(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンプレッサにより圧縮された空気が供給される空気タンクと、該空気タンクから圧縮空気が供給され、該圧縮空気中の水分を除去する冷凍式ドライヤと、該冷凍式ドライヤで除湿された圧縮空気が供給され空気中の一の気体分子を吸着する吸着剤が充填された吸着槽と、該吸着槽で分離生成された製品ガスを貯溜する製品ガス槽とを有する気体分離装置において、
前記冷凍式ドライヤが始動されてから除湿可能になるまでは、前記空気タンクから前記吸着槽への圧縮空気の供給は行わず、前記冷凍式ドライヤが除湿可能な状態になった後、前記空気タンクから前記吸着槽への圧縮空気の供給を行い、
前記冷凍式ドライヤが始動されてから除湿可能になるまで前記コンプレッサの駆動モータの駆動と停止を繰り返し、前記空気タンクの目標圧力に保持する第１の制御方式を選択し、前記冷凍式ドライヤが除湿可能な状態になった後、前前記コンプレッサの駆動モータを駆動させたままで、前記空気タンクの目標圧力に保持する第２の制御方式を選択する運転方式切替手段を備えてなることを特徴とする気体分離装置。
【請求項２】
コンプレッサにより圧縮された空気が供給される空気タンクと、該空気タンクから圧縮空気が供給され、該圧縮空気中の水分を除去する冷凍式ドライヤと、該冷凍式ドライヤで除湿された圧縮空気が供給され空気中の一の気体分子を吸着する吸着剤が充填された吸着槽と、該吸着槽で分離生成された製品ガスを貯溜する製品ガス槽とを有する気体分離装置において、
前記冷凍式ドライヤが始動されてから除湿可能になるまでの所定時間が経過するまで、前記空気タンクから前記吸着槽への圧縮空気の供給は行わず、前記所定時間経過後、前記空気タンクから前記吸着槽への圧縮空気の供給を行い、
前記所定時間が経過するまで前記コンプレッサの駆動モータの駆動と停止を繰り返し、前記空気タンクの目標圧力に保持する第１の制御方式を選択し、前記所定時間経過後は前記コンプレッサの駆動モータを駆動させたままで、前記空気タンクの目標圧力に保持する第２の制御方式を選択する運転方式切替手段を備えてなることを特徴とする気体分離装置。
【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供給して空気を窒素と酸素に分離するよう構成し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。
【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】
そして、従来の気体分離装置では、吸着槽に供給される圧縮空気が水分（湿気）を含んでいると、上記吸着剤の吸着性能が低下するため、コンプレッサで圧縮された圧縮空気を冷凍式ドライヤで除湿してから吸着槽へ供給する必要がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、気体分離装置に組み込まれた冷凍式ドライヤは、始動されてから除湿可能な低温状態になるまでの暖機運転に所定時間（例えば、５分間程度）かかり、それまでは吸着槽へ圧縮空気の供給を開始できないので、気体分離装置の電源スイッチをオンにして冷凍式ドライヤ及びコンプレッサを同時に始動させても当初の所定時間が経過するまでは、吸着槽による製品ガスの生成を開始できない。
【０００８】
そして、従来のコンプレッサでは、▲１▼始動から所定時間が経過するまでピストン駆動モータを停止させ、空気タンクの圧力が下限値に下がると駆動モータが駆動され、空気タンクの圧力が目標値に達すると駆動モータを停止させる圧力制御方式（「Ｐ式運転」と呼ばれている）か、あるいは▲２▼空気タンクの圧力が目標圧力になるとアンロード運転（無負荷運転）を行うアンロード方式（「Ｕ式運転」と呼ばれている）の何れか一方が用いられていた。
【０００９】
しかしながら、上記圧力制御方式では、冷凍式ドライヤが始動されてから除湿可能になるまでの暖機運転中からアンロード方式の運転を行うと、コンプレッサが運転を開始した後、負荷が稼動していないので、目標圧力まで達すると、空気タンクの圧力が目標圧力に達すると、アンロード運転（無負荷運転）を行うので、ピストンを駆動するための電力消費が無駄であった。
【００１０】
また、冷凍式ドライヤが始動されてから除湿可能になるまでの暖機運転が終了した後も上記圧力制御方式を継続すると、駆動モータのオン・オフ動作を頻繁に、しかも多回数繰り返すことになるので、その場合オン・オフ動作の回数が増えることにより駆動モータへの通電をオン・オフするモータ制御系（例えば、モータへの通電をオン・オフするリレー等）の故障を招くおそれがある。
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。
【００１１】
【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の発明は、冷凍式ドライヤが始動されてから除湿可能になるまでは、空気タンクから前記吸着槽への圧縮空気の供給は行わず、前記冷凍式ドライヤが除湿可能な状態になった後、前記空気タンクから前記吸着槽への圧縮空気の供給を行い、前記冷凍式ドライヤが始動されてから除湿可能になるまで前記コンプレッサの駆動モータの駆動と停止を繰り返し、前記空気タンクの目標圧力に保持する第１の制御方式を選択し、前記冷凍式ドライヤが除湿可能な状態になった後、前前記コンプレッサの駆動モータを駆動させたままで、前記空気タンクの目標圧力に保持する第２の制御方式を選択する運転方式切替手段を備えており、冷凍式ドライヤが除湿可能な状態になるまでの暖機運転を行う間に目標圧力に達すると、駆動モータの運転を中止して消費電力の無駄を省くことができる。さらに、冷凍式ドライヤが除湿可能な状態になった製品ガス生成開始時の空気タンクの圧力を確保して圧力不足を解消できる。
【００１２】
また、上記請求項２の発明は、冷凍式ドライヤが始動されてから除湿可能になるまでの所定時間が経過するまで、空気タンクから前記吸着槽への圧縮空気の供給は行わず、前記所定時間経過後、前記空気タンクから前記吸着槽への圧縮空気の供給を行い、前記所定時間が経過するまで前記コンプレッサの駆動モータの駆動と停止を繰り返し、前記空気タンクの目標圧力に保持する第１の制御方式を選択し、前記所定時間経過後は前記コンプレッサの駆動モータを駆動させたままで、前記空気タンクの目標圧力に保持する第２の制御方式を選択する運転方式切替手段を備えており、上記請求項１と同様に、冷凍式ドライヤが除湿可能な状態になるまで暖機運転を行う間の運転方式を圧力制御方式とすることにより、目標圧力に達すると、コンプレッサの駆動モータを停止させて消費電力を削減することが可能になると共に、冷凍式ドライヤが除湿可能な状態になった製品ガス生成開始時の空気タンクの圧力を確保して圧力不足を解消できる。
【００１３】
図１に示されるように、気体分離装置１０は、第１の吸着槽１１と第２の吸着槽１２とが並列に設けられ、交互に製品ガスを吐出するように、一方が吸着工程のとき、他方が再生工程を行い、一方が取出工程のとき他方が還流工程を行うように制御される。
【００１４】
第１，第２の吸着槽１１，１２は、内部に空気中の窒素分子を吸着するゼオライトよりなる吸着剤が充填されている。
【００１５】
コンプレッサ１３は、ピストン往復動型の空気圧縮機であり、吐出された圧縮空気が空気供給管路１４を介して各吸着槽１１，１２に供給される。また、コンプレッサ１３より下流に位置する空気供給管路１４には、コンプレッサ１３からの圧縮空気が貯留される空気タンク１５と、空気タンク１５から吐出された空気を乾燥させる冷凍式のエアドライヤ１６とが配設されている。尚、冷凍式のエアドライヤ１６は、空気タンク１５から吐出された圧縮空気中に含まれる湿気を除去するものであり、圧縮空気が流れる管路を冷却して管路に結露させて乾燥した圧縮空気を供給するように構成されている。
【００１６】
エアドライヤ１６により圧縮空気を除湿する理由は、吸着剤として各吸着槽１１，１２内に充填された上記ゼオライトが空気中の窒素分子とともに水分を吸着して窒素分子の吸着効率が低下する性質を有しているからである。
【００１７】
そして、エアドライヤ１６より乾燥された空気は、空気供給管路１４から分岐した管路１８，１９を介して吸着槽１１，１２にそれぞれ交互に供給される。そのため、管路１８，１９の途中には、それぞれエア駆動式のエアオペレーションバルブからなる空気供給用弁２０，２１が設けられている。
【００１８】
排気管路２２，２３は共通排気配管１４に接続されており、吸着剤１１Ａ，１２Ａに吸着されて気体分子の脱着を行なう再生工程時に吸着槽１１，１２の残存気体を外部に排出する。そして、排気管路２２，２３の途中には、それぞれ吸着槽１１，１２内の脱着排ガスを半サイクル毎に交互に排出するエアオペレーションバルブからなる排気用弁２５，２６が設けられている。従って、排気用弁２５，２６が開弁されると、吸着槽１１，１２の吸着剤１１Ａ，１２Ａから脱着された排ガス（窒素ガス）は排気管路２２，２３及び排気配管２４を介して排出される。
【００１９】
取出管路２７，２８は、吸着槽１１，１２の出口側に接続され吸着槽１１，１２内で分離生成された酸素をそれぞれ取出す管路である。取出配管２９は各管路２７，２８と連通された取出配管である。管路２７，２８の途中には、半サイクルの間だけ交互に開弁するエアオペレーションバルブからなる取出用弁３０，３１がそれぞれ設けられている。また、取出配管２９は、製品ガスとしての酸素が貯溜される酸素槽（製品ガス槽）３２と接続されている。
【００２０】
吸着槽１１，１２の出口側は、均圧管路３３により連通されている。この均圧管路３３には、均圧用弁３４が配設されている。この均圧用弁３４は後述するように吸着工程と取出工程との間、及び取出工程と排気工程との間に所定時間だけ開弁され、各吸着槽１１，１２間を均圧にする（均圧工程）。
【００２１】
また、吸着槽１１，１２の入口側には、管路１８，１９を連通する均圧管路３５が配設され、この均圧管路３５には、均圧用弁２６が配設されている。この均圧用弁２６は上記均圧用弁２４とともに吸着工程と取出工程との間、及び取出工程と排気工程との間に所定時間だけ開弁され、各吸着槽１１，１２間を均圧にする（均圧工程）。
【００２２】
また、吸着槽１１，１２の上部には、オリフィス（図示せず）が配設されたパージ管路３７が接続されている。このパージ管路３７は、例えば高圧側の吸着槽１１から低圧側の吸着槽１２にある一定量の高純度酸素ガスを導入することにより再生工程側の吸着槽１２の再生効率を高めることができる。従って、再生工程側の吸着槽１２における吸着剤を短時間で再生することが可能になる。
【００２３】
また、酸素槽３２には、下流側へ製品ガスを供給するための製品ガス供給管路３８が接続されている。この製品ガス供給管路３８には、製品ガスを使用する下流側の状況に応じて開閉される開閉弁３９が配設されている。
【００２４】
さらに、空気タンク１５には、コンプレッサ１３をアンロード運転（無負荷運転）させる際のエア信号を供給するための管路４１が接続されている。また、管路４１は、電磁弁４２が配設されており、電磁弁４２の開弁によりエア信号を供給する。
【００２５】
上記各弁は、制御回路４０により予め設定された各工程毎の設定時間に応じて開閉制御される。尚、制御回路４０は、各弁にエア信号を供給する電磁弁（図示せず）を開閉制御することで各工程に切り替える。また、制御回路４０は、前述したコンプレッサ１３及びエアドライヤ１６も制御している。
【００２６】
図２は制御回路４０が各工程毎に各弁を開閉する動作を説明するための工程図である。
【００２７】
図２に示されるように、制御回路４０は、予め入力されたプログラムに従い各電磁弁に開閉信号を出力し、吸着・還流、再生（▲１▼，▲４▼）、取出、再生（▲２▼，▲５▼）、均圧（▲３▼、▲６▼）の各工程に応じて、空気供給用弁２０，２１、排気用弁２５，２６、取出用弁３０，３１、均圧用弁３４，３６を開閉制御する。
ここで、上記酸素発生装置の酸素発生サイクルの動作につき説明する。
【００２８】
いま、酸素発生装置を起動すると、制御回路４０の制御の下に、酸素発生が行なわれる。
【００２９】
まず、図２に示すように▲１▼，▲２▼，▲３▼の動作が番号順に実行される。
【００３０】
図２中の▲１▼は、空気供給用弁２０、取出用弁３０と排気用弁２６が開弁し、第１の吸着槽１１に原料気体としての圧縮空気が空気タンク１５から供給されて第１の吸着槽１１は加圧状態にあり、吸着剤に窒素と酸素の一部が吸着される吸着工程である。また、取出用弁３０の開弁により酸素槽３２の製品ガス（酸素）が吸着槽１１に還流され、短時間で吸着槽１１内の圧力が吸着可能圧力に昇圧する。一方、第２の吸着槽１２は減圧状態にあり、吸着剤１２Ａに吸着された窒素及び若干の酸素を脱着して排出させる再生工程である。
【００３１】
次に、図２中の▲２▼は、空気供給用弁２０、排気用弁２６を閉弁させるとともに取出用弁３０を開弁状態に保ち、第１の吸着槽１１内の酸素ガスを製品ガスとして酸素槽３２に取出す取出工程を示している。この取出工程により第１の吸着槽１１の圧力は減圧される。尚、このとき第２の吸着槽１２は、減圧状態のままである。
【００３２】
次に、図２中の▲３▼は均圧工程で、取出用弁３０を閉弁するとともに均圧用弁３４，３６を開弁する。上記取出工程により、第１の吸着槽１１では、吸着剤１１Ａにより生成された酸素ガスが酸素槽３２に吐出されるとともに減圧されているが、この均圧工程により、さらに第１の吸着槽１１内の残留酸素ガスが第２の吸着槽１２に供給されることになる。
【００３３】
よって、第１の吸着槽１１では、高純度の酸素が第２の吸着槽１２に排出されて減圧され、第２の吸着槽１２では第１の吸着槽１１から供給された高純度の酸素により昇圧する。その結果、吸着槽１１，１２は均圧化され、相互に同一圧力となる。
【００３４】
これにより、第１の吸着槽１１内の気体が２回の均圧工程により段階的に第２の吸着槽１２に供給されることにより、第１の吸着槽１１における減圧（排気）時間が従来よりも長くなりその分排気効率を高めることが可能になる。
【００３５】
尚、本実施例では、上記均圧工程により第１の吸着槽１１の圧力が８５％以下に減圧されたとき均圧工程から取出工程に切り換えることにより、最適圧力で製品ガスを生成することが可能になる。
【００３６】
これにより、１サイクルのうちの前半の半サイクルが終了したことになり、この後は図２中の▲４▼〜▲６▼に示す後半の半サイクルを繰返す。かくして、吸着槽１１，１２から分離生成された高純度の酸素ガスを取出して酸素槽３２に供給することができる。
上記▲１▼〜▲６▼の工程により吸着槽１１，１２の圧力は、図３に示すように変化するため、上記▲１▼▲４▼の還流・吸着工程により吸着槽１１，１２は最大圧力Ｐａに昇圧する。また、均圧用弁３４，３６が開弁されると、吸着槽１１，１２は入口側及び出口側が連通して均圧工程▲３▼▲６▼となり、吸着槽１１，１２の圧力はＰｂに均圧化される。
【００３７】
ここで、コンプレッサ１３のピストン・シリンダ機構５０の構成ついて図４，図５を参照して説明する。
図４はコンプレッサ１３のピストン・シリンダ機構５０を説明するための縦断面図である。図５は吸い込み弁及び吐出弁が設けられた弁座部材を説明するための平面図である。
【００３８】
図４及び図５に示されるように、ピストン・シリンダ機構５０は、ピストン５１が往復動するシリンダ５２と、吸込通路５３及び吐出通路５４を有するシリンダヘッド５５と、シリンダ５２とシリンダヘッド５５との間に介在する弁座部材５８とを有する。
【００３９】
弁座部材５８は、吸込通路５３に連通される吸込ポート５６及び吐出通路５４に連通される吐出ポート５７が設けられている。尚、吸込ポート５６は、弁座部材５８の中心線に沿うように設けられ、その両側に位置するように一対の吐出ポート５７が設けられている。
【００４０】
また、弁座部材５８の下面には、ピストン５１の下動に連動して吸込ポート５６の弁座５６ａを開とする吸込弁板５９が取り付けられている。吸込弁板５９は、吸込ポート５６に対向して開閉する部分が自由端で、他端がパーカ鋲５９ａにより弁座部材５８に固定される。
【００４１】
さらに、弁座部材５８の上面には、ピストン５１の上動に連動して吐出ポート５７の弁座５７ａを開とする吐出弁板６０が「ハ」字状に取り付けられている。
また、吐出弁板６０の上方には、吐出弁板６０の開弁動作位置を規制するための吐出弁板規制部材６４が取付ボルト６２により弁座部材５８に固定されている。
【００４２】
また、吐出弁板６０は、一端が取付ボルト６２により弁座部材５８に固定されており、他端が自由端となっている。そして、弁座部材５８の上面には、吐出弁板６０に対向するように弁座部材６８の吐出ポート６７の近傍に円形凹部６１が形成されている。
【００４３】
ピストン５１は、外周溝５１ａ，５１ｂにピストンリング６３，ライダリング６５が装着されている。ピストンリング６３は、シリンダ５２の内壁とピストン５１外周との隙間からの空気漏れを防止している。また、ライダリング６５は、ピストンリング６３よりも幅広形状となっており、シリンダ５２の内壁を摺動すると共にピストン５１の傾きを防止する。
【００４４】
また、ピストン５１は、ピストンピン６６を介して連接棒６７の上端に連結されており、クランク軸（図示せず）が駆動モータにより回転駆動されることにより連接棒６７が揺動しながら上下動することでシリンダ５２内を往復運動する。
このように、ピストン５１が下動すると、これに伴う圧力差により吸込弁板５９の自由端側が開弁位置に変位すると共に、吐出弁板６０の自由端側が閉弁位置に変位する。また、ピストン５１が上動すると、これに伴う圧力差により吸込弁板５９の自由端側が閉弁位置に変位すると共に、吐出弁板６０の自由端側が開弁位置に変位する。
【００４５】
また、吸込弁板５９の自由端側に対向するシリンダヘッド５５の上部には、空気タンク１５の圧力が目標圧力（設定圧力）に達すると、空気タンク１５からのエア信号により作動して吸込弁板５９の自由端側を押し下げるアンローダ６８が設けられている。
【００４６】
ここで、コンプレッサ１３に運転状態について図６，図７を参照して説明する。
図６はコンプレッサ１３の圧縮運転（ロード状態）を説明するための概略構成図である。図７はコンプレッサ１３の無負荷運転（アンロード状態）を説明するための概略構成図である。
【００４７】
図６に示されるように、コンプレッサ１３は空気タンク１５の上部にピストン・シリンダ機構５０が搭載されている。シリンダヘッド５５に設けられたアンローダ６８には、無負荷運転（アンロード状態）のときにエア信号を供給するための管路４１に接続されている。また、管路４１は、他端が空気タンク１５に連通されており、途中に圧力調整弁４２が設けられている。
【００４８】
この圧力調整弁４２は、通常閉弁しており、空気タンク１５の圧力が目標圧力（設定圧力）に達したときに開弁する。
【００４９】
図７に示されるように、コンプレッサ１３は、ピストン５１が駆動されて空気タンク１５の圧力が上昇し、目標圧力（設定圧力）Ｐ２に達したときに圧力調整弁４２が開弁してアンローダ６８にエア信号を供給する。アンローダ６８では、エア信号の圧力によりロッド６８ａが下動して吸込弁板５９の自由端側を押し下げて開弁位置に保持する。
【００５０】
このように、吸込弁板５９が開弁した状態でピストン５１が往復動しても吸込通路５３から吸引した空気を吸込通路５３へ戻すだけであり、シリンダ５２内の圧力が上昇せず、無負荷運転となる。
【００５１】
ここで、上記制御回路４０が実行する制御処理について図８のフローチャートを参照して説明する。
【００５２】
図８に示すＳ１１において、制御回路４０は、主電源がオンに操作されると、Ｓ１２に進み、エアドライヤ１６を始動させて運転を開始させる。次のＳ１３では、主電源がオンになってからの経過時間ｔが予め設定された所定時間ｔ１に達したかどうかをチェックする。この所定時間ｔ１は、エアドライヤ１６が始動されてから除湿可能な状態になるまでに要する暖機運転の時間であり、機種や容量によって異なる。
【００５３】
Ｓ１３において、経過時間ｔが所定時間ｔ１に達していないときは、暖機運転が終了していないので、Ｓ１４に進み、コンプレッサ１３を始動して運転を開始する。これで、コンプレッサ１３で生成された圧縮空気が空気タンク１５へ供給される。次のＳ１５では、空気タンク１５の圧力が目標圧力（設定圧力）Ｐ２に達したかどうかをチェックする。
【００５４】
Ｓ１５において、空気タンク１５の圧力が目標圧力（設定圧力）Ｐ２に達したとき、Ｓ１６に進み、コンプレッサ１３の駆動モータ（図示せず）を停止させる。その後、上記Ｓ１３に戻り、経過時間ｔが所定時間ｔ１に達するまで上記Ｓ１３〜Ｓ１６の処理（圧力制御式：Ｐ式運転）を繰り返す。
【００５５】
また、上記Ｓ１３において、経過時間ｔが所定時間ｔ１に達したときは、Ｓ１７に進み、Ｓ１７以降の処理（アンロード式運転：Ｕ式運転）を行う。すなわち、Ｓ１７では、コンプレッサ１３を始動して運転を開始する。
【００５６】
次のＳ１８では、製品ガス生成処理を実行する。すなわち、Ｓ１８では、空気供給用弁２０，２１、排気用弁２５，２６、取出用弁３０，３１、均圧用弁３４，３６を開閉制御して吸着・還流、再生（▲１▼，▲４▼）、取出、再生（▲２▼，▲５▼）、均圧（▲３▼、▲６▼）の各工程を順次行う（図１乃至図３参照）。
【００５７】
続いて、Ｓ１９では、空気タンク１５の圧力が目標圧力（設定圧力）Ｐ２に達したかどうかをチェックする。Ｓ１９において、空気タンク１５の圧力が目標圧力（設定圧力）Ｐ２に達したとき、Ｓ２０に進み、圧力調整弁４２を開弁させて開弁させてアンローダ６８にエア信号を供給し、エア信号の圧力によりロッド６８ａが下動して吸込弁板５９を開弁位置に保持する。これで、コンプレッサ１３は、ピストン５１が往復動していても圧縮空気が空気タンク１５へ供給されず、無負荷運転となる。
【００５８】
次のＳ２１では、空気タンク１５の圧力が下限圧力Ｐ１に達したかどうかをチェックする。Ｓ２１において、空気タンク１５の圧力が下限圧力Ｐ１に低下すると、Ｓ２２に進み、圧力調整弁４２を閉弁させてアンローダ６８のロッド６８ａを上昇させて吸込弁板５９を閉弁位置に復帰させてアンロード運転を停止する。
【００５９】
次のＳ２３では、主電源がオフになったかどうかをチェックする。Ｓ２３において、主電源がオンであるときは、Ｓ１８に戻り、Ｓ１８以降の処理を繰り返す。また、Ｓ２３において、主電源がオフに操作されたときは、今回の処理を終了する。
【００６０】
図９は図８に示す制御による圧力の変化を示すグラフである。
図９に示されるように、制御回路４０は、冷凍式のエアドライヤ１６が始動されてから除湿可能になる所定時間ｔ１が経過（暖機運転終了）するまでコンプレッサ１３の駆動モータを制御して空気タンク１５の圧力を目標圧力Ｐ２に保つ圧力制御式（Ｐ式運転：第１の制御方式）を選択し、エアドライヤ１６が除湿可能な状態になる所定時間ｔ１が経過（暖機運転終了）したときコンプレッサ１３の圧縮運転または無負荷運転を行うことで空気タンク１５の圧力を目標圧力Ｐ２に保つアンロード式運転（Ｕ式運転：第２の制御方式）を選択する。
【００６１】
圧力制御式のＰ式運転では、運転開始当初エアドライヤ１６と同時にコンプレッサ１３の運転を開始し、空気タンク１５の圧力が目標圧力Ｐ２に達したときにコンプレッサ３の運転を停止する。そのため、エアドライヤ１６が除湿可能な状態になる所定時間ｔ１が経過するまで、コンプレッサ１３の運転を停止させることが可能になり、コンプレッサ１３の駆動モータを停止させて消費電力を削減する。
【００６２】
そして、運転開始から所定時間ｔ１が経過してエアドライヤ１６が除湿可能な状態になったとき、コンプレッサ１３の運転方式をアンロード式運転のＵ式運転に切り替えて空気タンク１５の圧力を目標圧力Ｐ２に保つアンロード式運転のＵ式運転（第２の制御方式）を選択するため、空気タンク１５の圧力が下限圧力Ｐ１に低下すると、コンプレッサ１３の運転を再開し、空気タンク１５の圧力が目標圧力Ｐ２になった時点でコンプレッサ１３の運転を停止するといったアンロード運転を繰り返すことにより、製品ガス生成開始時の空気タンク１５の圧力を確保して圧力不足が解消される。
【００６３】
従って、本発明によれば、エアドライヤ１６が除湿可能な状態になるまでの暖機運転を行う間の運転方式を圧力制御方式とすることにより、コンプレッサ１３が目標圧力に達すると、駆動モータの運転を中止して消費電力の無駄を省くことができる。さらに、暖機運転中はコンプレッサ１３に負荷がかかっていないので、一度目標圧力に達した後はエアドライヤ１６が除湿可能な状態になる暖機運転終了後、つまり負荷運転開始までその目標圧力を保持するため、駆動モータのオン・オフ動作が繰り返すことがなく、製品ガス生成開始時の空気タンク１５の圧力不足を解消できる。また、エアドライヤ１６の暖機運転終了後は、アンロード運転（無負荷運転）に切替えるため、駆動モータのオン・オフを無駄に切替えることがなく、モータ制御系（例えば、モータへの通電をオン・オフするリレー等）が故障することを防止できる。よって、エアドライヤ１６の暖機運転終了によって圧力制御方式とアンロード運転方式とを切替えることで、両方式の長所を組み合わせて使うことが可能になる。
【００６４】
ここで、本発明の変形例について説明する。
図１０は変形例１のシーケンス回路８０を示す回路図である。
【００６５】
上記制御回路４０による制御以外の方法として、例えば、図１０に示すシーケンス回路８０を用いてコンプレッサ１３の運転方式を圧力制御式のＰ式運転またはアンロード式運転のＵ式運転に切り替えることも可能である。
図１０に示されるように、空気タンク１５に設けられた圧力スイッチ８２は、Ｐ式運転用接点ａと、Ｕ式運転用接点ｂと、圧力の値によって接点ａまたは接点ｂに接触する位置に切り替わる可動切片８２ａとを有する構成となっている。本変形例では、例えば、空気タンク１５の圧力がＰ１に低下したとき、圧力スイッチ８２の可動切片８２ａが接点ａに接触してコンプレッサ１３の駆動モータ８４に通電して起動させ、圧縮空気の供給を開始する。
【００６６】
また、空気タンク１５の圧力がＰ２に上昇したとき、圧力スイッチ８２の可動切片８２ａが接点ｂに接触してアンローダ６８を駆動するソレノイド８６を励磁させてアンロード式運転を行えるように切り替える。
【００６７】
また、運転開始時は、タイマリレー８８が所定時間ｔ１を経過するまでオフ（開成）であり、運転開始から所定時間ｔ１を経過するとタイマリレー８８がオン（閉成）に切り替わる。従って、コンプレッサ１３の駆動モータ８４は、運転開始から所定時間ｔ１を経過するまで通電されず、タイマリレー８８がオン（閉成）に切り替わった時点で起動される。
【００６８】
そして、所定時間ｔ１が経過した後は、圧力スイッチ８２の可動切片８２ａが接点ａに接触したとき、コンプレッサ１３の駆動モータ８４が通電されて駆動される。これで、コンプレッサ１３で生成された圧縮空気が空気タンク１５へ供給される。
【００６９】
このように、シーケンス回路８０は、前述した図８の制御処理と同様に、運転開始から所定時間ｔ１を経過するまでタイマリレー８８がオフ（開成）であるので、コンプレッサ１３の駆動モータ８４が停止状態に保たれ、所定時間ｔ１が経過した後は、圧力スイッチ８２の可動切片８２ａが空気タンク１５の圧力の変化に応じて接点ａまたは接点ｂに接触するように切り替わってロード運転またはアンロード運転に切り替わる。
【００７０】
図１１は変形例２の制御処理を説明するためのフローチャートである。
図１１中、Ｓ３１〜Ｓ３６は前述したＳ１１〜Ｓ１６と同じ処理であるので、その説明は省略する。Ｓ３３において、経過時間ｔが所定時間ｔ１に達したときは、Ｓ３７に進み、空気供給用弁２０，２１、排気用弁２５，２６、取出用弁３０，３１、均圧用弁３４，３６を開閉制御して吸着・還流、再生（▲１▼，▲４▼）、取出、再生（▲２▼，▲５▼）、均圧（▲３▼、▲６▼）の各工程を順次行う（図１乃至図３参照）。
【００７１】
続いて、Ｓ３８では、空気タンク１５の圧力が下限圧力Ｐ１に低下したかどうかをチェックする。Ｓ３８において、空気タンク１５の圧力が下限圧力Ｐ１に低下したとき、Ｓ３９に進み、コンプレッサ１３の運転を開始する。これで、コンプレッサ１３で生成された圧縮空気が空気タンク１５へ供給される。
【００７２】
Ｓ４０では、空気タンク１５の圧力が目標圧力（設定圧力）Ｐ２に達したかどうかをチェックする。Ｓ４０において、空気タンク１５の圧力が目標圧力（設定圧力）Ｐ２に達したとき、Ｓ４１に進み、圧力調整弁４２を開弁させて開弁させてアンローダ６８にエア信号を供給し、エア信号の圧力によりロッド６８ａが下動して吸込弁板５９を開弁位置に保持する。これで、コンプレッサ１３は、ピストン５１が往復動していても圧縮空気が空気タンク１５へ供給されず、無負荷運転となる。
【００７３】
次のＳ４２では、空気タンク１５の圧力が下限圧力Ｐ１に達したかどうかをチェックする。Ｓ４２において、空気タンク１５の圧力が下限圧力Ｐ１に低下すると、Ｓ４３に進み、圧力調整弁４２を閉弁させてアンローダ６８のロッド６８ａを上昇させて吸込弁板５９を閉弁位置に復帰させてアンロード運転を停止する。
【００７４】
次のＳ４４では、主電源がオフになったかどうかをチェックする。Ｓ４４において、主電源がオンであるときは、Ｓ３７に戻り、Ｓ３７以降の処理を繰り返す。また、Ｓ４４において、主電源がオフに操作されたときは、今回の処理を終了する。
【００７５】
図１２は図１１に示す制御による圧力の変化を示すグラフである。
図１２に示されるように、制御回路４０は、冷凍式のエアドライヤ１６が始動されてから除湿可能になる所定時間ｔ１が経過（暖気運転終了）するまでコンプレッサ１３の駆動モータを制御して空気タンク１５の圧力を目標圧力Ｐ２に保つ圧力制御式（Ｐ式運転：第１の制御方式）を選択し、エアドライヤ１６が除湿可能な状態になる所定時間ｔ１が経過（暖気運転終了）した後、空気タンク１５の圧力が下限圧力Ｐ１に低下したときコンプレッサ１３の圧縮運転または無負荷運転を行うことで空気タンク１５の圧力を目標圧力に保つアンロード式運転（Ｕ式運転：第２の制御方式）を選択する。
【００７６】
圧力制御式のＰ式運転では、前述した実施例（図９参照）と同様に、運転開始当初エアドライヤ１６と同時にコンプレッサ１３の運転を開始し、空気タンク１５の圧力が目標圧力Ｐ２に達したときにコンプレッサ３の運転を停止する。そのため、エアドライヤ１６が除湿可能な状態になる所定時間ｔ１が経過するまで、コンプレッサ１３の運転を停止させることが可能になり、コンプレッサ１３の駆動モータを停止させて消費電力を削減することが可能になる。
【００７７】
そして、運転開始されたエアドライヤ１６が除湿可能なっても空気タンク１５の圧縮空気が消費されない場合には、コンプレッサ１３が停止したままとなり、空気タンク１５の圧縮空気が消費されて下限圧力Ｐ１に低下するまで、Ｐ式運転が継続されるため、その分、上記実施例の場合よりもコンプレッサ１３の運転開始を遅らせて消費電力を節約することが可能になる。
尚、上記実施例では、一対の吸着槽１，２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。
【００７８】
また、上記実施例では、各吸着槽の吸着剤が窒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の装置（例えば窒素発生装置等）にも適用できるのは勿論である。
【００７９】
【発明の効果】
上述の如く、請求項１の発明によれば、、冷凍式ドライヤが始動されてから除湿可能になるまでは、空気タンクから前記吸着槽への圧縮空気の供給は行わず、前記冷凍式ドライヤが除湿可能な状態になった後、前記空気タンクから前記吸着槽への圧縮空気の供給を行い、前記冷凍式ドライヤが始動されてから除湿可能になるまで前記コンプレッサの駆動モータの駆動と停止を繰り返し、前記空気タンクの目標圧力に保持する第１の制御方式を選択し、前記冷凍式ドライヤが除湿可能な状態になった後、前前記コンプレッサの駆動モータを駆動させたままで、前記空気タンクの目標圧力に保持する第２の制御方式を選択する運転方式切替手段を備えており、冷凍式ドライヤが除湿可能な状態になるまでの暖機運転を行う間の運転方式を圧力制御方式とすることにより、コンプレッサが目標圧力に達すると、駆動モータの運転を中止して消費電力の無駄を省くことができる。さらに、暖機運転中はコンプレッサに負荷がかかっていないので、一度目標圧力に達した後は冷凍式ドライヤが除湿可能な状態になる暖機運転終了後、つまり負荷運転開始までその目標圧力を保持するため、駆動モータのオン・オフ動作が繰り返すことがなく、製品ガス生成開始時の空気タンクの圧力不足を解消できる。また、冷凍式ドライヤの暖機運転終了後は、アンロード運転（無負荷運転）に切替えるため、駆動モータのオン・オフを無駄に切替えることがなく、モータ制御系（例えば、モータへの通電をオン・オフするリレー等）が故障することを防止できる。
【００８０】
また、上記請求項２の発明によれば、冷凍式ドライヤが始動されてから除湿可能になるまでの所定時間が経過するまで、空気タンクから前記吸着槽への圧縮空気の供給は行わず、前記所定時間経過後、前記空気タンクから前記吸着槽への圧縮空気の供給を行い、前記所定時間が経過するまで前記コンプレッサの駆動モータの駆動と停止を繰り返し、前記空気タンクの目標圧力に保持する第１の制御方式を選択し、前記所定時間経過後は前記コンプレッサの駆動モータを駆動させたままで、前記空気タンクの目標圧力に保持する第２の制御方式を選択する運転方式切替手段を備えており、上記請求項１と同様に、冷凍式ドライヤが除湿可能な状態になるまで暖機運転を行う間の運転方式を圧力制御方式とすることにより、目標圧力に達すると、コンプレッサの駆動モータを停止させて消費電力を削減することが可能になると共に、冷凍式ドライヤが除湿可能な状態になった製品ガス生成開始時の空気タンクの圧力を確保して圧力不足を解消できる。さらに、冷凍式ドライヤの暖機運転終了後は、駆動モータのオン・オフ動作を行わないので、モータ制御系が故障することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になる気体分離装置の一実施例の概略構成図である。
【図２】酸素生成の各工程を説明するための工程図である。
【図３】各工程に応じた吸着槽の圧力変化を示すグラフである。
【図４】コンプレッサ１３のピストン・シリンダ機構５０を説明するための縦断面図である。
【図５】吸い込み弁及び吐出弁が設けられた弁座部材を説明するための平面図である。
【図６】コンプレッサ１３の圧縮運転（ロード状態）を説明するための概略構成図である。
【図７】コンプレッサ１３の無負荷運転（アンロード状態）を説明するための概略構成図である。
【図８】制御回路４０が実行する制御処理を説明するためのフローチャートである。
【図９】図８に示す制御による圧力の変化を示すグラフである。
【図１０】変形例１のシーケンス回路８０を示す回路図である。
【図１１】変形例２の制御処理を説明するためのフローチャートである。
【図１２】図１１に示す制御による圧力の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１１，１２  吸着槽
１３  コンプレッサ
１５  空気タンク
１６  エアドライヤ
２０，２１  空気供給用弁
２５，２６  排気用弁
３０，３１  取出用弁
３２  酸素槽
３４，３６  均圧用弁
４１  管路
４２  圧力調整弁
５０  ピストン・シリンダ機構
５１  ピストン
５２  シリンダ
５３  吸込通路
５４  吐出通路
５５  シリンダヘッド
５６  吸込ポート
５７  吐出ポート
５８  弁座部材
５９  吸込弁板
６０  吐出弁板
６８  アンローダ
８０  シーケンス回路
８２  圧力スイッチ
８４  駆動モータ
８６  ソレノイド
８８  タイマリレー
【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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【図１２】
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