り換える切り換え時間を延長するとともに、その延長時間中において、他方の吸着容器における排気工程を終了して滞留工程に切り換える請求項４記載の混合ガスの分離方法。
【請求項６】
上記吸着工程と排気工程を切り換える切り換え時間を延長するときの延長時間は、分離した製品ガスの流量に応じて決定する請求項５記載の混合ガスの分離方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気に代表される混合ガスを分離して窒素ガスまたは酸素ガスを発生させる混合ガスの分離装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
空気に代表される混合ガスから窒素ガス等の目的とするガスを分離する手段として、圧力変動吸着方式（ＰＳＡ：Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｗｉｎｇ  Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）の分離方法がある。
【０００３】
ＰＳＡ法を利用したＰＳＡ式窒素ガス発生装置は、吸着剤を充填した吸着塔に加圧した空気を供給して、空気中の酸素分子を吸着剤に吸着させ、吸着されなかった窒素ガスを分離して窒素ガスを得ることが出来る。
【０００４】
このようなＰＳＡ式窒素ガス発生装置では、一般に、吸着塔を少なくとも２つ準備して約１〜２分程度の一定周期で交互に切り換える。これにより、それぞれの吸着塔で吸着〜均圧〜排気〜均圧の各工程を繰り返し、目的とする窒素ガスを連続的に得ることが行われる。
【０００５】
図１（Ａ）は従来のＰＳＡ式窒素ガス発生装置を示す図である。
【０００６】
この例では、第１吸着塔７Ａおよび第２吸着塔７Ｂを備えている。第１吸着塔７Ａおよび第２吸着塔７Ｂには、例えば分子篩炭素等の酸素分子を選択的に吸着しうる吸着剤が充填されている。
【０００７】
インバーター式のコンプレッサ１から供給される圧縮空気は、第１吸気弁２Ａおよび第２吸気弁２Ｂを経由して第１吸着塔７Ａおよび第２吸着塔７Ｂに供給される。第１吸着塔７Ａおよび第２吸着塔７Ｂで酸素が吸着されることにより分離した窒素ガスは、第１取出弁４Ａおよび第２取出弁４Ｂを経由して製品槽１０に一時的に貯留される。製品槽１０に貯留された窒素ガスは、減圧弁１１および流量センサ１３を経由して、図示しない窒素ガス使用設備に供される。符号１２は製品槽１０から窒素ガス使用設備に供給される窒素ガスの窒素純度を計測するための酸素濃度計１２である。
【０００８】
第１吸着塔７Ａで吸着工程を行っている間、第２吸着塔７Ｂでは排気工程が行われる。このとき、第１吸着塔７Ａで生成された窒素ガスの一部は、オリフィス９を経由してパージガスとして第２吸着塔７Ｂに導入される。第２吸着塔７Ｂではパージガスによって吸着剤に吸着された酸素ガスが脱着され、排ガスとして第２排気弁３Ｂおよびサイレンサ８を経由して排出される。
【０００９】
第２吸着塔７Ｂで吸着工程を行っている間は、第１吸着塔７Ａで排気工程が行われる。このとき、第２吸着塔７Ｂで生成された窒素ガスの一部は、オリフィス９を経由してパージガスとして第１吸着塔７Ａに導入される。第１吸着塔７Ｂではパージガスによって吸着剤に吸着された酸素ガスが脱着され、排ガスとして第１排気弁３Ａおよびサイレンサ８を経由して排出される。
【００１０】
第１吸着塔７Ａと第２吸着塔７Ｂにおいて、それぞれ吸着工程と排気工程が交互に切り換えられる。吸着工程は、第１吸着塔７Ａ・第２吸着塔７Ｂ内に圧縮空気が導入されて昇圧状態で行われる。一方、排気工程は、第１吸着塔７Ａ・第２吸着塔７Ｂ内が第１排気弁３Ａおよび第２排気弁３Ｂで大気開放されて大気圧下で行われる。
【００１１】
吸着工程と排気工程の間には、第１吸着塔７Ａと第２吸着塔７Ｂを連通させ、第１吸着塔７Ａと第２吸着塔７Ｂの圧力差を均圧化する均圧工程が行われる。均圧工程は、下均圧弁５と上均圧弁６を開けて、第１吸着塔７Ａと第２吸着塔７Ｂの塔下部と塔上部を連通させることにより、それまで吸着工程を行っていた一方の吸着塔からそれまで排気工程を行っていた他方の吸着塔に塔内のガスを移動させることにより行われる。
【００１２】
図１（Ｂ）は、上記従来の装置において各工程における弁の開閉状態を示す図である。
図２は、上記従来の装置において各工程におけるガスの流れを示した図である。
（Ａ）は第１吸着塔７Ａが吸着工程で第２吸着塔７Ｂが排気工程のときである。
（Ｂ）は第１吸着塔７Ａが排気工程で第２吸着塔７Ｂが吸着工程のときである。
（Ｃ）は均圧工程である。
【００１３】
図１（Ｂ）に示すように、第１吸着塔７Ａが吸着工程で第２吸着塔７Ｂが排気工程のときは、第１吸気弁２Ａが開き、第２吸気弁２Ｂが閉じている。また、第１排気弁３Ａが閉じ、第２排気弁３Ｂが開いている。また、第１取出弁４Ａが開き、第２取出弁４Ｂが閉じている。下均圧弁５と上均圧弁６は閉じている。
【００１４】
図２（Ａ）に示すように、この状態では、コンプレッサ１から供給される圧縮空気が第１吸着塔７Ａに導入され、ここで酸素が吸着されて分離された窒素ガスが製品槽１０に一時的に貯留される。第１吸着塔７Ａで得られた窒素ガスの一部はパージガスとして第２吸着塔７Ｂに導入されて脱着に供され、その後排ガスとして排出される。
【００１５】
図１（Ｂ）に示すように、第１吸着塔７Ａが排気工程で第２吸着塔７Ｂが吸着工程のときは、第１吸気弁２Ａが閉じ、第２吸気弁２Ｂが開いている。また、第１排気弁３Ａが開き、第２排気弁３Ｂが閉じている。また、第１取出弁４Ａが閉じ、第２取出弁４Ｂが開いている。下均圧弁５と上均圧弁６は閉じている。
【００１６】
図２（Ｂ）に示すように、この状態では、コンプレッサ１から供給される圧縮空気が第２吸着塔７Ｂに導入され、ここで酸素が吸着されて分離された窒素ガスが製品槽１０に一時的に貯留される。第２吸着塔７Ｂで得られた窒素ガスの一部はパージガスとして第１吸着塔７Ａに導入されて脱着に供され、その後排ガスとして排出される。
【００１７】
図１（Ｂ）に示すように、均圧工程のときは、第１吸気弁２Ａと第２吸気弁２Ｂはともに閉じる。また、第１排気弁３Ａと第２排気弁３Ｂもともに閉じる。さらに、第１取出弁４Ａと第２取出弁４Ｂもともに閉じる。そして、下均圧弁５と上均圧弁６がともに開く。
【００１８】
図２（Ｃ）に示すように、この状態では、それまで吸着工程を行っていた一方の吸着塔からそれまで排気工程を行っていた他方の吸着塔に塔内のガスが移動し、第１吸着塔７Ａと第２吸着塔７Ｂの塔内圧力が均一化される。
【００１９】
このようなガス分離方法に関する先行技術文献として、下記の特許文献１〜４が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２０】
【特許文献１】特公平４−６９０８５号公報
【特許文献２】特開２００２−１６７２０４号公報
【特許文献３】特開２００８−８０２６０号公報
【特許文献４】特開２０１０−２０７７５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
特許文献１において問題とされているように、ＰＳＡ式窒素ガス発生装置においては、つぎのような問題がある。
【００２２】
すなわち、窒素ガス使用設備で消費される窒素ガス量が、仕様で設定された窒素ガスの発生量に対して少なくなると、生成された窒素ガスが余ってくる。すると、仕様濃度の窒素ガスが余分に生産されるのではなく、生成する窒素ガスの窒素純度が必要以上に高くなってしまう。このような状態でコンプレッサ１を同じ回転数で稼動するのは、消費電力の無駄につながる。
【００２３】
ここで、吸着工程と排気工程の切り換え周期を一定とした場合は、使用される窒素ガスの流量と窒素純度はほぼ逆比例の関係になる。窒素純度を一定にするためには、窒素使用量が少なくなればなるほど、切り換え周期を延長すれば良い。切り換え周期が延長されると、時間当たりに消費する原料空気量が少なくなる。使用される空気量に応じて、インバーター式のコンプレッサ１のモーター回転数が低くなるので、消費電力が減少する。
【００２４】
特許文献１に開示された従来の制御方法はつぎのとおりである。
【００２５】
通常の運転時は図１（Ｂ）に表した切り替え周期で弁を開閉制御する。このとき、切り換え周期は、図示しない制御手段におけるプログラムの設定時間により決定する。設定時間は任意に変更可能である。
【００２６】
窒素の使用流量に応じて切り換え周期を延長する。すなわち、吸着工程／排気工程の時間をともに延長する。
【００２７】
延長時間は、つぎのようにして決定する。まず、制御手段は、流量センサ１３からの流量パルス信号を検知し、使用されている窒素ガスの流量を演算する。また、制御手段は、仕様流量を発生させた場合に、通常の切り換え周期で発生する窒素流量を演算する。そして、制御手段は、切り換え周期で発生する窒素流量と、使用されている窒素ガスの流量を比較し、（１）使用されている窒素流量が切り換え周期で発生する窒素流量まで達するか、（２）設定した最大延長時間に達するか、（３）酸素濃度計１２で検知した酸素濃度が設定された値に達するか、いずれかまで吸着工程／排気工程の時間を延長する。
【００２８】
サイクル周期を延長した結果、原料空気の使用流量が少なくなって、消費電力が減少する。
【００２９】
しかしながら、分離した製品ガスである窒素ガスの使用状況によっては、純度や圧力などの窒素ガスの仕様を十分に充たしながら、発生させる窒素ガス量をもっと少なくし、消費電力をさらに削減することが必要となる。
【００３０】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、分離した製品ガスの使用状況に応じて消費電力をさらに削減できる混合ガスの分離装置および方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
上記目的を達成するため、本発明の混合ガスの分離装置は、
加圧手段から供給される加圧状態の混合ガスから吸着容易成分を吸着除去して吸着難成分を分離するための吸着剤が充填された２以上の吸着容器と、
混合ガスを吸着容器に導入して吸着容易成分を吸着剤に吸着させる吸着工程と、パージガスを吸着容器に導入して吸着剤に吸着された吸着容易成分を脱着して排気する排気工程とを、上記２以上の吸着容器において交番的に切り換えて運転するためのバルブシステムとを備え、
上記バルブシステムは、分離した製品ガスの流量減少に伴って、一方の吸着容器が吸着工程を続けている間に、他方の吸着容器において排気工程を終了し、当該他方の吸着容器内のガスを滞留させる滞留工程に切り換えるよう制御し、
上記バルブシステムは、一方の吸着容器から他方の吸着容器へのパージガスの導入を停止するとともに、他方の吸着容器からの排気ガスの排出を停止することにより、他方の吸着容器での排気工程を終了して滞留工程に切り換える
ことを要旨とする。
【００３２】
上記目的を達成するため、本発明の混合ガスの分離方法は、
加圧手段から供給される加圧状態の混合ガスから吸着容易成分を吸着除去して吸着難成分を分離するための吸着剤が充填された２以上の吸着容器と、
混合ガスを吸着容器に導入して吸着容易成分を吸着剤に吸着させる吸着工程と、パージガスを吸着容器に導入して吸着剤に吸着された吸着容易成分を脱着して排気する排気工程とを、上記２以上の吸着容器において交番的に切り換えて運転するためのバルブシステムとを準備し、
上記バルブシステムは、分離した製品ガスの流量減少に伴って、一方の吸着容器が吸着工程を続けている間に、他方の吸着容器において排気工程を終了し、当該他方の吸着容器内のガスを滞留させる滞留工程に切り換えるよう制御し、
上記バルブシステムは、一方の吸着容器から他方の吸着容器へのパージガスの導入を停止するとともに、他方の吸着容器からの排気ガスの排出を停止することにより、他方の吸着容器での排気工程を終了して滞留工程に切り換える
ことを要旨とする。
【発明の効果】
【００３３】
本発明は、分離した製品ガスの流量減少に伴って、一方の吸着容器が吸着工程を続けている間に、他方の吸着容器において排気工程を終了し、当該他方の吸着容器内のガスを滞留させる滞留工程に切り換えることにより、排気ガスの無駄な排出が減る分だけ原料である混合ガスの導入量が減少する。したがって、分離した製品ガスの使用量が減ったときに、分離した製品ガスの濃度を維持したまま加圧手段の稼動を減らし、消費電力を削減することができる。
【００３４】
本発明は、上記バルブシステムは、一方の吸着容器から他方の吸着容器へのパージガスの導入を停止するとともに、他方の吸着容器からの排気ガスの排出を停止することにより、他方の吸着容器での排気工程を終了して滞留工程に切り換える。
このため、分離した製品ガスの濃度を維持したまま加圧手段の稼動を減らし、消費電力を削減することができる。すなわち、吸着容器に流すパージガスは、吸着剤を再生するために所定量を流す必要があるが、逆にその所定量を超え流しても、吸着剤を再生する効果が高まるわけではない。したがって、分離した製品ガスの使用量が減ったときに、無駄なパージガスの導入を停止することにより、分離した製品ガスの濃度を維持したまま加圧手段の稼動を減らし、消費電力を削減することができる。
また、分離した製品ガスの濃度を維持したまま加圧手段の稼動を減らし、消費電力を削減することができる。すなわち、排気ガスの排出を停止すると、吸着容器は密閉状態となり、再生側の吸着剤からガスが脱着されて次第に吸着容器内圧力が高くなる。再生側の吸着容器内圧力が高くなると、吸着工程に移行する時の吸着容器内圧力がその分だけ高くなり、それだけ早く吸着工程の必要圧力に到達する。吸着容器内圧力が早く高くなるということは、加圧手段の稼動を節約することができ、それだけ消費電力が小さくなる。
【００３５】
本発明において、上記バルブシステムは、分離した製品ガスの流量減少に伴って、吸着工程と排気工程を切り換える切り換え時間を延長するとともに、その延長時間中において、他方の吸着容器における排気工程を終了して滞留工程に切り換える場合には、
つぎの（１）（２）の効果が得られる。
（１）延長時間中にパージガスを止めることにより、混合ガスの消費量が減少する。所定量のパージガスは吸着剤を再生するが、所定量を超えてのパージガスを流してもそれ以上再生されることはない。したがって、通常の切り替え時間中に吸着剤の再生は終了しているのであり、延長時間までパージガスを流す必要はない。そこで、製品ガスの品質に影響しない不必要なパージガスを停止し、品質を維持したまま消費電力を節減することができる。
（２）再生側の吸着容器の排気を停止することにより、吸着容器は密閉状態となり、延長時間中に再生側の吸着からガスが脱着され、次第に吸着容器内圧力が高くなる。再生側の吸着容器内圧力が高くなると、吸着工程に移行した時の吸着容器内圧力も高くなることとなる。吸着工程の開始時の吸着容器内圧力が高いため、それだけ早く吸着工程の必要圧力に到達する。吸着容器内圧力が早く高くなるということは、加圧手段の稼動を節約することができ、それだけ消費電力が小さくなる。
【００３６】
本発明では、上記吸着工程と排気工程を切り換える切り換え時間を延長するときの延長時間は、分離した製品ガスの流量に応じて決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】（Ａ）は従来の混合ガスの分離装置の一例を示す構成図である。（Ｂ）はバルブシステムの制御を説明する図である。
【図２】従来の混合ガスの分離装置におけるガスの流れを説明する図である。（Ａ）は第１吸着塔が吸着工程で第２吸着塔が排気工程、（Ｂ）は第１吸着塔が排気工程で第２吸着塔が吸着工程、（Ｃ）は均圧工程である。
【図３】（Ａ）は本発明の混合ガスの分離装置の一例を示す構成図である。（Ｂ）はバルブシステムの制御を説明する図である。
【図４】本発明の混合ガスの分離装置におけるガスの流れを説明する図である。（Ａ）は第１吸着塔が吸着工程で第２吸着塔が排気工程、（Ｂ）は第１吸着塔が吸着工程で第２吸着塔が滞留工程、（Ｃ）は第１吸着塔が排気工程で第２吸着塔が吸着工程、（Ｄ）は第１吸着塔が滞留工程で第２吸着塔が吸着工程、（Ｅ）は均圧工程である。
【図５】実施例１と比較例１における窒素発生量と消費電力の関係を示す図である。
【図６】実施例２と比較例２における窒素発生量と消費電力の関係を示す図である。
【図７】実施例２と比較例２における吸着塔内圧力を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
つぎに、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００３９】
図３（Ａ）は本発明の一実施形態の混合ガスの分離装置の構成を示す図である。
【００４０】
この例は、原料となる混合ガスとして空気を使用し、空気中の酸素を吸着して製品ガスとして窒素ガスを生成する空気分離装置に適用したものである。
【００４１】
この実施形態において、図１と同じ符号を付した部分は、従来の装置と同様の部分である。以下の説明では、重複する説明を省略する場合がある。
【００４２】
この空気分離装置は、加圧手段であるコンプレッサ１から原料ガスである混合ガスとして窒素と酸素を主成分とする空気が供給される。供給される加圧状態の混合ガスから吸着容易成分を吸着除去して吸着難成分を分離するための吸着剤が充填された２つの吸着容器である吸着塔７Ａ、７Ｂを備えている。
【００４３】
第１吸着塔７Ａと第２吸着塔７Ｂには、空気中の酸素を優先的に吸着する分子篩炭素が吸着剤として充填されている。したがって、第１吸着塔７Ａおよび第２吸着塔７Ｂに加圧空気が導入されると、空気中の酸素が吸着剤に吸着されて製品ガスとして窒素ガスが得られる。
【００４４】
この実施形態では、混合ガスである空気を吸着塔７Ａ、７Ｂに導入して吸着容易成分である酸素を吸着剤に吸着させる吸着工程と、パージガスを吸着塔７Ａ、７Ｂに導入して吸着剤に吸着された吸着容易成分である酸素を脱着して排気する排気工程とを、上記２つの吸着塔７Ａ、７Ｂにおいて交番的に切り換えて運転するためのバルブシステムを備えている。
【００４５】
上記バルブシステムは、つぎの各構成を含んで構成される。
【００４６】
第１吸気弁２Ａおよび第２吸気弁２Ｂは、インバーター式のコンプレッサ１から供給される圧縮空気を第１吸着塔７Ａおよび第２吸着塔７Ｂに供給する。
第１取出弁４Ａおよび第２取出弁４Ｂは、第１吸着塔７Ａおよび第２吸着塔７Ｂで酸素が吸着されることにより分離した窒素ガスを製品槽１０に一時的に貯留する際に経由する。
減圧弁１１および流量センサ１３は、製品槽１０に貯留された窒素ガスを図示しない窒素ガス使用設備に供する際に経由する。酸素濃度計１２は、製品槽１０から窒素ガス使用設備に供給される窒素ガスの窒素純度を計測する。
パージ弁１５およびオリフィス９は、吸着工程を行う第１吸着塔７Ａから排気工程を行う第２吸着塔７Ｂへ、または吸着工程を行う第２吸着塔７Ｂから排気工程を行う第１吸着塔７Ａへ、パージガスを導入する際に経由する。
第１流出逆止弁１６Ａおよび第２流入逆止弁１７Ｂは、吸着工程を行う第１吸着塔７Ａから排気工程を行う第２吸着塔７Ｂへ送るパージガスの逆流を防止する。
第２流出逆止弁１６Ｂおよび第１流入逆止弁１７Ａは、吸着工程を行う第２吸着塔７Ｂから排気工程を行う第１吸着塔７Ａへ送るパージガスの逆流を防止する。
第１排気弁３Ａおよび第２排気弁３Ｂは、排気工程の際に第１吸着塔７Ａおよび第２吸着塔７Ｂに導入されたパージガスを排出する際に経由する。サイレンサ８は、第１排気弁３Ａおよび第２排気弁３Ｂを通過した排ガスが排出される際に通過する。
下均圧弁５および上均圧弁６は、吸着工程と排気工程の間に均圧工程を行うときに開弁され、第１吸着塔７Ａと第２吸着塔７Ｂを連通させ、第１吸着塔７Ａと第２吸着塔７Ｂの圧力差を均圧化する。
【００４７】
上記バルブシステムにおいて各弁の開閉制御が行われ、上述したのと同様の吸着工程、排出工程および均圧工程が行われる。
【００４８】
本発明では、上記バルブシステムは、分離した製品ガスの流量減少に伴って、一方の吸着塔（７Ａまたは７Ｂ）が吸着工程を続けている間に、他方の吸着塔（７Ｂまたは７Ａ）において排気工程を終了し、当該他方の吸着塔（７Ｂまたは７Ａ）内のガスを滞留させる滞留工程に切り換えるよう制御する。
【００４９】
滞留工程への切り換えは、つぎの２つの制御によって実現することができる。
【００５０】
第１は、上記バルブシステムは、一方の吸着塔（７Ａまたは７Ｂ）から他方の吸着塔（７Ｂまたは７Ａ）へのパージガスの導入を停止することにより、他方の吸着塔（７Ｂまたは７Ａ）での排気工程を終了して滞留工程に切り換えることができる。具体的には、パージ弁１５の閉弁によりパージガスの導入を停止する。
【００５１】
第２は、上記バルブシステムは、他方の吸着塔（７Ｂまたは７Ａ）からの排気ガスの排出を停止することにより、他方の吸着塔（７Ｂまたは７Ａ）での排気工程を終了して滞留工程に切り換えることができる。具体的には、第２排気弁３Ｂまたは第１排気弁３Ａの閉弁により排気ガスの排出を停止することができる。
【００５２】
また、滞留工程への切り換えは、吸着工程と排気工程の切り換え時間を延長し、その延長時間中に行うことができる。
【００５３】
すなわち、上記バルブシステムは、分離した製品ガスの流量減少に伴って、吸着工程と排気工程を切り換える切り換え時間を延長するとともに、その延長時間中において、他方の吸着塔（７Ｂまたは７Ａ）における排気工程を終了して滞留工程に切り換える。
【００５４】
図３（Ｂ）は、上記バルブシステムの制御により、各工程において弁が開閉される状態を示す図である。
図４は、本実施形態の装置において各工程におけるガスの流れを示した図である。
（Ａ）は第１吸着塔７Ａが吸着工程で第２吸着塔７Ｂが排気工程のときである。
（Ｂ）は第１吸着塔７Ａが吸着工程で第２吸着塔７Ｂが滞留工程のときである。
（Ｃ）は第１吸着塔７Ａが排気工程で第２吸着塔７Ｂが吸着工程のときである。
（Ｄ）は第１吸着塔７Ａが滞留工程で第２吸着塔７Ｂが吸着工程のときである。
（Ｅ）は均圧工程である。
【００５５】
図３（Ｂ）に示すように、第１吸着塔７Ａが吸着工程で第２吸着塔７Ｂが排気工程のときは、第１吸気弁２Ａが開き、第２吸気弁２Ｂが閉じている。また、第１排気弁３Ａが閉じ、第２排気弁３Ｂが開いている。また、第１取出弁４Ａが開き、第２取出弁４Ｂが閉じている。下均圧弁５と上均圧弁６は閉じている。また、パージ弁１５は開き、パージガスは第１流出逆止弁１６Ａと第２流入逆止弁１７Ｂを通過して第１吸着塔７Ａから第２吸着塔７Ｂに送られる。
【００５６】
図４（Ａ）に示すように、この状態では、コンプレッサ１から供給される圧縮空気が第１吸着塔７Ａに導入され、ここで酸素が吸着されて分離された窒素ガスが製品槽１０に一時的に貯留される。第１吸着塔７Ａで得られた窒素ガスの一部はパージガスとして第２吸着塔７Ｂに導入されて脱着に供され、その後排ガスとして排出される。
【００５７】
図３（Ｂ）に示すように、第１吸着塔７Ａが吸着工程で第２吸着塔７Ｂが排気工程から滞留工程に切り換わったときは、第１吸気弁２Ａが開き、第２吸気弁２Ｂが閉じた状態が維持される。また、第１排気弁３Ａは閉じた状態が維持され、第２排気弁３Ｂが閉じる。また、第１取出弁４Ａが開き、第２取出弁４Ｂが閉じた状態が維持される。下均圧弁５と上均圧弁６は閉じた状態が維持される。また、パージ弁１５は閉じる。
【００５８】
図４（Ｂ）に示すように、この状態では、コンプレッサ１から供給される圧縮空気が第１吸着塔７Ａに導入され、ここで酸素が吸着されて分離された窒素ガスが製品槽１０に一時的に貯留される。第１吸着塔７Ａから第２吸着塔７Ｂへのパージガスの導入は停止され、第２吸着塔７Ｂからの排ガスの排出も停止される。
【００５９】
第２吸着塔７Ｂにおいて、排気工程から滞留工程に切り換えるタイミングは、例えばつぎのようにすることができる。すなわち、流量センサ１３で検知した製品ガスの流量が所定値以下に減少するのに伴い、吸着工程と排気工程を切り換える切り換え時間を延長し、その延長時間中に第２吸着塔７Ｂを排気工程から滞留工程に切り換えることができる。
【００６０】
このとき、延長の開始と同時に排気工程から滞留工程に切り換えることもできるし、延長を開始して暫く時間が経過してから排気工程から滞留工程に切り換えることもできる。また、延長時間は、製品ガスの流量に応じて決定することができる。
【００６１】
また、第２吸着塔７Ｂにおいて排気工程から滞留工程に切り換えるときに、パージ弁１５の閉弁と第２排気弁２Ｂの閉弁を同時に行うこともできるし、パージ弁１５の閉弁と第２排気弁２Ｂの閉弁との間に多少のタイムラグを設けることもできる。タイムラグを設ける場合は、パージ弁１５を先に閉弁してから第２排気弁２Ｂを閉弁してもよいし、第２排気弁２Ｂを先に閉弁してからパージ弁１５を閉弁してもよい。
【００６２】
図３（Ｂ）に示すように、第１吸着塔７Ａが排気工程で第２吸着塔７Ｂが吸着工程のときは、第１吸気弁２Ａが閉じ、第２吸気弁２Ｂが開いている。また、第１排気弁３Ａが開き、第２排気弁３Ｂが閉じている。また、第１取出弁４Ａが閉じ、第２取出弁４Ｂが開いている。下均圧弁５と上均圧弁６は閉じている。また、パージ弁１５は開き、パージガスは第２流出逆止弁１６Ｂと第１流入逆止弁１７Ａを通過して第２吸着塔７Ｂから第１吸着塔７Ａに送られる。
【００６３】
図４（Ｃ）に示すように、この状態では、コンプレッサ１から供給される圧縮空気が第２吸着塔７Ｂに導入され、ここで酸素が吸着されて分離された窒素ガスが製品槽１０に一時的に貯留される。第２吸着塔７Ｂで得られた窒素ガスの一部はパージガスとして第１吸着塔７Ａに導入されて脱着に供され、その後排ガスとして排出される。
【００６４】
図３（Ｂ）に示すように、第２吸着塔７Ｂが吸着工程で第１吸着塔７Ａが排気工程から滞留工程に切り換わったときは、第２吸気弁２Ｂが開き、第１吸気弁２Ａが閉じた状態が維持される。また、第２排気弁３Ｂは閉じた状態が維持され、第１排気弁３Ａが閉じる。また、第２取出弁４Ｂが開き、第１取出弁４Ａが閉じた状態が維持される。下均圧弁５と上均圧弁６は閉じた状態が維持される。また、パージ弁１５は閉じる。
【００６５】
図４（Ｄ）に示すように、この状態では、コンプレッサ１から供給される圧縮空気が第２吸着塔７Ｂに導入され、ここで酸素が吸着されて分離された窒素ガスが製品槽１０に一時的に貯留される。第２吸着塔７Ｂから第１吸着塔７Ａへのパージガスの導入は停止され、第１吸着塔７Ａからの排ガスの排出も停止される。
【００６６】
第１吸着塔７Ａにおいて、排気工程から滞留工程に切り換えるタイミングは、例えばつぎのようにすることができる。すなわち、流量センサ１３で検知した製品ガスの流量が所定値以下に減少するのに伴い、吸着工程と排気工程を切り換える切り換え時間を延長し、その延長時間中に第１吸着塔７Ａを排気工程から滞留工程に切り換えることができる。
【００６７】
このとき、延長の開始と同時に排気工程から滞留工程に切り換えることもできるし、延長を開始して暫く時間が経過してから排気工程から滞留工程に切り換えることもできる。また、延長時間は、製品ガスの流量に応じて決定することができる。
【００６８】
また、第１吸着塔７Ａにおいて排気工程から滞留工程に切り換えるときに、パージ弁１５の閉弁と第１排気弁３Ａの閉弁を同時に行うこともできるし、パージ弁１５の閉弁と第１排気弁３Ａの閉弁との間に多少のタイムラグを設けることもできる。タイムラグを設ける場合は、パージ弁１５を先に閉弁してから第１排気弁３Ａを閉弁してもよいし、第１排気弁３Ａを先に閉弁してからパージ弁１５を閉弁してもよい。
【００６９】
図３（Ｂ）に示すように、均圧工程のときは、第１吸気弁２Ａと第２吸気弁２Ｂはともに閉じる。また、第１排気弁３Ａと第２排気弁３Ｂもともに閉じる。さらに、第１取出弁４Ａと第２取出弁４Ｂもともに閉じる。そして、下均圧弁５と上均圧弁６がともに開く。    
【００７０】
図４（Ｅ）に示すように、この状態では、それまで吸着工程を行っていた一方の吸着塔からそれまで排気工程を行っていた他方の吸着塔に塔内のガスが移動し、第１吸着塔７Ａと第２吸着塔７Ｂの塔内圧力が均一化される。
【００７１】
本実施形態は、分離した製品ガスの流量減少に伴って、一方の吸着塔（７Ａまたは７Ｂ）が吸着工程を続けている間に、他方の吸着塔（７Ｂまたは７Ａ）において排気工程を終了し、当該他方の吸着塔（７Ｂまたは７Ａ）内のガスを滞留させる滞留工程に切り換えることにより、排気ガスの無駄な排出が減る分だけ原料である混合ガスの導入量が減少する。したがって、分離した製品ガスの使用量が減ったときに、分離した製品ガスの濃度を維持したままコンプレッサー１の稼動を減らし、消費電力を削減することができる。
【００７２】
また、上記バルブシステムは、一方の吸着塔（７Ａまたは７Ｂ）から他方の吸着塔（７Ｂまたは７Ａ）へのパージガスの導入を停止することにより、他方の吸着塔（７Ｂまたは７Ａ）での排気工程を終了して滞留工程に切り換えるため、
分離した製品ガスの濃度を維持したままコンプレッサー１の稼動を減らし、消費電力を削減することができる。すなわち、吸着塔（７Ｂまたは７Ａ）に流すパージガスは、吸着剤を再生するために所定量を流す必要があるが、逆にその所定量を超え流しても、吸着剤を再生する効果が高まるわけではない。したがって、分離した製品ガスの使用量が減ったときに、無駄なパージガスの導入を停止することにより、分離した製品ガスの濃度を維持したままコンプレッサー１の稼動を減らし、消費電力を削減することができる。
【００７３】
また、上記バルブシステムは、他方の吸着塔（７Ｂまたは７Ａ）からの排気ガスの排出を停止することにより、他方の吸着塔（７Ｂまたは７Ａ）での排気工程を終了して滞留工程に切り換えるため、
分離した製品ガスの濃度を維持したままコンプレッサー１の稼動を減らし、消費電力を削減することができる。すなわち、排気ガスの排出を停止すると、吸着塔（７Ｂまたは７Ａ）は密閉状態となり、再生側の吸着剤からガスが脱着されて次第に吸着塔（７Ｂまたは７Ａ）内圧力が高くなる。再生側の吸着塔（７Ｂまたは７Ａ）内圧力が高くなると、吸着工程に移行する時の吸着塔（７Ｂまたは７Ａ）内圧力がその分だけ高くなり、それだけ早く吸着工程の必要圧力に到達する。吸着塔（７Ｂまたは７Ａ）内圧力が早く高くなるということは、コンプレッサー１の稼動を節約することができ、それだけ消費電力が小さくなる。
【００７４】
また、上記バルブシステムは、分離した製品ガスの流量減少に伴って、吸着工程と排気工程を切り換える切り換え時間を延長するとともに、その延長時間中において、他方の吸着塔（７Ｂまたは７Ａ）における排気工程を終了して滞留工程に切り換えるため、
つぎの（１）（２）の効果が得られる。
（１）延長時間中にパージガスを止めることにより、混合ガスの消費量が減少する。所定量のパージガスは吸着剤を再生するが、所定量を超えてのパージガスを流してもそれ以上再生されることはない。したがって、通常の切り替え時間中に吸着剤の再生は終了しているのであり、延長時間までパージガスを流す必要はない。そこで、製品ガスの品質に影響しない不必要なパージガスを停止し、品質を維持したまま消費電力を節減することができる。
（２）再生側の吸着塔（７Ｂまたは７Ａ）の排気を停止することにより、吸着塔（７Ｂまたは７Ａ）は密閉状態となり、延長時間中に再生側の吸着からガスが脱着され、次第に吸着塔（７Ｂまたは７Ａ）内圧力が高くなる。再生側の吸着塔（７Ｂまたは７Ａ）内圧力が高くなると、吸着工程に移行した時の吸着塔（７Ｂまたは７Ａ）内圧力も高くなることとなる。吸着工程の開始時の吸着塔（７Ｂまたは７Ａ）内圧力が高いため、それだけ早く吸着工程の必要圧力に到達する。吸着塔（７Ｂまたは７Ａ）内圧力が早く高くなるということは、コンプレッサー１の稼動を節約することができ、それだけ消費電力が小さくなる。    
【００７５】
つぎに、実施例について説明する。
【実施例１】
【００７６】
図３に示した窒素ガス発生装置として下記の仕様のものを準備した。
窒素ガス発生量：３０Ｎｍ３／ｈ
窒素ガス圧力  ：０．５ＭＰａ
窒素ガス純度  ：９９％ｖｏｌ  以上
インバーター式コンプレッサー：
主モーター公称出力  １１ｋｗ
その他の条件として、窒素ガスの純度と圧力については製品ガスの仕様値を充たした状態とした。
【００７７】
一方、比較例１として図１に示した窒素ガス発生装置で同様の仕様のものを準備した。
【００７８】
窒素ガス発生量を３０Ｎｍ３／ｈ（１００％）から２２.５Ｎｍ３／ｈ（７５％）、１５Ｎｍ３／ｈ（５０％）と減らしていき、吸着・排気工程を延長した。それぞれの状態で、消費電力を測定した。
【００７９】
図５は、実施例１および比較例１における窒素ガスの発生量と消費電力の関係を示す。実施例１の方が窒素ガス発生量が少なくなったときの電力の低下が大きいことがわかる。
【実施例２】
【００８０】
図３に示した窒素ガス発生装置として下記の仕様のものを準備した。
窒素ガス発生量：２０Ｎｍ３／ｈ
窒素ガス圧力  ：０.５ＭＰａ
窒素ガス純度  ：９９.９９％ｖｏｌ  以上
インバーター式コンプレッサー（ドライヤ搭載）：
主モーター公称出力  １１ｋｗ
ドライヤ公称出力    ０．５ｋｗ
その他の条件として、窒素ガスの純度と圧力については製品ガスの仕様値を充たした状態とした。
【００８１】
一方、比較例２として図１に示した窒素ガス発生装置で同様の仕様のものを準備した。
【００８２】
窒素ガス発生量を２０Ｎｍ３／ｈ（１００％）から１５Ｎｍ３／ｈ（７５％）、１０Ｎｍ３／ｈ（５０％）、５Ｎｍ３／ｈ（２５％）と減らしていき、サイクル周期を延長した。それぞれの状態で、消費電力を測定した。
【００８３】
図６は、実施例２および比較例２における窒素ガスの発生量と消費電力の関係を示す。実施例２の方が窒素ガス発生量が少なくなったときの電力の低下が大きいことがわかる。
【００８４】
図７は、実施例２および比較例２における各吸着塔の圧力変動を示す。実施例２では、滞留工程において、吸着塔内の圧力が上昇していることがわかる。
【符号の説明】
【００８５】
１  コンプレッサ
２Ａ  第１吸気弁
２Ｂ  第２吸気弁
３Ａ  第１排気弁
３Ｂ  第２排気弁
４Ａ  第１取出弁 
４Ｂ  第２取出弁
５  下均圧弁
６  上均圧弁
７Ａ  第１吸着塔
７Ｂ  第２吸着塔
８  サイレンサ
９  オリフィス
１０  製品槽
１１  減圧弁
１２  酸素濃度計
１３  流量センサ
１５  パージ弁
１６Ａ  第１流出逆止弁
１６Ｂ  第２流出逆止弁
１７Ａ  第１流入逆止弁
１７Ｂ  第２流入逆止弁
【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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