JP5141055B2 - 酸素富化空気利用システム - Google Patents

Description

本発明は、窒素ガスを製造する窒素製造装置で得られる酸素富化空気を、この酸素富化空気の利用設備に供給する酸素富化空気利用システムに関するものである。

従来、窒素ガスを製造する窒素製造装置の副生成ガスである酸素富化空気は、排水に曝気して浄化処理を行う排水処理装置、燃料の支燃空気として燃焼装置に利用されていた。

また、この種の窒素製造装置としては、半導体製造設備や液晶製造設備等に備える深冷式窒素製造方法、ＰＳＡ（プレッシャースイング吸着方式）装置がある。

そして、半導体および液晶の需要の伸びに従って、窒素ガスを製造するこの種の窒素製造装置の需要も伸びる傾向にある。

一方、肺機能の低下した慢性呼吸不全の患者に高酸素濃度の空気を与えることが有効な治療方法とされ、また、スポーツや重作業を行う場合など、代謝活動の補助として酸素の供給が有効であるとされ、近年、人の心身のために酸素富化空気を有効に利用する気運が高まっている。

そこで、家庭用あるいは業務用の空気調和装置、いわゆるエアコンにおいて、酸素富化空気の利用が提案され、また商品化されている。

図５に示すように、この種の空気調和装置では、屋外の空気から窒素ガスを分離して酸素富化空気を生成する装置３１を室外ユニット３２に設け、その生成された酸素富化空気を運ぶ導入管３３を冷媒配管３４と同じように室内ユニット３５までつなぎ、ポンプ３６あるいは加圧手段（図示せず）で酸素富化空気を室内ユニット３５まで送る。

室内ユニット３５に送られた酸素富化空気は室内ユニット３５に設けられた送風ファン３７により、室内ユニット３５を設けた部屋３８内に送られてその部屋３８内の酸素濃度を高める（例えば、特許文献１参照）。

この空気調和装置と同じように、半導体製造設備や液晶製造設備等に備える窒素ガスを製造する窒素製造装置の副生成ガスである酸素富化空気を、人の心身のために利用できれば、半導体製造工場や液晶製造工場に従事する作業者の作業効率の向上が図れたり、作業ミスの低減を図れるなどの効果が期待できる。

そして、このような酸素富化空気を有効利用するためには、酸素濃度を低下させずに酸素富化空気を目的場所まで送る手段、あるいは酸素濃度を保てる空間が必要となる。

上記空気調和装置と同様の構成を用いて上記窒素製造装置の副生成ガスである酸素富化空気を利用しようとすると、図６に示すように窒素製造装置４１に形成されている酸素富化空気の吐出口４２にパイプ４３の一端をつなぎ、そのパイプ４３の他端を人が入れる部屋である利用設備４４につなぐことになる。
特開２００４−１４８２４９号公報

しかしながら、上記のように窒素製造装置４１の吐出口４２に直接パイプ４３をつないで酸素富化空気を利用設備４４に送る構成とすると、吐出口４２が開放されていた場合と比べて吐出口４２からの酸素富化空気の吐出抵抗が大きくなる。

そのため、この大きくなった吐出抵抗に抗して吐出口４２から酸素富化空気を吐出しようとすると窒素製造装置４１内の送風装置４５に負荷がかかり、送風装置４５から発生する騒音が大きくなったり、送風装置４５の寿命を短くしたりするなど、窒素製造装置４１に悪影響を及ぼす。

また、窒素製造装置４１が設計当初の条件で運転されないことになることから、窒素ガスが設定通り製造されなくなったり、窒素ガス製造に直接係わる部品の交換頻度が増したりするなど、窒素ガスの製造そのものにも悪影響を及ぼし兼ねない。

本発明は、上記課題を解決するもので、窒素ガスを製造する窒素製造装置が副次的に生成する酸素富化空気を、その窒素製造装置に悪影響を及ぼさずに有効に利用できる酸素富化空気利用システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は原料空気から分離して窒素ガスを製造する窒素製造装置と、この窒素製造装置で製造された窒素ガスを半導体設備や液晶製造設備に吐出する窒素ガス吐出口と、前記窒素製造装置で副次的に生成される酸素富化空気を搬送する搬送手段と、前記酸素富化空気を利用する利用設備を備え、前記搬送手段を前記利用設備につながる、前記窒素製造装置の酸素富化空気を吐出する吐出口より開口面積の小さい小口径ダクトからなる導入口で構成し、前記吐出口の開口部と前記導入口の開口部が対向するように配置し、前記吐出口は大気開放状態であり、前記吐出口から酸素富化空気を大気開放状態で吐出させた後、前記酸素富化空気を前記搬送手段により前記利用設備に大気を吸引することなく導入し供給するとともに、前記利用設備内の圧力を、大気を吸引しない圧力とする構成としたものである。

本発明は、窒素製造装置の吐出口から酸素富化空気を大気開放状態で吐出させた後、酸素富化空気を搬送手段により利用設備に供給するとともに、利用設備内の圧力を大気を吸引しない圧力とするものである。

この構成により、本発明は、窒素製造装置が酸素富化空気の吐出を大気開放状態で行うことにより、窒素製造装置は単独運転時と同じように酸素富化空気の吐出が行え、窒素製造装置の各構成要素に新たな負荷がかかることがなく、窒素製造装置に悪影響を与えることがない。

さらに、本発明は、酸素富化空気を搬送手段により利用設備に供給するとともに、利用設備内の圧力を、大気を吸引しない圧力とすることにより、利用設備内に大気を吸引することなく、酸素富化空気を導入することができ、利用設備内の酸素濃度を高く維持することが可能である。

本発明は、本発明は原料空気から分離して窒素ガスを製造する窒素製造装置と、この窒素製造装置で製造された窒素ガスを半導体設備や液晶製造設備に吐出する窒素ガス吐出口と、前記窒素製造装置で副次的に生成される酸素富化空気を搬送する搬送手段と、前記酸素富化空気を利用する利用設備を備え、前記搬送手段を前記利用設備につながる、前記窒素製造装置の酸素富化空気を吐出する吐出口より開口面積の小さい小口径ダクトからなる導入口で構成し、前記吐出口の開口部と前記導入口の開口部が対向するように配置し、前記吐出口は大気開放状態であり、前記吐出口から酸素富化空気を大気開放状態で吐出させた後、前記酸素富化空気を前記搬送手段により前記利用設備に大気を吸引することなく導入し供給するとともに、前記利用設備内の圧力を、大気を吸引しない圧力とする構成としたものである。

この構成により、本発明は、窒素製造装置が酸素富化空気の吐出を大気開放状態で行うことにより、窒素製造装置は単独運転時と同じように酸素富化空気の吐出が行え、窒素製造装置の各構成要素に新たな負荷がかかることがなく、窒素製造装置に悪影響を与えることがない。

さらに、本発明は、酸素富化空気を搬送手段により利用設備に供給するとともに、利用設備内の圧力を大気を吸引しない圧力とすることにより、利用設備内に大気を吸引することなく、酸素富化空気を導入することができ、利用設備内の酸素濃度を高く維持することが可能である。

また、搬送手段として、利用設備につながる導入口を小口径ダクトとするとともに、吐出口の開口部と導入口の開口部を対向するように配置することにより、導入口の開口部の周りは酸素富化空気で満たされている状態となるため、利用設備へは大気が搬送されることなく、酸素富化空気が搬送され、利用設備内の酸素濃度を高く維持することができる。

また、本発明は、吐出口と導入口が同一軸線上に配置されているものであり、導入口からの酸素富化空気の導入抵抗を抑えることができ、より多くの酸素富化空気を利用設備に導入することが可能であり、利用設備内の酸素濃度を高く維持することができる。

また、本発明は、利用設備に排気ファンまたは排気ダンパを設け、利用設備内の圧力を、利用設備が大気を吸引しない圧力となるように排気ファンまたは排気ダンパを制御するものである。

この構成により、利用設備は大気を吸引することなく、酸素富化空気を導入することができるので、利用設備内の酸素濃度を高く維持することができる。

しかも、窒素製造装置の運転状態の変更や、利用設備の扉の開閉など、各種環境の変化に対応して利用設備内の圧力制御が迅速に行える。

また、本発明は、搬送手段としてのダクト状の導入口内にブースターファンを設け、前記導入口から大気を吸引することなく酸素富化空気を利用設備まで搬送するようにブースターファンを制御するものである

この構成により、利用設備は大気を吸引することなく、酸素富化空気を導入することができるので、利用設備内の酸素濃度を高く維持することができる。
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における酸素富化空気利用システムについて、図面とともに説明する。なお、本発明は実施の形態１の構成のみに限定されるものではない。

図１は、本発明の実施の形態１における酸素富化空気利用システムの概略構成図である。

図１に示すように、窒素ガスを製造する窒素製造装置１には、原料空気を取り込む吸気口２と、その空気吸気口２から原料空気を装置内に吸い込む吸気手段３と、製造した窒素ガスを吐出する窒素ガス吐出口４と、副次的に生成される酸素富化空気（１５℃で酸素濃度約３０％）を吐出する吐出口５を有し、生成された酸素富化空気は吐出口５より大気開放状態で吐出される。なお、図１では図示しないが、窒素製造装置１内には取り込んだ原料空気から窒素ガスを分離する分離手段が設けられている。

また、人が入って休憩を取ったり、作業をしたりする部屋である利用設備６の壁面には搬送手段として吐出口５の開口面積より小さい小口径ダクトである導入口７が形成されており、窒素製造装置１の酸素富化空気を大気開放状態で吐出する吐出口５の開口部は、その導入口７の開口部と対向するように配置され、かつ吐出口５と導入口７は同一軸線上に位置している。

利用設備６には排気ファン８が設けられており、排気ファン８は利用設備６の内圧を制御する機能を有する。

窒素製造装置１の吐出口５からは、大気開放状態で酸素富化空気が吐出されるが、利用設備６の導入口７が小口径ダクトであるため、吐出口５の開口部周囲からは生成された酸素富化空気の一部が利用設備６に導入されることなく漏れるが、導入口７の開口部周囲は酸素富化空気に満たされているため、導入口７は大気を吸引することなく酸素富化空気を導入でき、利用設備６内の酸素濃度を高く維持することができる。

さらに、排気ファン８の運転制御により利用設備６内の圧力を、常に大気を吸引しない圧力に維持できるので、大気の吸引が確実に防止できるとともに、窒素製造装置１の一時的な停止などがあっても、大気の吸引が確実に防止できる。

なお、導入口７は、開口部付近を小口径としているが、それ以外は搬送する酸素富化空気の圧損を抑えるため、口径を大きくしている。但し、窒素製造装置１と利用設備６が近くて導入口７が短い場合、あるいは利用設備６が小さい場合などは、圧損の影響が少ないので導入口７を小口径のみで形成しても良い。
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２における酸素富化空気利用システムの概略構成図である。

本実施の形態２における酸素富化空気利用システムは、図１に示した排気ファン８に代って排気ダンパ９を設けたものである。排気ダンパ９は排気ダンパ開閉装置１０により開閉制御され、利用設備６内の圧力を常に大気を吸引しない圧力を維持している。

排気ダンパ９を用いた場合、排気ファン８に比べて騒音の発生がほとんど無く、利用設備６を休憩室に利用するのに適している。

なお、図１と同じ構成については、同一の番号を付して説明を省略する。

また、本実施の形態では利用設備６内の圧力調整を行う構成として、排気ダンパ９のみを設けたものを示したが、利用設備６の大きさ、形状、使用用途などによっては、排気ダンパ９に加えて、実施の形態１で示した排気ファン８を併設する構成としても良い。

なお、上記実施の形態１および２では、排気ファン８あるいは排気ダンパ９を設けて利用設備６内の圧力を、大気を吸引しない圧力に維持する構成であったが、利用設備６の壁面に開口（図示せず）を設ける構成でもよい。

開口は導入される酸素富化空気の量が変化しても、開口面積を変更することができないが、適正な位置に適正な大きさで形成されれば、排気ファン８や排気ダンパ９のように駆動手段が必要ないので、利用設備内が静かとなり、また省エネルギー化を図ることもできる。
（実施の形態３）
図３は、本発明の実施の形態３における酸素富化空気利用システムの概略構成図である。

本実施の形態３における酸素富化空気利用システムは、図１に示す酸素富化空気利用システムと異なり、窒素製造装置１と利用設備６が少し離れており、搬送手段であるダクト状の導入口１１が長く形成されている。

導入口１１も、図１および図２に示した導入口７と同様に、開口部は吐出口５の開口面積より小さい開口面積の小口径で形成され、それ以外は大口径で形成される。特に導入口１１は長い構成であり、圧損の影響を受け易いので極力大口径の部分を多くすることが望ましい。

そして、導入口１１内にはブースターファン１２が形成されており、吐出口５から大気開放状態で吐出させた酸素富化空気は、ブースターファン１２により吸引され長く形成された導入口１１を通って利用設備６内に搬送される。

なお、ブースターファン１２の吸引力を上げると大気の吸引を発生し兼ねないので、排気ファン８とブースターファン１２の制御により、導入口１１からの大気の吸引を防止している。

なお、図１と同じ構成については、同一の番号を付して説明を省略する。

また、本実施の形態では利用設備６内の圧力調整を行う構成として、排気ファン８を設けたものを示したが、利用設備６の大きさ、形状、使用用途などによっては、排気ファン８に代えて排気ダンパ９を設けたり、排気ファン８と排気ダンパ９を併設したりする構成としても良い。
（参考の形態１）
図４は、本発明の参考の形態１における酸素富化空気利用システムの概略構成図である。

本参考の形態１における酸素富化空気利用システムは、図１に示す酸素富化空気利用システムと異なり、利用設備６の壁面に形成した導入口１３を大口径ダクトとして形成したものである。

導入口１３が大口径ダクトであることにより、窒素製造装置１の吐出口５から酸素富化空気が大気開放状態で吐出される場合に、障害となるものが無く、窒素製造装置１に悪影響を与えることがない。

本参考の形態１における酸素富化空気利用システムでも排気ファン８は、利用設備６内の圧力を大気を吸引しない圧力とするように制御しており、大口径ダクトであっても導入口１３からの大気の吸引は防止できる。

なお、図１と同じ構成については、同一の番号を付して説明を省略する。

また、本参考の形態１では利用設備６内の圧力調整を行う構成として、排気ファン８を設けたものを示したが、利用設備６の大きさ、形状、使用用途などによっては、排気ファン８に代えて排気ダンパ９を設けたり、排気ファン８と排気ダンパ９を併設したりする構成としても良い。

なお、上記各実施の形態の説明において、排気ファン８や排気ダンパ９などの排気口の設置位置について触れていなかったが、酸素富化空気を利用設備６内全体に行き渡らせるためには、以下のように排気口を設置する。

すなわち、利用設備６が広い場合は、導入口７を形成した位置の対角に位置するように排気口を設け、利用設備６が狭い場合は、導入口７を形成した位置と同一壁面に排気口を設けるのが望ましい。

また、上記各実施の形態では、窒素製造装置１から吐出される酸素富化空気の温度１５℃を利用して利用設備６内を冷房状態とすることができるので、利用設備６を高温時の休憩室として、あるいは熱を発する機器を使用する作業場所として利用するのに適している。

さらに、上記各実施の形態では、利用設備６内の圧力調整のため利用設備６内の酸素富化空気を排気ファン８や排気ダンパ９で利用設備６の外に排気していたが、窒素製造装置１から導入できる酸素富化空気が少ない場合などは、排気ファン８や排気ダンパ９で排気した酸素富化空気を、ダクトなどで搬送し、再度導入口７、１１あるいは１３から吸引する構成とすることで、利用設備６内の酸素濃度を高く維持することができる。

本発明の酸素富化空気利用システムは、休息を取る部屋に利用したり、作業を行う部屋に利用したりすることができ、その応用範囲は広範である。

本発明の実施の形態１における酸素富化空気利用システムの概略構成図 本発明の実施の形態２における酸素富化空気利用システムの概略構成図 本発明の実施の形態３における酸素富化空気利用システムの概略構成図 本発明の参考の形態１における酸素富化空気利用システムの概略構成図 従来の空気調和装置の概略構成図 同空気調和装置の構成を適用した酸素富化空気利用システムの概略構成図

符号の説明

１ 窒素製造装置
２ 吸気口
３ 吸気手段
４ 窒素ガス吐出口
５ 吐出口
６ 利用設備
７、１１，１３ 導入口
８ 排気ファン
９ 排気ダンパ
１２ ブースターファン

Claims (4)

1. 原料空気から分離して窒素ガスを製造する窒素製造装置と、
   この窒素製造装置で製造された窒素ガスを半導体設備や液晶製造設備に吐出する窒素ガス吐出口と、
   前記窒素製造装置で副次的に生成される酸素富化空気を搬送する搬送手段と、
   前記酸素富化空気を利用する利用設備を備え、
   前記搬送手段を前記利用設備につながる、前記窒素製造装置の酸素富化空気を吐出する吐出口より開口面積の小さい小口径ダクトからなる導入口で構成し、
   前記吐出口の開口部と前記導入口の開口部が対向するように配置し、
   前記吐出口は大気開放状態であり、
   前記吐出口から酸素富化空気を大気開放状態で吐出させた後、
   前記酸素富化空気を前記搬送手段により前記利用設備に大気を吸引することなく導入し供給するとともに、
   前記利用設備内の圧力を、大気を吸引しない圧力とすることを特徴とする酸素富化空気利用システム。
2. 前記吐出口と前記導入口は、同一軸線上に配置されることを特徴とする請求項１に記載の酸素富化空気利用システム。
3. 前記利用設備に排気ファンまたは排気ダンパを設け、
   前記利用設備内の圧力を、前記利用設備が大気を吸引しない圧力となるように前記排気ファンまたは排気ダンパを制御することを特徴とする請求項１または２に記載の酸素富化空気利用システム。
4. 前記搬送手段としてのダクト状の導入口内にブースターファンを設け、
   前記導入口から大気を吸引することなく前記酸素富化空気を前記利用設備まで搬送するように前記ブースターファンを制御する請求項１〜３のいずれか１項に記載の酸素富化空気利用システム。
   

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