JPH07124434A - 酸素富化空気生成装置 - Google Patents

酸素富化空気生成装置

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JPH07124434A
JPH07124434A JP5276670A JP27667093A JPH07124434A JP H07124434 A JPH07124434 A JP H07124434A JP 5276670 A JP5276670 A JP 5276670A JP 27667093 A JP27667093 A JP 27667093A JP H07124434 A JPH07124434 A JP H07124434A
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JP
Japan
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oxygen
time
regeneration
air
rich
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JP5276670A
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English (en)
Inventor
Atsunori Ochi
篤則 越知
Akira Yanagida
昭 柳田
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Denso Corp
Original Assignee
NipponDenso Co Ltd
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B13/00Oxygen; Ozone; Oxides or hydroxides in general
    • C01B13/02Preparation of oxygen

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
  • Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 省スペース化・低コスト化の要求を満たしつ
つ、吸着能力の再生を確実に行う。 【構成】 運転スイッチがオンされて酸素富化運転が開
始されると、酸素富化運転時間の積算を開始する(ステ
ップ102)。この後、積算した酸素富化運転時間が設
定時間To (例えば8時間)に達したか否かを判断し
(ステップ103)、設定時間To に達した時点で、ス
テップ104に進み、運転スイッチがオフされて酸素富
化運転が停止されたか否かを判断する。この後、酸素富
化運転が停止された時点で、ステップ105に移行し、
再生運転を所定時間行う。この再生運転時には、自動車
のエンジンの排熱やヒートポンプシステムの排熱を利用
して吸着塔を加熱し、その内部の吸着剤の温度を上昇さ
せて再生能力を高める。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、空気中の窒素を吸着す
る吸着剤を収容した吸着塔内に空気を圧送して酸素富化
空気を生成する酸素富化空気生成装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】近年、室内の酸素濃度の低下を防いで居
住空間の快適性を維持するために、空気中の窒素を一部
除去して酸素富化空気を生成する酸素富化空気生成装置
(PSA)が開発されている。このものは、特開平2−
174913号公報に記載されているように、空気中の
窒素を吸着するゼオライト等の吸着剤を収容した吸着塔
を設け、この吸着塔内にコンプレッサにより空気を圧送
して空気中の窒素を吸着することで、酸素濃度を高めた
酸素富化空気を生成し、この酸素富化空気をパイプライ
ンを通して室内に送るようになっている。
【0003】この場合、吸着塔内の吸着剤は、窒素の吸
着量が増えるに従って、吸着能力が低下するので、酸素
富化運転中に、間欠的に再生モードの運転に切り替え、
吸着塔内の空気を排気して吸着剤に付着している窒素を
取り除いて吸着能力を再生させるようになっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、酸素富化運
転中には、窒素の他、空気中に含まれる二酸化炭素や水
分等、吸着性の強い成分も吸着塔内の吸着剤に吸着され
る。従って、吸着能力を十分に再生させるには、窒素と
共にこれら吸着性の強い成分も定期的に吸着剤から取り
除く必要がある。
【0005】このような成分を取り除くため、再生モー
ドの時間(再生時間)を長くすれば、吸着能力の回復度
合は良くなるが、再生時間が長くなれば、窒素を吸着す
る吸着時間が短くなって、酸素富化能力が低下しまうこ
とから、通常の使用では、再生時間は制限される。この
ため、酸素富化運転中に、間欠的に再生モードで運転し
ても、吸着性の強い成分(二酸化炭素や水分)が吸着剤
から十分に取り除かれずに徐々に蓄積されてしまう。こ
れにより、図8に示すように、運転時間の経過に伴って
吸着能力(酸素富化能力)が低下してしまい、運転時間
が例えば8時間程度になると、室内に供給する空気の酸
素濃度が快適レベルの下限値(例えば28%)以下に低
下してしまう欠点がある。この吸着能力の低下は、吸着
塔を大型化することで、ある程度補うことができるが、
吸着塔を大型化すれば、省スペース化・低コスト化の要
求に反する。
【0006】本発明は、このような事情を考慮してなさ
れたもので、その目的は、省スペース化・低コスト化の
要求を満たしつつ、吸着能力の再生を確実に行うことが
できて、高効率運転を可能にする酸素富化空気生成装置
を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の酸素富化空気生成装置は、空気中の窒素を
吸着する吸着剤を収容した吸着塔を設け、酸素富化運転
時に、前記吸着塔内に空気を圧送して空気中の窒素を吸
着する吸着モードと、前記吸着塔内の空気を排気して前
記吸着剤に付着している窒素を取り除く再生モードとを
所定のサイクル比で切り替えながら酸素富化空気を生成
するようにしたものにおいて、酸素富化運転時間を積算
する運転時間積算手段と、この運転時間積算手段により
積算した酸素富化運転時間が設定時間を越えた場合に、
その後の酸素富化運転停止中に、前記再生モードの運転
を所定時間実行させる制御手段とを備えた構成としたも
のである。
【0008】
【作用】酸素富化運転中は、酸素富化運転時間を運転時
間積算手段により積算し、積算した酸素富化運転時間が
設定時間を越えた場合に、制御手段は、その後の酸素富
化運転停止中に、再生モードの運転を所定時間実行さ
せ、その間に吸着能力を十分に再生させる。この再生モ
ードの運転は、酸素富化運転を中断して行うものではな
く、酸素富化運転停止中に行うものであるから、酸素富
化運転のサイクル比[サイクル比=吸着時間/(吸着時
間+再生時間)]を低下させずに済み、高効率運転が可
能となる。
【0009】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1乃至図7に基
づいて説明する。まず、図1に基づいて、装置全体の概
略構成を説明する。吸着モードでは、室内空気は、図1
に実線矢印で示すように、電磁弁EV1を通して真空ポ
ンプ11に吸入される。この真空ポンプ11から吐出さ
れる空気は、電磁弁EV2を通って吸着塔12内に流入
する。この吸着塔12内には、空気中の窒素を吸着する
ゼオライト等の吸着剤(図示せず)が収容されている。
この吸着塔12内で生成した酸素富化空気は、逆止弁1
3を介して室内に供給される。
【0010】一方、再生モード時には、吸着塔12内に
残留している空気を、図1に点線矢印で示すように、電
磁弁EV3→真空ポンプ11→電磁弁EV4の経路で室
外に排出して吸着塔12内を真空引きすることで、吸着
塔12内の吸着剤に吸着されている窒素,二酸化炭素,
水分等を取り除いて吸着能力を再生させる。
【0011】次に、図2に基づいて制御系の回路構成を
説明する。制御回路14は、例えばマイクロコンピュー
タを主体として構成され、運転スイッチ15のオンによ
り、酸素富化運転を開始して、真空ポンプ11の運転を
開始すると共に、電磁弁EV1,EV2と電磁弁EV
3,EV4とを所定のサイクル比で交互にオン/オフさ
せる(図3参照)。ここで、サイクル比は次の式で定義
される。 サイクル比=吸着時間/サイクルタイム サイクルタイム=吸着時間+再生時間 この実施例の運転条件は、サイクルタイムが30秒で、
サイクル比が0.53である。
【0012】酸素富化運転時には、吸着モードと再生モ
ードとが交互に切り替えられ、再生モードの時に、吸着
塔12内が真空引きされて、吸着塔12内の吸着剤に吸
着されている窒素が取り除かれる。しかし、吸着性の強
い物質(二酸化炭素や水分)は吸着剤から十分に取り除
かれずに徐々に蓄積されていくため、図4に示すよう
に、運転時間の経過に伴って吸着能力(酸素富化能力)
が低下してしまい、運転時間がTo (例えば8時間程
度)になると、室内に供給する空気の酸素濃度が快適レ
ベルの下限値(例えば28%)にまで低下してしまう。
そこで、この実施例では、後述するように酸素富化運転
時間が設定時間To (例えば8時間)を越えた場合に、
その後の酸素富化運転停止中に、再生モードの運転(以
下「再生運転」という)を所定時間実行させ、その間に
吸着能力を十分に再生させる。
【0013】更に、この実施例では、再生運転の効果を
高めるため、図5に示すように、吸着塔12を熱交換器
16内に収納すると共に、吸着塔12の外周に熱交換用
のフィン17を設け、再生運転時に、熱交換器16に通
じる高温空気流通パイプ19中の電磁弁18を開放し
て、例えば自動車のエンジンの排熱やヒートポンプの排
熱を熱交換器16内に導入することで、吸着塔12を加
熱してその内部の吸着剤の温度を上昇させ、再生能力を
高める。このような効果は、図6に示されたPTSAの
原理に基づくものである。
【0014】ところで、再生運転時に吸着塔12を加熱
しない通常のPSAでは、図6に示すように、再生運転
時に、吸着塔12内の圧力をP1 からP2 に低下させる
と、二酸化炭素の除去量がψ1 −ψ3 となるが、PTS
Aでは、再生運転時に吸着塔12を加熱してその内部の
吸着剤の温度をT1 からT2 に上昇させるため、PSA
の場合と同じスイング圧力(P1 →P2 )でも、二酸化
炭素や水分の除去を促進することができて、その除去量
がψ1 −ψ2 となり、PSAの場合よりも多くの二酸化
炭素や水分を効率良く除去することができる。
【0015】以上のような制御を行うため、制御回路1
4に内蔵されたROM(図示せず)には、図7に示す制
御プログラムが記憶されている。この制御プログラムを
実行することにより、制御回路14は、酸素富化運転時
間を積算する運転時間積算手段として機能すると共に、
この運転時間積算手段により積算した酸素富化運転時間
が設定時間To を越えた場合に、その後の酸素富化運転
停止中に、再生モードの運転を所定時間実行させる制御
手段としても機能する。以下、この制御回路14による
制御内容を図7のフローチャートに従って説明する。
【0016】まず、ステップ101で、運転スイッチ1
5がオンされたか否か、つまり、酸素富化運転が開始さ
れたか否かを判断し、「NO」であれば、運転スイッチ
15がオンされるまで待機する。この後、運転スイッチ
15がオンされると、ステップ102に移行し、制御回
路14に内蔵された水晶発振器(図示せず)から出力さ
れるクロック信号をカウントして酸素富化運転時間を積
算する。この後、ステップ103で、積算した酸素富化
運転時間が設定時間To に達したか否かを判断し、「N
O」であれば、ステップ102に戻って、上述した酸素
富化運転時間の積算処理を繰り返す。
【0017】この後、酸素富化運転時間が設定時間To
に達した時点で、ステップ104に移行し、運転スイッ
チ15がオフされたか否か、つまり、酸素富化運転が停
止されたか否かを判断し、「NO」であれば、運転スイ
ッチ15がオフされるまで待機する。この後、運転スイ
ッチ15がオフされて酸素富化運転が停止された時点
で、ステップ105に移行し、再生運転をPTSAモー
ドで所定時間行う。この再生運転時には、電磁弁18を
開放して、エンジンの排熱やヒートポンプの排熱を熱交
換器16内に導入することで、吸着塔12を加熱してそ
の内部の吸着剤の温度を上昇させ、再生能力を高める。
これにより、短時間の再生運転で、吸着能力を効率良く
再生させる。再生運転終了後、ステップ106に進ん
で、酸素富化運転時間の積算時間を“0”にクリアし、
ステップ101に戻って上述した処理を繰り返す。
【0018】以上説明した実施例によれば、酸素富化運
転停止中の時間を有効に利用して、酸素富化運転停止中
に再生運転を行うようにしたので、酸素富化運転停止中
に吸着能力の再生を確実に行うことができて、酸素富化
運転中の再生時間を長くする必要がなく、高サイクル比
・高効率運転を可能にすることができる。このため、吸
着塔12を大型化する必要がなく、省スペース化・低コ
スト化の要求も満たすことができる。
【0019】しかも、上記実施例では、酸素富化運転停
止中の再生運転時に、吸着塔12を加熱するようにした
ので、PTSAの効果で、再生能力を高めることができ
て、短時間の再生運転で、吸着能力を効率良く再生させ
ることができる利点もある。しかしながら、本発明は、
再生運転時に、吸着塔12を加熱しない構成としても良
く、この場合でも、再生運転の時間を長くすることで、
吸着能力を十分に再生することができる。
【0020】また、上記実施例では、再生運転時に吸着
塔12を加熱する熱源として、自動車のエンジンの排熱
やヒートポンプシステムの排熱を利用したが、吸着塔1
2に電気ヒータ等の専用の加熱手段を設け、この加熱手
段により吸着塔12を加熱するようにしても良い。ま
た、上記実施例では、酸素富化運転時間を制御回路14
(マイクロコンピュータ)により積算するようにした
が、酸素富化運転時間を積算する専用のハードタイマを
設けるようにしても良い。
【0021】その他、本発明は、上記実施例に限定され
るものではなく、例えば、再生運転を実行するか否かの
判断基準となる酸素富化運転時間(設定時間To )を、
吸着塔12のサイズや使用方法等に応じて適宜変更した
り、サイクルタイムやサイクル比を変更しても良く、ま
た、自動車の空調システムに限らず、それ以外の室内の
空調システムに適用しても良い等、要旨を逸脱しない範
囲内で種々変更して実施できることは言うまでもない。
【0022】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、酸素富化運転停止中の時間を有効に利用し
て、酸素富化運転停止中に再生運転を行うようにしたの
で、酸素富化運転停止中に吸着能力の再生を確実に行う
ことができて、酸素富化運転中の再生時間を長くする必
要がなく、高サイクル比・高効率運転を可能にすると共
に、吸着塔を大型化する必要がなく、省スペース化・低
コスト化の要求も満たすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示すシステム構成図
【図2】制御系の回路構成を示すブロック図
【図3】運転時の各部の動作内容を示すタイムチャート
【図4】室内に供給する空気中の酸素濃度の経時的変化
を示す図
【図5】吸着塔周辺部分の破断正面図
【図6】PTSAの原理を説明する図
【図7】制御内容を示すフローチャート
【図8】従来装置を使用した場合の空気中の酸素濃度の
経時的変化を示す図
【符号の説明】
11…真空ポンプ、12…吸着塔、13…逆止弁、14
…制御回路(制御手段,運転時間積算手段)、15…運
転スイッチ、16…熱交換器、18及びEV1〜EV4
…電磁弁。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 空気中の窒素を吸着する吸着剤を収容し
    た吸着塔を設け、酸素富化運転時に、前記吸着塔内に空
    気を圧送して空気中の窒素を吸着する吸着モードと、前
    記吸着塔内の空気を排気して前記吸着剤に付着している
    窒素を取り除く再生モードとを所定のサイクル比で切り
    替えながら酸素富化空気を生成するようにした酸素富化
    空気生成装置において、 酸素富化運転時間を積算する運転時間積算手段と、 この運転時間積算手段により積算した酸素富化運転時間
    が設定時間を越えた場合に、その後の酸素富化運転停止
    中に、前記再生モードの運転を所定時間実行させる制御
    手段と、 を備えたことを特徴とする酸素富化空気生成装置。
JP5276670A 1993-11-05 1993-11-05 酸素富化空気生成装置 Pending JPH07124434A (ja)

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