JP3333660B2 - 酸素濃縮装置 - Google Patents
酸素濃縮装置Info
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- adsorbent
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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- Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
- Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、大気中から酸素濃縮気
体を分離して使用するための酸素濃縮装置に関する。更
に詳細には、圧力変動吸着型酸素濃縮装置に関し、多量
の酸素濃縮空気を安定した濃度で使用者に供給できるよ
うにした、改善された酸素濃縮装置を提供するものであ
る。
体を分離して使用するための酸素濃縮装置に関する。更
に詳細には、圧力変動吸着型酸素濃縮装置に関し、多量
の酸素濃縮空気を安定した濃度で使用者に供給できるよ
うにした、改善された酸素濃縮装置を提供するものであ
る。
【０００２】
【従来技術】近年喘息、肺気腫症、慢性気管支炎等の呼
吸器系疾患に苦しむ患者が増加する傾向にあるが、その
最も効果的な治療法の一つとして酸素吸入療法がある。
吸器系疾患に苦しむ患者が増加する傾向にあるが、その
最も効果的な治療法の一つとして酸素吸入療法がある。
【０００３】かかる酸素吸入療法とは、酸素ガスあるい
は酸素富化空気を患者に吸入させるものであって、その
酸素ガスや酸素富化空気の供給源として酸素ボンベが従
来より用いられてきた。最近、空気中から酸素濃縮気体
を直接分離する酸素濃縮装置が開発され、使用時の利便
性、保守管理の容易さから次第に普及するようになって
きている。
は酸素富化空気を患者に吸入させるものであって、その
酸素ガスや酸素富化空気の供給源として酸素ボンベが従
来より用いられてきた。最近、空気中から酸素濃縮気体
を直接分離する酸素濃縮装置が開発され、使用時の利便
性、保守管理の容易さから次第に普及するようになって
きている。
【０００４】従来、酸素濃縮装置として、酸素選択透過
膜を用いた膜型酸素濃縮装置と、窒素又は酸素を選択的
に吸着し得る吸着剤を用いた吸着型酸素濃縮装置が知ら
れている。吸着型酸素濃縮装置としては、コンプレッサ
ーを用いた圧力変動吸着型酸素濃縮装置があり、通常、
窒素を選択的に吸着し得る吸着剤を充填した吸着床にコ
ンプレッサーで圧縮空気を導入して加圧状態で窒素を吸
着させることにより酸素濃縮気体を得る吸着工程と、吸
着床の内圧を減少させて窒素の脱着を行う工程とを交互
に行うことにより酸素濃縮気体を得る装置である。
膜を用いた膜型酸素濃縮装置と、窒素又は酸素を選択的
に吸着し得る吸着剤を用いた吸着型酸素濃縮装置が知ら
れている。吸着型酸素濃縮装置としては、コンプレッサ
ーを用いた圧力変動吸着型酸素濃縮装置があり、通常、
窒素を選択的に吸着し得る吸着剤を充填した吸着床にコ
ンプレッサーで圧縮空気を導入して加圧状態で窒素を吸
着させることにより酸素濃縮気体を得る吸着工程と、吸
着床の内圧を減少させて窒素の脱着を行う工程とを交互
に行うことにより酸素濃縮気体を得る装置である。
【０００５】吸着床で精製された酸素濃縮気体は一時的
にサージタンクに貯留され、ここから使用者に連続的に
供給されるとともに、サージタンク内に貯留された酸素
濃縮気体を吸着床に逆流させて、吸着床の再加圧や吸着
床の脱着のためのリンス用として用いられることが多
い。
にサージタンクに貯留され、ここから使用者に連続的に
供給されるとともに、サージタンク内に貯留された酸素
濃縮気体を吸着床に逆流させて、吸着床の再加圧や吸着
床の脱着のためのリンス用として用いられることが多
い。
【０００６】圧力吸着型酸素濃縮装置には１基の吸着塔
内で吸脱着操作を繰り返し行う１塔式と、２基或いはそ
れ以上の複数の吸着塔を用い、一方の吸着塔で吸着操作
を行い、同時に他方の吸着塔では脱着操作を行う２塔式
がある。２塔式の場合には、塔内を大気圧まで降圧する
ことで窒素を脱着するが、該工程が開放系で実施される
ために吸湿しやすく吸着剤劣化の原因の一つとなる。ま
た吸着塔が２本必要なことから医療用などの小型酸素濃
縮装置においては装置の大型化が問題となる。一方、１
塔式の場合は、ポンプ手段により大気圧以下まで減圧す
ることで脱着するため吸着剤の吸湿を抑えることが出来
る。また吸着塔が１基であることから装置の小型化に有
利である。
内で吸脱着操作を繰り返し行う１塔式と、２基或いはそ
れ以上の複数の吸着塔を用い、一方の吸着塔で吸着操作
を行い、同時に他方の吸着塔では脱着操作を行う２塔式
がある。２塔式の場合には、塔内を大気圧まで降圧する
ことで窒素を脱着するが、該工程が開放系で実施される
ために吸湿しやすく吸着剤劣化の原因の一つとなる。ま
た吸着塔が２本必要なことから医療用などの小型酸素濃
縮装置においては装置の大型化が問題となる。一方、１
塔式の場合は、ポンプ手段により大気圧以下まで減圧す
ることで脱着するため吸着剤の吸湿を抑えることが出来
る。また吸着塔が１基であることから装置の小型化に有
利である。
【０００７】１塔式圧力変動吸着型酸素濃縮装置におい
て大量の酸素濃縮気体を得るためには、圧縮空気を供給
するための空気供給手段が大型化すると同時に、大口
径、大容量の吸着塔が必要となる。このため窒素吸着工
程で発生する吸着熱量も大きくなり、吸着塔の外壁から
充分に放熱することが出来ず、吸着床の温度上昇、酸素
濃縮効率の低下を引き起こす。従来の大型の圧力変動吸
着型酸素濃縮装置においては、この問題を解決する手段
として吸着塔内に熱交換器等を設置する方法がとられて
きた。
て大量の酸素濃縮気体を得るためには、圧縮空気を供給
するための空気供給手段が大型化すると同時に、大口
径、大容量の吸着塔が必要となる。このため窒素吸着工
程で発生する吸着熱量も大きくなり、吸着塔の外壁から
充分に放熱することが出来ず、吸着床の温度上昇、酸素
濃縮効率の低下を引き起こす。従来の大型の圧力変動吸
着型酸素濃縮装置においては、この問題を解決する手段
として吸着塔内に熱交換器等を設置する方法がとられて
きた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】大量の酸素濃縮気体を
得るために窒素吸着工程で発生する吸着熱量の増加は、
吸着塔径の増加に伴って、外壁からは充分に放熱するこ
とが出来ずに吸着床の温度上昇を引き起こす。窒素吸着
量は温度に依存し、温度上昇は酸素濃縮効率を大きく低
下させる原因となる。また、大型の吸着床では吸着塔の
口径が大きくなり、空気の流れ方向に対して圧縮空気を
均一に流すことが出来ないため、吸着塔内の中心部と周
辺部では窒素吸着量に差が生じ、酸素濃縮効率の低下を
引き起こす。
得るために窒素吸着工程で発生する吸着熱量の増加は、
吸着塔径の増加に伴って、外壁からは充分に放熱するこ
とが出来ずに吸着床の温度上昇を引き起こす。窒素吸着
量は温度に依存し、温度上昇は酸素濃縮効率を大きく低
下させる原因となる。また、大型の吸着床では吸着塔の
口径が大きくなり、空気の流れ方向に対して圧縮空気を
均一に流すことが出来ないため、吸着塔内の中心部と周
辺部では窒素吸着量に差が生じ、酸素濃縮効率の低下を
引き起こす。
【０００９】本願発明は、圧力変動吸着型酸素濃縮装置
において、伝熱効率を上げ、圧縮空気を吸着床に均一に
流すことにより効率的に酸素濃縮気体を得ることを目的
とする。
において、伝熱効率を上げ、圧縮空気を吸着床に均一に
流すことにより効率的に酸素濃縮気体を得ることを目的
とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明者は、かかる酸素
濃縮装置における問題点を解決することを目的として鋭
意検討した結果、従来１基であった吸着塔を分割して、
２基以上の吸着塔を並列に配列し、全ての吸着塔の空気
流入部、空気流出部を各々連通することにより、高濃度
の酸素濃縮空気を大量に得ることが可能であることを見
出した。かかる手段により大型の吸着塔を効率的に冷却
することが可能となり、設計面においても、熱交換器な
どの冷却手段は必要なく、コンプレッサーの吐出量に比
例した吸着塔の本数を用いることを考慮するだけで良
く、非常に単純化された方法である。
濃縮装置における問題点を解決することを目的として鋭
意検討した結果、従来１基であった吸着塔を分割して、
２基以上の吸着塔を並列に配列し、全ての吸着塔の空気
流入部、空気流出部を各々連通することにより、高濃度
の酸素濃縮空気を大量に得ることが可能であることを見
出した。かかる手段により大型の吸着塔を効率的に冷却
することが可能となり、設計面においても、熱交換器な
どの冷却手段は必要なく、コンプレッサーの吐出量に比
例した吸着塔の本数を用いることを考慮するだけで良
く、非常に単純化された方法である。
【００１１】即ち、本発明は酸素よりも窒素を選択的に
吸着し得る吸着剤を充填した吸着床と、該吸着床へ圧縮
空気を供給する空気供給手段と、該吸着床からの酸素濃
縮気体を受け取り貯留するためのサージング手段を具備
した圧力変動吸着型酸素濃縮装置において、該吸着床
が、２基以上の吸着塔を並列に配置し、それら複数の吸
着塔の流入部及び流出部を各々連通させることを特徴と
する酸素濃縮装置を提供するものである。
吸着し得る吸着剤を充填した吸着床と、該吸着床へ圧縮
空気を供給する空気供給手段と、該吸着床からの酸素濃
縮気体を受け取り貯留するためのサージング手段を具備
した圧力変動吸着型酸素濃縮装置において、該吸着床
が、２基以上の吸着塔を並列に配置し、それら複数の吸
着塔の流入部及び流出部を各々連通させることを特徴と
する酸素濃縮装置を提供するものである。
【００１２】かかる本発明の装置には、該吸着床の各吸
着塔の壁面の伝熱面積を上げるための放熱板手段を有す
る酸素濃縮装置が含まれる。
着塔の壁面の伝熱面積を上げるための放熱板手段を有す
る酸素濃縮装置が含まれる。
【００１３】更に本発明の装置には吸着塔の空気供給手
段側に空気の整流手段を有する酸素濃縮装置が含まれ
る。かかる整流手段としては、吸着剤充填部の空気供給
手段側から、粒径の大きな吸着剤からなる第一吸着部
と、第一吸着部の吸着剤よりも粒径の小さな吸着剤から
なる第二吸着部から構成させる吸着塔を利用する手段、
吸着塔端部に設置した多孔質材料の整流板を使用する手
段などが含まれる。
段側に空気の整流手段を有する酸素濃縮装置が含まれ
る。かかる整流手段としては、吸着剤充填部の空気供給
手段側から、粒径の大きな吸着剤からなる第一吸着部
と、第一吸着部の吸着剤よりも粒径の小さな吸着剤から
なる第二吸着部から構成させる吸着塔を利用する手段、
吸着塔端部に設置した多孔質材料の整流板を使用する手
段などが含まれる。
【００１４】以下に本発明の酸素濃縮装置について、図
面を用いてさらに詳細に説明する。
面を用いてさらに詳細に説明する。
【００１５】一般に圧力変動吸着型酸素濃縮装置では、
圧縮空気が吸着床に流入する部分で急激な温度変化が起
こる。吸着時には流入空気による急激な窒素吸着に伴う
発熱反応のために急激な温度上昇が起こる。
圧縮空気が吸着床に流入する部分で急激な温度変化が起
こる。吸着時には流入空気による急激な窒素吸着に伴う
発熱反応のために急激な温度上昇が起こる。
【００１６】酸素取出し量が多くなると、コンプレッサ
ーの吐出量も大きくなり、吸着床の温度上昇も必然的に
大きくなる。一方、窒素吸着効率を一定に保つ必要性か
ら吸着塔の断面積はコンプセッサーの吐出量に比例して
大きくなり、吸着塔の伝熱効率は著しく低下する。
ーの吐出量も大きくなり、吸着床の温度上昇も必然的に
大きくなる。一方、窒素吸着効率を一定に保つ必要性か
ら吸着塔の断面積はコンプセッサーの吐出量に比例して
大きくなり、吸着塔の伝熱効率は著しく低下する。
【００１７】従来の吸着床を示す図１の場合、圧縮空気
の流入部での熱を吸着塔外壁から効果的に放熱すること
が出来ないため、吸着塔流入部で温度上昇が著しい。こ
れは、酸素濃縮効率の低下の原因となる。
の流入部での熱を吸着塔外壁から効果的に放熱すること
が出来ないため、吸着塔流入部で温度上昇が著しい。こ
れは、酸素濃縮効率の低下の原因となる。
【００１８】そこで本発明では、図２のように、吸着塔
を２基以上を並列に配置し、供給空気の流入部および酸
素濃縮気体の流出部を連通させる構造に改善する事によ
り吸着塔温度を下げ、大幅な酸素濃度上昇をはかること
が出来た。これは大量の酸素濃縮気体を得るため大型の
塔径の吸着床を有する酸素濃縮装置で効果的である。
を２基以上を並列に配置し、供給空気の流入部および酸
素濃縮気体の流出部を連通させる構造に改善する事によ
り吸着塔温度を下げ、大幅な酸素濃度上昇をはかること
が出来た。これは大量の酸素濃縮気体を得るため大型の
塔径の吸着床を有する酸素濃縮装置で効果的である。
【００１９】特に酸素濃縮気体の取り出し量が５Ｌ／分
以上の能力の酸素濃縮装置が適当である。本発明者は、
取出量５．０Ｌ／分で内径９０mm、高さ４５０mmの吸着
塔１本を有する酸素濃縮装置において、該吸着塔を内径
７０mm、高さ３８０mmの吸着塔２本に分割することによ
り、窒素吸着後の吸着塔温度が６５℃から５０℃に低下
するとともに、酸素濃度８８％のものが９２％以上の高
濃度の酸素濃縮気体を生成することを確認した。
以上の能力の酸素濃縮装置が適当である。本発明者は、
取出量５．０Ｌ／分で内径９０mm、高さ４５０mmの吸着
塔１本を有する酸素濃縮装置において、該吸着塔を内径
７０mm、高さ３８０mmの吸着塔２本に分割することによ
り、窒素吸着後の吸着塔温度が６５℃から５０℃に低下
するとともに、酸素濃度８８％のものが９２％以上の高
濃度の酸素濃縮気体を生成することを確認した。
【００２０】本装置には、伝熱効率を考慮して吸着塔壁
面に放熱板手段を有するものを用いることが出来る。
面に放熱板手段を有するものを用いることが出来る。
【００２１】また、酸素濃縮効率のアップを図るため
に、吸着塔流入部に整流手段を設置することが出来る。
窒素飽和及び窒素未吸着の吸着剤分布域である吸着帯の
分布面が、吸着床に供給された気流方向に対して均一で
あることが重要であり、圧縮空気を気流方向に対して均
一に流すことが必要である。図１に示す吸着塔では、吸
着塔入口ノズル内径と吸着塔内径の比が大きいため、入
口ノズル部の流れが最大となり、塔壁面部分で最小とな
るような流速分布が生じている。本発明で示す構造の吸
着塔では、入口ノズル内径と吸着塔内径の比を小さくす
ることができ、吸着帯の面が均一となり、非常に効果的
である。
に、吸着塔流入部に整流手段を設置することが出来る。
窒素飽和及び窒素未吸着の吸着剤分布域である吸着帯の
分布面が、吸着床に供給された気流方向に対して均一で
あることが重要であり、圧縮空気を気流方向に対して均
一に流すことが必要である。図１に示す吸着塔では、吸
着塔入口ノズル内径と吸着塔内径の比が大きいため、入
口ノズル部の流れが最大となり、塔壁面部分で最小とな
るような流速分布が生じている。本発明で示す構造の吸
着塔では、入口ノズル内径と吸着塔内径の比を小さくす
ることができ、吸着帯の面が均一となり、非常に効果的
である。
【００２２】また、図３に示すように所定粒径よりも大
きな粒径を持つ吸着剤からなる第一吸着部と、該所定値
を超えない粒径の吸着剤からなる第二吸着部からなる吸
着床では、第一吸着部で整流化された圧縮空気が効果的
に第二吸着部で濃縮されるため、酸素濃縮効率のアップ
を図ることができる。 本発明者は、塔径８５mm、吸着
剤の充填高さ４５０mmの吸着塔を用い、第一吸着部に３
０メッシュ以上の吸着剤を、第二吸着部に３０メッシュ
以下の吸着剤を用いることが非常に効果的であることを
確認した。さらにこの第一吸着部が整流化のためだけの
多孔質材料で置き換えた吸着塔でも効果的である。
きな粒径を持つ吸着剤からなる第一吸着部と、該所定値
を超えない粒径の吸着剤からなる第二吸着部からなる吸
着床では、第一吸着部で整流化された圧縮空気が効果的
に第二吸着部で濃縮されるため、酸素濃縮効率のアップ
を図ることができる。 本発明者は、塔径８５mm、吸着
剤の充填高さ４５０mmの吸着塔を用い、第一吸着部に３
０メッシュ以上の吸着剤を、第二吸着部に３０メッシュ
以下の吸着剤を用いることが非常に効果的であることを
確認した。さらにこの第一吸着部が整流化のためだけの
多孔質材料で置き換えた吸着塔でも効果的である。
【００２３】
【発明の効果】本発明の酸素濃縮装置は、該吸着床の吸
着工程における発熱を吸着塔の外壁から放熱しやすく
し、吸着床の温度上昇を防ぐことができる。また吸着床
内の吸着帯が均一な分布面を形成することが出来る。以
上の結果、酸素濃縮効率を向上させることが可能とな
り、大量の酸素濃縮気体を供給することが可能となる。
着工程における発熱を吸着塔の外壁から放熱しやすく
し、吸着床の温度上昇を防ぐことができる。また吸着床
内の吸着帯が均一な分布面を形成することが出来る。以
上の結果、酸素濃縮効率を向上させることが可能とな
り、大量の酸素濃縮気体を供給することが可能となる。
【図１】従来の吸着床の模式的例示である。
【図２】本発明の吸着床の模式的例示である。
【図３】本発明の吸着床の吸着剤充填部を２分割した模
式的例示である。
式的例示である。
１．吸着床 ２．圧縮空気入口 ３．酸素濃縮空気出口 ４．吸着剤
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C01B 13/02 A61M 16/10 B01D 53/04
Claims (6)
- 【請求項１】 酸素よりも窒素を選択的に吸着し得る吸
着剤を充填した吸着床と、該吸着床へ空気を供給する際
にはコンプレッサーとして機能し、吸着床の脱着工程時
には真空ポンプとして機能する空気送達手段と、該吸着
床からの酸素濃縮気体を受け取り貯留するためのサージ
ング手段を具備した圧力変動吸着型酸素濃縮装置におい
て、該吸着床が、並列に配置された２基以上の複数の吸
着塔から構成され、該複数の吸着塔の流入部側、流出部
側が各々連通していることを特徴とする酸素濃縮装置。 - 【請求項２】 酸素濃縮気体の取出量が５Ｌ／分以上で
ある請求項１記載の酸素濃縮装置。 - 【請求項３】 吸着塔の壁面に、伝熱面積を上げるため
の放熱板手段を有する請求項１又は２記載の酸素濃縮装
置。 - 【請求項４】 吸着塔の空気供給手段側に空気の整流手
段を有する請求項１から３記載の酸素濃縮装置。 - 【請求項５】 空気の整流手段が、吸着剤充填部の空気
供給手段側から、粒径の大きな吸着剤からなる第一吸着
部と、第一吸着部の吸着剤よりも粒径の小さな吸着剤か
らなる第二吸着部から構成させる請求項４記載の酸素濃
縮装置。 - 【請求項６】 空気の整流手段が、吸着塔端部に設置し
た多孔質材料の整流板である請求項４記載の酸素濃縮装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11167995A JP3333660B2 (ja) | 1995-05-10 | 1995-05-10 | 酸素濃縮装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11167995A JP3333660B2 (ja) | 1995-05-10 | 1995-05-10 | 酸素濃縮装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08301603A JPH08301603A (ja) | 1996-11-19 |
| JP3333660B2 true JP3333660B2 (ja) | 2002-10-15 |
Family
ID=14567441
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11167995A Expired - Fee Related JP3333660B2 (ja) | 1995-05-10 | 1995-05-10 | 酸素濃縮装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3333660B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20020025478A (ko) * | 2000-09-29 | 2002-04-04 | 이태수 | 압축스윙흡착 및 진공스윙흡착 방식을 조합한 산소발생기 |
| KR100484549B1 (ko) * | 2002-03-25 | 2005-04-20 | 디지털오토모빌(주) | 두 개의 진공원을 이용한 산소발생장치 및 방법 |
| JP4469841B2 (ja) * | 2003-05-23 | 2010-06-02 | ヨンセ ユニバーシティー | 酸素生成装置及びその制御方法 |
| JP5148892B2 (ja) * | 2007-02-16 | 2013-02-20 | フクダ電子株式会社 | 酸素濃縮器 |
| EP2542329A1 (en) | 2010-03-05 | 2013-01-09 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Oxygen separation membrane |
-
1995
- 1995-05-10 JP JP11167995A patent/JP3333660B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08301603A (ja) | 1996-11-19 |
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