(57)【要約】【課題】吸着筒への圧縮気体の導入流量が変化した場合にも安定した濃度の濃縮気体が得られる気体濃縮における気体濃度の安定化方法及び気体濃縮装置を提供すること。【解決手段】  吸着剤が充填された二つの吸着筒１０、２０のうち一方の吸着筒内へ圧縮気体を導入して所要の気体成分を濃縮する濃縮工程と、他方の吸着筒内の圧縮気体を排気して減圧することで吸着剤を再生した後、所要の気体成分が濃縮された圧縮気体を一方の吸着筒から導入して増圧させる再生工程とを並行して行い、二つの吸着筒１０、２０の間で実質的に交互に行うことで濃縮気体を連続的に吐出させ、圧縮気体の積算流量を計測し、その積算流量に基づいて二つの吸着筒１０、２０の濃縮工程と再生工程とを反対に切り替える。【選択図】  図１
2007054678.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸着剤が充填された二つの吸着筒のうち一方の吸着筒内へ圧縮気体を導入し、該圧縮気体の少なくとも一種の気体成分を吸着剤に選択的に吸着させることで、他の気体成分を濃縮する濃縮工程と、
他方の吸着筒内の圧縮気体を排気して減圧することで、前工程で吸着された気体成分を吸着剤から脱着させて該吸着剤を再生した後、前記濃縮工程によって所要の気体成分が濃縮された圧縮気体を前記一方の吸着筒から導入して増圧させる再生工程とを並行して行い、
これらの濃縮工程と再生工程とを二つの吸着筒の間で実質的に交互に行うことで濃縮気体を連続的に吐出させ、
前記圧縮気体の積算流量を計測し、該積算流量が予め設定された規定量となったときに、二つの吸着筒の濃縮工程と再生工程とを反対に切り替えることを特徴とする気体濃縮における気体濃度の安定化方法。
【請求項２】
前記再生工程のうち少なくとも吸着筒内を増圧させる時間において、前記濃縮工程の吸着筒内へ導入される圧縮気体の積算流量を計測することを特徴とする請求項１記載の気体濃縮における気体濃度の安定化方法。
【請求項３】
吸着剤が充填された二つの吸着筒のうち一方の吸着筒内へ圧縮気体を導入し、該圧縮気体の少なくとも一種の気体成分を吸着剤に選択的に吸着させることで、他の気体成分を濃縮する濃縮工程を行う気体濃縮手段と、
他方の吸着筒内の圧縮気体を排気して減圧することで、前工程で吸着された気体成分を吸着剤から脱着させて該吸着剤を再生した後、前記濃縮工程によって所要の気体成分が濃縮された圧縮気体を前記一方の吸着筒から導入して増圧させる再生工程を、前記濃縮工程と並行して行う再生手段と、
これらの濃縮工程と再生工程とを二つの吸着筒の間で実質的に交互に行うことで濃縮気体を連続的に吐出させ、且つ、気体濃縮における気体濃度の安定化をすべく、前記圧縮気体の積算流量を計測し、該積算流量が予め設定された規定量となったときに、二つの吸着筒の濃縮工程と再生工程とを反対に切り替えるように制御する制御手段とを具備することを特徴とする気体濃縮装置。
【請求項４】
導入された圧縮気体の少なくとも一種の気体成分を選択的に吸着することで他の気体成分を濃縮する吸着剤が充填された第１吸着筒及び第２吸着筒と、
前記第１吸着筒に圧縮気体を導入する第１吸入通路、及び前記第２吸着筒に圧縮気体を導入する第２吸入通路と、
前記第１吸着筒から濃縮気体を吐出させる第１吐出通路、及び前記第２吸着筒から濃縮気体を吐出させる第２吐出通路と、
前記第１吸着筒と前記第２吸着筒を連通する吸着筒間の接続路と、
前記第１吸着筒内を減圧することによって前工程で吸着された気体成分を吸着剤から脱着させて該吸着剤が再生するように該第１吸着筒内の圧縮気体を排気させる第１パージ用排気通路、及び前記第２吸着筒内を減圧することによって前工程で吸着された気体成分を吸着剤から脱着させて該吸着剤が再生するように該第２吸着筒内の圧縮気体を排気させる第２パージ用排気通路と、
前記第１吸入通路及び前記第２吸入通路を開閉可能に設けられ、第１吸着筒と第２吸着筒とが交互に一方が濃縮工程となって他方が再生工程となるように圧縮気体の流路を切り替える切替弁と、
前記吸着筒間の接続路を開閉可能に設けられ、再生工程において一方の吸着筒内の圧縮空気が排気された後に開いて前記第１吸着筒と前記第２吸着筒の筒内圧力を均一化するように圧縮空気を導く均圧弁と、
前記第１パージ用排気通路及び第２パージ用排気通路を開閉可能に設けられた排気弁と、
前記第１吸入通路及び前記第２吸入通路に接続された圧縮気体の供給通路に設けられ、圧縮気体の積算流量を計測する積算流量計と、
該積算流量計からの検出信号に基づいて二つの吸着筒の濃縮工程と再生工程とを反対に切り替えるなど前記切替弁、前記均圧弁及び前記排気弁を制御する制御装置とを具備することを特徴とする気体濃縮装置。
【請求項５】
前記吸着筒間の接続路の他に、濃縮工程の吸着筒から再生工程の吸着筒へパージ用の濃縮気体を導くパージ用の接続路が前記第１吸着筒と前記第２吸着筒を連通し、該パージ用の接続路は流量調整手段によって流量が調整されていることを特徴とする請求項４記載の気体濃縮装置。
【請求項６】
前記圧縮気体が空気であり、前記吸着剤が窒素を選択的に吸着するものであって酸素ガスを濃縮することを特徴とする請求項３、４又は５記載の気体濃縮装置。
【請求項７】
前記圧縮気体が空気であり、前記吸着剤が酸素を選択的に吸着するものであって窒素ガスを濃縮することを特徴とする請求項３、４又は５記載の気体濃縮装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸着剤を用いた圧力スイング吸着（以下、「ＰＳＡ」という。）方式の気体濃縮における気体濃度の安定化方法及び気体濃縮装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＰＳＡ方式による気体濃縮装置には、空気中の酸素濃度を高める酸素濃縮装置、或いは窒素濃度を高める窒素濃縮装置等がある。
従来から、ＰＳＡ酸素濃縮装置は、窒素を選択的に吸着する吸着剤（例えば、ゼオライト）を充填した吸着筒に圧縮空気を導入して加圧状態で窒素を吸着させる。この酸素濃縮ガスを得る濃縮工程（以下、「吸着工程」ともいう。）と、吸着筒内の圧力を減じて吸着剤の再生を行う再生工程（以下、「脱着工程」ともいう。）を交互に行うことによって連続的に濃縮酸素ガスを得る。
【０００３】
二筒式のＰＳＡの場合、一方の吸着筒が吸着工程のときに他方の吸着筒が脱着工程となって繰り返し交互に行われるように、吸着工程と脱着工程のサイクル切替えを行う。例えば、一方の吸着筒の吸着工程では、圧縮空気が導入されて窒素が吸着されることで濃縮された酸素濃縮ガスが吐出される。また、他方の吸着筒の脱着工程では、排気弁が開いて減圧されると共に、前記一方の吸着筒からパージ用酸素ガスが導入され、さらに前記一方の吸着筒から増圧用酸素濃縮ガスが導入される。なお、従来は、吸着工程と脱着工程のサイクル切替えは、時間（タイマ）又は圧力（圧力センサ）を検出して電磁弁を切り替えることによって行っていた。
【０００４】
しかし、吸着工程側の吸着筒に供給する圧縮空気の流量が規定量より多くなると、他方の吸着筒で脱着工程が行われているとき、吸着工程側の吸着筒内の流速が高くなり過ぎる。これによれば、窒素吸着破過した低酸素濃縮ガスが製品ガス（出口酸素濃縮ガス）として吐出するため、酸素ガス濃度が低下する。
これに対して通常は、酸素濃縮装置の酸素発生量に応じて、圧縮空気源として用いるコンプレッサの出力仕様（最大吐出空気量）が設定される。このため、適応する出力仕様のコンプレッサ１台に、酸素濃縮装置１台を接続することが一般的である。従って、ユーザー施設の既存のコンプレッサが、酸素濃縮装置の導入空気量（酸素発生量）仕様と合致しない場合には、絞り弁等で導入空気量を調整するか、又は、そのコンプレッサの吐出空気量に合わせて酸素濃縮装置のサイクル時間を調整しなければならない。
【０００５】
また、酸素濃縮装置を他のエアー機器と同じ圧縮空気配管（例えば工場エアー配管）に接続した場合、他のエアー機器の稼働率（使用空気量）が変動すると、安定した濃度の酸素濃縮ガスが得られない。
さらに、酸素濃縮装置（吸着筒）に供給する圧縮空気の流量変動や圧力変動、吸着材の経時変化、電磁弁の動作誤差等の原因によっても、脱着工程時における対筒（吸着工程の吸着筒）からの増圧用酸素濃縮ガスの総導入量が変動する。これによって二つの吸着筒間で５％程度以上の導入流量差を生じた場合には、二つの吸着筒間の負荷バランスが崩れて出口酸素濃度が低下してしまう。
これ対して通常は、脱着工程中の増圧時間を短くすることで、増圧用酸素濃縮ガスの総導入量を少なくしている。しかしながら、増圧時間を短くすると、出口酸素濃縮ガスの吐出圧力が上がらない。このため、通常のＰＳＡ酸素濃縮装置は、低吐出圧力仕様（供給圧力＝０．４〜０．６５ＭＰａ、取出酸素圧力＝０．１〜０．３ＭＰａ）であることが一般的である。
【０００６】
また、安定した酸素ガス濃度を得るために製品ガス（出口酸素濃縮ガス）の吐出流量又は消費量の信号を受けて均圧弁の制御を行う酸素濃縮装置が開示されている（特許文献１参照）。
これによれば、窒素ガスを優先的に吸着する吸着剤を充填する吸着塔を２基設け、該吸着塔に圧縮機より交互に空気を送り込み、空気中の窒素を吸着して酸素濃縮空気を製造し、これを製品タンクに蓄え、該製品タンク内より所定量の酸素富化を供給する酸素濃縮装置において、前記２基の吸着塔を、均圧弁を有する配管で連結し、前記製品タンクより排出する酸素濃縮空気の量を制御する流量制御手段と、該流量制御手段からの流量信号又は前記製品タンクからの消費量信号を受けて前記均圧弁の作動と非作動の制御を行う制御手段と、を備える。
なお、これは出口酸素濃縮ガスの流量又は消費量の変動に基づいて装置を制御するもので、吸着筒に導入される圧縮空気の流量の変化に対応して装置を制御するものではない。
【特許文献１】特開２００２−７９０３０号公報（第１頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
気体濃縮における気体濃度の安定化方法及び気体濃縮装置に関して解決しようとする問題点は、吸着筒への圧縮気体の導入流量が増加した場合に製品気体として吐出される濃縮気体の濃度が低下するなど、圧縮気体の導入流量の変化で気体濃縮における気体濃度が不安定となる点にある。
そこで本発明の目的は、吸着筒への圧縮気体の導入流量が変化した場合にも安定した濃度の濃縮気体が得られる気体濃縮における気体濃度の安定化方法及び気体濃縮装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記目的を達成するために次の構成を備える。
本発明にかかる気体濃縮における気体濃度の安定化方法の一形態によれば、吸着剤が充填された二つの吸着筒のうち一方の吸着筒内へ圧縮気体を導入し、該圧縮気体の少なくとも一種の気体成分を吸着剤に選択的に吸着させることで、他の気体成分を濃縮する濃縮工程と、他方の吸着筒内の圧縮気体を排気して減圧することで、前工程で吸着された気体成分を吸着剤から脱着させて該吸着剤を再生した後、前記濃縮工程によって所要の気体成分が濃縮された圧縮気体を前記一方の吸着筒から導入して増圧させる再生工程とを並行して行い、これらの濃縮工程と再生工程とを二つの吸着筒の間で実質的に交互に行うことで濃縮気体を連続的に吐出させ、前記圧縮気体の積算流量を計測し、該積算流量が予め設定された規定量となったときに、二つの吸着筒の濃縮工程と再生工程とを反対に切り替えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明にかかる気体濃縮における気体濃度の安定化方法の一形態によれば、前記再生工程のうち少なくとも吸着筒内を増圧させる時間において、前記濃縮工程の吸着筒内へ導入される圧縮気体の積算流量を計測することを特徴とすることができる。
【００１０】
また、本発明にかかる気体濃縮装置の一形態によれば、吸着剤が充填された二つの吸着筒のうち一方の吸着筒内へ圧縮気体を導入し、該圧縮気体の少なくとも一種の気体成分を吸着剤に選択的に吸着させることで、他の気体成分を濃縮する濃縮工程を行う気体濃縮手段と、他方の吸着筒内の圧縮気体を排気して減圧することで、前工程で吸着された気体成分を吸着剤から脱着させて該吸着剤を再生した後、前記濃縮工程によって所要の気体成分が濃縮された圧縮気体を前記一方の吸着筒から導入して増圧させる再生工程を、前記濃縮工程と並行して行う再生手段と、これらの濃縮工程と再生工程とを二つの吸着筒の間で実質的に交互に行うことで濃縮気体を連続的に吐出させ、且つ、気体濃縮における気体濃度の安定化をすべく、前記圧縮気体の積算流量を計測し、該積算流量が予め設定された規定量となったときに、二つの吸着筒の濃縮工程と再生工程とを反対に切り替えるように制御する制御手段とを具備することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明にかかる気体濃縮装置の一形態によれば、導入された圧縮気体の少なくとも一種の気体成分を選択的に吸着することで他の気体成分を濃縮する吸着剤が充填された第１吸着筒及び第２吸着筒と、前記第１吸着筒に圧縮気体を導入する第１吸入通路、及び前記第２吸着筒に圧縮気体を導入する第２吸入通路と、前記第１吸着筒から濃縮気体を吐出させる第１吐出通路、及び前記第２吸着筒から濃縮気体を吐出させる第２吐出通路と、前記第１吸着筒と前記第２吸着筒を連通する吸着筒間の接続路と、前記第１吸着筒内を減圧することによって前工程で吸着された気体成分を吸着剤から脱着させて該吸着剤が再生するように該第１吸着筒内の圧縮気体を排気させる第１パージ用排気通路、及び前記第２吸着筒内を減圧することによって前工程で吸着された気体成分を吸着剤から脱着させて該吸着剤が再生するように該第２吸着筒内の圧縮気体を排気させる第２パージ用排気通路と、前記第１吸入通路及び前記第２吸入通路を開閉可能に設けられ、第１吸着筒と第２吸着筒とが交互に一方が濃縮工程となって他方が再生工程となるように圧縮気体の流路を切り替える切替弁と、前記吸着筒間の接続路を開閉可能に設けられ、再生工程において一方の吸着筒内の圧縮空気が排気された後に開いて前記第１吸着筒と前記第２吸着筒の筒内圧力を均一化するように圧縮空気を導く均圧弁と、前記第１パージ用排気通路及び第２パージ用排気通路を開閉可能に設けられた排気弁と、前記第１吸入通路及び前記第２吸入通路に接続された圧縮気体の供給通路に設けられ、圧縮気体の積算流量を計測する積算流量計と、該積算流量計からの検出信号に基づいて二つの吸着筒の濃縮工程と再生工程とを反対に切り替えるなど前記切替弁、前記均圧弁及び前記排気弁を制御する制御装置とを具備することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明にかかる気体濃縮装置の一形態によれば、前記吸着筒間の接続路の他に、濃縮工程の吸着筒から再生工程の吸着筒へパージ用の濃縮気体を導くパージ用の接続路が前記第１吸着筒と前記第２吸着筒を連通し、該パージ用の接続路は流量調整手段によって流量が調整されていることを特徴とすることができる。
【００１３】
また、本発明にかかる気体濃縮装置の一形態によれば、前記圧縮気体が空気であり、前記吸着剤が窒素を選択的に吸着するものであって酸素ガスを濃縮することを特徴とすることができる。
さらに、本発明にかかる気体濃縮装置の一形態によれば、前記圧縮気体が空気であり、前記吸着剤が酸素を選択的に吸着するものであって窒素ガスを濃縮することを特徴とすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明にかかる気体濃縮における気体濃度の安定化方法及び気体濃縮装置によれば、圧縮気体の積算流量に基づいて濃縮工程と再生工程との切り替えを行うことから、吸着筒への圧縮気体の単位時間あたりの導入流量が変化した場合にも、安定した濃度の濃縮気体が得られるという特別有利な効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明にかかる気体濃縮における気体濃度の安定化方法及び気体濃縮装置について最良の形態の一例を添付図面（図１）に基づいて詳細に説明する。図１は本発明にかかる気体濃縮装置を説明する空気回路図である。なお、本形態は空気から酸素濃縮空気を得る酸素濃縮装置であり、「気体」に代えて「空気」及び「酸素」と記述することがあるが、本発明は「空気」及び「酸素」に限定されるものではない。
【００１６】
１０は第１吸着筒であり、２０は第２吸着筒である。以下、記載を簡略化するため、第１吸着筒１０を「Ａ筒」と、第２吸着筒２０を「Ｂ筒」と記述することがある。なお、図１において、Ａ筒については［ＣＬＭ―Ａ］と、Ｂ筒については［ＣＬＭ―Ｂ］と表示してある。これらの第１吸着筒１０（Ａ筒）及び第２吸着筒２０（Ｂ筒）には、導入された圧縮気体の少なくとも一種の気体成分を選択的に吸着することで他の気体成分を濃縮する吸着剤が充填されている。空気中の酸素濃度を富化する場合の吸着剤には、窒素を選択的に吸着するゼオライトを用いることができる。
【００１７】
１１は第１吸入通路であり、Ａ筒に圧縮気体を導く通路となっている。また、２１は第２吸入通路であり、Ｂ筒に圧縮気体を導く通路となっている。
３０は切替弁であり、第１吸入通路１１及び第２吸入通路２１を開閉可能に設けられ、Ａ筒とＢ筒とが交互に一方が濃縮工程となって他方が再生工程となるように圧縮気体の流路を切り替える。この切替弁３０は制御弁であり、後述する制御装置６０に電気的に接続されており（接続状態は図示せず）、その制御信号によって制御される。
なお、この切替弁３０としては、本形態例のような５ポートの電磁弁に限定されるものではない。例えば、各吸入通路１１、２１のそれぞれに３ポートの電磁弁を接続して、その二つ電磁弁によって濃縮工程と再生工程とを切り替える切替弁としてもよい。また、パイロット弁によって制御される流体圧作動の制御弁でもよい。
４３はＡ筒入口の圧力計であり、４４はＢ筒入口の圧力計である。
また、４１は装置入口の圧力計であり、４２は入口用の開閉弁である。
なお、３１は圧縮空気の入口であり、コンプレッサー（図示せず）へ接続される。また、３２はレギュレータであり、導入される圧縮空気の圧力を調整する。
【００１８】
１３は第１吐出通路であり、Ａ筒から濃縮気体を吐出させる通路となっている。また、２３は第２吐出通路であり、Ｂ筒から濃縮気体を吐出させる通路となっている。
１４、２４は逆止弁であり、第１吐出通路１３及び第２吐出通路２３のそれぞれに設けられている。この逆止弁１４、２４は、製品気体として吐出される濃縮気体が好適に排出されると共に、逆流することを防止するチェックバルブである。
また、３８は製品気体の排出路であり、第１吐出通路１３及び第２吐出通路２３が合流して接続されている。この製品気体の排出路３８には、製品気体（出口酸素濃縮ガス）の流量を制御する出口流量用の絞り弁４８が配設されている。
なお、４６は装置出口の圧力計であり、４７は出口用の開閉弁である。また、３９は製品気体（出口酸素濃縮ガス）の出口である。
【００１９】
以上の構成により、吸着剤が充填された二つの吸着筒１０、２０のうち一方の吸着筒内へ圧縮気体を導入し、その圧縮気体の少なくとも一種の気体成分を吸着剤に選択的に吸着させることで、他の気体成分を濃縮する濃縮工程を行う気体濃縮手段が構成されている。
【００２０】
３３は吸着筒間の接続路であり、Ａ筒とＢ筒を連通する通路となっている。この吸着筒間接続路３３は、各吸着筒１０、２０の吐出通路１３、２３が連通されている側に接続されている。これは、酸素ガスが濃縮された圧縮気体を一方の吸着筒から他方の吸着筒へ導くためである。
【００２１】
１５は第１パージ用排気通路であり、Ａ筒内を減圧することによって前工程で吸着された気体成分を吸着剤から脱着させてその吸着剤が再生するようにＡ筒内の圧縮気体を排気させる通路となっている。なお、本形態の第１パージ用排気通路１５は、第１吸入通路１１と通路の一部を共用しており、切替弁３０によって、その通路の機能が切り替わるように構成されている。これによって、流路構成を簡略化している。しかし、これに限定されず、吸気用と排気用の通路を別々に設けても良いのは勿論である。
２５は第２パージ用排気通路であり、Ｂ筒内を減圧することによって前工程で吸着された気体成分を吸着剤から脱着させてその吸着剤が再生するようにＢ筒内の圧縮気体を排気させる通路となっている。なお、第１パージ用排気通路１５と同様に、本形態の第２パージ用排気通路２５は、第２吸入通路２１と通路の一部を共用している。
【００２２】
３５は均圧弁であり、吸着筒間の接続路３３を開閉可能に設けられ、再生工程において一方の吸着筒内の圧縮空気が排気された後に開いてＡ筒とＢ筒の筒内圧力を均一化するように圧縮空気を導く。つまり、再生工程の圧縮空気が排気された吸着筒内を増圧させる際に開く開閉弁になっている。このように均圧弁３５を介して増圧することで、次の濃縮工程へ継続して移行でき、濃縮酸素ガスを連続的に吐出できる。
なお、この均圧弁３５は制御弁であり、後述する制御装置６０に電気的に接続されており（接続状態は図示せず）、その制御信号によって制御される。
【００２３】
また、前記吸着筒間の接続路３３の他に、濃縮工程の吸着筒から再生工程の吸着筒へパージ用の濃縮気体を導くパージ用の接続路３６がＡ筒とＢ筒を連通する通路となっている。そのパージ用の接続路３６は流量調整手段によって流量が調整されている。
流量調整手段としては、例えば本形態のように絞り弁３７を用いればよく、オリフィスを用いることもできる。これにより、所要流量の圧縮空気が通過するようになっている。
また、このパージ用の接続路３６は、各吸着筒１０、２０の吐出通路１３、２３が連通されている側に接続されている。これは、酸素ガスが濃縮された圧縮気体を一方の吸着筒から他方の吸着筒へ導くためである。
【００２４】
４５は排気弁であり、第１パージ用排気通路１５及び第２パージ用排気通路２５を開閉可能に設けられている。この排気弁４５は制御弁であり、後述する制御装置６０に電気的に接続されており（接続状態は図示せず）、その制御信号によって制御される。各吸着塔１０、２０の再生工程に対応して、その工程中の排気をする際に開き、増圧する際に閉じるように制御される。
なお、この排気弁４５としては、本形態例のような第１パージ用排気通路１５と第２パージ用排気通路２５が合流した排気通路１６を開閉するものに限定されるものではない。例えば、各パージ用排気通路１５、２５のそれぞれに電磁（開閉）弁を接続して、その二つ電磁弁によって本発明にかかる排気弁としてもよい。
なお、１７はサイレンサであり、排気弁４５から排気されるパージ空気によって発生する音を消音するために設けられている。
【００２５】
以上の構成により、濃縮工程を行っていない吸着筒（再生工程の吸着筒）内の圧縮気体を排気して減圧することで、前工程で吸着された気体成分を吸着剤から脱着させてその吸着剤を再生した後、濃縮工程によって所要の気体成分が濃縮された圧縮気体をその濃縮工程の吸着筒から導入して増圧させる再生工程を、前記濃縮工程と並行して行う再生手段が構成されている。
【００２６】
５０は積算流量計であり、第１吸入通路１１及び第２吸入通路２１に接続されたコンプレッサからの圧縮気体の供給通路４０に設けられ、圧縮気体の積算流量を計測する。なお、本形態では、圧縮気体の供給通路４０が、切替弁３０を介して第１吸入通路１１と第２吸入通路２１に分岐された状態となっている。
この積算流量計５０は、再生工程のうち少なくとも吸着筒内を増圧させる時間において、濃縮工程の吸着筒内へ導入される圧縮気体の積算流量を計測するように設定されている。
図２のタイムチャートの例では、吸着筒内を増圧させる時間について積算流量を計測しているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図３又は図４のタイムチャートのように、気体濃縮サイクルの１／２サイクルについて、積算流量を計測してもよい。すなわち、積算流量計５０については、少なくとも増圧工程の開始から濃縮工程と再生工程を切り替えるまでの間を含み、気体濃縮サイクルの１／２サイクルを超えない間の積算流量を計測するように設定されていればよい。
【００２７】
６０は制御装置であり、積算流量計５０からの検出信号に基づいて二つの吸着筒１０、２０の濃縮工程と再生工程とを反対に切り替えるなど、切替弁３０、均圧弁３５及び排気弁４５を制御する。
この制御装置６０によれば、積算流量計５０からの検出信号を受けて演算処理を行い、積算流量が予め設定された規定量となったときに命令信号を出力する。その信号を受けて、例えば、切替弁３０を作動させて流路を切り替え、さらに、均圧弁３５を閉じ及び排気弁４５を開くように制御することで、各吸着筒１０、２０の工程を切り替えることができる。また、この制御装置６０によれば、濃縮工程と再生工程とが切り替えられて所要の時間経過後に均圧弁３５を開き及び排気弁４５を閉じるように制御するなど、この気体濃縮装置の他の制御も行う。
【００２８】
以上の構成により、濃縮工程と再生工程とを二つの吸着筒１０、２０の間で実質的に交互に行うことで濃縮気体を連続的に吐出させ、且つ、気体濃縮における気体濃度の安定化をすべく、圧縮気体の積算流量を計測し、その積算流量が予め設定された規定量となったときに、二つの吸着筒の濃縮工程と再生工程とを反対に切り替えるように制御する制御手段が構成されている。
【００２９】
以上に説明した酸素濃縮装置によれば、装置（濃縮工程を行っている吸着筒）へ導入される単位時間あたりの圧縮空気量（以下、「圧縮空気の流量」という。）が規定量より多くなっても、その吸着筒から再生工程の吸着筒への増圧用酸素濃縮ガスの総導入量が増加しない。従って、窒素吸着破過した低酸素濃縮ガスが出口ラインへ吐出することを防ぐことができ、出口酸素濃度は低下しない。
また、装置へ供給する圧縮空気の流量変動や圧力変動、吸着材の経時変化、電磁弁の動作誤差等が生じても、再生工程の吸着筒への増圧用酸素濃縮ガスの総導入量が変動しない。従って、増圧時間が通常の制御方法よりも長くなるなど変化しても、二つの吸着筒１０、２０間の負荷バランスが崩れることがなく、出口酸素濃度が低下しない。
従って、この酸素濃縮装置によれば、安定した濃度の酸素濃縮ガスが得られる。
【００３０】
そして、この酸素濃縮装置によれば、ユーザー施設の既存のコンプレッサが、酸素濃縮装置の必要最低空気量以上の仕様であれば、積算流量に基づいて制御されるため、増圧用酸素濃縮ガスの導入時間が自動的に調整・制御されることになる。これにより、各再生工程において適正な総量の増圧用酸素濃縮ガスが導入される。従って、増圧用酸素濃縮ガスの導入時間に基づいて制御する場合と異なり、酸素濃縮装置のサイクル時間を調整する必要がない。
さらに、エアー源の空気量が豊富であれば、酸素濃縮装置を他のエアー機器（又は別の酸素濃縮装置）と同じ圧縮空気配管（例えば工場エアー配管）に接続できる。この接続を実施した場合、他のエアー機器の稼働率（使用空気量）が変動しても、安定した濃度の酸素濃縮ガスが得られる。
また、適正な総量の増圧用酸素濃縮ガスによって再生工程の吸着筒を確実に増圧した上で、次の濃縮工程へ移行できるため、高吐出圧力仕様（供給圧力＝０．６ＭＰａ、取出酸素圧力＝０．４ＭＰａ以上）が実現できる。高圧に吐出された製品気体は、その製品気体をさらに高圧に圧縮する場合などに効率よく利用できる。
【００３１】
ところで、本形態では、装置に供給される圧縮空気の積算供給量（吸着筒へ導入される積算流量）を計測しているが、これに限定されるものではない。
例えば、吸着筒間の接続路３３を流れる増圧用酸素濃縮ガスを対象にして、圧縮空気の積算流量を計測してもよい。これによれば、増圧用酸素濃縮ガスの総導入量を直接的に計測できるため、より正確な測定ができる利点がある。しかしながら、吸着筒間の接続路３３に積算流量計を装着することは、圧縮空気の流れや、装置の構造上において構成が複雑になり、製造コストが高くなってしまう。
さらに、積算流量計によらず、再生工程の吸着筒の気圧を圧力計で計測することで適正な総量の増圧用酸素濃縮ガスが導入されたことを確認する方法も考えられる。しかしながら、この場合は、高い精度の高価な圧力計が必要となり、製造コストが高くなってしまう。
これに対して、本形態の酸素濃縮装置では、比較的安価な積算流量計によって精度の高い積算流量の計測が可能であると共に簡単に装着することができ、製造コストを低減できる利点がある。なお、本形態の積算流量計は、圧縮気体の供給通路４０に設けられているため、製品気体として吐出される流量も合わせて計測することになる。この酸素濃縮装置の場合、装置に導入される圧縮空気の大部分（例えば、１５／１６程度）が再生用ガスとなって用いられるが、吸着工程側の吸着筒を経過する流量そのものが検出できればよい。
【００３２】
次に、図１及び図２に基づいて本形態の動作について詳細に説明する。図２は図１の気体濃縮装置の運転状態を説明するタイムチャートである。
図１は、電源を投入する前（運転開始前）の状態が示されている。
その状態から運転スイッチを入れると、図２に示すように、切替弁３０と均圧弁３５は作動せず、排気弁４５と製品気体の出口ラインの開閉弁（図１では図示せず）が開く。切替弁３０は、Ａ筒に圧縮空気が供給される位置にある。このときＡ筒は初期の低圧状態である場合が通常で、導入される圧縮空気の入口流量が大きく、Ａ筒圧力が上昇を始める。なお、均圧弁３５が閉じているため、Ｂ筒には圧縮空気は導入されない。
そして、Ａ筒に圧縮空気が供給されてその内圧が高くなるにしたがって、入口流量が小さくなる。
【００３３】
次に、Ａ筒が所定の圧力（例えば、０．５ＭＰａ）に達するところで、均圧弁３５が開き、排気弁４５が閉じられる。すると、Ａ筒からＢ筒に増圧用酸素濃縮ガスが供給され、それに伴って導入される圧縮空気の入口流量が急激に大きくなる。同時に積算流量計５０による積算流量の計測が開始される。なお、Ａ筒の内圧は高い水準で維持される。このＡ筒では濃縮工程がなされている。
そして、Ｂ筒に圧縮空気が供給されてその内圧が高くなるにしたがって、入口流量が小さくなる。
【００３４】
次に、積算流量計５０は、予め設定された所要の積算流量になったことを検出したときに、電気信号を出力する。これにより、切替弁３０が作動して、圧縮空気がＢ筒に導入されるようにその流路を切り替える。そして、均圧弁３５が閉じられ、排気弁４５が開かれる。同時に積算流量計５０がリセットされる。なお、本形態で積算流量計５０が流量計測するのは、Ａ筒から増圧用酸素濃縮ガスが供給されてＢ筒を増圧している時間についてである。この増圧の時間は、導入される圧縮空気の流量が変化すれば、その成行きにまかせて長短・変化する。なお、図２のチャートでは、その時間が変化する部分を、切替弁３０、均圧弁３５及び排気弁４５についてのみであるが、点線で示してある。
そして、排気弁４５が開かれているため、Ａ筒圧力が次第に低下する。これにより、Ａ筒の吸着剤から窒素が脱着される。なお、Ｂ筒の内圧は高い水準で維持される。このＢ筒では濃縮工程がなされている。
【００３５】
次に、所定の時間が経過してＡ筒圧力が低い水準に低下した時点で、均圧弁３５が開き、排気弁４５が閉じられる。すると、Ｂ筒からＡ筒に増圧用酸素濃縮ガスが供給され、それに伴って導入される圧縮空気の入口流量が急激に大きくなる。同時に積算流量計５０による積算流量の計測が開始される。なお、Ｂ筒の内圧は高い水準で維持される。このＢ筒では濃縮工程がなされている。
そしてＡ筒に圧縮空気が供給されてその内圧が高くなるにしたがって、入口流量が小さくなる。
【００３６】
次に、積算流量計５０は、再び、予め設定された所要の積算流量になったことを検出したときに、電気信号を出力する。これにより、切替弁３０が作動して、圧縮空気がＡ筒に導入されるようにその流路を切り替える。そして、均圧弁３５が閉じられ、排気弁４５が開かれる。これによって、Ａ筒が濃縮工程となって、Ｂ筒が再生工程に切り替わる。また、同時に積算流量計５０がリセットされる。なお、本形態で積算流量計５０が流量計測するのは、Ｂ筒から増圧用酸素濃縮ガスが供給されてＡ筒を増圧している時間についてである。この増圧の時間は、導入される圧縮空気の流量が変化すれば、その成行きにまかせて長短・変化する。なお、図２のチャートでは、その時間が変化する部分を、切替弁３０、均圧弁３５及び排気弁４５についてのみであるが、点線で示してある。
そして、排気弁４５が開かれているため、Ｂ筒圧力が次第に低下する。これにより、Ｂ筒の吸着剤から窒素が脱着される。なお、Ａ筒の内圧は高い水準で維持される。
【００３７】
次に、所定の時間が経過してＢ筒圧力が低い水準に低下した時点で、均圧弁３５が開き、排気弁４５が閉じられる。すると、Ａ筒からＢ筒に増圧用酸素濃縮ガスが供給され、それに伴って導入される圧縮空気の入口流量が急激に大きくなる。同時に積算流量計５０による積算流量の計測が開始される。なお、Ａ筒の内圧は高い水準で維持される。このＡ筒では濃縮工程がなされている。
以上の工程を順次繰り返すことで、安定した濃度の酸素濃縮ガスを連続的に吐出することができる。
【００３８】
ところで、図２の例では、気体濃縮サイクルの１／２サイクルのうち、再生工程における増圧工程の時間について積算流量を計測しているが、例えば、図３又は図４のタイムチャートのように、気体濃縮サイクルの１／２サイクルについて、積算流量を計測してもよい。
図３の例では、積算流量出力と同時に、流量計側と共に増圧工程を開始し、所要の時間経過後に切替弁を作動、その後に機械的な動作のためのタイムラグを経てパージ（排気）を開始し、積算流量が規定量に達したらパージを終了するという、１／２サイクルについて積算流量を計測している。
また、図４の例では、積算流量出力と同時に、流量計側と共に切替弁を作動、その後に機械的な動作のためのタイムラグを経て増圧工程を終了してパージを開始、所要の時間経過後に増圧工程を開始し、積算流量が規定量に達したら切替弁を作動するという、１／２サイクルについて積算流量を計測している。
【００３９】
以上に説明した気体濃縮装置は、圧縮気体が空気であり、吸着剤が窒素を選択的に吸着するものであって酸素ガスを濃縮するものあるが、吸着剤が酸素を選択的に吸着するものであって窒素ガスを濃縮する装置等、他の気体を濃縮する装置として応用できるのは勿論である。
以上、本発明につき好適な実施の形態例を挙げて種々説明してきたが、本発明はこの実施の形態例に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得るのは勿論のことである。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明にかかる気体濃縮装置の一形態例を示す気体回路図である。
【図２】図１の気体濃縮装置の運転状態を説明するタイムチャートである。
【図３】気体濃縮装置の他の運転状態を説明するタイムチャートである。
【図４】気体濃縮装置の他の運転状態を説明するタイムチャートである。
【符号の説明】
【００４１】
１０  第１吸着筒
１１  第１吸入通路
１３  第１吐出通路
１５  第１パージ用排気通路
２０  第２吸着筒
２１  第２吸入通路
２３  第２吐出通路
２５  第２パージ用排気通路
３０  切替弁
３１  圧縮気体の入口
３３  吸着筒間の接続路
３５  均圧弁
３６  パージ用の接続路
３７  絞り弁
３９  製品気体の出口
４０  圧縮気体の供給通路
４５  排気弁
５０  積算流量計
６０  制御装置
【図１】
2007054678.tif 000003
【図２】
2007054678.tif 000004
【図３】
2007054678.tif 000005
【図４】
2007054678.tif 000006