JPH0351307Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、酸素を選択透過する膜を用い空気を
原料として酸素富化空気を得る装置に関し、詳細
には効率的且つ正確に酸素富化空気の濃度及び流
量をコントロールすることのできる酸素富化装置
に関するものである。

〔従来の技術〕

酸素を選択透過する膜（酸素富化膜、例えばポ
リスルホン膜等）を利用して酸素濃度の高い空気
（酸素富化空気）を得る方法は既に知られている。
例えば酸素富化膜をいわゆるモジユールという形
で装置内に組込み、実際に医療分野等で使用され
ている。又近年では酸素富化膜の性能が飛躍的に
向上し、例えば加熱炉の燃焼用酸素富化空気の製
造等の工業用々途にも利用されはじめている。

第２図は公知の酸素富化装置を例示する説明図
であり、原料空気はブロワー１で加圧されてフイ
ルター２を通過し、ガス分離膜モジユール３に供
給される。該モジユール３の酸素富化膜の内側は
真空ポンプ４により吸引されているので、空気中
の酸素の一部が該膜３Ａを通過し酸素富化空気と
なる。

前記酸素富化膜３Ａを通過しない残部成分は排
出管１０より放出されるが、この残部成分は結果
的には窒素富化空気となつている。酸素富化空気
はブロワー６から加熱炉８へ供給される。このと
き加熱炉８における設定燃焼条件に応じてバルブ
５から適量の空気を混入して酸素濃度が調整され
る。尚制御弁９は燃料パイプ７から供給される燃
料ガスとの混合比を最終的に調整するために設け
られている。

〔考案が解決しようとする問題点〕

第２図に示す様な酸素富化装置では、ガス分離
膜モジユール３において一定濃度の酸素富化空気
を一定量発生させ、その後加熱炉の設定条件に応
じて前記酸素富化空気とバルブ５を介して導入さ
れる空気を再び混合することにより酸素濃度を調
整している。このとき加熱炉８への酸素富化空気
の必要流量を確保するために酸素富化膜３Ａの面
積を増減していた。ところがこの方法では、上記
調整に合わせて原料空気量及び吸引酸素富化空気
量を増減しなければならずこの調整に煩雑な操作
を必要としていた。このため煩雑に条件変更の必
要がある用途に適用する場合には、ガス分離膜モ
ジユール３によつて得られる酸素富化空気量は最
大需要時の供給量を満たす様に設計しておき、定
常運転時の過剰量分は放出する事もあつた。一般
的に工業用に使用する酸素富化空気はいかに安い
コストで製造するかが課題とされるのにもかかわ
らず、上記の装置ではせつかく得た酸素富化空気
の濃度を使用段階で下げたり或は放出するなど、
極めて非能率的な方法と言わざるを得ない。

そこで本考案者らは効率的に酸素富化空気を製
造できる装置を開発することを目的として種々研
究を積み重ねた結果、本考案酸素富化装置を完成
させるに至つた。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成し得た本考案酸素富化装置は、
ガス分離膜モジユールにはバルブを設け、該ガス
分離膜モジユールの入側に設けた原料ガス供給用
送風機に流量制御機を配設し、且つ前記ガス分離
膜モジユールの透過ガス出側に設けた酸素富化ガ
ス吸引用真空発生機に吸引圧力制御機を配設する
点に要旨が存在する。

〔作用〕

酸素富化膜を利用して酸素富化空気を作る装置
において酸素富化空気の濃度を決定するのは(イ)膜
の分離係数、(ロ)回収率、(ハ)膜両面の圧力比であ
り、流量を決定するのは(A)膜の酸素透過係数、(B)
膜面積、(C)圧力差である事が知られている。この
うち(イ)膜の分離係数と(A)酸素透過係数については
膜固有の値である。また(ロ)回収率とは酸素富化空
気流量と供給空気流量の比であり酸素富化空気流
量が設定されれば（ロ−１）供給空気流量によつ
て決定できる。さらに膜両面の(C)圧力差及び(ハ)圧
力比は供給空気圧力が大気圧に近似できるため、
（ハ、Ｃ−１）吸引酸素富化空気圧力によつて決
定できる。上述の事実により酸素富化空気の濃度
及び流量は(B)膜面積、（ロ−１）供給空気流量、
（ハ、Ｃ−１）吸引酸素富化空気圧力を決定する
ことによつてコントロールできる。

即ち本考案の酸素富化装置においてガス分離膜
モジユール列にはバルブを設け開閉操作すること
によつて(B)膜面積を任意に増減することができ
る。また原料ガス供給用送風機に流量制御機を配
設してやれば（ロ−１）供給空気流量を調整する
ことができ、さらにガス分離膜モジユールの透過
ガス出側に設けた吸引用真空発生機に吸引圧力制
御機を配設しておけば（ハ、Ｃ−１）吸引酸素富
化空気圧力の調整も可能となる。従つて酸素富化
空気の濃度及び流量は上記３要素を調節すること
によつて自由に決定することができ、酸素富化空
気利用装置の必要濃度・流量に合わせて効率的な
酸素富化空気供給が可能となる。

〔実施例〕

第１図は本考案の代表的な実施例を示す説明図
であり、第２図に示す従来例との構造的な相違点
は以下の通りである。まず複数本のガス分離膜モ
ジユール３ａ〜３ｅを並列配置し、各モジユール
３ａ〜３ｅのガス入側及び出側に夫々開閉弁１２
ａ〜１２ｅ及び１３ａ〜１３ｅを配設し、各モジ
ユール３ａ〜３ｅの入側は分配管２０によつてフ
イルター２側へ集合的に連通され、出側は集合管
２１によつて真空ポンプ４入側と集合的に連通さ
れる。尚各モジユール３ａ〜３ｅの胴部には排出
管１０が夫々分岐して接続される。

また分岐管２０には流量検知器１６が設けら
れ、該検知器１６には流量コントローラー１５が
接続され、該コントローラー１５には駆動モータ
１４を制御する系路（鎖線で示す）が接続されて
いる。さらに集合管２１には圧力検知器１９が配
設されて圧力コントローラ１８に接続され、該コ
ントローラー１８からは駆動モータ１７を制御す
る系路（鎖線で示す）が連設されている。

次に、ブロワー１から原料空気を導入して加熱
炉８へ酸素富化空気を送り込む方法を以下に説明
する。

はじめ原料空気はブロワー（送風機ならどの様
な形態のものでも良い）１からフイルター２を通
り分配管２０によつて分割され、分離膜モジユー
ル３ａ〜３ｅに送られる。流量検知器１６は供給
される原料空気流量を常時検知し、その値を流量
コントローラー１５に送る。ブロワー１は流量が
連続して変更出来る様に構成されており、検知し
た値が設定した値と異なる場合は流量コントロー
ラー１５が作動してブロワー１の能力を駆動モー
タ１４の回転数を変えることにより変更し、流量
が設定値と常に同一となるようにする。この動作
を繰り返し供給空気流量を適正に保ち、供給空気
流量を自動制御する。一方ガス分離膜モジユール
３ａ〜３ｅに供給された空気は真空ポンプ（真空
発生機であればどの様な形態のものであつても良
い）４により吸引され、酸素富化空気となり集合
管２１に集められる。圧力検知器１９は集合管２
１における吸引酸素富化空気圧力を検知し圧力コ
ントローラー１８へ信号を送り、真空ポンプ４に
設けられた駆動モータ１７の回転数を制御し、圧
力が設定値と同一となる様に調整して吸引酸素富
化空気圧力を適正に維持する。つまり吸引酸素富
化空気圧力を自動制御する。

酸素富化空気は導入管２２を通つてから燃料ガ
スと混合され加熱炉８において燃焼される。ブロ
ワー１と真空ポンプ４の能力を変更する方法とし
ては、各々の回転数を変更するのが容易である
が、本考案はこれに限定されず調整弁の開閉によ
る制御等であつても構わない。またガス分離膜モ
ジユールの本数は何本でも良く、さらに膜面積の
増減はバルブの開閉によるもののみに限定されず
他の方法であつても構わない。

以下に、第１図装置における制御値を決定する
順序を示す。即ち加熱炉８における燃焼条件が決
定されると導入管２２から供給される酸素富化空
気の必要濃度及び流量が決定される。そこで計算
により必要な膜面積を求め、開閉弁１２ａ〜１２
ｅ及び１３ａ〜１３ｅの開閉により使用するガス
分離膜モジユールの本数を決め引き続き濃度設定
のため供給空気流量を計算し、流量コントローラ
ー１５の設定値を決定し、次に吸引酸素富化空気
圧力を計算し、圧力コントローラー１８の設定値
の決定を行なう。この状態でブロワー１及び真空
ポンプ４の回転を始めれば自動制御システムによ
り供給空気流量と吸引酸素富化空気圧力は一定に
保たれ燃焼炉８に必要な濃度と流量の酸素富化装
気が定常的に得られる。また仮に燃焼炉８の条件
が変更された場合でも上記の順序に沿つて簡単に
設定値を変更でき極めて正確に必要酸素富化空気
が得られる。また供給空気流量の計算等にコンピ
ユータを利用すればコントロール値の設定も自動
的且つ迅速に行うことができ、全自動運転が可能
となる。つまり燃焼炉８の燃焼条件変更に追従し
て酸素富化空気の濃度及び流量を自動的に増減さ
せる事が可能になるわけである。

実験例 ガス分離膜モジユール仕様 中空糸モジユール ５インチ 膜面積 50m² 分離係数 2.3 透過係数 0.6Nm³／m²・hr・atm ガス分離膜モジユール本数 ５本 ブロワー仕様 10.0Nm³／min×1000mmAq 真空ポンプ仕様 1.0Nm³／min×−600mmHg に設定された第１図に示す装置を用い、導入管２
２における酸素濃度と酸素富化空気流量の測定を
行なつた。この結果は第３図（グラフ）に示す通
りであり、該グラフに沿つて酸素富化空気を加熱
炉８へ安定して供給することができた。尚図中の
実線は回収率（100％×導入管２２における空気
量／原料空気量）10％、一点鎖線は回収率30％、
長破線は回収率50％、短破線は回収率70％の場合
を夫々示す。

〔考案の効果〕

本考案酸素富化装置を利用することにより必要
な濃度及び流量の酸素富化空気が自動的に安定し
て得られる様になり、送風機や真空発生機の駆動
動力には無駄が生じず酸素富化空気を低コストで
製造し得ることになつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の代表的な実施例を示す説明
図、第２図は従来の酸素富化装置の例を示す説明
図、第３図は酸素富化空気流量と酸素濃度との関
係を示すグラフである。 １……ブロワー、２……フイルター、３，３ａ
〜３ｅ……ガス分離膜モジユール、４……真空ポ
ンプ、５，１１……バルブ、６……ブロワー、７
……燃料パイプ、８……加熱炉、９……制御弁、
１０……排出管、１２ａ〜１２ｂ，１３ａ〜１３
ｅ……開閉弁、１４，１７……駆動モータ、１５
……流量コントローラー、１６……流量検知器、
１８……圧力コントローラー、１９……圧力検知
器、２０……分配管、２１……集合管、２２……
導入管。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. ガス分離膜による酸素富化装置であつて、ガス
   分離膜モジユールにはバルブを設け、該ガス分離
   膜モジユールの入側に設けた原料ガス供給用送風
   機に流量制御機を配設し、且つ前記ガス分離膜モ
   ジユールの透過ガス出側に設けた酸素富化ガス吸
   引用真空発生機に吸引圧力制御機を配設してなる
   ことを特徴とする酸素富化装置。