JP4895467B2

JP4895467B2 - 酸素濃縮方法および酸素濃縮装置

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Publication number: JP4895467B2
Application number: JP2003320093A
Authority: JP
Inventors: 貴之一柳; 義則松長; 哲夫伊藤
Original assignee: 昭和環境システム株式会社
Priority date: 2003-02-13
Filing date: 2003-09-11
Publication date: 2012-03-14
Anticipated expiration: 2023-09-11
Also published as: JP2004262743A

Description

本発明は、ＰＳＡ法によって空気など窒素および酸素を含む原料ガスから窒素を選択的に吸着分離して濃縮酸素を製造する酸素濃縮方法および酸素濃縮装置に関するものである。

ゼオライト等の分子ふるいを吸着剤として用い、空気など窒素および酸素を含む原料ガスから吸着／脱着を繰り返しながら窒素を選択的に吸着分離して濃縮酸素を製造する方法としてプレッシャスイング吸着法（以下「ＰＳＡ法」という）が工業的に重要であり、電気炉製鋼、パルプ漂白、発酵、化学、水処理、オゾン製造、溶融炉等酸素富化燃焼等、酸素を大量に使用する産業において広く用いられている。

ＰＳＡ法によって酸素を濃縮する従来の技術としては、吸着剤を充填した吸着塔内に、低圧ターボブロア等の空気圧縮機で空気等を供給して吸着剤に窒素を吸着させた後、吸着塔内を減圧ポンプ等で減圧することにより吸着剤に吸着した窒素を脱着させるようにしたものがある（たとえば、特許文献１参照）。
また、複数の吸着装置と、真空ポンプと、コンプレッサーとを主たる要素として構成されたものもある（たとえば、特許文献２参照）。
特開平１１−２９２５０６号公報（図１）特許第２７８３３５８号公報（図１）

しかしながら、上記特許文献１の発明では、吸着塔内に、低圧ターボブロア等の空気圧縮機で空気等を供給しているため、この空気圧縮機の運転に要する電力が多大で、運転コストが高くなってしまうといった問題があった。
また、均圧器内に貯められた濃縮酸素は、低圧ターボブロア等の空気圧縮機により抜き出し管を介して下流側に位置する装置に供給される（押し出される）ようになっているため、均圧器の容積が小さい場合、均圧器内の濃縮酸素の圧力が吸着塔内の圧力変動の影響を受けてしまうこととなる。そのため、均圧器の容積は、たとえば吸着塔の容積の３倍以上となるように構成され、これにより均圧器内の濃縮酸素の圧力変動を低減させている。したがって、均圧器の容積が非常に大きなものとなり、装置全体が大型化してしまうという問題点があった。
さらに、このような流体機械を使用した場合には、閉鎖系の圧力を上昇させる特性があるために、塔内の最高圧力の制御やアンロード時の負荷軽減に特別な制御装置や煩雑な操作が必要となり、騒音や振動が大きいのでその対策にも多大な経費が必要であり、設備コスト、運転コスト、修繕コストの面でも問題が大きかった。

一方、上記特許文献２の発明では、吸着装置とコンプレッサーとの間が配管で直接結ばれているため、コンプレッサーの影響が直接吸着装置、すなわち、吸／脱着工程（濃縮酸素製造工程）に及んでしまい、製造効率を向上させることができないといった問題点があった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、従来よりも運転操作の簡易化を図ることができ、また電力消費量を軽減することができるとともに、設備・運転・修繕コストを改善することのできる酸素濃縮方法および酸素濃縮装置を提供することを目的とする。
また、本発明のもう一つの目的は、濃縮酸素の製造効率を向上させることである。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
請求項１に記載の発明は、窒素を選択的に吸着あるいは脱着するゼオライト等の分子ふるいを充填した少なくとも１本の吸着塔と、該吸着塔内の圧力を大気圧力以下に減圧する減圧手段と、製造された濃縮酸素を一時蓄積しておく均圧塔と、該均圧塔から濃縮酸素を系外に取り出す濃縮酸素抜き出し手段とを具備する酸素濃縮装置であって、酸素および窒素を含む原料ガスが、前記減圧手段により大気圧以下に減圧された前記吸着塔内に自然吸入されるとともに、前記分子ふるいに前記原料ガス中の前記窒素が吸着され、前記濃縮酸素抜き出し手段により濃縮酸素が系外に取り出されるように構成されていることを特徴とする。

このような酸素濃縮装置によれば、減圧手段により吸着塔内の圧力が大気圧力以下（負圧下）に減圧された後、原料ガスが吸着塔内に自然吸入されてくるとともに、吸着塔内に納められた分子ふるいに原料ガス中の窒素が吸着して、原料ガス中から窒素が取り除かれ、濃縮酸素が濃縮酸素抜き出し手段により系外に取り出されるようになっている。
すなわち、吸着塔内への原料ガスの供給が、たとえばルーツブロワやターボブロワなどの空気供給装置を使用することなく行われるようになっている。
また、少なくとも１本の吸着塔と濃縮酸素抜き出し手段との間には、均圧塔が配置されている。

請求項２に記載の発明は、前記濃縮酸素抜き出し手段は酸素圧縮機であるとともに、前記濃縮酸素は前記酸素圧縮機により所定の圧力に昇圧された後、系外に送り出されるようになっていることを特徴とする。

このような酸素濃縮装置によれば、酸素圧縮機により大気圧力よりも高い所定圧力に高められた濃縮酸素が系外に吐出されるようになっている。

請求項３に記載の発明は、窒素を選択的に吸着あるいは脱離する分子ふるいを充填した少なくとも１本の吸着塔と、該吸着塔内の圧力を大気圧力以下に減圧する減圧手段と、製造された濃縮酸素を一時蓄積しておく均圧塔と、該均圧塔から濃縮酸素を系外に取り出す濃縮酸素抜き出し手段とを具備する酸素濃縮装置により濃縮酸素を得る酸素濃縮方法であって、前記吸着塔内の圧力を前記減圧手段により大気圧力以下に減圧する段階と、大気圧以下に減圧された前記吸着塔内に、該吸着塔の供給口から酸素および窒素を含む原料ガスを自然吸入させるとともに、前記分子ふるいに前記原料ガス中の前記窒素を吸着させる段階と、前記原料ガスから前記窒素が取り除かれた濃縮酸素を、濃縮酸素抜き出し手段により系外に取り出す段階とを具備し、前記一連の段階を１サイクル５０秒以下で繰り返し行うことを特徴とする。

このような酸素濃縮方法によれば、減圧手段により吸着塔内の圧力が大気圧力以下（負圧下）に減圧された後、原料ガスが吸着塔の供給口から自然に吸入されてくるとともに、吸着塔内に納められた分子ふるいに原料ガス中の窒素が吸着して、原料ガス中から窒素が取り除かれ、濃縮酸素が濃縮酸素抜き出し手段により系外に取り出されるようになっている。
すなわち、吸着塔内への原料ガスの供給が、たとえばルーツブロワやターボブロワなどの空気供給装置を使用することなく行われるようになっている。
また、少なくとも１本の吸着塔と濃縮酸素抜き出し手段との間には、均圧塔が配置されている。

請求項４に記載の発明は、前記濃縮酸素抜き出し手段は酸素圧縮機であるとともに、前記濃縮酸素を前記酸素圧縮機により所定の圧力に昇圧した後、系外に送り出すことを特徴とする。

このような酸素濃縮方法によれば、酸素圧縮機により大気圧力よりも高い所定圧力に高められた濃縮酸素が系外に吐出されるようになっている。

本発明の酸素濃縮方法および酸素濃縮装置によれば、以下の効果を奏する。
吸着塔内への原料ガスの供給が、たとえばルーツブロワやターボブロワなどの空気供給装置を使用することなく、減圧（負圧状態）とされた吸着塔内に自然吸入するようになっているので、電力消費量を大幅に低減させることができて、運転コストを大幅に低減させることができる。
また、少なくとも１本の吸着塔と濃縮酸素抜き出し手段との間に均圧塔が配置されているので、濃縮酸素抜き出し手段による吸／脱着工程（濃縮酸素製造工程）への影響を低減させることができ、製造効率を向上させることができる。

さらに、塔内の最高圧力の制御やアンロード時の負荷軽減に特別な制御装置や煩雑な操作が不要となり、運転操作の簡易化を図ることができるので、騒音や振動を低減させることができて、設備コストおよび修繕コストを低減させることができる。
さらにまた、製造された濃縮酸素は、酸素圧縮機により所定の圧力に昇圧された後、系外（すなわち下流側に位置する装置）に送り出されるようになっているので、下流側に位置する装置に濃縮酸素を安定的に供給することができ、プラント全体の運転を常に良好な状態に保つことができる。

以下、本発明による酸素濃縮装置の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１に示すように、本発明による酸素濃縮装置１００は、たとえば２本の吸着塔Ａ，Ｂと、これら吸着塔Ａ，Ｂの上流側に設けられた吸入フィルター８と、吸着塔Ａ，Ｂの下流側に設けられた均圧塔Ｃと、この均圧塔Ｃのさらに下流側に設けられた酸素圧縮機（濃縮酸素抜き出し手段）１０と、吸着塔Ａ，Ｂ内に納められた吸着剤の再生を図る減圧ポンプ（減圧手段：真空ポンプ）９とを主たる要素として構成されたものである。

吸着塔Ａ，Ｂは同型のものであって、それぞれ供給口５Ａ，５Ｂと流出口７Ａ，７Ｂとを有し、これら吸着塔Ａ，Ｂ内にはそれぞれ、窒素を選択的に吸着あるいは脱着するゼオライト系分子ふるいからなる吸着剤１１Ａ，１１Ｂが充填されている。
吸入フィルター８は、吸着塔Ａ，Ｂ内に流入していく原料ガス中から、塵や埃などの不純物を取り除くものである。
均圧塔Ｃは、製造した濃縮酸素を一時蓄積しておくための容器であり、たとえばその外観形状が円筒形や球形とされたものである。なお、この均圧塔Ｃの容積は、前述した吸着塔Ａ，Ｂの容積の０．５倍以上３倍未満であることが望ましい。均圧塔Ｃの容積をこのように従来のものよりも小さくすることにより、装置全体の小型化を図ることができる。

酸素圧縮機１０は、均圧塔Ｃ内に蓄えられた濃縮酸素（製品酸素）を抜き出すとともに昇圧して、下流側に位置する装置に濃縮酸素を供給する（送り出す）ものである。
減圧ポンプ９は、吸着塔Ａ，Ｂ内に残存するガスを大気中に排出したり、あるいは吸着剤１１Ａ，１１Ｂに吸着した窒素ガス等を脱着するために用いられるものである。

吸着塔Ａの供給口５Ａおよび吸着塔Ｂの供給口５Ｂはそれぞれ、その途中に弁１Ａおよび弁１Ｂが設けられた入口配管２０を介して吸入フィルター８の出口側に接続されている。また、これら吸着塔Ａの供給口５Ａおよび吸着塔Ｂの供給口５Ｂはそれぞれ、その途中に弁４Ａおよび弁４Ｂが設けられた配管３０を介して減圧ポンプ９の吸入側にも接続されている

一方、吸着塔Ａの流出口７Ａおよび吸着塔Ｂの流出口７Ｂはそれぞれ、その途中に弁２Ａおよび弁２Ｂが設けられた出口配管１２を介して均圧塔Ｃの流入側に接続されている。また、これら吸着塔Ａの流出口７Ａと吸着塔Ｂの流出口７Ｂとは、その途中に並列配置された均圧弁３およびパージ弁３Ｐを有する配管４０により接続されている。
均圧塔Ｃの流出側と酸素圧縮機１０の吸入側とは、抜き出し管１３によって接続されているとともに、酸素圧縮機１０の吐出側には製品酸素管１４が接続されている。これにより、均圧塔Ｃから抜き出し管１３を通った濃縮酸素は、酸素圧縮機１０により所定の圧力に昇圧された後、製品酸素管１４を通って系外（すなわち、下流側に位置する装置）に送り出されるようになっている。

つぎに、上述した酸素濃縮装置１００を用いて酸素を濃縮する酸素濃縮方法を、図２および図３を参照して説明する。
図２はこの方法における各ステップを示すものであり、説明に不要な要素は省略してある。また、図３は、前記各ステップにおける吸着塔Ａ，Ｂのそれぞれの圧力パターンを示している。ここで、圧力はゲージ圧力である。
本発明による酸素濃縮方法は、以下に説明するステップ１〜ステップ６を１サイクルとして継続運転する。このサイクルを、吸着塔Ａが再生を終了して吸着を開始し、吸着塔Ｂが吸着を終了して再生を開始する状態から説明する。

ステップ１（均圧化）：再生（窒素の脱着）を終了した吸着塔Ａと吸着を終了した吸着塔Ｂとは、均圧弁３を開くことで均圧化される。前ステップ（ステップ６）では吸着塔Ａは再生処理により最低圧力（−約６３ｋＰａ）近くまで減圧状態となっている。吸着塔Ｂは、直前まで、窒素を吸着していたため、吸着塔圧力は大気圧力（０ｋＰａ）近くになっているので、このとき均圧弁３を通るガス流は吸着塔Ｂから吸着塔Ａへの方向となる。また、吸着塔Ａは減圧状態のため、弁１Ａを開けることにより、吸入フィルター８を通して原料ガスが供給口５Ａを通して（自然に）供給される。一方、減圧ポンプ９は吸着塔Ｂの排気を開始する。

ステップ２（吸着）：前記均圧化ステップ（ステップ１）を終了したとき、吸着塔Ａはなお減圧状態にあるので、そのまま、弁１Ａを開放にしておくことにより、吸着塔Ａは自然吸入によりほぼ大気圧力近くまで昇圧され、窒素が吸着される。吸着塔Ａの流出口７Ａは、弁２Ａを開けることにより、製品酸素を一時蓄える均圧塔Ｃと連通状態となる。一方、吸着塔Ｂの流出口７Ｂに通ずる均圧弁３を閉じて、減圧ポンプ９により、更に減圧され、吸着した窒素ガス等が脱着される。

ステップ３（洗浄）：均圧塔Ｃは酸素圧縮機１０により、製品酸素の抜き出しが行われており、吸着塔Ａへの原料ガス供給も継続的に行われる。吸着塔Ｂは、その供給口５Ｂから引き続き減圧ポンプ９による排気を続けながら、一方で、パージ弁３Ｐを開いて吸着塔Ａからの濃縮酸素を導入、吸着塔Ｂの残存窒素をパージ減圧状態を維持しながら排出し、吸着剤を再生させる。

次に吸着塔Ａと吸着塔Ｂを切り替えて前記と同様にステップ４（均圧化）、ステップ５（吸着）、ステップ６（洗浄）の各ステップを順次行って１サイクルとし、このサイクルを繰り返して均圧塔Ｃに濃縮酸素を蓄積するとともに、抜き出し管１３を通った濃縮酸素が、酸素圧縮機１０により所定の圧力に昇圧されたのち、系外に送られる。
前記サイクルにおける各ステップの所要時間および開閉プログラムを表１に示す。

本発明による酸素濃縮方法および酸素濃縮装置の目的の１つは、従来必要とされていた低圧ターボブロワやルーツブロワ等の原料ガス供給装置（空気圧縮機）を不要としたことにより、設備費、運転コストの低減をはかったことにある。

〔実験例Ａ〕
本発明による酸素濃縮装置の性能を実際に確認するため、図４に示す酸素濃縮装置（上述した特許文献１の図１に開示されたものと略同じ装置）を用いて実験を行った。
図４に示す酸素濃縮装置は、原料空気の供給にターボブロワを使用する、いわゆるＰＳＡ酸素製造装置である。図４に示す吸着塔Ａおよび吸着塔Ｂはいずれも、直径９５０ｍｍ、高さ１５００ｍｍの円筒形であり、塔内の下部には脱水剤として、活性アルミナ粒子が充填され、その上に窒素ガス分離用吸着剤として、合成ゼオライト系分子ふるいが充填されている。均圧塔Ｃは吸着塔の約１．５倍の容積を保つ空塔である。また、原料ガス供給用空気ブロワ１５は吐出圧力２０ｋＰａの低圧ターボブロワであり、減圧ポンプ９は湿式２段型ルーツブロワである。酸素圧縮機１０は吐出圧力３０ｋＰａのルーツブロワである。

（参考例１）
本発明による酸素濃縮装置と同じ運転状態を得るため、図４に示す原料ガス供給用空気ブロワ１５を使用せずに、図２および表１に示すステップおよび弁操作により濃縮酸素の製造を行った。なお、原料ガスとしては空気を用いた。
運転において、空気ブロワの吐出弁１７は常時閉、バイパス弁１６は常時開として、図１の装置と同じ状態を作り出した。また、各ステップにおける吸着塔Ａおよび吸着塔Ｂの操作時間（秒）と圧力変化も図３に示すように変化させた。運転期間中、吸着塔の最高圧力（最高吸着圧）は−約１ｋＰａであり、最低圧力（最低脱着圧）は−約６３ｋＰａであった。運転サイクルは１サイクル６０秒とした。
この参考例１における運転の結果、９０％の酸素濃度で４８．１Ｎｍ^３／ｈの製品酸素を得ることができた。また、１００％酸素濃度に換算した製品酸素１Ｎｍ^３あたりの電力消費量は減圧ポンプが０．４４ｋＷｈ、酸素圧縮機が０．０４ｋＷｈであり合計０．４８ｋＷｈであった。

（比較例１）
本発明による酸素濃縮装置と従来の酸素濃縮装置との性能を比較するため、図４に示す酸素濃縮装置を用いて、図５および以下の表２に示すステップおよび弁操作により濃縮酸素の製造を行った。この場合、原料ガス供給用空気ブロワ１５を使用して原料ガスの供給を行った。

各ステップにおける吸着塔Ａおよび吸着塔Ｂの操作時間（秒）と圧力変化も図６に示すように変化させた。運転期間中、吸着塔の最高圧力（最高吸着圧）は約２１ｋＰａであり、最低圧力（最低脱着圧）は−約６１ｋＰａであった。運転サイクルは１サイクル６４秒とした。
この比較例１における運転の結果、９０％の酸素濃度で４９．１Ｎｍ^３／ｈの製品酸素が得られた。また、１００％酸素濃度に換算した製品酸素１Ｎｍ^３あたりの電力消費量は減圧ポンプが０．３７ｋＷｈ、酸素圧縮機が０．０３ｋＷｈ、空気ブロワが０．２３ｋＷｈであり合計０．６３ｋＷｈであった。

このように、従来の設備をそのまま使用して本発明による酸素濃縮方法を行ったため、減圧ポンプの吸入圧力を下げることができず、製品酸素量は従来に比べて若干低下したが、電力コストとしては約２４％低減させることができた。

〔実験例Ｂ〕
本発明による酸素濃縮装置の性能を実際に確認するため、図４に示す酸素濃縮装置（ただし、吸着塔Ａおよび吸着塔Ｂはいずれも、直径３０ｍｍ、高さ１０００ｍｍの円筒形とされている）と図７に示す酸素濃縮装置（上述した特許文献２の図１に開示されたものと略同じ装置、すなわち本願の図１の構成から均圧塔Ｃを除いた装置）とを用いて実験を行った。
図７に示す酸素濃縮装置は、いわゆるＰＳＡ酸素製造装置である。図７に示す吸着塔Ａおよび吸着塔Ｂはいずれも、直径３０ｍｍ、高さ１０００ｍｍの円筒形であり、塔内の下部には脱水剤として、活性アルミナ粒子が充填され、その上に窒素ガス分離用吸着剤として、合成ゼオライト系分子ふるいが充填されている。均圧塔Ｃは吸着塔の約１．５倍の容積を保つ空塔である。また、減圧ポンプ９は湿式２段型ルーツブロワであり、酸素圧縮機１０は吐出圧力３０ｋＰａのルーツブロワである。

（参考例２）
本発明による酸素濃縮装置と同じ運転状態を得るため、図４に示す原料ガス供給用空気ブロワ１５を使用せずに、図２および以下の表３に示すステップおよび弁操作により濃縮酸素の製造を行った。なお、原料ガスとしては空気を用いた。
運転において、空気ブロワの吐出弁１７は常時閉、バイパス弁１６は常時開として、図１の装置と同じ状態を作り出した。また、各ステップにおける吸着塔Ａおよび吸着塔Ｂの操作時間（秒）と圧力変化も図３に示すように変化させた。運転期間中、吸着塔の最高圧力（最高吸着圧）は−約１ｋＰａであり、最低圧力（最低脱着圧）は−約７３ｋＰａであった。運転サイクルは１サイクル６０秒とした。

（実施例３）
本発明による酸素濃縮装置と同じ運転状態を得るため、図４に示す原料ガス供給用空気ブロワ１５を使用せずに、図２および表３に示すステップおよび弁操作により濃縮酸素の製造を行った。なお、原料ガスとしては空気を用いた。
運転において、空気ブロワの吐出弁１７は常時閉、バイパス弁１６は常時開として、図１の装置と同じ状態を作り出した。また、各ステップにおける吸着塔Ａおよび吸着塔Ｂの操作時間（秒）と圧力変化も図３に示すように変化させた。運転期間中、吸着塔の最高圧力（最高吸着圧）は−約１ｋＰａであり、最低圧力（最低脱着圧）は−約７３ｋＰａであった。運転サイクルは１サイクル５０秒とした。

（実施例４）
本発明による酸素濃縮装置と同じ運転状態を得るため、図４に示す原料ガス供給用空気ブロワ１５を使用せずに、図２および表３に示すステップおよび弁操作により濃縮酸素の製造を行った。なお、原料ガスとしては空気を用いた。
運転において、空気ブロワの吐出弁１７は常時閉、バイパス弁１６は常時開として、図１の装置と同じ状態を作り出した。また、各ステップにおける吸着塔Ａおよび吸着塔Ｂの操作時間（秒）と圧力変化も図３に示すように変化させた。運転期間中、吸着塔の最高圧力（最高吸着圧）は−約１ｋＰａであり、最低圧力（最低脱着圧）は−約７３ｋＰａであった。運転サイクルは１サイクル４０秒とした。

（比較例２）
本発明による酸素濃縮装置と従来の酸素濃縮装置との性能を比較するため、図７に示す酸素濃縮装置を用いて、図８および以下の表４に示すステップおよび弁操作により濃縮酸素の製造を行った。
運転期間中、吸着塔の最高圧力（最高吸着圧）は−約１ｋＰａであり、最低圧力（最低脱着圧）は−約７３ｋＰａであった。運転サイクルは１サイクル５０秒とした。

（比較例３）
本発明による酸素濃縮装置と従来の酸素濃縮装置との性能を比較するため、図７に示す酸素濃縮装置を用いて、図８および表４に示すステップおよび弁操作により濃縮酸素の製造を行った。
運転期間中、吸着塔の最高圧力（最高吸着圧）は−約１ｋＰａであり、最低圧力（最低脱着圧）は−約７３ｋＰａであった。運転サイクルは１サイクル４２秒とした。

（比較例４）
本発明による酸素濃縮装置と従来の酸素濃縮装置との性能を比較するため、図７に示す酸素濃縮装置を用いて、図８および表４に示すステップおよび弁操作により濃縮酸素の製造を行った。
運転期間中、吸着塔の最高圧力（最高吸着圧）は−約１ｋＰａであり、最低圧力（最低脱着圧）は−約７３ｋＰａであった。運転サイクルは１サイクル３６秒とした。

上述した参考例２、実施例３，４および比較例２〜比較例４における運転結果を以下の表５に示す。

表５から、均圧塔Ｃを備えた酸素濃縮装置（参考例２、実施例３，４）の方が均圧塔Ｃを備えていない酸素濃縮装置（比較例２〜比較例４）よりも、その回収率および酸素生産量において極めて高い性能を有していることがわかる。
ここで、回収率（％）とはいわゆる効率のことであり、原料中の酸素のうちどれくらいの酸素を取り出すことができたかを重量％で示したものである。
また、酸素生産量とは、１ｋｇの吸着剤が１日に生産する酸素量のことである。

なお、上述した実施例では吸着塔を２塔有する酸素濃縮装置について実験を行ったが、本発明はこれに限定されるものではなく、１塔、あるいは３塔以上の吸着塔を有する酸素濃縮装置にも適用できる。

本発明による酸素濃縮装置の一実施形態を示す概略構成図である。図１に示す酸素濃縮装置を使用して行った、本発明による酸素濃縮方法の一実施形態を示す図であって、各ステップ毎のフロー状態を説明するための図である。図２に示す実施形態における操作時間と運転圧力との関係を示すグラフである。従来の酸素濃縮装置の一具体例を示す概略構成図である。図４に示す酸素濃縮装置を使用して行った、酸素濃縮方法の一具体例を示す図であって、各ステップ毎のフロー状態を説明するための図である。図５に示す一具体例における操作時間と運転圧力との関係を示すグラフである。従来の酸素濃縮装置の他の具体例を示す概略構成図である。図７に示す酸素濃縮装置を使用して行った、酸素濃縮方法の一具体例を示す図であって、各ステップ毎のフロー状態を説明するための図である。

符号の説明

１Ａ弁
１Ｂ弁
２Ａ弁
２Ｂ弁
３均圧弁
３Ｐパージ弁
４Ａ弁
４Ｂ弁
５Ａ供給口
５Ｂ供給口
７Ａ流出口
７Ｂ流出口
８吸入フィルター
９減圧ポンプ（減圧手段）
１０酸素圧縮機（濃縮酸素抜き出し手段）
１１Ａ吸着剤（分子ふるい）
１１Ｂ吸着剤（分子ふるい）
１２出口配管
１３抜き出し管
１４製品酸素管
１５原料ガス供給用空気ブロワ
１６バイパス弁
１７吐出弁
１００酸素濃縮装置
Ａ吸着塔
Ｂ吸着塔
Ｃ均圧塔

Claims

窒素を選択的に吸着あるいは脱着するゼオライト等の分子ふるいを充填した少なくとも１本の吸着塔と、該吸着塔内の圧力を大気圧力以下に減圧する減圧手段と、製造された濃縮酸素を一時蓄積しておく均圧塔と、該均圧塔から濃縮酸素を系外に取り出す濃縮酸素抜き出し手段とを具備する酸素濃縮装置であって、
酸素および窒素を含む原料ガスが、前記減圧手段により大気圧以下に減圧された前記吸着塔内に自然吸入されるとともに、前記分子ふるいに前記原料ガス中の前記窒素が吸着され、前記濃縮酸素抜き出し手段により濃縮酸素が系外に取り出されるように構成されていることを特徴とする酸素濃縮装置。
前記濃縮酸素抜き出し手段は酸素圧縮機であるとともに、前記濃縮酸素は前記酸素圧縮機により所定の圧力に昇圧された後、系外に送り出されるようになっていることを特徴とする請求項１に記載の酸素濃縮装置。
窒素を選択的に吸着あるいは脱離する分子ふるいを充填した少なくとも１本の吸着塔と、該吸着塔内の圧力を大気圧力以下に減圧する減圧手段と、製造された濃縮酸素を一時蓄積しておく均圧塔と、該均圧塔から濃縮酸素を系外に取り出す濃縮酸素抜き出し手段とを具備する酸素濃縮装置により濃縮酸素を得る酸素濃縮方法であって、
前記吸着塔内の圧力を前記減圧手段により大気圧力以下に減圧する段階と、
大気圧以下に減圧された前記吸着塔内に、該吸着塔の供給口から酸素および窒素を含む原料ガスを自然吸入させるとともに、前記分子ふるいに前記原料ガス中の前記窒素を吸着させる段階と、
前記原料ガスから前記窒素が取り除かれた濃縮酸素を、濃縮酸素抜き出し手段により系外に取り出す段階とを具備し、
前記一連の段階を１サイクル５０秒以下で繰り返し行うことを特徴とする酸素濃縮方法。
前記濃縮酸素抜き出し手段は酸素圧縮機であるとともに、前記濃縮酸素を前記酸素圧縮機により所定の圧力に昇圧した後、系外に送り出すことを特徴とする請求項３に記載の酸素濃縮方法。