JPH0299113A

JPH0299113A - 医療用酸素濃縮空気の製造方法

Info

Publication number: JPH0299113A
Application number: JP63248989A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Okahisa; 岡久　正幸; Takashi Ichimura; 市村　敬司
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1988-10-04
Filing date: 1988-10-04
Publication date: 1990-04-11
Anticipated expiration: 2012-10-29
Also published as: JP2671436B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、圧力変動式吸着法（プレッシャ、スウィング
、アトソープション）による混合ガスの特定成分ガスを
分離する新規な方法に関するものである。

［従来の技術］従来、混合ガスから特定成分ガスを分離してガスの濃縮
、精製する方法として、深冷分離法、ガス選択透過性を
有する膜を使用した脱法、あるいは、合成ゼオライトな
どの吸着剤を使用する吸着法などが、知られている。吸
着剤を使用した混合ガスの分離においては、吸着剤のお
かれた雰囲気ガス中における、その成分分圧を変化させ
ることにより吸着、脱着を行なう圧力変動式吸着法（プ
レッシャー　スウィング、アトソープション法）が多用
されている。

圧力変動式吸着法は、吸着剤の加熱・冷却が不要なこと
から再生に要する時間を短か（することができ、吸着剤
の所要量が少なくてすむという利点があり、規模の大小
を問わず多用されている。この場合、原料ガス中に含ま
れる水分は、吸着剤によ（吸着されるが、吸着剤中の水
分は、ガスの平衡吸着量を低下させ、同時にガスの拡散
速度をも阻害する為、原料ガス中の水分は、可能な限り
除去しておくことが望ましい。

原料ガス中の水分除去方法として、冷却法、あるいは、
吸着法などが多用されているが、２段階処理となり装置
が複雑となり、エネルギーロスを伴なう欠点がある。ま
た圧力変動式吸着法を利用した例えば酸素濃縮装置は、
呼吸器疾患などの患者に用いられるが、吸着剤の一般的
特性として、水分子をよ（吸着する為に、装置から得ら
れる酸素濃縮空気は、過度に乾燥したものとなり、人体
に直接吸引使用するには、不適当であり、別途加湿装置
を併用する必要がある。従来の方法では、生産された酸
素濃縮空気の加湿法として装置出口に、水を収容した容
器を設け、水中を曝気させるなどの方式がよく用いられ
るが、定期的に水の補給が必要となり、取扱いが煩雑と
なる欠点がある。更に、従来の圧力変動式吸着法の装置
では再生パージガスの空放騒音が大きい為別途消音器を
設ける必要がある。

［発明の解決しようとする問題点］本発明の目的は、従来技術が有していた前述の欠点を有
さない圧力変動式吸着法による新規なガス分離方法を提
供しようとするものである。

［問題点を解決するための手段］本発明は、吸着時と脱着時の圧力を変化させることによ
り、吸脱着を行なう圧力変動式吸着法により、混合ガス
中の特定成分ガスを分離する方法において、原料混合ガ
スを水分分離膜を隔膜とする除湿装置の一次側に通過さ
せた後に圧力変動式ガス吸着塔に供給し、混合ガス中の
特定成分ガスを分離せしめた製品ガスを生成させ、一方
上記水蒸気分離装置の二次側には圧力変動式ガス吸着塔
の再生パージガス又は上記製品ガスを通過させることを
特徴とする圧力変動式によるガス分離方法にある。

以下図面を参照して本発明を更に詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例を示すものである。原料混合
ガスは、原料混合ガス供給管１によって供給され、圧縮
機２によって圧縮され、水分分離膜３３を隔膜とする除
湿装置３２の膜面１次側に供給され除湿原料ガス出口管
３４より切替弁４を経て圧力変動式ガス吸着塔９または
６に入る。特定成分ガスが吸着分離された製品ガスは、
逆止弁１１または７を経て、貯留槽１３に入り、調圧弁
１４、流量計１５、流量調整弁１６、を経て、製品ガス
出口管１７によって、水分分離膜２３を隔膜とする除湿
装置２２の膜面１次側に供給され調湿製品ガス出口管１
９により製品ガスとして取出される。

一方、吸着分離の工程でない吸着塔６または９（第１図
の切替弁４の図示状態下では、吸着塔６）は、再生用ガ
ス流量調整用絞り弁１２を経たガスにより、再生パージ
が行なわれ、その再生パージガスは、切替弁４を経て再
生パージガス出口管２１より、除湿装置３２の膜面二次
側に供給され、加湿再生パージガス出口管３５より水分
分離膜２３を隔膜とする除湿装置２２の膜面二次側に供
給され除湿された再生パージガス出口管２４より排出さ
れる。また、前述の製品ガス出口管１７と調湿製品ガス
出口管１９の間を製品ガス湿度調整弁２５を有する管路
によって接続することにより側路な設けることもできる
。

上記のように構成した本発明では原料混合ガス中の水分
は、水分分離膜３３を透過して膜面二次側に移動し、膜
面二次側に供給された再生パージガスに同伴除去される
ことにより、原料混合ガスの除湿が行なわれる。また、
同時に、圧縮により温度上昇している原料混合ガスは、
水分分離膜３３を熱伝達媒体として、再生パージガス出
口管２１から導入されるところの断熱膨張により温度低
下した再生パージガスと熱交換することにより効率よく
冷却される。一方製品ガス出口管１７のガスは、殆ど水
分の含有されない乾燥ガスであるが、前述の加湿再生パ
ージガス管３５より供給される湿潤ガス中の水分が水分
分離２３を介して移動することにより、加湿が行なわれ
る。なお、最終製品ガスの調湿が必要な場合は、製品ガ
ス湿度調整弁２５の弁開度を加減し、製品ガス出口管１
７の乾燥ガスのバイパス量を変化させることにより連続
可変の調湿が可能である。

更に、本発明では、除湿装置２２を省略し、且つ再生パ
ージガスを空放し、一方製品ガスを出口管１７を通じて
除湿装置３２の二次側に通過させて、原料混合ガスの水
分を水分分離膜３３を通じて製品ガス中に移動させ、原
料混合ガスの除湿と製品ガスの加湿を行うこともできる
。

本発明の除湿装置の隔膜として使用される水分分離膜２
３．３３は、例えば、特開昭５４−１１４８１、特開昭
５４−１５２６７９　、特開昭６０−１８３０２５　、
特開昭６１−１９５１１７　、特開昭６２−４２７２３
等に記載された吸水性高分子膜、特開昭５３−８６６８
４、特開昭６０−２５７８１９　　特開昭６０−２６１
５０３　、特開昭６２−４２７７２等に記載されたポリ
スルホン多孔膜、ポリプロピレン多孔膜、ポリテトラフ
ルオロエチレン多孔膜との複合膜、特開昭６２−４２７
２３等に記載された芳香族ポリイミド膜、また、パーフ
ルオロ系イオン交換膜、炭化水素系イオン交換膜、また
、イオン交換膜と吸水性高分子膜との複合膜等が使用で
きる。なかでも、本発明では水分分離膜としてイオン交
換膜が好ましく、特には固定イオン濃度１〜６Ｎ、好ま
しくは２〜５Ｎ、吸水率２０〜２５０重量％、好ましく
は２２〜１１０重量％、膜厚０．１〜１００μｍ、好ま
しくは１〜５０μｍが好ましい。こＳて、吸水率は、乾
燥膜重量当りの膜に含まれる水分量の百分率で表わされ
、また固定イオン濃度は、膜に含まれる水分当りのイオ
ン交換基容量で表わされる。

イオン交換膜は、好ましくは、以下の一般式を有するパ
ーフルオロスルホン系イオン交換膜が好ましい。

式中、ｍ＝ｏ又は１、ｎ＝２〜５の整数である。

本発明における水分分離膜の形状は、平膜型アと称する１ないしは、複数枚の平膜を積層したもの、ス
パイラル型と称する平膜を同等状にしたもの、中空糸型
等どの様な形状のものも使用可能である。

本発明の圧力変動式ガス吸着塔に充填される吸着剤とし
ては、吸着時と脱着時の圧力を変化させることにより、
吸脱着を行い、その際の吸脱着力の差を利用してガス分
離を行うのに使用される吸着剤であればいずれも使用で
き、好ましくは、ゼオライト、シリカなどが使用される
。

［実施例］実施例１第１図に示すとおり２基式圧力変動式吸着法による空気
中の酸素濃縮装置のフロー系統中に水分分離膜２３．３
３を有する除湿装置２２．３２を付加し、原料ガスの除
湿、冷却、ならびに製品ガスの濃度、湿度および運転騒
音についての性能を確認した。２基で一対をなす吸着塔
６，９の各塔に１３Ｘ型ゼオライト９００ｇを充填した
。原料混合ガスの除湿、冷却、ならびに製品ガスの加湿
を行なう為の水分分離膜は、パーフルオロスルホン酸中
空糸膜（固定イオン濃度３．４Ｎ、吸水率５２％、膜厚
３０μｍ）を用いた。本装置の有効膜面積は、合計０．
１５ｍ”で、圧縮機入口の原料空気は、温度２５ｍ湿度
６５％である。圧力変動式吸着塔の最大引加圧力は、３
気圧で、再生時の最小圧力は１気圧の常圧再生方式であ
る。吸脱着の切替周期は、１５秒で、吸着塔下層部より
取出した酸素濃縮空気の一部を脱着用として再生工程に
ある塔の下部より還流パージさせることにより再生した
。分離ガス取出流量は、流量計１５の指示値で２．５１
２７分とした。

実施例２第２図に示すとおり、２塔式圧力変動式吸着法による空
気中の酸素濃縮装置を構成し、原料混合ガスの除湿、冷
却ならびに製品ガスの濃度及び湿度を確認した。実施例
１の第１図との相違点は、除湿装置３２に代えて、冷却
装置３及び補助吸着装置（原料ガス脱湿用）５．８を付
加したこと、ならびに除湿装置２２に代えて、水槽（製
品加湿用）　１８を付加したことおよび、消音器２６を
付加したことである。

補助吸着装置（原料ガス脱湿用）５，８には、吸湿用ゼ
オライト４０ｇを各々に充填した。

その他の操作条件は、実施例１と同一条件とした。

実施例１、ならびに実施例２による運転結果を表−１に
示す。

表−１［発明の効果］表−１の実施例−１の本発明によれば、実施例−２の従
来例に比較し、原料混合ガスの冷却ならびに除湿機能、
および製品ガスの加湿、調湿機能ならびに、本来のガス
分離濃縮機能、運転騒音など全てにわたって同等以上の
性能を示し優れた効果を有している。本発明によれば吸
着塔６，９の吸着剤への水分の蓄積をも減少させること
から吸着剤の本来のガス分離機能を向上させると共に、
吸着剤の耐用時間の延長にも効果がある。また医療用酸
素濃縮装置として製品ガスが人体に吸引使用されるよう
な加湿、調湿を必要とする場合、本発明によれば、加湿
用として水源を別途必要とすることな（、大気中に元来
、含有される水分のみを水分分離膜を介して移行させる
清浄度の高い加湿、調湿を行なうことが可能であり、水
に起因する雑菌、溶解性あるいは非溶解性固形分の飛散
吸引などの障害防止にも優れた効果が得られる。また従
来例の水槽への水の補給といった煩雑な操作な省略でき
る利点がある。

さらに、従来法によれば第２図の再生パージガス出口管
２１から再生パージガスを切替空放する際の空放音が大
きい為、通常別途消音器を設けるが本発明によれば、第
１図の除湿装置３２゜２２が消音器の機能をも発揮する
ことから、運転騒音の軽減にも優れた効果を得ることが
できる。

また、従来法によれば、原料混合ガス中の水分除去の一
方法として圧縮後冷却することにより、水分の一部を凝
縮水として取出し処理するが、本発明によれば、全て水
蒸気の状態において処理できるので、凝縮水処理装置が
不要となり、装置材料の腐食、損傷などの障害防止にも
効果がある。なお製品ガスの加湿が不要な場合には、除
湿装置２２を削除することも可能である。以上述べたよ
うに多重の効果が簡便に安価に得られ製作費用の低減、
機能の向上など多大の利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明装置の一実施例を示すフロー系統図で
あり、第２図は、従来例を示すフロー系統図である。第１図において１・・・原料ガス供給管、２・・・原料
ガス圧縮機、４・・・切替弁、６，９・・・吸着塔、７
．１１・・・逆止弁、１２・・・再生用ガス流量調整用
絞り弁、１３・・・貯留槽、１４・・・調圧弁、１５・
・・流量計、１６・・・流量調整弁、１７・・・分離ガ
ス出口管、１９・・・調湿製品ガス出口管、２１・・・
再生廃ガス出口管、２２・・・ガス分離膜ユニット（製
品加湿用）、２３・・・ガス分離膜（製品加湿用）、２
４・・・除湿再生産ガス出口管、２５・・・製品ガス湿
度調整弁、３２・・・ガス分離膜ユニット（原料ガス除
湿用）、３３・・・ガス分離膜（原料ガス除湿用）、３
４・・・除湿原料ガス出口管、３５・・・加湿再生廃ガ
ス出口管、を示している。第２図において、３・・・冷却装置、５，８・・・補助
吸着装置（原料ガス脱湿用）、１８・・・水槽（製品ガ
ス加湿用）２６・・・消音器、を示している。第２図中の他の各部の番号は、第１図と同等である。￥１図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）圧力変動式吸着法により混合ガス中の特定成分ガ
スを分離する方法において、原料混合ガスを水分分離膜
を隔膜とする除湿装置の一次側に通過させた後に、圧力
変動式ガス吸着塔に供給し、混合ガス中の特定成分ガス
を分離せしめた製品ガスを生成させ、一方上記除湿装置
の二次側には、圧力変動式ガス吸着塔の再生パージガス
又は上記製品ガスを通過させることを特徴とする圧力変
動式によるガス分離方法。
（２）除湿装置の二次側に圧力変動式吸着塔の再生パー
ジガスを通過させ、該ガスを別の除湿装置の一次側に供
給し、該別の除湿装置の二次側には、圧力変動式ガス吸
着塔の製品ガスを通過させる請求項（１）のガス分離方
法。
（３）水分分離膜が、固定体イオン濃度１〜６Ｎ、吸水
率２０〜２５０重量％、膜厚０．１〜１００μｍのイオ
ン交換膜である請求項（１）又は（２）のガス分離方法
。
（４）イオン交換膜が、以下の構造式を有する重合体か
らなる請求項（３）のガス分離方法。 ▲数式、化学式、表等があります▼ （式中、ｍ＝０又は１、ｎ＝２〜５の整数）（５）原料
混合ガスが空気であり、空気より窒素を分離する請求項
（１）、（２）、（３）又は（４）のガス分離方法。