JP2005262192A

JP2005262192A - 酸素濃縮装置

Info

Publication number: JP2005262192A
Application number: JP2004118397A
Authority: JP
Inventors: Masami Bun; 正海文
Original assignee: ORUTOTEKKU KK
Current assignee: ORUTOTEKKU KK
Priority date: 2004-03-18
Filing date: 2004-03-18
Publication date: 2005-09-29

Abstract

【課題】作動騒音を低減し、軽量化した酸素濃縮装置を提供する。
【解決手段】窒素ガス吸着剤（２）を充填した吸着容器（１）を通気管（１１）を介して電磁弁（３）に連結し、さらにピストン（５）を内蔵したシリンダー（４）を通気管（１２）を介して前記電磁弁（３）に連結した上、躯動モーター（１０）の回転運動を前記ピストン（５）の往復運動に変換する。
【選択図】図１

Description

本発明は窒素ガス吸着剤で空気中の窒素ガスを吸着し、さらにこれを脱着除去して酸素を濃縮する技術に関するものである。

酸素を濃縮する方法としては、酸素を通す膜を利用したものや本発明のように窒素ガスを吸着する吸着剤を用いて酸素を濃縮する方法がある。

従来の酸素濃縮法は、窒素ガス吸着剤を充填した容器内にコンプレッサー等の加圧装置で空気を加圧圧送し、空気中の窒素ガスを窒素ガス吸着剤に吸着させた上、真空ポンプ等の減圧装置を用いて窒素ガスを脱着除去して酸素を濃縮していた。

そのため、吸着操作時と脱着操作時において加圧装置及び減圧装置を用いるので騒音が発生する問題点があった。

そして、近年騒音対策として消音装置又は消音設備を具備した酸素濃縮装置が製品化されてきたが、加圧装置及び減圧装置に加えて消音装置をも具備するため酸素濃縮装置が大型化する傾向がある。
特開２００２−１５３５５８特開２００３−６３８０６

解決しようとする問題点は、吸着操作時及び脱着窒素ガスを排出するときに騒音が発生する点であり、又装置が大きく、さらに重量化する点である。

前目的を達成するため、躯動モーターの回転運動をシリンダー内のピストンの往復運動に変換し、ピストンの往復運動によって吸着容器内で窒素ガスの吸着と脱着を行う。

本発明は、躯動モーターの回転運動をシリンダー内のピストンの往復運動に変換し、ピストンの往復運動によって窒素ガスの吸着と脱着を行うので加圧装置及び減圧装置を具備する必要がないため騒音の発生を低減する利点があり、さらに装置を小型化又は軽量化しやすい利点がある。

躯動モーターの回転運動をピストンの往復運動に変換し、そして電磁弁の開閉操作をプーリーの回転で制御した上、さらに吸気と排気をスイングチャッキ弁を使い分けながら行うことで実施した。

本発明の実施例を図１を参照しながら説明する。
まず、窒素ガス吸着剤（２）を充填した吸着容器（１）を通気管（１１）を介して電磁弁（３）（三方弁）に接続する。
そして、ピストン（５）を内蔵したシリンダー（４）を通気管（１２）を介して前記電磁弁（３）に接続した上、前記ピストン（５）に連結されたピストン軸（６）を回転ピン（７）を介してプーリー（８）に連結し、さらにベルト（９）を介して躯動モーター（１０）に連結した上、前記躯動モーター（１０）の回転運動を前記ピストン（５）に伝達できるようにする。

次に、前記電磁弁（３）に通気管（１３）を接続した上、Ｔ字管（１６）で前記通気管（１３）を分岐し前記Ｔ字管（１６）の一方にスイングチャッキ弁（１７）を、そして他方にスイングチャッキ弁（１８）を接続する。
その上で、前記スイングチャッキ弁（１８）にＬ字管（２０）を介してエアクリーナー（２１）を接続し、さらに前記エアクリーナー（２１）に通気管（１４）を介して吸気口（２２）を取りつける。

そして、前記ピストン軸（６）が一直線状態（前記プーリー（８）の１回転で２度ある）、すなわち前記シリンダー（４）内の吸気量が最多になった状態（便宜上、以後Ａ点とする。図８参照）で前記電磁弁（３）に通電し制御できるようにする。

その上で、前記躯動モーター（１０）を作動させ前記プーリー（８）の回転によって前記ピストン軸（６）がＡ点に到達した時点で前記電磁弁（３）に通電し、前記通気管（１３）方向を「閉」の状態に、前記通気管（１１）方向を「開」の状態にして前記シリンダー（４）内の空気を前記ピストン（５）で圧縮し前記通気管（１２）及び前記電磁弁（３）、そして前記通気管（１１）を介して前記吸着容器（１）内に圧送し、当該空気中の窒素ガスを前記窒素ガス吸着剤（２）に吸着させる。
そして残った当該空気中の酸素を前記吸着容器（１）内のスイングチャッキ弁（１９）を介して酸素放出管（１５）より回収する。

次に、前記ピストン（５）で前記シリンダー（４）内の空気を全部吐出し前記ピストン軸（６）が一直線状態、すなわち前記シリンダー（４）内の空気量が最少になった状態（便宜上、以後Ｂ点とする。図９参照）になると同時に前記スイングチャッキ弁（１９）を閉じ、前記吸着容器（１）内の前記窒素ガス吸着剤（２）に吸着された窒素ガスを前記ピストン（５）で吸引脱着し前記シリンダー（４）内に貯留する。

そして前記ピストン軸（６）がＡ点（図８参照）に到達した時、前記電磁弁（３）を遮電し前記通気管（１１）方向を「閉」の状態に、さらに前記通気管（１３）方向を「開」の状態に制御する。

その上で、前記シリンダー（４）内の脱着窒素ガスを前記ピストン（５）で圧送し前記通気管（１２）及び前記電磁弁（３）、そして前記通気管（１３）を介して前記スイングチャッキ弁（１７）より外部へ排出する。
この時、図４で示すように脱着窒素ガスは前記スイングチャッキ弁（１８）が閉じているので前記スイングチャッキ弁（１７）を通り矢印方向へ排出される。

そして前記ピストン（５）で前記シリンダー（４）内の脱着窒素ガスを全部排出し終えると同時、すなわち前記ピストン軸（６）がＢ点（図９参照）に到達した時に前記電磁弁（３）はそのままの状態で、前記ピストン（５）で外部の空気を前記吸気口（２２）及び前記エアクリーナー（２１）そして前記スイングチャッキ弁（１８）、さらに前記通気管（１３）及び前記電磁弁（３）を介して前記シリンダー（４）内に吸引する。
この時も図３で示すように前記スイングチャッキ弁（１７）は閉じているので空気は矢印方向に吸引される。

以上のべた操作を繰り返すことによって連続して濃縮酸素を得ることができる。
又、本実施例では図１で示すように前記プーリー（８）を挟んで酸素濃縮装置を２組並列に配置した上、前記電磁弁（３）を一方はノーマルクローズ型に、他方はノーマルオープン型にして制御した。

なお、本実施例で使用した窒素ガス吸着剤（２）は３〜５Åの合成ゼオライトであり、さらに電磁弁（３）はパイロット式３ポート電磁弁のノーマルクローズ型及びノーマルオープン型を使用した。
又、プーリー（８）の回転数は１０〜３０ｒｐｍ範囲内で調整した。
その結果、酸素放出管（１５）出口における酸素濃度は４０〜８０％で、最高濃度は９０％まで濃縮できた。
そして吸着時及び脱着窒素ガス排出時の騒音を十数デシベル（ｄＢ）まで低減できた。

騒音があまり発生せず、小型化そして軽量化できるので内燃機関やボイラーの燃焼補助用、そして水処理用、さらに健康器具又は医療用にも利用でき、その用途はあらゆる分野に広く適用できる。

酸素濃縮装置の平面図酸素濃縮装置の断面図（Ａ−Ａ）空気の吸気経路図窒素ガス排気経路図吸気口の平面図吸気口の断面図（Ｂ−Ｂ）通気板の平面図吸気量最多状態の図（Ａ点）吸気量最少状態の図（Ｂ点）

符号の説明

１吸着容器
２窒素ガス吸着剤
３電磁弁
４シリンダー
５ピストン
６ピストン軸
７回転ピン
８プーリー
９ベルト
１０躯動モーター
１１〜１４通気管
１５酸素放出管
１６Ｔ字管
１７〜１９スイングチャッキ弁
２０Ｌ字管
２１エアクリーナー
２２吸気口
２３リング状磁石
２４導磁材
２５通気板
２６通気孔

Claims

窒素ガス吸着剤（２）を充填した吸着容器（１）を通気管（１１）を介して電磁弁（３）に連結し、さらにピストン（５）を内蔵したシリンダー（４）を通気管（１２）を介して前記電磁弁（３）に連結した上、躯動モーター（１０）の回転運動を前記ピストン（５）に伝達し前記ピストン（５）を往復運動させる構造の酸素濃縮装置。
前記ピストン（５）の往復運動によって前記吸着容器（１）内で窒素ガスの吸着及び脱着を行い、当該脱着窒素ガスを前記電磁弁（３）及び通気管（１３）そしてスイングチャッキ弁（１７）を介して外部へ排出し、さらに吸気口（２２）を介して外部の空気を前記シリンダー（４）内に吸引できる構造の前記請求項１記載の酸素濃縮装置。
前記ピストン（５）の往復運動によって前記シリンダー（４）内の空間容積が最少状態又は最多状態で前記電磁弁（３）を制御できる構造の前記請求項２記載の酸素濃縮装置。
非導磁材で作られている円筒状の前記吸気口（２２）の内壁面上にリング状磁石（２３）を数条取り付け、さらに前記吸気口（２２）の同心中心部に円柱状の鉄製の導磁材（２４）を配置した上、前記導磁材（２４）の上端及び下端を非導磁製の通気板（２５）で固定した構造の前記吸気口（２２）で構成されている前記請求項２記載の酸素濃縮装置。