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技術 圧縮気体中の成分の一部を吸着する吸着装置

出願人 オリオン機械株式会社
発明者 塚田亨三井康夫
出願日 2000年11月8日 (20年0ヶ月経過) 出願番号 2000-340972
公開日 2002年5月21日 (18年6ヶ月経過) 公開番号 2002-143631
状態 拒絶査定
技術分野 吸着による気体の分離 ガスの乾燥
主要キーワード 装置内配管 長尺チューブ 使用側 準備運転 ミストフィルタ 流量規制 電磁流 空気回路
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2002年5月21日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (3)

課題

本発明は、外部の使用側で大量の圧縮気体を使用しても、装置からの排出を制限して吸着筒内の急激な圧力低下と、不用意運転停止を阻止し、吸着性能を保持して信頼性の向上を得られる吸着装置を提供する。

解決手段

圧縮機1によって圧縮された気体圧力調整器3を介して吸着剤充填する第1の吸着筒10もしくは第2の吸着筒11内に導き、吸着剤によって圧縮気体中の成分の一部(たとえば水分、二酸化炭素)を吸着除去したうえで外部に供給する吸着装置であり、上記第1,第2の吸着筒の導出側で外部使用側との間に、特定の成分を吸着した後の圧縮気体の流通量を絞る、必要最低限の使用流量を確保する抵抗値以下で、最大限の使用量において吸着筒内を所定の圧力に維持する抵抗値以上に設定されたメーンオリフィス18を備えた。

概要

背景

たとえばレーザ加工機は、圧縮機で圧縮した空気の供給を受けながら加工するようになっていて、この圧縮空気は乾燥した純粋空気でなければならない。すなわち、供給される圧縮空気中に水分が含まれることは勿論、二酸化炭素の存在も認められない。

二酸化炭素が存在したままレーザ加工機に供給されると、この加工機から発振されるレーザビーム拡散されてしまい、ビーム径が太くなって加工精度の低下をきたす。

このような不具合を阻止するため、吸着剤で圧縮空気中の特定の成分を吸着して供給する、いわゆるPSA方式吸着装置が用いられる。この吸着装置は、吸着剤を充填する二基の吸着筒を備え、その一方で圧縮気体中の特定の成分を吸着したうえで外部使用側であるレーザ加工機へ供給し、他方に減圧した圧縮気体を導き前段階で吸着した特定成分を吸着剤から脱着し、吸着剤を再生する。

なお、上記各吸着筒上流側に圧力調整器レギュレータ)を備えることにより、吸着筒内と、これらに接続する配管内の圧力が常に一定となり、したがって一定した量の圧縮気体を使用側に供給できる。

概要

本発明は、外部の使用側で大量の圧縮気体を使用しても、装置からの排出を制限して吸着筒内の急激な圧力低下と、不用意運転停止を阻止し、吸着性能を保持して信頼性の向上を得られる吸着装置を提供する。

圧縮機1によって圧縮された気体を圧力調整器3を介して吸着剤を充填する第1の吸着筒10もしくは第2の吸着筒11内に導き、吸着剤によって圧縮気体中の成分の一部(たとえば水分、二酸化炭素)を吸着除去したうえで外部に供給する吸着装置であり、上記第1,第2の吸着筒の導出側で外部使用側との間に、特定の成分を吸着した後の圧縮気体の流通量を絞る、必要最低限の使用流量を確保する抵抗値以下で、最大限の使用量において吸着筒内を所定の圧力に維持する抵抗値以上に設定されたメーンオリフィス18を備えた。

目的

本発明は上述の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、外部の使用側で大量に圧縮気体を使用するようなことがあっても、装置からの圧縮気体の排出を制限して、吸着筒内の急激な圧力低下と、不用意な運転停止を阻止し、吸着性能を保持して信頼性の向上を得られる圧縮気体中の成分の一部を吸着する吸着装置を提供しようとするものである。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
2件

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請求項1

圧縮手段から給出される圧縮気体流路切換え手段を介して、吸着剤充填する二基の吸着筒のうちの一方に導き、吸着剤によって圧縮気体中の特定の成分を吸着除去したうえで外部に供給し、他方の吸着筒に減圧した圧縮気体を導き前段階で吸着した特定成分を吸着剤から脱着再生する、いわゆるPSA方式吸着装置において、上記吸着筒の下流側で外部使用側との間に、特定の成分を吸着した後の圧縮気体の流通量を絞る、必要最低限の使用流量を確保する抵抗値以下で、最大限の使用量において吸着筒内を所定の圧力に維持する抵抗値以上に設定された流量規制手段を具備したことを特徴とする圧縮気体中の成分の一部を吸着する吸着装置。

請求項2

上記流量規制手段は、抵抗値を固定とした固定絞り機構、および抵抗値を可変とした可変絞り機構のいずれかであることを特徴とする請求項1記載の圧縮気体中の成分の一部を吸着する吸着装置。

請求項3

上記固定絞り機構はオリフィスであることを特徴とする請求項2記載の圧縮気体中の成分の一部を吸着する吸着装置

請求項4

上記各吸着筒内には、水分を吸着する特性を備えた吸着剤が吸着筒内の上流側に充填され、かつ二酸化炭素を吸着する特性を備えた吸着剤が吸着筒内の下流側に充填されることを特徴とする請求項1記載の圧縮気体中の成分の一部を吸着する吸着装置。

請求項5

上記水分吸着用吸着剤と二酸化炭素吸着用吸着剤は、それぞれの吸着筒内に1:2の割合で充填されることを特徴とする請求項4記載の圧縮気体中の成分の一部を吸着する吸着装置。

技術分野

0001

本発明は、圧縮気体中の成分の一部である特定成分吸着したうえで、外部の使用側へ供給する吸着装置に関する。

背景技術

0002

たとえばレーザ加工機は、圧縮機で圧縮した空気の供給を受けながら加工するようになっていて、この圧縮空気は乾燥した純粋空気でなければならない。すなわち、供給される圧縮空気中に水分が含まれることは勿論、二酸化炭素の存在も認められない。

0003

二酸化炭素が存在したままレーザ加工機に供給されると、この加工機から発振されるレーザビーム拡散されてしまい、ビーム径が太くなって加工精度の低下をきたす。

0004

このような不具合を阻止するため、吸着剤で圧縮空気中の特定の成分を吸着して供給する、いわゆるPSA方式の吸着装置が用いられる。この吸着装置は、吸着剤を充填する二基の吸着筒を備え、その一方で圧縮気体中の特定の成分を吸着したうえで外部使用側であるレーザ加工機へ供給し、他方に減圧した圧縮気体を導き前段階で吸着した特定成分を吸着剤から脱着し、吸着剤を再生する。

0005

なお、上記各吸着筒上流側に圧力調整器レギュレータ)を備えることにより、吸着筒内と、これらに接続する配管内の圧力が常に一定となり、したがって一定した量の圧縮気体を使用側に供給できる。

発明が解決しようとする課題

0006

ところで、使用側において何らかの事情で一時的に大量に圧縮空気を使用することがある。すなわち、圧縮機から吸着筒に供給する空気量に対して、使用される空気量が多過ぎる場合を言う。

0007

たとえば、吸着装置の出口側大気開放した場合など、空気の供給が追いつかなくなり、圧力調整器による圧力調整が間に合わずに吸着筒内の圧力が急激に低下してしまう。

0008

それにともない吸着能力が低下して使用側における悪影響が顕著となるので、所定圧以下に低下すると圧力センサが検知して吸着装置を運転停止する。そのため、不用意運転中止につながる圧力低下は避けなければならない。

0009

また、PSA方式の吸着装置では、一方の吸着筒で吸着剤が吸着している間に他方の吸着筒の吸着剤を再生し、この作用を所定時間毎に交互に行うが、上述の不具合により吸着剤の再生が充分に行われずに、さらに吸着能力が低下する。

0010

本発明は上述の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、外部の使用側で大量に圧縮気体を使用するようなことがあっても、装置からの圧縮気体の排出を制限して、吸着筒内の急激な圧力低下と、不用意な運転停止を阻止し、吸着性能を保持して信頼性の向上を得られる圧縮気体中の成分の一部を吸着する吸着装置を提供しようとするものである。

課題を解決するための手段

0011

上記目的を満足するため、圧縮気体中の成分の一部を吸着する吸着装置として請求項1の発明は、圧縮手段から給出される圧縮気体を流路切換え手段を介して、吸着剤を充填する二基の吸着筒のうちの一方に導き、吸着剤によって圧縮気体中の特定の成分を吸着除去したうえで外部に供給し、他方の吸着筒に減圧した圧縮気体を導き前段階で吸着した特定成分を吸着剤から脱着再生する、いわゆるPSA方式の吸着装置において、上記吸着筒の下流側で外部使用側との間に、特定の成分を吸着した後の圧縮気体の流通量を絞る、必要最低限の使用流量を確保する抵抗値以下で、最大限の使用量において吸着筒内を所定の圧力に維持する抵抗値以上に設定された流量規制手段を具備したことを特徴とする。

0012

請求項2として、請求項1記載の圧縮気体中の成分の一部を吸着する吸着装置において上記流量規制手段は、抵抗値を固定とした固定絞り機構、および抵抗値を可変とした可変絞り機構のいずれかであることを特徴とする。

0013

請求項3として、請求項2記載の圧縮気体中の成分の一部を吸着する吸着装置において上記固定絞り機構はオリフィスであることを特徴とする請求項4として、請求項1記載の圧縮気体中の成分の一部を吸着する吸着装置として上記各吸着筒内には、水分を吸着する特性を備えた吸着剤が吸着筒内の上流側に充填され、かつ二酸化炭素を吸着する特性を備えた吸着剤が吸着筒内の下流側に充填されることを特徴とする。

0014

請求項5として、請求項4記載の圧縮気体中の成分の一部を吸着する吸着装置において上記水分吸着用吸着剤と二酸化炭素吸着用吸着剤は、それぞれの吸着筒内に1:2の割合で充填されることを特徴とする。

0015

このような課題を解決する手段を採用することにより、請求項1ないし請求項5の発明によれば、たとえ外部の使用側において大量の気体を使用するようなことがあっても、装置内からの圧縮気体の排出を確実に制限して、吸着筒内の急激な圧力低下および、不用意な運転停止を阻止する。

発明を実施するための最良の形態

0016

以下、本発明の実施の形態を図面にもとづいて説明する。図1は、圧縮気体中の成分の一部を吸着する吸着装置の空気回路図を示し、図2は、運転時の概略のフローチャート図を示す。

0017

図中1のCOPと記したのは、エアーコンプレッサ(以下、単に圧縮機と呼ぶ:圧縮手段)であり、この吸込み部は外部に開放され、吐出部には配管Pが接続される。この配管Pには、以下に説明する各部品が順次備えられ、配管の最終端に設けられる外部接続具2に至る。

0018

上記圧縮機1の吐出部直後にPRVと記したレギュレータである圧力調整器3が設けられていて、圧縮機から吐出される圧縮空気の圧力を常に所定圧に調整して下流側に供給するようになっている。

0019

上記圧力調整器3の下流側に、圧縮空気中のドレン水滴)および比較的大きな異物捕集するDSFと記したドレンフィルタ4が設けられる。このドレンフィルタ4の下流側に、圧縮空気中のオイルミストと比較的細かい異物を捕集するMSFと記したミストフィルタ5が設けられる。これらドレンフィルタ4とミストフィルタ5との間に、BP1と記した第1の圧力センサ6が設けられる。

0020

上記ミストフィルタ5の下流側には、YV2と記した第1の電磁開閉弁7が設けられ、さらにミストフィルタ5と第1の電磁開閉弁7との間に、配管Pに流通する圧縮気体の温度を検知するSTと記した温度センサ20が設けられる。

0021

上記第1の電磁開閉弁7の下流側に、サイレンサ8を付属するYV1と記した電磁流路切換え弁9(流路切換え手段)が設けられ、この電磁流路切換え弁9の下流側に、第1の吸着筒10と、第2の吸着筒11とが並列に接続される。

0022

すなわち、上記電磁流路切換え弁9は、ここに導かれる圧縮空気を第1の吸着筒10もしくは第2の吸着筒11のいずれか一方に導くよう切換える。いずれの切換え方向であっても、他方の吸着筒を戻り側として上記サイレンサ8に連通するようなっている。

0023

各吸着筒10,11内には吸着剤が充填されていて、これら吸着剤は吸着筒内を流通する圧縮空気から特定する成分を吸着する。ここでは、外部使用側としてレーザ加工機を用いるので、圧縮空気に含まれる水分を吸着除去する特性を有する吸着剤と、二酸化炭素を吸着除去する特性を有する吸着剤が用いられる。

0024

二酸化炭素よりも水分の方が吸着され易いので、先に水分を吸着し、そのあと二酸化炭素を吸着する構成をなす。したがって、各吸着筒10,11内に特性の異なる吸着剤を充填し、その割合を異ならせている。

0025

具体的には、各吸着筒10,11内における圧縮空気導入側である上流側に水分を吸着する特性を備えた吸着剤が充填され、導出側である下流側に二酸化炭素を吸着する特性を備えた吸着剤が充填される。この水分吸着用吸着剤と、二酸化炭素吸着用吸着剤との充填量の割合は、 1:2 に設定している。

0026

水分吸着用吸着剤として活性アルミナが用いられ、二酸化炭素吸着用吸着剤として合成ゼオライトモレキュラシーブ4A:商品名 以下同)が用いられる。あるいは、水分吸着用吸着剤として合成ゼオライト(モレキュラシーブ13X)を用いてもよく、二酸化炭素吸着用吸着剤として合成ゼオライト(モレキュラシーブ4A)を用いてもよい。

0027

上記電磁流路切換え弁9と第1,第2の吸着筒10,11のそれぞれの間には、BP2と記した第2の圧力センサ12と、BP3と記した第3の圧力センサ13が設けられている。

0028

第1の吸着筒10と第2の吸着筒11の圧縮空気導出側は、中途部に補助オリフィス14を備えた再生用回路15を介して連通している。この再生用回路15は、いずれか一方の吸着筒で特定の成分を吸着したあとの圧縮空気の一部を上記補助オリフィス14を介して他方の吸着筒に導びき、先の吸着作用で吸着能力が低下した吸着剤から特定成分を脱着して、吸着剤として再生させるためのものである。

0029

さらに、各吸着筒10,11の下流側に逆止弁12a,12bが設けられ、配管Pはこれらの下流位置Paで合流している。上記逆止弁12a,12bは、互いに同じ方向の流通を阻止するように向けられている。

0030

具体的には、第1の吸着筒10から導出される圧縮空気は逆止弁12aを流通するが、第2の吸着筒11に導入されることを逆止弁12bが阻止し、第2の吸着筒11から導出される圧縮空気は逆止弁12bを流通するが、第1の吸着筒10に導入されることを逆止弁12aが阻止する。

0031

配管合流部Paの下流側には、MSFと記したミストフィルタ16と、YV3と記した第2の電磁開閉弁17および後述する固定絞り機構としてのメーンオリフィス18(流量規制手段)が順次設けられる。また、第2の電磁開閉弁17とメーンオリフィス18との間には、BP4と記した第4の圧力センサ19が接続される。

0032

上記メーンオリフィス18は、たとえば内径12.7mmの配管Pに接続された場合で、オリフィス径は2〜3mmに設定される。これは、必要最低限の使用流量を確保する抵抗値以下で、最大限の使用量において吸着筒内を所定の圧力に維持する抵抗値以上とする条件から導かれる。

0033

上記メーンオリフィス18の下流側は、先に説明したように装置内配管Pの端部となっていて、ここに外部の使用側機器に接続するための上記接続機器2が設けられてなる。

0034

なお、流量規制手段として、固定絞り機構であるオリフィスに代わって、たとえば接続機器2から外部の使用側機器との間をつなぐ細径長尺チューブを用いてもよい。

0035

あるいは、固定絞り機構に代わって、可変絞り機構を用いてもよい。この場合は、ニードル弁などの流量調整弁や、一次側の圧力を調節する弁として背圧弁などを用いることになる。

0036

いずれにしても、第2の電磁開閉弁17から外部の使用側機器に流通する圧縮気体の流通量を絞る、必要最低限の使用流量を確保する抵抗値以下で、最大限の使用量において吸着筒内を所定の圧力に維持する抵抗値以上に設定された流量規制手段であればよい。

0037

上記圧縮機1と、第1ないし第4の圧力センサ6,12,13,19と、温度センサ20と、第1,第2の電磁開閉弁7,17および電磁流路切換え弁9は、ここでは図示しない制御装置電気的に接続され信号の送受信が行われる。

0038

この吸着装置における運転サイクルを、図2のフローチャートから説明すると、ステップS1で吸着装置へ運転開始信号が入った直後は外部への圧縮空気の供給が不可の状態なので、第1の圧力センサ6の設定圧力以上の場合に、準備運転である再生運転1を所定時間(10分)行う。

0039

この再生運転1は、第1の電磁開閉弁7をON(開放)とする一方で、第2の電磁開閉弁17をOFF(閉成)し、電磁流路切換え弁9は所定時間毎に流路切換えをなす。

0040

そして、この運転中にも第1の圧力センサ6は圧力を検知し、検知圧力が設定圧力以下になったときに圧縮機1の運転を停止したものと判断して、再生運転1を停止する。

0041

ステップS3で所定時間の経過を計測し再生運転1が終了したことを確認したら、ステップ4で待機運転である再生運転2をなす。すなわち、外部の圧縮空気使用側である、たとえばレーザ加工機の加工運転開始待機して、この加工機からON信号が入れば直ちに本運転移行できる体制を整える。

0042

この再生運転2では、各弁に対する制御が再生運転1のときと全く同様であり、かつ第1の圧力センサ6の検知圧力が設定値以下になったときに圧縮機1の運転を停止したものと判断して、再生運転2を停止する。

0043

ステップS5で加工機側からエアー供給のON信号が入ると、直ちにステップS6の本運転である再生運転3に移行する。このとき、第1の電磁開閉弁7と第2の電磁開閉弁17が開放され、かつ電磁流路切換え弁9は継続して所定時間毎に流路切換え動作をなす。

0044

したがって、第1,第2の吸着筒10,11において圧縮空気中の水分と二酸化炭素を吸着除去し、ミストフィルタ16と、第2の電磁開閉弁17およびメーンオリフィス18を介して外部のレーザ加工機に供給する。

0045

また、一方の吸着筒、たとえば吸着筒10において吸着剤が吸着作用をなしている間、他方の吸着筒10Bにおいて吸着剤を再生していることは同様であり、加工機が加工作業を停止してOFF信号が入るまで本運転が継続される。

0046

制御装置は各吸着筒10,11内の吸着剤の使用時間を積算して寿命を管理する手段を備えていて、上記積算時間が所定値を超えた場合、および温度センサ20の検知温度が所定値を超えたら注意報を出す。この他、条件に応じて各種の注意報の出力があるが、いずれの場合も本運転は継続される。

0047

さらに、上記積算時間が所定値を超えた場合、および温度センサ20の検知温度が所定値を超えたら警報を出す。いずれの場合も本運転は停止されるが、問題を解決した後、リセットスイッチをONすることによってリセットされる。

0048

ステップS7において、加工機の運転が停止してエアー供給のOFF信号が入ったら、ステップ4の再生運転2に戻り、上述したような待機状態となる。そして、ステップS5で加工機からON信号が入れば、直ちにステップS6の本運転に移行する。

0049

この通常運転をなす間に、何らかの事情で外部使用側であるレーザ加工機で一時的に大量の圧縮空気を使用する場合がある。すなわち、大量の圧縮空気を放出するので、レーザ加工機と第1,第2の吸着筒10,11が直接連通していれば、第1,第2の吸着筒10,11内が大気圧化して気圧が急激に低下する。

0050

しかしながら、本装置においては各吸着筒10,11の下流側でレーザ加工機との間に備えたメーンオリフィス18が、吸着装置内からの圧縮空気の排出を制限する。そのため、各吸着筒10,11内の気圧が急激に低下するようなことがない。

0051

すなわち、外部の使用側において大量の圧縮空気を使用(放出)しても、メーンオリフィス18を備えたことで吸着剤の吸着性能まで急激に低下することがなく、必要な特定成分の吸着をなし、かつ必要最小限の量の圧縮空気を継続して供給できる。

0052

さらに、第1ないし第4の圧力センサ6,12,13,19を備えて、安全装置を作用するが、安全装置が作動して不用意に運転が停止することもなく、したがって再起動に要する手間や圧縮空気を浪費する虞れもない。

0053

また、固定絞り機構であるメーンオリフィス18や細径の長尺チューブに代わって、可変絞り機構である、たとえば背圧弁を備えることで、上流側に設けられた圧力調整器が設定圧力の上限値を管理し、下流側の上記背圧弁が設定圧力の下限値を管理できる。

0054

なお、上述の実施の形態では外部供給先である使用側としてレーザ加工機を適用し、吸着除去する特定する成分として水分と二酸化炭素を吸着除去するようにしたが、これに限定されるものではなく、外部の使用側での仕様もとづく圧縮気体の特定成分を除去する装置の全てに適用できる。たとえば、圧縮した空気から酸素以外の成分を全て吸着除去する装置であってもよい。

発明の効果

0055

以上説明したように本発明によれば、外部の使用側で大量の圧縮気体を使用するようなことがあっても、装置からの排出を制限して吸着筒内の急激な圧力低下と、不用意な運転停止を阻止し、吸着性能を保持して信頼性の向上を得られるなどの効果を奏する。

図面の簡単な説明

0056

図1本発明の実施の形態を示す、吸着装置の空気回路図。
図2同実施の形態の、吸着装置の運転サイクルのフローチャート図。

--

0057

1…圧縮機(圧縮手段)、
10…第1の吸着筒、
11…第2の吸着筒、
18…メーンオリフィス(流量規制手段)。

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