(57)【要約】【課題】低濃度から高濃度の窒素ガスを空気から精製する装置を作るに際し、小型で安価なものを作る。【解決手段】窒素ガス分離膜で、空気を一次分離し、少し高濃度の窒素ガスにした後、ＰＳＡの活性炭で二次精製させることで、低濃度から高濃度の窒素ガスのコントロールが可能な窒素ガスを精製する小型で安価な装置である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
「膜分離」（窒素ガス膜分離）方式と「ＰＳＡ」（モレキュラーシーブ活性炭）方式との組み合わせによる。
ＰＳＡ（プレッシャー・スイング・アドソープション）とは、圧力変換装置方式のことを言う。
【請求項２】
請求項１の逆も可能な方法である。すなわち「ＰＡＳ」方式と「膜分離」方式の組み合わせによる。
【請求項３】
圧縮空気を原料として一時側で膜分離により、空気中の窒素ガスと酸素を窒素中空糸膜で窒素濃度９０％〜９９％くらいに分離し、二次側分離をＰＳＡ方式で行うことにより効率よく１００％に限りなく近い窒素ガス＋アルゴン（アルゴンナイトガス）を生成することが出来る。（※アルゴナイトガスは造語である）
【請求項４】
組み合わせ方式としては、［「膜分離」＋「ＰＳＡ」］のユニット方式か、［「ＰＳＡ」＋「膜分離」］のユニット方式である。
【請求項５】
又は既存のＰＳＡ方式の窒素ガス発生装置がある場合、一時側に窒素ガス膜分離を連結することも可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】大気中の空気から高濃度の窒素ガスを精製する方法で、限りなく１００％に近い「窒素ガス＋アルゴンガス（造語としてアルゴンナイトガスという）」を生成することを可能とした装置である。【０００２】大気中の空気から、酸素濃度を１／１００ｐｐｍオーダーに排除した「窒素ガス＋アルゴンガス」のいわゆる不活性ガスを精製する装置である。【０００３】この方式により、広範囲の濃度の「窒素ガス＋アルゴンガス」を一台の窒素発生装置で行うことが可能となった。【０００４】「窒素ガス＋アルゴンガス」の濃度約９０％〜１００％に近い範囲まで使用したい濃度を設定すれば、その濃度で発生させることが可能になった。
【背景技術】
【０００５】「窒素ガス＋アルゴンガス」を精製する方法として空気深冷法、アンモニア分解法、ＰＳＡ方式および膜分離法があった。【０００６】必要量や濃度によって、又液体窒素のように温度や圧力によって、使用する用途と経済的領域をそれぞれの装置で住み分けしていた。
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】いろいろな用途への窒素ガス利用が考えられる今日、もっと安価で小型の窒素ガス発生装置が望まれている。
【０００５】や
【０００６】で述べたが、必要濃度や使用量の用途に合わせた経済的領域の装置で賄われていたため、コストの安い窒素ガス発生装置が出来なかった。
【０００８】例えば、使用量によっては、窒素ガス濃度９０〜９９．９％までなら膜分離かＰＳＡ、９９．９〜９９．９９％ならＰＳＡ、９９．９９〜９９．９９９％なら液体窒素等、それぞれの装置を必要としてきた。分析装置などに使用する１００％に近い窒素ガス発生装置は、高価な装置となりコスト高であった。
【０００９】空気から９９．９９％の窒素ガスを１０Ｎｌ／ｍｉｎ作るとすると、従来はＰＳＡ方式で精製分離していた一時側に、窒素ガス分離膜を付けて窒素ガス濃度の９５％をＰＳＡ装置に入れると、１７Ｎｌ／ｍｉｎの濃度９９．９９％の窒素ガスを精製分離することが出来る。
窒素ガス濃度９９．９９９％をこの方法で精製分離すると、１０Ｎｌ／ｍｉｎの量を作ることが出来る。
また量は減るが、９９．９９９９％の６ナインや残存酸素１ｐｐｍ以下の「窒素ガス＋アルゴンガス」を簡単に生成することが出来、分析装置の空気置換や半導体製造装置用の高濃度不活性ガス用など広範囲の用途向けに、安いコストの窒素ガスを供給することが可能である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】一時側に窒素ガス濃度９５％を窒素分離膜で精製粗分離して、二次側の活性炭吸着方式ＰＳＡ窒素ガス発生装置に供給すると、空気中の酸素量２１％より残存酸素が１７％減っているので、活性炭の単位吸着面積あたりの酸素吸着量が大きくなり、９５％濃度の窒素ガスの方が空気を直接入れるより、より早くより強力な吸着力を発揮し、ごく微量の酸素ガスまで取り込み、従ってより濃度の高い窒素ガスを生成することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】以下に本発明に係わる装置の構成フロー図を示す。
【図１】
2006224083.tif 000002
【手続補正書】
【提出日】平成17年5月12日(2005.5.12)
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大気中の空気から高濃度の窒素ガスを発生する装置に係り、限りなく１００％に近い「窒素ガス＋アルゴンガス（アルゴンナイトガス）」を発生することを可能とした窒素ガス発生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
「窒素ガス＋アルゴンガス」を精製する方法としては、空気深冷法、アンモニア分解法、ＰＳＡ方式及び膜分離法があった。
【０００３】
そして「窒素ガス＋アルゴンガス」の必要量や必要濃度によって、又は液体窒素のように温度や圧力によって、使用する用途と経済的領域を夫々の装置で住み分けしていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
窒素ガスのいろいろな用途への利用が考えられる今日、もっと安価で小型の窒素ガス発生装置が望まれている。前述したように、必要濃度や使用量の用途に合わせた経済的領域の装置で賄われていたため、コストの安い窒素ガス発生装置ができなかった。
【０００５】
例えば、使用量によっては、窒素ガス濃度９０％〜９９．９％までなら膜分離法かＰＳＡ方式によって、９９．９％〜９９．９９％であればＰＳＡ方式によって、９９．９９％〜９９．９９９％であれば液体窒素によって、等、夫々の方式に対応する装置を必要としてきた。特に、分析装置などに使用する１００％に近い窒素ガスを発生する窒素ガス発生装置は、高価な装置となり、コスト高であった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の窒素ガス発生装置は、窒素ガス膜分離（膜分離）方式と、圧力変換方式（ＰＳＡ方式、モレキュラーシーブ活性炭方式、プレッシャー・スイング・アドソープション方式）との組み合わせによって構成されるものである。また膜分離方式とＰＳＡ方式との組み合わせに際し、どちらを一時側とするかは限定するものではない。
【０００７】
また圧縮空気を原料として、一時側で膜分離方式により、空気中の窒素ガスと酸素とを窒素中空糸膜で窒素濃度９０％〜９９％程度に分離し、二次側分離をＰＳＡ方式で行うことにより、効率良く１００％に限りなく近い窒素ガス＋アルゴンガス（アルゴンナイトガス）を発生し得るように構成したものである。
【０００８】
膜分離方式とＰＳＡ方式を組み合わせる際の方式としては、「膜分離」＋「ＰＳＡ」のユニット方式、又は「ＰＳＡ」＋「膜分離」のユニット方式であることが好ましい。
【０００９】
更に、既存のＰＳＡ方式の窒素ガス発生装置の一時側に、膜分離方式の窒素ガス発生装置を連結したものであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の窒素ガス発生装置では、空気から９９．９９％の窒素ガスを１０Ｎｌ／ｍｉｎ（ノルマルリットル／分）作るとすると、従来はＰＳＡ方式で精製分離していた一時側に、窒素ガス分離膜を付けて窒素ガス濃度９５％をＰＳＡ装置に入れると、１７Ｎｌ／ｍｉｎの濃度の窒素ガスを精製分離することができる。
【００１１】
また本発明の窒素ガス発生装置で、窒素ガス濃度９９．９９９％を精製分離する場合、１０Ｎｌ／ｍｉｎの窒素ガスを発生することができる。
【００１２】
更に、９９．９９９９％濃度の窒素ガス、或いは残存酸素１ｐ．ｐ．ｍ．以下の「窒素ガス＋アルゴンガス」を簡単に生成することができ、分析装置の空気置換や半導体製造装置用の高濃度不活性ガス発生用等の広範囲の用途向けに、安いコストの窒素ガスを供給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明に係る窒素ガス発生装置は、大気中の空気から、酸素濃度を１／１００ｐ．ｐ．ｍ．の単位で排除した「窒素ガス＋アルゴンガス」の所謂不活性ガス精製する装置である。本発明の窒素ガス発生装置を用いることによって、広範囲の濃度の「窒素ガス＋アルゴンガス」を一台の装置で行うことが可能である。
【００１４】
特に、「窒素ガス＋アルゴンガス」の濃度約９０％〜１００％に近い範囲までの間で、使用したい濃度を設定すれば、その濃度で発生させることが可能となった。
【実施例１】
【００１５】
以下、本発明に係る窒素ガス発生装置の実施例について図を用いて説明する。図１は窒素ガス発生装置の構成を説明するフロー図である。
【００１６】
図に示すように、供給された圧縮ドライエアを、エアフィルター１、オイルフィルター２を通すことで水分と油分を除去し、一時側の窒素分離膜３に供給する。この窒素分離膜３で窒素ガス濃度９５％で精製分離して排出する。
【００１７】
窒素分離膜３から排出された濃度９５％の窒素ガスは、電磁バルブ４を通ってＰＳＡ方式の装置を構成する活性炭タンク５、６に供給される。この活性炭タンク５、６に供給された濃度９５％の窒素ガスは、通常は空気中に２１％含有される酸素が１７％減っており、活性炭の単位吸着面積あたりの酸素吸着量が大きくなる。
【００１８】
即ち、活性炭タンク５、６に空気を供給して酸素を吸着させる場合と比較すると、９５％濃度の窒素ガスを供給する方がより早く、より強力な吸着力を発揮することが可能となり、ごく微量の酸素ガスまでも取り込んで、より濃度の高い窒素ガスを生成することが可能である。
【００１９】
活性炭タンク５、６から排出された高濃度窒素ガスは、バッファタンク７に供給されて一時貯蔵される。そして電磁弁ＳＶ４を開放することによってバッファタンク７の高濃度窒素ガスは、エアレギュレーター８を通過して予め設定された圧力に減圧され、更に、ニードルバルブ９を通過することで流量が調整されて目的の設備或いは工程に供給される。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明の窒素ガス発生装置は、高濃度の窒素ガスを発生することができるので、不活性ガスを必要とする設備に好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】窒素ガス発生装置の構成を説明するフロー図である。
【符号の説明】
【００２２】
１                  エアフィルター
２                  オイルフィルター
３                  窒素分離膜
４                  電磁バルブ
５、６              活性炭タンク
７                  バッファタンク
８                  エアレギュレーター
９                  ニードルバルブ