JP6059455B2 - 酸素製造装置 - Google Patents
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Description
(1)酸素吸収放出材料が酸素吸収領域(例えば低温領域)と酸素放出領域(例えば高温領域)との間を行き来可能なように装置を構成することで、連続的に酸素を製造することができる。すなわち、生産性の観点から高濃度の酸素を効率的に製造することができる。
(2)特に、ローター等の回転体を用いて酸素吸収領域と酸素放出領域との間を酸素吸収放出材料が連続的に行き来するような形態とすることで、連続運転が容易に可能となる。
(3)酸素吸収放出材料を用いた場合、酸素吸収時に発熱が生じる。この場合、発生した熱は気体の流通方向に除去するか、或いは、回収して熱源として使用すると良い。断続運転の場合は熱の発生も断続的となり熱エネルギーを有効に利用することは困難であるが、連続運転の場合は常に一定の熱エネルギーを得ることができ、例えば装置作動用の熱エネルギーとして利用可能である。すなわち、エネルギー効率の観点から高濃度の酸素を効率的に製造することができる。
(4)この場合、例えば、気体の流通方向下流側に熱交換器を設置することで、容易に熱を回収・利用することができる。
本発明は、複数の通気部を有するとともに、当該通気部に酸素吸収放出材料を備えた、酸素吸収放出素子、酸素吸収放出素子の一部が酸素吸収領域、一部が酸素放出領域となるように温度を調整可能な、温度調整手段、酸素吸収領域にある酸素吸収放出材料に酸素含有ガスを供給する、供給手段、および、酸素放出領域にある酸素吸収放出材料から放出された酸素を酸素吸収放出素子から追い出す、放出手段、を備え、上記複数の通気部が酸素吸収領域と酸素放出領域との間を移動可能とされている、酸素製造装置である。
AjDkMmO7+δ ・・・(1)
(上記式(1)において、
Aは、3価の希土類元素およびCaの1種または2種以上の元素、
Dは、アルカリ土類金属元素の1種または2種以上の元素、
Mは、酸素4配位元素の1種または2種以上の元素で、そのうち少なくとも1種は遷移金属元素であり、
j>0、k>0、m>0であり、かつj+k+m=6を満たし、
0<δ≦1.5である。)
(Ca2−pEp)(Mn2−qGq)O5+β…(2)
(式(2)において、
E:Ca以外のアルカリ土類金属の1種または2種以上、
G:Al、Fe、CoおよびGaのうちの1種または2種以上、
p:0≦p≦2.0、
q:0≦q≦2.0、
β:0≦β≦0.5である。)
図1(A)〜(C)に示すように、本発明の酸素製造装置は、複数の通気部1、1、…(1xa、1xb、1ya、1yb)を有するとともに、当該通気部に酸素吸収放出材料を備えた、酸素吸収放出素子10、酸素吸収放出素子の一部が酸素吸収領域10a、一部が酸素放出領域10bとなるように温度を調整可能な、温度調整手段40a、40b、酸素吸収領域10aにある酸素吸収放出材料に酸素含有ガスを供給する、供給手段20、および、酸素放出領域10bにある酸素吸収放出材料から放出された酸素を酸素吸収放出素子10から追い出す、放出手段30、を備え、複数の通気部1xa、1xb、1ya、1ybが酸素吸収領域10aと酸素放出領域10bとの間を移動可能とされていることに特徴を有する。
図1(A)に示すように、供給手段20から酸素吸収放出素子10へと酸素含有ガスが供給される。酸素含有ガスは温度調整手段40aによって所定の温度αまで加熱された後、酸素吸収放出素子10の通気部1xa、1xbに到達する。ここで、通気部1xa、1xbには所定の温度αにて酸素を吸収する酸素吸収放出材料が備えられている。そのため、酸素含有ガスと接触した酸素吸収放出材料は温度αに加熱されるとともに、ガスに含まれる酸素が酸素吸収放出材料へと吸収される。酸素吸収の後、ガスはそのまま通気部の出側(図1紙面右側)から排出される。
本発明に係る酸素製造装置は酸素吸収放出素子10を備えている。酸素吸収放出素子10は、酸素吸収放出材料を備えた複数の通気部1、1、…を有し、且つ、当該複数の通気部1、1、…が酸素吸収領域10aと酸素放出領域10bとの間を移動可能とされるものであれば、その形態は特に限定されるものではない。特に、酸素吸収放出素子10が回転可能とされることで、複数の通気部1、1、…が酸素吸収領域10aと酸素放出領域10bとの間を連続的に移動可能とされる形態が好ましい。これにより、より容易に酸素吸収放出の連続的運転が可能となり、多量のガスを連続的に処理することができる。例えば、ハニカムローター等の一方向に複数の貫通孔を有する構造体において、当該貫通孔の内壁に酸素吸収放出材料を配置或いは担持させることで、酸素吸収放出素子10とすることができる。
AjDkMmO7+δ ・・・(1)
(上記式(1)において、
Aは、3価の希土類元素およびCaの1種または2種以上の元素、
Dは、アルカリ土類金属元素の1種または2種以上の元素、
Mは、酸素4配位元素の1種または2種以上の元素で、そのうち少なくとも1種は遷移金属元素であり、
j>0、k>0、m>0、であり、かつj+k+m=6を満たし、
0<δ≦1.5である。)
(Ca2−pEp)(Mn2−qGq)O5+β…(2)
(式(2)において、
E:Ca以外のアルカリ土類金属の1種または2種以上、
G:Al、Fe、CoおよびGaのうちの1種または2種以上、
p:0≦p≦2.0、
q:0≦q≦2.0、
β:0≦β≦0.5である。)
本発明に係る酸素製造装置は、酸素吸収領域10aにある酸素吸収放出材料に酸素含有ガスを供給する、供給手段20を備えている。酸素含有ガスとしては、特に限定されるものではないが、特に空気を用いることが好ましい。供給手段20は、酸素含有ガスを酸素吸収領域10aにある通気部へと流通させ得る手段であれば、その形態は特に限定されるものではない。例えば、酸素含有ガスを貯蔵した高圧ボンベから配管を介して酸素含有ガスを流通させる形態、コンプレッサー、ブロワー、送風ファン等を用いて配管を介して空気を流通させる形態等が挙げられる。
本発明に係る酸素製造装置は、酸素吸収放出素子10の一部が酸素吸収領域10a、一部が酸素放出領域10bとなるように温度を調整可能な、温度調整手段を備えている。温度調整手段としては、酸素吸収放出素子10の一部をヒーター等の熱源によって直接加熱する形態のほか、供給手段20の酸素吸収放出素子10よりも上流側を加熱する熱源40aと、放出手段30の酸素吸収放出素子10よりも上流側を加熱する熱源40bとを用いて酸素吸収放出素子10を間接的に加熱する形態等が挙げられる。特に、酸素吸収放出素子10の上流側で酸素含有ガス或いはキャリアガスを加熱し、加熱されたガスを素子の通気部1、1、…内に流通させ、酸素吸収放出材料と接触させることで、当該材料の温度が保持される形態が好ましい。酸素吸収放出素子10を直接加熱する形態よりも装置構成が簡易で、また酸素吸収放出素子10の内部温度制御も容易であり、温度分布の偏りを抑制することもできるためである。
本発明の酸素製造装置は、上記構成に加えてさらに、熱交換器を備えることが好ましい。装置からの廃熱を有効に利用することができるためである。或いは、熱交換器を設けることで、工場廃熱を利用して本発明の酸素製造装置を容易に作動させることもできる。
図4に示すように、酸素製造装置100を動作させる際は、筒状体23、32の間に酸素吸収放出素子10をほぼ隙間なく配置し、酸素吸収ライン20x−20yおよび酸素放出ライン30x−30yを形成する。酸素吸収ライン20x−20yにおいては、供給口側(20x側)から酸素吸収放出素子10へと、温度調整手段(不図示)により所定の温度αに加熱された酸素含有ガスが供給され、酸素吸収領域10aにて、酸素含有ガスから酸素吸収放出材料へと酸素が吸収されたのち、ガスはそのまま排出口側(20y側)から系外へと排出される。一方、酸素放出ライン30x−30yにおいては、供給口側(30x側)から酸素吸収放出素子10へと、温度調整手段(不図示)により所定の温度βに加熱されたキャリアガスが供給され、酸素放出領域10aにて酸素吸収放出材料から放出された酸素がキャリアガスとともに排出口側(30y側)から系外へと追い出される。
1 通気部
2 ベルト(もしくはギア)
3 動力源
20 供給手段
20x−20y 酸素供給ライン
30 放出手段
30x−30y 酸素放出ライン
40a〜40c 温度調整手段(熱源)
50 熱交換器
100 酸素製造装置
Claims (9)
- 複数の通気部を有するとともに、該通気部に酸素吸収放出材料を備えた、酸素吸収放出素子、
前記酸素吸収放出素子の一部が酸素吸収領域、一部が酸素放出領域となるように温度を調整可能な、温度調整手段、
前記酸素吸収領域にある前記酸素吸収放出材料に酸素含有ガスを供給する、供給手段、および
前記酸素放出領域にある前記酸素吸収放出材料から放出された酸素を前記酸素吸収放出素子から追い出す、放出手段、
を備え、
前記複数の通気部が前記酸素吸収領域と前記酸素放出領域との間を移動可能とされており、
前記温度調整手段は、前記供給手段の前記酸素吸収放出素子よりも上流側を加熱する熱源と、前記放出手段の前記酸素吸収放出素子よりも上流側を加熱する熱源と、を有する、
酸素製造装置。 - 前記酸素吸収放出材料が、酸素不定比性を有する金属酸化物であることを特徴とする、請求項1に記載の酸素製造装置。
- 前記酸素不定比性を有する金属酸化物が、下記(1)または(2)で表される金属酸化物であることを特徴とする、請求項2に記載の酸素製造装置。
AjDkMmO7+δ ・・・(1)
(上記式(1)において、
Aは、3価の希土類元素およびCaの1種または2種以上の元素、
Dは、アルカリ土類金属元素の1種または2種以上の元素、
Mは、酸素4配位元素の1種または2種以上の元素で、そのうち少なくとも1種は遷移金属元素であり、
j>0、k>0、m>0、であり、かつj+k+m=6 を満たし、
0<δ≦1.5 である。)
(Ca2−pEp)(Mn2−qGq)O5+β…(2)
(式(2)において、
E:Ca以外のアルカリ土類金属の1種または2種以上、
G:Al、Fe、CoおよびGaのうちの1種または2種以上、
p:0≦p≦2.0、
q:0≦q≦1.5、
β:0≦β≦0.5である。) - 前記供給手段および/または前記放出手段の前記酸素吸収放出素子よりも下流側に熱交換器を備える、請求項1〜3のいずれか1項に記載の酸素製造装置。
- 前記酸素吸収放出素子が回転可能とされることで、前記複数の通気部が前記酸素吸収領域と前記酸素放出領域との間を連続的に移動可能とされている、請求項1〜4のいずれか1項に記載の酸素製造装置。
- 前記酸素吸収放出素子の回転軸と、前記通気部における流体の流れ方向とが、略平行とされている、請求項5に記載の酸素製造装置。
- 前記酸素吸収領域にある前記通気部における流体の流れ方向と、前記酸素放出領域にある前記通気部における流体の流れ方向とが、互いに対向している、請求項1〜6のいずれか1項に記載の酸素製造装置。
- 前記酸素吸収放出素子がセラミック製ハニカム構造体を用いて構成されている、請求項1〜7のいずれか1項に記載の酸素製造装置。
- 前記供給手段および/または前記放出手段の前記酸素吸収放出素子よりも下流側に熱交換器を備え、該熱交換器から前記放出手段および/または前記供給手段の前記酸素吸収放出素子よりも上流側に熱を供給可能とされている、請求項1〜8のいずれか1項に記載の酸素製造装置。
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