JPH09141038A - Gas separator - Google Patents

Gas separator

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JPH09141038A
JPH09141038A JP7300069A JP30006995A JPH09141038A JP H09141038 A JPH09141038 A JP H09141038A JP 7300069 A JP7300069 A JP 7300069A JP 30006995 A JP30006995 A JP 30006995A JP H09141038 A JPH09141038 A JP H09141038A
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JP
Japan
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adsorption
tank
air
volume
pressure
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JP7300069A
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Japanese (ja)
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Manabu Shindo
学 真土
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Tokico Ltd
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Tokico Ltd
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  • Separation Of Gases By Adsorption (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the adsorption efficiency of an adsorption tank and the formed quantity of product gas by sufficiently supplying compressed gas required for obtaining the adsorption effect to the adsorption tank. SOLUTION: The volume of an air tank 5 is set three times or more that of each of adsorption tanks 1, 2, and the volume of an oxygen tank 22 is set one and a half times or more that of each of the adsorption tanks 1, 2. The quantity per hour of air discharged from a compressor 3 is set one and a half times or more the volume of the air tank 5. Thus, compressed air required for obtaining the adsorption effect is sufficiently supplied to the adsorption tanks 1, 2, and the time taken for an adsorption process is shortened and the adsorption efficiency of the adsorption tanks 1, 2 and the formed quantity of product gas are improved.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はPSA式(Pressure
Swing Adsorption )の気体分離装置に係り、特に吸着
剤が充填された吸着槽にコンプレッサにより圧縮された
圧縮空気を供給して空気を窒素と酸素に分離するよう構
成した気体分離装置に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a PSA type (Pressure
Swing Adsorption) gas separator, and more particularly to a gas separator configured to supply compressed air compressed by a compressor to an adsorption tank filled with an adsorbent to separate air into nitrogen and oxygen.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、PSA式気体分離装置は、分子
ふるいカーボンやゼオライトなどからなる吸着剤を用い
て空気を窒素と酸素に分離し、いずれか一方を製品ガス
として取出し、使用するものである。
2. Description of the Related Art Generally, a PSA type gas separation apparatus separates air into nitrogen and oxygen using an adsorbent composed of molecular sieve carbon or zeolite, and extracts either one as a product gas for use. .

【0003】例えば窒素ガスを製品ガスとして取り出す
PSA式気体分離装置にあっては、 (a)吸着工程:吸着剤が充填された吸着槽にコンプレ
ッサにより圧縮された圧縮空気を導入して吸着槽内を昇
圧させ圧力を利用して吸着剤に酸素分子を吸着させる工
程、 (b)取出工程:吸着工程の後半で吸着剤により分離生
成された窒素を取出す工程、 (c)均圧工程:取出工程終了後の吸着槽に残存する窒
素濃度の高い残留ガスを吸着工程前の他の吸着槽に供給
して吸着槽間の圧力を均圧化する工程、 (d)再生工程:取出工程及び均圧工程終了後の吸着槽
内を大気解放または真空ポンプで減圧して吸着剤に吸着
された酸素分子を脱着することにより吸着剤を再生する
工程、 (e)還流工程:均圧工程終了後の吸着工程を行うと共
に製品タンク内の製品ガスを吸着槽内に還流させる工
程、が順次行われる。
For example, in a PSA type gas separation device for taking out nitrogen gas as a product gas, (a) Adsorption step: In the adsorption tank, compressed air compressed by a compressor is introduced into an adsorption tank filled with an adsorbent. Of adsorbing oxygen molecules to the adsorbent by increasing the pressure of the adsorbent, (b) taking out step: taking out nitrogen separated and produced by the adsorbent in the latter half of the adsorbing step, (c) equalizing step: taking out step A step of supplying residual gas having a high nitrogen concentration remaining in the adsorption tank after completion to another adsorption tank before the adsorption step to equalize the pressure between the adsorption tanks, (d) a regeneration step: an extraction step and an equalization pressure A step of regenerating the adsorbent by desorbing oxygen molecules adsorbed on the adsorbent by releasing the atmosphere in the adsorption tank after the step is finished or depressurizing it with a vacuum pump, (e) reflux step: adsorption after the pressure equalization step Process and product Step recirculates the product gas in the click adsorption vessel, but are sequentially performed.

【0004】これらの各工程(a)〜(e)は、各吸着
槽毎に繰返し行われ、各吸着槽における工程が連携して
実行されるように各機器が制御される。一対の吸着槽を
有する気体分離装置では、一方の吸着槽で取出工程が完
了し、他方の吸着槽で再生工程が完了した後、均圧工程
を行う。この均圧工程では、両吸着槽間を連通させて取
出工程の後の吸着槽に残留するガスを再生工程後の吸着
槽へ供給して均圧化を図り、吸着工程とともに還流工程
を行って吸着工程の吸着効率を高めてより高純度の製品
ガスを生成するようにしている。
Each of these steps (a) to (e) is repeated for each adsorption tank, and each device is controlled so that the steps in each adsorption tank are executed in cooperation with each other. In a gas separation device having a pair of adsorption tanks, the pressure equalization step is performed after the extraction step is completed in one adsorption tank and the regeneration step is completed in the other adsorption tank. In this pressure equalization process, both adsorption tanks are connected to each other, and the gas remaining in the adsorption tank after the extraction process is supplied to the adsorption tank after the regeneration process to equalize pressure and perform a reflux process together with the adsorption process. The adsorption efficiency of the adsorption step is increased to produce a higher purity product gas.

【0005】そして、従来の気体分離装置では、コンプ
レッサの吐出空気量に対する吸着槽の容積(吸着剤の充
填量)をどの位にするのかを検討し、最適と思われる吸
着槽の容積とすることにより吸着槽における製品ガスの
分離効率を向上させていた。
Then, in the conventional gas separation apparatus, the volume of the adsorption tank with respect to the amount of air discharged from the compressor (the amount of adsorbent filled) is examined to determine the optimum adsorption tank volume. This has improved the product gas separation efficiency in the adsorption tank.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところが、空気中の窒
素分子を吸着させて酸素分子を製品ガスとして使用する
従来の酸素生成装置においては、窒素分子を吸着する吸
着剤が多量の分子を吸着するため、コンプレッサから供
給された原料空気の圧力降下が大きく製品ガスの圧力が
低下するといった問題がある。
However, in a conventional oxygen generator that adsorbs nitrogen molecules in the air and uses oxygen molecules as a product gas, the adsorbent that adsorbs nitrogen molecules adsorbs a large amount of molecules. Therefore, there is a problem that the pressure of the raw material air supplied from the compressor is large and the pressure of the product gas is reduced.

【0007】また、原料空気の圧力降下に伴い、次の吸
着工程で吸着槽を昇圧させる圧力上昇時間が遅くなり、
吸着槽で吸着効果が得られる圧力に上昇するまでの時間
が長くかかることになる。すなわち、吸着槽の圧力が吸
着効果が得られる所定圧力に達するまでの間、吸着槽で
は窒素分子が十分に吸着されないままコンプレッサから
の圧縮空気が吸着槽に供給されるため、吸着槽の吸着効
率及び製品ガスの生成量を向上させることが難しかっ
た。
Further, as the pressure of the raw material air drops, the pressure rise time for raising the pressure in the adsorption tank in the next adsorption step becomes slower,
It takes a long time to increase the pressure at which the adsorption effect is obtained in the adsorption tank. In other words, until the pressure of the adsorption tank reaches a predetermined pressure at which the adsorption effect is obtained, compressed air from the compressor is supplied to the adsorption tank without sufficient adsorption of nitrogen molecules in the adsorption tank, so the adsorption efficiency of the adsorption tank It was also difficult to improve the amount of product gas produced.

【0008】また、エアドライヤ又はドレンフィルタを
設けてコンプレッサにより圧縮された空気から水分を除
湿する構成とした場合、吸着槽における圧力降下が大き
いと、吸着槽に供給される圧縮空気の流速が上昇するこ
とになり、その結果コンプレッサから吐出された圧縮空
気がエアドライヤ又はドレンフィルタで十分に除湿され
ないまま吸着槽に供給される。そのため、吸着槽に湿っ
た圧縮空気が供給されてしまい、吸着槽に充填された吸
着剤が空気中の水分を吸着して吸着効率及び製品ガスの
生成量が低下するといった問題が生ずる。
Further, in the case where an air dryer or drain filter is provided to dehumidify water from the air compressed by the compressor, if the pressure drop in the adsorption tank is large, the flow velocity of the compressed air supplied to the adsorption tank increases. As a result, the compressed air discharged from the compressor is supplied to the adsorption tank without being sufficiently dehumidified by the air dryer or the drain filter. Therefore, the compressed compressed air is supplied to the adsorption tank, and the adsorbent filled in the adsorption tank adsorbs the moisture in the air, resulting in a problem that the adsorption efficiency and the amount of product gas produced are reduced.

【0009】そこで、本発明は上記問題を解決した気体
分離装置を提供することを目的とする。
Therefore, an object of the present invention is to provide a gas separation device which solves the above problems.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は以下のような特徴を有する。上記請求項1
の発明は、コンプレッサにより圧縮された空気が供給さ
れる空気タンクと、該空気タンクから圧縮空気が供給さ
れ、空気中の一の気体分子を吸着する吸着剤が充填され
た吸着槽と、該吸着槽で分離生成された製品ガスを貯溜
する製品ガス槽とを有する気体分離装置において、前記
空気タンクの容積を前記吸着槽の容積の3倍以上とした
ことを特徴とするものである。
In order to solve the above problems, the present invention has the following features. Claim 1
The invention of claim 1, an air tank to which the air compressed by the compressor is supplied, an adsorption tank filled with an adsorbent that is supplied with the compressed air from the air tank and adsorbs one gas molecule in the air, and the adsorption tank. In a gas separation device having a product gas tank for storing the product gas separated and produced in the tank, the volume of the air tank is set to be three times or more the volume of the adsorption tank.

【0011】従って、請求項1によれば、吸着槽に圧縮
空気を供給する空気タンクの容積を吸着槽の容積の3倍
以上とすることにより、吸着槽に吸着効果を得るのに必
要な圧力の圧縮空気を充分に供給することができ、吸着
槽の吸着効率及び製品ガスの生成量を向上させることが
できる。
Therefore, according to the first aspect of the present invention, by making the volume of the air tank for supplying the compressed air to the adsorption tank 3 times or more of the volume of the adsorption tank, the pressure necessary for obtaining the adsorption effect in the adsorption tank. The compressed air can be sufficiently supplied, and the adsorption efficiency of the adsorption tank and the amount of product gas produced can be improved.

【0012】また、上記請求項2の発明は、前記請求項
1記載の気体分離装置において、前記製品ガス槽の容積
を前記吸着槽の容積の1.5倍以上としたことを特徴と
するものである。従って、請求項2によれば、製品ガス
槽の容積を吸着槽の容積の1.5倍以上とすることによ
り、吸着槽の圧力降下を抑えて吸着効果を得るのに充分
な圧力を維持することができ、吸着槽の吸着効率及び製
品ガスの生成量を向上させることができる。
The invention according to claim 2 is characterized in that, in the gas separation device according to claim 1, the volume of the product gas tank is 1.5 times or more the volume of the adsorption tank. Is. Therefore, according to claim 2, by setting the volume of the product gas tank to be 1.5 times or more the volume of the adsorption tank, the pressure drop in the adsorption tank is suppressed and the pressure sufficient to obtain the adsorption effect is maintained. Therefore, the adsorption efficiency of the adsorption tank and the amount of product gas generated can be improved.

【0013】また、上記請求項3の発明は、前記請求項
1記載の気体分離装置において、前記コンプレッサから
吐出される1分間あたりの空気吐出量を前記空気タンク
の容積の1.5倍以上としたことを特徴とするものであ
る。従って、請求項3によれば、コンプレッサから吐出
される1分間あたりの空気吐出量を空気タンクの容積の
1.5倍以上とすることにより、吸着槽の圧力降下を抑
えて吸着効果を得るのに充分な圧力を維持することがで
き、吸着槽の吸着効率及び製品ガスの生成量を向上させ
ることができる。
Further, the invention according to claim 3 is the gas separation device according to claim 1, wherein the amount of air discharged from the compressor per minute is 1.5 times or more the volume of the air tank. It is characterized by having done. Therefore, according to the third aspect, the amount of air discharged from the compressor per minute is 1.5 times or more the volume of the air tank, so that the pressure drop in the adsorption tank is suppressed and the adsorption effect is obtained. Therefore, a sufficient pressure can be maintained, and the adsorption efficiency of the adsorption tank and the amount of product gas produced can be improved.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、図面と共に本発明になる気
体分離装置の一実施例につき説明する。図1は気体分離
装置のシステム構成を示す構成図である。尚、本実施例
では、気体分離装置を酸素発生装置として使用する場合
について説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of a gas separation device according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram showing a system configuration of a gas separation device. In this example, a case where the gas separation device is used as an oxygen generator will be described.

【0015】1,2は第1,第2の吸着槽で、各吸着槽
1,2内には夫々空気中の窒素分子を吸着するゼオライ
トよりなる吸着剤が充填されている。3は圧縮空気供給
源となるコンプレッサで、コンプレッサ3からの圧縮空
気は空気供給管路4を介して各吸着槽1,2に供給され
る。また、コンプレッサ3より下流に位置する空気供給
管路4には、コンプレッサ3からの圧縮空気が貯留され
る空気タンク5と、空気タンク5から吐出された空気を
乾燥させる冷凍式のエアドライヤ6とが配設されてい
る。尚、冷凍式のエアドライヤ6の代わりにドレンフィ
ルタを使用しても良い。
Reference numerals 1 and 2 denote first and second adsorption tanks, respectively, and each of the adsorption tanks 1 and 2 is filled with an adsorbent made of zeolite which adsorbs nitrogen molecules in the air. Reference numeral 3 denotes a compressor which serves as a compressed air supply source, and compressed air from the compressor 3 is supplied to the adsorption tanks 1 and 2 via an air supply pipe line 4. In addition, an air tank 5 in which compressed air from the compressor 3 is stored and a refrigeration type air dryer 6 that dries the air discharged from the air tank 5 are provided in an air supply pipeline 4 located downstream of the compressor 3. It is arranged. A drain filter may be used instead of the refrigeration type air dryer 6.

【0016】エアドライヤ6により圧縮空気を除湿する
のは、吸着剤として各吸着槽1,2内に充填された上記
ゼオライトが空気中の窒素分子とともに水分を吸着して
窒素分子の吸着効率が低下する性質を有するからであ
る。そして、エアドライヤ6より乾燥された空気は、空
気供給管路4から分岐した管路8,9を介して吸着槽
1,2にそれぞれ交互に供給される。そのため、管路
8,9の途中には、それぞれ電磁弁からなる空気供給用
弁10,11が設けられている。
The dehumidification of the compressed air by the air dryer 6 is performed by the above-mentioned zeolite filled in the adsorption tanks 1 and 2 as an adsorbent to adsorb moisture together with nitrogen molecules in the air and reduce the adsorption efficiency of nitrogen molecules. This is because it has properties. Then, the air dried by the air dryer 6 is alternately supplied to the adsorption tanks 1 and 2 via the conduits 8 and 9 branched from the air supply conduit 4. Therefore, air supply valves 10 and 11 formed of electromagnetic valves are provided in the middle of the pipelines 8 and 9, respectively.

【0017】12,13は吸着剤1A,2Aに吸着され
て気体分子の脱着を行なう再生工程時に吸着槽1,2の
残存気体を外部に排出する排気管路で、共通排気配管1
4に接続されている。そして、排気管路12,13の途
中には、それぞれ吸着槽1,2内の脱着排ガスを半サイ
クル毎に交互に排出する電磁弁からなる排気用弁15,
16が設けられている。従って、排気用弁15,16が
開弁されると、吸着槽1,2の吸着剤1A,2Aから脱
着された排ガス(窒素ガス)は排気管路12,13及び
排気配管14を介して排出される。
Reference numerals 12 and 13 denote exhaust pipe lines for discharging the residual gas in the adsorption tanks 1 and 2 to the outside during the regeneration process in which the adsorbents 1A and 2A adsorb and desorb gas molecules.
4 is connected. Then, in the middle of the exhaust pipe lines 12, 13, an exhaust valve 15, which is an electromagnetic valve for alternately discharging the desorbed exhaust gas in the adsorption tanks 1, 2 every half cycle,
16 are provided. Therefore, when the exhaust valves 15 and 16 are opened, the exhaust gas (nitrogen gas) desorbed from the adsorbents 1A and 2A in the adsorption tanks 1 and 2 is discharged through the exhaust pipe lines 12 and 13 and the exhaust pipe 14. To be done.

【0018】17,18は吸着槽1,2の出口側に接続
され吸着槽1,2内で分離生成された酸素をそれぞれ取
出す取出管路、19は各管路17,18と連通された取
出配管である。管路17,18の途中には、半サイクル
の間だけ後述の制御の下に交互に開弁する電磁弁からな
る取出用弁20,21がそれぞれ設けられている。また
前記取出配管19は製品ガスとしての酸素が貯溜される
酸素槽(製品ガス槽)22と接続されている。
Reference numerals 17 and 18 are extraction pipes connected to the outlet sides of the adsorption tanks 1 and 2 to take out oxygen separated and produced in the adsorption tanks 1 and 2, and 19 is an extraction pipe communicating with the respective pipes 17 and 18. It is piping. In the middle of the pipelines 17 and 18, there are provided extraction valves 20 and 21 each of which is an electromagnetic valve that is alternately opened under the control to be described later for a half cycle. The take-out pipe 19 is connected to an oxygen tank (product gas tank) 22 in which oxygen as a product gas is stored.

【0019】23は吸着槽1,2の出口側を連通する均
圧管路である。この均圧管路23には、均圧用弁24が
配設されている。この均圧用弁24は後述するように吸
着工程と取出工程との間、及び取出工程と排気工程との
間に所定時間だけ開弁され、各吸着槽1,2間を均圧に
する(均圧工程)。
Reference numeral 23 is a pressure equalizing conduit which connects the outlet sides of the adsorption tanks 1 and 2. A pressure equalizing valve 24 is arranged in the pressure equalizing conduit 23. As will be described later, the pressure equalizing valve 24 is opened for a predetermined time between the adsorption process and the extraction process, and between the extraction process and the exhaust process to equalize the pressure between the adsorption tanks 1 and 2 (equalization). Pressure process).

【0020】また、吸着槽1,2の入口側には、管路
8,9を連通する均圧管路25が配設され、この均圧管
路25には、均圧用弁26が配設されている。この均圧
用弁26は上記均圧用弁24とともに吸着工程と取出工
程との間、及び取出工程と排気工程との間に所定時間だ
け開弁され、各吸着槽1,2間を均圧にする(均圧工
程)。
A pressure equalizing pipe line 25 that communicates the pipe lines 8 and 9 is provided on the inlet side of the adsorption tanks 1 and 2, and a pressure equalizing valve 26 is provided in the pressure equalizing pipe line 25. There is. The pressure equalizing valve 26 is opened together with the pressure equalizing valve 24 for a predetermined time between the adsorption process and the extraction process, and between the extraction process and the exhaust process to equalize the pressure between the adsorption tanks 1 and 2. (Equalizing step).

【0021】また、吸着槽1,2の上部には、オリフィ
ス(図示せず)が配設されたパージ管路27が接続され
ている。このパージ管路27は、例えば高圧側の吸着槽
1から低圧側の吸着槽2にある一定量の高純度酸素ガス
を導入することにより再生工程側の吸着槽2の再生効率
を高めることができる。従って、再生工程側の吸着槽2
における吸着剤を短時間で再生することが可能になる。
A purge line 27 having an orifice (not shown) is connected to the upper portions of the adsorption tanks 1 and 2. In the purge line 27, for example, by introducing a certain amount of high-purity oxygen gas from the high-pressure side adsorption tank 1 to the low-pressure side adsorption tank 2, the regeneration efficiency of the adsorption tank 2 on the regeneration process side can be increased. . Therefore, the adsorption tank 2 on the regeneration process side
The adsorbent can be regenerated in a short time.

【0022】また、酸素槽22には、下流側へ製品ガス
を供給するための製品ガス供給管路28が接続されてい
る。この製品ガス供給管路28には電磁弁よりなる開閉
弁29が配設されている。本実施例では、上記空気タン
ク5の容積は吸着槽1,2の容積の3倍に設定され、酸
素槽22の容積は吸着槽1,2の容積の1.5倍に設定
されている。また、コンプレッサ3から吐出される1分
間あたりの空気吐出量は空気タンク5の容積の1.5倍
となるように設定されている。また、コンプレッサ3か
ら吐出される1分間あたりの空気吐出量は空気タンク5
の容積の1.5倍以上となるように調整されている。
A product gas supply pipe 28 for supplying a product gas to the downstream side is connected to the oxygen tank 22. An on-off valve 29 composed of an electromagnetic valve is arranged in the product gas supply line 28. In this embodiment, the volume of the air tank 5 is set to 3 times the volume of the adsorption tanks 1 and 2, and the volume of the oxygen tank 22 is set to 1.5 times the volume of the adsorption tanks 1 and 2. The amount of air discharged from the compressor 3 per minute is set to be 1.5 times the volume of the air tank 5. Further, the amount of air discharged from the compressor 3 per minute is determined by the air tank 5
The volume is adjusted to 1.5 times or more.

【0023】すなわち、吸着槽1,2の容積の合計が3
0リットルとした場合、空気タンク5の容積が90リッ
トル以上、酸素槽22の容積は45リットル以上となる
ようにタンクの直径、高さ等の寸法が設定される。ま
た、コンプレッサ3から吐出される1分間あたりの空気
吐出量は、200リットル/minに調整されている。
尚、コンプレッサ3からの空気吐出量は、コンプレッサ
3のモータの回転数及び空気供給管路4の内径により調
整することができる。また、空気供給管路4に流量調整
弁を設けるようにしても良い。
That is, the total volume of the adsorption tanks 1 and 2 is 3
When the volume is 0 liter, the dimensions of the tank such as diameter and height are set so that the volume of the air tank 5 is 90 liters or more and the volume of the oxygen tank 22 is 45 liters or more. Further, the amount of air discharged from the compressor 3 per minute is adjusted to 200 liters / min.
The amount of air discharged from the compressor 3 can be adjusted by the rotation speed of the motor of the compressor 3 and the inner diameter of the air supply conduit 4. Further, a flow rate adjusting valve may be provided in the air supply conduit 4.

【0024】30は制御回路で、予め設定された各工程
毎の設定時間に応じて各弁の開閉制御を行う。図2は制
御回路30が各工程毎に各弁を開閉する動作を説明する
ための工程図である。制御回路30は、予め入力された
プログラムに従い各電磁弁に開閉信号を出力し、図2に
示すように吸着・還流、再生(,)、取出、再生
(,)、均圧(、)の各工程に応じて、空気供
給用弁10,11、排気用弁15,16、取出用弁2
0,21、均圧用弁24,26を開閉制御する。
A control circuit 30 controls opening / closing of each valve according to a preset time for each process. FIG. 2 is a process diagram for explaining the operation of the control circuit 30 to open and close each valve in each process. The control circuit 30 outputs an opening / closing signal to each solenoid valve in accordance with a program input in advance, and as shown in FIG. 2, each of adsorption / reflux, regeneration (,), extraction, regeneration (,), and pressure equalization (,). Depending on the process, the air supply valves 10 and 11, the exhaust valves 15 and 16, and the extraction valve 2
Opening and closing of 0, 21, and the pressure equalizing valves 24, 26 are controlled.

【0025】ここで、上記酸素発生装置の酸素発生サイ
クルの動作につき説明する。いま、酸素発生装置を起動
すると、制御回路30の制御の下に、酸素発生が行なわ
れる。まず、図2に示すように,,の動作が番号
順に実行される。
Now, the operation of the oxygen generation cycle of the oxygen generator will be described. Now, when the oxygen generator is activated, oxygen is generated under the control of the control circuit 30. First, as shown in FIG. 2, the operations of, are executed in numerical order.

【0026】図2中のは、空気供給用弁10、取出用
弁20と排気用弁16が開弁し、第1の吸着槽1に原料
気体としての圧縮空気が空気タンク5から供給されて第
1の吸着槽1は加圧状態にあり、吸着剤に窒素と酸素の
一部が吸着される吸着工程である。また、取出用弁20
の開弁により酸素槽22の製品ガス(酸素)が吸着槽1
に還流され、短時間で吸着槽1内の圧力が吸着可能圧力
に昇圧する。一方、第2の吸着槽2は減圧状態にあり、
吸着剤2Aに吸着された窒素及び若干の酸素を脱着して
排出させる再生工程である。
In FIG. 2, the air supply valve 10, the extraction valve 20, and the exhaust valve 16 are opened, and compressed air as a raw material gas is supplied from the air tank 5 to the first adsorption tank 1. The first adsorption tank 1 is in a pressurized state, and is an adsorption step in which a part of nitrogen and oxygen is adsorbed by the adsorbent. In addition, the extraction valve 20
The product gas (oxygen) in the oxygen tank 22 is absorbed by the adsorption tank 1
The pressure in the adsorption tank 1 is raised to the adsorbable pressure in a short time. On the other hand, the second adsorption tank 2 is in a depressurized state,
This is a regeneration process in which nitrogen and some oxygen adsorbed on the adsorbent 2A are desorbed and discharged.

【0027】次に、図2中のは、空気供給用弁10、
排気用弁16を閉弁させるとともに取出用弁20を開弁
状態に保ち、第1の吸着槽1内の酸素ガスを製品ガスと
して酸素槽22に取出す取出工程を示している。この取
出工程により第1の吸着槽1の圧力は減圧される。尚、
このとき第2の吸着槽2は、減圧状態のままである。
Next, in FIG. 2, the air supply valve 10,
The extraction process is shown in which the exhaust valve 16 is closed, the extraction valve 20 is kept open, and the oxygen gas in the first adsorption tank 1 is taken out to the oxygen tank 22 as a product gas. The pressure in the first adsorption tank 1 is reduced by this extraction step. still,
At this time, the second adsorption tank 2 remains in a reduced pressure state.

【0028】次に、図2中のは均圧工程で、取出用弁
20を閉弁するとともに均圧用弁24,26を開弁す
る。上記取出工程により、第1の吸着槽1では、吸着剤
1Aにより生成された酸素ガスが酸素槽22に吐出され
るとともに減圧されているが、この均圧工程により、さ
らに第1の吸着槽1内の残留酸素ガスが第2の吸着槽2
に供給されることになる。
Next, in the pressure equalizing step in FIG. 2, the take-out valve 20 is closed and the pressure equalizing valves 24 and 26 are opened. In the first adsorption tank 1, the oxygen gas generated by the adsorbent 1A is discharged to the oxygen tank 22 and decompressed in the first adsorption tank 1 by the extraction step described above. The residual oxygen gas in the second adsorption tank 2
Will be supplied.

【0029】よって、第1の吸着槽1では、高純度の酸
素が第2の吸着槽2に排出されて減圧され、第2の吸着
槽2では第1の吸着槽1から供給された高純度の酸素に
より昇圧する。その結果、吸着槽1,2は均圧化され、
相互に同一圧力となる。これにより、第1の吸着槽1内
の気体が2回の均圧工程により段階的に第2の吸着槽2
に供給されることにより、第1の吸着槽1における減圧
(排気)時間が従来よりも長くなりその分排気効率を高
めることが可能になる。
Therefore, in the first adsorption tank 1, high-purity oxygen is discharged to the second adsorption tank 2 to reduce the pressure, and in the second adsorption tank 2, the high-purity oxygen supplied from the first adsorption tank 1 is supplied. Increases pressure with oxygen. As a result, the adsorption tanks 1 and 2 are pressure-equalized,
The same pressure is applied to each other. As a result, the gas in the first adsorption tank 1 is stepped through the second adsorption tank 2 in a step of equalizing pressure twice.
Is supplied to the first adsorption tank 1, the decompression (exhaust) time in the first adsorption tank 1 becomes longer than in the conventional case, and the exhaust efficiency can be increased accordingly.

【0030】尚、本実施例では、上記均圧工程により第
1の吸着槽1の圧力が85%以下に減圧されたとき均圧
工程から取出工程に切り換えることにより、最適圧力で
製品ガスを生成することが可能になる。これにより、1
サイクルのうちの前半の半サイクルが終了したことにな
り、この後は図2中の〜に示す後半の半サイクルを
繰返す。かくして、吸着槽1,2から分離生成された高
純度の酸素ガスを取出して酸素槽22に供給することが
できる。
In this embodiment, when the pressure in the first adsorption tank 1 is reduced to 85% or less by the pressure equalizing step, the pressure equalizing step is switched to the take-out step to generate the product gas at the optimum pressure. It becomes possible to do. This gives 1
This means that the first half of the cycle is completed, and thereafter, the latter half of the cycle shown by to in FIG. 2 is repeated. In this way, the high-purity oxygen gas separated and generated from the adsorption tanks 1 and 2 can be taken out and supplied to the oxygen tank 22.

【0031】上記〜の工程により吸着槽1,2の圧
力は、図3に示すように変化するため、上記の還流
・吸着工程により吸着槽1,2は最大圧力P1 に昇圧す
る。また、均圧用弁24,26が開弁されると、吸着槽
1,2は入口側及び出口側が連通して均圧工程とな
り、吸着槽1,2の圧力はP2 に均圧化される。
Since the pressures of the adsorption tanks 1 and 2 are changed as shown in FIG. 3 by the above steps 1 to 3, the adsorption tanks 1 and 2 are raised to the maximum pressure P 1 by the above reflux / adsorption step. When the pressure equalizing valves 24 and 26 are opened, the inlet and outlet sides of the adsorption tanks 1 and 2 communicate with each other to form a pressure equalizing step, and the pressure of the adsorption tanks 1 and 2 is equalized to P 2. .

【0032】次の上記酸素発生工程により空気から酸素
を分離させて製品ガスとして酸素槽22に貯溜させる酸
素発生装置の性能について図5〜図8の実験結果を参照
して説明する。図4は酸素発生装置の空気タンク5に4
0リットル、50リットル、70リットル、90リット
ルの4種類の容積のタンクを使用して吸着槽1,2内の
圧力変化を求めた実験結果である。但し、吸着槽1,2
の容積は30リットル、コンプレッサ3の1分間当たり
の吐出空気量は空気タンク5の容積の1.5倍以上とな
るように調整されており、本実施例では200リットル
/minに設定されている。そして、均圧工程が終了し
てから5秒以内に吸着槽1,2の圧力が2.5kgf/cm2
以上に上昇することを目標としている。これは、吸着槽
1,2に充填された吸着剤(ゼオライト)が2.5kgf/
cm2 以上の圧力で吸着効果を発揮するからである。
The performance of an oxygen generator for separating oxygen from air and storing it as a product gas in the oxygen tank 22 in the following oxygen generating step will be described with reference to the experimental results shown in FIGS. Fig. 4 shows the air tank 5 of the oxygen generator.
It is the result of an experiment in which the pressure change in the adsorption tanks 1 and 2 was obtained using tanks of four kinds of volumes of 0 liter, 50 liter, 70 liter, and 90 liter. However, the adsorption tanks 1, 2
Is 30 liters, and the discharge air amount per minute of the compressor 3 is adjusted to be 1.5 times or more the volume of the air tank 5, and in this embodiment, it is set to 200 liters / min. . Then, within 5 seconds after the pressure equalizing step is completed, the pressure in the adsorption tanks 1 and 2 is 2.5 kgf / cm 2
The goal is to rise above. This is because the adsorbent (zeolite) filled in the adsorption tanks 1 and 2 is 2.5 kgf /
This is because the adsorption effect is exhibited at a pressure of cm 2 or more.

【0033】この実験結果から、均圧工程が終了して還
流・吸着工程に移行したときの吸着槽1,2内の圧力
は、空気タンク5の容積が大きいほど吸着槽1,2内の
圧力上昇が顕著となることが分かる。特に、空気タンク
5の容積が90リットルとした場合には、吸着槽1,2
内の圧力上昇が理想圧力曲線を越えることが分かった。
From the results of this experiment, the pressure in the adsorption tanks 1 and 2 when the pressure equalization step is completed and the process is returned to the reflux / adsorption step is such that the larger the volume of the air tank 5 is, It can be seen that the rise is remarkable. Especially, when the volume of the air tank 5 is 90 liters, the adsorption tanks 1, 2
It has been found that the pressure rise within exceeds the ideal pressure curve.

【0034】すなわち、本実施例では、吸着槽1,2の
容積が30リットルであるので、空気タンク5の容積を
吸着槽1,2の容積の3倍以上の大きさにすることによ
り、吸着槽1,2の圧力を確保して吸着効率を高められ
ることが確認できた。よって、空気タンク5の容積を吸
着槽1,2の容積の3倍以上の大きさにすることによ
り、吸着槽1,2に吸着効果を得るのに必要な圧力の圧
縮空気を充分に供給することができ、吸着槽1,2の吸
着効率及び製品ガスの生成量を向上させることができ
る。
That is, in this embodiment, since the capacity of the adsorption tanks 1 and 2 is 30 liters, the capacity of the air tank 5 is set to be three times or more as large as the capacity of the adsorption tanks 1 and 2. It was confirmed that the pressure in the tanks 1 and 2 can be secured and the adsorption efficiency can be improved. Therefore, by making the volume of the air tank 5 at least three times the volume of the adsorption tanks 1 and 2, compressed air having a pressure necessary to obtain an adsorption effect is sufficiently supplied to the adsorption tanks 1 and 2. Therefore, the adsorption efficiency of the adsorption tanks 1 and 2 and the amount of product gas generated can be improved.

【0035】また、エアドライヤ6により空気から水分
を除湿する構成とした場合でも、吸着槽1,2における
圧力降下が抑制されて吸着槽1,2に供給される圧縮空
気の流速を減速させてコンプレッサ3から吐出された圧
縮空気がエアドライヤ6で十分に除湿されないまま吸着
槽1,2に供給されることを防止できる。そのため、吸
着槽1,2に充填された吸着剤が空気中の水分を吸着す
ることを防止して吸着効率及び製品ガスの生成量が低下
することを防止できる。
Even when the air dryer 6 is used to dehumidify water from the air, the pressure drop in the adsorption tanks 1 and 2 is suppressed and the flow velocity of the compressed air supplied to the adsorption tanks 1 and 2 is decelerated to reduce the compressor. It is possible to prevent the compressed air discharged from the air cleaner 3 from being supplied to the adsorption tanks 1 and 2 without being sufficiently dehumidified by the air dryer 6. Therefore, it is possible to prevent the adsorbent filled in the adsorption tanks 1 and 2 from adsorbing the water in the air, and to prevent the adsorption efficiency and the production amount of the product gas from decreasing.

【0036】図5は酸素槽22に20リットル、35リ
ットル、50リットルの3種類の容積のタンクを使用し
て酸素槽22の圧力変化を求めた実験結果である。但
し、吸着槽1,2の容積は30リットル、コンプレッサ
3の1分間当たりの吐出空気量は200リットル/mi
nに設定されている。
FIG. 5 shows the results of an experiment in which the pressure change in the oxygen tank 22 was obtained by using three kinds of tanks of 20 liters, 35 liters, and 50 liters in the oxygen tank 22. However, the adsorption tanks 1 and 2 have a volume of 30 liters, and the compressor 3 discharges air at a rate of 200 liters / mi.
It is set to n.

【0037】この実験結果から、還流工程により酸素槽
22の圧力が一時的に降下するが、取出工程に移行した
段階で酸素槽22の圧力が上昇し、やがて目標圧力4.
5kgf/cm2 に達することが分かる。そして、還流工程が
終了して取出工程に移行したときの酸素槽22の圧力
は、酸素槽22の容積が大きいほど圧力上昇が顕著とな
ることが分かる。特に、酸素槽22の容積が50リット
ルとした場合には、酸素槽22の圧力上昇が理想圧力曲
線(酸素槽22の容積が45リットル)を越えることが
分かった。
From the results of this experiment, the pressure in the oxygen tank 22 temporarily drops due to the reflux step, but the pressure in the oxygen tank 22 rises at the stage of transition to the extraction step, and eventually the target pressure 4.
It can be seen that it reaches 5 kgf / cm 2 . Further, it is understood that the pressure of the oxygen tank 22 when the reflux step is completed and transferred to the extraction step is more remarkable as the volume of the oxygen tank 22 is larger. In particular, it has been found that when the volume of the oxygen tank 22 is 50 liters, the pressure rise of the oxygen tank 22 exceeds the ideal pressure curve (the volume of the oxygen tank 22 is 45 liters).

【0038】すなわち、本実施例では、吸着槽1,2の
容積が30リットルであるので、酸素槽22の容積を吸
着槽1,2の容積の1.5倍以上の大きさにすることに
より、酸素槽22の圧力を確保することができることが
確認できた。よって、酸素槽22の容積を吸着槽1,2
の容積の1.5倍以上とすることにより、吸着槽1,2
の圧力降下を抑えて吸着効果を得るのに充分な圧力を維
持することができ、吸着槽1,2の吸着効率及び製品ガ
スの生成量を向上させることができる。
That is, in this embodiment, since the adsorption tanks 1 and 2 have a volume of 30 liters, the volume of the oxygen tank 22 should be 1.5 times or more the volume of the adsorption tanks 1 and 2. It was confirmed that the pressure in the oxygen tank 22 can be secured. Therefore, the volume of the oxygen tank 22 is set to the adsorption tanks 1 and 2.
The capacity of the adsorption tanks 1, 2
The pressure drop can be suppressed to maintain a sufficient pressure to obtain the adsorption effect, and the adsorption efficiency of the adsorption tanks 1 and 2 and the production amount of the product gas can be improved.

【0039】図6は本実施例の構成とされた酸素発生装
置の性能試験結果であり、酸素ガス発生量と酸素濃度と
の関係を示すグラフである。この実験結果より、コンプ
レッサ3の空気吐出量が200リットル/min、吸着
槽1,2の容積が30リットル、空気タンク5の容積が
90リットル、酸素槽22の容積が50リットルとした
場合、酸素濃度90%の酸素ガスが15リットル/mi
n得られることが分かる。
FIG. 6 is a performance test result of the oxygen generator having the configuration of this embodiment, and is a graph showing the relationship between the oxygen gas generation amount and the oxygen concentration. From this experimental result, when the air discharge rate of the compressor 3 is 200 liters / min, the adsorption tanks 1 and 2 have a volume of 30 liters, the air tank 5 has a volume of 90 liters, and the oxygen tank 22 has a volume of 50 liters, Oxygen gas with a concentration of 90% is 15 liters / mi
It turns out that n can be obtained.

【0040】図7は従来の構成とされた酸素発生装置の
性能試験結果であり、酸素ガス発生量と酸素濃度との関
係を示すグラフである。この実験結果より、コンプレッ
サ3の空気吐出量が200リットル/min、吸着槽
1,2の容積が30リットル、空気タンク5の容積が4
0リットル、酸素槽22の容積が40リットルとした場
合、酸素濃度90%の酸素ガスが12リットル/min
得られることが分かる。
FIG. 7 is a performance test result of an oxygen generator having a conventional structure, and is a graph showing the relationship between the oxygen gas generation amount and the oxygen concentration. From this experimental result, the air discharge rate of the compressor 3 is 200 liters / min, the adsorption tanks 1 and 2 have a volume of 30 liters, and the air tank 5 has a volume of 4 liters.
When the volume of the oxygen tank 22 is 0 liters and the volume of the oxygen tank 22 is 40 liters, the oxygen gas with an oxygen concentration of 90% is 12 liters / min.
You can see that you can get it.

【0041】このように、空気タンク5の容積を吸着槽
1,2の容積に対して3倍以上とし、且つ酸素槽22の
容積を吸着槽1,2の容積に対して1.5倍以上とする
ことにより酸素濃度90%の酸素ガスの生成量を12リ
ットル/minから15リットル/minに増大させて
20%の生産増とすることができる。
As described above, the volume of the air tank 5 is three times or more the volume of the adsorption tanks 1 and 2, and the volume of the oxygen tank 22 is 1.5 times or more the volume of the adsorption tanks 1 and 2. As a result, the production amount of oxygen gas having an oxygen concentration of 90% can be increased from 12 liters / min to 15 liters / min to increase the production by 20%.

【0042】尚、上記実施例では、一対の吸着槽1,2
が設けられているが、2個以上の吸着槽を有する装置に
も適用できるのは勿論である。また、上記実施例では、
各吸着槽の吸着剤が窒素分子を吸着する構成であるが、
各吸着槽が他の気体分子を吸着する構成の装置(例えば
窒素発生装置等)にも適用できるのは勿論である。
In the above embodiment, a pair of adsorption tanks 1 and 2 are used.
However, it is needless to say that the invention can be applied to an apparatus having two or more adsorption tanks. In the above embodiment,
The adsorbent in each adsorption tank is configured to adsorb nitrogen molecules,
Of course, each adsorption tank can also be applied to a device configured to adsorb other gas molecules (for example, a nitrogen generation device).

【0043】[0043]

【発明の効果】上述の如く、請求項1の発明によれば、
吸着槽に圧縮空気を供給する空気タンクの容積を吸着槽
の容積の3倍以上とすることにより、吸着槽に吸着効果
を得るのに必要な圧力の圧縮空気を充分に供給すること
ができ、吸着工程にかかる時間を短縮することができ、
吸着槽の吸着効率及び製品ガスの生成量を向上させるこ
とができる。また、エアドライヤ又はドレンフィルタに
より空気から水分を除湿する構成とした場合でも、吸着
槽における圧力降下が抑制されて吸着槽に供給される圧
縮空気の流速を減速させてコンプレッサから吐出された
圧縮空気がエアドライヤ又はドレンフィルタで十分に除
湿されないまま吸着槽に供給されることを防止できる。
そのため、吸着槽に充填された吸着剤が空気中の水分を
吸着することを防止して吸着効率及び製品ガスの生成量
が低下することを防止できる。
As described above, according to the first aspect of the present invention,
By making the volume of the air tank for supplying the compressed air to the adsorption tank 3 times or more of the volume of the adsorption tank, it is possible to sufficiently supply the compressed air of the pressure necessary for obtaining the adsorption effect to the adsorption tank, The time required for the adsorption process can be shortened,
It is possible to improve the adsorption efficiency of the adsorption tank and the amount of product gas produced. Even when the air dryer or drain filter is used to dehumidify water from the air, the pressure drop in the adsorption tank is suppressed, the flow velocity of the compressed air supplied to the adsorption tank is reduced, and the compressed air discharged from the compressor is reduced. It is possible to prevent the air from being supplied to the adsorption tank without being sufficiently dehumidified by the air dryer or the drain filter.
Therefore, it is possible to prevent the adsorbent filled in the adsorption tank from adsorbing the water in the air, thereby preventing the adsorption efficiency and the production amount of the product gas from decreasing.

【0044】また、請求項2によれば、製品ガス槽の容
積を吸着槽の容積の1.5倍以上とすることにより、吸
着槽の圧力降下を抑えて吸着効果を得るのに充分な圧力
を維持することができ、吸着槽の吸着効率及び製品ガス
の生成量を向上させることができる。
According to the second aspect, the volume of the product gas tank is set to be 1.5 times or more the volume of the adsorption tank, so that the pressure drop in the adsorption tank is suppressed and a sufficient pressure is obtained to obtain the adsorption effect. Can be maintained, and the adsorption efficiency of the adsorption tank and the amount of product gas produced can be improved.

【0045】また、請求項3によれば、コンプレッサか
ら吐出される1分間あたりの空気吐出量を空気タンクの
容積の1.5倍以上とすることにより、吸着槽の圧力降
下を抑えて吸着効果を得るのに充分な圧力を維持するこ
とができ、吸着槽の吸着効率及び製品ガスの生成量を向
上させることができる。
According to the third aspect, the amount of air discharged from the compressor per minute is 1.5 times or more the volume of the air tank, so that the pressure drop in the adsorption tank is suppressed and the adsorption effect is improved. It is possible to maintain a sufficient pressure for obtaining the above, and it is possible to improve the adsorption efficiency of the adsorption tank and the amount of product gas produced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明になる気体分離装置の一実施例の概略構
成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an embodiment of a gas separation device according to the present invention.

【図2】酸素生成の各工程を説明するための工程図であ
る。
FIG. 2 is a process drawing for explaining each process of oxygen generation.

【図3】各工程に応じた吸着槽の圧力変化を示すグラフ
である。
FIG. 3 is a graph showing a pressure change in the adsorption tank according to each process.

【図4】空気タンクに40リットル、50リットル、7
0リットル、90リットルの4種類の容積のタンクを使
用して吸着槽内の圧力変化を求めた実験結果のグラフで
ある。
FIG. 4: 40 liters, 50 liters, 7 in the air tank
It is a graph of the experimental result which calculated | required the pressure change in an adsorption tank using the tank of 4 types of 0 liters and 90 liters.

【図5】酸素槽に20リットル、35リットル、50リ
ットルの3種類の容積のタンクを使用して酸素槽の圧力
変化を求めた実験結果のグラフである。
FIG. 5 is a graph of experimental results in which the pressure change of the oxygen tank was obtained by using tanks of three kinds of volumes of 20 liter, 35 liter, and 50 liter as the oxygen tank.

【図6】本実施例の構成とされた酸素発生装置の性能試
験結果であり、酸素ガス発生量と酸素濃度との関係を示
すグラフである。
FIG. 6 is a performance test result of the oxygen generator having the configuration of the present embodiment, and is a graph showing the relationship between the oxygen gas generation amount and the oxygen concentration.

【図7】従来の構成とされた酸素発生装置の性能試験結
果であり、酸素ガス発生量と酸素濃度との関係を示すグ
ラフである。
FIG. 7 is a performance test result of an oxygen generator having a conventional configuration, and is a graph showing the relationship between the oxygen gas generation amount and the oxygen concentration.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,2 吸着槽 3 コンプレッサ 5 空気タンク 6 エアドライヤ 10,11 空気供給用弁 15,16 排気用弁 20,21 取出用弁 22 酸素槽 24,26 均圧用弁 1, 2 Adsorption tank 3 Compressor 5 Air tank 6 Air dryer 10, 11 Air supply valve 15, 16 Exhaust valve 20, 21 Extraction valve 22 Oxygen tank 24, 26 Equalization valve

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 コンプレッサにより圧縮された空気が供
給される空気タンクと、該空気タンクから圧縮空気が供
給され、空気中の一の気体分子を吸着する吸着剤が充填
された吸着槽と、該吸着槽で分離生成された製品ガスを
貯溜する製品ガス槽とを有する気体分離装置において、 前記空気タンクの容積を前記吸着槽の容積の3倍以上と
したことを特徴とする気体分離装置。
1. An air tank to which air compressed by a compressor is supplied, an adsorption tank to which compressed air is supplied from the air tank and which is filled with an adsorbent for adsorbing one gas molecule in the air, A gas separation device having a product gas tank for storing the product gas separated and generated in the adsorption tank, wherein the volume of the air tank is three times or more the volume of the adsorption tank.
【請求項2】 前記請求項1記載の気体分離装置におい
て、 前記製品ガス槽の容積を前記吸着槽の容積の1.5倍以
上としたことを特徴とする気体分離装置。
2. The gas separation device according to claim 1, wherein the volume of the product gas tank is 1.5 times or more the volume of the adsorption tank.
【請求項3】 前記請求項1記載の気体分離装置におい
て、 前記コンプレッサから吐出される1分間あたりの空気吐
出量を前記空気タンクの容積の1.5倍以上としたこと
を特徴とする気体分離装置。
3. The gas separation device according to claim 1, wherein the amount of air discharged from the compressor per minute is 1.5 times or more the volume of the air tank. apparatus.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2002079030A (en) * 2000-09-06 2002-03-19 Ikiken:Kk Oxygen concentrator
JP2004504927A (en) * 2000-08-02 2004-02-19 ウェアエア オキシゲン インク Compact, wearable oxygen concentrator
JP2014075994A (en) * 2012-10-09 2014-05-01 The Wakasa Wan Energy Research Center Co2 gas concentration device and method
CN104587796A (en) * 2015-01-23 2015-05-06 马军 Device for recycling organic solvent from industrial waste gas

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