窒素ガス発生装置の基礎知識

そもそも窒素ガスってなに？

窒素ガスとは無味・無臭・無色で不燃性の不活性ガスです。不活性ガスとは、ほかの物質と反応を起こさない科学的に安定したガスという意味です。
窒素は皆さんが吸い込む空気中に含まれており、空気の中の約78％を窒素が占めています。残りは酸素が約21％、二酸化炭素やアルゴンが約１％という構成になっています。
窒素ガスは不燃性、爆発しない、科学的に安定しているなどの特徴から、安全性向上のためのシール・パージや、品質保持用の酸化防止・変色防止としてなど、食品業界や半導体、石油化学、研究機関など、幅広く使われています。

身近なところでは、ポテトチップスやお土産物の袋に酸化防止を目的として充填されたり、酸素よりも空気が抜けづらい（透過性が低い）特徴などから、車のタイヤにも充填されたりしています。

実は飛行機のタイヤには、車に採用されるよりも前から窒素ガスが充填されています。
窒素ガスは不燃性であり爆発もしないため、着陸時の大きな力による高温に対しても火災や爆発のリスクを最小限にでき、錆を発生させないため充填箇所の素材を劣化させることがありません。
飛行時の上空はマイナス50℃ほどの気温になりますが、窒素ガスには水分が含まれていないため熱による体積変化が少なく、タイヤの空気圧を一定に保つことができます。

窒素ガス発生装置とは

窒素ガスといえば「ボンベに充填されてくるもの」というイメージが強いと思いますが、当社の製造する窒素ガス発生装置はボンベが不要で、身の回りの大気から窒素を生成（分離）する装置になります。
必要な時に必要な量だけ窒素ガスを発生させることができるため、ボンベを導入するより省エネになるケースが多くあります。

当社の窒素ガス発生装置はPSA方式(Pressure Swing Adsorption：圧力スイング吸着)という方法を用いて窒素ガスを大気から分離しています。
1971年にドイツのベルグバウ・フォーシュンク社がMSC(MolecularSieving Carbon)という吸着材を開発しました。
従来の活性炭では空気中の窒素と酸素を分離することができませんでしたが、MSCでは窒素と酸素の分子の大きさによる吸着速度の差による分離が可能となりました。
PSA方式は、このMSCに圧縮空気を流し加圧することで酸素を吸着させ、MSCの吸着槽の出口側では酸素が分離された、純度の高い窒素ガスが得られます。

連続的に窒素ガスを得るためには、MSCに既に吸着されている酸素を分離・排出する必要があります。
これもMSCの特徴で、酸素吸着済みのMSCを常圧まで減圧することで吸着していた酸素を分離することができます。そして分離された酸素は機器の外に排出（パージ）されます。
これでMSCが再生されるため、再度このMSCに加圧することで、また窒素ガスを得ることができます。

二つのMSCの吸着槽を用意していればこれを交互に行うことで連続的に窒素ガスを分離・発生させることができます。

この加圧したり減圧したりを繰り返す吸着方法がPSA方式(Pressure Swing Adsorption：圧力スイング吸着)になります。
当社の窒素ガス発生装置は主にこのPSA方式を採用しています。
PSA方式で分離される窒素ガスは高純度(99%～99.999%)に対応できます。
低純度の窒素ガスを手軽に利用したい場合は分離膜方式が最適です。