(57)【要約】  【課題】  装置を大型化せず、消費電力を増大させずに製品ガス使用量の変動に追随可能なガス供給装置を提供すること。  【解決手段】  このガス供給装置１は、ＰＳＡ空気分離装置本体２で生成される濃縮酸素はバッファタンク１０に貯蔵され、コントローラ付流量計３６により設定流量値ａに基づいてバッファタンク１２に供給される。バッファタンク１２から外部に供給される酸素流量は流量検出器５３により検出され、コントローラ５に出力される。流量検出値Ｆが、設定流量値ａを超えた場合は、酸素補充弁４２を開放し、酸素ボンベ３内の濃縮酸素をバッファタンク１２に補充する。設定流量値ａは、ＰＳＡ空気分離装置４の製品ガスとして要求される純度を保持できる最大生成量であるので、ガス供給装置１は、製品ガス使用量の変動に応じて安定して濃縮酸素を供給することができる。【選択図】  図１
2005052757.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給先に製品ガスを供給するガス供給装置であって、
空気中から選択的に窒素又は酸素を分離する圧力変動吸着式空気分離装置と、
当該空気分離装置によって得られるガスと同一のガスが予め貯蔵されたガスボンベと、
前記空気分離装置のバッファタンクから定流量で供給されるガスと、ガスボンベから供給されるガスとを混合する第２のバッファタンクと、
ガスボンベからのガス供給管路に介装された電磁弁と、
前記第２のバッファタンクから供給先へ供給される製品ガス流量を検出する流量検出手段と、
当該流量検出手段が検出した製品ガス流量が設定流量を超えた時に前記電磁弁を開く電磁弁開閉制御手段と
を備えたことを特徴とするガス供給装置。
【請求項２】
前記空気分離装置のバッファタンクから定流量で供給されるガスの流量及び前記設定流量が、製品ガスに要求されるガス純度を確保できる空気分離装置の最大生成量に設定されていることを特徴とする請求項１に記載のガス供給装置。
【請求項３】
供給先に製品ガスを供給するガス供給装置であって、
空気中から選択的に窒素又は酸素を分離する圧力変動吸着式空気分離装置と、
当該空気分離装置のバッファタンク前段の管路に接続され、空気分離装置によって得られるガスと同一のガスが予め貯蔵されたガスボンベと、
前記バッファタンク内の圧力を検出する圧力検出手段と、
前記ガスボンベからのガス供給管路に介装された電磁弁と、
前記バッファタンクから供給先へ供給される製品ガス流量を検出する流量検出手段と、
当該流量検出手段が検出した製品ガス流量が設定流量を超えた時、又は前記圧力検出手段が検出したバッファタンク内の圧力が設定圧力未満に低下した時に前記電磁弁を開く電磁弁開閉制御手段と
を備えたことを特徴とするガス供給装置。
【請求項４】
前記設定流量が、製品ガスに要求されるガス純度を確保できる空気分離装置の最大生成量に設定され、また、前記設定圧力が、製品ガスの圧力仕様を下回らない最低値に設定されていることを特徴とする請求項３に記載のガス供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガス供給装置に関し、詳細には空気分離装置を大型化しなくても製品ガス使用量の変動に追随可能なガス供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガス供給装置の一種として、空気中から窒素又は酸素を選択的に分離して製品ガスとして生成する空気分離装置が知られており、窒素又は酸素を連続的に消費する装置に数多く組み込まれている。このような空気分離装置において、供給先の製品ガス使用量は常時変動することが多く、製品ガスの使用量が少ない場合でも、製品ガスの最大使用量に追随可能な空気分離装置を用いなければならず、装置が大型化し、消費電力も増大して、経済的に不効率となることが問題となっていた。
【０００３】
このような問題に対処するため、例えば、供給先の製品ガス使用量が、空気分離装置の製品ガス生成量を下回る場合は、空気分離装置が生成した余剰分の製品ガスを液化して液化ガス貯槽に貯留しておき、供給先の製品ガス使用量が空気分離装置の製品ガス生成量を上回る場合は、液化ガス貯槽に貯留された液化ガスを蒸発器で再度気化させ、気化されたガスを供給先に補充するガス供給装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、窒素が生成される精留塔の冷熱源を生成する膨張タービンを定常運転させて、所定量の窒素を製造させ、需要変動分の窒素を液体窒素貯槽から補うようにしたガス供給装置も知られている（例えば、特許文献２及び３参照）。このガス供給装置では、供給先の窒素需要量の変動に応じて、精留塔の底部に貯留される原料の液体空気の液面に上下変動が生じるので、この液面の上下変動を精留塔に設けられた液面計が検知し、液体窒素貯槽の窒素供給管路に設けられたバルブの開閉を制御することにより、窒素の需要量の変動に対応できるようにしている。
【０００５】
さらに、銅の溶錬炉及び銅の転炉に酸素富化空気を供給するガス供給装置も知られている。このガス供給装置は、供給先（溶錬炉、転炉）の酸素富化空気の消費量が少量の場合には、空気分離ユニットが生成した酸素と、コンプレッサによって生成された圧縮空気の一部をバッファタンクに貯留し、供給先（溶錬炉、転炉）の酸素富化空気の消費量が多量の場合には、バッファタンクに貯留された酸素富化空気を供給先に補充することができる（特許文献４参照）。このガス供給装置では、コンプレッサによって圧縮された空気の一部は、空気分離ユニットで処理されて酸素となる。そして、その酸素は、銅の溶錬炉及び銅の転炉に供給される圧縮空気の中に吹き込まれ、酸素富化空気として供給先で消費されるようになっている。
【特許文献１】特公平１−３１１１６号公報
【特許文献２】特開平４−２９７７８０号公報
【特許文献３】特開平１０−２９２９８７号公報
【特許文献４】特開２００２−１５５３２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載のガス供給装置では、生成した酸素の一部を液化する液化器及び液化されたガスを再度気化させる熱交換器のような高価な機器を装置内に備えなければならず、コストが高くなるという問題点があった。また、ガス供給装置の内部には、製品ガスを生成する工程に加え、空気分離装置によって生成された製品ガスの一部を液化する工程と液化された製品ガスを気化させる工程とが設けられているため、ガス供給装置全体の消費電力が増大する等の問題点もあった。
【０００７】
また、特許文献２及び３のガス供給装置では、窒素ガスの需要変動量を、精留塔内に貯留された液体空気の液面の上下変動によって判断しており、空気を液化して窒素を分離する深冷液化分離方式にのみ適用できる。しかしながら、空気中から窒素又は酸素を選択的に吸着して酸素又は窒素を生成する吸着分離方式では、原料となる空気は液化されないので、利用範囲が深冷液化分離方式の装置に限定されるという問題点があった。
【０００８】
また、特許文献４に記載のガス供給装置では、バッファタンクに貯留されるのは、空気分離ユニットによって生成された酸素と、コンプレッサによって生成された圧縮空気の一部とが混合された酸素富化空気であるので、純度の低い酸素でも利用可能な装置ならば適用できるが、純度の高い酸素を必要とする装置には適用できないという問題点があった。また、供給先に酸素富化空気を供給し、バッファタンクに酸素富化空気を供給する動力源は、酸素の原料となる圧縮空気を生成するコンプレッサに集約されるため、コンプレッサの消費電力の増大を引き起こすという問題点もあった。
【０００９】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、装置を大型化せず、消費電力を増大させずに製品ガス使用量の変動に追随可能なガス供給装置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】
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項１に記載のガス供給装置は、供給先に製品ガスを供給するガス供給装置であって、空気中から選択的に窒素又は酸素を分離する圧力変動吸着式空気分離装置と、当該空気分離装置によって得られるガスと同一のガスが予め貯蔵されたガスボンベと、前記空気分離装置のバッファタンクから定流量で供給されるガスと、ガスボンベから供給されるガスとを混合する第２のバッファタンクと、ガスボンベからのガス供給管路に介装された電磁弁と、前記第２のバッファタンクから供給先へ供給される製品ガス流量を検出する流量検出手段と、当該流量検出手段が検出した製品ガス流量が設定流量を超えた時に前記電磁弁を開く電磁弁開閉制御手段とを備えている。
【００１１】
また、請求項２に記載のガス供給装置は、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記空気分離装置のバッファタンクから定流量で供給されるガスの流量及び前記設定流量が、製品ガスに要求されるガス純度を確保できる空気分離装置の最大生成量に設定されていることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項３に記載のガス供給装置は、供給先に製品ガスを供給するガス供給装置であって、空気中から選択的に窒素又は酸素を分離する圧力変動吸着式空気分離装置と、当該空気分離装置のバッファタンク前段の管路に接続され、空気分離装置によって得られるガスと同一のガスが予め貯蔵されたガスボンベと、前記バッファタンク内の圧力を検出する圧力検出手段と、前記ガスボンベからのガス供給管路に介装された電磁弁と、前記バッファタンクから供給先へ供給される製品ガス流量を検出する流量検出手段と、当該流量検出手段が検出した製品ガス流量が設定流量を超えた時、又は前記圧力検出手段が検出したバッファタンク内の圧力が設定圧力未満に低下した時に前記電磁弁を開く電磁弁開閉制御手段とを備えている。
【００１３】
また、請求項４に記載のガス供給装置は、請求項３に記載の発明の構成に加え、前記設定流量が、製品ガスに要求されるガス純度を確保できる空気分離装置の最大生成量に設定され、また、前記設定圧力が、製品ガスの圧力仕様を下回らない最低値に設定されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の請求項１に記載のガス供給装置によれば、空気分離装置のバッファタンクから第２のバッファタンクにガスが定流量で供給され、流量検出手段によって第２のバッファタンクから供給先に供給される製品ガス流量を検出することができる。そして、その検出された製品ガス流量が設定流量を超えた時には、電磁弁開閉制御手段はガスボンベからのガス供給管路の電磁弁を開いて、ガスボンベ内のガスを第２のバッファタンクに補充することができるので、供給先に供給される製品ガス流量が増大しても、空気分離装置は定流量で第２のバッファタンクに生成したガスを供給すればよく、空気分離装置にかかる負荷を軽減することができる。したがって、ガス供給装置のランニングコストの低減を図ることができる。
【００１５】
また、請求項２に記載のガス供給装置では、請求項１に記載の発明の効果に加えて、空気分離装置のバッファタンクから定流量で供給されるガスの流量及び電磁弁開閉制御手段が電磁弁を開く設定流量は、製品ガスに要求されるガス純度を確保できる空気分離装置の最大生成量に設定されているので、空気分離装置の最大生成量を超えてガスを生成する必要がなく、最大生成量を超えるガス量はガスボンベにより補充することができる。よって、空気分離装置のガス生成量を一定として、最小限のエネルギーロスで効率的に、安定した純度の製品ガスを供給先に供給することができる。
【００１６】
また、請求項３に記載のガス供給装置では、流量検出手段が供給先に供給される製品ガス流量を検出して、その検出した製品ガス流量が設定流量を超えた時、又は圧力検出手段が空気分離装置のバッファタンク内の圧力を検出して、その検出した圧力が、設定圧力未満である時は、電磁弁開閉制御手段はガスボンベからのガス供給管路の電磁弁を開いて、空気分離装置のバッファタンクにガスを補充するので、バッファタンク内のガス圧力は常時設定圧力以上に保持され、設定圧力を保持した製品ガスを安定して供給先に供給することができる。また、空気分離装置は、設定流量を超えてガスを生成する必要がないので、空気分離装置の消費電力を増大させることがない。
【００１７】
また、請求項４に記載のガス供給装置では、請求項３に記載の発明の効果に加えて、設定流量が、製品ガスに要求されるガス純度を確保できる空気分離装置の最大生成量に設定され、また、設定圧力が製品ガスの圧力仕様を下回らない最低値に設定されているので、バッファタンクから効率的に安定した純度の製品ガスを供給先に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】
【００１８】
以下、本発明を適用したガス供給装置１の第１の実施形態について、図面に基づいて説明する。まず、図１を参照して、ガス供給装置１の構成について説明する。図１は、第１の実施形態のガス供給装置１の構成を示した構成図である。尚、第１の実施形態のガス供給装置１は、主にゴミ焼却炉でのゴミの燃焼に利用される濃縮酸素を生成して供給する装置であり、図１に示すように、ガス供給装置１を構成する各部品間は、配管によって接続されている。ガス供給装置１は、圧力変動吸着式（ＰＳＡ）の空気分離装置４（ＰＳＡ空気分離装置本体２からコントローラ付流量計３６まで）と、酸素ボンベ３を備え、不足分の酸素を補充する酸素補充ライン９（酸素ボンベ３から電磁弁５４までと、酸素ボンベ３から逆支弁４４まで）と、ＰＳＡ空気分離装置４から定流量で供給される濃縮酸素と酸素ボンベ３からの濃縮酸素とを混合して供給先に供給する供給ライン１１（バッファタンク１２からガス供給口５５まで）とで構成されている。
【００１９】
次に、ＰＳＡ空気分離装置４の構成について説明する。図１に示すように、空気中から窒素を選択的に吸着分離して酸素を生成するＰＳＡ空気分離装置本体２には、逆支弁３５が接続され、逆支弁３５の下流側には、ＰＳＡ空気分離装置本体２で生成される濃縮酸素を一時的に貯蔵するバッファタンク１０が接続され、バッファタンク１０にはタンク内部の濃縮酸素の圧力を検出する監視用の圧力計１０ａが設けられている。さらに、図１に示すように、バッファタンク１０の下流側には、酸素流量を一定の流量に調整するコントローラ付流量計３６が接続されている。
【００２０】
次に、供給ライン１１について説明する。図１に示すように、コントローラ付流量計３６の下流側には、コントローラ付流量計３６から定流量で供給される濃縮酸素と、後述する酸素ボンベ３から供給される濃縮酸素とを混合し、混合された濃縮酸素を一時的に貯蔵するバッファタンク１２が接続され、バッファタンク１２にはタンク内部の濃縮酸素の圧力を検出する監視用の圧力計１２ａが設けられている。
【００２１】
そして、バッファタンク１２の下流側には、ストップバルブ４８が接続され、さらにストップバルブ４８の下流側には減圧弁４９が接続されている。そして、減圧弁４９の下流側には流量検出器５３が接続され、減圧弁４９と流量検出器５３との間に接続された配管には、製品ガスとして外部に供給される濃縮酸素の圧力を検出できる監視用の圧力計５１が設けられている。また、流量検出器５３はコントローラ５に接続され、流量検出器５３での流量検出値Ｆはコントローラ５に出力されるようになっている。そして、流量検出器５３の下流側には電磁弁５４が接続され、さらに電磁弁５４の下流側には、生成された濃縮酸素を製品ガスとして供給先に供給するガス供給口５５が設けられている。
【００２２】
次に、酸素ボンベ３を備えた酸素補充ライン９の構成について、図１を参照して説明する。図１に示すように、酸素補充ライン９には、液化酸素が貯蔵された２つの酸素ボンベ３，３が設けられ、各々の酸素ボンベ３，３の出口には、元バルブ３ａ，３ａが設けられ、常時開放されている。そして、２つの酸素ボンベ３，３に各々接続された配管の下流側は１本に結合され、さらにその１本に結合された配管の下流側は供給ライン６０と供給ライン７０とに分岐されている。
【００２３】
まず、供給ライン６０に分岐する配管には、手動のストップバルブ３７が接続され、さらにストップバルブ３７の下流側には、減圧弁３８が接続されている。そして、減圧弁３８に接続される配管の一端側と反対の他端側は、電磁弁５４に接続されている。減圧弁３８は、酸素ボンベ３から電磁弁５４に供給する酸素を所定圧力にまで減圧する。また、ストップバルブ３７は、ガス供給装置１の起動時に開放され、酸素ボンベ３から開放された濃縮酸素は電磁弁５４を通過してガス供給口５５に供給される。尚、減圧弁３８の減圧の設定は、外部に接続された装置の起動時に消費する製品ガスの最大量を想定して設定される。
【００２４】
また、図１に示すように、供給ライン７０に分岐する配管には、ストップバルブ３９が接続され、ストップバルブ３９の下流側には、減圧弁４５が接続されている。そして、減圧弁４５の下流側には、酸素補充弁４２が接続され、酸素補充弁４２と減圧弁４５との間に接続された配管には、配管内の濃縮酸素の圧力を検出する監視用の圧力計４１が設けられている。また、酸素補充弁４２にはコントローラ５が接続されている。さらに酸素補充弁４２の下流側には、監視用の流量計４３が接続され、さらにその流量計４３の下流側には逆支弁４４が接続され、逆支弁４４の下流側に接続された配管の一端側と反対の他端側は、上述したコントローラ付流量計３６とバッファタンク１２とに接続された配管に接続されている。尚、図１に示すガス供給装置１の構成図のＰＳＡ空気分離装置４が「圧力変動吸着式空気分離装置」に相当し、酸素ボンベ３が「ガスボンベ」に相当し、さらに、バッファタンク１２が「第２のバッファタンク」に相当し、酸素補充弁４２が「電磁弁」に相当し、流量検出器５３が「流量検出手段」に相当する。
【００２５】
次に、ＰＳＡ空気分離装置本体２について、図２を参照して説明する。図２は、ＰＳＡ空気分離装置本体２の構成を示した構成図である。図２に示すＰＳＡ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｓｗｉｎｇ  ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）空気分離装置本体２は、空気中から窒素を選択的に吸着分離して酸素を濃縮する。ＰＳＡ空気分離装置本体２の後述する第１吸着筒７及び第２吸着筒８の内部に充填されている吸着剤は、結晶性含水アミノ珪酸塩であるゼオライトであり、多数の細孔を有し、窒素を多量に吸着する性質をもっている。そして、第１吸着筒７及び第２吸着筒８において加圧（吸着）と減圧（脱着）の操作を交互に繰り返しながら、目的とする濃縮酸素を連続的に生成する。尚、ＰＳＡ空気分離装置本体２は、約９０％純度の濃縮酸素を生成することができる。また、ＰＳＡ空気分離装置本体２において、起動時に生成される酸素純度は低く、起動とともに酸素純度が徐々に上昇する立ち上がり特性を有する。
【００２６】
次に、ＰＳＡ空気分離装置本体２の構成について説明する。尚、ＰＳＡ空気分離装置本体２を構成する各部品間は、配管によって接続されているものとする。図２に示すように、ＰＳＡ空気分離装置本体２には、外部空気を圧縮するコンプレッサ１５が設けられ、コンプレッサ１５は、空気が吸引される側に接続されたフィルタ１５ｂと、空気を圧縮するポンプ１５ａと、ポンプ１５ａによって圧縮された圧縮空気をさらにろ過するフィルタ１５ｃとによって構成されている。さらに、コンプレッサ１５の下流側にはストップバルブ１６が接続され、ストップバルブ１６のさらに下流側にはフィルタ１７ａ，１７ｂ及び１７ｃの３個のフィルタが順に接続されている。フィルタ１７ａ，１７ｂは、ミストセパレータ型のフィルタであり、空気中の水分及び油分等を除去し、フィルタ１７ｃは、空気中の臭い成分等を除去する。
【００２７】
そして、図２に示すように、フィルタ１７ｃの下流側には、監視用の流量計１８が接続され、その流量計１８の下流側に接続された配管は２つの配管に分岐され、分岐された各々の配管は、第１吸着筒７及び第２吸着筒８の空気流入側に各々接続されている。尚、第１吸着筒７及び第２吸着筒８には、筒内のガス圧力を検出するための監視用圧力計７ａ及び８ａが各々設けられている。また、流量計１８の下流側の近傍には、監視用の圧力計２０が設けられている。さらに、２つに分岐された各々の配管と第１吸着筒７，第２吸着筒８とに接続された２つの各々の配管の中間には、電磁弁２３，２４が各々接続され、第１吸着筒７及び第２吸着筒８に各々圧縮空気が交互に供給される。
【００２８】
さらに、図２に示すように、第１吸着筒７と電磁弁２３とに接続された配管の中間には、さらに配管が分岐して接続され、その接続された一端側と反対の他端側には電磁弁２５が接続されている。さらに、第２吸着筒８と電磁弁２４とに接続された配管の中間にも配管が分岐して接続され、その接続された一端側と反対の他端側には電磁弁２６が接続されている。そして、電磁弁２５と電磁弁２６との間には、１本の配管が接続されている。さらに、電磁弁２５と電磁弁２６とを接続する配管の中間には配管が分岐して接続され、その接続された一端側と反対の他端側にはサイレンサ２２が接続され、サイレンサ２２の下流側には、ガス排気口２８が設けられている。
【００２９】
また、電磁弁２３と電磁弁２５との間に介装された配管の中間にも、配管が接続され、さらに電磁弁２４と電磁弁２６との間に介装された配管の中間にも配管が接続され、各々の配管の電磁弁２５又は２６に接続された一端側と反対の他端側は電磁弁２７を介在して互いに連結されている。
【００３０】
そして、図２に示すように、第１吸着筒７の酸素放出側には１本の配管が接続され、接続された一端側と反対の他端側には電磁弁２９が接続されている。また第２吸着筒８の酸素放出側にも１本の配管が接続され、接続された一端側と反対の他端側には電磁弁３０が接続されている。電磁弁２９と電磁弁３０との間には１本の配管が接続され、その中間から１本の配管が分岐して接続されることにより、その配管から第１吸着筒７及び第２吸着筒８で生成される濃縮酸素が外部に供給されるようになっている。尚、第１吸着筒７と電磁弁２９とに接続された配管の中間と、第２吸着筒８と電磁弁３０とに接続された配管の中間とには、１本の配管が接続されており、その接続された配管の中間には電磁弁３１が接続されている。また、第１吸着筒７と電磁弁２９とに接続された配管の上流側と、第２吸着筒８と電磁弁３０とに接続された配管の上流側とには、１本の配管が接続され、その接続された配管の中間には、オリフィス６が設けられている。
【００３１】
次に、コントローラ付流量計３６について説明する。図１に示すコントローラ付流量計３６は、バッファタンク１０からバッファタンク１２に供給される濃縮酸素の流量を自由に設定することができる。ここで流量値をａと設定すると、設定流量値ａは、製品ガスとして要求される酸素純度を確保できるＰＳＡ空気分離装置本体２の最大生成量から決定される。よって、ＰＳＡ空気分離装置本体２は、バッファタンク１２に対して設定流量値ａを超える量の濃縮酸素を生成する必要がないので、ＰＳＡ空気分離装置本体２は、安定して高純度の濃縮酸素を生成することができる。尚、第１の実施形態のガス供給装置１では、設定流量値ａを１３０Ｌ／ｍｉｎと設定する。
【００３２】
次に、減圧弁４５について説明する。図１に示すように、酸素補充ライン９の供給ライン７０の減圧弁４５は、酸素補充弁４２に供給される濃縮酸素を所定圧力にまで減圧する。この減圧弁４５の圧力の設定は、外部に接続された装置で消費される製品ガスの最大使用量を想定して設定されている。
【００３３】
次に、ＰＳＡ空気分離装置本体２の動作原理について、図２を参照して説明する。図２に示すように、ＰＳＡ空気分離装置本体２が起動すると、コンプレッサ１５のポンプ１５ａが起動し、外部の空気がフィルタ１５ｂを通過して吸引され、さらにフィルタ１５ｃを通過してろ過され、ＰＳＡ空気分離装置本体２の内部に圧縮空気として供給される。次いで、吸引された圧縮空気は、開放されたストップバルブ１６を通過し、さらにフィルタ１７ａ，１７ｂ及び１７ｃを通過して、水分、油分及び臭い成分等が除去される。そして、ろ過された圧縮空気は流量計１８を通過し、第１吸着筒７と第２吸着筒８との２方向に分岐する配管に各々流れ込む。
【００３４】
そして、図２に示す電磁弁２３，電磁弁２９及び電磁弁２６が開放され、電磁弁２４，電磁弁３０及び電磁弁２５が閉じられることにより、第１吸着筒７に圧縮空気が供給される。この時、第１吸着筒７は加圧状態となり、第２吸着筒８は減圧状態となる。第１吸着筒７に供給された圧縮空気中の窒素は吸着剤に吸着分離され、第１吸着筒７の酸素が濃縮され、電磁弁２９を通過してバッファタンク１０に向かって濃縮酸素が放出される。さらに、第１吸着筒７から放出される濃縮酸素の一部はオリフィス６を通過し、第２吸着筒８に流れ込む。次いで、オリフィス６から流れ込んだ濃縮酸素により、第２吸着筒８内のガスが、電磁弁２６を通過して排出されると同時に、第２吸着筒８内の吸着剤に吸着されていた窒素が脱着（パージ）され、ガス排気口２８より排出される。尚、ガス排気口２８の上流側に設けられたサイレンサ２２によって、ガス排気口２８の近傍に取り付けられた電磁弁２５及び電磁弁２６の開閉切換時に発生するガスの排気音が減少される。
【００３５】
次いで、図２に示す電磁弁２４，電磁弁３０及び電磁弁２５が開放され、電磁弁２３、電磁弁２９及び電磁弁２６が閉じられることにより、第１吸着筒７と第２吸着筒８との吸着及び脱着が切り替わる。この時に、第１吸着筒７及び第２吸着筒８内の急激な圧力変化を防ぐため、各電磁弁の切換時から所定時間（約１０秒程度）は電磁弁２７及び電磁弁３１を開放する。そして、第２吸着筒８に圧縮空気が供給され、同様に濃縮酸素が生成され、生成された濃縮酸素は、電磁弁３０を通過してバッファタンク１０に供給される。第１吸着筒７でも同様に、オリフィス６を通過する濃縮酸素により、第１吸着筒７内のガスが排出されると同時に、第１吸着筒７内の吸着剤に吸着されている窒素が脱着（パージ）され、ガス排気口２８から排出される。したがって、第１吸着筒７及び第２吸着筒８では、空気中の窒素を吸着分離して濃縮酸素を生成する吸着工程と窒素を脱着する脱着工程とが交互に繰り返されることにより、連続的に濃縮酸素が生成され、生成された濃縮酸素は、逆支弁３５を通過してバッファタンク１０に供給される。
【００３６】
次に、上記の構成のガス供給装置１の動作について、図１及び図３を参照して説明する。図３は、コントローラ５の酸素補充弁４２の制御を示すフローチャートである。まず、ガス供給装置１の起動に伴い、ＰＳＡ空気分離装置本体２が起動するが、ＰＳＡ空気分離装置本体２の立ち上がり特性により純度の低い酸素が生成される。そこで、酸素補充ライン９の供給ライン６０のストップバルブ３７を手動で開放することにより、減圧弁３８により減圧された濃縮酸素が電磁弁５４に向かって放出され、電磁弁５４が開放されることにより、ガス供給口５５から濃縮酸素が供給先に供給される。よって、ガス供給装置１の起動時のガス供給口５５から供給される濃縮酸素の純度の低下を防ぐことができる。尚、ストップバルブ３７は、ＰＳＡ空気分離装置本体２の生成する濃縮酸素の純度が約９０％に到達すると予測される時間（第１の実施形態のガス供給装置１では約３０分間）だけ開放する。
【００３７】
そして、ＰＳＡ空気分離装置本体２で生成された濃縮酸素は、逆支弁３５を通過してバッファタンク１０に貯蔵される。さらにバッファタンク１０から放出される濃縮酸素は、コントローラ付流量計３６により、毎分１３０Ｌの流量でバッファタンク１２に供給され、貯蔵される。バッファタンク１２に貯蔵された濃縮酸素は、開放されたストップバルブ４８を通過し、その濃縮酸素の圧力は減圧弁４９で減圧される。減圧された濃縮酸素は、流量検出器５３を通過する。この時、流量検出器５３において、製品ガスとして供給先に供給される濃縮酸素の流量検出値Ｆが検出される（Ｓ１）。流量検出器５３により検出された検出値Ｆはコントローラ５に出力され、コントローラ５では、流量検出値Ｆが設定流量値ａ（ａ：１３０Ｌ／ｍｌ）を超えているか否かが判断される（Ｓ２）。濃縮酸素の流量が設定流量値ａを超えている場合は（Ｓ２：ＹＥＳ）、ＰＳＡ空気分離装置本体２の製品ガスとして要求される酸素純度の最大生成量を超えているので、酸素ボンベ３の補充を必要とする。
【００３８】
したがって、コントローラ５は酸素補充弁４２を開放する（Ｓ３）。酸素補充弁４２が開放されると、酸素ボンベ３内に封入されていた液化酸素は、元バルブ３ａを通過することにより、昇圧して気化し、ストップバルブ３９を通過して減圧弁４５で所定圧力に減圧される。減圧された濃縮酸素は、開放された酸素補充弁４２を通過し、バッファタンク１２に供給される。尚、監視用の圧力計４１を確認することにより、通過する濃縮酸素が所定通り減圧されているか否かを目視で判断できる。そして、開放された酸素補充弁４２を通過した濃縮酸素は、監視用の流量計４３，逆支弁４４を通過して、バッファタンク１２でＰＳＡ空気分離装置４のバッファタンク１０から定流量で供給される濃縮酸素と混合されて供給先に供給される。
【００３９】
また、流量検出値Ｆが設定流量値ａ以下の場合は（Ｓ２：ＮＯ）、ＰＳＡ空気分離装置本体２で生成できる最大生成量以下であるので、製品ガスとして要求される酸素純度９０％以上を保持しながら、ＰＳＡ空気分離装置４のみからバッファタンク１２に濃縮酸素が供給される。したがって、酸素ボンベ３から濃縮酸素をバッファタンク１２に補充する必要がないので、酸素補充弁４２が閉じられる（Ｓ４）。そして、流量検出器５３は、供給される製品ガスの酸素流量を引き続き検出し続け（Ｓ１）、製品ガス要求側の濃縮酸素の使用量に応じて、酸素ボンベ３からバッファタンク１２への濃縮酸素の補充が行われる。尚、図３に示すフローチャートのＳ３及びＳ４の判断処理を実行するコントローラ５が「電磁弁開閉制御手段」として機能する。
【００４０】
以上説明したように、第１の実施形態のガス供給装置１は、ＰＳＡ空気分離装置４と、酸素ボンベ３から濃縮酸素をバッファタンク１２に補充する酸素補充ライン９とを備えている。ＰＳＡ空気分離装置本体２で生成される濃縮酸素はバッファタンク１０に貯蔵され、さらにコントローラ付流量計３６により設定流量値ａ（＝１３０Ｌ／ｍｉｎ）に基づいてバッファタンク１２に供給される。そして、バッファタンク１２から製品ガスとして供給先に供給される酸素流量は流量検出器５３により検出され、その流量検出値Ｆはコントローラ５に出力される。流量検出値Ｆが設定流量値ａ以下の場合は、ＰＳＡ空気分離装置４で生成された濃縮酸素のみがバッファタンク１２に供給されるが、製品ガス要求側の酸素使用量が大きく変動して、設定流量値ａを超えた場合は、コントローラ５は酸素補充弁４２を開放し、酸素ボンベ３内の濃縮酸素をバッファタンク１２に補充する。設定流量値ａは、ＰＳＡ空気分離装置４の製品ガスとして要求される純度を保持できる最大生成量として決定されているため、バッファタンク１２には、常時高純度の酸素が貯蔵されるので、ガス供給装置１は、製品ガス要求側の使用量に応じて効率的に安定した純度の濃縮酸素を供給することができる。さらに、ガス供給装置１に小型のＰＳＡ空気分離装置４を使用しても、酸素ボンベ３の設置本数を増やせば、製品ガス要求側の濃縮酸素の使用量の変動に対応することができるので、ガス供給装置１の初期投資を抑えることができ、ガス供給装置１の設置スペースを削減することもできる。
【００４１】
次に、本発明の第２の実施形態であるガス供給装置１００について説明する。まず、ガス供給装置１００の構成について、図４を参照して説明する。図４は、第２の実施形態のガス供給装置１００の構成を示した構成図である。ここで、ＰＳＡ空気分離装置本体２は、上述したガス供給装置１のＰＳＡ空気分離装置本体２と同じであるものとする。図４に示すように、ガス供給装置１００は、ＰＳＡ空気分離装置４０（ＰＳＡ空気分離装置本体２からバッファタンク１０まで）と、酸素ボンベ３を備え、不足分の酸素を補充する酸素補充ライン９０（酸素ボンベ３から電磁弁５４までと、酸素ボンベ３から逆支弁４４まで）と、ＰＳＡ空気分離装置４０のバッファタンク１０内の濃縮酸素を供給先に供給する供給ライン１１０（ストップバルブ４８からガス供給口５５まで）とで構成されている。
【００４２】
まず、ＰＳＡ空気分離装置４０について説明する。図４に示すように、ＰＳＡ空気分離装置本体２には、監視用の流量計６２が接続され、流量計６２の下流側には、逆支弁６１を介してＰＳＡ空気分離装置本体２で生成される濃縮酸素を貯蔵するバッファタンク１０が接続されている。バッファタンク１０にはタンク内部の濃縮酸素の圧力を検出する圧力検出器１０ｂが接続され、さらに圧力検出器１０ｂには、コントローラ５０が接続されている。
【００４３】
次に、供給ライン１１０について説明する。図４に示すように、ＰＳＡ空気分離装置のバッファタンク１０の下流側には、ストップバルブ４８が接続され、ストップバルブ４８のさらに下流側には減圧弁４９が接続されている。そして、減圧弁４９の下流側には流量検出器５３が接続され、減圧弁４９と流量検出器５３との間に接続される配管には、製品ガスとして供給先に供給される濃縮酸素の圧力を検出できる圧力計５１が設けられている。また、流量検出器５３はコントローラ５０に接続されている。そして、流量検出器５３の下流側には電磁弁５４が接続されている。そして、電磁弁５４の下流側には、濃縮酸素を製品ガスとして供給先に供給するガス供給口５５が設けられている。尚、第１の実施形態のガス供給装置１に設けられていたバッファタンク１２は設けない。
【００４４】
次に、酸素補充ライン９０について説明する。図４に示すように、酸素ボンベ３を備えた酸素補充ライン９０の構成は、図１に示す第１の実施形態のガス供給装置１の酸素補充ライン９０と同じ構成となっており、供給ライン６０と供給ライン７０とに分岐されている。尚、供給ライン７０の逆支弁４４に接続された配管の一端側と反対の他端側は、ＰＳＡ空気分離装置４０の逆支弁６１とバッファタンク１０との間に接続された配管に接続されている。尚、図４に示すガス供給装置１００の構成図の圧力検出器１０ｂが「圧力検出手段」に相当し、バッファタンク１０が「バッファタンク」に相当する。
【００４５】
次に、圧力検出器１０ｂについて説明する。図４に示す圧力検出器１０ｂは、バッファタンク１０内の圧力を検出し、検出された圧力検出値Ｄをコントローラ５０に出力する。この圧力検出器１０ｂの圧力検出値Ｄは、コントローラ５０の酸素補充弁４２の開閉を決定する際に利用され、コントローラ５０は、圧力検出値Ｄを後述する設定圧力値ｂと比較することにより、酸素補充弁４２の開閉の制御を行う。
【００４６】
次に、設定圧力値ｂについて説明する。設定圧力値ｂは、上述した設定流量値ａと同様に、酸素補充ライン９０の供給ライン７０に設けられた酸素補充弁４２を開放するか否かを判断するために設定された設定値である。この設定圧力値ｂは、製品ガスに要求される圧力値を下回らない最低値として設定されている。尚、第２の実施形態のガス供給装置１００では、設定圧力値ｂを０．４５ＭＰａ（メガパスカル）として設定されている。
【００４７】
次に、上記の構成のガス供給装置１００の動作について、図４及び図５を参照して説明する。図５は、コントローラ５０の酸素補充弁４２の制御を示すフローチャートである。まず、ガス供給装置１００の起動に伴い、ＰＳＡ空気分離装置本体２が起動するが、ＰＳＡ空気分離装置本体２の立ち上がり特性により純度の低い酸素が生成される。そこで、酸素補充ライン９０の供給ライン６０のストップバルブ３７を手動で開放することにより、減圧弁３８により減圧された濃縮酸素が放出され、電磁弁５４が開放されることにより、ガス供給口５５から濃縮酸素が供給先に供給される。尚、ストップバルブ３７の開放時間は、第１の実施形態のガス供給装置１のストップバルブ３７と同様に約３０分間だけ開放する。
【００４８】
次いで、ＰＳＡ空気分離装置本体２で生成された濃縮酸素は、監視用の流量計６２，逆支弁６１を通過し、バッファタンク１０に一時的に貯蔵される。そして、バッファタンク１０に設けられた圧力検出器１０ｂにより、バッファタンク１０内の圧力検出値Ｄが検出され（Ｓ７）、検出された圧力検出値Ｄはコントローラ５０に出力される。そしてバッファタンク１０に貯蔵された濃縮酸素は、開放されたストップバルブ４８を通過し、その濃縮酸素は減圧弁４９で減圧される。次いで、減圧された濃縮酸素は、流量検出器５３を通過する。流量検出器５３では、製品ガスとして供給先に供給される濃縮酸素の流量検出値Ｆが検出され（Ｓ８）、検出された流量検出値Ｆはコントローラ５０に出力される。流量検出器５３を通過した濃縮酸素は、開放された電磁弁５４を通過し、ガス供給口５５から製品ガスとして供給先に供給される。
【００４９】
そしてコントローラ５０では、検出された圧力検出値Ｄと、流量検出値Ｆとによって、酸素補充弁４２の開閉の判断が行われる（Ｓ９，Ｓ１０）。バッファタンク１０内の圧力検出値Ｄが、設定圧力値ｂ（ｂ＝０．４５ＭＰａ）未満である場合は（Ｓ９：ＹＥＳ）、製品ガスとして要求される圧力値を下回っているので、ＰＳＡ空気分離装置本体２には能力以上の負荷がかかっている。ＰＳＡ空気分離装置本体２に能力以上の負荷がかかると、生成される酸素純度の低下が起こり、製品ガスとして要求される酸素純度に到達できない。そこで、コントローラ５０は、酸素補充弁４２を開放する（Ｓ１２）。
【００５０】
また、圧力検出値Ｄが、設定圧力値ｂ以上で（Ｓ９：ＮＯ）、流量検出値Ｆが設定流量値ａを超えている場合は（Ｓ１０：ＹＥＳ）、ＰＳＡ空気分離装置本体２の製品ガスとして要求される酸素純度の最大生成量を超えているので、酸素ボンベ３からの濃縮酸素の補充を必要とする。したがって、コントローラ５０は酸素補充弁４２を開放する（Ｓ１２）。以上の条件で酸素補充弁４２が開放されると、酸素ボンベ３内に封入されていた液化酸素は、元バルブ３ａを通過することにより、昇圧して気化し、ストップバルブ３９を通過して減圧弁４５で設定圧力に減圧される。減圧された濃縮酸素は、開放された酸素補充弁４２を通過し、バッファタンク１０に供給される。
【００５１】
したがって、圧力検出値Ｄが設定圧力値ｂ以上で（Ｓ９：ＮＯ）、流量検出値Ｆが設定流量値ａ以下である場合（Ｓ１０：ＮＯ）のみ、酸素補充弁４２は閉じられる（Ｓ１１）。そして、圧力検出器１０ｂと、流量検出器５３とに設定された酸素補充弁４２の２つの開閉条件（Ｓ９，Ｓ１０）の内、１つでも開放する条件となれば、酸素補充弁４２は開放されるようになっている。そしてＳ７に戻り、引き続き流量検出値Ｆと圧力検出値Ｄの監視が行われる。このようにして、ガス供給装置１は常に純度の高い濃縮酸素を製品ガスの要求量に応じて生成することができる。尚、図５のフローチャートのＳ１１及びＳ１２の判断処理を実行するコントローラ５０が「電磁弁開閉制御手段」として機能する。
【００５２】
以上説明したように、第２の実施形態のガス供給装置１００は、第１の実施形態のガス供給装置１の構成をさらに簡素化し、ガス供給装置の制作コストを削減するために、ガス供給装置１の変形例として、バッファタンク１２を省略した。流量検出器５３は流量検出値Ｆを検出し、バッファタンク１０に接続された圧力検出器１０ｂは圧力検出値Ｄを検出してコントローラ５０に出力する。そしてコントローラ５０は、圧力検出値Ｄが設定圧力値ｂ未満である場合、又は、流量検出値Ｆが設定流量値ａを超えている場合には、酸素ボンベ３の酸素補充弁４２を開放してバッファタンク１０に酸素ボンベ３からの濃縮酸素を補充するように制御される。ここで、設定流量値ａは第１の実施形態のガス供給装置１と同様に設定され、設定圧力値ｂは製品ガスとして要求される圧力値の最低値に設定されいるので、バッファタンク１０から供給される濃縮酸素は常時、製品ガスとして要求される圧力を保持しつつ、濃縮酸素を供給先に供給することができる。また、ＰＳＡ空気分離装置本体２は、第１の実施形態のガス供給装置１と同様に能力以上の濃縮酸素を生成する必要がないので、消費電力が増大することもなく、安定した純度の濃縮酸素が得られる。さらに、小型のＰＳＡ空気分離装置４０を使用しても、酸素ボンベ３の設置本数を増やせば、製品ガス要求側の濃縮酸素の使用量の変動に対応することができるので、ガス供給装置１００の初期投資を抑えることができ、ガス供給装置１００の設置スペースを削減することもできる。
【００５３】
尚、本発明は、上記の実施の形態に限定されることなく、各種の変形が可能である。例えば、ガス供給装置１，１００は酸素を生成して供給する装置として説明したが、酸素に限らず窒素でも利用可能である。また、酸素ボンベ３の本数は、ＰＳＡ空気分離装置４，４０の濃縮酸素生成能力と、供給先の製品ガスの最大使用量とを考慮して決定すればよく、本発明の実施の形態のガス供給装置１，１００の酸素ボンベ３は２本であるが、これより多くしても少なくしてもよい。尚、コントローラ付流量計３６は、通過するガス量を調整できるものなら何でもよく、例えば定流量弁のようなものでも変更可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、酸素を消費する装置に製品ガスとして、酸素を供給するガス供給装置に適用できるだけでなく、窒素等の各種のガスを供給するガス供給装置にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】第１の実施形態のガス供給装置１の構成を示した構成図である。
【図２】ＰＳＡ空気分離装置本体２の構成を示した構成図である。
【図３】コントローラ５の酸素補充弁４２の制御を示すフローチャートである。
【図４】第２の実施形態のガス供給装置１００の構成を示した構成図である。
【図５】コントローラ５０の酸素補充弁４２の制御を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５６】
１  ガス供給装置
２  ＰＳＡ空気分離装置本体
３  酸素ボンベ
５  コントローラ
１０  バッファタンク
１２  バッファタンク
３６  コントローラ付流量計
４２  酸素補充弁
５０  コントローラ
５３  流量検出器
【図１】
2005052757.tif 000003
【図２】
2005052757.tif 000004
【図３】
2005052757.tif 000005
【図４】
2005052757.tif 000006
【図５】
2005052757.tif 000007