気体分離装置
【課題】本発明は、吸着槽と製品ガス貯留タンクを有した気体分離装置の省スペース化を実現できる気体分離装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明における気体分離装置は、供給された気体から所定の気体を分離して製品ガスとして生成する吸着剤が充填された略円筒状の吸着槽と、前記製品ガスを貯留する略円筒状の製品ガス貯留タンクとを備え、前記吸着槽を前記製品ガス貯留タンクよりも上または下に配置することを特徴とする。
【解決手段】本発明における気体分離装置は、供給された気体から所定の気体を分離して製品ガスとして生成する吸着剤が充填された略円筒状の吸着槽と、前記製品ガスを貯留する略円筒状の製品ガス貯留タンクとを備え、前記吸着槽を前記製品ガス貯留タンクよりも上または下に配置することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は吸着槽を備える気体分離装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載のガス発生装置は、二つの吸着槽と、それら二つの吸着槽に挟まれた中央に製品ガス貯留タンクを設けていた。
【０００３】
また、特許文献２に記載の酸素を分離するための装置は、筐体内部に上下方向に並列配置された吸着槽と、製品ガスを貯留するバッファタンクが筐体外部に別設置されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−１６６４１３
【特許文献２】特開平１１−２１１０８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ガス発生装置は、複数の吸着槽と製品ガス槽から構成されているが、吸着槽は円筒状の筐体内に格納された吸着剤が粉砕されることと、設置スペースが大きくなってしまう等の理由で横置きには適さなかった。
【０００６】
ここで、特許文献１のように、吸着槽を縦置きで並列配置し、さらに製品ガス貯留タンクを中央に設けた場合は、設置面積の省スペース化は実現できない。
【０００７】
また、特許文献２のように製品ガス貯留タンクを外部へ別設置した場合は、ガス発生装置単体での設置面積は小さいが、貯留タンクを含む総設置面積は大きくなる。
【０００８】
本発明は、吸着槽と製品ガス貯留タンクを有した気体分離装置の省スペース化を実現できる気体分離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】
【０００９】
上述した課題を解決するため本発明における気体分離装置は、供給された気体から所定の気体を分離して製品ガスとして生成する吸着剤が充填された略円筒状の吸着槽と、前記製品ガスを貯留する略円筒状の製品ガス貯留タンクとを備え、前記吸着槽を前記製品ガス貯留タンクよりも上または下に配置することを特徴とする。
【００１０】
本発明の他の観点における気体分離装置は、空気を貯留する略円筒状の空気貯留タンクと、前記空気貯留タンクから供給された空気から所定の気体を分離して製品ガスとして生成する吸着剤が充填され、略円筒状の吸着槽と、前記製品ガスを貯留する略円筒状の製品ガス貯留タンクとを備え、前記吸着槽は、前記空気貯留タンクよりも下で前記製品ガス貯留タンクよりも上の位置または、前記空気貯留タンクよりも上で前記製品ガス貯留タンクよりも下の位置に配置されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、吸着槽と製品ガス貯留タンクを有した気体分離装置の省スペース化を実現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】
【００１２】
【図１】本発明の実施例１に係る気体分離装置の概略構成図
【図２】本発明の実施例１に係る気体分離装置のフロー詳細図
【図３】本発明の実施例２に係るＰＳＡユニットの概略構成図
【図４】本発明の実施例１の比較例に係る吸着槽と窒素槽の配置図
【図５】本発明の実施例１の比較例に係る吸着槽と窒素槽の配置図
【図６】本発明の実施例１に係る吸着槽と窒素槽の配置図
【図７】本発明の実施例１に係る吸着槽と窒素槽の配置図
【図８】本発明の実施例１の比較例に係る吸着槽と窒素槽の配置図
【図９】本発明の実施例１の比較例に係る吸着槽と窒素槽の配置図
【図１０】本発明の実施例１に係る吸着槽と窒素槽の配置図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る各実施例について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１４】
本発明の実施例１について図１、２、４−１０を用いて説明する。
【００１５】
図１、２に示す本実施例における気体分離装置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。この空気供給ユニット２は、空気を圧縮する圧縮機４と、圧縮空気を貯留させる空気槽（空気貯留タンク）５、圧縮空気を除湿するドライヤー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ー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、ドライヤー６とドレンフィルター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１９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。これら吸着槽１９と窒素槽４１は筐体に格納されている。これにより、外気からの温度的な影響を受けにくくなるため、吸着槽１９の周りの温度を安定化させることができ、周囲温度により吸着効率が変動する特性を持つ吸着剤が充填された吸着槽１９の吸着効率の低下を防止することができる。また、吸着槽１９からの排気による騒音を低減させることができる。
【００１６】
上記実施例では、２つの筐体にそれぞれ機器を格納する場合を説明したが、これに限らず、変形例として、１つの筐体内にすべての機器を格納してもよい。この1の筐体は、空気供給ユニット２を格納する１のブロックと、ＰＳＡユニット３を格納する他のブロックとに仕切板等で内部を２ブロックに区画する構成とすることも可能である。
【００１７】
空気槽５で貯留された圧縮空気は後述の吸着槽１９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１９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。
【００１８】
圧縮機４として、往復動式、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所謂ブースタ圧縮機等が用いられている。
【００１９】
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系列に分岐した配管１７が接続されている。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、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、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下均圧弁２６が設けられている。
【００２０】
吸着槽１９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。本実施例では、最小限の構成部品にして簡素化を図ることと、吸着工程と脱着工程とを交互に行い、効率良く製品ガスを取り出すために、２槽の吸着槽で構成しているが、２つに限らず、１つであってもよいし３つ以上であってもよい。
【００２１】
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、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上均圧弁３６が設けられている。また、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。
【００２２】
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を吸着槽１９の下部の空間に配置し、設置スペースの省スペース化を図った。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ーレギュレーター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。
【００２３】
配管４３のフィルターレギュレーター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ー５６とが設けられている。
【００２４】
酸素センサー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、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、および開閉弁５４、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。
【００２５】
本実施例における空気供給ユニット２とＰＳＡユニット３の配置について説明する。
【００２６】
本実施例では、空気供給ユニット２とＰＳＡユニット３とを横に並べて配置した。空気ユニット２には、振動源である圧縮機４がある。一方、ＰＳＡユニット３の吸着槽１９は、振動により吸着剤が壊れるおそれがあり、配管１７、２１、２５、３１、３５や制御部６０、振動に弱い部材が多く設けられている。従って、空気供給ユニット２とＰＳＡユニット３を上下に並べて配置すると、振動源である空気供給ユニット２から振動に弱い部材を多く有するＰＳＡユニット３へ振動が伝わりやすくなる。そこで、本実施例では、振動源である空気供給ユニット２と振動に弱い部材を多く有するＰＳＡユニット３とを横に並べて配置することで、空気供給ユニット２からの振動がＰＳＡユニット３に伝わりにくくした。
【００２７】
本実施例では、図１に示すとおり、吸着槽１９が配置された空間と窒素槽４１が配置された空間とを仕切り板で区切り、吸着槽１９を仕切り板の上に配置することで、吸着槽１９を窒素槽４１よりも上に配置した。上述の通り、空気供給ユニット２とＰＳＡユニット３とは横に並べて配置する必要があるため、設置スペースの省スペース化を図るためには、水平方向の設置スペースを小さくする必要がある。そこで、上記のように吸着槽１９を配置することで、気体分離装置１全体としての省スペース化を図ることができる。なお、吸着槽１９と窒素槽４１との上下関係は必ずしも上記の通りである必要はなく、吸着槽１９が窒素槽４１よりも下に配置されていてもよい。ただし、吸着槽１９を窒素槽４１よりも上に配置することにより、吸着槽１９の上下にそれぞれ配置された配管１７、３１やそれらの開閉を制御する弁１８、３８などは、窒素槽４１の高さ方向分で設置面（床等）より上部に配置することができる。これにより、製造およびメンテナンス作業時に、各部品が作業者の目や手の高さの近くまで高くすることができるため、作業時に手が届きやすく、各部品を目視しながら作業ができる。従って、製造作業やメンテナンス作業を容易に行うことができるため、本実施例では上記のように吸着槽１９を配置した。
【００２８】
本実施例の図１では、吸着槽１９の下端が窒素槽４１の上端よりも上に配置され、吸着槽１９の設置スペースと窒素槽４１の設置スペースとが上から見てほぼ重なっているが、吸着槽１９と窒素槽４１との少なくとも一部が重なって配置されていれば、設置スペースの省スペース化が図れるので、吸着槽１９の下端が窒素槽４１の下端よりも上または下に配置され、上から見て吸着槽１９と窒素槽４１との少なくとも一部が重なって配置されていればよい。
【００２９】
また、本実施例では、吸着槽１９が配置された空間と窒素槽４１が配置された空間とを仕切る仕切り板を設けたが、吸着槽１９が窒素槽４１よりも上または下に配置（吸着槽１９の下端が窒素槽４１の下端よりも上または下に配置され、上から見て吸着槽１９と窒素槽４１との少なくとも一部が重なって配置）されていればよく、吸着槽１９と窒素槽４１とが配置される空間を仕切る仕切り板は必ずしも必要ない。ただし、仕切り板を設けることにより、吸着剤の充填により重量の大きくなった吸着槽１９を安定して支持することができる。また、仕切り板を設け、仕切り板の上に吸着槽１９を配置することにより、仕切り板の下に配管１７または配管３１を設置するスペースを設けることができるので、配管を吸着槽１９や窒素槽４１の横に配置する必要がなくなり、設置スペースのさらなる省スペース化を図ることができる。仕切り板を設けない場合は、例えば、窒素槽４１の上にフレームを設け、フレーム上に吸着槽１９が支持されて窒素槽４１、吸着槽１９が配置されてもよい。また、筐体側面に取付ステーを設けて吸着槽１９を直接支持し、窒素槽４１の上に吸着槽１９が配置されてもよい。
【００３０】
本実施例において、吸着槽１９は、昇圧・減圧を繰り返した時に、吸着工程・脱着工程を行うが、吸着槽内部に充填された吸着剤（図示しない）は、縦方向上側から下側に向けて付勢力を与えられて押さえられているので、内部で上下に動いても動きを吸収してくれる。一方、吸着槽１９の長手方向を横に向けた（横置きにした）場合、吸着槽内部に充填された吸着剤は自重で偏るため、吸着槽１９の短手方向（胴回り）上部には小さな隙間ができる。そのため、吸着・脱着工程で吸着槽内に気体の流れが生じると、隙間内で吸着剤の粒が飛散して粒同士が衝突することで粉砕してしまう。粉砕された吸着剤は、吸着できる表面積が減ってしまうことで、吸着効率が低下する。また、この粉砕された吸着剤が、バルブ等のエアー機器に目詰まり等の不具合を起こす原因となる場合がある。
【００３１】
上記理由により、吸着槽１９は、内部に吸着剤を充填しているため、横置きには適さない。そのため、吸着槽１９は長手方向が水平方向と交差するように配置した。即ち縦置きにした。これにより、水平方向の省スペース化を図ることができる。吸着槽１９を複数備える場合には、複数の吸着槽を並列に配置すれば、水平方向の省スペース化を図りつつ、鉛直方向の長さが大きくなりすぎないようにした。
【００３２】
窒素槽４１は、図１に示すように長手方向が吸着槽１９の長手方向と交差する方向、即ち水平方向となるように配置した。これにより、吸着槽１９を縦置きにしたため、鉛直方向の長さが大きくなりすぎないようにした。
【００３３】
空気供給ユニット２においては、ＰＳＡユニット３と同様に水平方向の省スペース化を図るため、圧縮機４、空気槽５、ドライヤー６をそれぞれ上下に並べて配置した。特に、圧縮機４はメンテナンス作業が必要な部材が多いため、空気槽５の上に配置することでメンテナンス作業を容易に行うことができるようにした。
【００３４】
ここで、本実施例の配置におけるＰＳＡユニットの省スペース効果について図４−１０を用いて説明する。図４−１０は、本実施例または本実施例の比較例における吸着槽１９と窒素槽４１の配置を示した図である。図４−１０を用いて、略円筒状の２つの吸着槽１９と１つの窒素槽４１とを特許文献１のように長手方向を上下方向（水平方向と交差する方向）に向けて縦置きで並列に配置した場合と、本実施例のように上下に並べて配置した場合とで設置面積を比較して説明する。
【００３５】
図４−１０では、略円筒状の吸着槽１９と窒素槽４１とについて、長手方向の長さがＨで直径をＤと仮定して設置面積の計算を行った。また、窒素槽４１の長手方向の長さＨを直径Ｄの１倍から４倍までのそれぞれの場合について設置面積の計算を行った。
【００３６】
図４、図５は本実施例の比較例における吸着槽１９と窒素槽４１の配置を示した図である。それぞれ、Ｈ＝Ｄであり、２つの吸着槽１９と窒素槽４１を縦置きに並列に配置している。図４、図５の場合における設置面積Ａ１、Ａ２は、
【数１】
【数２】
【００３７】
ここで、図４、図５のように配置した場合を基準として、本実施例のように吸着槽１９と窒素槽４１とを配置した場合における設置面積について説明する。
【００３８】
図６、図７は本実施例における吸着槽１９と窒素槽４１の配置を示した図である。窒素槽４１の長手方向の長さＨは、それぞれ、Ｈ＝Ｄ，２Ｄであり、２つの吸着槽１９を縦置きにして並列に配置し、窒素槽４１を横置きにして吸着槽１９の下に配置している。図４、図５の場合における設置面積Ａ３、Ａ４は、
【数３】
【数４】
【００３９】
式（３）（４）を式（１）（２）と比較すると、本実施例のように配置した場合は、図４、５のように配置した場合に比べてそれぞれ、45.9％、33.3％の設置面積を減らすことができる。
【００４０】
図６、図７より、吸着槽１９を２つ配置した場合は窒素槽４１の直径が吸着槽１９の直径以下であり、窒素槽４１の長手方向の長さが吸着槽４１の直径の２倍以下である場合において、設置面積を２つの吸着槽１９を縦置きにした場合の設置面積以下に抑えることができる。同様に考えて、吸着槽１９をｎ個配置した場合は、窒素槽４１の直径が吸着槽１９の直径以下であり、窒素槽４１の長手方向の長さが吸着槽４１の直径のｎ倍以下である場合において、設置面積をｎ個の吸着槽１９を縦置きにした場合の設置面積以下に抑えることができる。
【００４１】
図８、図９は本実施例の比較例における吸着槽１９と窒素槽４１の配置を示した図である。窒素槽４１の長手方向の長さＨは、それぞれ、Ｈ＝３Ｄ，４Ｄであり、２つの吸着槽１９を縦置きにして並列に配置し、窒素槽４１を横置きにして吸着槽１９の下に配置している。図８、図９の場合における設置面積Ａ５、Ａ６は、
【数５】
【数６】
【００４２】
式（５）を式（１）（２）と比較すると、図８のように配置した場合は、図４のように配置した場合と比較して18.9％設置面積を減らすことができるが、図５のように配置した場合と比較すると設置面積は同じである。
【００４３】
式（６）を式（１）（２）と比較すると、図９のように配置した場合は、図５、６のように配置した場合と比較して、それぞれ8.1％、23％設置面積が増加している。
【００４４】
以上より、図６、図７のように吸着槽１９をｎ個配置した場合は、窒素槽４１の直径が吸着槽１９の直径以下であり、窒素槽４１の長手方向の長さが吸着槽１９の直径のｎ倍以下である場合において、設置面積をｎ個の吸着槽１９を縦置きにした場合の設置面積に抑えることができる。一方、窒素槽４１の直径が吸着槽１９の直径以下であるか、窒素槽４１の長手方向の長さが吸着槽４１の直径のｎ倍以上である場合において、ｎ個の吸着槽１９を縦置きにした場合の設置面積を超えてしまう。しかし、ｎ個の吸着槽１９と窒素槽４１を図５のように縦置きに配置した場合の設置面積以下に抑えることができれば本実施例のように配置して省スペース化を実現することができる。
【００４５】
ここで、式（１）−（６）をさらに一般化して、直径Ｄ１、長手方向の長さがＨ１の吸着槽１９をｎ個配置し、直径Ｄ２、長手方向の長さがＨ２の窒素槽４１をより設置面積が小さくなる図６のように縦置きにして並列に配置した場合の設置面積Ａ７と、直径Ｄ１、長手方向の長さがＨ１の吸着槽１９をｎ個配置し、直径Ｄ２、長手方向の長さがＨ２の窒素槽４１を本実施例のように配置した場合の設置面積Ａ８について計算する。
【００４６】
直径Ｄ１、長手方向の長さがＨ１の吸着槽１９をｎ個配置し、直径Ｄ２、長手方向の長さがＨ２の窒素槽４１を図６のように縦置きにして並列に配置した場合の設置面積Ａ７は、
Ａ７＝（Ｄ１×ｎ＋Ｄ２）×Ｄ１ （Ｄ１＞Ｄ２の場合） ・・・（７）
Ａ７＝（Ｄ１×ｎ＋Ｄ２）×Ｄ２ （Ｄ１＜Ｄ２の場合） ・・・（８）
【００４７】
直径Ｄ１、長手方向の長さがＨ１の吸着槽１９をｎ個配置し、直径Ｄ２、長手方向の長さがＨ２の窒素槽４１を本実施例のように配置した場合の設置面積Ａ８は、
Ａ８＝Ｄ１×Ｈ２ （Ｄ１＞Ｄ２ かつ Ｄ１×ｎ＜Ｈ２の場合）・・・（９）
Ａ８＝Ｄ２×Ｄ１×ｎ （Ｄ１＜Ｄ２ かつ Ｄ１×ｎ＞Ｈ２の場合）・・・（１０）
Ａ８＝Ｄ２×Ｈ２ （Ｄ１＜Ｄ２ かつ Ｄ１×ｎ＜Ｈ２の場合）・・・（１１）
Ａ８＝Ｄ１×Ｄ１×ｎ （Ｄ１＞Ｄ２ かつ Ｄ１×ｎ＞Ｈ２の場合）・・・（１２）
【００４８】
式（７）−（１２）より、本実施例のように配置した場合の設置面積Ａ８が図５のように配置した場合の設置面積Ａ７よりも小さくなるのは
Ｈ２＜Ｄ１×ｎ＋Ｄ２ ・・・（１３）
上記式（１３）が成立するときである。
【００４９】
なお、特にＤ１＜Ｄ２かつＤ１×ｎ＞Ｈ２の場合（窒素槽４１の直径が吸着槽１９の直径以下であり、窒素槽４１の長手方向の長さが吸着槽１９の直径のｎ倍以下である場合）は、設置面積をｎ個の吸着槽１９を縦置きにした場合の設置面積（Ｄ１×Ｄ１×ｎ）に抑えることができるので設置面積をさらに効果的に減らすことができる。
【００５０】
以上より、（１３）のように吸着槽１９をｎ個配置する場合は、吸着槽１９の直径をＤ１、窒素槽４１の直径をＤ２、長手方向の長さをＨ２としたとき、Ｈ２＜Ｄ１×ｎ＋Ｄ２とすることで、ｎ個の吸着槽１９と窒素槽４１を図５のように縦置きにした場合の設置面積以下に抑えることができる。さらに、窒素槽４１の直径を吸着槽１９の直径以下とし、窒素槽４１の長手方向の長さを吸着槽４１の直径のｎ倍以下（Ｄ１＞Ｄ２かつＤ１×ｎ＞Ｈ２）とすることで、ｎ個の吸着槽１９を縦置きにした場合の設置面積以下に抑えることができ、設置面積をさらに効果的に減らすことができる。
【００５１】
ここで、容量の大きな窒素槽４１が必要である場合について説明する。上述の通り、吸着槽１９をｎ個配置する場合において、吸着槽１９の直径をＤ１、窒素槽４１の直径をＤ２、長手方向の長さをＨ２としたとき、Ｈ２＞Ｄ１×ｎ＋Ｄ２となる窒素槽４１を用いた場合、ｎ個の吸着槽１９と窒素槽４１を図５のように縦置きにした場合の設置面積以下に抑えることはできない。ここで、本実施例では、容量の大きな窒素槽４１が必要である場合、図１０に示すように、Ｈ２＜Ｄ１×ｎ＋Ｄ２となる複数の窒素槽４１を上下に並べて配置した。これにより、ｎ個の吸着槽１９と窒素槽４１を図５のように縦置きにした場合の設置面積以下に抑えることができ、大きな容量の窒素ガスを貯留することができる。
【００５２】
ここまで、気体分離装置１の構成を説明してきたが、ここで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。
【００５３】
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アフタークーラー２により冷却する冷却工程、冷却工程により冷却された空気をエアードライヤー５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を空気槽７に貯留する貯蔵工程、貯蔵工程により貯留された空気から所定の気体を分離する分離工程が行わる。
【００５４】
気体分離装置１の分離工程では、以下の（ａ）〜（ｄ）の工程を順次行われる。
【００５５】
（ａ）吸着工程：圧縮機４により圧縮され空気槽７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。
【００５６】
（ｂ）取出工程：吸着工程から引き続いて、空気槽７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。
【００５７】
（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。なお、ここでは吸着槽１９が複数ある場合について説明したが、吸着槽１９は１つであってもよく、その場合は均圧工程は不要である。
【００５８】
（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および取出弁３８は、閉状態とする。
【実施例２】
【００５９】
本発明の実施例２について図３を用いて説明する。本実施例では実施例１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００６０】
図３に本実施例の気体分離装置１におけるＰＳＡユニット３を示す。本実施例におけるＰＳＡユニット３は、吸着槽１９を空気槽５と窒素槽４１との間に配置し、空気槽５、吸着槽１９、窒素槽４１の配置されているそれぞれの空間を区切る仕切り板を設けた。本実施例では、窒素槽４１が配置されている空間と吸着槽１９が配置されている空間とを区切る第１の仕切り板の上面に吸着槽１９を配置し、吸着槽１９が配置されている空間と空気槽５が配置されている空間とを区切る第２の仕切り板の上面に空気槽５を配置した。即ち、本実施例では、吸着槽１９より上に空気槽５を配置し、吸着槽１９より下に窒素槽４１を配置したが、吸着槽１９よりも下に空気槽５を配置し、吸着槽１９よりも上に窒素槽４１に配置してもよい。
【００６１】
また、本実施例では、吸着槽１９が配置された空間と窒素槽４１が配置された空間とを仕切る第１の仕切り板とを吸着槽１９が配置されている空間と空気槽５が配置されている空間とを区切る第２の仕切り板を設けたが、吸着槽１９は、空気槽５よりも下で窒素槽４１よりも上の位置または、空気槽５よりも上で窒素槽４１よりも下の位置に配置（吸着槽１９の下端が空気槽５の下端と窒素槽４１の下端との間に配置され、上から見て吸着槽１９、空気槽５、窒素槽４１のそれぞれの少なくとも一部が重なって配置）されていればよく、第１の仕切り板、第２の仕切り板は必ずしも必要ない。この場合、例えば、窒素槽４１の上にフレームを設け、フレーム上に吸着槽１９、空気槽５が支持されて窒素槽４１、吸着槽１９、空気槽５が配置されてもよい。
【００６２】
吸着槽１９を空気槽５と窒素槽４１との間に配置することにより、空気槽５と吸着槽１９とを接続する配管１７、吸着槽１９と窒素槽４１とを接続する配管３１、４０等を長く複雑な形状にすることなく配置することができ、スペース、コストを低減することができる。
【００６３】
なお、空気槽５、吸着槽１９、窒素槽４１は１つの筐体に格納される。
【００６４】
本実施例は、空気槽５をＰＳＡユニット３に配置した点で実施例１と異なる。空気槽５をＰＳＡユニット３に配置することにより、ＰＳＡユニット３に空気を供給する空気供給ユニット２において空気槽がない場合や空気槽の容量が少ない場合であっても十分な容量の圧縮空気を吸着槽１９に供給することができる。従って、実施例１と異なり、空気供給ユニット２は必ずしも空気槽５を備えていなくてもよく、空気槽５の容量が小さくてもよい。そのため、例えば、空気供給ユニット２における圧縮機４が大きく、空気供給ユニット２における省スペース化を図る必要がある場合に本実施例におけるＰＳＡユニット３を用いることが有効となる。
【００６５】
なお、本実施例でも実施例１と同様に、容量の大きな空気槽５または窒素槽４１が必要である場合、複数の空気槽５または複数の窒素槽４１を上下に並べて配置すればよい。これにより、設置面積の省スペース化を実現しつつ、大きな容量の窒素ガスを貯留することができる。
【００６６】
これまで説明してきた実施例は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されない。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。また、実施例１、２を組み合わせることにより本発明を実施してもよい。
【符号の説明】
【００６７】
１・・・気体分離装置
２・・・空気供給ユニット
３・・・ＰＳＡユニット
４・・・圧縮機
５・・・空気槽（空気貯留タンク）
６・・・エアードライヤー
７・・・ドレンフィルター
１８・・・供給弁
１９・・・吸着槽
２２・・・排気弁
２３・・・排気口
２６・・・下均圧弁
３３・・・オリフィス
３６・・・上均圧弁
３８・・・取出弁
４１・・・窒素槽（製品ガス貯留タンク）
４２・・・吐出口
４４・・・フィルターレギュレーター
４５・・・吐出弁
４６・・・流量調整弁
５０・・・開閉弁（排気用）
５１・・・流量調整弁（排気用）
５２・・・サイレンサ
５４・・・開閉弁（センサー用）
５５・・・流量調整弁（センサー用）
５６・・・酸素センサー
６０・・・制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は吸着槽を備える気体分離装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載のガス発生装置は、二つの吸着槽と、それら二つの吸着槽に挟まれた中央に製品ガス貯留タンクを設けていた。
【０００３】
また、特許文献２に記載の酸素を分離するための装置は、筐体内部に上下方向に並列配置された吸着槽と、製品ガスを貯留するバッファタンクが筐体外部に別設置されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−１６６４１３
【特許文献２】特開平１１−２１１０８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ガス発生装置は、複数の吸着槽と製品ガス槽から構成されているが、吸着槽は円筒状の筐体内に格納された吸着剤が粉砕されることと、設置スペースが大きくなってしまう等の理由で横置きには適さなかった。
【０００６】
ここで、特許文献１のように、吸着槽を縦置きで並列配置し、さらに製品ガス貯留タンクを中央に設けた場合は、設置面積の省スペース化は実現できない。
【０００７】
また、特許文献２のように製品ガス貯留タンクを外部へ別設置した場合は、ガス発生装置単体での設置面積は小さいが、貯留タンクを含む総設置面積は大きくなる。
【０００８】
本発明は、吸着槽と製品ガス貯留タンクを有した気体分離装置の省スペース化を実現できる気体分離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】
【０００９】
上述した課題を解決するため本発明における気体分離装置は、供給された気体から所定の気体を分離して製品ガスとして生成する吸着剤が充填された略円筒状の吸着槽と、前記製品ガスを貯留する略円筒状の製品ガス貯留タンクとを備え、前記吸着槽を前記製品ガス貯留タンクよりも上または下に配置することを特徴とする。
【００１０】
本発明の他の観点における気体分離装置は、空気を貯留する略円筒状の空気貯留タンクと、前記空気貯留タンクから供給された空気から所定の気体を分離して製品ガスとして生成する吸着剤が充填され、略円筒状の吸着槽と、前記製品ガスを貯留する略円筒状の製品ガス貯留タンクとを備え、前記吸着槽は、前記空気貯留タンクよりも下で前記製品ガス貯留タンクよりも上の位置または、前記空気貯留タンクよりも上で前記製品ガス貯留タンクよりも下の位置に配置されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、吸着槽と製品ガス貯留タンクを有した気体分離装置の省スペース化を実現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】
【００１２】
【図１】本発明の実施例１に係る気体分離装置の概略構成図
【図２】本発明の実施例１に係る気体分離装置のフロー詳細図
【図３】本発明の実施例２に係るＰＳＡユニットの概略構成図
【図４】本発明の実施例１の比較例に係る吸着槽と窒素槽の配置図
【図５】本発明の実施例１の比較例に係る吸着槽と窒素槽の配置図
【図６】本発明の実施例１に係る吸着槽と窒素槽の配置図
【図７】本発明の実施例１に係る吸着槽と窒素槽の配置図
【図８】本発明の実施例１の比較例に係る吸着槽と窒素槽の配置図
【図９】本発明の実施例１の比較例に係る吸着槽と窒素槽の配置図
【図１０】本発明の実施例１に係る吸着槽と窒素槽の配置図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る各実施例について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１４】
本発明の実施例１について図１、２、４−１０を用いて説明する。
【００１５】
図１、２に示す本実施例における気体分離装置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。この空気供給ユニット２は、空気を圧縮する圧縮機４と、圧縮空気を貯留させる空気槽（空気貯留タンク）５、圧縮空気を除湿するドライヤー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ー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、ドライヤー６とドレンフィルター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１９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。これら吸着槽１９と窒素槽４１は筐体に格納されている。これにより、外気からの温度的な影響を受けにくくなるため、吸着槽１９の周りの温度を安定化させることができ、周囲温度により吸着効率が変動する特性を持つ吸着剤が充填された吸着槽１９の吸着効率の低下を防止することができる。また、吸着槽１９からの排気による騒音を低減させることができる。
【００１６】
上記実施例では、２つの筐体にそれぞれ機器を格納する場合を説明したが、これに限らず、変形例として、１つの筐体内にすべての機器を格納してもよい。この1の筐体は、空気供給ユニット２を格納する１のブロックと、ＰＳＡユニット３を格納する他のブロックとに仕切板等で内部を２ブロックに区画する構成とすることも可能である。
【００１７】
空気槽５で貯留された圧縮空気は後述の吸着槽１９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１９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。
【００１８】
圧縮機４として、往復動式、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所謂ブースタ圧縮機等が用いられている。
【００１９】
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系列に分岐した配管１７が接続されている。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、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、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下均圧弁２６が設けられている。
【００２０】
吸着槽１９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。本実施例では、最小限の構成部品にして簡素化を図ることと、吸着工程と脱着工程とを交互に行い、効率良く製品ガスを取り出すために、２槽の吸着槽で構成しているが、２つに限らず、１つであってもよいし３つ以上であってもよい。
【００２１】
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、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上均圧弁３６が設けられている。また、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。
【００２２】
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を吸着槽１９の下部の空間に配置し、設置スペースの省スペース化を図った。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ーレギュレーター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。
【００２３】
配管４３のフィルターレギュレーター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ー５６とが設けられている。
【００２４】
酸素センサー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、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、および開閉弁５４、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。
【００２５】
本実施例における空気供給ユニット２とＰＳＡユニット３の配置について説明する。
【００２６】
本実施例では、空気供給ユニット２とＰＳＡユニット３とを横に並べて配置した。空気ユニット２には、振動源である圧縮機４がある。一方、ＰＳＡユニット３の吸着槽１９は、振動により吸着剤が壊れるおそれがあり、配管１７、２１、２５、３１、３５や制御部６０、振動に弱い部材が多く設けられている。従って、空気供給ユニット２とＰＳＡユニット３を上下に並べて配置すると、振動源である空気供給ユニット２から振動に弱い部材を多く有するＰＳＡユニット３へ振動が伝わりやすくなる。そこで、本実施例では、振動源である空気供給ユニット２と振動に弱い部材を多く有するＰＳＡユニット３とを横に並べて配置することで、空気供給ユニット２からの振動がＰＳＡユニット３に伝わりにくくした。
【００２７】
本実施例では、図１に示すとおり、吸着槽１９が配置された空間と窒素槽４１が配置された空間とを仕切り板で区切り、吸着槽１９を仕切り板の上に配置することで、吸着槽１９を窒素槽４１よりも上に配置した。上述の通り、空気供給ユニット２とＰＳＡユニット３とは横に並べて配置する必要があるため、設置スペースの省スペース化を図るためには、水平方向の設置スペースを小さくする必要がある。そこで、上記のように吸着槽１９を配置することで、気体分離装置１全体としての省スペース化を図ることができる。なお、吸着槽１９と窒素槽４１との上下関係は必ずしも上記の通りである必要はなく、吸着槽１９が窒素槽４１よりも下に配置されていてもよい。ただし、吸着槽１９を窒素槽４１よりも上に配置することにより、吸着槽１９の上下にそれぞれ配置された配管１７、３１やそれらの開閉を制御する弁１８、３８などは、窒素槽４１の高さ方向分で設置面（床等）より上部に配置することができる。これにより、製造およびメンテナンス作業時に、各部品が作業者の目や手の高さの近くまで高くすることができるため、作業時に手が届きやすく、各部品を目視しながら作業ができる。従って、製造作業やメンテナンス作業を容易に行うことができるため、本実施例では上記のように吸着槽１９を配置した。
【００２８】
本実施例の図１では、吸着槽１９の下端が窒素槽４１の上端よりも上に配置され、吸着槽１９の設置スペースと窒素槽４１の設置スペースとが上から見てほぼ重なっているが、吸着槽１９と窒素槽４１との少なくとも一部が重なって配置されていれば、設置スペースの省スペース化が図れるので、吸着槽１９の下端が窒素槽４１の下端よりも上または下に配置され、上から見て吸着槽１９と窒素槽４１との少なくとも一部が重なって配置されていればよい。
【００２９】
また、本実施例では、吸着槽１９が配置された空間と窒素槽４１が配置された空間とを仕切る仕切り板を設けたが、吸着槽１９が窒素槽４１よりも上または下に配置（吸着槽１９の下端が窒素槽４１の下端よりも上または下に配置され、上から見て吸着槽１９と窒素槽４１との少なくとも一部が重なって配置）されていればよく、吸着槽１９と窒素槽４１とが配置される空間を仕切る仕切り板は必ずしも必要ない。ただし、仕切り板を設けることにより、吸着剤の充填により重量の大きくなった吸着槽１９を安定して支持することができる。また、仕切り板を設け、仕切り板の上に吸着槽１９を配置することにより、仕切り板の下に配管１７または配管３１を設置するスペースを設けることができるので、配管を吸着槽１９や窒素槽４１の横に配置する必要がなくなり、設置スペースのさらなる省スペース化を図ることができる。仕切り板を設けない場合は、例えば、窒素槽４１の上にフレームを設け、フレーム上に吸着槽１９が支持されて窒素槽４１、吸着槽１９が配置されてもよい。また、筐体側面に取付ステーを設けて吸着槽１９を直接支持し、窒素槽４１の上に吸着槽１９が配置されてもよい。
【００３０】
本実施例において、吸着槽１９は、昇圧・減圧を繰り返した時に、吸着工程・脱着工程を行うが、吸着槽内部に充填された吸着剤（図示しない）は、縦方向上側から下側に向けて付勢力を与えられて押さえられているので、内部で上下に動いても動きを吸収してくれる。一方、吸着槽１９の長手方向を横に向けた（横置きにした）場合、吸着槽内部に充填された吸着剤は自重で偏るため、吸着槽１９の短手方向（胴回り）上部には小さな隙間ができる。そのため、吸着・脱着工程で吸着槽内に気体の流れが生じると、隙間内で吸着剤の粒が飛散して粒同士が衝突することで粉砕してしまう。粉砕された吸着剤は、吸着できる表面積が減ってしまうことで、吸着効率が低下する。また、この粉砕された吸着剤が、バルブ等のエアー機器に目詰まり等の不具合を起こす原因となる場合がある。
【００３１】
上記理由により、吸着槽１９は、内部に吸着剤を充填しているため、横置きには適さない。そのため、吸着槽１９は長手方向が水平方向と交差するように配置した。即ち縦置きにした。これにより、水平方向の省スペース化を図ることができる。吸着槽１９を複数備える場合には、複数の吸着槽を並列に配置すれば、水平方向の省スペース化を図りつつ、鉛直方向の長さが大きくなりすぎないようにした。
【００３２】
窒素槽４１は、図１に示すように長手方向が吸着槽１９の長手方向と交差する方向、即ち水平方向となるように配置した。これにより、吸着槽１９を縦置きにしたため、鉛直方向の長さが大きくなりすぎないようにした。
【００３３】
空気供給ユニット２においては、ＰＳＡユニット３と同様に水平方向の省スペース化を図るため、圧縮機４、空気槽５、ドライヤー６をそれぞれ上下に並べて配置した。特に、圧縮機４はメンテナンス作業が必要な部材が多いため、空気槽５の上に配置することでメンテナンス作業を容易に行うことができるようにした。
【００３４】
ここで、本実施例の配置におけるＰＳＡユニットの省スペース効果について図４−１０を用いて説明する。図４−１０は、本実施例または本実施例の比較例における吸着槽１９と窒素槽４１の配置を示した図である。図４−１０を用いて、略円筒状の２つの吸着槽１９と１つの窒素槽４１とを特許文献１のように長手方向を上下方向（水平方向と交差する方向）に向けて縦置きで並列に配置した場合と、本実施例のように上下に並べて配置した場合とで設置面積を比較して説明する。
【００３５】
図４−１０では、略円筒状の吸着槽１９と窒素槽４１とについて、長手方向の長さがＨで直径をＤと仮定して設置面積の計算を行った。また、窒素槽４１の長手方向の長さＨを直径Ｄの１倍から４倍までのそれぞれの場合について設置面積の計算を行った。
【００３６】
図４、図５は本実施例の比較例における吸着槽１９と窒素槽４１の配置を示した図である。それぞれ、Ｈ＝Ｄであり、２つの吸着槽１９と窒素槽４１を縦置きに並列に配置している。図４、図５の場合における設置面積Ａ１、Ａ２は、
【数１】
【数２】
【００３７】
ここで、図４、図５のように配置した場合を基準として、本実施例のように吸着槽１９と窒素槽４１とを配置した場合における設置面積について説明する。
【００３８】
図６、図７は本実施例における吸着槽１９と窒素槽４１の配置を示した図である。窒素槽４１の長手方向の長さＨは、それぞれ、Ｈ＝Ｄ，２Ｄであり、２つの吸着槽１９を縦置きにして並列に配置し、窒素槽４１を横置きにして吸着槽１９の下に配置している。図４、図５の場合における設置面積Ａ３、Ａ４は、
【数３】
【数４】
【００３９】
式（３）（４）を式（１）（２）と比較すると、本実施例のように配置した場合は、図４、５のように配置した場合に比べてそれぞれ、45.9％、33.3％の設置面積を減らすことができる。
【００４０】
図６、図７より、吸着槽１９を２つ配置した場合は窒素槽４１の直径が吸着槽１９の直径以下であり、窒素槽４１の長手方向の長さが吸着槽４１の直径の２倍以下である場合において、設置面積を２つの吸着槽１９を縦置きにした場合の設置面積以下に抑えることができる。同様に考えて、吸着槽１９をｎ個配置した場合は、窒素槽４１の直径が吸着槽１９の直径以下であり、窒素槽４１の長手方向の長さが吸着槽４１の直径のｎ倍以下である場合において、設置面積をｎ個の吸着槽１９を縦置きにした場合の設置面積以下に抑えることができる。
【００４１】
図８、図９は本実施例の比較例における吸着槽１９と窒素槽４１の配置を示した図である。窒素槽４１の長手方向の長さＨは、それぞれ、Ｈ＝３Ｄ，４Ｄであり、２つの吸着槽１９を縦置きにして並列に配置し、窒素槽４１を横置きにして吸着槽１９の下に配置している。図８、図９の場合における設置面積Ａ５、Ａ６は、
【数５】
【数６】
【００４２】
式（５）を式（１）（２）と比較すると、図８のように配置した場合は、図４のように配置した場合と比較して18.9％設置面積を減らすことができるが、図５のように配置した場合と比較すると設置面積は同じである。
【００４３】
式（６）を式（１）（２）と比較すると、図９のように配置した場合は、図５、６のように配置した場合と比較して、それぞれ8.1％、23％設置面積が増加している。
【００４４】
以上より、図６、図７のように吸着槽１９をｎ個配置した場合は、窒素槽４１の直径が吸着槽１９の直径以下であり、窒素槽４１の長手方向の長さが吸着槽１９の直径のｎ倍以下である場合において、設置面積をｎ個の吸着槽１９を縦置きにした場合の設置面積に抑えることができる。一方、窒素槽４１の直径が吸着槽１９の直径以下であるか、窒素槽４１の長手方向の長さが吸着槽４１の直径のｎ倍以上である場合において、ｎ個の吸着槽１９を縦置きにした場合の設置面積を超えてしまう。しかし、ｎ個の吸着槽１９と窒素槽４１を図５のように縦置きに配置した場合の設置面積以下に抑えることができれば本実施例のように配置して省スペース化を実現することができる。
【００４５】
ここで、式（１）−（６）をさらに一般化して、直径Ｄ１、長手方向の長さがＨ１の吸着槽１９をｎ個配置し、直径Ｄ２、長手方向の長さがＨ２の窒素槽４１をより設置面積が小さくなる図６のように縦置きにして並列に配置した場合の設置面積Ａ７と、直径Ｄ１、長手方向の長さがＨ１の吸着槽１９をｎ個配置し、直径Ｄ２、長手方向の長さがＨ２の窒素槽４１を本実施例のように配置した場合の設置面積Ａ８について計算する。
【００４６】
直径Ｄ１、長手方向の長さがＨ１の吸着槽１９をｎ個配置し、直径Ｄ２、長手方向の長さがＨ２の窒素槽４１を図６のように縦置きにして並列に配置した場合の設置面積Ａ７は、
Ａ７＝（Ｄ１×ｎ＋Ｄ２）×Ｄ１ （Ｄ１＞Ｄ２の場合） ・・・（７）
Ａ７＝（Ｄ１×ｎ＋Ｄ２）×Ｄ２ （Ｄ１＜Ｄ２の場合） ・・・（８）
【００４７】
直径Ｄ１、長手方向の長さがＨ１の吸着槽１９をｎ個配置し、直径Ｄ２、長手方向の長さがＨ２の窒素槽４１を本実施例のように配置した場合の設置面積Ａ８は、
Ａ８＝Ｄ１×Ｈ２ （Ｄ１＞Ｄ２ かつ Ｄ１×ｎ＜Ｈ２の場合）・・・（９）
Ａ８＝Ｄ２×Ｄ１×ｎ （Ｄ１＜Ｄ２ かつ Ｄ１×ｎ＞Ｈ２の場合）・・・（１０）
Ａ８＝Ｄ２×Ｈ２ （Ｄ１＜Ｄ２ かつ Ｄ１×ｎ＜Ｈ２の場合）・・・（１１）
Ａ８＝Ｄ１×Ｄ１×ｎ （Ｄ１＞Ｄ２ かつ Ｄ１×ｎ＞Ｈ２の場合）・・・（１２）
【００４８】
式（７）−（１２）より、本実施例のように配置した場合の設置面積Ａ８が図５のように配置した場合の設置面積Ａ７よりも小さくなるのは
Ｈ２＜Ｄ１×ｎ＋Ｄ２ ・・・（１３）
上記式（１３）が成立するときである。
【００４９】
なお、特にＤ１＜Ｄ２かつＤ１×ｎ＞Ｈ２の場合（窒素槽４１の直径が吸着槽１９の直径以下であり、窒素槽４１の長手方向の長さが吸着槽１９の直径のｎ倍以下である場合）は、設置面積をｎ個の吸着槽１９を縦置きにした場合の設置面積（Ｄ１×Ｄ１×ｎ）に抑えることができるので設置面積をさらに効果的に減らすことができる。
【００５０】
以上より、（１３）のように吸着槽１９をｎ個配置する場合は、吸着槽１９の直径をＤ１、窒素槽４１の直径をＤ２、長手方向の長さをＨ２としたとき、Ｈ２＜Ｄ１×ｎ＋Ｄ２とすることで、ｎ個の吸着槽１９と窒素槽４１を図５のように縦置きにした場合の設置面積以下に抑えることができる。さらに、窒素槽４１の直径を吸着槽１９の直径以下とし、窒素槽４１の長手方向の長さを吸着槽４１の直径のｎ倍以下（Ｄ１＞Ｄ２かつＤ１×ｎ＞Ｈ２）とすることで、ｎ個の吸着槽１９を縦置きにした場合の設置面積以下に抑えることができ、設置面積をさらに効果的に減らすことができる。
【００５１】
ここで、容量の大きな窒素槽４１が必要である場合について説明する。上述の通り、吸着槽１９をｎ個配置する場合において、吸着槽１９の直径をＤ１、窒素槽４１の直径をＤ２、長手方向の長さをＨ２としたとき、Ｈ２＞Ｄ１×ｎ＋Ｄ２となる窒素槽４１を用いた場合、ｎ個の吸着槽１９と窒素槽４１を図５のように縦置きにした場合の設置面積以下に抑えることはできない。ここで、本実施例では、容量の大きな窒素槽４１が必要である場合、図１０に示すように、Ｈ２＜Ｄ１×ｎ＋Ｄ２となる複数の窒素槽４１を上下に並べて配置した。これにより、ｎ個の吸着槽１９と窒素槽４１を図５のように縦置きにした場合の設置面積以下に抑えることができ、大きな容量の窒素ガスを貯留することができる。
【００５２】
ここまで、気体分離装置１の構成を説明してきたが、ここで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。
【００５３】
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アフタークーラー２により冷却する冷却工程、冷却工程により冷却された空気をエアードライヤー５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を空気槽７に貯留する貯蔵工程、貯蔵工程により貯留された空気から所定の気体を分離する分離工程が行わる。
【００５４】
気体分離装置１の分離工程では、以下の（ａ）〜（ｄ）の工程を順次行われる。
【００５５】
（ａ）吸着工程：圧縮機４により圧縮され空気槽７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。
【００５６】
（ｂ）取出工程：吸着工程から引き続いて、空気槽７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。
【００５７】
（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。なお、ここでは吸着槽１９が複数ある場合について説明したが、吸着槽１９は１つであってもよく、その場合は均圧工程は不要である。
【００５８】
（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および取出弁３８は、閉状態とする。
【実施例２】
【００５９】
本発明の実施例２について図３を用いて説明する。本実施例では実施例１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００６０】
図３に本実施例の気体分離装置１におけるＰＳＡユニット３を示す。本実施例におけるＰＳＡユニット３は、吸着槽１９を空気槽５と窒素槽４１との間に配置し、空気槽５、吸着槽１９、窒素槽４１の配置されているそれぞれの空間を区切る仕切り板を設けた。本実施例では、窒素槽４１が配置されている空間と吸着槽１９が配置されている空間とを区切る第１の仕切り板の上面に吸着槽１９を配置し、吸着槽１９が配置されている空間と空気槽５が配置されている空間とを区切る第２の仕切り板の上面に空気槽５を配置した。即ち、本実施例では、吸着槽１９より上に空気槽５を配置し、吸着槽１９より下に窒素槽４１を配置したが、吸着槽１９よりも下に空気槽５を配置し、吸着槽１９よりも上に窒素槽４１に配置してもよい。
【００６１】
また、本実施例では、吸着槽１９が配置された空間と窒素槽４１が配置された空間とを仕切る第１の仕切り板とを吸着槽１９が配置されている空間と空気槽５が配置されている空間とを区切る第２の仕切り板を設けたが、吸着槽１９は、空気槽５よりも下で窒素槽４１よりも上の位置または、空気槽５よりも上で窒素槽４１よりも下の位置に配置（吸着槽１９の下端が空気槽５の下端と窒素槽４１の下端との間に配置され、上から見て吸着槽１９、空気槽５、窒素槽４１のそれぞれの少なくとも一部が重なって配置）されていればよく、第１の仕切り板、第２の仕切り板は必ずしも必要ない。この場合、例えば、窒素槽４１の上にフレームを設け、フレーム上に吸着槽１９、空気槽５が支持されて窒素槽４１、吸着槽１９、空気槽５が配置されてもよい。
【００６２】
吸着槽１９を空気槽５と窒素槽４１との間に配置することにより、空気槽５と吸着槽１９とを接続する配管１７、吸着槽１９と窒素槽４１とを接続する配管３１、４０等を長く複雑な形状にすることなく配置することができ、スペース、コストを低減することができる。
【００６３】
なお、空気槽５、吸着槽１９、窒素槽４１は１つの筐体に格納される。
【００６４】
本実施例は、空気槽５をＰＳＡユニット３に配置した点で実施例１と異なる。空気槽５をＰＳＡユニット３に配置することにより、ＰＳＡユニット３に空気を供給する空気供給ユニット２において空気槽がない場合や空気槽の容量が少ない場合であっても十分な容量の圧縮空気を吸着槽１９に供給することができる。従って、実施例１と異なり、空気供給ユニット２は必ずしも空気槽５を備えていなくてもよく、空気槽５の容量が小さくてもよい。そのため、例えば、空気供給ユニット２における圧縮機４が大きく、空気供給ユニット２における省スペース化を図る必要がある場合に本実施例におけるＰＳＡユニット３を用いることが有効となる。
【００６５】
なお、本実施例でも実施例１と同様に、容量の大きな空気槽５または窒素槽４１が必要である場合、複数の空気槽５または複数の窒素槽４１を上下に並べて配置すればよい。これにより、設置面積の省スペース化を実現しつつ、大きな容量の窒素ガスを貯留することができる。
【００６６】
これまで説明してきた実施例は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されない。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。また、実施例１、２を組み合わせることにより本発明を実施してもよい。
【符号の説明】
【００６７】
１・・・気体分離装置
２・・・空気供給ユニット
３・・・ＰＳＡユニット
４・・・圧縮機
５・・・空気槽（空気貯留タンク）
６・・・エアードライヤー
７・・・ドレンフィルター
１８・・・供給弁
１９・・・吸着槽
２２・・・排気弁
２３・・・排気口
２６・・・下均圧弁
３３・・・オリフィス
３６・・・上均圧弁
３８・・・取出弁
４１・・・窒素槽（製品ガス貯留タンク）
４２・・・吐出口
４４・・・フィルターレギュレーター
４５・・・吐出弁
４６・・・流量調整弁
５０・・・開閉弁（排気用）
５１・・・流量調整弁（排気用）
５２・・・サイレンサ
５４・・・開閉弁（センサー用）
５５・・・流量調整弁（センサー用）
５６・・・酸素センサー
６０・・・制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給された気体から所定の気体を分離して製品ガスとして生成する吸着剤が充填された略円筒状の吸着槽と、
前記製品ガスを貯留する略円筒状の製品ガス貯留タンクとを備え、
前記吸着槽は前記製品ガス貯留タンクよりも上または下に配置されることを特徴とする気体分離装置。
【請求項２】
前記吸着槽は長手方向が水平方向と交差するように配置され、前記製品ガス貯留タンクは長手方向が前記吸着槽の長手方向と交差するように配置されることを特徴とする請求項１に記載の気体分離装置。
【請求項３】
前記吸着槽を前記貯留タンクよりも上に配置し、前記吸着槽よりも上または下のいずれか一方に前記吸着槽に気体を供給する第１の配管を配置し、他方に前記吸着槽と前記製品ガス貯留タンクとを接続する第２の配管を配置することを特徴とする請求項２に記載の気体分離装置。
【請求項４】
前記第１の配管及び前記第２の配管はそれぞれ流路を開閉する弁を設けることを特徴とする請求項３に記載の気体分離装置。
【請求項５】
前記吸着槽に供給する気体を圧縮する圧縮機と、前記吸着槽に供給する気体を貯留する空気貯留タンクとを有する空気供給ユニットを備えることを特徴とする請求項１乃至４に記載の気体分離装置。
【請求項６】
前記吸着槽と前記製品ガス貯留タンクとを有するＰＳＡユニットと前記空気供給ユニットとを横に並べて配置することを特徴とする請求項５に記載の気体分離装置。
【請求項７】
前記吸着槽と前記製品ガス貯留タンクとは上から見て少なくとも一部が重なって配置されることを特徴とする請求項１に記載の気体分離装置。
【請求項８】
前記吸着槽をｎ個配置した場合において、前記吸着槽の直径をＤ１、前記製品ガス貯留タンクの直径をＤ２、長手方向の長さをＨ２としたとき、Ｈ２＜Ｄ１×ｎ＋Ｄ２とすることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の気体分離装置。
【請求項９】
前記吸着槽をｎ個配置した場合において、前記製品ガス貯留タンクの直径を前記吸着槽の直径以下の寸法とし、前記製品ガス貯留タンクの長手方向の長さを前記吸着槽の直径のｎ倍以下の寸法とすることを特徴とする請求項８に記載の気体分離装置。
【請求項１０】
空気を貯留する略円筒状の空気貯留タンクと、
前記空気貯留タンクから供給された空気から所定の気体を分離して製品ガスとして生成する吸着剤が充填され、略円筒状の吸着槽と、
前記製品ガスを貯留する略円筒状の製品ガス貯留タンクとを備え、
前記吸着槽は、前記空気貯留タンクよりも下で前記製品ガス貯留タンクよりも上の位置または、前記空気貯留タンクよりも上で前記製品ガス貯留タンクよりも下の位置に配置されることを特徴とする気体分離装置。
【請求項１】
供給された気体から所定の気体を分離して製品ガスとして生成する吸着剤が充填された略円筒状の吸着槽と、
前記製品ガスを貯留する略円筒状の製品ガス貯留タンクとを備え、
前記吸着槽は前記製品ガス貯留タンクよりも上または下に配置されることを特徴とする気体分離装置。
【請求項２】
前記吸着槽は長手方向が水平方向と交差するように配置され、前記製品ガス貯留タンクは長手方向が前記吸着槽の長手方向と交差するように配置されることを特徴とする請求項１に記載の気体分離装置。
【請求項３】
前記吸着槽を前記貯留タンクよりも上に配置し、前記吸着槽よりも上または下のいずれか一方に前記吸着槽に気体を供給する第１の配管を配置し、他方に前記吸着槽と前記製品ガス貯留タンクとを接続する第２の配管を配置することを特徴とする請求項２に記載の気体分離装置。
【請求項４】
前記第１の配管及び前記第２の配管はそれぞれ流路を開閉する弁を設けることを特徴とする請求項３に記載の気体分離装置。
【請求項５】
前記吸着槽に供給する気体を圧縮する圧縮機と、前記吸着槽に供給する気体を貯留する空気貯留タンクとを有する空気供給ユニットを備えることを特徴とする請求項１乃至４に記載の気体分離装置。
【請求項６】
前記吸着槽と前記製品ガス貯留タンクとを有するＰＳＡユニットと前記空気供給ユニットとを横に並べて配置することを特徴とする請求項５に記載の気体分離装置。
【請求項７】
前記吸着槽と前記製品ガス貯留タンクとは上から見て少なくとも一部が重なって配置されることを特徴とする請求項１に記載の気体分離装置。
【請求項８】
前記吸着槽をｎ個配置した場合において、前記吸着槽の直径をＤ１、前記製品ガス貯留タンクの直径をＤ２、長手方向の長さをＨ２としたとき、Ｈ２＜Ｄ１×ｎ＋Ｄ２とすることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の気体分離装置。
【請求項９】
前記吸着槽をｎ個配置した場合において、前記製品ガス貯留タンクの直径を前記吸着槽の直径以下の寸法とし、前記製品ガス貯留タンクの長手方向の長さを前記吸着槽の直径のｎ倍以下の寸法とすることを特徴とする請求項８に記載の気体分離装置。
【請求項１０】
空気を貯留する略円筒状の空気貯留タンクと、
前記空気貯留タンクから供給された空気から所定の気体を分離して製品ガスとして生成する吸着剤が充填され、略円筒状の吸着槽と、
前記製品ガスを貯留する略円筒状の製品ガス貯留タンクとを備え、
前記吸着槽は、前記空気貯留タンクよりも下で前記製品ガス貯留タンクよりも上の位置または、前記空気貯留タンクよりも上で前記製品ガス貯留タンクよりも下の位置に配置されることを特徴とする気体分離装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−２５１２４３（Ｐ２０１１−２５１２４３Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２６４３９（Ｐ２０１０−１２６４３９）
【出願日】平成２２年６月２日（２０１０．６．２）
【出願人】（５０２１２９９３３）株式会社日立産機システム (1,140)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２日（２０１０．６．２）
【出願人】（５０２１２９９３３）株式会社日立産機システム (1,140)
【Ｆターム（参考）】
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