特許 6239435 気体分離装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6239435

(24)【登録日】2017年11月10日

(45)【発行日】2017年11月29日

(54)【発明の名称】気体分離装置

(51)【国際特許分類】

   B01D 53/047 20060101AFI20171120BHJP

【ＦＩ】

   B01D53/047

【請求項の数】8

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2014-84412(P2014-84412)

(22)【出願日】2014年4月16日

(65)【公開番号】特開2015-202476(P2015-202476A)

(43)【公開日】2015年11月16日

【審査請求日】2016年9月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】502129933

【氏名又は名称】株式会社日立産機システム

(74)【代理人】

【識別番号】110001689

【氏名又は名称】青稜特許業務法人

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】國友 拓也

(72)【発明者】

【氏名】兼本 喜之

(72)【発明者】

【氏名】勝本 武

(72)【発明者】

【氏名】高安 広宣

(72)【発明者】

【氏名】信田 治彦

(72)【発明者】

【氏名】任 之家

【審査官】 松井 一泰

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−１５６５３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０７８７３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２１２６７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０３０７７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０４３１１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−３０７５０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−０１１１２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０８９８９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１５４２９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０１３４９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２１９１７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２８６００９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ０１Ｄ ５３／０２− ５３／１２

Ｃ０１Ｂ １３／００− １３／３６

Ｃ０１Ｂ １５／００− ２３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

空気を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機で圧縮された圧縮空気を貯留する空気槽と、
前記空気槽に貯留された圧縮空気のうち一部の気体を吸着する吸着槽と、
前記吸着槽で吸着されなかった製品ガスを貯留する製品ガス貯留タンクと、
前記圧縮機と前記吸着槽の動作を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記製品ガスの使用量が減少した場合、前記圧縮機が減速運転を開始する前記空気槽の圧力と前記圧縮機が停止する前記空気槽の圧力を前記使用量が減少する前よりも低くすることを特徴とする気体分離装置。

【請求項2】

請求項１に記載の気体分離装置であって、
前記制御部は、前記圧縮機が停止し、前記空気槽の圧力が所定の圧力以下に低下すると前記圧縮機の運転を開始することを特徴とする気体分離装置。

【請求項3】

請求項２に記載の気体分離装置であって、
前記制御部は、前記製品ガスの使用量が減少した場合、さらに前記圧縮機の運転を開始する空気槽の圧力を前記使用量が減少する前よりも低くすることを特徴とする気体分離装置。

【請求項4】

空気を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機で圧縮された圧縮空気を貯留する空気槽と、
前記空気槽に貯留された圧縮空気のうち一部の気体を吸着する吸着槽と、
前記吸着槽で吸着されなかった製品ガスを貯留する製品ガス貯留タンクと、
前記製品ガスの濃度を測定するガスセンサと、
前記圧縮機と前記吸着槽の動作を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記製品ガスの使用量が減少した場合、前記圧縮機が減速運転を開始する前記空気槽の圧力を前記使用量が減少する前よりも低い値に設定し、該低い値は、前記ガスセンサにより検出した製品ガスの濃度が所定値よりも大きい場合、小さい場合に比べてより低く設定することを特徴とする気体分離装置。

【請求項5】

請求項４に記載の気体分離装置であって、
前記制御部は、前記圧縮機が停止し、前記空気槽の圧力が所定の圧力以下に低下すると前記圧縮機の運転を開始し、
前記製品ガスの使用量が減少した場合、さらに前記圧縮機が停止する前記空気槽の圧力と前記圧縮機の運転を開始する空気槽の圧力を前記使用量が減少する前よりも低い値に設定し、該低い値は、前記ガスセンサにより検出した製品ガスの濃度が所定値よりも大きい場合、小さい場合に比べてより低く設定することを特徴とする気体分離装置。

【請求項6】

空気を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機で圧縮された圧縮空気を貯留する空気槽と、
前記空気槽に貯留された圧縮空気のうち一部の気体を吸着する吸着槽と、
前記吸着槽で吸着されなかった製品ガスを貯留する製品ガス貯留タンクと、
前記吸着槽の周囲温度を測定する温度センサと、
前記圧縮機と前記吸着槽の動作を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記製品ガスの使用量が減少した場合、前記圧縮機が減速運転を開始する前記空気槽の圧力を、前記温度センサによる周囲温度が所定値よりも低い場合は前記使用量が減少する前よりも低くし、高い場合は前記使用量が減少する前の値に戻すことを特徴とする気体分離装置。

【請求項7】

請求項６に記載の気体分離装置であって、
前記制御部は、前記圧縮機が停止し、前記空気槽の圧力が所定の圧力以下に低下すると前記圧縮機の運転を開始し、
前記製品ガスの使用量が減少した場合、さらに前記圧縮機が停止する前記空気槽の圧力と前記圧縮機の運転を開始する空気槽の圧力を、前記周囲温度が所定値よりも低い場合は前記使用量が減少する前よりも低くし、高い場合は前記使用量が減少する前の値に戻すことを特徴とする気体分離装置。

【請求項8】

請求項１から７のいずれか１項に記載の気体分離装置であって、
前記制御部は、製品ガスの使用量が減少した場合、さらに吸脱着の１サイクルの時間であるサイクルタイムを前記使用量が減少する前よりも長くす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】

気体分離装置として、ＰＳＡ(Pressure Swing Adsorption：圧力スイング吸着）式が知られている。ＰＳＡ式によれば、例えば、空気を原料とし、吸着剤により空気の酸素を吸着することにより、窒素を分離して窒素ガスを製品ガスとして得ることができる。ＰＳＡ処理工程では、高圧において酸素を吸着させた吸着剤を、低圧下において酸素を脱着させる、吸脱着の繰り返しによる、吸着剤の吸着能力を回復させながら連続運転を行なう。

【0003】

本技術分野の背景技術として、特開昭６１−１１１２０号公報（特許文献１）がある。特許文献１には、製品ガスの取出流量を低下させて運転する場合に、最高吸着圧力よりも実質的に低い水準の圧力に低下させ、更に吸着時間を延長して装置を運転することが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開昭６１−１１１２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１は、製品ガス取出流量が低下した場合、圧縮機を減速運転させることで吸着塔を通す原料ガス混合物の最高圧力を低下させ、更に圧力変動式吸着分離操作の吸着時間を延長し省エネを図っている。しかし、圧縮機は一定以上減速すると圧縮効率が極端に悪くなってしまうため、減速させる限界がある。そのため、製品の取出流量が極端に少ない場合等は圧縮機を減速運転させても空気槽および吸着塔の圧力が最高圧力よりも上がってしまう場合があり、そのぶん無駄な動力を消費してしまう。

【0006】

本発明の目的は、圧縮機の無駄な運転を抑えることで省エネ効果を得ることができる気体分離装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本発明は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、気体分離装置であって、空気を圧縮する圧縮機と、圧縮機で圧縮された圧縮空気を貯留する空気槽と、空気槽に貯留された圧縮空気のうち一部の気体を吸着する吸着槽と、吸着槽で吸着されなかった製品ガスを貯留する製品ガス貯留タンクと、圧縮機と吸着槽の動作を制御する制御部とを備え、制御部は、製品ガスの使用量が減少した場合、圧縮機が減速運転を開始する空気槽の圧力と圧縮機が停止する空気槽の圧力を使用量が減少する前よりも低くするように構成する。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、省エネ効果を得ることができる気体分離装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施例１における気体分離装置の全体構成図である。

【図2】本発明の実施例１における気体分離装置の制御フロー図である。

【図3】本発明の実施例１における空気槽の制御圧力を示す図である。

【図4】本発明の実施例２における気体分離装置の制御フロー図である。

【図5】本発明の実施例３における気体分離装置の制御フロー図である。

【図6】本発明の実施例４における気体分離装置の全体構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。

【実施例1】

【0011】

本実施例におけるＰＳＡ式の気体分離装置の全体構成を図１に示す。図１において、気体分離装置１は、空気を供給する空気供給ユニット２と、製品ガスを生成するＰＳＡユニット３で構成される。本実施例では、一例として、空気供給ユニット２とＰＳＡユニット３は別筐体に分かれて格納されているとして説明するが、上記二つのユニットが同じ筐体内に格納されていてもよい。

【0012】

この空気供給ユニット２は、空気を圧縮する圧縮機４と、圧縮機４を駆動する電動モータ９と、容量制御を行うためのインバータ回路１０と、圧縮空気を貯留させる空気槽５と、圧縮空気を除湿するエアードライヤー６と、析出したドレン水を回収しながら不純物を除去するドレンフィルタ７を有している。本実施例では、一例として、これら圧縮機４と、空気槽５と、エアードライヤー６とドレンフィルタ７とは筐体に格納されている。一方、ＰＳＡユニット３は、空気供給ユニット２から供給される圧縮空気から所定の気体を分離することにより、製品ガスを生成する吸着槽１９Ａ、１９Ｂと、製品ガス（窒素）を貯留する窒素槽（製品ガス貯留タンク）４１を有している。

【0013】

空気槽５で貯留された圧縮空気は後述の吸着槽１９Ａ、１９Ｂに供給され、空気槽５で貯留された圧縮空気から所定の気体が分離される。本実施例では、吸着槽１９Ａ、１９Ｂで酸素を吸着することにより、窒素を分離する場合について説明するが、窒素を吸着することにより酸素を分離してもよいし、大気以外の圧縮空気から他の気体を分離するものであってもよい。

【0014】

圧縮機４として、往複動式、スクリュー式あるいはスクロール式等の圧縮機や、外部から１次圧を供給され再圧縮するブースタ圧縮機等が用いられている。空気槽５には、空気槽５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２系統に分岐した配管１７Ａ、１７Ｂが接続されている。配管１７Ａ、１７Ｂには、それぞれ流路を開閉する供給弁１８Ａ、１８Ｂが途中に設けられており、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１９Ａ，１９Ｂがそれぞれ接続されている。この吸着槽は容積一定である。また、配管１７Ａ、１７Ｂには、それぞれ供給弁１８Ａ、１８Ｂと吸着槽１９Ａ，１９Ｂとの間位置に配管２１Ａ、２１Ｂが接続されており、これら配管２１Ａ、２１Ｂには、途中に流路を開閉する排気弁２２Ａ、２２Ｂ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。この排気サイレンサは各吸着槽１９Ａ、１９Ｂ毎に設けられていてもよい。また、配管１７Ａ、１７Ｂには、互いの配管２１Ａ、２１Ｂと吸着槽１９Ａ、１９Ｂとの間位置を結ぶように配管２５Ａ、２５Ｂが接続されており、この配管２５Ａ、２５Ｂには流路を開閉する下均圧弁２６Ａ、２６Ｂが設けられている。

【0015】

吸着槽１９Ａ，１９Ｂには、例えば、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。吸着槽１９Ａ、１９Ｂには、互いに合流する配管３１Ａ、３１Ｂがそれぞれ接続されている。これら配管３１Ａ、３１Ｂには、互いの吸着槽１９Ａ、１９Ｂ側同士を結ぶように配管３２Ａ、３２Ｂが接続されており、この配管３２Ａ、３２Ｂには絞り３３が設けられている。また、配管３１Ａ、３１Ｂには、互いの配管３２Ａ、３２Ｂよりも吸着槽１９Ａ、１９Ｂとは反対側同士を結ぶように配管３５Ａ、３５Ｂが接続されておりこの配管３５Ａ、３５Ｂには流路を開閉する上均圧弁３６Ａ、３６Ｂが設けられている。また、配管３１Ａ、３１Ｂには、それぞれの配管３５Ａ、３５Ｂよりも吸着槽１９Ａ、１９Ｂとは反対側に流路を開閉する取り出し弁３８Ａ、３８Ｂがそれぞれ設けられている。配管３１Ａ、３１Ｂの合流位置には配管４０が接続されており、この配管４０には窒素ガスを貯留させる製品ガス貯留タンクとしての窒素槽４１が接続されている。この窒素槽４１には、吐出口４２が設けられた配管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圧力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、製品ガスの流量を調整する流量調整弁４６、製品ガスの流量をセンシングする流量センサ６１が設けられている。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。

【0016】

酸素センサ５６および流量センサ６１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。制御部６０は検出信号を受けて、吸着槽１９Ａ、１９Ｂにおける窒素ガスの生成を制御する。具体的には、供給弁１８Ａ、１８Ｂ、排気弁２２Ａ、２２Ｂ、下均圧弁２６Ａ、２６Ｂ、上均圧弁３６Ａ、３６Ｂ、取り出し弁３８Ａ、３８Ｂ、吐出弁４５、開閉弁５０および５４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。

【0017】

以上、気体分離装置１の構成を説明したが、以下、気体分離装置において行われる気体分離方法について説明する。

【0018】

気体分離装置１では、圧縮機４によって空気を圧縮する圧縮工程、圧縮工程により圧縮された空気を空気槽５に貯留する貯蔵工程、圧縮空気をエアードライヤー６により除湿する除湿工程、除湿工程により除湿された空気から気体を分離する分離工程が行われる。

【0019】

気体分離装置１の分離工程では、以下の（ａ）〜（ｄ）の工程が順次繰り返される。
（ａ）吸着・還流工程：圧縮機４により圧縮され空気槽５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に供給するとともに、窒素槽４１内に残存する窒素ガスを、取り出し弁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）取り出し工程：吸着工程から引き続いて、空気槽５から圧縮空気を吸着槽１９に供給し続けると同時に、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の開閉により取り出し工程終了後の一対の吸着槽１９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、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および取り出し弁３８は、閉状態とする。

【0020】

吸着槽１９Ａで吸着工程・取り出し工程（工程（ａ）（ｂ））が行われている間に吸着槽１９Ｂでは、再生工程（工程（ｄ））が行われる。その後、（ｃ）均圧工程が同時に行われ、吸着槽１９Ａ、１９Ｂを入れ替えて吸着工程・取り出し工程（工程（ａ）（ｂ））と再生工程（工程（ｄ））が行われる。上記の吸着工程（ａ）、取り出し工程（ｂ）、均圧工程（ｃ）の時間を併せてサイクルタイムとする。

【0021】

本実施例における制御フローを図２を用いて説明する。図２において、気体分離装置１の運転を開始した場合、標準のサイクルタイムT０にて運転を開始する（Ｓ１）。このとき空気槽５の圧力をセンシングし制御部６０に信号を送る。制御部６０からインバータ回路１０に指令を送ることで電動モータ９の回転数を制御し、圧縮機４を運転させる。このとき、空気槽５の圧力が規定の圧力P0に達すると減速運転を開始する。空気槽５の圧力が最高圧力Pmax0に達すると圧縮機４を停止させ、空気槽５の圧力が復帰圧力Pmin0にまで低下した場合圧縮機の運転を再開させる（Ｓ２）。

【0022】

このとき、気体分離装置吐出口に設けている流量検出手段６１にて製品ガスの使用量Qをセンシングし、製品ガスの使用量Qがあらかじめ制御部６０に設定しておいた閾値Q1よりも少ないかどうかを判断する（Ｓ３）。そして、少ない場合、サイクルタイムを標準サイクルタイムT0から省エネサイクルタイムT1に変更するよう制御部６０から信号を送る（Ｓ４）。このときT0とT1の関係はT0＜T1とする。このサイクルタイム変更の信号と同時に、圧縮機が減速運転を開始する圧力を、P0からP1に、圧縮機４を停止させる最高圧力Pmax0をPmax1に、圧縮機の運転を再開させる復帰圧力Pmin0をPmin1に変更するよう制御部６０から信号を送る（Ｓ５）。このとき、それぞれの圧力の関係はP0＞P1、Pmax0＞Pmax1、Pmin0＞Pmin1とする。標準サイクルタイムT0運転中に製品ガス使用量QがQ1以上である場合は、そのまま標準サイクルタイムT0運転を継続する。また、制御圧力もP0、Pmax0、Pmin0にて運転を行う。

【0023】

省エネサイクルタイムT1運転中に製品ガス使用量Qがあらかじめ制御部６０に設定しておいた、閾値Q1よりも小さい閾値Q２よりも少ないかどうかを判断する（Ｓ６）。そして、少ない場合、サイクルタイムを省エネサイクルタイムT１から省エネサイクルタイムT２に変更するよう制御部６０から信号を送る（Ｓ７）。このときT１とT２の関係はT１＜T２とする。このサイクルタイム変更の信号と同時に、圧縮機４が減速運転を開始する圧力を、P1からP2に、圧縮機４を停止させる最高圧力Pmax1をPmax2に、圧縮機の運転を再開させる復帰圧力Pmin1をPmin2に変更するよう制御部６０から信号を送る（Ｓ８）。このとき、それぞれの圧力の関係はP1＞P2、Pmax1＞Pmax2、Pmin1＞Pmin2とする。

【0024】

省エネサイクルタイムT１運転中に製品ガス使用量QがQ２以上Q１未満である場合は（Q１＞Q≧Q2）、そのまま省エネサイクルタイムT１運転を継続し、製品ガス使用量QがQ１以上になったかどうかを判断し（Ｓ９）、その場合は、標準サイクルタイムT０、制御圧力P0、Pmax0、Pmin0にて運転するよう制御部６０より信号を送る。

【0025】

省エネサイクルタイムT２運転中に製品ガス使用量QがQ2より少ない場合はそのまま省エネサイクルタイムT２運転を継続し（Ｓ１０）、製品ガス使用量QがQ２以上になった場合は、標準サイクルタイムT０、制御圧力P0、Pmax0、Pmin0にて運転するよう制御部６０より信号を送る。なお、製品ガス使用量QがQ２以上になった場合、さらにQがQ１以上になったかどうかを判断して、Q１以上の場合に標準サイクルタイムT０、制御圧力P0、Pmax0、Pmin0にて運転するようにしても良い。その場合は、図２の制御フローとは異なるが、Ｓ１０からＳ９のステップに移行しても良い。

【0026】

なお、本実施例では、変更するサイクルタイムおよび制御圧力を３段階に分けているが、更に段階を設けてもよい。また、サイクルタイムを変更する閾値を製品ガス発生量Qにより定義しているが、製品ガス濃度により定義してもよいし、製品ガス発生量Qおよび製品ガス濃度の両方により定義してもよい。

【0027】

図３は、本実施例における各サイクルタイムと空気槽の制御圧力の関係を示す図である。図３において、上段の図は通常サイクルタイムT0における空気槽の制御圧力の変化を示している。図３の通常サイクルタイムT0の最初は均圧工程であり、圧縮機を停止させ、空気槽の圧力が復帰圧力Pmin0にまで低下した場合、圧縮機の運転を再開させ吸着工程に移行する。圧縮機の運転は電動モータの回転数を最高速で制御し空気槽の圧力が減速運転開始圧力P0に達すると減速運転を開始する。そして空気槽の圧力が最高圧力Pmax0に達するかサイクルタイムT0に達すると圧縮機を停止させ１サイクルが終了する。

【0028】

図３の中段の図は省エネサイクルタイムT1における空気槽の制御圧力の変化を示している。省エネサイクルタイムT1の最初の均圧工程では、圧縮機を停止させ、空気槽の圧力が復帰圧力Pmin1にまで低下した場合、圧縮機の運転を再開させ吸着工程に移行する。圧縮機の運転は電動モータの回転数を最高速で制御し空気槽の圧力が減速運転開始圧力P1に達すると減速運転を開始する。そして空気槽の圧力が最高圧力Pmax1に達すると圧縮機を停止させサイクルタイムT1で１サイクルが終了する。

【0029】

さらに、図３の下段の図は省エネサイクルタイムT2における空気槽の制御圧力の変化を示している。省エネサイクルタイムT2の最初の均圧工程では、圧縮機を停止させ、空気槽の圧力が復帰圧力Pmin2にまで低下した場合、圧縮機の運転を再開させ吸着工程に移行する。圧縮機の運転は電動モータの回転数を最高速で制御し空気槽の圧力が減速運転開始圧力P2に達すると減速運転を開始する。そして空気槽の圧力が最高圧力Pmax2に達すると圧縮機を停止させサイクルタイムT2で１サイクルが終了する。

【0030】

以上のように、本実施例は、気体分離装置として、空気を圧縮する圧縮機と、圧縮機で圧縮された圧縮空気を貯留する空気槽と、空気槽に貯留された圧縮空気のうち一部の気体を吸着する吸着槽と、吸着槽で吸着されなかった製品ガスを貯留する製品ガス貯留タンクと、圧縮機と前記吸着槽の動作を制御する制御部とを備え、制御部は、製品ガスの使用量が減少した場合、圧縮機が減速運転を開始する空気槽の圧力と圧縮機が停止する空気槽の圧力を使用量が減少する前よりも低くするように構成する。

【0031】

また、制御部は、圧縮機が停止し、空気槽の圧力が所定の圧力以下に低下すると圧縮機の運転を開始するように構成し、製品ガスの使用量が減少した場合、さらに圧縮機の運転を開始する空気槽の圧力を使用量が減少する前よりも低くするように構成する。

【0032】

また、製品ガスの使用量が減少した場合、さらに吸脱着の１サイクルの時間であるサイクルタイムを使用量が減少する前よりも長くするように構成する。

【0033】

これにより、圧縮機の無駄な運転を抑えることができ、省エネ効果を得ることができ、さらに制御圧力を低下させることで圧縮機にかかる負荷を低減し、圧縮機の長寿命化を図ることができる。

【実施例2】

【0034】

本実施例について図４の制御フロー図を用いて説明する。なお、基本的な装置の構成、動作は実施例１で説明した気体分離装置１と同様のため省略する。

【0035】

本実施例においては、省エネサイクルタイム運転中の製品ガス濃度Nを、酸素センサ５６によりセンシングし、その製品ガス濃度Nとあらかじめ制御部６０に設定している製品ガス濃度閾値N１の関係により制御圧力を変化させる制御を行う。すなわち、製品ガス濃度は、制御圧力が高いほど高くなるので、製品ガス濃度により制御圧力を制御することで更なる省エネ効果を得ることができる。

【0036】

図４において、Ｓ１からＳ４までは実施例１と同様なので説明を省略する。省エネサイクルタイムT１運転に移行した際に、Ｓ１１にて製品ガス濃度NがN１より高いかどうかを判定する。そして製品ガス濃度NがN１より高い場合は、圧縮機が減速運転を開始する圧力をPaとし、圧縮機４を停止させる最高圧力をPmaxa、圧縮機の運転を再開させる復帰圧力をPminaとする（Ｓ１２）。製品ガス濃度NがN１よりも低い場合は圧縮機が減速運転を開始する圧力をPbとし、圧縮機４を停止させる最高圧力をPmaxb、圧縮機の運転を再開させる復帰圧力をPminbとする（Ｓ１３）。このとき、それぞれの圧力の関係はP0＞Pb＞Pa、Pmax0＞Pmaxb＞Pmaxa、Pmin0＞Pminb＞Pminaとする。そして、省エネサイクルタイムT２運転移行までのＳ６，Ｓ７の処理を、実施例１と同様に行う。

【0037】

そして、省エネサイクルタイムT２運転に移行した際に、製品ガス濃度NがN２より高いかどうかを判定する（Ｓ１４）。製品ガス濃度NがN２より高い場合は、圧縮機が減速運転を開始する圧力をPc、とし、圧縮機４を停止させる最高圧力をPmaxc、圧縮機の運転を再開させる復帰圧力をPmincとする（Ｓ１５）。製品ガス濃度NがN２よりも低い場合は圧縮機が減速運転を開始する圧力をPdとし、圧縮機４を停止させる最高圧力をPmaxd、圧縮機の運転を再開させる復帰圧力をPmindとする（Ｓ１６）。このとき、それぞれの圧力の関係はP0＞Pb＞Pa＞Pd＞Pc、Pmax0＞Pmaxb＞Pmaxa＞Pmaxd＞Pmaxc、Pmin0＞Pminb＞Pmina＞Pmind＞Pmincとする。

【0038】

その後、省エネサイクルタイムT２運転中の製品ガス使用量QがQ2より少ないかどうかの判断（Ｓ１０）、及び、その後の処理を実施例１と同様に行う。なお、実施例１と同様に、製品ガス使用量QがQ２以上になった場合、さらにQがQ１以上になったかどうかを判断して、Q１以上の場合に標準サイクルタイムT０、制御圧力P0、Pmax0、Pmin0にて運転するようにしても良い。その場合は、図４の制御フローとは異なるが、Ｓ１０からＳ９のステップに移行しても良い。

【0039】

以上のように、本実施例は、気体分離装置として、空気を圧縮する圧縮機と、圧縮機で圧縮された圧縮空気を貯留する空気槽と、空気槽に貯留された圧縮空気のうち一部の気体を吸着する吸着槽と、吸着槽で吸着されなかった製品ガスを貯留する製品ガス貯留タンクと、製品ガスの濃度を測定するガスセンサと、圧縮機と吸着槽の動作を制御する制御部とを備え、制御部は、製品ガスの使用量が減少した場合、圧縮機が減速運転を開始する空気槽の圧力を使用量が減少する前よりも低い値に設定し、該低い値は、ガスセンサにより検出した製品ガスの濃度が所定値よりも大きい場合、小さい場合に比べてより低く設定するように構成する。

【0040】

また、制御部は、圧縮機が停止し、空気槽の圧力が所定の圧力以下に低下すると圧縮機の運転を開始し、製品ガスの使用量が減少した場合、さらに圧縮機が停止する空気槽の圧力と圧縮機の運転を開始する空気槽の圧力を使用量が減少する前よりも低い値に設定し、該低い値は、ガスセンサにより検出した製品ガスの濃度が所定値よりも大きい場合、小さい場合に比べてより低く設定するように構成する。

【0041】

また、製品ガスの使用量が減少した場合、さらに吸脱着の１サイクルの時間であるサイクルタイムを使用量が減少する前よりも長くするように構成する。

【0042】

これにより、製品ガス濃度が製品の仕様値よりも十分に高く裕度がある場合、制御圧力をさらに低くすることが可能であり、圧縮機にかかる負荷をより低減することができ更なる省エネ効果を得ることができる。

【実施例3】

【0043】

本実施例について図５の制御フロー図を用いて説明する。なお、装置の構成、動作は実施例１で説明した気体分離装置１と同様のため省略する。

【0044】

気体分離装置にて精製する製品ガス濃度は、周囲温度の影響を受けやすく周囲温度が高い場合製品ガス濃度が悪化する。また、吸着槽１９A,１９Bに充填されている吸着剤は高い圧力で吸着させるほど製品ガスの精製効率は良い。よって、一定制御圧力Pが低い状態で周囲温度が高くなると、製品ガスの濃度が仕様値を下回ってしまう可能性がある。

【0045】

よって、本実施例においては、気体分離装置内に配置された温度センサ６２から吸着槽の周囲温度Dを制御部６０が受け取り、装置が省エネサイクルタイムT１または省エネサイクルタイムT２運転中に周囲温度Dがあらかじめ制御部６０に設定している閾値D1を超えた場合、サイクルタイムを通常サイクルタイムT０に変更するよう制御部６０から信号を送り、圧縮機が減速運転を開始する圧力をP0、圧縮機４を停止させる最高圧力をPmax0、圧縮機の運転を再開させる復帰圧力をPmin0に変更するよう制御部６０から信号を送る。

【0046】

図５において、Ｓ１からＳ３までは実施例１と同様なので説明は省略する。Ｓ３において、製品ガスの使用量Qが閾値Q1よりも少ない場合、周囲温度Dがあらかじめ制御部６０に設定している閾値D1より低いか判断する（Ｓ１７）。そして、D1を超えた場合は、温度が高いので、サイクルタイムを標準サイクルタイムT0に戻す。周囲温度DがD1以下であれば、実施例１と同様に省エネサイクルタイムT１に変更する。Ｓ６において、製品ガスの使用量Qが閾値Q2よりも少ない場合、周囲温度Dがあらかじめ制御部６０に設定している閾値D1より低いか判断する（Ｓ１８）。そして、D1を超えた場合は、温度が高いので、サイクルタイムを標準サイクルタイムT0に戻す。周囲温度DがD1以下であれば、実施例１と同様に省エネサイクルタイムT2に変更する。以降、実施例と同様の処理を行う。

【0047】

以上のように、本実施例は、気体分離装置として、空気を圧縮する圧縮機と、圧縮機で圧縮された圧縮空気を貯留する空気槽と、空気槽に貯留された圧縮空気のうち一部の気体を吸着する吸着槽と、吸着槽で吸着されなかった製品ガスを貯留する製品ガス貯留タンクと、吸着槽の周囲温度を測定する温度センサと、圧縮機と吸着槽の動作を制御する制御部とを備え、制御部は、製品ガスの使用量が減少した場合、圧縮機が減速運転を開始する空気槽の圧力を、温度センサによる周囲温度が所定値よりも低い場合は使用量が減少する前よりも低くし、高い場合は使用量が減少する前の値に戻すように構成する。

【0048】

また、制御部は、圧縮機が停止し、空気槽の圧力が所定の圧力以下に低下すると圧縮機の運転を開始し、製品ガスの使用量が減少した場合、さらに圧縮機が停止する空気槽の圧力と圧縮機の運転を開始する空気槽の圧力を、周囲温度が所定値よりも低い場合は使用量が減少する前よりも低くし、高い場合は使用量が減少する前の値に戻すように構成する。

【0049】

また、製品ガスの使用量が減少した場合、さらに吸脱着の１サイクルの時間であるサイクルタイムを使用量が減少する前よりも長くするように構成する。

【0050】

これにより、本実施例によれば、省エネ効果と圧縮機の長寿命化を図りつつ、周囲温度による影響を軽減し製品ガスの信頼性を高めることができる。

【実施例4】

【0051】

本実施例について、図６の気体分離装置の全体構成図を用いて説明する。
図６に示すように、本実施例では、空気供給ユニット２に圧縮機４と電動モータ９を複数台搭載する。これにより、実施例１から３と同様の制御を、インバータ回路１０の代わりに、複数台の圧縮機４を台数制御することにより実現する。なお、他の構成については、実施例１で説明した気体分離装置１と同様のため説明は省略する。

【0052】

本実施例によれば、圧縮機にかかる負荷を低減し、省エネ効果および圧縮機の長寿命化を実現することができる。

【0053】

以上、実施例について説明したが、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。また、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。

【符号の説明】

【0054】

１・・・ＰＳＡ式ガス分離装置
２・・・空気供給ユニット
３・・・ＰＳＡユニット
４・・・圧縮機
５・・・空気槽
６・・・エアードライヤー
７・・・ドレンフィルタ
９・・・電動モータ
１０・・・インバータ回路
１９・・・吸着槽
４１・・・窒素槽（製品ガス貯留タンク）
４４・・・フィルタレギュレータ
５２・・・サイレンサ
５６・・・酸素センサ
６０・・・制御部
６１・・・流量検出手段
６２・・・温度センサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】