JP4965769B2 - 多レート充填機能を備えるガス発生システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、広くはガス発生システムに関し、更に詳細には酸素又は窒素のような製品ガスを２つの異なる圧力で生成することが可能なガス発生システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
参照により本明細書に全体として組み込まれると共に、本譲受人に譲渡された米国特許第5,858,062号は、酸素が富化された空気を第１の圧力と、該第１の圧力より高い第２の圧力とにおいて供給する装置を開示している。この‘０６２特許に開示されているように、該装置は圧力振動吸着系と増圧器とを含んでいる。該圧力振動吸着系は、酸素富化空気を第１導出口へ第１圧力で供給すると共に、酸素富化空気を増圧器に該第１圧力で供給するようになっている。上記増圧器は、上記酸素富化空気を加圧し、該酸素富化空気を第２導出口に第２圧力において供給する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
不利なことに、該‘０６２特許に開示されているシステムは、低圧出口ポートに流れがあるか否かに拘わらず、高圧容器を一定のレートで充填、即ち満たす。これは、容器を充填するのに長時間を要する（即ち、０.５リットル／分（lpm）なる一定のレートで２４０リットルを充填するには８時間）。このように、現状技術においては、製品ガスを高圧導出口及び低圧導出口に同時に供給することができ、上記低圧導出口から必要とされる流れに依存して高圧充填レートを変化することができるようなシステムに対する要望がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
従って、本発明の一つの目的は、ガスシリンダ（ガスボンベ）を従来のシステムよりも高速で充填することが可能なガス発生システムを提供することにある。
【０００５】
本発明の、これら及び他の目的は、ガスを第１圧力及び第２圧力で供給する装置により達成される。該装置は、ガス発生系出口を有するガス発生系を含んでいる。フロースイッチが上記ガス発生系出口と連通しており、該フロースイッチの出口は上記第１圧力におけるガス導出口を形成している。圧力調節器が上記ガス発生系出口に連通して、第１圧力において上記ガス導出口へ流れるガスを調節する。ソレノイドバルブが、上記フロースイッチにより電気的に制御されると共に上記ガス発生系出口と連通し、且つ、ソレノイドバルブ出口を有している。増圧器が上記ソレノイドバルブと連通し、前記ガス発生系により発生されたガスの圧力を上昇させて、導出口に第２圧力で出力する。
【０００６】
本発明の上記及び他の目的は、高圧貯留容器を製品ガスにより可変レートで充填する方法により達成される。該方法は、酸素富化ガスを低圧導出口と増圧器とに供給する。酸素富化ガスの流量（フローレート）は前記低圧導出口へ流れる際に検出される。増圧器への流量は、上記低圧導出口への検出流量に基づいて制御される。
【０００７】
本発明の上記及び他の目的は、ガスを第１圧力及び第２圧力で供給する装置により達成される。該装置は、低圧導出口と高圧導出口とに連通するガス発生系出口を有するようなガス発生系を含んでいる。フロースイッチ及び検出器がガス発生系出口と連通し、低圧へのガス流量を検出する。コントローラが、高圧へのガスの流れを、フロースイッチにより供給される信号に基づいて制御する。増圧器が高圧導出口に連通し、前記ガス発生系により発生されたガスの圧力を上昇させて、高圧貯留容器へ出力する。
【０００８】
本発明による多レート充填機能を備えるガス発生システムは、低圧導出口に流れがない場合に、充填レートを従来の充填システムと比較して容易に倍に、及び４倍にまですることができる。これは、充填時間を半分に低減する。
【０００９】
本発明の更に他の目的及び利点は、当業者にとっては以下の詳細な説明から容易に明らかとなるであろうが、該詳細な説明においては、本発明の好ましい実施例が本発明を実施することを意図した最良の形態の単なる解説として示され且つ記載される。理解されるであろうように、本発明は他の且つ異なる実施例も可能であり、その幾つかの細部は、全て本発明を逸脱することなく、種々の自明な点において変更が可能である。従って、その図示及び説明は解説的な性質のものであって、限定するものではないと見なされたい。
【００１０】
また、本発明は、限定としてではなく、例示として添付図面の図に示されており、該図において同一の符号を付した構成要素は全図を通して同様の構成要素を表している。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による多レート充填機能を有するガス発生システム１０を図示している。図１において、空気接続を有する機能ブロックは矢印を持つ実線により示され、制御信号は点線により示されている。圧力振動吸着（ＰＳＡ）系２０は、当該システム１０のガス発生部である。本発明は、好ましくは、ＰＳＡ系を他のガス発生系に代えて使用する。しかしながら、本技術思想は他の形式のガス発生系（固体、選択的濾過、電解、その他）によっても動作する。ＰＳＡ系２０により発生されたガスは、圧力調節器３８により調節されて、低圧導出口３０において利用可能とされる。低圧導出口の流れを検出するために、フロースイッチ３５がＰＳＡ系２０と導出口３０との間に挿入されている。フロースイッチ３５は、流れ（敷居より高い又は低い）を検出する装置であり、機械式スイッチ接点又は固体スイッチの何れかにより論理信号を出力する。常開スイッチ接点又は常閉スイッチ接点を選択することができる（通常ハイ又はロー論理は、コントローラに依存する）。該フロースイッチ３５は、圧力調節器２５をバイパスするようにソレノイド７０を駆動するために使用することができる。
【００１２】
ＰＳＡ系２０により増圧器４０に供給されるガスは、圧力調節器２５により調節することができる。その結果は、高圧導出口５０における高い充填レートである。フロースイッチ３５の論理信号は、システムサイクル時間を変更するためにサイクル時間コントローラ６０にも入力される。流れがない場合、コントローラ６０は、高圧導出口５０における充填レートを増加させるためにサイクル時間を短縮することができる。圧力調節器２５のバイパスとサイクル時間の短縮との組合せは、所望の充填レートを達成するために使用することができる。典型的な低圧導出口圧力は６psigである。高圧導出口５０は、通常、貯蔵を充填するために貯蔵プレナム（容器）に接続されている。該高圧導出口５０における最大圧力は２０００psigである。
【００１３】
増圧器４０は、ＰＳＡ系２０からの入力を受けて、高圧導出口５０で利用可能な高圧を発生する。空気的に駆動される圧縮機を有するような空気的に駆動される圧力振動吸着系の一例は、１９９４年１０月１１日に発行された米国特許第5,354,361号に開示されており、該米国特許は参照により全体として本明細書に組み込まれるものとする。
【００１４】
同時的な、低圧導出口における５リットル／分（LPM）の流れと０.７５LPM（従来技術にとり典型的）なる充填レートが実演された。サイクル時間は１９秒である。低圧導出口の流れが敷居値（即ち、２.５LPM）より少ない場合にサイクル時間を変えるか又は圧力調節器２５をバイパスさせることにより、充填レートは３LPM（１１秒なるサイクル時間及び８０psigなる導入口圧力で）まで変化させることができる。増圧器４０の流量（充填レート）は該増圧器４０の入口における圧力と動作サイクルとに依存する。増圧器４０の入口圧は、ＰＳＡ系２０と増圧器４０との間に圧力調節器２５（前述した）を付加することにより制御することができる。
【００１５】
動作サイクルは、サイクル時間コントローラ６０（通常は、組み込まれたシステムコントローラ）により制御される。充填レートを制御するため、フロースイッチ３５は、ソレノイドバルブ７０を制御して増圧器４０を全ＰＳＡ出口圧で又は部分的（調節された）ＰＳＡ２０出口圧で動作させる。更に、フロースイッチ３５の入力は、充填レートを変化させるよう増圧器４０のサイクル時間を決定するために使用することができる。前述したように、該フロースイッチは最小の流れを検出し、該流れが敷居値と交差する際に電気スイッチ又は機械接点をスイッチオン及びオフさせる。
【００１６】
Ｏ_２センサ３２が、充填を制御する主コントローラ（図示略）に接続されている。酸素濃度が敷居値（即ち、９０％）より低い場合、サイクル時間コントローラ６０は、増圧器４０が高圧導出口５０に充填するのを停止させる。酸素ガス濃度モニタの一例は、１９９５年４月４日に発行された米国特許第5,402,665号に開示されている。ＰＳＡ系２０出口からの少量のガス（例えば、典型的には２５０cc／分未満）が、酸素センサ３２により連続的に監視されて、酸素純度が所定の値、例えば９０％、より高いことを保証する。該純度が上記の所定の、即ち敷居の値よりも低い場合は、マイクロプロセッサが警告灯を駆動して、装置故障が発生したガスを警報すると共に、増圧器４０のサイクル動作を防止することができる。増圧器４０は、駆動エアシリンダと、第１及び第２段製品ガスシリンダとを備える標準の２段式装置とすることができる。上記の圧力及びサイクル時間制御を実施するために、上記以外の他の方法及び装置を使用することもできる（調節器及びソレノイドバルブに代えて電子制御圧力調節器を用いる等）。
【００１７】
本発明の実施例においては、前記第１圧力は０ないし８０psiの範囲であり、第２圧力は３０００psiまでの範囲である。
【００１８】
前記酸素富化空気の酸素含有量は、広い範囲にわたり変化させることができるが、好ましくは少なくとも８５体積％とする。好ましい実施例においては、酸素含有量は少なくとも９０体積％、特には９２ないし９４体積％の範囲とする。
【００１９】
ここで述べた酸素濃縮器は、例えば救急患者により使用されるボンベ等の圧力容器に貯蔵するために、酸素富化空気の一部の圧力を例えば２０００psi等の適切な圧力に上昇させるよう増圧器４０を使用している。ボンベが空の場合、増圧器４０は酸素富化空気を、例えば３０psig等の概ね該貯蔵プレナム内の圧力であるような比較的低い圧力で供給するが、この圧力は該ボンベが満ちるにつれて、例えば上記の２０００psigまで上昇することが理解されるであろう。
【００２０】
多レート充填機能を備える本発明によるガス発生システムは、低圧導出口に流れがない場合に、充填レートを従来の充填システムと比較して、容易に２倍に及び４倍にまですることができる。これは、充填時間を半分に低減する。
【００２１】
当業者によれば、本発明が前述した全ての目的を満たすことが容易に分かるであろう。上記明細書を読めば、当業者は、ここに広く開示した本発明の種々の変更、均等物の置換及び種々の他の態様を実施することができるであろう。従って、本発明に許可される保護は、添付請求項に含まれる定義及びその均等物のみにより限定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による多レート充填機能を備えるガス発生システムのブロック図である。
【符号の説明】
１０…ガス発生システム
１５…空気導入口
２０…圧力振動吸着（ＰＳＡ）系
２５…圧力調節器
３０…低圧導出口
３２…Ｏ_２センサ
３５…フロースイッチ
３８…圧力調節器
４０…増圧器
５０…高圧導出口
６０…サイクル時間コントローラ
７０…ソレノイドバルブ

Claims (21)

1. 第１圧力と第２圧力とにおいてガスを供給する装置において、
   ガス発生系出口を有するガス発生系と、
   前記ガス発生系出口と連通すると共に、前記第１圧力におけるガス導出口を形成するような出口を有するフロースイッチと、
   前記ガス発生系出口と連通して、前記第１圧力における前記ガス導出口へのガスの流れを調節する圧力調節器と、
   前記フロースイッチにより電気的に制御されると共に、前記ガス発生系出口と連通し、且つ、ソレノイドバルブ出口を有するソレノイドバルブであって、感知した流量が所定敷居の流量より高いか又は低いかを識別するため前記ガス発生系出口から前記ガス導出口に前記第１圧力で流れるガスの流量を前記フロースイッチが感知することに応じて、前記フロースイッチが前記ソレノイドバルブを制御するソレノイドバルブと、
   前記ソレノイドバルブと連通し、第２圧力において導出口へ出力するために、前記ガス発生系により発生された前記ガスの圧力を上昇させる増圧器と、
   を有していることを特徴とする第１圧力と第２圧力とにおいてガスを供給する装置。
2. 請求項１に記載の装置において、前記増圧器のサイクル時間を制御するように動作するサイクル時間コントローラを更に有していることを特徴とする装置。
3. 請求項１に記載の装置において、前記ガス発生系が酸素濃縮器であることを特徴とする装置。
4. 請求項２に記載の装置において、前記サイクル時間の長さが、前記フロースイッチが開状態である時間の長さと逆比例することを特徴とする装置。
5. 請求項３に記載の装置において、前記酸素濃縮器が圧力振動吸着（ＰＳＡ）法を使用することを特徴とする装置。
6. 請求項１に記載の装置において、前記圧力調節器は、前記第１圧力を変化させることができるように調整可能であることを特徴とする装置。
7. 請求項１に記載の装置において、前記圧力調節器が電子的に制御されることを特徴とする装置。
8. 請求項１に記載の装置において、前記第２圧力が３０００psiまでであることを特徴とする装置。
9. 請求項１に記載の装置において、前記第１圧力が０ないし８０psiの範囲内であることを特徴とする装置。
10. 請求項１に記載の装置において、前記第１圧力が約６psiであることを特徴とする装置。
11. 製品ガスにより高圧貯留容器を可変レートで充填する方法において、
    酸素富化ガスの流れを低圧導出口と高圧貯留容器を充填するために接続された増圧器とに別々に供給し、
    前記低圧導出口へ流れる酸素富化ガスの流量を検出し、
    前記増圧器への流量を前記検出された低圧導出口への流れに基づいて制御する、
    ことを特徴とする方法。
12. 請求項１１に記載の方法において、前記増圧器を前記検出された増圧器への流量に依存してサイクル時間処理することを特徴とする方法。
13. 請求項１１に記載の方法において、前記供給される酸素富化ガスの圧力を、圧力調節器を用いて調節することを特徴とする方法。
14. 請求項１３に記載の方法において、酸素富化ガスを前記増圧器へ供給するために前記圧力調節器をバイパスすることを特徴とする方法。
15. 請求項１１に記載の方法において、前記酸素富化ガスが酸素濃縮器により供給されることを特徴とする方法。
16. 第１圧力と第２圧力とにおいてガスを供給する装置において、
    低圧導出口と高圧導出口とに連通するガス発生系出口を有するようなガス発生系と、
    前記ガス発生系出口と連通して、前記低圧へのガス流量を検出するフロースイッチ及び検出器と、
    高圧へのガスの流れを前記フロースイッチにより供給される信号に基づいて制御するコントローラと、
    前記高圧導出口と連通し、高圧貯留容器へ出力するために、前記ガス発生系により発生されたガスの圧力を上昇させる増圧器と、
    を有していることを特徴とする第１圧力と第２圧力とにおいてガスを供給する装置。
17. 請求項１６に記載の装置において、前記増圧器のサイクル時間を制御するように動作するサイクル時間コントローラを更に有していることを特徴とする装置。
18. 請求項１６に記載の装置において、前記ガス発生系が酸素濃縮器であることを特徴とする装置。
19. 請求項１７に記載の装置において、前記サイクル時間の長さが、前記フロースイッチが開状態である時間の長さと逆比例することを特徴とする装置。
20. 請求項１６に記載の装置において、前記ガス発生系の出口圧力を制御する圧力調節器を更に有していることを特徴とする装置。
21. 請求項１６に記載の装置において、前記フロースイッチにより電気的に制御されると共に、前記ガス発生系出口と連通し、且つ、ソレノイドバルブ出口を有するようなソレノイドバルブを更に有していることを特徴とする装置。

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