CN112533863A

CN112533863A - 氧浓缩装置

Info

Publication number: CN112533863A
Application number: CN201980051290.3A
Authority: CN
Inventors: 山本健太; 近藤启太; 岩亀诚; 藤原猛
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2018-08-02
Filing date: 2019-06-17
Publication date: 2021-03-19
Anticipated expiration: 2039-06-17
Also published as: JP6747479B2; CN112533863B; WO2020026614A1; JP2020018977A

Abstract

一种氧浓缩装置(A)，包括三个以上的多个吸附筒(1a、1b、1c)、向各吸附筒(1a、1b、1c)供给加压空气的压缩机(2)、从各吸附筒(1a、1b、1c)吸引气体的真空泵(3)。具有连通管(8a、8b、8c)以及控制阀(21a、21b、21c)，连通管与各吸附筒(1a、1b、1c)的入口侧管路(11a、11b、11c)连接，使各吸附筒(1a、1b、1c)与外部气体连通，控制阀打开、关闭该连通管(8a、8b、8c)的管路。

Description

氧浓缩装置

技术领域

本公开涉及一种氧浓缩装置。更详细而言，本公开涉及一种产生并供给浓度高于空气中的氧浓度的氧浓缩气体的氧浓缩装置。

背景技术

已知一种氧浓缩装置，其产生浓度高于空气中的氧浓度的氧浓缩气体，将该氧浓缩气体贮存于氧罐，并且从该氧罐向需要的部位供给氧浓缩气体。

作为上述氧浓缩装置，存在一种使用二～三个吸附筒并在加压压力与大气压之间进行变压的PSA(变压吸附)方式的装置。在该PSA方式的氧浓缩装置中，由于吸附筒内的压力在比大气压高的压力范围变动，因此，存在收纳在吸附筒内的吸附剂的吸附效率低这一问题。

为此，为了提高吸附效率，提出了一种VPSA(真空变压吸附)方式的装置，该装置并非使将氧浓缩气体向氧罐供给后的吸附筒向大气敞开而减压，而是通过真空泵对上述吸附筒进行吸引而使该吸附筒的压力减少至比大气压低的压力(例如，参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2017-202447号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

近年来，期望在氧浓缩装置中以高效率产生氧浓缩气体。为此，需要提高压缩机的空气供给能力以及真空泵的空气吸引能力，从而氧浓缩装置的容积、重量以及消耗电力量变大。

本公开的目的在于提供一种能够以更高的效率产生氧的氧浓缩装置。

解决技术问题所采用的技术方案

本公开的氧浓缩装置包括：

(1)三个以上的多个吸附筒；向各吸附筒供给加压空气的压缩机；从各吸附筒吸引气体的真空泵，其中，

氧浓缩装置具有连通管以及控制阀，所述连通管与各吸附筒的入口侧管路连接，使各吸附筒与外部气体连通，所述控制阀打开、关闭所述连通管的管路。

在本公开的氧浓缩装置中，由于设置有使各吸附筒与外部气体连通的连通管，因此，在具有例如三个吸附筒的情况下，在第一吸附筒中实施加压工序且在第二吸附筒中实施减压工序的期间，通过操作控制阀，能够将剩余的第三吸附筒和外部气体设为打开状态，从而使该第三吸附筒内从加压状态变为大气压状态，或者使该第三吸附筒内从负压状态变为大气压状态。即，能够在利用第三吸附筒内的压力与大气压的压力差而非利用压缩机或真空泵的动力的情况下，使该第三吸附筒内的压力恢复至大气压。因此，在后续工序中对第三吸附筒进行加压的情况下，由于压缩机只要将大气压状态变为加压状态即可，因此，与从负压状态开始加压的情况相比，能够降低压缩机所需的空气供给能力。另一方面，在后续工序中对第三吸附筒进行减压的情况下，由于真空泵只要将大气压状态设为负压状态即可，因此，与从加压状态开始减压的情况相比，能够降低真空泵所需的空气吸引能力。通过降低所需的压缩机的空气供给能力以及真空泵的空气吸引能力，能够实现氧浓缩装置的小型轻量化，能够降低消耗电力量。换言之，能够以更高的效率产生氧气。

(2)在所述(1)的氧浓缩装置的基础上，所述连通管可具有第一管路以及第二管路，所述第一管路将外部气体吸入吸附筒内，所述第二管路将吸附筒内的气体排出。在该情况下，能够利用第一管路向吸附筒内供给外部气体，能够利用第二管路将吸附筒内的气体排出。

附图说明

图1是本公开的氧浓缩装置的一实施方式的说明图。

图2是表示图1所示的氧浓缩装置的阀的开通期间以及各吸附筒的压力变动的图。

图3是图2的局部视图，是表示第一吸附筒的一个循环的压力变化以及开闭阀的开通状态的图。

具体实施方式

下面，将参照附图，对本公开的氧浓缩装置进行详细说明。另外，本公开不限定于这些示例，而是以权利要求书的形式示出，意在包含与权利要求书等同的含义及其范围内的所有改变。

图1是本公开一实施方式的氧浓缩装置A的说明图。氧浓缩装置A是VPSA方式的氧浓缩装置，包括三个吸附筒1a、1b、1c、压缩机2、真空泵3、氧罐4。附图标记1a、1b以及1c分别表示第一吸附筒、第二吸附筒以及第三吸附筒。

压缩机2对从空气引入口5引入设备内的空气进行加压，并向管路6送出。送出至管路6的加压空气经由管路11a、11b、11c从吸附筒1a、1b、1c各自的下方侧送入吸附筒内。吸附筒1a、1b、1c内收纳有对加压空气中的氮进行吸附的吸附剂。

通过使加压空气通过收纳有吸附剂的吸附筒1a、1b、1c，能够产生浓度高于空气中的氧浓度的氧浓缩气体。从吸附筒1a、1b、1c各自的上方侧得到的氧浓缩气体从管路12a、12b、12c经由管路7而贮存于氧罐4。另外，图1中的下方所图示的管路16是用于利用真空泵3将吸附筒1a、1b、1c内的气体排出至外部的路径。

各开闭阀(控制阀)13a、13b、13c、15a、15b、15c、18a、18b、18c、21a、21b、21c是用于对各自所配置的管路中的气体的通过进行打开、关闭的阀，通过控制部(未图示)在规定的时刻进行打开、关闭控制。更详细而言，开闭阀13a、13b、13c有助于向吸附筒1a、1b、1c送出加压空气这一送出操作。开闭阀15a、15b、15c有助于将吸附筒1a、1b、1c内的气体向外部排出这一排出操作。开闭阀18a、18b、18c有助于吹扫操作。此外，开闭阀21a、21b、21c与各吸附筒1a、1b、1c的入口侧的管路11a、11b、11c连接，是用于对使各吸附筒1a、1b、1c与外部气体连通的连通管8a、8b、8c的管路进行打开、关闭的阀。开闭阀21a、21b、21c有助于从后述的负压状态向大气压状态增压这一增压操作，并且有助于从加压状态向大气压状态减压这一减压操作。

在从各吸附筒1a、1b、1c到氧罐4的管路12a、12b、12c设置有止回阀17a、17b、17c。这些止回阀17a、17b、17c是仅允许氧从吸附筒1a、1b、1c向氧罐4流动的阀。止回阀17a、17b、17c设置成能够在从各吸附筒1a、1b、1c送出的氧浓缩气体为规定的压力(例如，100kPa)以上的情况下向氧罐4送出该氧浓缩气体。另外，也可采用一般的开闭阀(控制阀)来替代止回阀。

在各吸附筒1a、1b、1c分别安装有用于监视内部的压力的压力计9a、9b、9c。此外，在氧罐4同样安装有用于监视内部的压力的压力计10。

各连通管8a、8b、8c具有第一管路22a、22b、22c和第二管路23a、23b、23c，其中，第一管路22a、22b、22c用于将外部气体供给至吸附筒内，第二管路23a、23b、23c用于将吸附筒内的气体排出。由此，能够利用第一管路22a、22b、22c将外部气体供给至吸附筒内，能够利用不同于所述第一管路22a、22b、22c的另一管路即第二管路23a、23b、23c将吸附筒内的气体排出。在各第一管路22a、22b、22c分别设置有仅允许从外部向吸附筒内流动的止回阀24a、24b、24c。在各第二管路23a、23b、23c分别设置有仅允许从吸附筒向外部流动的止回阀25a、25b、25c。

关于第一管路22a、22b、22c的外部气体引入口(未图示)以及第二管路23a、23b、23c的排气口(未图示)，为了抑制从该排气口排出的气体(氧浓度比通常的空气中的氧浓度低)与外部气体引入口附近的外部气体混合而导致氧浓度变低的外部气体从该外部气体引入口被供给至吸附筒内这一情况，较为理想的是，上述排气口和上述外部气体引入口与不同的空间连接。对于此，只要是能够进行充分的空气循环的开放空间，也可通过使排气口与外部气体引入口分开一定程度的距离的方式实现。

接着，将参照图2～3，对包括前述结构的氧浓缩装置A的操作例进行说明。图2是表示图1所示的氧浓缩装置A中的阀的开通期间以及各吸附筒的压力变动乃至变化的图，图3是图2的局部图，是表示第一吸附筒1a的一个循环的压力变化以及开闭阀的开通状态的图。图2～3中，时间从左侧向右侧经过。此外，图2中位于上侧的图示出了各开闭阀的开通期间，位于下侧的图示出了各吸附筒内部的压力的变化。吸附筒内的压力在负压状态至加压状态之间变化。

在位于上侧的图中，以阴影线示出的期间表示设置于从压缩机2的排出口到各吸附筒1a、1b、1c的管路的开闭阀13a、13b、13c的开通期间，是在压缩机2中被加压的加压空气被送出至各吸附筒1a、1b、1c内的期间(加压期间)。此外，以双阴影线示出的期间表示设置于从各吸附筒1a、1b、1c到真空泵3的吸入口的管路的开闭阀15a、15b、15c的开通期间，是各吸附筒1a、1b、1c内的气体通过真空泵3排出的期间(负压期间)。此外，在位于下侧的图中，粗实线表示第一吸附筒1a的内部压力的变化，细实线和虚线分别表示第二吸附筒1b和第三吸附筒1c的内部压力的变化。

在图2所示的例子中，按照第一吸附筒1a、第二吸附筒1b以及第三吸附筒1c的顺序进行吸附筒内的加压工序。此外，在图2中以“T”示出的期间，进行第一吸附筒1a的一个循环的处理。在上述一个循环的处理中，包括压缩机2的加压处理、真空泵3的吸引处理、使用连通管8a、8b、8c而使加压状态变为大气压状态的减压处理以及使负压状态变为大气压状态的增压处理。

接着，关于第一吸附筒1a，对开闭阀的开闭以及吸附筒内的压力变化进行详细说明。另外，关于第二吸附筒1b和第三吸附筒1c的开闭阀的开关以及吸附筒内的压力变化，如图2所示的那样，仅存在时间上的偏差，其内容与第一吸附筒1a的相同，因此，为了简单，省略了这些说明。

如前文所述的那样，在图2～3中，时间从左侧向右侧经过。当开闭阀13a在时刻t0开通(成为打开状态)时，在压缩机2中加压后的加压空气被供给至吸附筒1a内，该吸附筒1a内的压力上升。

当吸附筒1a内的压力上升而变为规定压力以上时，设置于该吸附筒1a的出口侧(氧罐侧)的管路12a的止回阀17a成为打开状态。止回阀17a在时刻t1成为打开状态。当止回阀17a成为打开状态时，吸附筒1a内的氧浓缩气体经由管路7被供给至氧罐4内。在止回阀17a开通的状态下，即使加压空气从压缩机2被供给至吸附筒1a内，由于该吸附筒1a的出口侧敞开，因此，吸附筒1a内的压力也是恒定的。

开闭阀13a在时刻t2成为关闭状态，停止从压缩机2向吸附筒1a供给加压供气。在加压空气供给停止的同时，吹扫阀即开闭阀18a成为打开状态，吸附筒1a内的氧浓缩气体的一部分被供给至第二吸附筒1b以提高进入加压工序的第二吸附筒1b内的氧浓度。当开闭阀18a成为打开状态时，直到该开闭阀18a成为关闭状态的时刻t3之前，吸附筒1a内的压力逐渐降低。此外，几乎在开闭阀18a成为打开状态的同时，止回阀17a小于规定压力，成为关闭状态。

接着，在时刻t3，开闭阀18a成为关闭状态，开闭阀21a成为打开状态，此时，吸附筒1a内形成为通过连通管8a(参照图1)与大气连通的连通状态。如此一来，由于时刻t3时的吸附筒1a内是加压状态而大气是大气压，因此，在两者的压力差的作用下，吸附筒1a内的气体(氧浓度低于空气中的氧浓度的气体)通过设置于第二管路23a的止回阀25a排出至大气中。由此，吸附筒1a内的压力几乎被减压至大气压。

接着，在时刻t4，开闭阀21a成为关闭状态，开闭阀15a成为打开状态，此时，吸附筒1a内的气体被真空泵3吸引而排出至大气中。由此，吸附筒1a内的压力几乎被减压至规定的负压。

然后，在时刻t5，开闭阀15a成为关闭状态，开闭阀21a成为打开状态，此时，吸附筒1a内形成为通过连通管8a与大气连通的连通状态。如此一来，由于在时刻t5时的吸附筒1a内是负压状态而大气是大气压，因此，在两者的压力差的作用下，大气中的空气通过设置于第一管路22a的止回阀24a被供给至吸附筒1a内。由此，吸附筒1a内的压力几乎被增压至大气压。

接着，与所述时刻t0相同的是，在时刻t6，开闭阀13a成为打开状态，在压缩机2中被加压后的加压空气被供给至吸附筒1a内，该吸附筒1a内的压力上升。然后，重复进行与时刻t1～t5相关说明的前述工序。

从图2中位于上侧的图可知，在本实施方式中，按照第一吸附筒1a、第二吸附筒1b、第三吸附筒1c的顺序，开闭阀13处于打开状态。换言之，加压空气从压缩机2依次供给至第一吸附筒1a、第二吸附筒1b、第三吸附筒1c。

此外，同样地，在本实施方式中，按照第一吸附筒1a、第二吸附筒1b、第三吸附筒1c的顺序，开闭阀15处于打开状态。换言之，按照第一吸附筒1a、第二吸附筒1b、第三吸附筒1c的顺序，通过真空泵3将吸附筒内的气体吸出。

在本实施方式中，在即将从压缩机2向吸附筒1a内供给加压空气前的一定期间(在前文说明中，是t5至t6的期间)，将开闭阀21a设为打开状态，从而设置成使吸附筒1a内与大气连通的连通状态。由此，在吸附筒1a内的负压与大气压的压力差的作用下，外部气体通过连通管8a被供给至吸附筒1a内，吸附筒1a内的压力几乎变为大气压。在现有的VPSA方式的氧浓缩装置中，在所述时刻t5，使用压缩机2将加压空气供给至吸附筒1a内，从而使该吸附筒1a内构成为大气压状态乃至加压状态。不过，在本实施方式中，由于利用吸附筒内的负压与大气压的压力差来进行从负压状态到大气压的增压，因此，对于相同容积的吸附筒而言，即使采用能力小于以往的压缩机，也能够将该吸附筒内设为加压状态，能够降低压缩机2的消耗电力量。

此外，在本实施方式中，在即将通过真空泵3对吸附筒1a内进行吸气前的一定期间(在前文说明中，是t3至t4的期间)，将开闭阀21a设为打开状态，从而设置成使吸附筒1a内与大气连通的连通状态。由此，在吸附筒1a内的加压压力与大气压的压力差的作用下，吸附筒1a内的气体通过连通管8a向外部排出，吸附筒1a内的压力几乎变为大气压。在现有的VPSA方式的氧浓缩装置中，在所述时刻t3，利用真空泵3对吸附筒1a内进行吸气，从而将吸附筒1a内设为大气压状态乃至负压状态。不过，在本实施方式中，由于利用吸附筒内的加压压力与大气的压力差来进行从加压状态到大气压的减压，因此，对于相同容积的吸附筒而言，即使采用能力小于以往的压缩机，也能够将该吸附筒内设为负压状态，能够降低真空泵3的消耗电力量。

(其它的变形例)

本公开不限定于前述实施方式，能够在权利要求书的范围内进行各种变更。

例如，在前述实施方式中，设置成包括三个吸附筒的氧浓缩装置，不过，只要吸附筒的个数是三个以上的多个即可，例如，也可包括四个吸附筒。

符号说明

1a：吸附筒(第一吸附筒)；

1b：吸附筒(第二吸附筒)；

1c：吸附筒(第三吸附筒)；

2：压缩机；

3：真空泵；

4：氧罐；

5：空气引入口；

6：管路；

7：管路；

8a、8b、8c：连通管；

9a、9b、9c：压力计；

10：压力计；

11a、11b、11c：管路；

13a、13b、13c：开闭阀；

15a、15b、15c：开闭阀；

16：管路；

17a、17b、17c：止回阀；

18a、18b、18c：开闭阀；

21a、21b、21c：开闭阀；

22a、22b、22c：第一管路；

23a、23b、23c：第二管路；

24a、24b、24c：止回阀；

25a、25b、25c：止回阀；

A：氧浓缩装置。

Claims

1.一种氧浓缩装置(A)，所述氧浓缩装置(A)包括三个以上的多个吸附筒(1a、1b、1c)、向各吸附筒(1a、1b、1c)供给加压空气的压缩机(2)、从各吸附筒(1a、1b、1c)吸引气体的真空泵(3)，其特征在于，

所述氧浓缩装置(A)具有连通管(8a、8b、8c)以及控制阀(21a、21b、21c)，所述连通管(8a、8b、8c)与各吸附筒(1a、1b、1c)的入口侧管路(11a、11b、11c)连接，使各吸附筒(1a、1b、1c)与外部气体连通，所述控制阀(21a、21b、21c)打开、关闭所述连通管(8a、8b、8c)的管路。

2.如权利要求1所述的氧浓缩装置(A)，其特征在于，

所述连通管(8a、8b、8c)具有第一管路(22a、22b、22c)以及第二管路(23a、23b、23c)，所述第一管路(22a、22b、22c)将外部气体吸入吸附筒(1a、1b、1c)内，所述第二管路(23a、23b、23c)将吸附筒(1a、1b、1c)内的气体排出。