(57)【要約】【課題】本発明は吸着剤による吸着効率を向上させると共に、吸着剤の充填量を減らすことを課題とする。【解決手段】気体分離装置１０では、圧縮空気が吸着ユニット１４の第１，第２の吸着槽２３，２４に供給される。第１，第２の吸着槽２３，２４には、分子ふるいカーボンよりなる吸着剤が充填されている。吸着槽２３，２４の内部中央には、円筒形状の流路変更部材１９が挿入されている。そのため、吸着槽２３，２４に供給される圧縮空気は、流路変更部材１９の外周に沿うように吸着槽２３，２４の内壁と流路変更部材１９の外周との間を通過して上方へ流れる。これにより、吸着槽２３，２４の内部に充填された吸着剤は、効率良く圧縮空気に含まれる酸素分子を吸着することが可能になる。また、吸着槽２３，２４に挿入された流路変更部材１９の容積分の吸着剤を減らすことが可能になる。【選択図】        図１
2004148259.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸着剤が充填された吸着槽に圧縮空気を供給し、該吸着槽内の吸着剤により分離生成された製品ガスを該吸着槽から取り出した後、該吸着槽内の残存気体を排気させて該吸着剤を再生するよう構成された気体分離装置において、
前記圧縮空気の流れを前記吸着槽の内部全体に供給されるように変更する流路変更部材を前記吸着槽の内部に設けたことを特徴とする気体分離装置。
【請求項２】
前記流路変更部材は、
前記吸着槽の空気流入口の近傍に設けられ、前記圧縮空気を前記吸着槽の内部に拡散するように複数の通路を形成する拡散部材であることを特徴とする請求項１記載の気体分離装置。
【請求項３】
前記流路変更部材は、
前記吸着槽の空気流入口から導入された圧縮空気の一部の流れを遮蔽すると共に、圧縮空気の流れを前記吸着槽の水平方向に導くように形成された遮蔽部材であることを特徴とする請求項１記載の気体分離装置。
【請求項４】
前記流路変更部材は、
前記吸着剤と一定の割合で混合された非吸着剤であることを特徴とする請求項１記載の気体分離装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＰＳＡ式（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｗｉｎｇ  Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）の気体分離装置に係り、特に吸着槽の内部に充填された吸着剤による製品ガスの生成効率を高めるよう構成された気体分離装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ＰＳＡ式気体分離装置は、分子ふるいカーボンやゼオライトなどからなる吸着剤を用いて空気を窒素と酸素に分離し、いずれか一方を製品ガスとして取り出し、使用するものである。
【０００３】
例えば窒素ガスを製品ガスとして取り出すＰＳＡ式気体分離装置にあっては、
（ａ）吸着工程：吸着剤が充填された吸着槽にコンプレッサにより圧縮された圧縮空気を導入して吸着槽内を昇圧させ圧力を利用して吸着剤に酸素分子を吸着させる工程、
（ｂ）取出工程：吸着工程の後半で吸着剤により分離生成された窒素を取出す工程、
（ｃ）均圧工程：取出工程終了後の吸着槽に残存する窒素濃度の高い残留ガスを吸着工程前の他の吸着槽に供給して吸着槽間の圧力を均圧化する工程、
（ｄ）再生工程：取出工程及び均圧工程終了後の吸着槽内を大気解放または真空ポンプで減圧して吸着剤に吸着された酸素分子を脱着することにより吸着剤を再生する工程、
（ｅ）還流工程：均圧工程終了後の吸着工程を行うと共に製品タンク内の製品ガスを吸着槽内に還流させる工程、が順次行われる。
【０００４】
これらの各工程（ａ）〜（ｅ）は、各吸着槽毎に繰返し行われ、各吸着槽における工程が連携して実行されるように各機器が制御される（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
一対の吸着槽を有する気体分離装置では、一方の吸着槽で取出工程が完了し、他方の吸着槽で再生工程が完了した後、均圧工程を行う。この均圧工程では、両吸着槽間を連通させて取出工程の後の吸着槽に残留するガスを再生工程後の吸着槽へ供給して均圧化を図り、吸着工程とともに還流工程を行って吸着工程の吸着効率を高めてより高純度の製品ガスを生成するようにしている。
【０００６】
さらに、上記従来の気体分離装置では、吸着槽に圧縮空気を供給する空気タンクの容積を吸着槽の容積の３倍以上とすることにより、吸着槽に吸着効果を得るのに必要な圧力の圧縮空気を充分に供給することが可能になり、且つ、製品ガス槽の容積を吸着槽の容積の１．５倍以上とすることにより、吸着槽の吸着効率及び製品ガスの生成量を向上させている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平９−１４１０３８号公報（第３頁、第４頁、図１、図２）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の気体分離装置では、円筒状の吸着槽の内部に多数の吸着剤を充填するように構成されており、吸着槽の底部に設けられた空気流入口から圧縮空気が供給されると、空気流入口の上方に向けて圧縮空気が流入されるため、吸着槽内部の中心部分に充填された吸着剤に圧縮空気が供給される。
【０００９】
よって、従来の気体分離装置では、吸着槽内部に充填された吸着剤のうち中心部分の吸着剤によって圧縮空気が酸素と窒素に分離されるため、吸着槽から取り出される製品ガスの濃度が目標値よりも低くなってしまうおそれがあった。
【００１０】
このような問題を解消するため、吸着槽の容積を大きくすると共に、吸着剤の充填量を増大させることが検討されている。しかしながら、この方法では、吸着剤の使用量が増大し、吸着剤の購入費が増大するという問題があった。
【００１１】
また、吸着剤を増量させることで、吸着剤の交換作業の手間が増えるばかりか、使用済み吸着剤の搬入・搬出作業に要する労力が増大することになり、吸着剤の交換作業に余計な時間がかかる。
【００１２】
そこで、本発明は上記問題を解決した気体分離装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は以下のような特徴を有する。
上記請求項１記載の発明は、吸着剤が充填された吸着槽に圧縮空気を供給し、吸着槽内の吸着剤により分離生成された製品ガスを該吸着槽から取り出した後、吸着槽内の残存気体を排気させて該吸着剤を再生するよう構成された気体分離装置において、圧縮空気の流れを吸着槽の内部全体に供給されるように変更する流路変更部材を吸着槽の内部に設けたものであり、吸着槽内部に充填された吸着剤の全てに圧縮空気を供給して気体分離効率を高めて製品ガスの濃度を高められる。
【００１４】
請求項２記載の発明は、吸着槽の空気流入口の近傍に、圧縮空気を吸着槽の内部に拡散するように複数の通路を形成する拡散部材を設けたものであり、吸着槽内部に充填された吸着剤の全てに圧縮空気を供給して気体分離効率を高めて製品ガスの濃度を高められる。
【００１５】
請求項３記載の発明は、吸着槽の空気流入口から導入された圧縮空気の一部の流れを遮蔽すると共に、圧縮空気の流れを前記吸着槽の水平方向に導くように形成された遮蔽部材を設けたものであり、吸着槽内部に充填された吸着剤の全てに圧縮空気を供給して気体分離効率を高めて製品ガスの濃度を高められる。
【００１６】
請求項４記載の発明は、吸着剤と一定の割合で混合された非吸着剤を吸着槽に充填したものであり、吸着槽内部に充填された吸着剤の全てに圧縮空気を供給して気体分離効率を高めて製品ガスの濃度を高められる。
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明の一実施例ついて説明する。尚、本実施例では、気体分離装置を窒素発生装置として使用する場合について説明する。
図１は本発明になる気体分離装置の第１実施例を示すシステム構成図である。
【００１７】
図１に示されるように、気体分離装置１０は、圧縮空気から窒素を製品ガスとして生成するＰＳＡ式の窒素発生装置であり、スタート信号の入来により作動開始する。また、気体分離装置１０の制御装置１２は、後述するコンプレッサ１３及び電磁弁よりなる吸着ユニット１４の各バルブＶ１〜Ｖ７、排気弁１５を制御する。
【００１８】
コンプレッサ１３により生成された圧縮空気は、空気槽１６に貯えられ、空気供給管路１７を介して吸着ユニット１４に供給される。また、コンプレッサ１３は、空気槽１６の圧力が上限圧力ＰＡ以上に上昇した場合にロード運転からアンロード運転に切り替わり、空気槽１６の圧力が下限圧力ＰＢ以下に低下した場合アンロード運転からロード運転に切り替わるように制御される。
【００１９】
上記空気槽１６の下流に位置する空気供給管路１７には、冷凍式エアドライヤ１８が設けられている。そして、冷凍式エアドライヤ１８によって除湿された圧縮空気が吸着ユニット１４の第１，第２の吸着槽２３，２４に供給される。第１，第２の吸着槽２３，２４には、分子ふるいカーボン（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｓｉｅｖｉｎｇ  Ｃａｒｂｏｎ）よりなる吸着剤（図示せず）が充填されている。
【００２０】
分子ふるいカーボンとしては、多孔質のゼオライト（Ｚｅｏｌｉｔｅ）などが用いられている。尚、図１においては、吸着剤は、例えば、直径１ｍｍ、高さ２ｍｍの円柱形状に形成された粒子状であるので、図示していない。
【００２１】
円筒形状に形成された吸着槽２３，２４の内部中央には、円筒形状の流路変更部材１９が挿入されている。この流路変更部材１９は、内部が中空とされ、両端部分が半球状に形成されている。
【００２２】
そのため、吸着槽２３，２４に供給される圧縮空気は、流路変更部材１９の外周に沿うように吸着槽２３，２４の内壁と流路変更部材１９の外周との間を通過して上方へ流れる。これにより、吸着槽２３，２４の内部に充填された吸着剤は、効率良く圧縮空気に含まれる酸素分子を吸着することが可能になる。また、吸着槽２３，２４に挿入された流路変更部材１９の容積分の吸着剤を減らすことが可能になる。
【００２３】
また、空気槽１６には、コンプレッサ１３により蓄圧された圧縮空気の圧力を計測する圧力計２０が設けられている。この圧力計２０は、空気槽１６の圧力を検出し、その検出信号を制御装置１２に出力する。
【００２４】
吸着ユニット１４では、空気供給管路１７に連通された給気管路２１，２２を介して第１，第２の吸着槽２３，２４に圧縮空気が供給される。第１，第２の吸着槽２３，２４に充填された吸着剤は、吸着槽２３，２４内の圧力上昇により酸素分子を吸着し、減圧されるとその圧力差により酸素分子を脱着する。尚、吸着剤の表面に形成された微細な孔は、酸素分子よりも大きく、窒素分子よりも小さい。そのため、圧縮空気に含まれる窒素分子は、昇圧状態でも、吸着剤に吸着されにくい。
【００２５】
また、管路２１，２２には、排気管路２５，２６が分岐接続されている。吸着槽２３，２４の上部には取出管路２７，２８が接続されており、両管路２７，２８間には両吸着槽２３，２４を連通するための均圧管路２９が横架されている。また、上記取出管路２７，２８は、取出管路３０で合流し、取出管路３０を介して窒素槽３１に連通されている。よって、上記吸着槽２３，２４から取り出された窒素ガスは、窒素槽３１に蓄圧される。
【００２６】
さらに、給気管路２１，２２との間を連通する排気管路２５，２６の端部は、再生工程で排気される音を緩和するためのサイレンサ３３に連通されている。
【００２７】
上記吸着槽２３，２４から取り出された窒素ガスが蓄圧される窒素槽３１の下流側に設けられた管路３４には、減圧弁３５、圧力計３６、電磁弁３７、流量を調整する可変絞り３８が配設されている。
【００２８】
また、上記吸着ユニット１４の各管路には、常閉形の電磁弁Ｖ１〜Ｖ７が配設されている。各電磁弁Ｖ１〜Ｖ７は通常閉弁しているが、制御装置１２からの制御信号により吸着、取出、再生、均圧、還流の各工程に応じて選択的に開弁する。
【００２９】
吸着ユニット１４では、第１，第２の吸着槽２３，２４の下方に上記空気槽１６から圧縮空気が供給されて、昇圧、減圧を繰り返しながら原料空気から窒素と酸素とを分離する。尚、本実施例では、一対の吸着槽２３，２４を有するため、第１の吸着槽２３が昇圧されて吸着、取出工程のとき第２の吸着槽２４では減圧されて再生工程が行なわれ、第１の吸着槽２３が再生工程のとき第２の吸着槽２４は吸着、取出工程となる。
【００３０】
そして、制御装置１２は予め入力されたプログラムに基づいて吸着槽２３，２４が交互に窒素ガスを生成するように吸着ユニット１４の各バルブＶ１〜Ｖ７を開閉制御する。各バルブＶ１〜Ｖ７の開弁状態を各工程毎に分類すると、以下のようになる。
【００３１】
▲１▼  第１の吸着槽２３は吸着・還流工程：バルブＶ１，Ｖ２が開弁。
【００３２】
第２の吸着槽２４は再生工程：バルブＶ６が開弁。
【００３３】
▲２▼  第１の吸着槽２３は取出工程：バルブＶ１，Ｖ２が開弁。
【００３４】
第２の吸着槽２４は再生工程のまま：バルブＶ６が開弁。
【００３５】
▲３▼  吸着槽２３，２４は均圧工程：バルブＶ７が開弁。
【００３６】
▲４▼  第１の吸着槽２３は再生工程：バルブＶ３が開弁。
【００３７】
第２の吸着槽２４は吸着・還流工程：バルブＶ４，Ｖ６が開弁。
【００３８】
▲５▼  第１の吸着槽２３は再生工程のまま：バルブＶ３が開弁。
【００３９】
第２の吸着槽２４は取出工程：バルブＶ４，Ｖ６が開弁。
【００４０】
▲６▼  吸着槽２３，２４は均圧工程：バルブＶ７が開弁。
【００４１】
この▲１▼〜▲６▼が順次行われて１サイクルが終了し、この順番で各工程が繰り返される。尚、各工程の所要時間は、予めプログラム上に設定されている。
【００４２】
図２は吸着槽の内部構成を拡大して示す縦断面図である。
図２に示されるように、吸着槽２３，２４は、円筒形状の容器本体４０と、容器本体４０の内部空間４２に挿入された流路変更部材１９とから構成されている。容器本体４０は、底部４０ａに管路２１，２２を介して圧縮空気が供給される流入口４４が設けられ、上部４０ｂに取出管路２７，２８が連通された製品ガス（本実施例では、窒素）を取り出す吐出口４６が設けられている。
【００４３】
また、容器本体４０は、底部４０ａに結合された脚部４８によって垂直方向に起立した状態に保持される。本実施例では、容器本体４０の容量が８４リットルであるのに対して流路変更部材１９の容量は１１リットルに設定されている。
【００４４】
流路変更部材１９は、吸着槽２３，２４よりも小さい円筒形状に形成され、上下端部１９ａ，１９ｂが空気流を水平方向へ導くように半球形状に形成されている。また、流路変更部材１９は、内部が中空とされており、軽量化されている。
【００４５】
さらに、流路変更部材１９の外周には、腕部１９ｃ〜１９ｆが水平方向に突出している。そして、容器本体４０の内壁には、腕部１９ｃ〜１９ｆが嵌合される支持部材５０ａ〜５０ｄが固着されている。
【００４６】
支持部材５０ａ〜５０ｄは、中空パイプからなり、腕部１９ｃ〜１９ｆと合致する位置に設けられている。そして、支持部材５０ａ〜５０ｄの中空孔５０ａ１〜５０ｄ１には、腕部１９ｃ〜１９ｆの端部１９ｃ１〜１９ｆ１が嵌合される。これにより、流路変更部材１９は、容器本体４０の中央に安定的に保持されており、圧縮空気の供給、あるいは製品ガスの取り出しの際に位置ずれしたり、あるいは揺動することが防止される。
【００４７】
腕部１９ｃ〜１９ｆの端部１９ｃ１〜１９ｆ１は、支持部材５０ａ〜５０ｄの中空孔５０ａ１〜５０ｄ１との間をシールするシール部材（図示せず）が巻装されている。そのため、容器本体４０の内部に圧縮空気が供給される吸着工程のとき、圧縮空気が支持部材５０ａ〜５０ｄの中空孔５０ａ１〜５０ｄ１から外部に流出することが防止される。
【００４８】
流路変更部材１９の周囲には、吸着剤（図示せず）が充填されており、流路変更部材１９は流入口４４から供給された圧縮空気の流れが容器本体４０の中心部分から水平方向へ変化して内壁側に導くように容器本体４０の内壁近傍に充填された吸着剤にも圧縮空気が供給されるようにしている。
【００４９】
そのため、流入口４４から吸着槽２３，２４に供給される圧縮空気は、容器本体４０の中心部分を流れた後、流路変更部材１９の下端１９ｂによって上方への流れが遮蔽されると共に、水平方向に導かれ、吸着槽２３，２４の内壁と流路変更部材１９の外周との間を通過して上方へ流れ容器本体４０の全体の圧力が上昇する。
【００５０】
これにより、吸着槽２３，２４の内部に充填された吸着剤は、容器本体４０の中心部分だけでなく容器本体４０の内壁近傍でも圧縮空気に含まれる酸素分子を効率良く吸着することが可能になる。よって、容器本体４０の内部空間４２に充填された吸着剤に対して全体的に圧縮空気が供給されることになり、限られた内部空間４２に充填された吸着剤が全体的に酸素分子を吸着して製品ガスの窒素濃度を高めることが可能になる。
【００５１】
図３は吸着剤の充填量と流路変更部材１９の有無に応じた製品ガスの窒素濃度を測定した実験結果を示す図である。
【００５２】
図３に示されるように、容器本体４０の容積を８４リットルに設定し、６０キログラムの吸着剤が充填された場合、窒素濃度９９％、９９．９％、９９．９９％の何れも酸素濃度が規定値以下であるので、製品ガスの濃度を補償できる。しかしながら、この条件では、吸着剤の充填量が多くなるため、吸着剤の購入費が高価になり、且つ吸着剤の交換作業に余計な手間がかかることになる。
【００５３】
容器本体４０の容積を７３リットルに設定し、５１キログラムの吸着剤が充填された場合、吸着剤の充填量が少なくなるが、窒素濃度９９％、９９．９％、９９．９９％の何れも酸素濃度が規定値以上であるので、製品ガスの濃度を補償できない。
【００５４】
また、容器本体４０の容積を８４リットルに設定し、流路変更部材１９を容器本体４０に挿入して５１キログラムの吸着剤が充填された場合（本実施例）、吸着剤の充填量を減らすことができると共に、窒素濃度９９％、９９．９％、９９．９９％の何れも酸素濃度が規定値以下であるので、製品ガスの濃度を補償できる。
【００５５】
このように、本実施例の場合、容器本体４０の内部空間４２に流路変更部材１９を挿入することで、製品ガスの窒素濃度を補償でき、且つ吸着剤の充填量を減らして吸着剤の購入費を安価にし、且つ吸着剤の交換作業の手間を減らすことができる。
【００５６】
図４は第２実施例の内部構成を拡大して示す縦断面図である。尚、図４において、上記実施例と同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。
図４に示されるように、吸着槽２３，２４は、円筒形状の容器本体４０の底部４０ａに設けられた流入口４４には、空気流を拡散する拡散ノズル（流路変更部材）５２が取り付けられている。この拡散ノズル５２は、円筒形状の上端５２ａが閉塞されたものであり、外周５２ｂに複数の連通孔５２ｃが設けられている。
【００５７】
そのため、管路２１，２２を介して圧縮空気が拡散ノズル５２の内部に供給されると、圧縮空気は上端５２ａにより上方への流れが遮断され、外周５２ｂに設けられた複数の連通孔５２ｃから水平方向に噴射される。
【００５８】
これにより、吸着槽２３，２４の内部に充填された吸着剤は、容器本体４０の中心部分だけでなく容器本体４０の内壁近傍でも圧縮空気に含まれる酸素分子を効率良く吸着することが可能になる。よって、容器本体４０の内部空間４２に充填された吸着剤に対して全体的に圧縮空気が供給されることになり、限られた内部空間４２に充填された吸着剤が全体的に酸素分子を吸着して製品ガスの窒素濃度を高めることが可能になる。
【００５９】
尚、拡散ノズル５２は、容器本体４０の内部空間４２に充填された吸着剤を取り出す際には、下方に引き抜かれ、吸着剤の排出を容易に行える。
【００６０】
図５は第３実施例の内部構成を拡大して示す縦断面図である。尚、図５において、上記実施例と同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。
図５に示されるように、吸着槽２３，２４は、円筒形状の容器本体４０の底部４０ａ近傍に繊維材を重ね合わせたフエルト材（流路変更部材）５４が設けられている。このフエルト材５４は、外径が容器本体４０の内周とほぼ同径とされた円盤状に形成されており、容器本体４０の内壁に突出する環状の突出部５６に載置される。
【００６１】
フエルト材５４は、容器本体４０の内部空間４２と容器本体４０の底部４０ａに設けられた流入室５８との間を画成しており、その上面には、吸着剤が載置される。従って、圧縮空気が管路２１，２２を介して流入口４４へ供給されると、圧縮空気はフエルト材５４によって上方への流れが遮蔽され、水平方向への流れに変化して流入室５８を対流する。そして、流入室５８の圧縮空気は、圧力が所定値以上に上昇すると共に、フエルト材５４に形成された繊維材間に形成された複数の微細流路を通過して流量を絞られながらフエルト材５４の上面全体から内部空間４２に流入する。
【００６２】
これにより、吸着槽２３，２４の内部に充填された吸着剤は、容器本体４０の中心部分だけでなく容器本体４０の内壁近傍でも圧縮空気に含まれる酸素分子を効率良く吸着することが可能になる。よって、容器本体４０の内部空間４２に充填された吸着剤に対して全体的に圧縮空気が供給されることになり、限られた内部空間４２に充填された吸着剤が全体的に酸素分子を吸着して製品ガスの窒素濃度を高めることが可能になる。
【００６３】
また、上記フエルト材５４の代わりに、例えば、金属板に複数の孔を設けたパンチングプレート、あるいはメッシュの異なる複数の金網を重ね合わせたフィルタ材などを流路変更部材として用いることも可能である。
【００６４】
図６は第４実施例の内部構成を拡大して示す縦断面図である。尚、図６において、上記実施例と同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。
図６に示されるように、吸着槽２３，２４は、円筒形状の容器本体４０の内部に隔壁（流路変更部材）６０が設けられている。この隔壁６０は、容器本体４０の内部空間４２を左室４２ａと右室４２ｂとに２分割するように起立しており、下端が容器本体４０の底部４０ａに固着されている。また、隔壁６０の上端は、容器本体４０の上端４０ａから離間している。
【００６５】
従って、内部空間４２の上部４０ａに囲まれた部分は、隔壁６０によって分離されておらず、連通室６２を介して連通状態となっている。また、底部４０ａには、流入口４４と吐出口４６とが並列に設けられている。
【００６６】
流入口４４は、内部空間４２の左室４２ａに連通され、吐出口４６は内部空間４２の右室４２ｂに連通されている。そして、左室４２ａ及び右室４２ｂには、吸着剤が充填されている。
【００６７】
従って、圧縮空気が管路２１，２２を介して流入口４４へ供給されると、圧縮空気は隔壁６０に沿って左室４２ａを上方に通過し、上部４０ｂの下側に形成された連通室６２を通過して右室４２ｂに至り、隔壁６０に沿って右室４２ｂを下方に通過する。
そして、左室４２ａ及び右室４２ｂに充填された吸着剤によって圧縮空気に含まれる酸素分子が吸着される。この際、左室４２ａ及び右室４２ｂの横断面積は、容器本体４０の横断面積の半分であるので、圧縮空気は左室４２ａ及び右室４２ｂに充填された吸着剤にほぼ均等に供給される。
【００６８】
これにより、左室４２ａ及び右室４２ｂに充填された吸着剤は、容器本体４０の中心部分だけでなく容器本体４０の内壁近傍でも圧縮空気に含まれる酸素分子を効率良く吸着することが可能になる。よって、容器本体４０の内部空間４２に充填された吸着剤に対して全体的に圧縮空気が供給されることになり、限られた内部空間４２に充填された吸着剤が全体的に酸素分子を吸着して製品ガスの窒素濃度を高めることが可能になる。
【００６９】
図７は第５実施例の内部構成を拡大して示す縦断面図である。尚、図７において、上記実施例と同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。
図７に示されるように、吸着槽２３，２４は、円筒形状の容器本体４０の内部に円筒状隔壁（流路変更部材）６４が設けられている。この円筒状隔壁６２は、容器本体４０の内部空間４２を内側の中央室４２ｃと外側の環状室４２ｄとに分割するように起立しており、下端が容器本体４０の底部４０ａに固着されている。また、円筒状隔壁６４の上端は、容器本体４０の上端４０ａから離間している。
【００７０】
従って、内部空間４２の上部４０ａに囲まれた部分は、隔壁６０によって分離されておらず、連通室６２を介して連通状態となっている。また、底部４０ａの中央には、流入口４４が設けられ、流入口４４の周囲には複数の吐出口４６が等間隔で設けられている。
【００７１】
流入口４４は、内部空間４２の中央室４２ｃに連通され、吐出口４６は内部空間４２の環状室４２ｄに連通されている。そして、中央室４２ｃ及び環状室４２ｄには、吸着剤が充填されている。
【００７２】
従って、圧縮空気が管路２１，２２を介して流入口４４へ供給されると、圧縮空気は円筒状隔壁６２の内壁６２ａに沿って中央室４２ｃを上方に通過し、上部４０ｂの下側に形成された連通室６２を通過して環状室４２ｄに至り、円筒状隔壁６２の外壁６２ｂに沿って環状室４２ｄを下方に通過する。
そして、中央室４２ｃ及び環状室４２ｄに充填された吸着剤によって圧縮空気に含まれる酸素分子が吸着される。この際、圧縮空気は、中央室４２ｃを通過した後、環状室４２ｄを通過するため、圧縮空気は中央室４２ｃ及び環状室４２ｄに充填された吸着剤にほぼ均等に供給される。
【００７３】
これにより、中央室４２ｃ及び環状室４２ｄに充填された吸着剤は、容器本体４０の中心部分だけでなく容器本体４０の内壁近傍でも圧縮空気に含まれる酸素分子を効率良く吸着することが可能になる。よって、容器本体４０の内部空間４２に充填された吸着剤に対して全体的に圧縮空気が供給されることになり、限られた内部空間４２に充填された吸着剤が全体的に酸素分子を吸着して製品ガスの窒素濃度を高めることが可能になる。
【００７４】
図８は第６実施例の内部構成を拡大して示す縦断面図である。尚、図８において、上記実施例と同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。
図８に示されるように、吸着槽２３，２４は、円筒形状の容器本体４０の内部に複数の仕切り板（流路変更部材）６６，６７が突出するように設けられている。この右側の仕切り板６６と左側の仕切り板６７とは、半円形に形成されており、容器本体４０の高さ位置を変えて交互に固着されている。
【００７５】
そして、仕切り板６６と６６との間及び仕切り板６７と６７との間には、吸着剤が充填されている。従って、圧縮空気が管路２１，２２を介して流入口４４へ供給されると、圧縮空気は右側の仕切り板６６または左側の仕切り板６７に沿って水平方向に流れ、仕切り板６６または仕切り板６７の端部を通過すると、上方に流れ、再び仕切り板６７または仕切り板６６に沿って水平方向に流れる。
【００７６】
このように、流入口４４から供給された圧縮空気は、仕切り板６６または仕切り板６７によって上方への流れを遮蔽され、水平方向に流れた後、上方に流れて再び水平方向に流れといった具合に容器本体４０の内部空間４２を直線的に流れるのではなく左右に蛇行しながら上昇する。
【００７７】
従って、圧縮空気は内部空間４２に充填された吸着剤に全てにほぼ均等に供給され、圧縮空気に含まれる酸素分子が吸着剤に吸着される。
【００７８】
これにより、内部空間４２に充填された吸着剤は、容器本体４０の中心部分だけでなく容器本体４０の内壁近傍でも圧縮空気に含まれる酸素分子を効率良く吸着することが可能になる。よって、容器本体４０の内部空間４２に充填された吸着剤に対して全体的に圧縮空気が供給されることになり、限られた内部空間４２に充填された吸着剤が全体的に酸素分子を吸着して製品ガスの窒素濃度を高めることが可能になる。
【００７９】
図９は第７実施例の内部構成を拡大して示す縦断面図である。尚、図９において、上記実施例と同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。
図９に示されるように、吸着槽２３，２４は、円筒形状の容器本体４０の内部に螺旋状に形成された螺旋部材（流路変更部材）６８が挿入されている。この螺旋部材６８は、上下方向に延在する軸７０が挿通されている。
【００８０】
そして、螺旋部材６８によって形成された螺旋空間７２には、吸着剤が充填されている。従って、圧縮空気が管路２１，２２を介して流入口４４へ供給されると、圧縮空気は螺旋部材６８の螺旋空間７２に沿って流れ、内部空間４２を旋回しながら上昇する。
【００８１】
このように、流入口４４から供給された圧縮空気は、螺旋部材６８によって上方への流れを制限され、水平方向に旋回しながら上方に流れる。
【００８２】
従って、圧縮空気は螺旋空間７２に充填された吸着剤に全てにほぼ均等に供給され、圧縮空気に含まれる酸素分子が吸着剤に吸着される。
【００８３】
これにより、螺旋空間７２に充填された吸着剤は、容器本体４０の中心部分だけでなく容器本体４０の内壁近傍でも圧縮空気に含まれる酸素分子を効率良く吸着することが可能になる。よって、螺旋空間７２に充填された吸着剤に対して全体的に圧縮空気が供給されることになり、限られた内部空間４２に充填された吸着剤が全体的に酸素分子を吸着して製品ガスの窒素濃度を高めることが可能になる。
【００８４】
尚、吸着剤の交換作業を行う際は、螺旋部材６８の軸７０をモータ等の駆動手段を用いて回転駆動することにより、吸着剤の排出が容易に行える。
【００８５】
図１０は第８実施例を説明するための拡大図である。尚、図１０において、上記実施例と同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。
図１０に示されるように、容器本体４０の内部空間４２には、吸着剤（図１０中、梨地模様で示す）８０と非吸着剤（流路変更部材）８２とが混合された状態で充填される。
【００８６】
両部材を均一な混合とするためには、吸着剤８０と非吸着剤８２とがほぼ同じ質量となることが望ましい。そのため、非吸着剤８２を例えば、樹脂材またはゴム材、または発泡スチロール等のように吸着剤８０よりも比重の小さい材質で形成する場合、非吸着剤８２を吸着剤８０よりも大きくする。
【００８７】
尚、非吸着剤８２を例えば、樹脂材またはゴム材、または発泡スチロール等のような比較的柔らかい材質とすることにより、吸着剤８０が混合時に破損することが防止される。
【００８８】
この場合、吸着剤８０は、直径が非吸着剤８２よりも小さく、非吸着剤８２と８２との間に形成される隙間８４に充填される。尚、吸着剤８０と非吸着剤８２との割合は、圧縮空気の供給圧力に応じて任意に設定され、例えば、吸着剤８０が５０％〜８０％となるように混合される。
【００８９】
このように、粒子状に形成された吸着剤８０と非吸着剤８２とを所定の割合で混合することにより、圧縮空気は非吸着剤８２を避けると共に、非吸着剤８２と８２との間に形成される隙間８４を流れることになり、この隙間８４に充填された吸着剤８０によって酸素分子が吸着される。よって、内部空間４２に充填された吸着剤８０に対して全体的に圧縮空気が供給されることになり、限られた内部空間４２に充填された吸着剤８０が全体的に酸素分子を吸着して製品ガスの窒素濃度を高めることが可能になる。
【００９０】
また、非吸着剤８２の充填量が増えることで吸着剤８０の充填量を減らせるので、吸着剤８０の購入費を安価に抑えることが可能になる。
【００９１】
また、吸着剤８０と非吸着剤８２との直径が異なるため、篩いによって容易に分別することができるので、吸着剤８０を交換する際に非吸着剤８２を回収して再利用することが可能になる。
【００９２】
図１１は第９実施例を説明するための拡大図である。尚、図１１において、上記実施例と同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。
図１１に示されるように、容器本体４０の内部空間４２には、吸着剤９０（図１１中、梨地模様で示す）と非吸着剤（流路変更部材）９２とが混合された状態で充填される。
【００９３】
両部材を均一な混合とするためには、吸着剤９０と非吸着剤９２とがほぼ同じ質量となることが望ましい。そのため、非吸着剤９２を例えば、吸着剤９０とほぼ等しい比重の材質で形成する場合、非吸着剤８２と吸着剤８０との直径を同一にする。
【００９４】
この場合、吸着剤９０は、非吸着剤９２と比重がほぼ同一であり、且つ直径が非吸着剤９２とほぼ同径であるため、内部空間４２に充填されて混合されると、ほぼ均一に混合させることが可能になる。尚、吸着剤９０と非吸着剤９２との割合は、圧縮空気の供給圧力に応じて任意に設定され、例えば、吸着剤８０が５０％〜８０％となるように混合される。
【００９５】
このように、粒子状に形成された吸着剤９０と非吸着剤９２とを所定の割合で混合することにより、圧縮空気は非吸着剤９２を避けると共に、非吸着剤９２と９２との間に形成される隙間９４を流れることになり、この隙間９４に充填された吸着剤９０によって酸素分子が吸着される。よって、内部空間４２に充填された吸着剤９０に対して全体的に圧縮空気が供給されることになり、限られた内部空間４２に充填された吸着剤９０が全体的に酸素分子を吸着して製品ガスの窒素濃度を高めることが可能になる。
【００９６】
また、非吸着剤９２の充填量が増えることで吸着剤９０の充填量を減らせるので、吸着剤９０の購入費を安価に抑えることが可能になる。
【００９７】
図１２は第１０実施例を説明するための拡大図である。尚、図１２において、上記実施例と同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。
図１２に示されるように、容器本体４０の内部空間４２には、吸着剤（図１２中、梨地模様で示す）１００と非吸着剤（流路変更部材）１０２とが混合された状態で充填される。非吸着剤１０２としては、例えば、または樹脂材により形成された粒子などが用いられる。
【００９８】
両部材を均一な混合とするためには、吸着剤１００と非吸着剤１０２とがほぼ同じ質量となることが望ましい。そのため、非吸着剤１０２を例えば、ビーズやビー玉などのガラス材等のように吸着剤１００よりも比重の大きい材質で形成する場合、非吸着剤１０２を吸着剤１００よりも小さくする。尚、非吸着剤１０２をガラス材により形成した場合、吸着剤１００と化学反応せず、吸着剤１０への影響を減らすことができる。
【００９９】
この場合、非吸着剤１０２は、直径が吸着剤１００よりも小さく、吸着剤１００と１００との間の隙間１０４に充填される。尚、吸着剤１００と非吸着剤１０２との割合は、圧縮空気の供給圧力に応じて任意に設定され、例えば、吸着剤８０が５０％〜８０％となるように混合される。
【０１００】
このように、粒子状に形成された吸着剤１００と非吸着剤１０２とを所定の割合で混合することにより、圧縮空気は非吸着剤１０２を避けて吸着剤１００を通過することになり、吸着剤１００によって酸素分子が吸着される。よって、内部空間４２に充填された吸着剤１００に対して全体的に圧縮空気が供給されることになり、限られた内部空間４２に充填された吸着剤１００が全体的に酸素分子を吸着して製品ガスの窒素濃度を高めることが可能になる。
【０１０１】
また、非吸着剤１０２の充填量が増えることで吸着剤１００の充填量を減らせるので、吸着剤１００の購入費を安価に抑えることが可能になる。
【０１０２】
また、吸着剤１００と非吸着剤１０２との直径が異なるため、篩いによって容易に分別することができるので、吸着剤１００を交換する際に非吸着剤１０２を回収して再利用することが可能になる。
【０１０３】
尚、上記実施例では、一対の吸着槽が設けられているが、２個以上の吸着槽を有する装置にも適用できるのは勿論である。
【０１０４】
また、上記実施例では、各吸着剤が酸素分子を吸着する構成であるが、各吸着槽が他の気体分子を吸着する構成（例えば酸素発生装置等）にも適用できるのは勿論である。
【０１０５】
【発明の効果】
上述の如く、請求項１記載の発明によれば、吸着剤が充填された吸着槽に圧縮空気を供給し、吸着槽内の吸着剤により分離生成された製品ガスを該吸着槽から取り出した後、吸着槽内の残存気体を排気させて該吸着剤を再生するよう構成された気体分離装置において、圧縮空気の流れを吸着槽の内部全体に供給されるように変更する流路変更部材を吸着槽の内部に設けたため、吸着槽内部に充填された吸着剤の全てに圧縮空気を供給して気体分離効率を高めて製品ガスの濃度を高めることができる。
【０１０６】
請求項２記載の発明によれば、吸着槽の空気流入口の近傍に、圧縮空気を吸着槽の内部に拡散するように複数の通路を形成する拡散部材を設けたため、吸着槽内部に充填された吸着剤の全てに圧縮空気を供給して気体分離効率を高めて製品ガスの濃度を高めることができる。
【０１０７】
請求項３記載の発明によれば、吸着槽の空気流入口から導入された圧縮空気の一部の流れを遮蔽すると共に、圧縮空気の流れを前記吸着槽の水平方向に導くように形成された遮蔽部材を設けたため、吸着槽内部に充填された吸着剤の全てに圧縮空気を供給して気体分離効率を高めて製品ガスの濃度を高めることができる。
【０１０８】
請求項４記載の発明によれば、吸着剤と一定の割合で混合された非吸着剤を吸着槽に充填したため、吸着槽内部に充填された吸着剤の全てに圧縮空気を供給して気体分離効率を高めて製品ガスの濃度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になる気体分離装置の第１実施例を示すシステム構成図である。
【図２】吸着槽の内部構成を拡大して示す縦断面図である。
【図３】吸着剤の充填量と流路変更部材１９の有無に応じた製品ガスの窒素濃度を測定した実験結果を示す図である。
【図４】第２実施例の内部構成を拡大して示す縦断面図である。
【図５】第３実施例の内部構成を拡大して示す縦断面図である。
【図６】第４実施例の内部構成を拡大して示す縦断面図である。
【図７】第５実施例の内部構成を拡大して示す縦断面図である。
【図８】第６実施例の内部構成を拡大して示す縦断面図である。
【図９】第７実施例の内部構成を拡大して示す縦断面図である。
【図１０】第８実施例を説明するための拡大図である。
【図１１】第９実施例を説明するための拡大図である。
【図１２】第１０実施例を説明するための拡大図である。
【符号の説明】
１０  気体分離装置
１２  制御装置
１３  コンプレッサ
１４  吸着ユニット
１６  空気槽
２３  第１の吸着槽
２４  第２の吸着槽
１９  流路変更部材
３１  窒素槽
４０  容器本体
４２  内部空間
４２ａ  左室
４２ｂ  右室
４２ｃ  中央室
４２ｄ  環状室
４４  流入口
４６  吐出口
５２  拡散ノズル
５４  フエルト材
５６  突出部
５８  流入室
６０  隔壁
６２  連通室
６４  円筒状隔壁
６６，６７  仕切り板
６８  螺旋部材
７０  軸
７２  螺旋空間
８０，９０，１００  吸着剤
８２，９２，１０２  非吸着剤
８４，９４，１０４  隙間
【図１】
2004148259.tif 000003
【図２】
2004148259.tif 000004
【図３】
2004148259.tif 000005
【図４】
2004148259.tif 000006
【図５】
2004148259.tif 000007
【図６】
2004148259.tif 000008
【図７】
2004148259.tif 000009
【図８】
2004148259.tif 000010
【図９】
2004148259.tif 000011
【図１０】
2004148259.tif 000012
【図１１】
2004148259.tif 000013
【図１２】
2004148259.tif 000014