JP3033038U - 圧力変動吸着法によるガス供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＰＳＡ式ガス供給装置において、空気圧縮機
１４等の性能が劣化して来てもなお引続き使用でき、か
つ所定の特性を維持可能にする。 【解決手段】 ＰＳＡ法によるガス供給装置の「吸着工
程」と「脱着工程」とを交互に切替えるサイクル時間
を、正常時のものとそれよりやや長時間の２種類設定し
て、製品ガスを貯留するバッファタンク２０の内圧を圧
力センサー２２で検出し、この圧力が所定の値に満たな
い場合には、前記のサイクル時間を長い方へ自動的に切
替える。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の属する技術分野】 本考案は圧力変動吸着法（以下、ＰＳＡ法とも いう）によってガスを分離するガス供給装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】 濃縮ガス供給装置に関する技術の一例として医療用の酸素 富化ガス供給装置をあげて説明すると、大気中の酸素ガスを濃縮して酸素吸入の 用に供するガス供給装置は、酸素濃縮手段によって大別すれば、酸素透過分離膜 によって酸素を分離するいわゆる膜式のものと、吸着剤に強吸着性ガスを吸着さ せて弱吸着性ガスを製品ガスとして取出すいわゆるＰＳＡ式のものがある。

【０００３】 そして、前者のものは製品ガスの酸素濃度が約４０％前後 であるのに対して、後者のものは約９０％以上の高濃度の製品ガスが得られるの で、このＰＳＡ式の装置の方が主流となっている。ＰＳＡ法によって大気中の酸 素ガスを分離するプロセスはおおむね次のとおりである。

【０００４】 一方の吸着筒１８に着目すれば、該吸着筒が「吸着工程」 にあるときは、空気圧縮機１４で加圧した圧縮空気は自動弁手段１６を介して実 線で示した通気路のように吸着筒１８の入口端へ供給する。この吸着筒内には吸 着剤が充填されていて、この吸着剤（例えばゼオライト）は窒素ガスを選択的に 吸着するので、吸着され難い酸素ガスが出口端から製品ガスとして吐出する。こ の製品ガスを一方弁２８を介してバッファタンク２０に貯留し、該製品ガスの一 部はオリフィス２６を介して他方の吸着筒１８′にも供給し、この他方の吸着筒 内の吸着剤の脱着・再生を促進させるパージガスともする。

【０００５】 このとき他方の吸着筒１８′に着目すれば、こちらの吸着 筒は「脱着工程」であり、この吸着筒の入口端は自動弁手段１６を介して実線で 示した通気路のようにサイレンサー３０を介して大気に開放して吸着剤に吸着し ていた強吸着性ガス（窒素ガスや水分等）を脱着し、合わせて前記のように吸着 筒１８で生成した製品ガスの一部をこの吸着筒１８′の出口端から向流的にパー ジガスとして供給し、ほぼ大気圧になるまでこの吸着筒の吸着剤を脱着再生させ る。なお、一方弁２８′は大気圧まで減圧して脱着中の吸着筒１８′へ向かって バッファタンク２０から製品ガスが逆流しないようにするものである。

【０００６】 この「脱着工程」にある吸着筒は、大気に開放して減圧脱 着しても良いが真空ポンプ等で大気圧以下まで吸引して陰圧脱着としても良い。 そして、「吸着工程」にある吸着筒１８の吸着剤が強吸着性ガスを吸着して吸着 能力が飽和する直前に、自動弁手段１６を作動させてその通気路を破線で示した ように切換えて、吸着筒１８を「脱着工程」にし、吸着筒１８′を「吸着工程」 にする。これ以降の動作は同じで、この「吸着工程」と「脱着工程」とを交互に 切換えてそれぞれの生成ガスをバッファタンク２０に貯留し製品ガス吐出口３８ から連続して製品ガスを取出すようにしたものである。

【０００７】 ある吸着筒について、この吸着筒の「吸着工程」の開始か ら「脱着工程」の終了に至る１サイクルに要するサイクル時間は、本考案では実 施していないが「均圧工程」がある場合にはこの「均圧工程」の時間もサイクル 時間に包含することは無論である。 従来、一部の例外を除いて呼吸用ガス供給装置の前記サイクル時間は予め設定 した一定時間のみであったので、装置が新しいあいだは十分な性能を発揮してい ても、引続き使用しているあいだに可動部分を有する空気圧縮機がしだいに劣化 してきて、所定の性能が得られなくなるという問題があった。 また、空気圧縮機１４は正常であっても吸入フィルター１０が目づまりして通 気抵抗が増加しても同様のことが生じる。

【０００８】

【考案が解決しようとする課題】 前記のように装置が新しいあいだは十分 な性能を発揮していても、引続き使用していると空気圧縮機がしだいに劣化して きたり、吸入フィルターが目づまりしたりして、前記のサイクル時間が初期の値 のみでは所定の性能が得られなくなることがあるが、この場合であってもさらに 継続して使用することができて、所定の性能が得られるようにするものである。 また、このようにして継続して使用していても、さらに空気圧縮機の劣化が進行 したり吸入フィルターが一そう目づまりして、もはや所定の性能が維持できなく なった場合には、アラーム表示をするとともに、装置の動作を停止するものであ る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】 前記の課題を解決するために、本考案は次 のように構成する。 吸着剤を充填した少なくとも１個の吸着筒と、該吸着筒に圧縮空気を供給する 空気圧縮機１４と、自動弁手段１６及びバッファタンク２０や冷却用ファン手段 １２等で基本的に構成したＰＳＡ法によるガス供給装置であって、該吸着筒に空 気を加圧供給して該吸着剤に強吸着性ガスを吸着させ弱吸着性ガスを製品ガスと して取出して該バッファタンクに貯留する「吸着工程」と、該吸着筒を減圧排気 して該吸着剤に吸着した強吸着性ガスを減圧脱着してこの吸着剤を脱着再生する 「脱着工程」とを有し、ガスの配管手段の途中に付設した該自動弁手段でこの「 吸着工程」と「脱着工程」とを交互に切替えて、該バッファタンクから連続して 製品ガスを取出すガス供給装置において、該バッファタンクの内圧及び／又は該 バッファタンクと連通する配管手段の内圧を検出する圧力センサー２２を付設し て、該ガス供給装置を起動させた後は、「吸着工程」の開始から「脱着工程」の 終了に至るサイクル時間を予め設定した時間Ｔ１で運転し、所定の時間内に該圧 力センサーで検出した圧力値が予め設定した閾値Ｖ１以上になれば引続きこのサ イクル時間Ｔ１で運転し、この所定の時間内に該圧力値が該閾値Ｖ１以下になれ ば、前記のサイクル時間をＴ１とは異なる別のサイクル時間Ｔ１′で運転するよ うに構成するものである。

【００１０】 また、本考案は次のようにも構成するものである。 前項のように構成したＰＳＡ法によるガス供給装置において、前記の別のサイ クル時間Ｔ１′で運転を開始してから、一定の時間以上経過後に該圧力センサー で検出した圧力値が再び該閾値Ｖ１以下になった場合には、音及び／又は光によ る警報手段を作動させて、かつ該ガス供給装置の運転を停止するように構成する ものである。

【００１１】

【考案の実施の形態】 図１において、吸入フィルター１０からバッファタ ンク２０に至る構成はＰＳＡ法によるガス供給装置で周知の技術で、その概要は 前記「０００４」〜「０００６」で説明したとおりであり、さらに詳細な説明は 省略する。本考案の実施例は、医療用の酸素富化ガス供給装置とした。以下、こ れについて説明する。 一般に、酸素吸入療法に用いるＰＳＡ法によるガス供給装置は、製品ガスの最 大吐出流量が１Ｌ／分程度から５Ｌ／分程度であり、他の産業用あるいはスポー ツ用や健康用のものよりも比較的小容量のものが主流である。

【００１２】 従って、吸着筒の数も１個のものや２個のものがほとんど である。この吸着筒が１個であれば、その１個の吸着筒で「吸着工程」と「脱着 工程」とを交互に行うために、「脱着工程」の間もバッファタンクから引続いて 製品ガスを吐出しなければならず、このバッファタンクの容積は２個の吸着筒の ものに比較して大きめとする必要があるが、「吸着工程」と「脱着工程」の時間 は必ずしも同一でなくても良い。 例えば、「吸着工程」が１５秒で「脱着工程」が２０秒。（この場合には前記 のサイクル時間は３５秒である。）

【００１３】 これに対して吸着筒が２個のものは、一方の吸着筒が「吸 着工程」であれば他方の吸着筒は「脱着工程」であり、次のサイクルでは一方の 吸着筒が「脱着工程」となり他方の吸着筒が「吸着工程」になるので、この「吸 着工程」と「脱着工程」のそれぞれの時間は同一でなければＰＳＡ法の切替時間 がアンバランスとなり十分な性能も得られないので好ましくない。例えば、「吸 着工程」が１０秒であれば「脱着工程」も１０秒とする必要がある。（この場合 には前記のサイクル時間は２０秒である。）

【００１４】 また、バッファタンクの出口端４０から製品ガス出口端３ ８に至る構成も公知の技術であって、バッファタンク２０の内圧、約１．５ｋｇ ｆ／ｃｍ² ・Ｇ｛約１５０ｋＰａ｝の圧力を減圧弁３２で呼吸用に適した一定圧 力約０．３ｋｇｆ／ｃｍ² ・Ｇ｛約３０ｋＰａ｝に減圧し、流量設定手段３４で 所望の吐出流量に調節して酸素富化ガスを呼吸の用に供するものである。この部 分の構成についても詳細な説明は省略する。

【００１５】 本考案の構成において、圧力センサー２２，制御部２４， 自動弁手段１６等で構成する部分と、その作用効果が本考案独特のもので、かつ 最も重要なものである。

【００１６】 圧力センサー２２は、バッファタンク２０の内圧を測定し て、その圧力の関数値である電気信号を出力するもので、本実施例ではバッファ タンクの出口端４０と減圧弁３２とを連通する配管手段の途中に付設したが、こ の例に限らず該バッファタンクに直接付設しても良いし、該バッファタンクと一 方弁２８又は２８′を連通する配管手段の途中に付設しても良く、本考案の作用 効果に変わりはない。

【００１７】

【実施例】 以下、本考案の「請求項１」にかかる第１の実施例について図 １を参照して説明するが、本考案はこの実施例に限定されるものではない。図１ は本考案の構成の一例を示したフロー図である。なお、この図では電源線並びに 吸着筒１８，１８′内に充填した吸着剤の図示は省略した。 前記のようにＰＳＡ法によるガス供給装置として周知の構成の説明は省略しこ こでは本考案独特のものである圧力センサー２２，制御部２４，自動弁手段１６ 等の構成とその作用効果について説明する。

【００１８】 圧力センサー２２はバッファタンク２０の内圧を測定する センサーで、本実施例ではバッファタンクの出口端４０と減圧弁３２の途中の配 管手段を分岐して付設したが、前述のように該バッファタンクの内圧を測定でき る位置であればいずれの位置でも良い。

【００１９】 圧力センサー２２は、圧力に比例した電気信号（アナログ 値）を出力するものであればどのような検出手段であっても良いが、本実施例で は半導体素子をセンサーとしたものを使用した。他のもの、例えばひずみゲージ 式やダイヤフラム式の圧力センサーであっても良い。

【００２０】 制御部２４は、マイコンを含むソフトウェアー部と、この ソフトウェアー部から出力する指示信号に基づいて自動弁手段１６を駆動するハ ードウェアー部とから成っており、このソフトウェアー部は、圧力センサー２２ からの信号に基づいて該自動弁手段を駆動制御するためのハードウェアー部を制 御するように構成した。 なお、本実施例では該制御部はマイコンを含むソフトウェアー部と該自動弁手 段を駆動するハードウェアー部とで構成したが、この例に限らず、ハードウェア ー部のみで構成することも可能で、その作用効果に変わりはない。例えば前記の ソフトウェアー部に代えて複数のタイマー手段とコンパレータ（比較器）で構成 しても良い。

【００２１】 吸入フィルター１０が正常で、空気圧縮機１４の性能、す なわち空気の流量や吐出圧力が正常であれば、このガス供給装置を起動させた後 は、約１分乃至２分で該バッファタンクの内圧は正常運転圧力である約１．５ｋ ｇｆ／ｃｍ² ・Ｇ｛約１５０ｋＰａ｝となるので、この場合には、「請求項１」 に記載したサイクル時間を予め設定した時間Ｔ１で運転するように構成した。

【００２２】 空気圧縮機１４は、駆動部を有する機器であり継続して使 用していると駆動部の磨耗による性能劣化が生ずる。（例えば、流量低下や吐出 圧力の低下。）その主な原因はピストン式のレシプロ型の場合には、ピストン カップやピストンリングの磨耗による空気もれ。ベーン式のロータリー型の場 合には、ベーン（カーボンが主材）の磨耗による空気もれ等。

【００２３】 そして、この空気圧縮機の性能が劣化してきたり、吸入フィルターが目づまり してくると、もはや従来のサイクル時間（本実施例では２０秒）で運転していた のでは所定の性能が維持できなくなるという、いわゆる故障状態に陥る。この状 態に至るまでの累積使用時間は約１万6 千時間であり、この時点で該空気圧縮機 を新品と交換すれば良い訳であるが、この時点では空気もれの原因となる磨耗部 分以外には不良個所はなく、本考案の主旨はこの性能劣化した空気圧縮機を、引 続き使用して呼吸用のガス供給装置としての所定の性能が得られるようにするも のである。（前記の吸入フィルターは原則として約４千時間ごとに新品と交換す る）

【００２４】 その手段として、前記の「所定の間」（１０分）以内に該 バッファタンクの内圧が０．５ｋｇｆ／ｃｍ² ・Ｇ｛約５０ｋＰａ｝以上になら なければ、前記のサイクル時間Ｔ１とは異なる別のサイクル時間Ｔ１′（本実施 例では３０秒）にすることにより継続して使用可能となり、その継続使用部分の 累積時間は約４千時間で、通算約２万時間正常に使用できることになる。

【００２５】 本考案の「請求項２」にかかる第２の実施例は、基本的に は第１の実施例とほとんど同じである。図１では図示していないが制御部２４の 制御項目のみが前記の第１の実施とは異なるので、この部分の説明をする。 前記のサイクル時間Ｔ１′で運転を開始してから一定の時間以上（例えば１０ 分以上）経過後に該圧力センサーで検出した圧力値が再び該閾値Ｖ１以下になっ た場合には、該制御部でそのことを検出して、音及び／又は光による警報手段を 作動させ、かつ該ガス供給装置の運転を停止するように構成した。 なお本実施例では実施しなかったが、該ガス供給装置の運転・停止等の制御を リモコン手段でも行えるようにしても良い。また、前記のサイクル時間がＴ１′ になっていることを表示した方がより好ましいこともある。（例えば空気圧縮機 の交換時期が近いことの周知等） さらに、該圧力センサーで検出した圧力値は、本考案の目的以外の用途に用い ることも可能である。例えばバッファタンクの内圧の異常低下や異常高圧のアラ ームや装置停止等の制御等。 以上のように、本考案の実施例として医療用の酸素富化ガス供給装置について 説明したが、この例に限らず本考案は産業用や健康用のＰＳＡ法による濃縮ガス 供給装置や、濃縮は行わないＰＳＡ式空気乾燥装置等にも適用可能で、その作用 効果に変わりはない。 さらに、生成ガスが窒素であるＰＳＡ法による窒素ガス濃縮装置への適用も可 能で同様の作用効果がある。

【００２６】

【考案の効果】 本考案を実施することにより次のような優れた作用効果を 奏する。 ＰＳＡ法によるガス供給装置において、吸入フィルターが目づまりしたり空気 圧縮機が劣化して性能（特に空気流量や吐出圧力）が低下して来た場合に、従来 技術に基づくサイクル時間では所定の特性を維持できなかったが、本考案を実施 したサイクル時間を適用すれば、さらに継続して所定の特性が得られるという優 れた作用効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本考案に基づく構成の一例を示したフロー図
である。

【符号の説明】

１０ 吸入フィルター １２ ファン手段 １４ 空気圧縮機 １６ 自動弁手段 １８，１８′ 吸着筒 ２０ バッファタンク ２２ 圧力センサー ２４ 制御部 ２６ オリフィス ２８，２８′ 一方弁 ３０ サイレンサー ３２ 減圧弁 ３４ 流量設定手段 ３８ 製品ガス吐出口 ４０ バッファタンクの出口端

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸着剤を充填した少なくとも１個の吸着
   筒と、該吸着筒に圧縮空気を供給する空気圧縮機（１
   ４）と、自動弁手段（１６）及びバッファタンク（２
   ０）や冷却用のファン手段（１２）等で基本的に構成し
   た圧力変動吸着法によるガス供給装置であって、該吸着
   筒に空気を加圧供給して該吸着剤に強吸着性ガスを吸着
   させ弱吸着性ガスを製品ガスとして取出して該バッファ
   タンクに貯留する「吸着工程」と、該吸着筒を減圧排気
   して該吸着剤に吸着した強吸着性ガスを減圧脱着してこ
   の吸着剤を脱着再生する「脱着工程」とを有し、ガスの
   配管手段の途中に付設した該自動弁手段でこの「吸着工
   程」と「脱着工程」とを交互に切替えて、該バッファタ
   ンクから連続して製品ガスを取出すガス供給装置におい
   て、該バッファタンクの内圧及び／又は該バッファタン
   クと連通する配管手段の内圧を検出する圧力センサー
   （２２）を付設して、該ガス供給装置を起動させた後
   は、「吸着工程」の開始から「脱着工程」の終了に至る
   サイクル時間を予め設定した時間Ｔ１で運転し、所定の
   時間内に該圧力センサーで検出した圧力値が予め設定し
   た閾値Ｖ１以上になれば引続きこのサイクル時間Ｔ１で
   運転し、この所定の時間内に該圧力値が該閾値Ｖ１以下
   になれば、前記のサイクル時間をＴ１とは異なる別のサ
   イクル時間Ｔ１′で運転するように構成したことを特徴
   とする圧力変動吸着法によるガス供給装置。
2. 【請求項２】 吸着剤を充填した少なくとも１個の吸着
   筒と、該吸着筒に圧縮空気を供給する空気圧縮機（１
   ４）と、自動弁手段（１６）及びバッファタンク（２
   ０）や冷却用のファン手段（１２）等で基本的に構成し
   た圧力変動吸着法によるガス供給装置であって、該吸着
   筒に空気を加圧供給して該吸着剤に強吸着性ガスを吸着
   させ弱吸着性ガスを製品ガスとして取出して該バッファ
   タンクに貯留する「吸着工程」と、該吸着筒を減圧排気
   して該吸着剤に吸着した強吸着性ガスを減圧脱着してこ
   の吸着剤を脱着再生する「脱着工程」とを有し、ガスの
   配管手段の途中に付設した該自動弁手段でこの「吸着工
   程」と「脱着工程」とを交互に切替えて、該バッファタ
   ンクから連続して製品ガスを取出すガス供給装置におい
   て、該バッファタンクの内圧及び／又は該バッファンタ
   ンクと連通する配管手段の内圧を検出する圧力センサー
   （２２）を付設して、該ガス供給装置を起動させた後
   は、「吸着工程」の開始から「脱着工程」の終了に至る
   サイクル時間を予め設定した時間Ｔ１で運転し、所定の
   時間内に該圧力センサーで検出した圧力値が予め設定し
   た閾値Ｖ１以上になれば引続きこのサイクル時間Ｔ１で
   運転し、この「所定の時間」内に該圧力値が該閾値Ｖ１
   以下になれば、前記のサイクル時間をＴ１とは異なる別
   のサイクル時間Ｔ１′で運転するようにするとともに、
   この別のサイクル時間Ｔ１′で運転を開始してから、一
   定の時間以上経過後に該圧力センサーで検出した圧力値
   が再び該閾値Ｖ１以下になった場合には、音及び／又は
   光による警報手段を作動させて、かつ該ガス供給装置の
   運転を停止するように構成したことを特徴とする圧力変
   動吸着法によるガス供給装置。