JPH07289640A

JPH07289640A - ガス濃縮精製装置

Info

Publication number: JPH07289640A
Application number: JP8708794A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Sato; 重雄佐藤; Kazukiyo Takano; 和潔高野; Koichi Tsuchiya; 浩一土屋; Noboru Sato; 暢佐藤
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd; Sanyo Electronic Industries Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd; Sanyo Electronic Industries Co Ltd
Priority date: 1994-04-26
Filing date: 1994-04-26
Publication date: 1995-11-07

Abstract

(57)【要約】【構成】少なくとも１個の吸着床２４、圧縮空気を供
給するポンプ手段１２、バッファタンク２８、バッファ
タンクからの製品ガスの排出を制御する排出機構、それ
らを結ぶガス配管と弁Ｖ₁₁〜Ｖ₁₄、及び弁の開閉を制御
する制御手段からなり、圧力変動吸着法によるガス濃縮
精製装置において、運転スイッチをオフにした時は、吸
着剤を再生する終末再生時相を行った後、吸着床の入口
側とバッファタンクの出口側の弁をそれぞれ閉じると共
に、装置の運転を停止し、運転を停止している期間中
は、吸着床とバッファタンクとを含む前記２つの弁の間
は外気圧より高い圧力の製品ガスを充填した状態で気密
に保持されるように構成した。【効果】吸着床が脱着再生されて、大気圧より高い圧
力の製品ガスで満たされ気密保持されているので、機能
の劣化が起こらず、長期間運転を停止した後で運転を再
開しても、直ちに初期の機能を発揮できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、比較的小型で電源を切
ったり、切り放したりする機会のある、主として一般の
人が誰でも運転操作しやすい、圧力変動吸着法によるガ
ス濃縮精製装置、とりわけ在宅酸素吸入療法用酸素濃縮
装置の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の圧力変動吸着法によるガス濃縮精
製装置では、任意に電源スイッチを切ると、ほぼ直ちに
運転が停止する。その時相がたまたま新しく外気が導入
された時相であると、大気中の水分や目的以外の吸着さ
れ易いガスが、長時間にわたって吸着剤の深部まで吸着
され、さらに吸着床の気密が悪い状態で長く放置される
と、湿気を含んだ外気が次第に吸着床内に拡散浸潤して
吸着され、吸着剤の性能劣化を一層促して、運転再開始
時に装置の性能が十分に回復する迄に時間がかかること
があった。特に、ゼオライト等の吸着剤に長期間にわた
って水分等が吸着された状態で放置されると、脱着が困
難となり、吸着性能の劣化をもたらす性質を持ってい
る。極端な場合には、吸着床の乾燥、再活性化には専門
的な装置や手段を要することや、吸着剤や吸着床の交換
を必要とすることとなる。

【０００３】とくに、医療用の小型の酸素濃縮装置で
は、個人の家庭や自動車の中で使用することが多く、ま
た電源コードを引き抜いて移動させることもあり、長く
使用しないまま放置して、数ヶ月してからまた必要にな
って再使用する時に、知らぬ間に機能劣化が起きている
ようなことも多かった。そして特に医療用においては、
再使用開始時に高い酸素濃度のガスを産出する性能が安
定した立上りの早いことが強く要望されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、主として医
療用や健康用に使用する酸素濃縮装置を中心に、比較的
小型の易移動性の圧力変動吸着法によるガス濃縮精製装
置の非使用期間中に、大気中の水分が、吸着材を充填し
た吸着床の性能を自然に劣化し、そのために運転再開時
の高機能が確保できず、所期の効果を上げられないと言
う事態を予め防止し、何時運転を停止、再開しても、ま
た非使用期間中に電源から切り放しても、機能上の劣化
が起こらずに、再使用時に直ちに所期の機能が発揮でき
るガス濃縮精製装置を提供しようとするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】即ち本発明は、大気中の
水分及び窒素ガスを選択的に吸着する吸着剤を充填した
少なくとも１個の吸着床、該吸着床に圧縮空気を供給す
るための電動機により駆動されるポンプ手段、吸着床を
通過して酸素富化された製品ガスを貯えるためのバッフ
ァタンク、該バッファタンクからの製品ガスの排出を制
御するための排出機構、それらを結ぶガス配管、該ガス
配管に付設されガスの流路を開閉するための弁手段、及
び該弁手段の開閉を制御する制御手段からなり、加圧工
程と減圧工程とを繰り返す圧力変動吸着法によるガス濃
縮精製装置において、前記装置の運転スイッチをオフ状
態に切り替えた時は、吸着床内に吸着された水分及び窒
素ガスを脱着パージして吸着剤を再生する終末再生時相
を終了した後、吸着床の入口側配管とバッファタンクの
出口側配管の弁手段をそれぞれ閉塞すると共に、当該装
置の運転を停止し、運転スイッチがオフ状態にある期間
中は、吸着床とバッファタンクとを含む前記２つの弁手
段間は外気圧より高い圧力の製品ガスが充填された状態
で気密に保持されるように構成したことを特徴とするガ
ス濃縮精製装置である。

【０００６】運転スイッチをＯＦＦにして停止指示が出
されると、製品ガスの供給は不用となるので、製品ガス
の排出機構は即時閉塞しても良いが、吸着床が複数ある
場合には、運転停止の指示があったとき、さまざまな動
作サイクルの途上であることが考えられる。従って、吸
着床に終末再生時相を実施し、一定の状態にして、バッ
ファタンク内の露点が約−７０℃である製品ガスを吸着
床及び配管内に満たし、外気圧よりガス圧の高い状態に
して気密保持することにより、装置停止時における吸着
剤の性能保持のために、多湿な外気の浸入を防ぎ、次の
運転再開時に良好な状態で運転が再開され、酸素濃度の
立上りが良好に保たれることが保証されるようにする。

【０００７】尚、気密保持する各々の閉塞手段は、吸着
床へ圧縮空気を導入する配管側では、吸着床へ導入する
弁手段と減圧排気するための弁手段とを用いて、ポンプ
手段側と外気との閉塞を行ない、一方はバッファタンク
の排出機構を用いて閉塞する。また、この閉塞は、主電
源を切り放した状態でも閉塞状態を維持すべく、例えば
電磁弁のノーマル・クローズ側を用いてこれを行う。こ
のようにすれば、電源から切り放したまま持運んで次に
使用する時でも、主電源に接続して運転スイッチをオン
にすれば運転が良好な状態で再開できる。

【０００８】終末再生時相は、加圧空気の導入された吸
着床の再生を行う時相であり、次の〜の実施例のよ
うに、吸着床の数と、真空再生法か常圧再生法かによっ
て、その制御の方法は多少変わるが、吸着床を再生する
という意味においては同じである。

【０００９】

【実施例】通常、医療用酸素濃縮装置では、次の形式の
ものが主に用いられる。本発明においても、これらの３
つの方式について検討を試みたので、それぞれについて
次に説明する。１床式真空再生式酸素濃縮装置２床式真空再生式酸素濃縮装置２床式常圧再生式酸素濃縮装置

【００１０】［実施例］１床式真空再生式酸素濃縮
装置図１（ａ）の如く、１つの吸着床２４に、２つの弁
Ｖ₁₁、Ｖ₁₂を介してポンプ手段１２を接続し、図１
（ｂ）に示すように、２つの弁を切替えてポンプ手段１
２への接続を変えることにより、加圧吸着と真空再生の
時相を交互に行ないながら、間歇的に酸素を濃縮する方
法であるが、製品ガス（濃縮酸素）をバッファタンク２
８にためておき、終末再生時相には、このバッファタン
ク２８内の製品ガスを逆流させて消費しながら、陰圧下
で脱着を進める方法である。

【００１１】運転スイッチからの停止指示は、１つしか
ない吸着床２４の加圧時相の途中であったり、真空再生
時相の途中であったり、任意にどのような時相でも起こ
りうる。終末再生時相とは、システムの全ての吸着床の
再生を終えることを目的とするのであるから、運転スイ
ッチからの停止指示があったとき、バッファタンク２８
の排出機構（弁Ｖ₁₄）は即時に閉じられるが、時相が、 (１)加圧の途中にある場合は、加圧の終了から終末再生
時相に入る。これは通常の再生時相と変わることがな
い。 (２)真空再生時相の途中にある場合は、これが終末再生
時相の役割を果たしていることから、その終末再生時相
を終わる。

【００１２】かくして終末再生時相が終わると、バッフ
ァタンク２８と吸着床２４の間の弁Ｖ₁₃を開とし、加圧
空気を流入及び流出させる弁Ｖ₁₁、Ｖ₁₂を閉として、製
品ガスを吸着床と配管内に満たす逆充填時相を行った
後、ポンプ手段１２が停止し、各々の閉塞機構が閉鎖さ
れる。この状態で気密保持するが、バッファタンク２８
内の製品ガスは、吸着床２４内に戻し入れてもまだ、バ
ッファタンク及び吸着床内の圧力が大気圧よりも高い状
態になるような容量を有するように構成する。尚、弁Ｖ
₁₁〜Ｖ₁₄としては、いずれも電磁弁を用いた。

【００１３】［実施例］２床式真空再生式酸素濃縮
装置図２（ａ）に示す如く、２本の吸着床Ａ、Ｂ（２５、２
６）の入口側には、加圧ポンプＰ_Pより空気を分配する
弁Ｖ₂₁、Ｖ₂₂と、真空ポンプＰ_Vによって減圧にするた
めの弁Ｖ₂₃、Ｖ₂₄を介して、ポンプ手段１２が接続さ
れ、各吸着床の出口側はそれぞれ弁Ｖ₂₅、Ｖ₂₆を介し
て、バッファタンク２８に接続されている。

【００１４】ここでは、加圧ポンプＰ_pと真空ポンプＰ_v
は１つのモータで駆動されるものを用いたが、それぞれ
独立した別のモータで駆動するように構成してもよい。
そして弁類は、図２（ｂ）に動作シーケンスを示してあ
る如く動作し、２つの吸着床Ａ、Ｂに加圧時相と真空時
相が交互に加わり、連続して酸素を濃縮する。

【００１５】この方法では、運転スイッチが押されて停
止指示があったときは、そのほとんどがどちらかの吸着
床が加圧時相にある。いま吸着床Ａ２５が加圧時相の途
中にあるときに停止指示がなされたとすると、排出機構
の弁Ｖ₂₈は直ちに閉じられるが、吸着床Ａの加圧時相
は、それが終了するまでそのまま継続される。一方その
時、吸着床Ｂ２６は真空再生の時相の途中にあり、吸着
床Ａ２５の加圧時相が終了する時点で、吸着床Ｂ２６の
再生時相も終了する。吸着床Ａ２５はこの時点で終末再
生時相に入るが、このとき吸着床Ｂ２６は再生を完了し
ているので、吸着床Ａ２５のみ再生すれば全ての吸着床
が再生完了することになる。

【００１６】吸着床Ａの加圧時相が終わった時点で加圧
ポンプＰ_pの働きを止めるが、その方法としては、加圧
ポンプＰ_pの吸入フィルタ１０側の弁Ｖ₂₇ を閉じる。こ
れにより加圧ポンプＰ_pに空気が入らなくなるので、そ
の出口に空気が出なくなり、駆動モーターの負荷も軽く
なる。そして、吸着床Ａ２５の入口側の弁Ｖ₁₁を閉じ、
出口側の弁Ｖ₂₅、Ｖ₂₆ も閉のままとして、真空ポンプ
Ｐv側は弁Ｖ₂₄を閉じ、弁Ｖ₂₃を開いて、吸着床Ａ２５
より排気し、終末真空再生時相を実行する。

【００１７】この時相が終了した所でポンプ手段１２を
停止し、吸着床の入口側の弁Ｖ₂₁〜Ｖ₂₄を閉じて気密保
持した後、出口側の弁Ｖ₂₅、Ｖ₂₆を開いて、バッファタ
ンク２８内の製品ガスを吸着床に逆流させて満たす逆充
填時相を行う。このとき製品ガスの量は、バッファタン
ク及び吸着床内の圧力が大気圧よりも高い状態になるよ
うにバッファタンク容量を決めておくものとする。尚、
連続運転により酸素の濃縮を行っている、２つの吸着床
の加圧・減圧の切替えの途中に、吸着床を相互に接続し
て均圧化する時相を含むものであっても良いが、終末再
生時相には行われない。また、弁Ｖ₂₁〜Ｖ₂₈としては、
いずれも電磁弁を用いた。

【００１８】［実施例］２床式常圧再生式酸素濃縮
装置図３（ａ）に示す如く、２本の吸着床２５、２６（Ａ、
Ｂ）の入口側は、それぞれ弁Ｖ₂₁、Ｖ₂₂を介してポンプ
手段１２を接続すると共に、弁Ｖ₂₃、Ｖ₂₄からサイレン
サ１４を経て排気できる構成の配管接続とした。また、
両吸着床の出口側は、それぞれ弁Ｖ₂₅、Ｖ₂₆を介してバ
ッファタンク２８に接続すると共に、オリフィス２９を
介して直接接続されている。

【００１９】この方法では、連続運転中で弁Ｖ₂₁、
Ｖ₂₄、Ｖ₂₅が開のときは、吸着床Ａ２５が加圧時相で、
吸着床Ｂ２６は再生時相にある。即ち、吸着床Ａ２５で
生成した酸素は、弁Ｖ₂₅を通して製品ガスとしてバッフ
ァタンク２８に入ると共に、オリフィス９を通してパー
ジガスとして吸着床Ｂ２６へ流れ、さらに弁Ｖ₂₄を介し
て大気圧に開放されて吸着床Ｂ２６の再生を促進させ
る。このようにして、吸着床Ａ、Ｂ（２５、２６）交互
に、加圧時相と再生時相が繰返されて酸素が濃縮され
る。

【００２０】ここで運転スイッチをＯＦＦにして停止が
指示されると、図３（ｂ）に示すように、排出機構の弁
Ｖ₂₈は直ちに閉じられるが、加圧時相にある吸着床の加
圧は継続される。これを今、吸着床Ａ２５と仮定する
と、吸着床Ｂ２６は大気圧に開放、減圧して再生時相の
途中であり、吸着床Ａ２５が加圧時相を終了すると同時
に、再生の完了となる。

【００２１】この後、吸着床Ａ２５が終末再生時相に入
る。すなわち常圧（大気圧）再生法では、この終末再生
時相や逆充填時相においては、加圧ポンプとしてのポン
プ手段１２は必要としないので、弁Ｖ₂₁、Ｖ₂₂を閉じ、
ポンプ手段１２の運転を停止する。吸着床Ａ２５の出口
側の弁Ｖ₂₅を閉じ、弁Ｖ₂₆を開とする。そして弁Ｖ₂₄は
吸着床Ｂ２６が再生を完了しているので閉のままとし、
バッファタンク２８より弁Ｖ₂₆を通して製品ガスが逆流
して、吸着床Ｂ２６に満たされる。同時に、オリフィス
９を通して適量のパージガスが吸着床Ａ２５に流れて、
脱着再生が促進される。

【００２２】終末再生時相と、弁Ｖ₂₅、Ｖ₂₆を一定時間
開として逆充填時相が終了すると、弁Ｖ₂₃ 閉じ、弁Ｖ
₂₅を開く。弁Ｖ₂₁〜Ｖ₂₄の全てと弁Ｖ₂₈が閉じているの
で、２つの吸着床Ａ、Ｂ（２５、２６）とバッファタン
ク２８内が気密保に持される。このときの内圧が外気圧
より高く保持できるように、バッファタンク２８の容量
を決定するのは、実施例、と同様であり、また、弁
Ｖ₂₁〜Ｖ₂₈としては、いずれも電磁弁を用いた。尚、こ
れ等の弁の気密保持は、ノーマルクローズ側を用いて弁
の電気又は空圧の弁の駆動を断としても閉の状態を維持
する構成とした。

【００２３】

【発明の効果】吸着床が、終末再生時相により脱着再生
されており、全ての吸着床及び配管が大気圧より高い圧
力の製品ガスで満たされ、気密保持されているので、多
湿の外気の浸入がなく、長期間にわたって運転停止して
も吸着剤の性能劣化はない。また、気密保持のための弁
はノーマルクローズ型であるため、電源を切り放しても
気密状態を維持できるので、移動・携帯型としても問題
はない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例となる１床式真空再生式酸素
濃縮装置の構成を示す図で、(ａ)は電源及び制御系を省
略した系統図、(ｂ)はこの構成における動作を説明する
タイムチャートである。

【図２】本発明の他の実施例である２床式真空再生式酸
素濃縮装置の構成を示す図で、(ａ)は電源及び制御系を
省略した系統図、(ｂ)はこの構成における動作を説明す
るタイムチャートである。

【図３】本発明の他の実施例である２床式常圧再生式酸
素濃縮装置の構成を示す図で、(ａ)は電源及び制御系を
省略した系統図、(ｂ)はこの構成における動作を説明す
るタイムチャートである。

【符号の説明】

９オリフィス１０吸入フィルタ１２ポンプ手段１４サイレンサ２４吸着床２５吸着床Ａ２６吸着床Ｂ２８バッファタンクＰp 加圧ポンプＰv 真空ポンプＶ₁₁〜Ｖ₁₄、Ｖ₂₁〜Ｖ₂₈ 弁

フロントページの続き (72)発明者土屋浩一東京都千代田区内幸町１丁目２番２号住友ベークライト株式会社内 (72)発明者佐藤暢鳥取県米子市旗ケ崎７−17−８

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】大気中の水分及び窒素ガスを選択的に吸
着する吸着剤を充填した少なくとも１個の吸着床、該吸
着床に圧縮空気を供給するための電動機により駆動され
るポンプ手段、吸着床を通過して酸素富化された製品ガ
スを貯えるためのバッファタンク、該バッファタンクか
らの製品ガスの排出を制御するための排出機構、それら
を結ぶガス配管、該ガス配管に付設されガスの流路を開
閉するための弁手段、及び該弁手段の開閉を制御する制
御手段からなり、加圧工程と減圧工程とを繰り返す圧力
変動吸着法によるガス濃縮精製装置において、前記装置
の運転スイッチをオフ状態に切り替えた時は、吸着床内
に吸着された水分及び窒素ガスを脱着パージして吸着剤
を再生する終末再生時相を終了した後、吸着床の入口側
配管とバッファタンクの出口側配管の弁手段をそれぞれ
閉塞すると共に、当該装置の運転を停止し、運転スイッ
チがオフ状態にある期間中は、吸着床とバッファタンク
とを含む前記２つの弁手段間は外気圧より高い圧力の製
品ガスが充填された状態で気密に保持されるように構成
したことを特徴とするガス濃縮精製装置。
【請求項２】前記運転スイッチをオフ状態にした時の
気密状態が、主電源を切り離した時にも保持され、次に
主電源に接続して運転スイッチをオン状態に切り替えた
時、ほぼ同一の気密状態から直ちに運転を再開出来る機
構を備えたことを特徴とする、請求項(１)記載のガス濃
縮精製装置。