(57)【要約】【課題】吸着槽内の気体の流動性が高まることに起因して吸着手段に生じる不具合を防止することができる気体分離装置の提供。【解決手段】圧縮機２により圧縮された圧縮空気を、吸着手段が充填された吸着槽１９に供給し、吸着槽１９内を昇圧させて製品ガスを生成する吸着工程と、吸着槽１９により生成された製品ガスを吸着槽１９から取り出す取出工程と、吸着槽１９により分離された製品ガス以外のガスを吸着槽１９から取り出す再生工程と、を順次行うように構成されており、吸着槽１９内の圧力を検出する圧力検出手段２８と、圧力検出手段２８からの出力信号に基づいて圧力変化速度を算出し、圧力変化速度の絶対値が所定値以上となったときに異常と判断する制御手段６０とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気を圧縮する圧縮機と、
内部に吸着剤が充填され該圧縮機から吐出された圧縮空気のうち一の気体を分離して他の気体を製品ガスとして生成する吸着槽と、
を備えてなる気体分離装置において、
前記吸着槽内の圧力を検出する圧力検出手段と、
該圧力検出手段からの出力信号に基づいて圧力変化速度を算出し、該圧力変化速度の絶対値が所定値以上となったときに異常と判断する制御手段と
を備えることを特徴とする気体分離装置。
【請求項２】
空気を圧縮する圧縮機と、
内部に吸着剤が充填され該圧縮機から吐出された圧縮空気のうち一の気体を分離して他の気体を製品ガスとして生成する吸着槽と、
を備え、
前記圧縮機により圧縮された圧縮空気を、前記吸着槽に供給し、該吸着槽内を昇圧させて製品ガスを生成する吸着工程と、前記吸着槽により生成された製品ガスを該吸着槽から取り出す取出工程と、前記吸着槽により分離された製品ガス以外のガスを該吸着槽から取り出す再生工程とを順次行うように構成された気体分離装置において、
前記吸着槽内の圧力を検出する圧力検出手段と、
該圧力検出手段からの出力信号に基づいて前記再生工程時の圧力変化速度を算出し、該圧力変化速度の絶対値が所定値以上となったときに異常と判断する制御手段と
を備えることを特徴とする気体分離装置。
【請求項３】
空気を圧縮する圧縮機と、
内部に吸着剤が充填され該圧縮機から吐出された圧縮空気のうち一の気体を分離して他の気体を製品ガスとして生成する吸着槽と、
を備え、
前記圧縮機により圧縮された圧縮空気を、前記吸着槽に供給し、該吸着槽内を昇圧させて製品ガスを生成する吸着工程と、前記吸着槽により生成された製品ガスを該吸着槽から取り出す取出工程と、前記吸着槽により分離された製品ガス以外のガスを該吸着槽から取り出す再生工程とを順次行うように構成された気体分離装置において、
前記吸着槽により分離された製品ガス以外のガスを該吸着槽から取り出す配管に設けられた流量検出手段と、
該流量検出手段からの出力信号に基づいて前記再生工程時の前記配管内の流量の最大値を測定し、該最大値が所定値以上となったときに異常と判断する制御手段と
を備えることを特徴とする気体分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体分離装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
気体分離装置には、PSA(Pressure Swing Adsorption)式と呼ばれるものがある。この気体分離装置は、分子ふるいカーボンやゼオライト等からなる吸着剤を用いて空気を窒素ガスと酸素ガスとに分離し、いずれか一方を製品ガスとして取り出すものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
例えば、窒素ガスを製品ガスとして生成する気体分離装置にあっては、以下の（ａ）〜（ｄ）の工程を順次行うように構成されている。
【０００４】
（ａ）吸着工程：吸着剤が充填された吸着槽に圧縮機により圧縮された圧縮空気を導入するとともに、製品槽内に残存する窒素ガスを吸着槽に還流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：吸着工程から引き続いて、圧縮機から圧縮空気を吸着槽に導入し続けると同時に、吸着剤により分離生成された窒素ガスを吸着槽より取り出す工程。
（ｃ）均圧工程：取出工程終了後の均圧化を図り、次回の吸着工程の吸着効率を高めて、より高純度の窒素ガスを生成するための工程。
（ｄ）再生工程：均圧工程終了後の吸着槽内を大気開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。
【０００５】
これらの各工程（ａ）〜（ｄ）は、各吸着槽毎に繰り返し行われ、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。すなわち、一対の吸着槽を有する気体分離装置においては、一方の吸着槽で吸着工程および取出工程が完了し、他方の吸着槽で再生工程が完了した後、均圧工程を行う。
【特許文献１】特開昭６４−８７５０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記した気体分離装置では、再生工程において吸着槽内の製品ガス以外のガスを取り出す際に、配管の漏れやフィルタの破損、シール不良等により、吸着槽内の圧力気体が急激に排出されてしまう場合がある。このような状況では、吸着槽内の気体の流動性が高まり、内部に充填された吸着剤が粉砕され、あるいは破損を生じてしまう。
【０００７】
したがって、本発明は、吸着槽内の気体の流動性が高まることに起因して吸着手段に生じる不具合を防止することができる気体分離装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、吸着槽内の圧力変化速度の絶対値が所定値以上となったときに異常と判断する。
【０００９】
また、請求項２に係る発明は、再生工程時の吸着槽内の圧力変化速度の絶対値が所定値以上となったときに異常と判断する。
【００１０】
また、請求項３に係る発明は、製品ガス以外のガスを吸着槽から取り出す配管の再生工程時の流量の最大値を測定し、この最大値が所定値以上となったときに異常と判断する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、吸着槽内の気体の流動性が高まることに起因して吸着手段に生じる不具合を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係る各実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
「第１実施形態」
図１は本発明に係る第１実施形態の気体分離装置を示す構成図、図２は再生工程における吸着槽内の圧力変化を示す特性線図、図３は制御内容の要部を示すフローチャートである。
【００１４】
図１に示す第１実施形態の気体分離装置１はＰＳＡ式の気体分離装置である。気体分離装置１は、空気を圧縮する圧縮機２と、この圧縮機２により生成された圧縮空気を除湿するエアドライヤ３と、エアドライヤ３で除湿後の圧縮空気を流す配管４と、配管４の途中に設けられて除湿後の圧縮空気から塵埃等を除去するエアフィルタ５と、配管４の端末に接続されエアフィルタ５で清浄処理された圧縮空気を貯留させる空気槽６とを有している。
【００１５】
圧縮機２として、往復動式あるいはスクロール式の圧縮機であって無給油式の圧縮機が用いられている。
【００１６】
また、エアドライヤ３は冷凍式エアドライヤが用いられている。エアドライヤ３にはドレン水を排出するための排水管８と、排水管８内の流路を開閉するオートドレン用電磁弁９とが設けられている。
【００１７】
空気槽６には、空気槽６からの圧縮空気を流す配管１１が接続されており、この配管１１の途中には配管１１内を流れる圧縮空気を所定の圧力まで減圧する減圧弁１２が設けられている。また、配管１１の端末には圧縮空気を供給先に供給する複数の配管１３が分岐接続されており、各配管１３にはそれぞれの流路を開閉する駆動用電磁弁１４が設けられている。
【００１８】
また、空気槽６には、空気槽６からの圧縮空気を流す配管１６が接続されており、この配管１６の端末位置には一対の配管１７が接続されている。これら配管１７には、それぞれ流路を開閉する供給弁１８が途中に設けられており、端末には酸素分子を吸着して窒素ガスを製品ガスとして取り出すための吸着槽１９がそれぞれ接続されている。また、一対の配管１７には、それぞれ供給弁１８と吸着槽１９との間位置に配管２１が接続されており、これら配管２１には、途中に流路を開閉する排気弁２２が、端末に消音用のフィルタ付きの排気サイレンサ２３が設けられている。また、一対の配管１７には、互いの配管２１と吸着槽１９との間位置を結ぶように配管２５が接続されており、この配管２５には流路を開閉する一対の下均圧弁２６が設けられている。
【００１９】
一対の吸着槽１９には、酸素分子を吸着する吸着手段である吸着剤が充填されており、内部の圧力を検出する圧力検出手段である圧力センサ２８が配管２９を介して接続されている。吸着剤は、具体的には分子ふるいカーボンやゼオライト等を用いている。
【００２０】
一対の吸着槽１９には、端末位置で互いに合流する配管３１がそれぞれ接続されている。これら配管３１には、互いの吸着槽１９側同士を結ぶように配管３２が接続されており、この配管３２には絞り３３が設けられている。また、一対の配管３１には、互いの配管３２よりも吸着槽１９とは反対側同士を結ぶように配管３５が接続されており、この配管３５には流路を開閉する一対の上均圧弁３６が設けられている。また、一対の配管３１には、それぞれの配管３５よりも吸着槽１９とは反対側に流路を開閉する取出弁３８がそれぞれ設けられている。
【００２１】
一対の配管３１の合流位置には配管４０が接続されており、この配管４０の端末位置には窒素ガスを貯留させる製品槽としての窒素槽４１が接続されている。この窒素槽４１には、端末位置が吐出口４２とされた配管４３が接続されており、この配管４３の途中位置には窒素槽４１側から順に、塵埃等を除去するとともにガスの流量を調整するフィルタレギュレータ４４、流路を開閉する吐出弁４５、ガスの流量を調整する流量調整弁４６が設けられている。
【００２２】
配管４３のフィルタレギュレータ４４と吐出弁４５との間位置には配管４８および配管４９が接続されており、配管４８には、配管４３側から順に、流路を開閉する開閉弁５０と、ガスの流量を調整する流量調整弁５１と、サイレンサ５２とが設けられている。配管４９には、配管４３側から順に、流路を開閉する開閉弁５４と、ガスの流量を調整する流量調整弁５５と、酸素濃度を検出する酸素センサ５６とが設けられている。
【００２３】
圧力センサ２８および酸素センサ５６は制御部６０に通信可能に接続されており、検出信号を制御部６０に出力する。また、駆動用電磁弁１４、供給弁１８、排気弁２２、下均圧弁２６、上均圧弁３６、取出弁３８、吐出弁４５、流量調整弁４６、開閉弁５０、流量調整弁５１、開閉弁５４および流量調整弁５５は、制御部６０に通信可能に接続されており、制御部６０からの指令で作動する。
【００２４】
気体分離装置１にあっては、以下の（ａ）〜（ｄ）の工程を順次行うように構成されている。
【００２５】
（ａ）吸着工程：圧縮機２により圧縮され空気槽６に貯留された圧縮空気を、供給弁１８を開くことで、吸着剤が充填された吸着槽１９に導入するとともに、窒素槽４１内に残存する窒素ガスを、取出弁３８を開くことで吸着槽１９に還流して吸着槽１９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：吸着工程から引き続いて、空気槽６から圧縮空気を吸着槽１９に導入し続けると同時に、吸着剤により分離生成された窒素ガスを吸着槽１９より取り出して窒素槽４１に貯留させる工程。
（ｃ）均圧工程：上均圧弁３６および下均圧弁２６の開閉により取出工程終了後の均圧化を図り、次回の吸着工程の吸着効率を高めて、より高純度の窒素ガスを生成するための工程。
（ｄ）再生工程：均圧工程終了後の吸着槽１９内を排気弁２２を開くことにより配管２１を介して大気開放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。なお、この再生工程において、排気弁２２以外の吸着槽１９に関連する供給弁１８、下均圧弁２６、上均圧弁３６および取出弁３８は、閉状態とする。
【００２６】
制御部６０は、これらの各工程（ａ）〜（ｄ）の切り替えを、あらかじめ設定された時間、あるいは空気槽６、吸着槽１９および窒素槽４１等の圧力条件に基づいて、吸着槽１９に配置された供給弁１８、排気弁２２、下均圧弁２６、上均圧弁３６および取出弁３８の開閉を制御することにより行う。しかも、各工程（ａ）〜（ｄ）の切り替えを、各吸着槽１９毎に繰り返し行い、各吸着槽１９における工程が連携して実行されるように、すなわち、一方の吸着槽１９で吸着工程および取出工程が完了し、他方の吸着槽１９で再生工程が完了した後、均圧工程を行うように、制御部６０は制御する。
【００２７】
そして、制御部６０は、排気サイレンサ２３のフィルタの破損や弁の誤作動、配管の破損等により、吸着槽１９の圧力低下が速すぎてしまう排気過多が生じた場合に、異常と判断して気体分離装置１の作動を停止させる。つまり、図２に示すように、例えば、上記した再生工程において、再生工程開始時点ｔ０の以後、製品ガス以外のガスを配管２１を介して排出することにより、圧力センサ２８で検出される吸着槽１９の圧力が徐々に下がって行くことになるが、図２にＸ１で示す正常な圧力変化に対して、排気過多の場合には、図２にＸ２で示すように、通常では生じ得ない大きな勾配での圧力変化が生じる。なお、図２では再生工程を例示したが、このような圧力変化は、再生工程に限らず、他の工程においても、異常時には生じ得る。
【００２８】
このため、制御部６０は、図３に示すように、常時、圧力センサ２８からの出力信号に基づいて吸着槽１９内の単位時間当たりの圧力変化値ΔＰ（つまり圧力変化速度）を測定しており（ステップＳＡ１）、単位時間当たりの圧力変化値ΔＰの絶対値が所定の速度基準値以上となったときに（ステップＳＡ２）、異常と判断して装置を停止させる（ステップＳＡ３）。なお、本実施例および図３、図４、図７のフローチャートでは、異常と判断した場合に装置（気体分離装置１）を停止するとしたが、異常を判断した場合に、アラームを発生させて異常を告知し、その後に装置を停止する制御としてもよい。
【００２９】
このように、吸着槽１９内の圧力を圧力センサ２８で検出し、制御部６０が、この圧力センサ２８からの出力信号に基づいて単位時間当たりの圧力変化値ΔＰ（つまり圧力変化速度）を算出し、この圧力変化値ΔＰの絶対値が所定値以上となったときに排気過多の異常が発生したと判断して気体分離装置１を停止させるため、吸着槽１９内の気体の流動性が過剰に高まることに起因して吸着剤に生じる破損等の不具合を防止することができる。ここで、排気過多の異常発生時に圧力は低下する方向に変化するのみであるため、圧力変化値ΔＰは負の値になる。よって、圧力変化値ΔＰが負の値の所定値以下となったときに排気過多の異常が発生したと判断しても良い。このとき、圧力変化値ΔＰの絶対値としては所定値以上となる。
【００３０】
「第２実施形態」
次に、本発明に係る第２実施形態の気体分離装置について第１実施形態との相違部分を中心に説明する。第１実施形態と共通する部位については、同一称呼、同一の符号で表す。図４は制御内容の要部を示すフローチャートである。
【００３１】
第２実施形態では、制御部６０は、製品ガス以外のガスを配管２１を介して排出する再生工程において、排気サイレンサ２３のフィルタの破損や弁の誤作動、配管の破損等により吸着槽１９の圧力低下が速すぎてしまう排気過多が生じた場合に、異常と判断して気体分離装置１の作動を停止させる。
【００３２】
つまり、制御部６０は、図２、図４に示すように、再生工程が開始され（ステップＳＢ１）、再生工程開始時点ｔ０から所定の基準時間Ｔが経過して時点ｔ１になると（ステップＳＢ２）、圧力センサ２８からの出力信号に基づいて吸着槽１９内の圧力値Ｐを測定し（ステップＳＢ３）、この圧力値Ｐが所定の基準値ＰＬ以下となったときに（ステップＳＢ４）、異常と判断して気体分離装置１を停止させる（ステップＳＢ５）。ここで、再生工程開始時点ｔ０の以後、所定の基準時間Ｔが経過した時点ｔ１での圧力値Ｐが所定の基準値ＰＬ以下になることは、再生工程開始時点ｔ０の以後、所定の基準時間Ｔが経過した時点ｔ１までの圧力変化速度の絶対値が所定の速度基準値以上になることと同じである。
【００３３】
このように、吸着槽１９内の圧力を圧力センサ２８で検出し、制御部６０が、再生工程開始時点ｔ０の以後、所定の基準時間Ｔが経過した時点ｔ１での圧力値Ｐが所定の下側基準値ＰＬ以下となったとき、言い換えれば、再生工程開始時点ｔ０の以後、所定の基準時間Ｔが経過した時点ｔ１までの圧力変化速度の絶対値が所定の速度基準値以上になったときに、排気過多の異常が発生したと判断して気体分離装置１を停止させるため、吸着槽１９内の気体の流動性が過剰に高まることに起因して吸着剤に生じる破損等の不具合を防止することができる。
【００３４】
なお、図２にＸ１で示す、再生工程開始時点ｔ０の以後、圧力センサ２８で検出される吸着槽１９の圧力の正常な圧力変化に対して、駆動用電磁弁１４や排気弁２２の故障、排気サイレンサ２３のフィルタの目詰まり、配管閉塞等の排気詰まりの発生時には、図２にＸ３で示すように圧力が下がりにくくなる。このため、制御部は、このような排気詰まりに起因して吸着槽１９の圧力が高い場合にも異常の判別を行う。つまり、制御部６０は、再生工程開始時点ｔ０から所定の基準時間Ｔが経過した時点ｔ１での圧力センサ２８の圧力値Ｐが所定の上側基準値以上となったときに排気詰まりの異常が発生したと判断して気体分離装置１を停止させる。
【００３５】
「第３実施形態」
次に、本発明に係る第３実施形態の気体分離装置について第１実施形態との相違部分を中心に説明する。第１実施形態と共通する部位については、同一称呼、同一の符号で表す。図５は第３実施形態の気体分離装置を示す構成図、図６は再生工程における吸着槽の排気流量を示す特性線図、図７は制御内容を示すフローチャートである。
【００３６】
第３実施形態においては、図５に示すように、吸着槽１９から製品ガス以外のガスを取り出す排気用の配管２１における排気弁２２の排気サイレンサ２３とは反対側に流量検出手段としての流量センサ６２が設けられている。
【００３７】
そして、図６に示すように、上記した再生工程において、再生工程開始時点ｔ０の以後、製品ガス以外のガスを配管２１を介して排出するに当たって、その流量は最大値まで上がって徐々に下がって行くことになるが、図６にＸ４で示す正常な圧力変化に対して、排気サイレンサ２３のフィルタの破損や弁の誤作動、配管の破損等により排気過多が生じた場合には、図６にＸ５で示すように、流量に通常では生じ得ない大きな最大値が生じる。
【００３８】
よって、制御部６０は、再生工程において、吸着槽１９から配管２１を介して排出される排気流量を、流量センサ６２により検出し、この流量センサ６２からの出力信号に基づいて再生工程時の配管２１内の流量の最大値を測定して、この最大値が所定の大側基準最大値ＱＨ以上となったときに異常と判断して気体分離装置１の作動を停止させる。
【００３９】
つまり、制御部６０は、図６、図７に示すように、再生工程が開始されると（ステップＳＣ１）、その時点ｔ０以後、流量センサ６２からの出力信号に基づいて吸着槽１９内から排出されるガスの配管２１内の流量の最大値Ｗを測定し（ステップＳＣ２）、この最大値Ｗが所定の大側基準最大値ＱＨ以上となったときに（ステップＳＣ３）、異常と判断して気体分離装置１を停止させる（ステップＳＣ４）。
【００４０】
このように、再生工程時に、窒素ガス以外のガスを吸着槽１９から取り出す配管２１におけるガスの流量の最大値を測定し、最大値が所定値以上となったときに、排気過多の異常が発生した判断して気体分離装置１を停止させるため、吸着槽１９内の気体の流動性が過剰に高まることに起因して吸着剤に生じる破損等の不具合を防止することができる。
【００４１】
なお、図６にＸ４で示す、再生工程開始時点ｔ０の以後、流量センサ６２で検出される吸着槽１９からの排出ガスの正常な流量変化に対して、駆動用電磁弁１４や排気弁２２の故障、排気サイレンサ２３のフィルタの目詰まり、配管閉塞等の排気詰まりの発生時には、図６にＸ６で示すように流量の最大値が低くなる。このため、制御部６０は、このような排気詰まりに起因して吸着槽１９からのガス流量の最大値が低い場合にも異常の判別を行う。つまり、制御部６０は、再生工程開始時点ｔ０の以後、流量センサ６２の検出値の最大値が所定の小側基準最大値ＱＬ以下となったときに排気詰まりの異常が発生したと判断して気体分離装置１を停止させる。言い換えれば、流量センサ６２の検出値の最大値が所定の小側基準最大値ＱＬよりも高く、所定の大側基準最大値ＱＨよりも低い基準範囲にあれば、正常であると判断する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係る第１実施形態の気体分離装置を示す構成図である。
【図２】再生工程における吸着槽内の圧力変化を示す特性線図である。
【図３】第１実施形態の制御内容の要部を示すフローチャートである。
【図４】第２実施形態の制御内容の要部を示すフローチャートである。
【図５】本発明に係る第３実施形態の気体分離装置を示す構成図である。
【図６】再生工程における吸着槽からのガス流量の変化を示す特性線図である。
【図７】第３実施形態の制御内容の要部を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４３】
１  気体分離装置
２  圧縮機
１９  吸着槽
２１  配管
２８  圧力センサ（圧力検出手段）
６０  制御部（制御手段）
６２  流量センサ（流量検出手段）
【図１】
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【図２】
2009082782.tif 000004
【図３】
2009082782.tif 000005
【図４】
2009082782.tif 000006
【図５】
2009082782.tif 000007
【図６】
2009082782.tif 000008
【図７】
2009082782.tif 000009