JP4048245B2 - Method and apparatus for producing nitrogen gas - Google Patents
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Description
本発明は、窒素ガスの製造方法および製造装置に関する技術であって、更に詳細に述べると、圧縮空気から酸素ガスを除去することで作り出した窒素ガスから、更に酸素ガスを除去してより濃度の高い窒素ガスを容易に安価に作り出す技術に関するものについて述べたものである。 The present invention relates to a method and apparatus for producing nitrogen gas. More specifically, the present invention relates to a nitrogen gas produced by removing oxygen gas from compressed air. This is about the technology that makes high nitrogen gas easily and cheaply.
従来、窒素ガスの製造方法および製造装置に関する技術としては、PSA方式と膜分離方式と深冷分離方式の三種類が一般的であった。 Conventionally, as a technique related to a method for producing nitrogen gas and a production apparatus, there are generally three types: a PSA method, a membrane separation method, and a cryogenic separation method.
その中で、PSA方式は、Pressure Swing Adsorption の略称を意味していて、圧縮空気を活性炭の一種である吸着材に通すことで、高圧力下で特定のガスを吸着し、低圧力下で特定のガスを吐き出す、という吸着材の特性を利用して、圧縮空気から酸素ガス等を吸着することで窒素ガスを分離する方式である。 この場合、ヒートレス・ドライヤと同様の原理をもち、装置は二筒式で膜分離式よりも大型となり、電磁弁などのメンテナンス負荷もかかる。 尚、この方式による窒素ガス濃度は通常99〜99.9999%程度であった。 Among them, the PSA method is an abbreviation for Pressure Swing Adsorption, and by passing compressed air through an adsorbent that is a kind of activated carbon, a specific gas is adsorbed under high pressure and specified under low pressure. This is a method of separating nitrogen gas by adsorbing oxygen gas or the like from compressed air, utilizing the characteristic of the adsorbent that exhales the gas. In this case, the principle is the same as that of a heatless dryer, the apparatus is a two-cylinder type and larger than the membrane separation type, and a maintenance load such as a solenoid valve is applied. In addition, the nitrogen gas concentration by this system was usually about 99 to 99.9999%.
一方、膜分離方式は、圧縮空気を中空糸状の高分子膜である中空糸膜内に送り込み、圧縮空気に含まれている各ガス成分が膜に対して透過し易いかどうかの差を利用して、窒素ガスを分離する方式である。 この場合、PSA方式よりも小型でメンテナンス負荷も小さい反面、窒素ガス濃度は95〜99.9%程度であるため、高濃度のニーズにはあまり適しなかった。 On the other hand, in the membrane separation method, compressed air is fed into a hollow fiber membrane that is a hollow fiber polymer membrane, and the difference in whether each gas component contained in the compressed air easily permeates the membrane is used. Thus, nitrogen gas is separated. In this case, although it is smaller than the PSA method and has a smaller maintenance load, since the nitrogen gas concentration is about 95 to 99.9%, it is not very suitable for needs of high concentration.
また、深冷分離方式は、大量と高濃度のニーズ向けのものであって、空気を冷却して分離生成していた。 例えば、空気を−190℃前後にした場合には、窒素の沸点は−198.5℃であり酸素の沸点は−183.0℃であるので、酸素は液化し分離することが出来る。 この場合、99.999%以上の高濃度の窒素ガスが得られるが、大規模な設備が必要であった。 一方、供給は、タンクローリーによる搬送のほか、大口ユーザーの工場敷地内や隣接地にプラントを設置してパイピングする方式も採られていた。 Further, the cryogenic separation method is for needs of a large amount and a high concentration, and is separated and generated by cooling air. For example, when air is set to around -190 ° C, the boiling point of nitrogen is -198.5 ° C and the boiling point of oxygen is -183.0 ° C, so that oxygen can be liquefied and separated. In this case, nitrogen gas having a high concentration of 99.999% or more can be obtained, but a large-scale facility is required. On the other hand, in addition to transportation by tank lorries, a method was also employed in which piping was installed by installing a plant in the factory premises of large-scale users or in adjacent areas.
しかしながら、このような従来の、窒素ガスの製造方法および製造装置に関しては、以下に示すような課題があった。 However, the conventional nitrogen gas production method and production apparatus have the following problems.
先ず、PSA方式の場合、装置が大型となり、電磁弁等の装置のメンテナンスに難点があった。 また、流量が多くなると、濃度に難点が有った。 First, in the case of the PSA method, the apparatus becomes large, and there is a difficulty in maintenance of apparatuses such as solenoid valves. Further, when the flow rate was increased, there was a difficulty in concentration.
次に、膜分離方式の場合、窒素ガスの濃度は95〜99.9%程度となるため、高濃度のニーズには適しなかった。 Next, in the case of the membrane separation method, the concentration of nitrogen gas is about 95 to 99.9%, which is not suitable for high concentration needs.
最後に、深冷分離方式の場合、99.999%以上の高濃度の窒素ガスが得られるが、大規模な設備が必要であった。 Finally, in the case of the cryogenic separation method, nitrogen gas having a high concentration of 99.999% or more can be obtained, but a large-scale facility is required.
本発明は、圧縮空気から酸素ガスを除去することで作り出した窒素ガスを、加熱した鉄粉末または加熱したマグネシュウム粉末に接触させることで残った酸素ガスを反応させて除去することを特徴とし、更には、圧縮空気から酸素ガスを除去することで作り出した窒素ガスを加熱した後に、マグネシュウム粉末に接触させることで残った酸素ガスを反応させて除去することを特徴とし、更には、前記マグネシュウム粉末は、平均粒度10〜1000μmの大きさであり、加熱温度50〜600℃であることを特徴とすることによって、上記課題を解決したのである。 The present invention is characterized in that nitrogen gas produced by removing oxygen gas from compressed air is reacted with heated iron powder or heated magnesium powder to remove the remaining oxygen gas, and is further removed. Is characterized in that after heating the nitrogen gas produced by removing oxygen gas from the compressed air, the remaining oxygen gas is reacted and removed by contacting with the magnesium powder. The above problems have been solved by having an average particle size of 10 to 1000 μm and a heating temperature of 50 to 600 ° C.
また本発明は、圧縮空気が流れる順に、圧縮空気から酸素ガスを除去することで窒素ガスを作り出す中空糸膜60またはPSA方式による窒素ガス発生装置40と、前記窒素ガスを加熱した金属に接触させることで残った酸素ガスを反応させて除去する脱酸素装置500を配設して、更に濃度の高い窒素ガスを作り出すことを特徴とし、更には、前記中空糸膜60または前記PSA方式による窒素ガス発生装置40の上流に、圧縮空気を乾燥させる乾燥装置300を配設し、前記脱酸素装置500は、鉄粉末509またはマグネシュウム粉末を充填したものであることを特徴とし、更には、圧縮空気が流れる順に、圧縮空気から酸素ガスを除去することで窒素ガスを作り出す中空糸膜60またはPSA方式による窒素ガス発生装置40と、前記窒素ガスを加熱した後にマグネシュウム粉末に接触させることで残った酸素ガスを反応させて除去する脱酸素装置550を配設して、更に濃度の高い窒素ガスを作り出すことを特徴とし、更には、前記マグネシュウム粉末は、平均粒度10〜1000μmの大きさであることを特徴とすることによって、上記課題を解決したのである。In addition, the present invention brings the nitrogen gas into contact with the heated metal and the
以上の説明から明らかなように、本発明によって、以下に示すような効果をあげることが出来る。 As is clear from the above description, the present invention can provide the following effects.
第一に、脱酸素装置の発想によって、安価で更に高濃度の窒素ガスを容易に作り出すことが可能となった。 First, the idea of a deoxygenation device made it possible to easily produce cheaper and higher concentration nitrogen gas.
第二に、圧縮空気を中空糸膜と脱酸素装置の二つの装置を通過させることで、安価で更に高濃度の窒素ガスを容易に作り出すことが可能となった。 Secondly, by passing compressed air through two devices, a hollow fiber membrane and a deoxygenation device, it has become possible to easily produce cheaper and higher concentration nitrogen gas.
第三に、圧縮空気をPSA方式による窒素ガス発生装置と脱酸素装置の二つの装置を通過させることで、安価で更に高濃度の窒素ガスを容易に作り出すことが可能となった。 Thirdly, by passing the compressed air through two devices, a PSA-type nitrogen gas generator and a deoxygenator, it has become possible to easily produce nitrogen gas with a higher concentration at a lower cost.
第四に、脱酸素装置に鉄粉末やマグネシュウム粉末を使用し、平均粒度を限定することによって、安価で更に高濃度の窒素ガスを容易に作り出すことが可能となった。 Fourthly, by using iron powder or magnesium powder in the deoxygenation device and limiting the average particle size, it has become possible to easily produce cheaper and higher concentration nitrogen gas.
第五に、窒素ガスを加熱した金属に接触させたり、窒素ガスを加熱して金属に接触させたりすることで、加えて加熱温度を限定することで、安価で軽量な更に濃度の高い窒素ガスを容易に作り出すことが可能となった。 Fifth, nitrogen gas is brought into contact with a heated metal, or nitrogen gas is heated and brought into contact with the metal, and in addition, the heating temperature is limited so that it is cheaper and lighter and more highly concentrated nitrogen gas. Can be created easily.
第六に、中空糸膜とPSA方式による窒素ガス発生装置の上流に、圧縮空気を乾燥させる乾燥装置を配設することで、安価で軽量な更に濃度の高い窒素ガスを容易に作り出すことが可能となった。 Sixth, by providing a drying device that dries compressed air upstream of the hollow fiber membrane and the PSA-type nitrogen gas generator, it is possible to easily produce cheaper, lighter and more concentrated nitrogen gas. It became.
以下、本発明の実施の形態を図面と共に詳細に説明する。
ここで、図1は、本発明全体を示した第一実施例の図であり、図2は、本発明全体を示した第二実施例の図であり、図3は、本発明を構成している脱酸素装置を示した図であり、図4は、本発明を構成している別の脱酸素装置を示した図である。
(第一実施例)Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
Here, FIG. 1 is a diagram of the first embodiment showing the whole of the present invention, FIG. 2 is a diagram of the second embodiment showing the whole of the present invention, and FIG. 3 is a diagram constituting the present invention. FIG. 4 is a diagram showing another deoxygenation device constituting the present invention.
(First Example)
図1に見られるように、10はコンプレッサーであり、具体的には図示してはいないが、電動モーターと圧縮機本体と空気タンクより構成され、電動モーターの回転をベルトに伝達して圧縮機本体に伝え、大気を吸引して圧縮空気を作り出し、具体的には図示していない空気タンクに貯蔵するようになっている。 この場合、空気タンクに関しては、コンプレッサー10に一体に構成しないで、圧縮空気配管202、203、211の途中に配置する構成等も考えられる。 As shown in FIG. 1,
ここで、コンプレッサー10の空気タンクに貯蔵された圧縮空気は、圧縮空気配管202と、圧縮空気に含まれている麈埃やオイルミスト等の異物を除去するフィルター20と、圧縮空気配管203と、圧縮空気より水蒸気を除去して乾燥させる乾燥装置300と、圧縮空気配管211を経由して透過スピードの差によって窒素ガスを残存させる中空糸膜60に送り込むようになっている。 Here, the compressed air stored in the air tank of the
この場合、フィルター20は、図1では塵埃とオイルミスト等の異物を除去することを目的として一組で構成しているが、圧縮空気より塵を除去するプレフィルターと圧縮空気より油を除去するミストフィルターとミクロミストフィルターを目的毎に分けて二組で構成しても構わない。 また、プレフィルターとミクロミストフィルターと活性炭フィルターと三組を配設する構成も考えられる。 In this case, the filter 20 is configured as a set in FIG. 1 for the purpose of removing foreign matters such as dust and oil mist, but the pre-filter for removing dust from compressed air and the oil from compressed air are removed. The mist filter and the micro mist filter may be divided into two groups for each purpose. Moreover, the structure which arrange | positions three sets, a prefilter, a micro mist filter, and an activated carbon filter is also considered.
尚、一つの例として、プレフィルターは、圧縮空気内に存在する3μm以上の大きい異物を除去する能力としたときに、ミクロミストフィルターは、圧縮空気内に存在する0.01μm以上の小さい異物を除去することが望ましく、場合によっては、ミクロミストフィルターの下流に圧縮空気内の匂いを除去する能力にある活性炭フィルターを配設することも考えられる。 但し、フィルターの能力に関しては、記載された能力に限定される訳ではない。 As an example, when the pre-filter has the ability to remove large foreign matters of 3 μm or more existing in compressed air, the micro mist filter removes small foreign matters of 0.01 μm or more present in compressed air. In some cases, an activated carbon filter capable of removing odors in compressed air may be disposed downstream of the micro mist filter. However, the ability of the filter is not limited to the stated ability.
一方、乾燥装置300に関しては、圧縮空気を乾燥させる機能を持ってさえいれば、冷凍式のものでも、膜式のものでも、シリカゲルや活性アルミナやゼオライト及びこれらの組み合わせたもの等の乾燥剤によるものでも、その他どのような方式によるものでも構わない。 また、乾燥装置300からは、露化させて溜まったドレン水が排出することが出来るようにもなっている。 On the other hand, as long as the drying apparatus 300 has a function of drying compressed air, it can be a refrigeration type, a membrane type, silica gel, activated alumina, zeolite, or a combination thereof. Or any other method. In addition, the drain apparatus 300 can discharge drain water accumulated by dew.
次に、中空糸膜60は、ポリエステル製で何千ものストロー状の中空糸が束ねられたものにより形成され、中空糸の内部に圧縮空気を通すことで、それぞれのガスが固有に持っている中空糸の膜の透過スピードが違うことから、空気中に最も多くふくまれている窒素ガスを残存させる装置である。 Next, the
この場合、圧縮空気を構成しているガスが中空糸の膜を透過するスピードとしては、早く放出するガスと放出しにくいガスがあり、残ったガスが窒素ガスということになる。
特に、中空糸がポリエステル製の場合、水蒸気が一番透過しやすく、以下水素ガスやヘリウムガスが続き、更に炭酸ガスと一酸化炭素が続き、最後に酸素ガスとアルゴンガスと窒素ガスが一番透過しにくく、その中でも窒素ガスが一番透過しにくいガスということで残存する訳である。 そして、早く透過した酸素ガスを中心とする各種のガスは、残存した窒素ガスと区分され排出されるのである。In this case, the speed at which the gas constituting the compressed air permeates through the membrane of the hollow fiber includes a gas that is released quickly and a gas that is difficult to release, and the remaining gas is nitrogen gas.
In particular, when the hollow fiber is made of polyester, water vapor is most permeable, followed by hydrogen gas and helium gas, followed by carbon dioxide and carbon monoxide, and finally oxygen gas, argon gas and nitrogen gas. It is difficult to permeate, and among them, nitrogen gas is the most difficult gas to permeate. Various gases centered on the oxygen gas that permeated quickly are separated from the remaining nitrogen gas and discharged.
尚、温度が変化しない場合には、圧縮空気の圧力と時間、即ち流量によって、発生する窒素ガスの濃度は左右される。 従って、中空糸膜60の上流または下流に、場合によっては、圧縮空気配管202、203、211または後で述べる窒素ガス配管212、207の何れかの部分に、流量を調整することが可能な絞り弁を配設することが、窒素ガスの濃度を上げる為に効果的な方法であるとも言える。 When the temperature does not change, the concentration of the generated nitrogen gas depends on the pressure and time of the compressed air, that is, the flow rate. Therefore, a throttle capable of adjusting the flow rate upstream or downstream of the
また、中空糸の膜としては、ポリエステルの他に、ポリオレフィンやポリプロピレン等の樹脂も考えられる。 In addition to polyester, resins such as polyolefin and polypropylene are also conceivable as the hollow fiber membrane.
ここにおいて、圧縮空気が中空糸膜60を通過することによって残存した窒素ガスは、窒素ガス配管212と脱酸素装置500、550の何れかの装置と窒素ガス配管207を経由して、更に濃度の高い窒素ガスを送り出すことが出来るようになっている。 尚、脱酸素装置500、550に関しては、図3に見られる脱酸素装置500と、図4に見られる脱酸素装置550の何れの方式を使用しても構わないし、その他の方式を使用することも考えられる。 Here, the nitrogen gas remaining as a result of the compressed air passing through the
所で、脱酸素装置500は、容器501の中に鉄粉末509を充填し、その鉄粉末509を加熱する加熱手段520を配設したもので、窒素ガスを加熱した鉄粉末509に接触させることで、窒素ガスに含まれている酸素ガスを酸化によって除去することを目的としているのである。 In this regard, the
この場合、鉄粉末509は、平均粒度10〜250μmの大きさのものであることが望ましい。更には、平均粒度30〜150μmの大きさのものであることがより望ましい。ここで、粒子が小さければ小さいほど、酸化の反応には効果が有るが、小さい粒子を製造するには困難が伴う。 一方、粒子が大きければ大きいほど、酸化の反応には効果が減少するが、製造には容易である。 In this case, it is desirable that the
更に、鉄粉末509の表面に活性炭を、重量比15%の割合で被覆すると、酸化の反応に際して効果的である。 即ち、鉄粉末509の表面に活性炭を、重量比5〜25%の割合で被覆することは非常に効果的である。 Furthermore, when the surface of the
この様な状況の下で、入口501aと出口502aに窒素ガスが出入りし易いように空間部を確保する目的で、鉄粉末509を二枚のパンチングプレート503で挟み、パンチングプレート503をパイプ支持材504で支えているのである。 Under such circumstances, the
以上の様にして、蓋502を容器501の上に載置してボルト505で固定することによって、脱酸素装置500は、容器501と蓋502と鉄粉末509とパンチングプレート503と支持材504とボルト505と加熱手段520から構成され、容器501に形成された人口501aには窒素ガス配管206、212の何れかが接続し、蓋502に形成された出口502aには窒素ガス配管207が接続するようになっている。 但し、入口と出口が蓋502と容器501に形成されるように入れ替えてみても構わない。 As described above, by placing the
更に、脱酸素装置500では、容器501の周囲を加熱手段520で加熱することにより、容器501に充填された鉄粉末509を加熱することが可能になっている。 この場合、加熱手段520としては、容器501の内部を加熱しても良いし、内外両方を加熱しても良い。 また、加熱の方法としては、ガスや蒸気や電気によって、単独でまたは複合して使用することが考えられる。 Further, in the
そして、その際の加熱温度としては、50〜1500℃であることが望ましい。 更には、加熱温度としては、80〜500℃であることがより望ましい。 この場合、加熱温度が高ければ高いほど酸化の反応は促進されるが、一方加熱温度が高いと容器501等は強度の面や安全の面から高温に対しての配慮を払わねばならないという問題点が生じるのである。 And as heating temperature in that case, it is desirable that it is 50-1500 degreeC. Furthermore, the heating temperature is more preferably 80 to 500 ° C. In this case, the higher the heating temperature, the more the oxidation reaction is promoted. On the other hand, when the heating temperature is high, the
尚、鉄粉末509に関しては、マグネシュウム粉末を替わりに使用しても構わない。 その場合、平均粒度10〜1000μmの大きさであることが望ましい。 更には、平均粒度30〜500μmの大きさのものであることがより望ましい。 この場合、鉄粉末509と同様に、粒子が小さければ小さいほど、酸化の反応には効果が有るが、小さい粒子を製造するには困難が伴う。 一方、粒子が大きければ大きいほど、酸化の反応には効果が減少するが、製造には容易である。 For the
また、加熱温度としては、50〜600℃であることが望ましい。 更には、加熱温度としては、80〜500℃であることがより望ましい。 この場合、加熱温度が高ければ高いほど酸化の反応は促進されるが、一方加熱温度が高いと容器501等は強度の面や安全の面から高温に対しての配慮を払わねばならないという問題点が生じるのである。 加えて、マグネシュウム粉末の場合には、鉄粉末に較べて水と反応し易い為に、安全の面で配慮を払う必要はある。 Moreover, as heating temperature, it is desirable that it is 50-600 degreeC. Furthermore, the heating temperature is more preferably 80 to 500 ° C. In this case, the higher the heating temperature, the more the oxidation reaction is promoted. On the other hand, when the heating temperature is high, the
一方、脱酸素装置550は、容器501の中に鉄粉末509を充填した脱酸素槽530と、窒素ガスを加熱する加熱手段562を配設した加熱槽560を、窒素ガス配管565で接続したもので、過熱した窒素ガスを鉄粉末509に接触させることで、窒素ガスに含まれている酸素ガスを酸化によって除去することを目的としている。 On the other hand, the
この場合、鉄粉末509の平均粒度に関しては、活性炭の被覆も含め、脱酸素装置500に記載した考え方と同一であるので省略する。 また、パンチングプレート503と支持材504で空間部を形成することに関しても、脱酸素装置500に記載した考え方と全く同一であるので省略する。 In this case, the average particle size of the
以上の様にして、蓋502を容器501の上に載置してボルト505で固定することで、脱酸素槽530は、容器501と蓋502と鉄粉末509とパンチングプレート503と支持材504とボルト505から構成され、容器501に形成された入口501aには窒素ガス配管565が接続し、蓋502に形成された出口502aには窒素ガス配管207が接続するようになっている。 As described above, by placing the
また、加熱槽560は、容器561と容器を加熱する加熱手段562から構成され、容器561に形成された入口561aには窒素ガス配管206、212の何れかが接続し、容器561に形成された出口561bには窒素ガス配管565が接続するようになっている。 The
ここで、加熱手段562に関しても、配設している場所は鉄粉末509が充填されている脱酸素槽530でなく加熱槽560というように違っているが、脱酸素装置500に記載した加熱手段520の考え方と加熱する位置や加熱する方法の考え方に関しては同一であるので省略する。 同様に、加熱温度に関しても、脱酸素装置500に記載した鉄粉末509の考え方と同一であるので省略する。 Here, regarding the heating means 562, the place where the heating means 562 is disposed is different from the
また、鉄粉末509に替えてマグネシュウム粉末を使用することに関しても、平均粒度及び加熱温度について、脱酸素装置500に記載した通りの、同じような考え方を取ることが可能であるので省略する。 Further, regarding the use of magnesium powder in place of the
尚、脱酸素装置500、550の両者共その前後の各々に、窒素ガス配管206、212の何れかと窒素ガス配管207との間、または窒素ガス配管206、212の何れかと窒素ガス配管207の途中に流路を開閉する開閉弁を設けることが考えられる。 また、圧縮空気配管202、203、211の何れの位置に設けても良い。 It should be noted that both of the deoxygenating
本発明による、窒素ガスの製造方法および製造装置は前述したように構成されており、以下に、その動作について説明する。 The method and apparatus for producing nitrogen gas according to the present invention is configured as described above, and the operation thereof will be described below.
先ず、コンプレッサー10を作動させることで、大気を取り込み圧縮空気を空気タンクに作り出している。 ここで、空気タンクに作り出された圧縮空気は、圧縮空気配管202とフィルター20と圧縮空気配管203と乾燥装置300と圧縮空気配管211を経由して中空糸膜60に送り込まれるようになっている。 従って、フィルター20や乾燥装置300の働きによって中空糸膜60を劣化させる塵埃やオイルミスト等の異物や水分が除去されている。 First, the
一方、中空糸膜60では、圧縮空気に含まれている酸素ガスを中心に、水蒸気や水素ガスやヘリウムガスや炭酸ガスや一酸化炭素やアルゴンガス等を取り除いて、窒素ガスを残留させ送り出している。 即ち、酸素リッチガスということで酸素ガスを中心とするガスを排出し、残存した窒素ガスを窒素ガス配管212に送り出しているが、この窒素ガスの濃度は、95〜99.9%位であり、僅かではあるが酸素ガスを中心とする別のガスを含んでいる。 On the other hand, the
この場合、中空糸膜60より送り込まれた窒素ガスは、窒素ガス配管212より脱酸素装置500、550の何れかに送り込まれる。 ここで、送り込まれた窒素ガスは少量の酸素ガスを含んでいるが、脱酸素装置500、550に充填している鉄粉末509と反応し酸化鉄とすることで酸素ガスを取り除いているのである。 In this case, the nitrogen gas sent from the
即ち、
に示すように反応させることで、窒素ガスの濃度を低下させている酸素ガスを出来るだけ除去し、窒素ガスの濃度を高めているのである。 ここでは、鉄粉末509を加熱することで、または加熱した窒素ガスを鉄粉末509に接触させることで反応を促進させているのである。That is,
By performing the reaction as shown in FIG. 5, the oxygen gas that has decreased the concentration of nitrogen gas is removed as much as possible, and the concentration of nitrogen gas is increased. Here, the reaction is promoted by heating the
尚、鉄粉末509に関しては、図3に示した本発明を構成している脱酸素装置を示した図の鉄粉末209でも、図4に示した本発明を構成している別の脱酸素装置を示した図の鉄粉末209でも、同じ反応を示すものであり、例えば酸素ガスを不純物の中心とする99.5%の1MPa程度の圧力を持った窒素ガスを送り込むことで、共に99.999%まで高めることが出来るのである。 Incidentally, regarding the
ここで、図3、図4に示した鉄粉末209に関しては、粒子が細かいとそれだけ反応し酸素を除去し易いが、その反面鉄粉末209を細かい粒子に加工するにはかなりの困難が伴なう面はある。 Here, regarding the iron powder 209 shown in FIG. 3 and FIG. 4, if the particles are fine, it reacts so much that oxygen is easily removed. On the other hand, it is quite difficult to process the iron powder 209 into fine particles. There is a side.
さて、図3の脱酸素装置500と、図4の脱酸素装置550での動作での違いを述べると、図3の脱酸素装置500では、鉄粉末509が充填されている脱酸素装置500を構成している容器501を窒素ガスが流れる中で鉄粉末509と共に加熱するのに対し、図4の脱酸素装置550では、脱酸素装置550を構成している加熱槽560で加熱した窒素ガスを鉄粉末が充填されている脱酸素槽530に送り込んでいることに違いが見られるのである。 Now, a difference in operation between the
尚、これまでの説明では脱酸素装置500、550に充填する物質としては鉄粉末ということで一貫して述べてきたのであるが、鉄粉末に限定される訳ではなく、マグネシュウム粉末の場合には、
に示すように反応させることで、窒素ガスの濃度を低下させている酸素ガスを出来るだけ除去し、窒素ガスの濃度を高めているのである。 また、マグネシュウム以外でも、金属であるならば、他の物でも構わない。 ここでは、マグメシュウム粉末を加熱することで、または加熱した窒素ガスをマグネシュウム粉末に接触させることで反応を促進させているのである。
(第二実施例)In the above description, the substance filled in the
By performing the reaction as shown in FIG. 5, the oxygen gas that has decreased the concentration of nitrogen gas is removed as much as possible, and the concentration of nitrogen gas is increased. In addition to magnesium, other materials may be used as long as they are metals. Here, the reaction is promoted by heating the magnesium powder or by bringing the heated nitrogen gas into contact with the magnesium powder.
(Second embodiment)
図2に見られるように、第二実施例が図1の第一実施例と異なる点は、第一実施例が、圧縮空気配管211と中空糸膜60と窒素ガス配管212の構成であるのに比較してみた場合、第二実施例が、圧縮空気配管204とPSA方式による窒素ガス発生装置40と窒素ガス配管205と窒素ガスタンク50と窒素ガス配管206の構成になっていることなのである。 As seen in FIG. 2, the second embodiment is different from the first embodiment of FIG. 1 in that the first embodiment is the configuration of the compressed air pipe 211, the
この場合、窒素ガスタンク50を配設することに関しては、脈動を防止する目的で配設したものであり、脱酸素装置500、550の下流に位置していても構わない。 また、第一実施例では、中空糸膜60の直ぐ下流に配設しても、脱酸素装置500、550の下流に配設しても構わない。 In this case, the
一方、PSA方式による窒素ガス発生装置40に関しては、窒素ガスを作り出す装置であり、窒素ガス濃度が通常99〜99.9999%程度ということを除いては、中空糸膜60と概ね同等の働きをするものと考えて良い。 On the other hand, the PSA-type
所で、PSA方式による窒素ガス発生装置40は、第一吸着槽41と第二吸着槽42から構成されていて、加えて電磁弁43、44、45、46、47、48、49と、第一絞り弁281と第二絞り弁282と、装置内の配管241、242、243、244、245、246、247、248、249、250、251、252、253、254、255、256、257、258、259、260と、排気管270より構成されているのである。 The PSA-type
更に詳細に述べると、圧縮空気配管204に接続して、装置内配管241、246が分岐しているのである。 また、装置内配管254、259が一体になって窒素ガス配管205に接続しているのである。 More specifically, the apparatus
その間で、装置内配管241は電磁弁43と装置内配管242と装置内配管243と第一吸着槽41と装置内配管251と第一絞り弁281と装置内配管252と装置内配管253と電磁弁48と装置内配管254に、記載の順に接続しているのである。 In the meantime, the
また、装置内配管246は、電磁弁44と装置内配管247と装置内配管248と第二吸着槽42と装置内配管256と第二絞り弁282と装置内配管257と装置内配管258と電磁弁49と装置内配管259に、記載の順に接続しているのである。 Further, the apparatus
更に、装置内配管242と装置内配管243の接続部に装置内配管244を接続し、装置内配管247と装置内配管248の接続部に装置内配管249を接続し、装置内配管244は、電磁弁45と装置内配管245と装置内配管250と電磁弁46と装置内配管249に、記載の順に接続し、装置内配管245と装置内配管250の接続部に排気管270を接続しているのである。 Furthermore, the apparatus
一方、装置内配管252と装置内配管253の接続部に装置内配管255を接続し、装置内配管257と装置内配管258の接続部に装置内配管260を接続し、装置内配管255は、電磁弁47と装置内配管260に、記載の順に接続しているのである。 On the other hand, the
尚、第一吸着槽41と第二吸着槽42には、酸素吸着容量及び酸素と窒素の吸着速度差が大きく、加圧下において短時間のうちに酸素を優先的に吸収することで空気より窒素ガスを分離出来、常圧に戻すことにより吸着した酸素を容易に脱着することが出来る活性炭の一種を収納しているのである。 The
本発明による、窒素ガスの製造方法および製造装置は前述したように構成されており、以下に、その動作について説明する。 The method and apparatus for producing nitrogen gas according to the present invention is configured as described above, and the operation thereof will be described below.
この場合、コンプレッサー10から乾燥装置300迄の作動に関しては、第一実施例と同じになるので省略する。 In this case, the operation from the
一方、PSA方式による窒素ガス発生装置40では、酸素吸着容量及び酸素と窒素の吸着速度が大きい活性炭の一種である吸着材を収納した第一吸着槽41と第二吸着槽42を構成することで、高圧下では酸素ガスを吸着し低圧力下では酸素ガスを吐き出すという吸着材の特性を利用して圧縮空気から窒素ガスを分離抽出している。 On the other hand, in the
従って、吸着材を収納した第一吸着槽41と第二吸着槽42において、電磁弁43、44、45、46、47、48、49の働きによって加圧作用(高圧化)と減圧作用(低圧化)を交互に繰り返し運転することで、圧縮空気から窒素ガスだけを高濃度に分離抽出して供給することが出来るのである。 Therefore, in the
この場合、第一吸着槽41は圧縮空気を供給することによって加圧し、第二吸着槽42は常圧下まで減圧することで、第一吸着槽41の吸着材では、吸着初期に多量の酸素ガスを吸着する特性と高圧力下で吸着量が大きい特性によって、高濃度の窒素ガスを窒素ガス配管205に送り出し、第二吸着槽42の吸着材では、吸着されている酸素ガスを分離離脱させることによって、酸素ガスを中心とする気体を排出管270から排出するようになっている。 In this case, the
この様にして、第一吸着槽41と第二吸着槽42を交互に加圧と減圧の運転を繰り返すことによって、連続的に大量の窒素ガスを供給することが出来るようになっているのである。 尚、交互に加圧と減圧の運転をするには、装置内配管241、242、243、244、245、246、247、248、249、250、251、252、253、254、255、256、257、258、259、260の途中に配設された電磁弁43、44、45、46、47、48、49を開閉することによって成されるが、周知の技術であるのでここに詳細については省略する。 In this way, a large amount of nitrogen gas can be continuously supplied by alternately repeating the pressurization and depressurization operations of the
また、第一吸着槽41と第二吸着槽42の直ぐ下流には第一絞り弁281と第二絞り弁282を配設しているが、その目的とする所は、第一吸着槽41と第二吸着槽42を流れる圧縮空気の流量を変化調整することによって、季節的な要因や配管抵抗や第一吸着槽41と第二吸着槽42の大きさの違い等の装置の微妙な違いによる窒素ガス濃度の違いやばらつきを、窒素ガスの濃度が高くなりばらつきが小さいように調整することで濃度の高い窒素ガスを得るために設けたものである。 但し、第一絞り弁281と第二絞り弁282の位置に関しては、第一吸着槽41と第二吸着槽42の下流に位置している必要は無く、上流に位置させても構わない。 In addition, a
この様にして、99.9%程度の濃度を確保した窒素ガスは、窒素ガス配管205を経由して脈動を防止する意味で窒素ガスタンク50に送り込まれ一担貯蔵されているのである。 In this way, the nitrogen gas having a concentration of about 99.9% is sent to the
次に、窒素ガスタンク50に貯蔵された窒素ガスは、窒素ガス配管206と、脱酸素装置500、550とを経由して窒素ガス配管207より高濃度の窒素ガスを供給することが可能となっているが、脱酸素装置500、550の動作に関しては、第一実施例と同じであるのでここでは省略する。 Next, the nitrogen gas stored in the
但し、第一実施例の中空糸膜60で作り出した濃度が99.5%の窒素ガスと違って、PSA方式による窒素ガス発生装置40で作り出した窒素ガスは、濃度が99.9%程度である為に99.999%以上の窒素濃度は確保出来ることになる。 However, unlike the nitrogen gas having a concentration of 99.5% produced by the
10・・・・・コンプレッサー
20・・・・・フィルター
40・・・・・PSA方式による窒素ガス発生装置
41・・・・・第一吸着槽
42・・・・・第二吸着槽
43・・・・・電磁弁
44・・・・・電磁弁
45・・・・・電磁弁
46・・・・・電磁弁
47・・・・・電磁弁
48・・・・・電磁弁
49・・・・・電磁弁
50・・・・・窒素ガスタンク
60・・・・・中空糸膜
202・・・・圧縮空気配管
203・・・・圧縮空気配管
204・・・・圧縮空気配管
205・・・・窒素ガス配管
206・・・・窒素ガス配管
207・・・・窒素ガス配管
211・・・・圧縮空気配管
212・・・・窒素ガス配管
241・・・・装置内配管
242・・・・装置内配管
243・・・・装置内配管
244・・・・装置内配管
245・・・・装置内配管
246・・・・装置内配管
247・・・・装置内配管
248・・・・装置内配管
249・・・・装置内配管
250・・・・装置内配管
251・・・・装置内配管
252・・・・装置内配管
253・・・・装置内配管
254・・・・装置内配管
255・・・・装置内配管
256・・・・装置内配管
257・・・・装置内配管
258・・・・装置内配管
259・・・・装置内配管
260・・・・装置内配管
270・・・・排気管
281・・・・第一絞り弁
282・・・・第二絞り弁
300・・・・乾燥装置
500・・・・脱酸素装置
501・・・・容器
501a・・・入口
502・・・・蓋
502a・・・出口
503・・・・パンチングプレート
504・・・・支持材
505・・・・ボルト
509・・・・鉄粉末
520・・・・加熱手段
530・・・・脱酸素槽
550・・・・脱酸素装置
560・・・・加熱槽
561・・・・容器
561a・・・入口
561b・・・出口
562・・・・加熱手段
565・・・・窒素ガス配管DESCRIPTION OF
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