JP2006224076A - 酸素富化ガスの製造装置。 - Google Patents

Abstract

【課題】 分離膜によるものについては、エアーコンプレッサと分離膜を構成する一般的な装置が在ったが、酸素の濃度を上昇させるのに際して、簡単に効率良く安定した形で安価にコンパクトに手間をかけずに作り出すという配慮は殆どされていなかった。また、エアードライヤや圧縮空気貯蔵タンクで圧縮空気より発生したドレン水の処理に関しては、全く配慮されていなかった。
【解決手段】 圧縮空気を作り出す空気圧縮機１１と、圧縮空気を乾燥させるエアードライヤ２０と、圧縮空気から窒素富化ガス２０４を排出することで酸素ガスの濃度を高めた酸素富化ガス２０３を作り出す分離膜４０を一体にパッケージ化した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、酸素富化ガスの製造装置に関する技術であって、更に詳細に述べると、健康や癒しを目的として快適空間等に使用する、圧縮空気中の酸素の濃度を４０％程度に上昇させる酸素富化ガスの製造装置と、酸素の濃度の上昇を達成することによって発生したドレン水の処理を含めて、如何にしたら酸素の濃度の上昇を簡単に効率良く安定した形で安価にコンパクトに手間をかけずに作り出し且つ発生したドレン水をきれいな清水として処理をすることが出来るかという技術について述べたものである。

従来、酸素富化ガスの製造装置に関する技術としては、酸素そのものを作り出す液体空気の分留や水の電気分解によるものと、酸素富化ガスを作り出す分離膜によるもの等があった。

先ず、酸素そのものを作り出す液体空気の分留や水の電気分解にについて、その内容を説明する。

この場合、液体空気の分留に関しては、液体空気を分留塔に入れ、常温で放置すると、沸点の低い窒素（−１９６℃）の方が蒸発しやすいので、はじめに出て来る気体には窒素が多く含まれ、一方、残った液体には酸素（−１８３℃）が多くなる。これを何回も繰り返すことによって、酸素と窒素をほぼ完全に分離することが即ち酸素を作り出すことが出来るのである。

また、水の電気分解に関しては、水酸化ナトリウムや硫酸銅の水溶液に２本の電極を入れ、外部から直流電流を通じると、陽極で酸素を発生することにより求めることが出来るのである。

一方、分離膜による装置としては、圧縮空気が分離膜を経由することで酸素富化ガスを作り出すという装置も既に存在していた。

しかしながら、このような従来の酸素富化ガスの製造装置に類するものに関しては、以下に示すような課題があった。

先ず、液体空気の分留や水の電気分解については、純度の高い大半が酸素である気体を作り出すという面ではそれなりの意味があるが、本願発明のような酸素の濃度として４０％程度を期待する場合に於いては基本的に発想が異なり、設備が大規模になることで製造コストが高かった。

一方、分離膜によるものについては、エアーコンプレッサと分離膜を構成することで一般的な装置としていたが、酸素の濃度を上昇させるのに際して、簡単に効率良く安定した形で安価にコンパクトに手間をかけずに作り出すという配慮は殆どされていなかった。また、エアードライヤや圧縮空気貯蔵タンクで圧縮空気より発生したドレン水の処理に関しては、全く配慮されていなかった。

本発明は、圧縮空気を作り出す空気圧縮機１１と、前記圧縮空気を乾燥させるエアードライヤ２０と、前記圧縮空気から窒素富化ガス２０４を排出することで酸素ガスの濃度を高めた酸素富化ガス２０３を作り出す分離膜４０を一体にパッケージ化したことを特徴とし、更には、前記エアードライヤ２０は、冷凍式のものであり、前記分離膜４０は、エアーコンプレッサの排風２０６を利用して加熱するものであることを、またはエアードライヤの排風２０７を利用して加熱するものであることを、または前記エアーコンプレッサの排風２０６と前記エアードライヤの排風２０７の両方の排風を利用して加熱するものであることを特徴とし、更には、前記分離膜４０は、前記エアーコンプレッサの排風２０６と前記エアードライヤの排風２０７を効率良く取り込むことが出来るように、カバーで覆ったりまたは隔離して部屋に収納するものであることを特徴とし、更には、前記分離膜４０の上流に前記圧縮空気を貯蔵する圧縮空気貯蔵タンク１３と前記エアードライヤ２０と前記圧縮空気に含まれた異物を除去するフィルター３０を前記圧縮空気が流れる順に配設し、前記エアードライヤ２０と前記圧縮空気貯蔵タンク１３から発生するドレン水に含まれた異物を分離する油水分離装置５０、６０を配設し、前記フィルター３０と圧縮空気貯蔵タンク１３と前記油水分離装置５０、６０も含めて一体に全集合体２８０としてパッケージ化したことを特徴とし、更には、前記油水分離装置６０は、筒状で密閉した外筒６４に前記外筒６４より断面が小さい内筒６７を前記外筒６４と間隔をおいて位置させ、前記内筒６７の一端を前記外筒６４の一方に位置している上部板６１に固定すると共に前記内筒６７の他端では前記外筒６４の他方に位置している下部板６２側において前記内筒６７の内側と外側が連通可能であり、前記上部板６１にはドレン水を流入させ清水を排出させる二つの出入口６１ａ、６１ｂを形成し、二つの前記出入口６１ａ、６１ｂの間の前記内筒６７の内側及び前記内筒６７の外側と前記外筒６４の間の空間にエマルジョン破壊粒子付油吸着材７１と油吸着材７２を概ね均一に混在させて収納し、二つの前記出入口６１ａ、６１ｂの何れかでドレン水を流入させて他方で清水を排出させた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。

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。

第一に、圧縮空気を作り出す空気圧縮機と圧縮空気を乾燥させるエアードライヤと圧縮空気から酸素ガスの濃度を高めた酸素富化ガスを作り出す分離膜を一体にパッケージ化することで、簡単に効率良く手間をかけずに、コンパクトな形で、安価に装置を入手することが可能となった。

第二に、エアーコンプレッサの排風やエアードライヤの排風を有効に利用して分離膜を加熱することで、また分離膜の下流に流量調整弁を配設することで、窒素ガスを排出し酸素富化ガスを作り出す分離膜での各種の気体を透過する能力を、更にひとまわり高めることが可能となった。

第三に、分離膜をカバーで覆ったり、または隔離した部屋に収納することで、酸素富化ガスを作り出す分離膜での透過する能力を尚一層高めることが可能となった。

第四に、エアードライヤと圧縮空気貯蔵タンクの両方から発生するドレン水に含まれたオイルや塵埃等の各種の異物を分離する油水分離装置を配設することで、環境に優しい装置が可能となった。

第五に、空気圧縮機とエアードライヤと分離膜に加え、フィルターと圧縮空気貯蔵タンクと油水分離装置も含めて一体にパッケージ化することで、簡単に効率良く手間をかけずに、コンパクトな形で、安価に装置を人手することが可能となった。

第六に、油水分離装置は、外筒と内筒を構成し、内筒の一端を外筒の一方に位置している上部板に固定すると共に内筒の他端では内筒の内側と外側が連通可能であり、上部板にはドレン水を流入させ清水を排出させる二つの出入口を形成し、二つの出入口の間の内筒の内側及び内筒の外側と外筒の間の空間にエマルジョン破壊粒子付油吸着材と油吸着材を概ね均一に混在させて収納し、二つの出入口の何れかでドレン水を流入させ他方で清水を排出させたことで、コンパクトな装置が可能となった。

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、本発明の全体を示した図であり、図２は、本発明の油水分離装置の詳細を示した図である。

図１に見られるように、１０はエアーコンプレッサであり、圧縮空気を作り出す空気圧縮機１１と、空気圧縮機１１を回転運動させる電動機１２と、圧縮空気を貯蔵する圧縮空気貯蔵タンク１３を構成している。

ここで、空気圧縮機１１によって作り出された圧縮空気は、圧縮空気貯蔵タンク１３に一旦貯蔵され、圧縮空気配管１５１と、圧縮空気を乾燥させるエアードライヤ２０と、圧縮空気配管１５２と、圧縮空気に含まれている各種の異物を除去するフィルター３０と、圧縮空気配管１５３と、圧縮空気から窒素富化ガス２０４を排出する分離膜４０を経由することで、酸素ガスの濃度を高めた酸素富化ガス２０３を使用することが可能となっている。

尚、窒素ガスは、分離膜４０の下流に窒素ガス配管１５４を接続することで、流れる窒素ガスの流量を調整することが可能な流量調整弁４１と、窒素ガス配管１５５を経由して排出することが可能となっている。 ここで、流量調整弁４１は、流れる気体の流量を調整することによって、酸素富化ガス２０３の酸素の濃度をある程度調整することが可能となっている。

この場合、エアードライヤ２０に関しては、冷凍式によるものを考えているが、膜式や乾燥剤によるもの等、更に別の方法によるものでも構わない。

一方、分離膜４０は、ポリエステル製で孔径３００μ程度の何千ものストロー状の中空糸を一つに束ねたものより構成されたものであり、その中空糸の内部に圧縮空気等の各種の気体が混合したものを通すことで、それぞれの気体が固有に持っている中空糸の膜の透過するスピードの違いを利用して、混合している各々の気体を分離することが出来るのである。

この場合、圧縮空気を構成している各気体の成分が、分離膜４０である中空糸の膜に対する（放出という視点から見た）透過量の差を利用して、早く放出する気体と放出しにくい気体がある中で、放出しにくくて残った気体が下流の方に流れていくことになるのである。

特に、中空糸の膜がポリエステル製の場合には、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透過しやすく、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気体ということで、窒素ガス配管１５４と流量調整弁４１と窒素ガス配管１５５を経由して窒素富化ガス２０４を流出させ、それ以前に透過した酸素を中心とするガスが、酸素富化ガス２０３として使用することが出来る訳である。

尚、中空糸の膜としては、ポリエステルの他に、ポリイミドや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。

ところで、分離膜４０は、加熱することによって気体を透過する分離能力を更に高めることが出来る。 従って、温度の高いエアーコンプレッサの排風２０６やエアードライヤの排風２０７の少なくとも何れか一方の排風を利用して加熱することは、非常に有意義な事である。 当然のことながら、冷凍式以外の場合には、エアードライヤの排風を期待することは出来ない。

一方、ドレン水が発生する圧縮空気貯蔵タンク１３の下部からは、ドレン水を排出するドレン水配管１１１と、手動で開閉することが可能な開閉弁１５と、ドレン水配管１１２と、モーターの動作や磁力によって開閉の動作を行い圧縮空気と共にドレン水を排出する電動式のドレントラップ１６と、ドレン水配管１１３と、ドレントラップ１６の側からのみドレン水を流すことが出来る逆止弁１７と、ドレン水配管１１４を経由して、ドレン水集合管１７１に接続している。

また、ドレン水が発生するエアードライヤ２０からは、ドレン水を排出するドレン水配管１２１と、手動で開閉することが可能な開閉弁２５と、ドレン水配管１２２と、モーターの動作や磁力によって開閉の動作を行い圧縮空気と共にドレン水を排出する電動式のドレントラップ２６と、ドレン水配管１２３と、ドレントラップ２６の側からのみドレン水を流すことが出来る逆止弁２７と、ドレン水配管１２４を経由して、ドレン水集合管１７１に接続している。

更に、ドレン水が発生するフィルター３０からは、ドレン水を排出するドレン水配管１３１と、手動で開閉することが可能な開閉弁３５と、ドレン水配管１３２を経由して、ドレン水２０２を排出することを可能にしている。 この場合、フィルター３０からのドレン水配管をドレン水集合管１７１に接続していない理由は、圧縮空気が直前でエアードライヤ２０を経由している為にドレン水が殆ど発生する可能性が無いという理由によるものである。 但し、状況によってはドレントラップや逆止弁を経由してドレン水集合管１７１に接続しても構わない。

尚、ドレントラップ１６、２６に於けるドレン水の排出に関しては、常に個々に定めたサイクルで個々に定めた時間の間排出を行なったり、別のやり方として、常に個々に定めたサイクルでドレントラップ１６、２６より上流の何れかの位置でドレン水の有無を確認しその結果ドレン水の存在を確認した場合にのみ個々に定めた時間の間排出を行なうこと等が考えられる。 その際、ドレン水を排水した直後に、更にドレン水の存在を確認したら、更に定めた時間の間ドレン水を排出することも考えられる。 この場合、ドレントラップ１６、２６は、電動モーター式と電磁式等の電動式のものが考えられる。

ここで、ドレン水集合管１７１は、オイルや塵埃等の各種の異物を分離する油水分離装置５０、６０を経由して後に、清水配管１７２からきれいになった清水２０５を排出することが出来るようになっている。 また、清水管１７２より排出される清水２０５に関しては、河川等にそのままの状態で排出することが出来る位に清浄になっていると言って良い。

所で、油水分離装置５０は、図１には具体的には示されていないが、水より軽いオイル等を浮上させ水より重い塵埃等の異物を底部に沈殿させる油水分離槽と、エマルジョン化したオイルを破壊しその後に破壊したオイルを油吸着材に吸着させることで清水にすることが出来るエマルジョン破壊油吸着槽から構成されていて、油水分離槽とエマルジョン破壊油吸着槽の間は接続管で接続している。

尚、油水分離槽は、油水分離槽本体が隔壁によって仕切られることで外側に位置している油浮上分離室と内側に位置している水貯槽室の二つの室を形成し、密閉した油水分離槽本体の内部を、上部では液面より更に上の部分で油浮上分離室と水貯槽室の間を、気体である圧縮空気だけが自由に出入り可能な状態に、下部では液体であるドレン水が隔壁の先端と油水分離槽本体の底部との間で、油浮上分離室と水貯槽室の間を自由に出入り可能な状態になっている。

そして、油浮上分離室の上部には、一方の管端をドレン水集合管１７１に接続した吸入管の他方の管端が液面より突出させて位置していて、ドレン水が流れ込むようになっている。 従って、油浮上分離室では、液面には水より軽いオイルが浮上し、底部には水より重い異物が沈殿するようになっている。 この場合には、液面に浮上したオイルは、浮上油取出弁を開くことで排出可能となっている。

一方、水貯槽室では、液面に吐出管の一方の管端が位置させ、油浮上分離室と水貯槽室の間の下部の隔壁の先端と油水分離槽本体の底部との間の連通している部分より水より軽いオイルと水より重い異物が取り除かれたドレン水が流入するようになっている。但し、エマルジョン化したオイルはドレン水の中に溶け込み、この様な方式では分離出来ずにそのまま流入していた。

ここで、吐出管の他方の管端は、接続管に接続している。 従って、水貯槽室の液面に集まった吐出管の一方の管端より上部に位置するオイルの除かれた比較的綺麗なドレン水は、油浮上分離室上部と水貯槽室上部に連通して密閉されている圧縮空気の圧力によって、吐出管の一方の管端から入り他方の管端から接続管に圧縮空気と共に送り出されるようになっている。 従って、ドレン水は圧縮空気と共に接続管からエマルジョン破壊油吸着槽に送り込まれる。 尚、油浮上分離室上部と水貯槽室上部の圧縮空気の圧力が確認可能な様に、油水分離槽本体の上部に圧力計を配設している。

さて、エマルジョン破壊油吸着槽では、エマルジョン破壊油吸着槽本体の中に、色素や異臭を除去する活性炭を概ね中央部の断面全体にドレン水の流れを遮るように配設し、エマルジョンを破壊させる目的のエマルジョン破壊粒子を付着させたエマルジョン破壊粒子付き油吸着材とオイルを吸着する目的の油吸着材を概ね均一に混在させたものを、活性炭の前後に収納している。

この場合、エマルジョン破壊粒子付き油吸着材は、エマルジョン破壊粒子の働きによって微小のオイルが水と結合してエマルジョン化したドレン水をエマルジョン破壊することでオイルと水の結合を解き放ち、その後、分離したオイルはエマルジョン破壊粒子付き油吸着材を構成している油吸着材や油吸着材に吸着される。 従って、エマルジョン破壊粒子付き油吸着材と油吸着材が散在することによって、エマルジョン化したオイルからオイルを完全に分離し吸着することによって除去が可能となり、限りなく清水にすることが出来るのである。

一方、粒状の活性炭の配設は、色素や異臭を吸着したり除去することをその目的としている。 また、活性炭のエマルジョン破壊油吸着槽内での充填する位置としては、最上流では活性炭が早く汚れてしまい、最下流では活性炭そのものが流出することによって汚れた水が流れるように見える為に、概ね中央部に位置させることが望ましい。

ここで、エマルジョン破壊油吸着槽本体の構造としては、液体であるドレン水が、流入口からエマルジョン破壊油吸着槽本体に流入し、流出口から排出する間に、エマルジョン破壊油吸着槽本体内を均一に流れる様に、エマルジョン破壊油吸着槽本体の両端部である入口側と出口側には空間部を確保している。

従って、両端の空間部を確保する為に、数多くの小さな穴を形成している多孔板を二枚用意し、その多孔板とエマルジョン破壊油吸着槽本体の両端の端部との間にエマルジョン破壊油吸着槽本体より小径の円筒状の支柱を配設することによって多孔板を支え、エマルジョン破壊粒子付き油吸着材と油吸着材と活性炭を、二つの多孔板の間に収納するようにしている。 但し、支柱は円筒状のものに限る必要は全く無く、空間部を確保出来れば、どのような形状でも構わない。 尚、多孔板としては、数多くの小さな穴を形成した金網やパンチングプレートやセラミック樹脂等が考えられる。

また、エマルジョン破壊粒子付き油吸着材と油吸着材は、オイル等の異物を吸収するに従って抵抗が大きくなり、圧縮されながら下流に向かって押し付けられることで、更に抵抗が大きくなると同時に、エマルジョン化したオイルの破壊や油吸着の機能が確実に低下していくのである。

そこで、このことを少しでも防止する為に、液体の流れを垂直に遮ることが出来る様に、エマルジョン破壊油吸着槽本体の略中央部に数多くの小さな穴を形成した中間多孔板を配設し、中間多孔板を支える為、中間多孔板と多孔板の間にエマルジョン破壊油吸着槽本体より小径の円筒状の支持材を配設することによってエマルジョン破壊粒子付油吸着材や油吸着材が圧縮されることを防止している。

但し、中間多孔板の位置に関しては、エマルジョン破壊油吸着槽本体の略中央部に多少前後しても構わない。 また、支持材は円筒状のものに限る必要はなく、数本のボルトで固定する等中間多孔板を支持出来れば、どのような形状でも構わない。

尚、エマルジョン破壊油吸着槽本体の内部には、活性炭を中間多孔板の下流直後に充填するのが最善であるが、中間多孔板の上流直前に充填するのも最善に近い効果が十分みられる。 一方、中間多孔板の多少前後して充填してもかなりの効果が見られるし、エマルジョン破壊油吸着槽本体の両端末の何れかの部分に充填してもそれなりの効果は確実にみられる。

更に、通常はエマルジョン破壊粒子付油吸着材と油吸着材は、概ね均一に混在させたものを活性炭の前後に収納しているが、エマルジョン破壊粒子付油吸着材と油吸着材を交互に層を成して収納し、入口と出口に近い層には油吸着材を収納するということも十分考えられる。

ここで、エマルジョン破壊粒子を吸着材に付着させたエマルジョン破壊粒子付油吸着材を作る方法としては、アミンや硫酸バリウム等のエマルジョン破壊粒子が溶媒で溶解されている溶液を吸着材に付着させた後に溶媒を蒸発乾燥させるような方法が一般的ではあるが、溶液を油吸着材に霧状に吹き付ける方法もある。 また、アミンや硫酸バリウム等のエマルジョン破壊粒子を溶解した状態でなく、液体内で均一に混合された状態で吸着材に付着させるという方法も考えられる。

この場合、エマルジョン破壊粒子と油吸着材をエマルジョン破壊粒子付き油吸着材の状態にしないで、粒子の状態のままで吸着材の間でばらばらに分散するように充填しても構わない。 この場合においても、活性炭は、中間多孔板の上流直前直後やその周辺に配置するのが最も良いし、入口や出口の多孔板の直後や直前に配置しても良い。

但し、前記の何れの場合においても、活性炭を配置しなでエマルジョン破壊油吸着槽を構成することも考えられる。

一方、本発明に用いられるアミンについては、アミン化合物またはその誘導体が考えられ、アミン化合物またはその誘導体が２５℃であるとき固体状のものであることが好ましいが、その化合物が２５℃で非固体状であっても、他の化合物との混合物で固体状になる化合物でも構わない。 つまり、化合物は、一種類単独で使用しても、二種類以上使用しても良い。

さて、これらのアミン化合物やその誘導体は、好ましくは、一種アミン、二種アミン、三種アミン、及び、その誘導体であり、より好ましくは、一種アミン、二種アミン、及び、その誘導体であり、特に好ましくは、一種アミン（例えば、ステアリルアミン）、及び、その誘導体である。

また、油吸着材及びエマルジョン破壊粒子付き油吸着材に使用している油吸着材としては、ポリプロピレンやポリスチレンの繊維よりなるものが考えられる。 但し、油吸着材及びエマルジョン破壊粒子付き油吸着材に使用している油吸着材に関しては、これらのものに限定される訳ではなく、油吸着の機能を持っていて水不溶性にものであればその他のものでも構わない。

ここで、油吸着材およびエマルジョン破壊粒子付き油吸着材に使用している油吸着材の大きさとしては、好ましくは、（１０ｍｍ〜２００ｍｍ）×（２ｍｍ〜５０ｍｍ）のものであるか、より好ましくは、（３０ｍｍ〜８０ｍｍ）×（５ｍｍ〜４０ｍｍ）の大きさのものである。 特に、（３５ｍｍ〜５５ｍｍ）×（２５ｍｍ〜４０ｍｍ）と、（４０ｍｍ〜６０ｍｍ）×（３ｍｍ〜１０ｍｍ）の２種類の大きさのものを準備するのが最も好ましい。 この事は、別の見方で言うと、１００ｍｍ×５０ｍｍ以下の小片で、面積で３〜１０倍の違った大きさのものを２種類準備するという考え方に近いとも言えるし、最善のものでは、６０ｍｍ×４０ｍｍ以下の小片で、面積で４〜８倍の違った大きさのものを２種類準備するのが理想的とも言える。

この場合、このような大きさが好ましい理由は、油吸着材およびエマルジョン破壊粒子付き油吸着材に使用している油吸着材をエマルジョン破壊油吸着槽本体に充填する際に、大きすぎる場合には、隙間が大きくなることで多くの量を充填することが難しいために大きな表面積を得にくくなり、無理に圧縮をしている部分が多くなるがそのような部分はエマルジョン化した油の破壊や吸着の機能は低下し、充填する量が少なくなるために性能を確保することが出来ず、小さすぎる場合には、基本的に隙間が小さいためにエマルジョン化した油の破壊や吸着の機能の低下が早くなり、裁断するのにめんどうであるし、各種の管理をするにもめんどうである。

また、２種類の大きさのものを使用するということは、大きさの異なる２種類の小片を準備することで、大きくすることでの課題である大きな隙間や無理な圧縮を、小さいものを加えることで補うことが可能となり、同時に小さくすることでの課題である早期の機能低下を、大きなものを加えることで補うことが出来るということに大きな意味を持っている。

尚、２種類の小片については、油吸着材およびエマルジョン破壊粒子付き油吸着材に使用している油吸着材の両方に２種類の小片を使用するのが最善であるが、油吸着材に小さい小片とエマルジョン破壊粒子付き油吸着材に使用している油吸着材に大きい小片を使用しても、その逆でも良い。

所で、図２に見られるように、オイルや塵埃等の各種の異物を分離する装置としては油水分離装置６０も考えることが出来るものであり、その構造としては筒状で密閉した外筒６４に外筒６４より断面が小さい内筒６７を外筒６４と間隔をおいて位置させ、内筒６７の一端を外筒６４の一方に位置している上部板６１に固定すると共に内筒６７の他端では外筒６４の他方に位置している下部板６２側において内筒６７の内側と外側が連通可能であり、上部板６１にはドレン水を流入させ清水を排出させる二つの出入口６１ａ、６１ｂを形成し、二つの出入口６１ａ、６１ｂの間の内筒６７の内側及び内筒６７の外側と外筒６４の間の空間にエマルジョン破壊粒子付油吸着材７１と油吸着材７２を概ね均一に混在させて収納し、また下部板６２近傍の断面全体にドレン水の流れを遮るように活性炭７３を収納し、二つの出入口６１ａ、６１ｂの何れかでドレン水を流入させ他方で清水を排出させている。

この構成を更に詳細に述べると、油水分離装置６０は、円盤状の上部板６１、下部板６２の対向面に各々設けた円形の溝にＯリング６３を介して円筒形の外筒６４を嵌合させている。 そして、これら上部板６１、下部板６２を挿通する通しボルト６５とナット６６で上部板６１、下部板６２間を引き寄せて密閉し固定している。 また、外筒６４より小直径の内筒６７はその上端が上部板６１に接して保持されるか、上部板６１に固定され、その下端は下部板６２に近い位置にあり、内筒６７内の空間と、外筒６４と内筒６７間の空間は内筒６７と下部板６２間で連通可能になっている。 但し、図２に於いては、内筒６７と下部板６２の間は連通ということから隙間を確保していて接していないように示されているが、前述の連通が確保されていれば接していても構わない。

更に、上部板６１近傍の内側には各々空間部６７ａ、６４ａを形成するように、内筒６７内に金網やパンチングプレートやセラミック樹脂のような数多くの小さな穴を形成した円盤状の多孔板６８が嵌め込み、溶接等で内筒６７に固定され、外筒６４と内筒６７間に数多くの小さな穴を形成したリング状の多孔板６９が嵌め込まれ、図示されない上部板６１の座部に空間部６４ａを確保しながらネジにより固定されている。

従って、油水分離装置６０は、内筒６７と外筒６４を構成することで、およそ内筒６７の二倍の長さのエマルジョン破壊と油吸着の処理を行なう長さを確保したことになり、この事によって全長が短くなった非常にコンパクトな油水分離装置６０が可能になったのである。

尚、この油水分離装置６０は、単独で前述の油水分離槽とエマルジョン破壊油吸着槽を構成して油水分離装置５０全体と同等に使用することも可能であるし、前述の油水分離装置５０を構成しているエマルジョン破壊油吸着槽の替わりに使用することも可能である。

この様な状況も含めて、油水分離装置６０に記載している、エマルジョン破壊粒子付油吸着材７１や油吸着材７２や活性炭７３等の、目的や、使用している材料や、製造方法等に関しては、特にエマルジョン破壊粒子付油吸着材７１でのエマルジョン破壊粒子の材料として用いられているアミンや、エマルジョン破壊粒子付油吸着材７１の製造方法に関しては、更に空間部６７ａ、６４ａや多孔板６８、６９の目的に関しても、油水分離装置５０で記載している内容が、そのまま当てはまると考えて良い。 また、中間多孔板の発想も油水分離装置６０に適用可能である。

当然のことながら、エマルジョン破壊粒子付油吸着材７１と油吸着材７２を分離して交互に多層にして収納することも考えられる。 更に、エマルジョン破壊粒子と油吸着材をエマルジョン破壊粒子付き油吸着材の状態にしないで、粒子の状態のままで吸着材の間でばらばらに分散するように充填しても構わない。 また、活性炭７３に関しても、収納する場合と収納しない場合が考えられるし、位置も下部板６２近傍に限定する必要は無く、内筒６７の内側または内筒６７の外側の、略中央部から下部板６２の間であれば、ほぼ同等の効果を発揮するものと考えられる。

一方、酸素富化ガスの製造装置としての最小限の構成を考えた場合、圧縮空気を作り出す空気圧縮機１１と、圧縮空気を乾燥させるエアードライヤ２０と、圧縮空気から窒素富化ガス２０４を排出することで酸素ガスの濃度を高めた酸素富化ガス２０３を作り出す分離膜４０を、一体にパッケージ化するだけで、十分に装置として成り立つものと考えられる。 即ち、一体にパッケージ化することで、このパッケージを準備するだけで最小限の酸素富化ガスの製造装置を人手出来るようになったのである。

更に、前述の空気圧縮機１１とエアードライヤ２０と分離膜４０に、圧縮空気貯蔵タンクを加え一体に集合体２７０としてパッケージ化することも十分に考えられる。 即ち、一体にパッケージ化することで、このパッケージを準備するだけで安定した状態の酸素富化ガスの製造装置を入手出来るようになったのである。

また、集合部２７０の構成に、フィルター３０と油水分離装置５０、６０も含めて一体に全集合体２８０としてパッケージ化することも考えられる。 即ち、一体にパッケージ化することで、このパッケージを準備するだけで環境に優しい酸素富化ガスの製造装置を入手出来るようになったのである。

本発明による、酸素富化ガスの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。

先ず、エアーコンプレッサ１０を構成している電動機１２を作動させると、電動機１２の回転は空気圧縮機１１に伝えられ大気２０１を吸引して圧縮空気を作り出す。 ここで、作り出された圧縮空気は、圧縮空気貯蔵タンク１３に一旦貯蔵された後に、圧縮空気配管１５１を経由してエアードライヤ２０によって冷却することで乾燥され、更に圧縮空気配管１５２とフィルター３０と圧縮空気配管１５３を経由し、分離膜４０で圧縮空気から窒素富化ガス２０４を排出することで酸素ガスの濃度を高めた酸素富化ガス２０３を使用することが可能となっている。

尚、分離膜４０に於いては、エアーコンプレッサの排風２０６またはエアードライヤの排風２０７の少なくとも一方の排風を利用して加熱することで、透過する分離能力を高めている。

更に、分離膜４０に於いては、下流に配設した流量調整弁４１の働きによって、透過する分離能力を一層高めている。

一方、圧縮空気貯蔵タンク１３やエアードライヤ２０に於いて圧縮空気より発生したドレン水は、圧縮空気と共にドレン水配管１１１、１２１と開閉弁１５、２５とドレン水配管１１２、１２２とドレントラップ１６、２６とドレン水配管１１３、１２３と逆止弁１７，２７とドレン水配管１１４、１２４を経由してドレン水集合管１７１に合流して、油水分離槽とエマルジョン破壊油吸着槽から構成される油水分離装置５０に送られ、また油水分離装置６０に送られ、オイルや塵埃を含む各種の異物を除去し、清水管１７２から河川にそのまま排出しても問題のないような清浄な清水２０５にすることが出来るようになっている。

また、フィルター３０に於いて圧縮空気より発生したドレン水は、必要に応じてドレン水配管１３１と開閉弁３５とドレン水配管１３２を経由して、ドレン水２０２として排出することが出来るようになっている。

尚、油水分離装置５０に於いては、最初に油水分離槽の油浮上分離室で、水より軽いオイルを水面に浮かせ、水より重い塵埃等の各種の異物を底部に沈殿させ、油浮上分離室と水貯槽室の間に形成した隔壁の先端と油水分離槽本体の底部の間を通ってオイルや塵埃等の各種の異物を除去された比較的きれいなドレン水が水貯槽室に送り込まれるようになっているのである。 但し、このドレン水に溶け込んで、エマルジョン化したオイルが混入している。

一方、ドレン水と共に油水分離槽に送り込まれた圧縮空気は、油水分離槽本体の上部である油浮上分離槽の上部と水貯槽室の上部の、密閉された部分に滞留している。 尚、油水分離槽本体の外側に位置して油水分離槽本体の油浮上分離室と連通している透明な透明管によって、油水分離槽に送り込まれた直後の汚いドレン水は、汚れの状態を目視等の方法で確認することが可能となっているのである。

ここで、水貯槽室に送り込まれたドレン水は、水貯槽室に形成された吐出管の一方の端部である管端より上部に溜まると、油水分離槽本体の上部に滞留している圧縮空気の力によって、吐出管と接続管を経由してエマルジョン破壊油吸着槽を経由して清水２０３になって排出されるのである。

この場合、圧縮空気の力は、エマルジョン破壊油吸着槽が密閉した状態になっている為に、ドレン水が清水配管１７２より排出される迄、ドレン水の移動を助けている。 尚、圧縮空気の圧力としては、減圧弁によって０．１〜７ｋｇｆ／ｃｍ^２の何れかの値が設定されている。

但し、油水分離槽の油浮上分離室等でオイルや塵埃等の各種の異物は分離されるが、エマルジョン化したオイルはドレン水の中に溶け込んだ状態でエマルジョン破壊油吸着槽に送り込まれる可能性も残っている。

一方、エマルジョン破壊油吸着槽では、圧縮空気と共に送り込まれたドレン水がエマルジョン破壊粒子を付着させたエマルジョン破壊粒子付油吸着材とオイルを吸着する油吸着材を概ね均一に混在させた状態で収納させた中で、エマルジョン破壊粒子付油吸着材と油吸着材をランダムに経由することで、エマルジョン破壊粒子付油吸着材ではエマルジョン化したオイルの水とオイルの結合を解き放つことでエマルジョン破壊を行い、更に離脱したオイルを吸着させ、油吸着材ではエマルジョン破壊粒子付油吸着材で吸着出来なかったオイルを吸着させ、このような処理をランダムに何度も行うことによってドレン水の清浄度が格段に向上していくのである。 また、ドレン水が活性炭を通過すると匂いや色素が除去されるようになっている。

所で、前述の油水分離装置５０に替えて油水分離装置６０を使用した場合、図２では、ドレン水集合管１７１より流れてきたドレン水は、上部板に形成された出入口６１ａより空間部６７ａに流入し、円盤状の多孔板６８を経由してエマルジョン破壊粒子を付着させたエマルジョン破壊粒子付油吸着材７１とオイルを吸着する油吸着材７２匂いや色素が除去される活性炭７３が収納されている中で、エマルジョン破壊とオイルの吸着と匂いや色素の除去をしながらリング状の多孔板６９を経由して空間部６４ａに流入し、上部板に形成された出入口６１ｂより清水配管１７２より清水２０５として排出される。 尚、ドレン水の流入と清水１７２の排出に関しては、出入口６１ｂがドレン水の流入する入口で出入口６１ａが清水２０５の流出する出口としても良い。

この場合、油水分離装置６０に関しては、油水分離装置５０に見られる油水分離槽を構成してはいないが、本願発明の酸素富化ガスの製造装置の様に、ドレン水が発生する機器としては圧縮空気貯蔵タンク１３とエアードライヤ２０に限定されることで処理能力も一回り小さくて良く、出来るだけコンパクトにしたいという酸素富化ガスの製造装置から考えた特有の一般的な要請もあり、油水分離装置５０の外筒６４と内筒６７の構成もコンパクト化を満たすものであり、非常に有効である。

本発明の全体を示した図 本発明の油水分離装置の詳細を示した図

符号の説明

１０・・・・・・エアーコンプレッサ
１１・・・・・・空気圧縮機
１２・・・・・・電動機
１３・・・・・・圧縮空気貯蔵タンク
１５・・・・・・開閉弁
１６・・・・・・ドレントラップ
１７・・・・・・逆止弁
２０・・・・・・エアードライヤ
２５・・・・・・開閉弁
２６・・・・・・ドレントラップ
２７・・・・・・逆止弁
３０・・・・・・フィルター
３５・・・・・・開閉弁
４０・・・・・・分離膜
４１・・・・・・流量調整弁
５０・・・・・・油水分離装置
６０・・・・・・油水分離装置
６１・・・・・・上部板
６１ａ・・・・・出入口
６１ｂ・・・・・出入口
６２・・・・・・下部板
６３・・・・・・Ｏリング
６４・・・・・・外筒
６４ａ・・・・・空間部
６５・・・・・・通しボルト
６６・・・・・・ナット
６７・・・・・・内筒
６７ａ・・・・・空間部
６８・・・・・・多孔板
６９・・・・・・多孔板
７１・・・・・・エマルジョン破壊粒子付油吸着材
７２・・・・・・油吸着材
７３・・・・・・活性炭
１１１・・・・・ドレン水配管
１１２・・・・・ドレン水配管
１１３・・・・・ドレン水配管
１１４・・・・・ドレン水配管
１２１・・・・・ドレン水配管
１２２・・・・・ドレン水配管
１２３・・・・・ドレン水配管
１２４・・・・・ドレン水配管
１３１・・・・・ドレン水配管
１３２・・・・・ドレン水配管
１５１・・・・・圧縮空気配管
１５２・・・・・圧縮空気配管
１５３・・・・・圧縮空気配管
１５４・・・・・窒素ガス配管
１５５・・・・・窒素ガス配管
１７１・・・・・ドレン水集合管
１７２・・・・・清水配管
２０１・・・・・大気
２０２・・・・・ドレン水
２０３・・・・・酸素富化ガス
２０４・・・・・窒素富化ガス
２０５・・・・・清水
２０６・・・・・エアーコンプレッサの排風
２０７・・・・・エアードライヤの排風
２７０・・・・・集合部
２８０・・・・・全集合部

Claims (5)

1. 圧縮空気を作り出す空気圧縮機（１１）と、前記圧縮空気を乾燥させるエアードライヤ（２０）と、前記圧縮空気から窒素富化ガス（２０４）を排出することで酸素ガスの濃度を高めた酸素富化ガス（２０３）を作り出す分離膜（４０）を一体にパッケージ化したことを特徴とする酸素富化ガスの製造装置。
2. 前記エアードライヤ（２０）は、冷凍式のものであり、前記分離膜（４０）は、エアーコンプレッサの排風（２０６）を利用して加熱するものであることを、またはエアードライヤの排風（２０７）を利用して加熱するものであることを、または前記エアーコンプレッサの排風（２０６）と前記エアードライヤの排風（２０７）の両方の排風を利用して加熱するものであることを特徴とする請求項１に記載の酸素富化ガスの製造装置。
3. 前記分離膜（４０）は、前記エアーコンプレッサの排風（２０６）と前記エアードライヤの排風（２０７）を効率良く取り込むことが出来るように、カバーで覆ったりまたは隔離して部屋に収納するものであることを特徴とする請求項２に記載の酸素富化ガスの製造装置。
4. 前記分離膜（４０）の上流に前記圧縮空気を貯蔵する圧縮空気貯蔵タンク（１３）と前記エアードライヤ（２０）と前記圧縮空気に含まれた異物を除去するフィルター（３０）を前記圧縮空気が流れる順に配設し、前記エアードライヤ（２０）と前記圧縮空気貯蔵タンク（１３）から発生するドレン水に含まれた異物を分離する油水分離装置（５０、６０）を配設し、前記フィルター（３０）と圧縮空気貯蔵タンク（１３）と前記油水分離装置（５０、６０）も含めて一体に全集合体（２８０）としてパッケージ化したことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の酸素富化ガスの製造装置。
5. 前記油水分離装置（６０）は、筒状で密閉した外筒（６４）に前記外筒（６４）より断面が小さい内筒（６７）を前記外筒（６４）と間隔をおいて位置させ、前記内筒（６７）の一端を前記外筒（６４）の一方に位置している上部板（６１）に固定すると共に前記内筒（６７）の他端では前記外筒（６４）の他方に位置している下部板（６２）側において前記内筒（６７）の内側と外側が連通可能であり、前記上部板（６１）にはドレン水を流入させ清水を排出させる二つの出入口（６１ａ、６１ｂ）を形成し、二つの前記出入口（６１ａ、６１ｂ）の間の前記内筒（６７）の内側及び前記内筒（６７）の外側と前記外筒（６４）の間の空間にエマルジョン破壊粒子付油吸着材（７１）と油吸着材（７２）を概ね均一に混在させて収納し、二つの前記出入口（６１ａ、６１ｂ）の何れかでドレン水を流入させて他方で清水を排出させたことを特徴とする請求項４に記載の酸素富化ガスの製造装置。

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