JP2006281072A - 気体分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 供給弁、取出弁の不具合を初期段階で検出する。
【解決手段】 吸着槽１，２の上流側には、供給弁１０，１１を介して空気槽５を接続する。吸着槽１，２の下流側には、取出弁２０，２１を介して窒素槽２２を接続する。また、空気槽５、窒素槽２２には、圧力検出器３９，４０をそれぞれ設ける。そして、供給弁・取出弁動作確認回路１０３は、空気槽５、窒素槽２２を昇圧し、吸着槽１，２を減圧した状態で、供給弁１０，１１、取出弁２０，２１の開閉動作を１０回繰返し、圧力検出器３９，４０を用いて開閉動作の前と後の空気槽５、窒素槽２２の圧力差を検出する。この圧力差がしきい値よりも小さいか否かによって、供給弁１０等の不具合を検査することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は気体分離装置に係り、特にＰＳＡ式（Pressure Swing Absorption）の気体分離装置に関し、例えば窒素発生装置または酸素発生装置として用いて好適な気体分離装置に関する。

一般に、ＰＳＡ式気体分離装置は、例えば分子ふるいカーボン、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に分離し、いずれか一方を製品ガスとして取り出し、使用するものである（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−１４８２５８号公報

このような従来技術による気体分離装置は、吸着剤が充填された一対の吸着槽を備えている。ここで、例えば窒素ガスを製品ガスとして生成する場合には、（１）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共に、製品タンク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、（２）取出工程：吸着工程から引続き、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出す工程、（３）均圧工程：取出工程終了後の吸着槽に残存する窒素濃度の高い残留ガスを吸着工程前の他の吸着槽に供給して各吸着槽間の圧力の均圧化を図り、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、（４）再生工程：均圧工程終了後の吸着槽内を大気解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、が順次行われる。そして、気体分離装置は、これらの各工程（１）〜（４）を各吸着槽毎に繰返し行い、窒素ガスを分離生成すると共に、各吸着槽から吐出された窒素ガスは貯留タンク内に貯留させる構成となっていた。

ところで、上述した従来技術の気体分離装置では、装置の運転時間を積算し、この積算運転時間が予め決められた所定時間に達すると、装置のメンテナンス時期を報知する構成となっていた。しかし、実際に装置のメンテナンスが必要となるのは、主に消耗部品である供給弁、取出弁に対して開弁の遅れ等の不具合が生じたときである。これに対し、従来技術では、積算運転時間が所定時間に達すると、例えば供給弁等に不具合が生じたか否かに拘わらず一律に消耗部品を交換していた。このため、十分に使用可能な部品まで交換してしまうことがあり、メンテナンスコストが上昇するという問題があった。

一方、積算時間等による定期的なメンテナンスを実施しない場合には、例えば供給弁、取出弁に開弁の遅れが生じて窒素ガスの濃度が低下してしまい、高濃度の窒素ガスが得られなくなる。この結果、気体分離装置を停止して消耗部品を修理、交換する必要があり、製品ガスの生産性が低下するという問題がある。

本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、供給弁、取出弁等の消耗部品の不具合を初期段階で検出することができ、メンテナンスコストを低減することができる気体分離装置を提供することにある。

上述した課題を解決するために本発明は、空気を圧縮する圧縮機と、該圧縮機により生成された圧縮空気を貯留する空気タンクと、内部に吸着剤が充填され該空気タンク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、該吸着槽により生成された製品ガスを貯留する貯留タンクとを備えてなる気体分離装置に適用される。

そして、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、前記空気タンクと吸着槽との間には、圧縮空気を該吸着槽に供給するための供給弁を設け、前記空気タンク内の圧力を検出する空気タンク圧検出器を設け、前記供給弁の開閉動作を複数回繰返して行い、該空気タンク圧検出器を用いて該開閉動作前の圧力と開閉動作後の圧力とを検出し、開閉動作の前と後の圧力差に基づいて前記供給弁の動作を確認する供給弁動作確認手段を設ける構成としたことにある。

また、請求項２の発明が採用する構成の特徴は、前記貯留タンクと吸着槽との間には、製品ガスを取出すための取出弁を設け、前記貯留タンク内の圧力を検出する貯留タンク圧検出器を設け、前記取出弁の開閉動作を複数回繰返して行い、該貯留タンク圧検出器を用いて該開閉動作前の圧力と開閉動作後の圧力とを検出し、開閉動作の前と後の圧力差に基づいて前記取出弁の動作を確認する取出弁動作確認手段を設ける構成としたことにある。

請求項１の発明によれば、空気タンク内の圧力を検出する空気タンク圧検出器を設けると共に、該空気タンク圧検出器を用いて供給弁の動作を確認する供給弁動作確認手段を設ける構成としている。ここで、例えば空気タンク内を昇圧し、吸着槽内を減圧した状態で供給弁の開閉動作を複数回繰返したときには、空気タンク内の圧縮空気が吸着槽内に供給され、空気タンク内の圧力が低下する。このとき、供給弁の開弁に遅れが生じた場合には、供給弁の開弁の応答性が正常な場合に比べて、供給弁が開弁しているときの合計時間が短くなり、空気タンクから吸着槽に供給される圧縮空気の量が減少する。

このため、供給弁動作確認手段は、空気タンク圧検出器を用いて、供給弁の開閉動作を複数回繰返す以前の圧力と以後の圧力とをそれぞれ検出する。そして、供給弁動作確認手段は、開閉動作の前と後の空気タンク内の圧力差が予め決められた所定のしきい値よりも小さいときには、供給弁の開弁に遅れが生じているから、供給弁のメンテナンス時期である旨を報知する。一方、供給弁動作確認手段は、開閉動作の前と後の空気タンク内の圧力差が予め決められた所定のしきい値よりも大きいときには、供給弁は正常な応答性をもって開，閉しているから、供給弁が正常であると判断することができる。

この結果、供給弁動作確認手段は供給弁の開弁の応答性が低下したことを早期に検出することができるから、メンテナンス時期の到来を報知し、初期段階の不具合が生じた供給弁を速やかに交換することができる。また、装置全体のうちメンテナンスが必要な供給弁を特定することができるから、メンテナンス時間を短縮することができる。また、不具合が生じた供給弁だけを交換することができるから、一定周期毎に全ての弁を交換した場合に比べて、メンテナンスコストを低減することができる。さらに、吸着槽が減圧状態となったときに供給弁動作確認手段を作動させることができるから、例えば気体の分離動作を行う前の暖気運転時に供給弁の動作確認を行うことができる。このため、気体の分離動作を行う前に予め供給弁の不具合を確認、検出することができるから、気体の分離動作中に行う場合に比べて、気体の分離動作を中断することがなく、製品ガスの生産性を高めることができる。

請求項２の発明によれば、貯留タンク内の圧力を検出する貯留タンク圧検出器を設けると共に、該貯留タンク圧検出器を用いて取出弁の動作を確認する取出弁動作確認手段を設ける構成としている。ここで、例えば貯留タンク内を昇圧し、吸着槽内を減圧した状態で取出弁の開閉動作を複数回繰返したときには、貯留タンク内の製品ガスが吸着槽内に供給され、貯留タンク内の圧力が低下する。このとき、取出弁の開弁に遅れが生じた場合には、取出弁の開弁の応答性が正常な場合に比べて、取出弁が開弁しているときの合計時間が短くなるから、貯留タンクから吸着槽に供給される製品ガスの量が減少する。

このため、取出弁動作確認手段は、貯留タンク圧検出器を用いて、供給弁の開閉動作を複数回繰返す以前の圧力と以後の圧力とをそれぞれ検出する。そして、取出弁動作確認手段は、開閉動作の前と後の貯留タンク内の圧力差が予め決められた所定のしきい値よりも小さいときには、取出弁の開弁に遅れが生じているから、取出弁のメンテナンス時期である旨を報知する。一方、取出弁動作確認手段は、開閉動作の前と後の貯留タンク内の圧力差が予め決められた所定のしきい値よりも大きいときには、取出弁は正常な応答性をもって開，閉しているから、取出弁が正常であると判断することができる。

この結果、取出弁動作確認手段は取出弁の開弁の応答性が低下したことを早期に検出することができるから、メンテナンス時期の到来を報知し、初期段階の不具合が生じた取出弁を速やかに交換することができる。また、装置全体のうちメンテナンスが必要な取出弁を特定することができるから、メンテナンス時間を短縮することができる。また、不具合が生じた取出弁だけを交換することができるから、一定周期毎に全ての弁を交換した場合に比べて、メンテナンスコストを低減することができる。さらに、吸着槽が減圧状態となったときに、取出弁動作確認手段を作動させることができるから、気体の分離動作を行う前の暖気運転時に取出弁の動作確認を行うことができる。このため、気体の分離動作を中断することがなく、製品ガスの生産性を高めることができる。

以下、本発明の実施の形態による気体分離装置をＰＳＡ式窒素発生装置に適用した場合を例に挙げて、添付図面を参照して詳細に説明する。

図において、１，２は第１，第２の吸着槽で、各吸着槽１，２内にはそれぞれ吸着剤としての分子ふるいカーボン１Ａ，２Ａが充填されている。

３は圧縮空気供給源となる圧縮機で、圧縮機３は例えば電動モータ４等によって駆動し、吸込口から吸込んだ空気を圧縮して圧縮空気を生成する。また、圧縮機３の吐出口には空気タンクとしての空気槽５が接続されている。

５は圧縮空気を貯留する空気槽（空気タンク）で、該空気槽５は、上流側が圧縮機３に接続されると共に、下流側がドライヤ６を介して吸着槽１，２に接続されている。ここで、ドライヤ６にはその内部に溜まった水分を排出するためのドレン排出弁６Ａが設けられると共に、ドライヤ６の吐出側はエアフィルタ７を介して配管８，９に接続されると共に、配管８，９を介して吸着層１，２に接続されている。そして、ドライヤ６は、圧縮機３により生成された圧縮空気中の水分を除去して、乾燥した圧縮空気を吸着槽１，２に供給している。

１０，１１は配管８，９の途中に設けられた第１，第２の供給弁で、該各供給弁１０，１１は、例えば電磁弁によって構成され、後述の制御回路１００によってその開弁、閉弁が制御されている。そして、供給弁１０，１１は、交互に開弁、閉弁し、空気槽５内の圧縮空気を吸着槽１，２に交互に供給している。

１２，１３は吸着剤から酸素分子を脱着させる時に吸着槽１，２からの気体（ガス）を排出する配管で、排気音を下げるサイレンサ１４に接続されている。そして、配管１２，１３の途中にはそれぞれ吸着槽１，２内の脱着排ガスを半サイクル（一方の吸着槽が吸着工程から均圧工程まで）毎に交互に排出する電磁弁からなる第１，第２の排気弁１５，１６が設けられている。

１７，１８は吸着槽１，２から製品ガスとしての窒素ガスをそれぞれ取り出す取出配管で、該取出配管１７，１８は他の取出配管１９に連結されている。また、取出配管１９は後述の窒素槽２２に接続されている。これにより、取出配管１７〜１９は、吸着槽１，２と窒素槽２２との間を接続し、吸着槽１，２内の窒素ガスを窒素槽２２内に供給するものである。

２０，２１は取出配管１７，１８の途中に設けられた第１，第２の取出弁で、該各取出弁２０，２１は、例えば電磁弁によって構成され、後述の制御回路１００によってその開弁、閉弁が制御されている。そして、取出弁２０，２１は、半サイクルの間だけ交互に開弁し、吸着槽１，２内の窒素ガスを窒素槽２２に供給すると共に、窒素槽２２内の窒素ガスを吸着槽１，２に還流させている。

２２は取出配管１９に接続された貯留タンク（バッファタンク）としての窒素槽で、該窒素槽２２は、吸着槽１，２により生成された製品ガスとしての窒素ガスを貯留し、後述の製品ガス取出配管２８を介して外部の被供給機器（図示せず）に向けて窒素ガスを供給する。

２３，２４は吸着槽１，２間を連通する配管で、各配管２３，２４に吸着槽１，２の上流側と下流側との両端にそれぞれ配置されている。また、配管２３は、配管８，９間を接続すると共に、その途中には電磁弁からなる下均圧弁２５が設けられている。一方、配管２４は、取出配管１７，１８間を接続すると共に、その途中には電磁弁からなる上均圧弁２６が設けられている。そして、これらの均圧弁２５，２６は吸着槽１，２による半サイクルの終了間際に所定の数秒だけ開弁し、吸着槽１，２間を均圧にする(均圧工程)。なお、配管２４には、絞り２７が並列接続されている。

２８は窒素槽２２に接続された製品ガス取出配管で、該製品ガス取出配管２８は、その途中にフィルタレギュレータ２９と後述の製品ガス取出弁３４とが設けられると共に、外部の被供給機器（図示せず）に接続されている。

３０は窒素槽２２内の窒素ガスの濃度を検出するための濃度センサで、該濃度センサ３０は、例えば酸素センサによって構成され、製品ガス取出配管２３から分岐した分岐配管３１に接続されると共に、分岐配管３１の途中には電磁弁からなる濃度検出弁３２と流量調整弁３３とが設けられている。ここで、濃度検出弁３２は、窒素槽２２内の気体が濃度センサ３０に供給可能となるように、装置の作動中は常時開弁している。そして、濃度センサ３０は、窒素槽２２内の酸素濃度に応じた酸素ガス濃度測定信号を出力する。

３４は分岐配管３１よりも下流側に位置して製品ガス取出配管２８の途中に設けられた電磁弁からなる製品ガス取出弁で、該製品ガス取出弁３４は、流量調整弁３５を介して外部の被供給機器（図示せず）に接続されている。そして、製品ガス取出弁３４は、後述の制御回路１００を用いて開弁、閉弁が制御され、濃度センサ３０等により検出した値（窒素ガス濃度）が例えば９９．９％程度の設定値を超えた場合に開弁して窒素槽２２内の窒素ガスを外部に取り出し可能とし、設定値を超えない場合には閉弁する。

３６は製品ガス取出配管２３より分岐した排気管で、該排気管３６の途中には、電磁弁からなる排出弁３７と窒素ガスの排出量を一定に保つ可変の流量調整弁３８とが設けられている。そして、排出弁３７は、後述の制御回路１００を用いて開弁、閉弁が制御され、濃度センサ３０により検出した値（窒素ガス濃度）が例えば９９．９％程度の設定値を超えない場合に開弁して窒素槽２２内の窒素ガスを外部に排出し、設定値を超えた場合には閉弁する。

３９は空気槽５内の圧力を検出する空気タンク圧検出器としての第１の圧力検出器で、該圧力検出器３９は、例えば空気槽５に取付けられると共に、その出力側が制御回路１００に接続されている。そして、圧力検出器３９は、空気槽５内の圧力の応じた第１の検出信号を制御回路１００に向けて出力している。

４０は窒素槽２２内の圧力を検出する貯留タンク圧検出器としての第２の圧力検出器で、該圧力検出器４０は、例えば窒素槽２２に取付けられると共に、その出力側が制御回路１００に接続されている。そして、圧力検出器４０は、窒素槽２２内の圧力の応じた第２の検出信号を制御回路１００に向けて出力している。

次に、制御回路１００について説明する。制御回路１００は、供給弁１０，１１、排気弁１５，１６、取出弁２０，２１、均圧弁２５，２６を開閉制御して窒素ガスを生成するための弁制御回路１０１と、濃度センサ３０から出力される酸素ガス濃度測定信号を用いて窒素層２２内の窒素ガス濃度を検出し、窒素ガス濃度の検出値に基づいて製品ガス取出弁３４、排出弁３７を開閉制御して窒素ガスの排出を制御する排出制御回路１０２と、供給弁１０，１１、排気弁１５，１６、取出弁２０，２１の開閉制御して供給弁１０，１１、取出弁２０，２１の動作確認を行う供給弁・取出弁動作確認回路１０３とによって構成されている。

ここで、弁制御回路１０１の動作について図１ないし図３に基づいて説明すると、弁制御回路１０１は、窒素発生装置を起動することにより、各電磁弁の開閉を制御し、窒素ガス（製品ガス）の発生を行う。

ここで、例えば最初に、第１の吸着槽１では、吸着・還流工程、吸着・取出工程、均圧工程が実行されるのに対し、第２の吸着槽２では、第１の吸着槽１が吸着・還流工程、吸着・取出工程を行っている間に再生工程、昇圧工程が実行され、昇圧工程の終了後に第１の吸着槽１との均圧工程が実行される。

具体的には、図２中の工程(a)では、第１の吸着槽１に対して吸着・還流工程が実行され、第１の吸着槽１側の供給弁１０、取出弁２０を開弁する。これにより、第１の吸着槽１に原料気体としての圧縮空気が圧縮機３より供給されると共に、窒素槽２２内の窒素ガスが取出配管１７，１９を逆流して上部（下流側）より吸着槽１内に還流する。これにより、第１の吸着槽１は圧縮機３からの圧縮空気と窒素槽２２内の窒素ガスとの上・下方向から流入したガスにより昇圧状態にあり、分子ふるいカーボン１Ａに酸素が吸着される。なお、窒素ガスの還流は、吸着しにくい窒素ガスで吸着槽１内の圧力を高め、分子ふるいカーボン１Ａの吸着効率を向上させるために行うものである。

一方、第２の吸着槽２に対しては再生工程が実行され、排気弁１６の開弁により減圧状態にあり、吸着していた酸素が脱着して排出されている。

この結果、工程(a)では、図３に示すように、第１の吸着槽１内の圧力が上昇すると共に窒素槽２２内の圧力が低下し、第１の吸着槽１内の圧力と窒素槽２２内の圧力とがほぼ同じ値になる。これに対し、第２の吸着槽２内の圧力は大気圧程度まで低下する。

次に、図２中の工程(b)では、第１の吸着槽１に対して吸着・取出工程が実行され、第１の吸着槽１側の供給弁１０および取出弁２０を吸着・還流工程に引続き開弁したままで、圧縮空気を第１の吸着槽１に供給し続けるため、第１の吸着槽１内の圧力が窒素槽２２内の圧力より高くなり、第１の吸着槽１内の窒素ガスが取り出される状態となる。このとき、第２の吸着槽２は排気弁１６が開弁した減圧状態の再生工程のままである。

このため、工程(b)では、図３に示すように、第１の吸着槽１内の圧力と窒素槽２２内の圧力は圧縮空気によって徐々に上昇する。一方、第２の吸着槽２内の圧力は大気圧程度に保持される。

次に、図２中の工程(c)では、第１の吸着槽１に対して吸着・取出工程が実行された状態が維持される。これに対し、第２の吸着槽２に対しては昇圧工程が実行され、排気弁１６が閉弁される。これにより、第２の吸着槽２には、絞り２７を介して第１の吸着槽１から取り出された窒素ガスが供給される。

この結果、工程(c)では、図３に示すように、第１の吸着槽１内の圧力と窒素槽２２内の圧力とが圧縮空気によって上昇するのに加え、第２の吸着槽２内の圧力も窒素ガスによって上昇する。

次に、図２中の工程(d)では、第１，第２の吸着槽１，２に対して均圧工程が実行され、均圧弁２５,２６を開弁すると共に供給弁１０、取出弁２０、排気弁１６を閉弁する。これにより、吸着槽１，２と圧縮機３との間が遮断されると共に、吸着槽１，２と窒素槽２２との間が遮断され、吸着槽１，２の間が連通する。この結果、第１の吸着槽１内に残存する窒素ガスは第２の吸着槽２に回収され、図３に示すように、各吸着槽１，２内の圧力は均圧となる。

以上により、１サイクルのうちの前半のサイクルが終了したことになり、供給弁１１、取出弁２１、排気弁１５を開弁することによって、後半のサイクルに切替り、図２中の工程(a)〜(d)とほぼ同様の工程(e)〜(h)を実行する。そして、この後半のサイクルにおいて、第２の吸着槽２では吸着・還流工程、吸着・取出工程、均圧工程を行うのに対し、第１の吸着槽１では、第２の吸着槽２が吸着工程、取出工程を行っている間に再生工程、昇圧工程が実行され、再生工程の終了後に第２の吸着槽２との均圧工程が実行される。

以上のように、弁制御回路１０１は上記サイクルを繰り返すことにより、圧縮機３より供給される原料気体を吸着槽１，２内で窒素ガスとそれ以外のガス（酸素ガス）とに分離し、吸着槽１，２で分離された窒素ガスを窒素槽２２内に貯留させる。

次に、排出制御回路１０２について説明すると、排出制御回路１０２は、窒素発生装置の起動時には製品ガス取出弁３４には開弁信号を出力せず、製品ガス取出弁３４を閉弁させた状態で排出弁３７に開弁信号を出力する。このとき、排出制御回路１０２は濃度センサ３０からの酸素ガス濃度測定信号を用いて窒素槽２２内の製品ガスの窒素濃度を測定する。そして、排出制御回路１０２は、窒素槽２２内の窒素濃度が予め決められた所定の設定値（例えば９９．９％）を超えるまでの間は、排出弁３７を開弁させて窒素槽２２内の窒素濃度の低い窒素ガスを排気管３６を通じて大気中に排出する。そして、窒素発生装置の起動後からしばらく経過すると、窒素槽２２内の窒素濃度が徐々に高まるから、排出制御回路１０２は、窒素槽２２内の窒素濃度が所定の設定値を超えると、排出弁３７を閉弁すると共に、製品ガス取出弁３４を開弁させる。この結果、製品ガス取出配管２８に接続された外部の被供給機器（図示せず）には高濃度の窒素ガスが供給される。

然るに、工程(a)（第１の吸着槽１に対する吸着・還流工程）では、供給弁１０と取出弁２０が同時に開弁し、吸着槽１内に圧縮空気と窒素ガスとを供給する。このとき、供給弁１０の開弁が取出弁２０の開弁に比べて遅れると、空気槽５から吸着槽１に供給される圧縮空気の量が減少すると共に、圧縮空気の供給量が減る分だけ窒素槽２２から吸着槽１に供給される窒素ガスの量が増加する。これにより、窒素槽２２内の圧力が低下するから、工程(a)〜(c)で窒素槽２２とほぼ同じ圧力となる吸着槽１内の圧力（図３参照）も低下することになる。この結果、吸着槽１内の分子ふるいカーボン１Ａの能力が低下して酸素を十分に吸着することができず、窒素ガスの濃度が低下するという問題が生じる。

一方、工程(a)で、取出弁２０の開弁が供給弁１０の開弁に比べて遅れると、窒素槽２２から吸着槽１に還流される窒素ガスの量が減少すると共に、窒素ガスの還流量が減少した分だけ空気槽５から吸着槽１に供給される圧縮空気の量が増加する。このとき、吸着槽１に過剰な量の圧縮空気が供給されると、分子ふるいカーボン１Ａによって吸着可能な許容量を越えた酸素が供給されることになる。この結果、分子ふるいカーボン１Ａによって酸素を十分に吸着することができず、窒素ガスの濃度が低下するという問題が生じる。

同様に、工程(e）（第２の吸着槽２に対する吸着・還流工程）では、供給弁１１と取出弁２１が同時に開弁し、吸着槽２内に圧縮空気と窒素ガスとを供給する構成となっている。このため、供給弁１１と取出弁２１との間で、開弁の時期がずれても、前述と同様に窒素ガスの濃度が低下するという問題が生じる。

このように、ＰＳＡ式窒素発生装置では、高濃度の窒素ガスを生成するために、供給弁１０，１１、取出弁２０，２１の開弁応答性が重要である。そこで、本実施の形態では、供給弁・取出弁動作確認回路１０３を設け、供給弁１０，１１、取出弁２０，２１に開弁の遅れが生じているか否かを確認する構成となっている。

次に、供給弁・取出弁動作確認回路１０３について図４ないし図８に基づいて説明する。ここで、供給弁・取出弁動作確認回路１０３は、例えば窒素発生装置が高濃度の窒素ガスを吐出する前の暖気運転時に起動するものである。

そして、供給弁・取出弁動作確認回路１０３は、図４に示すように、ステップ１でＰＳＡ式窒素発生装置の電源がＯＮが否かを確認し、電源がＯＦＦのときはそのまま待機し、電源がＯＮとなったときには、ステップ２に移行する。

次に、ステップ２では、後述する第１の供給弁の動作確認処理を行い、ステップ３では、第２の供給弁の動作確認処理を行い、ステップ４では、第１の取出弁の動作確認処理を行い、ステップ５では、第２の取出弁の動作確認処理を行う。そして、供給弁・取出弁動作確認回路１０３は、ステップ２〜５によって、第１，第２の供給弁１０，１１と第１，第２の取出弁２０，２１の動作確認が終了すると、ステップ６に移ってリターンする。これにより、制御回路１００は、弁制御回路１０１と排出制御回路１０２とを駆動し、高濃度の窒素ガスを生成する。

次に、第１の供給弁の動作確認処理について図５に基づいて説明する。

まず、ステップ１１では、供給弁１０，１１、排気弁１５，１６、取出弁２０，２１をいずれも閉弁した状態で、圧縮機３を駆動して空気槽５内の圧力を予め決めれた設定値（例えば０．９３ＭＰａ）まで昇圧する。

次に、ステップ１２では、排気弁１５，１６を開弁し、吸着槽１，２内の圧力を大気圧程度まで低下させる。

次に、ステップ１３では、圧縮機３の駆動を停止した後に、圧力検出器３９を用いて空気槽５内の初期圧力Ｐ1sを測定し、このときの初期圧力Ｐ1sを記憶する。

次に、ステップ１４では、供給弁１１、排気弁１５，１６、取出弁２０，２１を閉弁した状態で、予め決められた所定回数（例えば１０回）だけ第１の供給弁１０の開弁、閉弁を繰返す。このとき、１回当り供給弁１０が開弁している時間は例えば１００ｍｓに設定され、閉弁している時間は例えば５００ｍｓに設定されている。そして、供給弁１０の１０回分の開閉動作が終了すると、供給弁１０を閉弁する。

次に、ステップ１５では、圧力検出器３９を用いて空気槽５内の最終圧力Ｐ1eを測定し、このときの最終圧力Ｐ1eを記憶する。そして、ステップ１６では、初期圧力Ｐ1sと最終圧力Ｐ1eとの圧力差Ｐaを演算する（Ｐa＝Ｐ1s−Ｐ1e）。

次に、ステップ１７では、事前の実験等に基づいて予め決められたしきい値Ｐasと、ステップ１６によって演算した圧力差Ｐaとを比較し、圧力差Ｐaがしきい値Ｐasよりも小さいか否かを判定する。

そして、ステップ１７で「ＹＥＳ」と判定したときには、圧力差Ｐaがしきい値Ｐasよりも小さいから（Ｐa＜Ｐas）、第１の供給弁１０の開弁に遅れて生じ、供給弁１０が１０回開弁したときの合計開弁時間が正常動作時に比べて短縮しているものと考えられる。このため、ステップ１８に移って、表示器（図示せず）等に第１の供給弁１０に不具合が生じたことを表示して使用者等に報知し、ステップ２０に移ってリターンする。

一方、ステップ１７で「ＮＯ」と判定したときには、圧力差Ｐaがしきい値Ｐasよりも大きいから（Ｐa≧Ｐas）、ステップ１９に移って、第１の供給弁１０は正常に応答しているものと判断した後に、ステップ２０に移ってリターンする。

次に、第２の供給弁の動作確認処理について図６に基づいて説明する。

まず、ステップ２１では、供給弁１０，１１、排気弁１５，１６、取出弁２０，２１をいずれも閉弁した状態で、圧縮機３を駆動して空気槽５内の圧力を予め決めれた設定値（例えば０．９３ＭＰａ）まで昇圧する。

次に、ステップ２２では、圧縮機３の駆動を停止した後に、圧力検出器３９を用いて空気槽５内の初期圧力Ｐ1sを測定し、このときの初期圧力Ｐ1sを記憶する。

次に、ステップ２３では、供給弁１０、排気弁１５，１６、取出弁２０，２１を閉弁した状態で、予め決められた所定回数（例えば１０回）だけ第２の供給弁１１の開弁、閉弁を繰返す。このとき、１回当り供給弁１１が開弁している時間は例えば１００ｍｓに設定され、閉弁している時間は例えば５００ｍｓに設定されている。そして、供給弁１１の１０回分の開閉動作が終了すると、供給弁１１を閉弁する。

次に、ステップ２４では、圧力検出器３９を用いて空気槽５内の最終圧力Ｐ1eを測定し、このときの最終圧力Ｐ1eを記憶する。そして、ステップ２５では、初期圧力Ｐ1sと最終圧力Ｐ1eとの圧力差Ｐbを演算する（Ｐb＝Ｐ1s−Ｐ1e）。

次に、ステップ２６では、事前の実験等に基づいて予め決められたしきい値Ｐbsと、ステップ２５によって演算した圧力差Ｐbとを比較し、圧力差Ｐbがしきい値Ｐbsよりも小さいか否かを判定する。

そして、ステップ２６で「ＹＥＳ」と判定したときには、圧力差Ｐbがしきい値Ｐbsよりも小さいから（Ｐb＜Ｐbs）、第２の供給弁１１の開弁に遅れて生じ、供給弁１１が１０回開弁したときの合計開弁時間が正常動作時に比べて短縮しているものと考えられる。このため、ステップ２７に移って、表示器（図示せず）等に第２の供給弁１１に不具合が生じたことを表示して使用者等に報知し、ステップ２９に移ってリターンする。

一方、ステップ２６で「ＮＯ」と判定したときには、圧力差Ｐbがしきい値Ｐbsよりも大きいから（Ｐb≧Ｐbs）、ステップ２８に移って、第２の供給弁１１は正常に応答しているものと判断した後に、ステップ２９に移ってリターンする。

次に、第１の取出弁の動作確認処理について図７に基づいて説明する。

まず、ステップ３１では、例えば供給弁１０，１１、排気弁１５，１６を閉弁した状態で、取出弁２０，２１を開弁する。これにより、吸着槽１，２内の窒素ガスを窒素槽２２に供給し、窒素槽２２内の圧力を昇圧（例えば０．７０ＭＰａ程度）する。

なお、例えば窒素槽２２内の圧力が十分に昇圧できない場合を考慮して、排気弁１５，１６を閉弁した状態で、供給弁１０，１１、取出弁２０，２１を開弁し、圧縮機３を駆動することによって窒素槽２２内の圧力を昇圧してもよい。この場合、圧力検出器４０を用いて窒素槽２２内の圧力をモニタすれば、窒素槽２２内の圧力を一定の設定圧にすることができる。

次に、ステップ３２では、取出弁２０，２１を閉弁した状態で、排気弁１５，１６を開弁し、吸着槽１，２内の圧力を大気圧程度まで低下させる。

次に、ステップ３３では、圧力検出器４０を用いて窒素槽２２内の初期圧力Ｐ2sを測定し、このときの初期圧力Ｐ2sを記憶する。

次に、ステップ３４では、供給弁１０，１１、排気弁１５，１６、取出弁２１を閉弁した状態で、予め決められた所定回数（例えば１０回）だけ第１の取出弁２０の開弁、閉弁を繰返す。このとき、１回当り取出弁２０が開弁している時間は例えば１００ｍｓに設定され、閉弁している時間は例えば５００ｍｓに設定されている。そして、取出弁２０の１０回分の開閉動作が終了すると、取出弁２０を閉弁する。

次に、ステップ３５では、圧力検出器４０を用いて窒素槽２２内の最終圧力Ｐ2eを測定し、このときの最終圧力Ｐ2eを記憶する。そして、ステップ３６では、初期圧力Ｐ2sと最終圧力Ｐ2eとの圧力差Ｐcを演算する（Ｐc＝Ｐ2s−Ｐ2e）。

次に、ステップ３７では、事前の実験等に基づいて予め決められたしきい値Ｐcoと、ステップ３６によって演算した圧力差Ｐcとを比較し、圧力差Ｐcがしきい値Ｐcoよりも小さいか否かを判定する。

そして、ステップ３７で「ＹＥＳ」と判定したときには、圧力差Ｐcがしきい値Ｐcoよりも小さいから（Ｐc＜Ｐco）、第１の取出弁２０の開弁に遅れて生じ、取出弁２０が１０回開弁したときの合計開弁時間が正常動作時に比べて短縮しているものと考えられる。このため、ステップ３８に移って、表示器（図示せず）等に第１の取出弁２０に不具合が生じたことを表示して使用者等に報知し、ステップ４０に移ってリターンする。

一方、ステップ３７で「ＮＯ」と判定したときには、圧力差Ｐcがしきい値Ｐcoよりも大きいから（Ｐc≧Ｐco）、ステップ３９に移って、第１の取出弁２０は正常に応答しているものと判断した後に、ステップ４０に移ってリターンする。

次に、第２の取出弁の動作確認処理について図８に基づいて説明する。

まず、ステップ４１では、供給弁１０，１１、排気弁１５，１６、取出弁２０，２１をいずれも閉弁した状態で、圧力検出器４０を用いて窒素槽２２内の初期圧力Ｐ2sを測定し（例えば０．６５ＭＰａ程度）、このときの初期圧力Ｐ2sを記憶する。

次に、ステップ４２では、供給弁１０，１１、排気弁１５，１６、取出弁２０を閉弁した状態で、予め決められた所定回数（例えば１０回）だけ第２の取出弁２１の開弁、閉弁を繰返す。このとき、１回当り取出弁２１が開弁している時間は例えば１００ｍｓに設定され、閉弁している時間は例えば５００ｍｓに設定されている。そして、取出弁２１の１０回分の開閉動作が終了すると、取出弁２１を閉弁する。

次に、ステップ４３では、圧力検出器４０を用いて窒素槽２２内の最終圧力Ｐ2eを測定し、このときの最終圧力Ｐ2eを記憶する。そして、ステップ４４では、初期圧力Ｐ2sと最終圧力Ｐ2eとの圧力差Ｐdを演算する（Ｐd＝Ｐ2s−Ｐ2e）。

次に、ステップ４５では、事前の実験等に基づいて予め決められたしきい値Ｐdoと、ステップ４４によって演算した圧力差Ｐdとを比較し、圧力差Ｐdがしきい値Ｐdoよりも小さいか否かを判定する。

そして、ステップ４５で「ＹＥＳ」と判定したときには、圧力差Ｐdがしきい値Ｐdoよりも小さいから（Ｐd＜Ｐdo）、第２の取出弁２１の開弁に遅れて生じ、取出弁２１が１０回開弁したときの合計開弁時間が正常動作時に比べて短縮しているものと考えられる。このため、ステップ４６に移って、表示器（図示せず）等に第２の取出弁２１に不具合が生じたことを表示して使用者等に報知し、ステップ４８に移ってリターンする。

一方、ステップ４５で「ＮＯ」と判定したときには、圧力差Ｐdがしきい値Ｐdoよりも大きいから（Ｐd≧Ｐdo）、ステップ４７に移って、第２の取出弁２１は正常に応答しているものと判断した後に、ステップ４８に移ってリターンする。

かくして、本実施の形態では、空気槽５の圧力を検出する圧力検出器３９を用いて供給弁１０，１１の動作を確認する構成としたから、空気槽５を昇圧し、吸着槽１，２を減圧した状態で、供給弁１０，１１を複数回に亘って開，閉させることによって、この複数回の開閉動作の前と後で空気槽５に圧力差を生じさせることができ、この圧力差に基づいて供給弁１０，１１の不具合を初期段階で検出することができる。

一方、窒素槽２２の圧力を検出する圧力検出器４０を用いて取出弁２０，２１の動作を確認する構成としたから、窒素槽２２を昇圧し、吸着槽１，２を減圧した状態で、取出弁２０，２１を複数回に亘って開，閉させることによって、この複数回の開閉動作の前と後で窒素槽２２に圧力差を生じさせることができ、この圧力差に基づいて取出弁２０，２１の不具合を初期段階で検出することができる。

この結果、供給弁１０，１１、取出弁２０，２１の開弁の応答性が低下したことを早期に検出することができるから、メンテナンス時期の到来を使用者等に報知することができ、初期段階の不具合が生じた供給弁１０，１１、取出弁２０，２１を速やかに交換することができる。また、装置全体のうちメンテナンスが必要な供給弁１０，１１、取出弁２０，２１を特定することができるから、メンテナンス時間を短縮することができる。また、不具合が生じた供給弁１０，１１、取出弁２０，２１だけを交換することができるから、一定周期毎に全ての弁を交換した場合に比べて、メンテナンスコストを低減することができる。さらに、吸着槽１，２が減圧状態となったときに供給弁１０，１１、取出弁２０，２１の動作確認を行うことができるから、例えば気体の分離動作（窒素ガスの生成動作）を行う前の暖気運転時に供給弁１０，１１、取出弁２０，２１の動作確認を行うことができる。このため、気体の分離動作を行う前に予め供給弁１０，１１等の不具合を確認、検出することができるから、気体の分離動作中に行う場合に比べて、気体の分離動作を中断することがなく、窒素ガスの生産性を高めることができる。

また、本実施の形態では、空気槽５、窒素槽２２に設けられた圧力検出器３９，４０を用いて、供給弁１０，１１、取出弁２０，２１の動作確認を行うから、一般的に空気槽５、窒素槽２２の圧力検出用に圧力検出器３９，４０が取付けられているのに対し、この圧力検出器３９，４０を供給弁１０，１１、取出弁２０，２１の動作確認に流用することができる。このため、供給弁１０，１１、取出弁２０，２１に動作確認用の装置、回路等を別途設ける必要がなく、制御回路１００内にプログラム等からなる供給弁・取出弁動作確認回路１０３を付加することによって容易に供給弁１０，１１等の動作確認を行うことができる。このため、製造コストの上昇を抑制しつつ、供給弁・取出弁動作確認回路１０３を適用することができる。

なお、前記実施の形態では、ステップ１１〜２０，２１〜２９が供給弁動作確認手段の具体例を示し、ステップ３１〜４０，４１〜４８が取出弁動作確認手段の具体例を示している。

また、前記実施の形態では、供給弁１０，１１、取出弁２０，２１の動作確認には、供給弁１０，１１、取出弁２０，２１の開閉動作を１０回繰返すものとした。しかし、本発明はこれに限らず、供給弁、取出弁の開閉動作は例えば２回〜９回繰返す構成としてもよく、１１回以上繰返す構成としてもよい。この場合、繰返す回数を増加するに従って、弁が正常な場合と不具合が生じた場合との間で、圧力差が大きくなり、不具合の検出が容易になるものである。

また、前記実施の形態では、供給弁・取出弁動作確認回路１０３はＰＳＡ式窒素発生装置の起動時（暖気運転時）に常に動作するものとしたが、例えば制御回路１００にメンテナンス用の確認モードを設け、使用者等によって該確認モードが選択されたときに限り供給弁・取出弁動作確認回路１０３が動作する構成としてもよい。

また、前記実施の形態では、供給弁１０，１１、排気弁１５，１６、取出弁２０，２１、均圧弁２５，２６、製品ガス取出弁３４、排出弁３７は電磁弁を用いて構成するものとした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば空気槽５内の空気圧を利用して開閉する空圧制御弁を用いて構成してもよい。

また、前記実施の形態では、一対の吸着槽１，２を有するＰＳＡ式窒素発生装置を用いて説明したが、これに限ることはなく、空気槽と吸着槽との間に供給弁が設けられると共に、吸着槽と窒素槽との間に取出弁が設けられていれば、単一および２つ以上の吸着槽を有していても良い。

さらに、前記実施の形態では、気体分離装置として窒素ガスを発生させる窒素発生装置を例に挙げて説明したが、例えば酸素ガスを発生させる酸素発生装置に適用してもよいものである。

本発明の実施の形態による気体分離装置を示す全体構成図である。 ＰＳＡ式窒素発生装置の第１，第２の吸着槽の各工程を示す説明図である。 空気槽、第１，第２の吸着槽、窒素槽の圧力の時間変化を示す特性線図である。 供給弁・取出弁動作確認回路の動作を示す流れ図である。 図４中の第１の供給弁の動作確認処理を示す流れ図である。 図４中の第２の供給弁の動作確認処理を示す流れ図である。 図４中の第１の取出弁の動作確認処理を示す流れ図である。 図４中の第２の取出弁の動作確認処理を示す流れ図である。

符号の説明

１，２ 吸着槽
３ 圧縮機
５ 空気槽（空気タンク）
１０，１１ 供給弁
２０，２１ 取出弁
２２ 窒素槽（貯留タンク）
３９ 圧力検出器（空気タンク圧検出器）
４０ 圧力検出器（貯留タンク圧検出器）
１００ 制御回路
１０３ 供給弁・取出弁動作確認回路

Claims (2)

1. 空気を圧縮する圧縮機と、該圧縮機により生成された圧縮空気を貯留する空気タンクと、内部に吸着剤が充填され該空気タンク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、該吸着槽により生成された製品ガスを貯留する貯留タンクとを備えてなる気体分離装置において、
   前記空気タンクと吸着槽との間には、圧縮空気を該吸着槽に供給するための供給弁を設け、
   前記空気タンク内の圧力を検出する空気タンク圧検出器を設け、
   前記供給弁の開閉動作を複数回繰返して行い、該空気タンク圧検出器を用いて該開閉動作前の圧力と開閉動作後の圧力とを検出し、開閉動作の前と後の圧力差に基づいて前記供給弁の動作を確認する供給弁動作確認手段を設ける構成としたことを特徴とする気体分離装置。
2. 空気を圧縮する圧縮機と、該圧縮機により生成された圧縮空気を貯留する空気タンクと、内部に吸着剤が充填され該空気タンク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、該吸着槽により生成された製品ガスを貯留する貯留タンクとを備えてなる気体分離装置において、
   前記貯留タンクと吸着槽との間には、製品ガスを取出すための取出弁を設け、
   前記貯留タンク内の圧力を検出する貯留タンク圧検出器を設け、
   前記取出弁の開閉動作を複数回繰返して行い、該貯留タンク圧検出器を用いて該開閉動作前の圧力と開閉動作後の圧力とを検出し、開閉動作の前と後の圧力差に基づいて前記取出弁の動作を確認する取出弁動作確認手段を設ける構成としたことを特徴とする気体分離装置。

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