(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１ガスと第２ガスとを含む原料ガスから、前記第１ガスが濃縮された第１富化ガスと前記第２ガスが濃縮された第２富化ガスとを分離する圧力変動吸着方式のガス分離装置であって、
前記第２ガスより前記第１ガスを優先的に吸着する吸着剤が充填された吸着塔と、
吸気口、排気口、及び第１富化ガス出口を有し、前記吸着塔に接続された流路群と、
前記流路群に介在されたポンプと、
前記流路群の接続状態を切り替える接続切替手段と、
前記吸着塔に接続された第２富化ガス路と、
前記第２富化ガス路を絞る流路絞り手段と、
前記第２富化ガス路から前記吸着塔への逆流を防止する逆流防止手段と、を備え、
前記流路群は、前記接続切替手段によって、
前記吸着塔が前記吸気口と連通し前記排気口及び前記第１富化ガス口と非連通であり、前記ポンプによって前記吸着塔内を昇圧することができる昇圧可能状態と、
前記吸着塔が前記排気口と連通し前記第１富化ガス出口と非連通であり、前記吸着塔内を大気圧に戻すことができる中立状態と、
前記吸着塔が前記第１富化ガス出口と連通し前記吸気口及び前記排気口と非連通であり、前記ポンプによって前記吸着塔内を減圧することができる減圧可能状態と、に切り替え可能であり、
圧力変動吸着方式のガス分離が１つの前記ポンプと１つの前記吸着塔とによって実施される、
ことを特徴とするガス分離装置。
【請求項２】
前記流路群は、前記吸気口を有する吸気路と、前記ポンプの入口側に接続された入口路と、前記ポンプの出口側に接続された出口路と、前記吸着塔に接続された給排路と、前記排気口を有する排気路と、前記第１富化ガス出口を有する第１富化ガス路と、を含む、ことを特徴とする請求項１に記載のガス分離装置。
【請求項３】
前記接続切替手段は、
前記入口路と前記吸気路とが接続された状態と、前記入口路と前記給排路とが接続された状態とに切り替える第１流路切替弁と、
前記出口路と前記給排路とが接続された状態と、前記出口路と前記第１富化ガス路とが接続された状態とに切り替える第２流路切替弁と、
前記給排路と前記排気路とを接続状態と遮断状態とに切り替える開閉弁と、を備えることを特徴とする請求項２に記載のガス分離装置。
【請求項４】
前記吸着剤は、酸素ガスより窒素ガスを優先的に吸着するものである、ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のガス分離装置。
【請求項５】
前記吸着剤は、窒素ガスより酸素ガスを優先的に吸着するものである、ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のガス分離装置。
【請求項６】
前記逆流防止用手段は、前記第２富化ガス路に介在された逆止弁である、ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のガス分離装置。
【請求項７】
前記流路絞り手段は、前記第２富化ガス路に形成されたオリフィスである、ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のガス分離装置。
【請求項８】
請求項１に記載の複数のガス分離装置と、各前記ガス分離装置を制御する制御ユニットとを備え、前記制御ユニットは、圧力変動吸着方式による前記原料ガスのガス分離を、その工程が前記ガス分離装置間でずれるように前記ガス分離装置に実施させる、ことを特徴とするガス分離システム。
【請求項９】
請求項１に記載のガス分離装置を用いて圧力変動吸着方式により前記原料ガスをガス分離するガス分離方法であって、
前記流路群を前記昇圧可能状態にし、前記ポンプによって前記原料ガスを前記吸気口から取り込み前記吸着塔へ供給し前記吸着塔内を昇圧して、前記第２富化ガスを前記第２富化ガス路を通じて得る第１工程と、
前記流路群を前記中立状態にし、前記吸着塔内のガスを前記排気口から排気して前記吸着塔内を大気圧に戻す第２工程と、
前記流路群を前記減圧可能状態にし、前記ポンプによって前記吸着塔内を減圧して、前記第１富化ガスを、前記流路群を通じて前記第１富化ガス出口から得る第３工程と、を備える、ことを特徴とするガス分離方法。
【請求項１０】
前記流路群を前記中立状態にして、前記原料ガスを前記排気口から取り込み、かつ前記ポンプによって前記吸気口から取り込んで前記吸着塔に供給して、前記吸着塔内を大気圧に戻す第４工程を、さらに備える、ことを特徴とする請求項９に記載のガス分離方法。
【請求項１１】
前記第１工程から前記第４工程までの間、前記ポンプを駆動させ続けることを特徴とする請求項１０に記載のガス分離方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１つの吸着塔及び１つのポンプを用いて圧力変動吸着方式によってガス分離を実施するガス分離装置及びガス分離方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧力変動吸着方式（以下、ＰＳＡ方式とする）を利用してガスを分離するガス分離装置は、従来から広く利用されている。ＰＳＡ方式のガス分離によって、窒素富化ガス、酸素富化ガス、ドライエア等を提供することができる。
【０００３】
ＰＳＡ方式のガス分離は、１９５０年頃より技術改善が繰り返されているが、その主たる改善目的は、ガス回収率の向上、高純度ガス化（例えば、９９．９９９％以上）、ポンプ、ブロア等による圧送の省電力化であった。そのため、ある程度大きい規模でないと、ガス分離装置と、当該装置の使用によって得られるメリットとが釣り合わない。それゆれ、ＰＳＡ方式のガス分離の市場というのは、医療用や工業用などに限定されており、その市場は拡大していないのが現状である。
【０００４】
しかしながら、近年では、顧客の要求にて、高純度でなく、ある程度の濃度（例えば、窒素ガス濃度８５％、酸素ガス濃度４０％等）の濃縮ガスを少量（例えば、数リットル／分）で提供できる性能を有し、小型で、軽量で、安価なＰＳＡ方式のガス分離装置が期待されている。
【０００５】
具体的には、例えば、小型の分析機のキャリアガス、培養器内のガス濃度コントロール、コーヒーサーバ等の酸化防止、観賞魚や高級活魚等への酸素供給、野菜の鮮度保持といった用途において、ある程度の濃度の酸素富化ガス、窒素富化ガスやドライエアが必要とされている。しかしながら、上記の通り、ＰＳＡ方式のガス分離はコストが高いので、上記用途でＰＳＡ方式のガス分離を利用しても採算は取れず、採用には無理があった。
【０００６】
ところで、特許文献１には、１つのポンプと１つの吸着塔とを用いてＰＳＡ方式のガス分離を実施するガス分離装置が開示されている。特許文献１のガス分離装置は、まずポンプによって吸着塔に原料ガスとして空気を供給して吸着塔内を昇圧し、空気中の窒素ガスを吸着剤に吸着させて酸素富化ガスを得ている。
【０００７】
ガス分離装置は、それから、電磁弁によって流路群の接続状態を切り替えてポンプに真空排気機能を持たせて、ポンプによって吸着塔内を真空排気して吸着剤を再生処理し、吸着剤から脱着された窒素ガスや、水蒸気等のその他のガスをまとめて大気へ放出している。
【０００８】
特許文献１の技術によれば、特許文献２のような２つの吸着塔を用いる一般的なＰＳＡ方式のガス分離装置に比べて、小型で、軽量で、安価なガス分離装置を提供できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−２６７４３９号公報
【特許文献２】特開２００５−２７０９５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１のガス分離装置では、吸着塔の下流側に製品タンク、ガス保留タンク等のタンクが必要である。そのため、依然として、ガス分離装置のサイズは大きく、そのコストも高く、上記の顧客を必ずしも満足させるとはいえない。
【００１１】
また、特許文献１では、吸着剤に吸着された窒素ガスは吸着塔の真空排気により脱着され大気へ排出されるが、排出されたガスは、窒素ガスだけでなく、水蒸気や、回収されなかった酸素ガス等も多く含んでいるので、窒素富化ガスといえるほどのものではない。即ち、特許文献１のガス分離装置では、空気から、酸素富化ガスを得ているが、窒素富化ガスを得ているとはいえず、１種類の富化ガスしか得られていない。
【００１２】
本発明は、１つの吸着塔と１つのポンプとを用いて、原料ガスから、第１富化ガスと第２富化ガスとを分離する、小型化可能、軽量化可能、及び安価なＰＳＡ方式のガス分離装置及び該装置を用いたガス分離方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、第１ガスと第２ガスとを含む原料ガスから、前記第１ガスが濃縮された第１富化ガスと前記第２ガスが濃縮された第２富化ガスとを分離する圧力変動吸着方式のガス分離装置であって、
前記第２ガスより前記第１ガスを優先的に吸着する吸着剤が充填された吸着塔と、
吸気口、排気口、及び第１富化ガス出口を有し、前記吸着塔に接続された流路群と、
前記流路群に介在されたポンプと、
前記流路群の接続状態を切り替える接続切替手段と、
前記吸着塔に接続された第２富化ガス路と、
前記第２富化ガス路を絞る流路絞り手段と、
前記第２富化ガス路から前記吸着塔への逆流を防止する逆流防止手段と、を備え、
前記流路群は、前記接続切替手段によって、
前記吸着塔が前記吸気口と連通し前記排気口及び前記第１富化ガス口と非連通であり、前記ポンプによって前記吸着塔内を昇圧することができる昇圧可能状態と、
前記吸着塔が前記排気口と連通し前記第１富化ガス出口と非連通であり、前記吸着塔内を大気圧に戻すことができる中立状態と、
前記吸着塔が前記第１富化ガス出口と連通し前記吸気口及び前記排気口と非連通であり、前記ポンプによって前記吸着塔内を減圧することができる減圧可能状態と、に切り替え可能であり、
圧力変動吸着方式のガス分離が１つの前記ポンプと１つの前記吸着塔とによって実施される、ことを特徴とする。
【００１４】
好ましくは、前記流路群は、前記吸気口を有する吸気路と、前記ポンプの入口側に接続された入口路と、前記ポンプの出口側に接続された出口路と、前記吸着塔に接続された給排路と、前記排気口を有する排気路と、前記第１富化ガス出口を有する第１富化ガス路と、を含む。
【００１５】
好ましくは、前記接続切替手段は、
前記入口路と前記吸気路とが接続された状態と、前記入口路と前記給排路とが接続された状態とに切り替える第１流路切替弁と、
前記出口路と前記給排路とが接続された状態と、前記出口路と前記第１富化ガス路とが接続された状態とに切り替える第２流路切替弁と、
前記給排路と前記排気路とを接続状態と遮断状態とに切り替える開閉弁と、を備える。
【００１６】
好ましくは、前記吸着剤は、酸素ガスより窒素ガスを優先的に吸着するものである。
【００１７】
好ましくは、前記吸着剤は、窒素ガスより酸素ガスを優先的に吸着するものである。
【００１８】
好ましくは、前記逆流防止用手段は、前記第２富化ガス路に介在された逆止弁である。
【００１９】
好ましくは、前記流路絞り手段は、前記第２富化ガス路に形成されたオリフィスである。
【００２０】
好ましくは、複数のガス分離装置と、各前記ガス分離装置を制御する制御ユニットとを備え、前記制御ユニットは、圧力変動吸着方式による前記原料ガスのガス分離を、その工程が前記ガス分離装置間でずれるように前記ガス分離装置に実施させるガス分離システムとしてもよい。
【００２１】
また、本発明は、ガス分離装置を用いて圧力変動吸着方式により前記原料ガスをガス分離するガス分離方法であって、
前記流路群を前記昇圧可能状態にし、前記ポンプによって前記原料ガスを前記吸気口から取り込み前記吸着塔へ供給し前記吸着塔内を昇圧して、前記第２富化ガスを前記第２富化ガス路を通じて得る第１工程と、
前記流路群を前記中立状態にし、前記吸着塔内のガスを前記排気口から排気して前記吸着塔内を大気圧に戻す第２工程と、
前記流路群を前記減圧可能状態にし、前記ポンプによって前記吸着塔内を減圧して、前記第１富化ガスを、前記流路群を通じて前記第１富化ガス出口から得る第３工程と、を備える、ことを特徴とするガス分離方法。
【００２２】
好ましくは、前記流路群を前記中立状態にして、前記原料ガスを前記排気口から取り込み、かつ前記ポンプによって前記吸気口から取り込んで前記吸着塔に供給して、前記吸着塔内を大気圧に戻す第４工程を、さらに備える。
【００２３】
好ましくは、前記第１工程から前記第４工程までの間、前記ポンプを駆動させ続ける。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、１つの吸着塔と１つのポンプとを用いて、原料ガスから、第１富化ガスと第２富化ガスとを分離することができる小型化可能で軽量化可能なガス分離装置を安価に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る分離装置の一実施形態の概略図である。
【図２】図１のガス分離装置によるガス分離の一実施形態を説明する図である。
【図３】実施例１における吸着塔内圧力の時間変化及び各出口の流量曲線を示す。
【図４】実施例１において得られる窒素富化ガス及び酸素富化ガスの濃度を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照して、本発明に係るガス分離装置及びガス分離方法について説明する。図１に、ガス分離装置の概略的構成が示されている。
【００２７】
ガス分離装置は、第１ガス及び第２ガスを含む原料ガスから、第１ガスが濃縮された第１富化ガスと、第２ガスが濃縮された第２富化ガスとをＰＳＡ方式で分離する。一例として、ガス分離装置は、空気を原料ガスとして、空気から、酸素富化ガスと窒素富化ガスとを分離する。
【００２８】
図１を参照して、ガス分離装置は、吸着塔１を備えている。吸着塔１内には、第２ガスよりも第１ガスを優先的に吸着する吸着剤が充填される。吸着剤は、例えばゼオライト吸着剤のような、酸素ガスよりも窒素ガスを優先的に吸着するもの、または、例えば分子篩活性炭吸着剤のような、窒素ガスよりも酸素ガスを優先的に吸着するものである。
【００２９】
ガス分離装置は、複数の流路を含み吸着塔１に接続された流路群と、この流路群中に介在された１つのポンプ２とを備えている。ガス分離装置は、１つの吸着塔１と、この１つのポンプ２とによってＰＳＡ方式のガス分離を実施するものである。
【００３０】
流路群は、原料ガスを取り込むための吸気口３を有する吸気路４を含む。吸気口３は、原料ガスを空気とするときには、例えば図１のように大気に開放され、他のものを原料ガスとするときには、原料ガスの供給源に接続される。なお、吸気口３にはフィルタ５が設けられている。
【００３１】
流路群は、ポンプ２の入口側に接続された入口路６と、ポンプ２の出口側に接続された出口路７とを含む。
【００３２】
流路群は、給排路８を含む。給排路８は、４つの接続口を有し、その１つが吸着塔１に接続されている。
【００３３】
流路群は、排気口９を有する排気路１０を含む。この排気口９は、大気に開放されている。排気口９には、サイレンサ１１が設けられている。
【００３４】
流路群は、第１富化ガス出口１２を有する第１富化ガス路１３を含む。第１富化ガス路１３は、後述のようにして得られる第１富化ガスを回収するためのものである。
【００３５】
ガス分離装置は、吸着塔１に接続され、第２富化ガス出口１４を有する第２富化ガス路１５を備えている。第２富化ガス路１５は、後述のようにして得られる第２富化ガスを回収するためのものである。第２富化ガス路１５は、吸着塔１の流路群の接続側とは反対側に接続されている。第２富化ガス路１５には、第２富化ガス路１５を絞る流路絞り手段としてのオリフィス１６が形成されている。さらに、第２富化ガス路１５から吸着塔１への逆流を防止する逆流防止手段としての逆止弁１７が、第２富化ガス路１５に介在されている。
【００３６】
ガス分離装置は、流路群に介在され、流路群の接続状態を切り替える接続切替手段として、電磁式の第１流路切替弁１９と、電磁式の第２流路切替弁２０と、電磁式の開閉弁２１とを備えている。
【００３７】
第１流路切替弁１９には、吸気路４と、入口路６と、給排路８とが接続されている。第１流路切替弁１９は、入口路６が吸気路４に接続された状態と、入口路６が給排路８に接続された状態とに切り替える。
【００３８】
第２流路切替弁２０には、出口路７と、給排路８と、第１富化ガス路１３とが接続されている。第２流路切替弁２０は、出口路７が給排路８と接続された状態と、出口路７が第１富化ガス路１３に接続された状態とに切り替える。
【００３９】
開閉弁２１には、給排路８と排気路１０とが接続されている。開閉弁２１は、給排路８と排気路１０とが接続された状態と、給排路８と排気路１０とが遮断された状態とに切り替える。
【００４０】
ガス分離装置は、接続切替手段としての上記の第１流路切替弁１９と、第２流路切替弁２０と、開閉弁２１とを切替制御するための制御部（図示略）を備えている。
【００４１】
制御部は、３つの弁１９、２０、２１を切替制御して、吸気路４と入口路６とを接続し、出口路７と給排路８とを接続し、給排路８と排気路１０とを遮断する。それによって、吸着塔１は、ポンプ２を通じて吸気口３と連通する一方、排気口９及び第１富化ガス出口１２と非連通になる。この状態で、ポンプ２が駆動されると、原料ガスが吸気口３から取り込まれ、吸気路４、入口路６、出口路７、給排路８を順に通って吸着塔１へ供給される。ここで、第２富化ガス路１５にはオリフィス１６が設けられているので、吸着塔１内は、ポンプ２による原料ガスの供給によって昇圧される。以下、このようにポンプ２によって吸着塔１内を昇圧することができる流路群の接続状態を昇圧可能状態とする。
【００４２】
また、制御部は、３つの弁１９、２０、２１を切替制御して、吸気路４と入口路６とを接続し、出口路７と給排路８とを接続し、給排路８と排気路１０とを接続する。この状態では、吸着塔１は排気口９と連通しているので、吸着塔１内を大気圧にすることができる。以下、このように、吸着塔１内を大気圧に戻すことができる流路群の接続状態を中立状態という。中立状態では、吸着塔１は、ポンプ２を通じて吸気口３と連通している。また、中立状態では、吸着塔１は、第１富化ガス出口１２と非連通であり、吸着塔１内のガスが第１富化ガス出口１２から排出されることはない。
【００４３】
また、制御部は、３つの弁１９、２０、２１を切替制御して、入口路６と給排路８とを接続し、出口路７と第１富化ガス路１３とを接続し、給排路８と排気路１０とを遮断する。それによって、吸着塔１は、ポンプ２を通じて第１富化ガス出口１２と連通する一方、吸気口３及び排気口９とは非連通になる。この状態で、ポンプ２が駆動されると、吸着塔１内のガスは、給排路８、入口路６、出口路７、第１富化ガス路１３を通って第１富化ガス出口１２から排出される。ここで、第２富化ガス路１５には逆止弁１７が設けられているので、ガスが第２富化ガス路１５から吸着塔１へ流れることはない。従って、ポンプを駆動する結果、吸着塔１内は減圧（真空排気）される。以下、このように、ポンプ２によって吸着塔１内を減圧できる流路群の接続状態を減圧可能状態とする。
【００４４】
以上のように、本発明のガス分離装置では、３つの弁１９、２０、２１による流路群の接続状態の切替えによって、吸着塔１内を、大気圧よりも高い圧力に昇圧することも、大気圧に戻すことも、大気圧よりも低い圧力に減圧することもできる。従って、本発明のガス分離装置によって、３つのＰＳＡ方式のガス分離、即ち、ＰＳＡ式ガス分離、ＶＳＡ式ガス分離、ＶＰＳＡ式ガス分離が全て可能である。
【００４５】
以下で、上記のガス分離装置を用いたＰＳＡ方式のガス分離方法を、ＶＰＳＡ式ガス分離を例にして説明する。
［第１工程］
まず制御部が流路群を昇圧可能状態にする。図２Ａの通り、原料ガスがポンプ２によって吸気口３から取り込まれ吸着塔１へ供給され、吸着塔１内が大気圧より高い圧力に昇圧される。吸着塔１内では、原料ガス中の第１ガスが吸着剤に吸着され、それによって第２ガスが濃縮される。濃縮された第２ガスを含む吸着塔１内のガスが、第２富化ガスとして、第２富化ガス路１５を通じて、第２富化ガス出口１４から得られる。
【００４６】
［第２工程］
次いで、制御部が流路群を中立状態にする。吸着塔１内には、第２富化ガス路１５を通過しなかった酸素ガス等を含むガスが存在しているが、図２Ｂの通り、この吸着塔１内のガスが給排路８及び排気路１０を通って排気口９から大気に排気され、その結果、第１工程で昇圧されていた吸着塔１内が大気圧に戻る。このとき、吸着塔１は第１富化ガス出口１２と非連通なので、この吸着塔１内のガスは第１富化ガス出口１２から排出されることはない。なお、この第２工程の間も、ポンプ２は駆動し続けており、原料ガスが吸気口３から取り込まれ、排気口９から排気される。
【００４７】
［第３工程］
次いで、制御部が流路群を減圧可能状態にする。図２Ｃの通り、吸着塔１内のガスがポンプ２によって排気されて、吸着塔１内が大気圧より低い圧力に減圧される、即ち真空排気される。このとき、吸着塔１内では、吸着剤が再生処理されて、第１ガスが吸着剤から脱着して、第１ガスが濃縮される。濃縮された第１ガスを含む吸着塔１内のガスが、第１富化ガスとして、流路群の給排路８、入口路６、出口路７、第１富化ガス路１３を順に通って、第１富化ガス出口１２から得られる。
【００４８】
［第４工程］
次いで、制御部が流路群を中立状態にする。図２Ｄの通り、原料ガスがポンプ２によって吸気口３から取り込まれ吸着塔１に供給されるとともに、原料ガスを空気としているときには、原料ガスが排気口９からも取り込まれて吸着塔１に供給される。その結果、第３工程で減圧された吸着塔１内が大気圧に戻る。
【００４９】
以上の第１工程から第４工程までを１つのサイクルとして、原料ガスから、第１富化ガスと第２富化ガスとが得られる。そして、このサイクルが順次繰り返される。
【００５０】
本発明のガス分離装置及びガス分離方法によれば、第２富化ガス路１５に流路絞り手段（オリフィス１６）が介在されていることにより、第１工程において、吸着塔１内を昇圧させるともに、それにより吸着塔１内で得られた第２富化ガスを直ちに第２富化ガス路１５を通じて回収できるようになっている。
【００５１】
これにより、特許文献１のような吸着塔の下流側に配置されるタンクを省略することができる。従って、ＰＳＡ方式のガス分離装置をより小型化及び軽量化することができ、安価に提供することができる。そして、本発明のガス分離装置は、小型化及び軽量化可能であることにより、他の装置に容易に組み込むことが可能である。
【００５２】
流路群と接続切替手段としての弁１９、２０、２１とを一体化しておくことが好ましい。例えば、図１の通り、流路群の一部をブロック２２の内部に組み込み、各弁１９、２０、２１を当該ブロック２２に支持させる。但し、流路群のうち、図１において点線で示される、入口路６のポンプ２への接続部分と、出口路７のポンプ２への接続部分と、第１富化ガス路１３の第１富化ガス出口１２側の部分とは外部配管で構成する。そして、このようなブロック２２を吸着塔１の一端のフランジ部２３に取り付け可能とする。これにより、ガス分離装置は、組立てが非常に容易となる。
【００５３】
上記実施形態では、流路絞り手段は、吸着塔１のフランジ部２４に形成されたオリフィス１６であったが、これに代えて、例えばニードル弁のような流路絞り弁を第２富化ガス路１５に介在させてもよい。また、逆流防止手段は、逆止弁１７であったが、これに代えて、例えば第２富化ガス路１５に介在された開閉弁としてもよい。但し、開閉弁とした場合、ＰＳＡの工程に応じて開閉弁を切替制御する必要があるので、実施形態のように制御が不要な逆止弁１７とすることが好ましい。
【００５４】
特許文献１とは異なり、第２工程（図２Ｂ）で吸着塔１内のガスを排気口９から大気へ排出してから、第３工程（図２Ｃ）で吸着塔１内を真空排気し、第１富化ガスを第１富化ガス出口１２から回収しているので、第１ガスが十分に濃縮された第１富化ガスが得られている。
【００５５】
第４工程では、原料ガスをポンプ２によって吸気口３から吸着塔１に供給するだけでなく、排気口９を吸気口として機能させてこの排気口９からも原料ガスを供給している。即ち、原料ガスの一部をポンプに依らず供給することができ、ＰＳＡ方式のガス分離の効率が向上されている。
【００５６】
また、上記の通り、第１工程から第４工程までの１サイクルにおいて、ポンプ２を問題なく駆動させ続けることができ、ポンプ２のオン−オフ制御が一切不要である。即ち、ＰＳＡのガス分離中、ポンプ２を停止させる必要がない。
【００５７】
ところで、上記のガス分離装置は、第１工程にて第２富化ガスを、第３工程にて第１富化ガスを交互に生成するので、１台のガス分離装置だけでは、第１富化ガス及び第２富化ガスをそれぞれ連続供給することができない。そこで、以下のようなガス分離システムとしてもよい。
【００５８】
ガス分離システムは、複数の上記ガス分離装置と、各ガス分離装置を制御する制御ユニットとを備える。さらに、ガス分離システムは、第１サージタンクと第２サージタンクとを備える。各ガス分離装置は、その第１富化ガス出口１２で第１サージタンクに接続され、各ガス分離装置で得られた第１富化ガスが第１サージタンクに回収される。また、各ガス分離装置は、その第２富化ガス出口１４で第２サージタンクに接続され、各ガス分離装置で得られた第２富化ガスが第２サージタンクに回収される。制御ユニットは、ガス分離装置にＰＳＡ方式による原料ガスのガス分離を実施させるが、このときガス分離装置間でガス分離の工程をずらすようにする。それによって、第１サージタンクから第１富化ガスを連続供給でき、第２サージタンクから第２富化ガスを連続供給できる。
【００５９】
［実施例１］
本発明に係る図１のガス分離装置を用いて上記の第１工程から第４工程からなるＶＰＳＡ式ガス分離を実施した。
原料ガスとして空気を用い、空気から窒素富化ガスと、酸素富化ガスとを分離した。
吸着剤として、モレキュラーシーブ（ユニオン昭和製，ＯＸＹＳＩＶ−７００）を用いた。モレキュラーシーブは、酸素ガスよりも窒素ガスを優先的に吸着する吸着剤である。即ち、この実施例１では、窒素富化ガスが第１富化ガス出口１２から回収され、酸素富化ガスが第２富化ガス出口１４から回収される。
ポンプ２として、ダイヤフラムポンプを用いた。ポンプ２の吐出風量特性は、大気圧：８Ｌ／ｍｉｎ，５０Ｋｐａ（ゲージ圧）：５Ｌ／ｍｉｎである。
オリフィス１６は、φ０．５ｍｍである。
【００６０】
ガス分離装置では、ガス濃度及びガス流量は１サイクル中変化し続けるので、ガス濃度の平均値を測定するために、３０Ｌの密閉容器（ペレット缶）を２つ準備した。一方の密閉容器は、その入口が第１富化ガス出口１２に接続され、その出口が大気に開放されており、窒素富化ガスが密閉容器内に流れ、酸素濃度計を経て当該出口から大気へ放出される。もう一方の密閉容器は、その入口が第２富化ガス出口１４に接続され、その出口が大気に開放されており、酸素富化ガスが密閉容器内に流れ、酸素濃度計を経て当該出口から大気へ放出されるようにした。
【００６１】
各密閉容器内の酸素濃度が、空気中における酸素濃度約２１％から安定するまでの濃度（％）の時間変化（時間）と安定濃度を計測した。この安定濃度が、実施例１のガス分離装置により得られた酸素富化ガス及び窒素富化ガスのガス濃度となる。なお、窒素ガス濃度は、残留酸素濃度から算出した。
【００６２】
各工程の時間、及び、吸着塔１内の圧力（ゲージ圧、ｋＰａ）の時間変化（秒）は図３の通りである。また、図３に、第１工程の第２富化ガス出口１４における流量曲線及び酸素濃度の変化、及び、第３工程の第１富化ガス出口１２における流量曲線及び残酸素濃度の変化も合わせて示す。そして、図４Ａに、得られた窒素富化ガスの窒素濃度（残酸素濃度）の時間変化、図４Ｂに、得られた酸素富化ガスの酸素濃度の時間変化を示す。
【００６３】
図４Ａの通り、第１富化ガスとしての窒素富化ガスの窒素濃度は、残酸素濃度が約１０％のところで安定していることから、約９０％であった。図４Ｂの通り、第２富化ガスとしての酸素富化ガスの酸素濃度は、約５０％であった。
【００６４】
上記結果から、本発明に係るＰＳＡ方式のガス分離装置は、２つの吸着塔を用いる特許文献２のように高濃度ではないが、それでも従来技術で記載した用途には十分に利用できこれらの顧客を十分に満足させる濃度を有する第１富化ガス及び第２富化ガスを、１つの吸着塔１と１つのポンプ２とだけで得ることができることが分かった。
【符号の説明】
【００６５】
１  吸着塔
２  ポンプ
３  吸気口
４  吸気路
５  フィルタ
６  入口路
７  出口路
８  給排路
９  排気口
１０  排気路
１１  サイレンサ
１２  第１富化ガス出口
１３  第１富化ガス路
１４  第２富化ガス出口
１５  第２富化ガス路
１６  オリフィス
１７  逆止弁
１９  第１流路切替弁
２０  第２流路切替弁
２１  流路切替弁
２１  開閉弁
２２  ブロック
２３  フランジ部
２４  フランジ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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