JPH0326909Y2 - - Google Patents

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JPH0326909Y2
JPH0326909Y2 JP2548385U JP2548385U JPH0326909Y2 JP H0326909 Y2 JPH0326909 Y2 JP H0326909Y2 JP 2548385 U JP2548385 U JP 2548385U JP 2548385 U JP2548385 U JP 2548385U JP H0326909 Y2 JPH0326909 Y2 JP H0326909Y2
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nitrogen
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  • Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
  • Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
  • Feeding, Discharge, Calcimining, Fusing, And Gas-Generation Devices (AREA)

Description

【考案の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本考案は、酸素又は窒素を選択的に吸着する吸
着剤を用いた酸素又は窒素発生装置に関する。
[Detailed Description of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to an oxygen or nitrogen generator using an adsorbent that selectively adsorbs oxygen or nitrogen.

(従来の技術) 第3図は、従来の酸素または窒素発生装置の概
略図を示す。図中、1は空気圧縮機、2は窒素ま
たは酸素を選択的に吸着する吸着剤(例えば、人
工ゼオライトなど)を入れた吸着筒で、酸素発生
装置の場合は、窒素を良く吸着する吸着剤を、窒
素発生装置の場合は、酸素を良く吸着する吸着剤
を入れてある。3,4,5は、酸素または窒素の
吸着、脱着を制御するための弁、6は発生した高
濃度の酸素または窒素を入れるバツフアータン
ク、7は高濃度の酸素または窒素の供給配管、8
は空気から高濃度の酸素または窒素を取り除いた
オフガス配管である。
(Prior Art) FIG. 3 shows a schematic diagram of a conventional oxygen or nitrogen generator. In the figure, 1 is an air compressor, 2 is an adsorption column containing an adsorbent (such as artificial zeolite) that selectively adsorbs nitrogen or oxygen, and in the case of an oxygen generator, an adsorbent that adsorbs nitrogen well. In the case of a nitrogen generator, an adsorbent that adsorbs oxygen well is included. 3, 4, and 5 are valves for controlling adsorption and desorption of oxygen or nitrogen; 6 is a buffer tank for storing the generated high-concentration oxygen or nitrogen; 7 is a high-concentration oxygen or nitrogen supply pipe; 8
is an off-gas line that removes high concentrations of oxygen or nitrogen from the air.

酸素発生装置の場合について、以下に説明す
る。
The case of an oxygen generator will be explained below.

空気圧縮機1で高圧にされた原料空気は、弁3
を通つて吸着筒2に入り、原料空気中の酸素以外
の窒素、その他のガスが選択的に良く吸着され、
吸着筒2出口では、高濃度の酸素ガスが得られ、
バツフアータンク6へ入る。この時、弁3,5は
開、弁4は閉である。この吸着工程終了後、吸着
筒2は、吸着したガス(大部分は窒素ガス)を吸
着筒2内の圧力と大気圧との圧力差により脱着す
る脱着工程を開始する。即ち、吸着筒2が吸着工
程終了後、脱着工程を開始すると、弁3,5は閉
となり、弁4は開となる。このとき、吸着筒2内
部圧力と大気圧との圧力差により、吸着されてい
たガス(大部分は窒素ガス)が脱着され、オフガ
ス配管8を通つて放出される。
The raw air made high pressure by the air compressor 1 is passed through the valve 3.
It enters the adsorption cylinder 2 through the air, and nitrogen and other gases other than oxygen in the raw air are selectively and well adsorbed.
At the outlet of adsorption column 2, highly concentrated oxygen gas is obtained.
Enter buffer tank 6. At this time, valves 3 and 5 are open and valve 4 is closed. After this adsorption process is completed, the adsorption column 2 starts a desorption process in which the adsorbed gas (mostly nitrogen gas) is desorbed by the pressure difference between the pressure inside the adsorption column 2 and the atmospheric pressure. That is, when the adsorption cylinder 2 starts the desorption process after completing the adsorption process, the valves 3 and 5 are closed, and the valve 4 is opened. At this time, the adsorbed gas (mostly nitrogen gas) is desorbed due to the pressure difference between the internal pressure of the adsorption cylinder 2 and the atmospheric pressure, and is released through the off-gas pipe 8.

以上のように、吸着工程,脱着工程を繰り返す
ことにより、酸素または窒素を間欠的に発生でき
る。また、バツフアータンク6の容量を大きくす
ることにより、酸素または窒素を連続的に供給で
きる構造となつている。
As described above, by repeating the adsorption step and the desorption step, oxygen or nitrogen can be generated intermittently. Further, by increasing the capacity of the buffer tank 6, the structure is such that oxygen or nitrogen can be continuously supplied.

しかしながら、第3図に示すような従来の酸素
または窒素発生装置では、酸素または窒素を吸着
する吸着剤の能力が、空気圧縮機1出口の空気圧
力とオフガス出口圧力(オフガス配管8の圧力
で、殆んどの場合大気圧)との圧力差に影響され
るため、空気圧縮機1出口ガス圧力または圧力差
を高くとる必要がある。従つて、吸着筒2及び各
種弁、配管類を高圧に耐える構造とする必要があ
り、装置が高価となる。また、吸着ガス圧力差を
大きくしても、吸着能力はそれほど向上せず、得
られる酸素または窒素ガスの濃度にも限度があつ
た。
However, in a conventional oxygen or nitrogen generator as shown in FIG. In most cases, it is affected by the pressure difference from atmospheric pressure), so it is necessary to have a high gas pressure or pressure difference at the outlet of the air compressor. Therefore, the adsorption cylinder 2, various valves, and piping must have a structure that can withstand high pressure, making the device expensive. In addition, even if the adsorption gas pressure difference was increased, the adsorption capacity did not improve much, and there was a limit to the concentration of oxygen or nitrogen gas that could be obtained.

(考案が解決しようとする問題点) 本考案の目的は、上記従来装置の欠点を解消
し、装置内に高圧ガスが存在する部分を少なくす
ることが可能であり、かつ、吸着剤の吸着能力を
圧力差だけでなく、温度差による吸着能力も利用
することにより、高濃度の酸素または窒素を発生
できる機構を有する酸素または窒素発生装置を提
供することである。
(Problems to be solved by the invention) The purpose of the invention is to eliminate the drawbacks of the above-mentioned conventional equipment, to reduce the area where high-pressure gas exists in the equipment, and to improve the adsorption capacity of the adsorbent. An object of the present invention is to provide an oxygen or nitrogen generator having a mechanism capable of generating high concentration oxygen or nitrogen by utilizing not only a pressure difference but also an adsorption capacity due to a temperature difference.

(問題点を解決するための手段) 本考案は、酸素又は窒素を選択的に吸着する吸
着剤を用いて酸素又は窒素を発生する装置におい
て、ボルテツクス・チユーブの低温出口と連通し
た吸着筒内に、前記ボルテツクス・チユーブの高
温出口と連結管を介して連通した熱交換器を内装
したことを特徴とする酸素又は窒素発生装置に関
する。
(Means for Solving the Problems) The present invention provides an apparatus for generating oxygen or nitrogen using an adsorbent that selectively adsorbs oxygen or nitrogen. , relates to an oxygen or nitrogen generator characterized in that it is equipped with a heat exchanger that communicates with the high-temperature outlet of the vortex tube via a connecting pipe.

すなわち、本考案は、酸素または窒素発生装置
に、低温及び高温発生機構として、安価で、取扱
いが容易(回転部がない)な特徴をもつボルテツ
クス・チユーブ(渦流管)を設けることにより、
従来装置よりもさらに高濃度の酸素または窒素を
発生できることを可能とした点を特徴とする。
That is, the present invention provides an oxygen or nitrogen generator with a vortex tube that is inexpensive and easy to handle (no rotating parts) as a low temperature and high temperature generation mechanism.
It is characterized by being able to generate oxygen or nitrogen at a higher concentration than conventional devices.

かかる特徴を有する本考案装置は、各種酸素ま
たは窒素発生装置、特に医療用など小規模の酸素
発生装置や、ガス分離装置に有用である。
The device of the present invention having such characteristics is useful for various oxygen or nitrogen generating devices, particularly small-scale oxygen generating devices for medical use and gas separation devices.

以下に、本考案装置を図面に基づき説明する。 The device of the present invention will be explained below based on the drawings.

第1図は、本考案装置の具体例を示す。図中、
21は原料空気を圧縮する空気圧縮機、22は原
料空気中の水分を除去するための脱湿器、23は
原料空気入口弁、24は、高圧の原料空気を熱的
に分離して比較的低圧の低温空気と高温空気を発
生させるボルテツクス・チユーブである。25,
26は低温空気の圧力、流量、流れの方向を制御
する弁、27は吸着剤に吸着されたガスを排気す
るための弁、28,29は高温空気の圧力、流
量、流れの方向を制御する弁、30は酸素または
窒素を選択的に吸着する吸着剤を充てんした吸着
筒である。31は、吸着剤に吸着された酸素また
は窒素を脱着する際に使用する加温用熱交換器
で、熱交換器31内部には、ボルテツクス・チユ
ーブ24で発生した高温空気が流れる。32は、
吸着剤を加温した後の高温空気を排気するための
弁である。33は、高温空気の排気ラインであ
る。34は、発生した高濃度の酸素または窒素の
流れを制御するための弁であり、35はバツフア
ータンク、36は供給ラインである。弁26,2
7は、吸着剤に吸着されたガスを排気するために
も使用される弁であり、37は、排気ガスを捨て
るためのオフガスラインである。(通常、ほぼ大
気圧となることが多い。)38は、吸着されたガ
スの排気ラインである。
FIG. 1 shows a specific example of the device of the present invention. In the figure,
21 is an air compressor for compressing raw air; 22 is a dehumidifier for removing moisture from the raw air; 23 is a raw air inlet valve; 24 is a compressor for thermally separating high-pressure raw air; It is a vortex tube that generates low-pressure low-temperature air and high-temperature air. 25,
26 is a valve that controls the pressure, flow rate, and flow direction of low-temperature air; 27 is a valve that exhausts the gas adsorbed by the adsorbent; 28 and 29 are valves that control the pressure, flow rate, and flow direction of high-temperature air. The valve 30 is an adsorption column filled with an adsorbent that selectively adsorbs oxygen or nitrogen. Reference numeral 31 denotes a heating heat exchanger used when desorbing oxygen or nitrogen adsorbed by the adsorbent. Inside the heat exchanger 31, high-temperature air generated in the vortex tube 24 flows. 32 is
This is a valve for exhausting high temperature air after heating the adsorbent. 33 is a high temperature air exhaust line. 34 is a valve for controlling the flow of the generated highly concentrated oxygen or nitrogen, 35 is a buffer tank, and 36 is a supply line. valve 26,2
7 is a valve that is also used to exhaust the gas adsorbed on the adsorbent, and 37 is an off-gas line for discarding the exhaust gas. (Usually, the pressure is almost atmospheric.) 38 is an exhaust line for the adsorbed gas.

次に、第2図に、ボルテツクスチユーブの概略
を示す。第2図において、aは、縦断面図であ
り、bは、aのB−B矢視断面図である。
Next, FIG. 2 shows an outline of the vortex tube. In FIG. 2, a is a longitudinal cross-sectional view, and b is a cross-sectional view taken along the line B-B of a.

図中、内径の約10倍の長さをもつ直管10
に、空気供給管11と接続する環状の空気室12
と前記直管10の内壁にほぼ接線方向に連通する
ように噴出口14を穿設された複数個所の連結孔
13を具備し、前記直管10の一方端は、管中心
部に穿設したオリフイス15があり、他端には、
管断面の外周部のみ開口した弁16を設けてい
る。そして、このボルテツクスチユーブでは、ま
ず、圧縮空気を空気供給管11から空気室12へ
送り込み、連結孔13を経て噴出口14より直管
10の内壁に沿うように管内に噴射する。噴射さ
れた空気は、管内の高速旋回流17となり、遠心
力によつて管壁へ押し付けられて断熱圧縮し、温
度上昇して弁16から矢示の流れ18として取り
出される。一方、直管10の中心部の空気は、逆
に断熱膨張して低温になり、オリフイス15から
矢示19のように取り出すことができる。
In the figure, a straight pipe 10 with a length approximately 10 times the inner diameter
an annular air chamber 12 connected to the air supply pipe 11;
and a plurality of connection holes 13 in which jet ports 14 are bored so as to communicate with the inner wall of the straight pipe 10 in a substantially tangential direction, and one end of the straight pipe 10 is provided with a plurality of connecting holes 13 bored in the center of the pipe. There is an orifice 15, and at the other end,
A valve 16 is provided which is open only at the outer circumference of the pipe cross section. In this vortex tube, first, compressed air is sent from the air supply pipe 11 to the air chamber 12, passes through the connecting hole 13, and is injected into the pipe from the jet port 14 along the inner wall of the straight pipe 10. The injected air becomes a high-speed swirling flow 17 in the pipe, is pressed against the pipe wall by centrifugal force, is adiabatically compressed, and is then taken out from the valve 16 as a flow 18 as indicated by the arrow. On the other hand, the air in the center of the straight pipe 10 expands adiabatically, becomes lower in temperature, and can be taken out from the orifice 15 as shown by the arrow 19.

(作用) 酸素発生装置の場合、吸着筒30が吸着工程、
続いて脱着工程を行なう場合について以下に説明
する。吸着筒30が吸着工程、脱着工程を交互に
繰り返すことにより、酸素を間欠的に発生でき、
また、バツフアータンク35の容量を大きくする
ことにより、酸素を連続的に供給できる。吸着筒
30の吸着工程では、脱湿器22を通つた高圧の
原料空気は、弁23を通つてボルテツクスチユー
ブ24に入り、比較的低圧となつた低温ガス及び
高温ガスに分離される。低温ガスは、弁26を通
つて吸着筒30内に入り、酸素を除く殆んどの窒
素ガス、その他のガスが吸着される結果、弁34
からは高濃度の酸素ガスが得られ、バツフアータ
ンク35へ流れ込む。高濃度の酸素ガスが得られ
る理由は、吸着剤の脱着時の圧力と低温ガスの圧
力差及び吸着剤の脱着時の温度と低温ガスの温度
差が相乗的に作用するためである。ここでは、弁
25,27は閉となつている。また、ボルテツク
スチユーブ24で発生した高温ガスは、弁29を
通り、高温空気の排気ライン33を通つて外部に
排出される。また、弁28,32も閉となつてい
る。
(Function) In the case of an oxygen generator, the adsorption cylinder 30 performs the adsorption process,
The case where the desorption process is subsequently performed will be described below. The adsorption column 30 alternately repeats the adsorption process and the desorption process, so that oxygen can be generated intermittently,
Furthermore, by increasing the capacity of the buffer tank 35, oxygen can be continuously supplied. In the adsorption step of the adsorption column 30, high-pressure feed air that has passed through the dehumidifier 22 enters the vortex tube 24 through the valve 23 and is separated into relatively low-pressure low-temperature gas and high-temperature gas. The low temperature gas enters the adsorption cylinder 30 through the valve 26, and as a result, most of the nitrogen gas and other gases except for oxygen are adsorbed.
Highly concentrated oxygen gas is obtained from the buffer tank 35 and flows into the buffer tank 35. The reason why highly concentrated oxygen gas is obtained is that the pressure difference between the pressure at the time of desorption of the adsorbent and the low temperature gas and the temperature difference between the temperature at the time of desorption of the adsorbent and the low temperature gas act synergistically. Here, valves 25 and 27 are closed. Further, the high temperature gas generated in the vortex tube 24 passes through the valve 29 and is discharged to the outside through the high temperature air exhaust line 33. Further, the valves 28 and 32 are also closed.

次に、吸着筒30の脱着工程では、ボルテツク
スチユーブ24で発生した高温ガスが熱交換器3
1を通ることによる吸着剤への加熱作用、及び弁
26,27が開となることによる吸着剤30内圧
力低下により、吸着剤の脱着作用が促進され、脱
着ガスはオフガスライン37を通つて排気され
る。このとき、弁25は開となつており、低温ガ
スは、排気ライン38を通つて外部に排出され
る。また、高温ガスラインの弁28,32は開、
弁29は閉となつており、吸着剤を加熱した高温
ガスは、排気ライン33を通つて排気される。
Next, in the desorption process of the adsorption tube 30, the high temperature gas generated in the vortex tube 24 is transferred to the heat exchanger 3.
The desorption effect of the adsorbent is promoted by the heating effect on the adsorbent caused by passing through the gas line 1 and the decrease in the internal pressure of the adsorbent 30 due to the opening of the valves 26 and 27, and the desorption gas is exhausted through the off-gas line 37. be done. At this time, the valve 25 is open and the low temperature gas is discharged to the outside through the exhaust line 38. In addition, the valves 28 and 32 of the high temperature gas line are opened.
Valve 29 is closed, and the high temperature gas that has heated the adsorbent is exhausted through exhaust line 33.

窒素発生装置についても、同様に操作すること
ができる。
A nitrogen generator can be operated in a similar manner.

(考案の効果) 本考案装置では、吸着剤と吸着・脱着ガスの圧
力差及び温度差を利用しているため、吸着剤の吸
着・脱着能力を大きくすることが可能であり、従
つて、高濃度の酸素または窒素を得ることができ
る。また、吸着剤とガスの温度差による吸着・脱
着能力を利用しているので、吸着剤を充てんする
吸着筒が低圧にでき、従つて、装置が安価とな
り、安全性も向上する。さらには、吸着能力が向
上するため、吸着剤の量が少なくて良く、従つ
て、装置全体に占める容積割合の大きい吸着筒を
小さくでき、装置をコンパクトにできる。
(Effects of the invention) Since the device of the present invention utilizes the pressure and temperature differences between the adsorbent and the adsorption/desorption gas, it is possible to increase the adsorption/desorption capacity of the adsorbent. Concentrations of oxygen or nitrogen can be obtained. In addition, since the adsorption/desorption ability based on the temperature difference between the adsorbent and the gas is utilized, the adsorption cylinder filled with the adsorbent can be kept at a low pressure, which makes the device inexpensive and improves safety. Furthermore, since the adsorption capacity is improved, the amount of adsorbent can be reduced, and therefore, the adsorption column, which accounts for a large volume of the entire device, can be made smaller, and the device can be made more compact.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本考案に係る酸素又は窒素発生装置
の具体例を示す概略図、第2図は、本考案装置に
用いるボルテツクスチユーブの概略図である。第
3図は、従来の酸素又は窒素発生装置の概略図で
ある。 図中の各記号は、次の通りである。1:空気圧
縮機、2:吸着筒、3,4,5:弁、6:バツフ
アータンク、7:酸素または窒素供給管、8:オ
フガス配管、10:直管、11:空気供給管、1
2:空気室、13:連結孔、14:噴出口、1
5:オリフイス、16:弁、17:高速旋回流、
18:圧縮空気の取り出し流れ方向、19:断熱
膨張空気の取り出し流れ方向、21:空気圧縮
機、22:脱湿器、23:弁、24:ボルテツク
スチユーブ、25,26,27,28,29:
弁、30:吸着筒、31:熱交換器、32:弁、
33:高温空気排気ライン、34:弁、35:バ
ツフアータンク、36:供給ライン、37:オフ
ガスライン、38:吸着ガスの排気ライン。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a specific example of an oxygen or nitrogen generating device according to the present invention, and FIG. 2 is a schematic diagram of a vortex tube used in the device of the present invention. FIG. 3 is a schematic diagram of a conventional oxygen or nitrogen generator. Each symbol in the figure is as follows. 1: Air compressor, 2: Adsorption tube, 3, 4, 5: Valve, 6: Buffer tank, 7: Oxygen or nitrogen supply pipe, 8: Off gas piping, 10: Straight pipe, 11: Air supply pipe, 1
2: Air chamber, 13: Connection hole, 14: Spout, 1
5: Orifice, 16: Valve, 17: High-speed swirl flow,
18: Compressed air extraction flow direction, 19: Adiabatic expanded air extraction flow direction, 21: Air compressor, 22: Dehumidifier, 23: Valve, 24: Vortex tube, 25, 26, 27, 28, 29 :
Valve, 30: Adsorption tube, 31: Heat exchanger, 32: Valve,
33: High temperature air exhaust line, 34: Valve, 35: Buffer tank, 36: Supply line, 37: Off gas line, 38: Adsorbed gas exhaust line.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 酸素又は窒素を選択的に吸着する吸着剤を用い
て酸素又は窒素を発生する装置において、ボルテ
ツクス・チユーブの低温出口と連通した吸着筒内
に、前記ボルテツクス・チユーブの高温出口と連
結管を介して連通した熱交換器を内装したことを
特徴とする酸素又は窒素発生装置。
In an apparatus that generates oxygen or nitrogen using an adsorbent that selectively adsorbs oxygen or nitrogen, an adsorption tube that is connected to a low-temperature outlet of a vortex tube is connected to a high-temperature outlet of the vortex tube through a connecting pipe. An oxygen or nitrogen generator characterized by incorporating a communicating heat exchanger.
JP2548385U 1985-02-26 1985-02-26 Expired JPH0326909Y2 (en)

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