JPH08281043A - 車両用圧力スイング式酸素濃縮装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 車両に容易に装着でき、かつ、作動効率の高
い車両用圧力スイング式酸素濃縮装置を提供する。 【構成】 吸着剤１を充填した吸着筒２−Ａ，２−Ｂ
と、これに対する圧縮空気等の流れを切り換える四方電
磁弁３と、制御装置７をもつ圧力スイング式酸素濃縮装
置が車両に搭載される。この圧力スイング式酸素濃縮装
置の製品である濃縮酸素ガスの原料として、エアブレー
キ等の圧縮空気利用装置７０のため車両に装備されてい
る空気圧縮装置６０から圧縮空気の供給を受けるよう加
圧管１５が設けられている。また、加圧管１５を構成す
る加圧管部分１５−アと１５−イの間には絞り９０が設
けられ、吸着行程が始まったばかりの吸着筒と空気圧縮
装置６０との間の圧力差が大きい状態で吸着筒に過剰の
空気が流れないようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、人命救助用の酸素供給
装置や、活漁運搬車における水槽への酸素供給装置等の
ように酸素供給装置を必要とする車両用の圧力スイング
式酸素濃縮装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】空気中から酸素ガスを濃縮して取り出す
圧力スイング式酸素濃縮装置と呼ばれる装置が知られて
いる。この圧力スイング式酸素濃縮装置は、空気中の窒
素を主として吸着する吸着剤を使用した装置で、この吸
着剤がほぼ窒素の分圧に比例して窒素を吸着する性質を
利用して酸素を濃縮する装置である。

【０００３】その原理的な動作は次のようなものであ
る。前記したように窒素を主として吸着する吸着剤を充
填した吸着筒を使用し、先ず吸着筒の一端から加圧空気
を供給することにより吸着筒内の圧力を所定の圧力に
し、一方、他端から吸着剤を通過したガスを（吸着筒内
の圧力を維持しながら）取出す。このとき吸着剤を通過
する加圧空気中の窒素が吸着剤に吸着され出口側から酸
素が濃縮されたガスを取り出せることとなる（吸着行
程）。

【０００４】次いで、最初に加圧空気を供給した端から
吸着筒内のガスを大気中に放出すると、減圧に伴って吸
着剤粒子の周囲のガスの窒素分圧が低下するため吸着剤
は吸着していた窒素を脱着する。このとき吸着筒内部の
吸着剤粒子周囲のガスは脱着された窒素のために空気よ
りも窒素比率が高くなる。次いで、先に捕集した濃縮酸
素ガスの一部を濃縮酸素ガスを取出した端から吸着筒内
圧力をほぼ大気圧に保って吸着筒内に流す（即ち逆流す
る）ことによって吸着剤から窒素を十分に脱着させるこ
とができる（脱着行程）。

【０００５】上記の吸着行程、脱着行程を交互にくり返
すことによって（従ってこのとき吸着筒内の圧力を加圧
状態と大気圧状態にスイングすることによって）、濃縮
された酸素ガスを取り出すことができる。

【０００６】一方、救急車、消防車の人命救助用や活漁
運搬車の活漁水槽用として、あるいは長距離輸送車両の
運転者の疲労軽減やリフレッシュメント用として酸素供
給装置を必要とする車両がある。従来、車両に圧力スイ
ング式酸素濃縮装置を装着する例は少ないが、図２に車
両に装着される比較的小型の圧力スイング式酸素濃縮装
置の例を示す。

【０００７】この酸素濃縮装置は、吸着剤１が充填され
た２本の吸着筒２−Ａ，２−Ｂと、各々の吸着筒の一端
と連通する管路１１−Ａ，１１−Ｂでそれぞれそのポー
トＡとポートＢと連接された四方電磁弁３と、各々の吸
着筒２−Ａ，2 −Ｂの他端と連通する各々の管路１２−
Ａ，１２−Ｂで連通された絞り４−Ａ，４−Ｂと、これ
らの絞り４−Ａ，４−Ｂの他端とそれぞれ連通する集合
管１３に連通された絞り５と、絞り５の他端に連通する
（濃縮酸素を必要な場所まで送るための）製品取出管１
４とから成る吸着ユニットを有している。

【０００８】また、加圧管１５で四方電磁弁３のポート
Ｐと連通されたコンプレッサ６と、四方電磁弁３のポー
トＲと連通する排気管１６と、四方電磁弁３のコイル３
−ａ，３−ｂに配線２１−ａ，２１−ｂで接続された制
御装置７とを有している。なお、コンプレッサ６、制御
装置７へは図示しない車両のバッテリから配線２２、ス
イッチ８、配線２３，２４を介して電力が供給されるよ
うになっている。

【０００９】次に、以上のように構成された圧力スイン
グ式酸素濃縮装置の作動を説明する。スイッチ８をＯＮ
にすると、コンプレッサ６、制御器７が始動する。制御
器７が始動すると制御器７はおよそ１０秒毎に、互いに
等しい時間だけ四方電磁弁３のコイル３−ａ，３−ｂを
交互に励磁する。図３の（ａ）図及び（ｂ）図は、それ
ぞれ、コイル３−ａ、及び３−ｂが励磁されているとき
の電磁弁３の状態を示している。

【００１０】図２に示した装置において、電磁弁３が図
３の（ａ）図のようにセットされているとき、コンプレ
ッサ６で加圧された空気は加圧管１５、四方電磁弁３を
介して吸着筒２−Ａを加圧する。このとき吸着筒２−Ａ
内の吸着剤１が窒素を吸着し、絞り４−Ａを通過して酸
素富化空気が集合管１３へ流出する。

【００１１】集合管１３内の酸素富化空気は絞り５と絞
り４−Ｂの開口面積の比にほぼ等しい比率で（このとき
吸着筒２−Ｂはほぼ大気圧である）それぞれ製品取出管
１４と吸着筒２−Ｂへ流出する。酸素富化空気は製品取
出管１４を介してこれを必要とする箇所に送られる。

【００１２】一方、ほぼ大気圧状態の吸着筒２−Ｂに流
入した酸素富化空気は吸着筒２−Ｂ内の窒素分圧を低下
させることにより吸着筒２−Ｂ内の吸着剤１に吸着され
ていた窒素の脱着を促進させ、いわゆる逆洗を行うこと
となる。逆洗された窒素を多く含むガスは電磁弁３のポ
ートＢ，ポートＲを通り、排気管１６を介して大気中に
排気されることとなる。

【００１３】このような流れの状態は、吸着筒２−Ａの
吸着剤１が窒素を十分吸着するまで（約１０秒程度）維
持され、次いで制御器７が四方電磁弁３のコイル３−ｂ
を励磁することにより電磁弁３が図３の（ｂ）図のよう
に切替わり、吸着筒２−Ａ，２−Ｂの吸着、脱着行程が
入れ替ることとなる。

【００１４】なお、四方電磁弁３のコイル３−ｂが図３
の（ｂ）図のように励磁された直後には、加圧されてい
た吸着筒２−Ａの内部のガスは四方電磁弁３と排気管１
６を介してかなり急速に排気され吸着剤１に吸着されて
いた窒素はこの減圧効果により減圧脱着される。次いで
前記の逆洗が行なわれ脱着行程が進行していく。一方、
このとき吸着筒２−Ｂはコンプレッサ６が供給する空気
の質量流量に従って昇圧し吸着行程が進行していく。こ
のようにして、電磁弁３のコイル３−ａ，３−ｂを交互
に励磁することによって製品取出管１４からほぼ連続的
に酸素富化空気を取り出すことができる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したような従
来の圧力スイング方式の酸素濃縮装置を車両に装着する
場合、車両の限られた寸法、消費電力、コストなどの面
で制約を受け、所要の酸素供給容量をもつ酸素濃縮装置
を装着させるのが困難である。

【００１６】そこで本発明者らは、車両に容易に装着で
き、かつ、作動効率の高い車両用圧力スイング式酸素濃
縮装置を提供するため、圧力スイング式酸素濃縮装置が
本来自身で装備すべきコンプレッサを省き、車両がエア
ブレーキ等のために装備している空気圧縮装置のエアタ
ンク等に圧力スイング式酸素濃縮装置を管路で連通さ
せ、車両の空気圧縮装置から加圧空気を圧力スイング式
酸素濃縮装置の吸着筒に供給できるようにした車両用圧
力スイング式酸素濃縮装置を発明した。

【００１７】しかしながら、このように構成した装置に
おいては、車両に装備されている大容量の空気圧縮装置
から、圧力スイング式酸素濃縮装置が必要とする空気流
量に比べて過剰の空気が圧力スイング式酸素濃縮装置に
流れる。

【００１８】すなわち、脱着行程を終了し、吸着行程が
始まったばかりの未だ圧力が大気圧程度の吸着筒に対し
加圧管を介して車両の空気圧縮装置から流入する空気の
流量は、空気圧縮装置と前述の吸着筒の圧力差が大きい
ために過剰となる。従って、吸着剤が窒素を吸着する時
間（又は吸着速度）に比べて短い時間で（または速い速
度で）加圧空気が吸着筒内を通過することとなり、十分
に酸素が濃縮されないガスが製品ガスとして取り出され
る不具合を生じる。

【００１９】ところでこのような不具合は、吸着筒の内
部の圧力が車両の空気圧縮装置の圧力近くまで上昇する
と供給される加圧空気の流量が自動的に低下することで
解消されるため（全吸着行程を通して考えると）致命的
な不具合ではない。しかし無視できない濃縮酸素の濃度
低下（又は酸素濃縮効率の低下）を引き起こす。

【００２０】本発明は、このような問題点を解消し、車
両に容易に装着でき、作動効率が高いと共に、高い酸素
濃縮効率を維持可能な車両用圧力スイング式酸素濃縮装
置を提供することを課題としている。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記した課題
を解決するため、エアブレーキ等のための空気圧縮装置
を持つ車両に装備され、製品である濃縮酸素ガスの原料
として前記空気圧縮装置から圧縮空気の供給を受ける管
路を有しそれ自体の空気圧縮装置を持たない車両用圧力
スイング式酸素濃縮装置に構成すると共に、前記空気圧
縮装置から吸着筒に圧縮空気を供給する圧縮空気供給系
統に絞りを設けた構成とする。

【００２２】この絞りは前記管路の途中、空気圧縮装置
と管路の間、または、吸着筒へのガス流れを切り替える
四方電磁弁と管路の間等に設けてよい。また、この絞り
は、四方電磁弁の内部におけるガス流路の開口面積を絞
るように構成してもよい。

【００２３】本発明の装置に設ける絞りは、開口面積が
吸着筒の濃縮酸素取出し側に設置されている絞り（図２
の絞り４−Ａ、４−Ｂ）の開口面積の数倍から数十倍程
度のものとするのが好ましい。

【００２４】

【作用】本発明では、酸素濃縮装置の寸法を小型にする
ために、前記したように車両が装備している空気圧縮装
置を圧力スイング式酸素濃縮装置に管路で連結し、その
酸素濃縮装置の原料空気源として使用する。これによっ
て、吸着筒に充填されている吸着剤を利用して行なわれ
る酸素濃縮作用は基本的には従来のものと変わらない。

【００２５】このように、本発明では、圧力スイング式
空気濃縮装置を車両に装着する上で自身が持つべきコン
プレッサを省いているので、圧力スイング式空気濃縮装
置の寸法、重量が大幅に小さくなる。従って、車両に容
易に装着でき、製品のコストも大幅に安くなる。

【００２６】そして、本発明による圧力スイング式酸素
濃縮装置では、空気圧縮装置から吸着筒に圧縮空気を供
給する圧縮空気供給系統に絞りが設けられているので、
空気圧縮装置と、吸着行程が始まったばかりの圧力が大
気圧程度の吸着筒との間の圧力差が大きい状態におい
て、空気圧縮装置から吸着筒に流入する加圧空気の流量
を前述の不具合が問題とならない程度にすることができ
る。

【００２７】なお、圧縮空気供給系統に設けた絞りは、
吸着行程の期間の大半を占める、吸着筒の圧力が空気圧
縮装置の圧力に近づいた状態においても空気圧縮装置か
ら吸着筒へ流入する加圧空気の流量を制限し、かつ、空
気圧縮装置と吸着筒の間に圧力差を生じさせているので
あるが、本来、吸着筒の圧力が空気圧縮装置の圧力にま
で達しないことは、吸着剤が吸着する窒素量を減少させ
るため好ましいことではない。

【００２８】この意味で、圧縮空気供給系統に設けた絞
りは開口面積が小さすぎても好ましくない。このため圧
縮空気供給系統に設けた絞りの開口面積は吸着筒の濃縮
酸素取出し側で吸着筒の直近の絞りの開口面積の数倍乃
至数十倍程度の寸法を選択することは、上記２つの問題
を解決することができる上で好ましい。

【００２９】

【実施例】以下、本発明による車両用圧力スイング式酸
素濃縮装置について図１に示した実施例に基づいて具体
的に説明する。なお、図１に示す実施例において、図２
に示した従来の装置と同じ構成の部分には説明を簡潔に
するため同じ符号を付してある。

【００３０】図１に示す装置において、図２に示した装
置と異る点は、図２に示した装置では圧力スイング式酸
素濃縮装置に圧縮空気を供給するそれ自体のコンプレッ
サ６を備えているのに対し、そのような専用のコンプレ
ッサを備えていないことである。

【００３１】図１の装置では、エアブレーキ等、車両に
おいて圧縮空気を使う圧縮空気利用装置７０のための空
気圧縮装置６０のエアタンク６０−アに加圧管１５を連
結し、加圧管１５の他端を四方電磁弁３のポートＰに連
通している。なお、エアタンク６０−アに代えてエアタ
ンク６０−アと圧力空気利用装置７０とを連通する管路
８０に加圧管１５を連通してもよい。

【００３２】加圧管１５は、空気圧縮装置６０側の加圧
管部分１５−アと、四方電磁弁３側の加圧管部分１５−
イに分割されており、両加圧管部分１５−アと１５−イ
の連接部にこれらを連通するように絞り９０が設けられ
ている。絞り９０の開口面積は、絞り４−Ａ，４−Ｂの
開口面積の数倍ないし数十倍としてある。

【００３３】その他、図１に示した装置は、図２に示し
た構成におけるコンプレッサ６に電源を供給する配線２
４を除いた他は、図２に示したものと同じであり、四方
電磁弁３の作動等は図３で説明したと同様である。

【００３４】本実施例による圧力スイング式酸素濃縮装
置ではエアブレーキ等のため車両に装備された空気圧縮
装置６０から圧縮空気の供給を受けるように構成されて
いてそれ自体の空気圧縮装置を持たないので車両に容易
に装着でき、かつ、作動効率の高い車両用圧力スイング
式酸素濃縮装置となっている。

【００３５】そして本装置では、前記空気圧縮装置６０
と四方電磁弁３のポートＰとを連通する加圧管部分１５
−アと１５−イの連接部に絞り９０が設けられているの
で、空気圧縮装置６０と、吸着行程が始まったばかりの
圧力が大気圧程度の吸着筒との間の圧力差が大きい状態
において、空気圧縮装置６０から吸着筒に流入する加圧
空気の流量を前述の不具合が問題とならない程度にする
ことができる。

【００３６】以上、本発明を図示した実施例に基づいて
具体的に説明したが、本発明がこれらの実施例に限定さ
れず特許請求の範囲に示す本発明の範囲内で、その具体
的構造に種々の変更を加えてよいことはいうまでもな
い。

【００３７】例えば、上記実施例では絞り９０を加圧管
１５の途中に設けているが、この絞りを空気圧縮装置６
０と加圧管１５の間、または、加圧管１５と四方電磁弁
３の間に配設しても同様の効果が得られる。

【００３８】また、前記したように加圧管１５に絞り９
０を設けなくても、四方電磁弁３において、コイル３−
ａが励磁したときのポートＰとポートＡを連通する内部
通路、かつ、コイル３−ｂが励磁したときのポートＰと
ポートＢを連通する内部通路の開口面積を前記絞りと同
様に絞ることによっても達成される。

【００３９】このように、本発明による車両用圧力スイ
ング式酸素濃縮装置においては、空気圧縮装置から吸着
筒に圧縮空気を供給する圧縮空気供給系統に絞りを設け
てよい。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように本発明においては、
圧力スイング式空気濃縮機を車両に装着するにおいて自
身が持つべきコンプレッサを省くことにより、圧力スイ
ング式空気濃縮装置の寸法、重量が大幅に小さくなる。
このため車両に容易に装着でき、製品のコストも大幅に
安くなる。本装置を人間の乗車空間に設置する場合、コ
ンプレッサの騒音対策のための余分のケーシングも不要
となる。

【００４１】また、本装置を風雨にさらされるような場
所に装着する場合も電気部品の防水対策が比較的容易に
なる。また空気圧縮機の効率は一般に大型になるほど良
いため車両の空気圧縮装置を利用した方がランニングコ
ストの面でも有利になる等のメリットがある。

【００４２】そして、本発明による車両用圧力スイング
式酸素濃縮装置では、空気圧縮装置から吸着筒に圧縮空
気を供給する圧縮空気供給系統に絞りが設けてあるので
空気圧縮装置と、吸着行程が始まったばかりの圧力が大
気圧程度の吸着筒との間の圧力差が大きい状態におい
て、空気圧縮装置から吸着筒に流入する加圧空気の流量
を前述の不具合が問題とならない程度にすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る車両用圧力スイング式
酸素濃縮装置の構成図。

【図２】従来の圧力スイング式酸素濃縮装置を示す構成
図。

【図３】図２に示した装置における電磁弁３の動作を説
明する説明図。

【符号の説明】

１ 吸着剤 ２−Ａ，２−Ｂ 吸着筒 ３ 四方電磁弁 ３−ａ，３−ｂ コイル ４−Ａ，４−Ｂ 絞り ５ 絞り ７ 制御装置 １４ 製品取出管 １５ 加圧管 ６０ 空気圧縮装置 ６０−ア エアタンク ７０ 圧縮空気利用装置 ８０ 管路 ９０ 絞り

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エアブレーキ等のための空気圧縮装置を
   持つ車両に装備され、製品である濃縮酸素ガスの原料と
   して前記空気圧縮装置から圧縮空気の供給を受ける管路
   を有しそれ自体の空気圧縮装置を持たない車両用圧力ス
   イング式酸素濃縮装置であって、前記空気圧縮装置から
   吸着筒に圧縮空気を供給する圧縮空気供給系統に絞りを
   設けたことを特徴とする車両用圧力スイング式酸素濃縮
   装置。