JPH10310413A - 空気から酸素を得るための圧力切換式装置及びその装置の運転方法 - Google Patents

空気から酸素を得るための圧力切換式装置及びその装置の運転方法

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JPH10310413A
JPH10310413A JP9369776A JP36977697A JPH10310413A JP H10310413 A JPH10310413 A JP H10310413A JP 9369776 A JP9369776 A JP 9369776A JP 36977697 A JP36977697 A JP 36977697A JP H10310413 A JPH10310413 A JP H10310413A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】水の注入や水冷却せずに回転ピストンポンプに
取って安全な温度でエネルギー効率よく作動できるよう
にした圧力切換式装置及びその運転方法を提供する。 【解決手段】空気から酸素を得るための圧力切換式装置
は二つの吸着装置を有し、これら吸着装置に吸着空気用
の空気ブロワー及び脱着用の真空ポンプスタンドが接続
され、真空ポンプスタンドが縦列接続した二つの真空ポ
ンプを備え、流れ方向において第２の真空ポンプが、大
気圧の外側空気を限定して入れさせる予め入口の冷却さ
れた回転ピストンポンプとして構成され、水注入または
熱交換器によるガス冷却を用いずに第２の真空ポンプの
入口が第１の真空ポンプの出口に接続され、また300ミ
リバール〜500ミリバールの脱着圧力で作動する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、1996年12月11日に
ドイツ国に出願したドイツ国特許出願第196 51 458.4号
及び1997年６月18日にドイツ国に出願したドイツ国特許
出願第197 25 678.3号を優先権主張し、その開示内容は
本明細書に参照として結合される。本発明は、空気から
酸素を得る装置に関するものである。一層特に、本発明
は、合成ゼオライトを収容した少なくとも一つの吸着装
置と、上記少なくとも一つの吸着装置に、吸着空気の空
気ブロワー及び吸着装置の脱着用の一つの真空ポンプス
タンドが交互に運転するように接続され、真空ポンプス
タンドが、縦列接続した二つの真空ポンプを備えてい
る、空気から酸素を得るための圧力切換式装置に関す
る。さらに、本発明は、このような圧力切換式装置の運
転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】空気から窒素を生成するように機能する
上記型の圧力切換式装置は、例えば、DE-A-31 46 189に
開示されている。公知の圧力切換式装置の真空ポンプス
タンドにおいては、二つの真空ポンプ間に熱交換器とし
て構成した中間冷却器が配置され、この中間冷却器は、
通常使用される水注入による冷却と対照的にドライ運転
し、第１の真空ポンプで圧搾した空気を、第２の真空ポ
ンプにおいて過熱の生じない程度に冷却する。第２の真
空ポンプは予備の入口冷却を備えている。上記の開示さ
れたものによる圧力切換式装置は、１バール〜２．５バ
ールの吸着圧力及び８５ミリバールの脱着圧力で作動す
る。
【０００３】酸素を得るための圧力切換式装置におい
て、ある時間的周期で酸素量のみが必要とされるので、
部分負荷運転がしばしば起こる。エネルギーを節約する
ため、この場合、装置が作動しない間、バイパス管路の
真空ポンプスタンドを動かすことが一般的である。この
比較的複雑且つ、かなりの出費を要するバイパス管路配
管工事のため、バイパス管路弁とそのための制御手段が
必要である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の圧力
切換式装置を設計する際の問題を解決して、水の注入や
水冷却せずに回転ピストンポンプに取って安全な温度で
エネルギー効率よく作動できるようにすることにあり、
さらにはそのような圧力切換式装置の運転方法を提供す
ることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】最初に述べた課題は本発
明に関して、各吸着装置において圧力と真空が共通の唯
一の管路が供給管路から出て、その管路が供給管路と接
続される点の両側で、空気弁と真空弁が供給管路に挿入
されており、真空ポンプスタンドが供給管路の両方の外
端部と接続しており、空気弁の間における供給管路の中
心部が管路を介して空気ブロワーに接続している、本発
明によって解決される。従って、配管と弁の使用を非常
に少なくして、空気ブロワーを真空ポンプスタンドに接
続することができる。このことは真空ポンプスタンドの
圧力差を約200ミリバール以下に低減して、真空ポンプ
スタンドを複雑なバイパス管路に出費することなしに、
対応して低減されるエネルギー需要の部分負荷で運転す
ることができる。
【０００６】しかしながら、酸素を生成する圧力切換式
装置においては、水注入による空気の冷却は、真空ポン
プスタンドが二つの真空ポンプの作動により実質上等温
的であり従って特にエネルギー上効率的であり得ると仮
定されるので広く用いられてきた。真空ポンプスタンド
により吸引された酸素減少空気へ水を注入することは、
鉱物を含まない極めてきれいな被処理水を用いて真空ポ
ンプの機能障害を避けるようにすることを仮定してい
る。しかしながら、しばしば、水や適当な水を注入する
ために利用できず、そのため水の注入を利用した装置は
問題外であり、上記のDE-A-31 46 189に開示されたもの
のような多少エネルギー効率の悪い装置が好ましい。し
かし、そのような装置は空気を冷却するために水を必要
としているのでそのうな装置を使用する際には多くの環
境において困難が伴う。しかしながら、今日まで、冷却
水すなわち注入水なしは可能でなかった。その理由は、
回転ピストンポンプのように構成された真空ポンプが最
大約125℃〜130℃の温度に耐えることになるからであ
り、また公知の装置では、吸引空気は、冷却しなけれ
ば、真空ポンプスタンドにおける圧搾により第２段階後
に約200℃まで加熱される。
【０００７】既製の発明である圧力切換式装置は、注水
または水冷却なしにエネルギー上効率手段で且つ、本発
明の実施例に関しても回転ピストンポンプに安全な温度
で、運転することができ、本発明によれば、流れ方向に
見て、第２の真空ポンプが、大気圧の外側空気を限定し
て入れさせる冷却空気入口ポートを備えた、入口を予め
冷却した回転ピストンポンプであり、水注入または熱交
換器によるガス冷却を用いずに第２の真空ポンプの入口
接続部が、第１の真空ポンプの出口に接続され、また真
空ポンプスタンドが300ミリバール〜500ミリバールの脱
着圧力を発生させる制御系を備えていることによって解
決される。
【０００８】本発明によれば、従来技術の場合より高い
脱着圧力が用いられるので、大気圧に対して作動する第
２の真空ポンプにおいて相対的に低い圧搾動作が行われ
る。大気から空気が混合するために、発生する熱はほと
んどなく、温度は上昇せず、そのため真空ポンプスタン
ドは全く水注入や水冷却せずに作動できる。驚くべきこ
とには、このように構成した本発明による圧力切換式装
置における測定では、公知の圧力切換式装置の場合と同
じ酸素生成能力では、必要とされるエネルギーは確かに
低いことが分かった。
【０００９】本発明の有利な実施例によれば、第１の真
空ポンプの吸引したマスフロー及び冷却用空気のマスフ
ローの総体マスフローと脱着サイクルの開始時の冷却用
空気のマスフローとの比が高レベルから３３まで急速に
落ちそして脱着サイクル中に終了時の１．５までゆっく
りと落ちるように第２の真空ポンプの冷却用空気入口ポ
ートを寸法決めしかつ位置決めした場合に、必要なエネ
ルギーは特に低くなる。 本発明による冷却原理にとっ
て重要なのは、真空ポンプとして作動する回転ピストン
ポンプにおいて、作動ポンプ室が大気に接続され従って
空気が流入できる前に回転ピストンが入口接続部への接
続を阻止し、圧搾動作を行うことにある。これは、本発
明の別の実施例によれば、第２象限における冷却用空気
入口ポートが、３６°前で始まらず、９０°前で終わる
ことにより、経済的に達成することができる。
【００１０】脈動の基本繰返し数は二倍にされ、それで
冷却用空気入口ポートが共通管路を介して大気に接続さ
れる場合には、簡単な脈動ダンパーを使用することがで
きるようになる。吸着空気の空気ブロワー及び真空ポン
プスタンドは動作中非常に煩い雑音を発生するので、装
置のこれらの部分は通常雑音抑制ボックス容器内に配置
される。従って、積極的に駆動される空気流れによる冷
却に費用の大部分をかけることができる。この費用は、
装置を冷却するための本発明の別の実施例によれば、吸
着空気に必要な空気冷却器のブロワーを設け、そして真
空ポンプスタンド及び吸着空気ブロワーに沿って冷却用
空気をブロワーまで案内する場合には、比較的低く保つ
ことができる。
【００１１】吸着装置に入る空気の温度が極端に低くな
るのは、ブロワーに速度の制御されたファンモーターを
設けることにより簡単に避けることができる。このよう
にして、ブロワーの速度を低減させることにより、低外
部温度で冷却用空気の量を低減することができる。吸込
み管路に制御されたスロットルをそなえたラジアルブロ
ワーが第１の真空ポンプとして設けられる場合に、圧力
切換式装置は非常に経済的に構成される。また望ましく
は、正圧及び負圧に対して共通の只一本の管路が分配管
路またはマニホルドから各吸着装置内へのびるように設
けられ、分配管路に複数の管路を接続する位置の各側に
おいて分配管路に空気弁及び真空弁が挿置され、また空
気ブロワーまたは真空ポンプスタンドは分配管路の二つ
の外側端部に接続され、そして真空ポンプスタンドから
管路は空気弁間の分配管路の中間に通じている。このよ
うにして、配管及び弁に掛ける費用を非常に僅かにし
て、部分負荷で運転する際に真空ポンプスタンドの入口
に空気ブロワーを接続することが可能となる。従って、
真空ポンプスタンドの圧力差は約200ミリバールまで減
少され、それにより真空ポンプスタンドに対して複雑な
バイパスを設けるために費用をかけることなく、部分負
荷時には相応して低いエネルギー要求量で運転すること
が可能となる。
【００１２】空気ブロワーが真空ポンプスタンドの入口
に接続された時にアイドリング状態では、バッファータ
ンクから吸着装置を通りそして真空ポンプスタンドを通
り大気への酸素の逆流は、生成物送出管路に遮断手段を
設けることにより非常に容易に阻止され得る。遮断手段
は非常に簡単な構造であり、貯蔵タンクへ向かって開放
する逆止め弁である場合には吸着装置の出口弁と調和し
て作動される必要はない。
【００１３】部分負荷で運転している時には、全くラジ
アルブロワーの形態の第１の真空ポンプなしで運転する
ことかでき、従って本発明の別の実施例によれば、ラジ
アルブロワーの形態の第１の真空ポンプが吸引管路を回
転ピストンポンプの形態の第２の真空ポンプに直接接続
しかつ第２の真空ポンプに向かって逆止め弁ポートを備
えたバイパス管路を有する場合に、エネルギーを非常に
節約できる。エネルギーバランスを更に改善するため
に、ラジアルブロワーとして構成した第１の真空ポンプ
を排気する補助ポンプが設けられる。こうしてラジアル
ブロワーは作業を行う必要なしに部分的に負荷されて作
動できる。真空ポンプスタンドは、空気ブロワーと無関
係に、空気ブロワーを吸着装置に接続する管路に、大気
に向かって閉じる逆止め弁を備えた空気入口管路を挿置
した場合に、大気から空気を吸引できる。しかしなが
ら、このような構成は例外的な場合にのみ必要である。
【００１４】上記の第２の課題すなわち上記の特徴をも
つ圧力切換式装置を運転する方法は、低酸素を除去する
ことを特徴とする部分負荷運転において、吸着圧力が全
負荷運転時の吸着圧力より上昇され、そして設定した上
方吸着圧力に到達した時に、吸着空気の空気ブロワーが
二段真空ポンプスタンドの前方に切換えられる場合に、
所望の低酸素量に相応して低くする本発明によって解決
される。この手順で、少ない出資で非常に経済的な部分
負荷で運転することを可能にする。部分負荷運転は、貯
蔵タンクまたはバッファタンクの圧力がモニタリングさ
れる場合に特にほとんど労力をかけずに終了させること
ができ、またその圧力が設定レベル以下に落ちた時に
は、空気弁及び真空弁は周期的な吸着及び脱着に戻るよ
うに切り換えられる。測定される圧力降下は、吸上げ酸
素が再び増加していることを表している。
【００１５】人工的に冷やされる入口を備えた回転ピス
トンポンプが流れの方向に見て第２ポンプとして使用さ
れる時、そしてもし大気圧における外気の制御される流
れが付加されて、予め入口の冷却される回転ピストンポ
ンプを使用し、その冷却用空気入口ポートに、大気圧の
外部空気を制御された流速で流し、水注入または熱交換
器による冷却を介在させずに、第１の真空ポンプからの
ガスを第２の真空ポンプの入口に供給し、そして真空ポ
ンプスタンドを300ミリバール〜500ミリバールで運転す
る時、本発明の圧力切換式装置は、充分に高純度の水の
ない範囲で使用されることが望ましい。この種の運転方
法では、冷却用水または水注入なしでしかも公知の装置
より明らかに低いエネルギー消費で酸素を生成すること
ができる。第２の真空ポンプにおいて第１の真空ポンプ
の吸引したマスフロー及び冷却用空気のマスフローの総
体マスフローと脱着サイクルの開始時の冷却用空気のマ
スフローとの比が高レベルから33まで急速に落ちそして
脱着サイクル内において終了時間に1.5までゆっくりと
落ちるようにするのがエネルギーの観点から特に良い。
【００１６】エネルギー消費は、本発明の方法の別の実
施例によれば、吸着圧力を0.7バール〜1.8バールに好ま
しくは始動時の0.9バールと吸着の終了時の1.5バールと
の間に350ミリバール〜400ミリバール脱着圧力のと共に
設定する場合、及びパージング相及び圧力形成相後の吸
着及び脱着の始動圧力が最小700ミリバール、最大950ミ
リバールである場合に、特に良好となることが経験から
知ることができた。圧力形成に切換えた後、吸着装置に
おいて吸着圧力を得ることかできるようにするために、
本発明の別の実施例によれば、圧力は、バッファタンク
の後に生成物送出管路に設けられたスロットルによって
絞られる。また、スロットルの後にバッファタンクを設
け、バッファタンクにおける吸着圧力が吸着サイクル内
に1.2バール〜1.5バールの範囲で変化するようにバッフ
ァタンクの容量を構成するは、圧力切換式装置の運転に
有効である。
【００１７】吸着空気ブロワー及び真空ポンプスタンド
は、吸着空気に必要な空気冷却器のブロワーが装置の複
数の部分を冷却するために用いられる場合、真空ポンプ
スタンド及びブロワーへの吸着空気のポンプスタンドに
沿って冷却用空気流が運ばれる場合、及び吸着装置に入
る空気の温度が最小レベル以下に降下しないように周波
数制御型ファンモータによってブロワーが制御される場
合に、外部温度が低い時に吸着装置における極端に低い
入力温度の危険なしに、積極的に案内された空気流によ
って冷却される。実験によれば、酸素濃度は、吸着温度
が20℃以下に降下する場合に相当低減されることが分か
った。本発明の処理により、外部温度の低下は、冷却用
空気の量を減らすことによって補償され得る。
【００１８】冷却用空気ブロワーの流速の低下が吸着温
度を20℃以上に維持するのに不十分であるように外部温
度が低い場合には、本発明の実施例によれば、真空ポン
プスタンドからの熱い空気を用いて空気ブロワーからの
空気の温度を上昇させることができる。このため、空気
ブロワーの前方にスロットル弁が設けられ、真空ポンプ
スタンドを収容している容器から冷たい空気を吸引し、
そして熱交換器を通して真空排気で予加熱した別の空気
流を直接排出空気出口で［吸引する］ようにする。これ
により、空気ブロワーの後の温度レベルは相応して上昇
され、それにより20℃の吸着温度は冷却用空気ブロワー
を駆動するモーターの回転速度を制御することによって
維持できる。この予加熱は、本発明によれば第２の真空
ポンプが水注入せずに作動し従って従来技術の場合より
高い温度で作動するので、可能である。
【００１９】
【発明の実施の形態】本発明の他の目的、利点及び新規
の特徴は、添附図面について考察される本発明の以下の
説明から明らかとなる。図１には本発明によるＰＶＳＡ
（圧力真空スイング吸着装置）が示され、この装置は、
並列に接続した二つの吸着装置１、２における合成ゼオ
ライトで作動する。これらの吸着装置１、２には、ポン
プスタンド17における回転ピストンポンプの形状の空気
ブロワー３によって交互に空気が供給される。この空気
ブロワー３はさらに必要な吸着圧力を生成しかつ維持す
る働きもしている。この目的で、管路４は空気ブロワー
３を分配管路すなわちマニホルド５に接続し、マニホル
ド５には外側に二つの真空弁６、７が挿置され、また内
側に二つの空気弁８、９が挿置されている。管路４は空
気弁８、９間で分配管路５に連通し、そして真空弁６と
空気弁８間及び真空弁７と空気弁９間から管路10、11が
それぞれ吸着装置１、２へのびている。吸着装置１、２
を交互に排気し、従って吸着装置１、２から窒素の富ん
だ部分を吸引するために、真空ポンプスタンド12が用い
られ、この真空ポンプスタンド12は縦列の二つの真空ポ
ンプ13、14を備えている。真空ポンプ14は第２のポンプ
段を構成し、大気側に配置され、予め冷却された入口を
備えた回転ピストンポンプであり、図２に関して後で説
明する。この第２の真空ポンプ14には管路15を介して大
気から空気が導入され、第２の真空ポンプ14を冷却す
る。
【００２０】真空ポンプスタンド12は吸引16を介して分
配管路５の二つの外方端部に接続されている。真空弁
６、７及び空気弁８、９により、部分負荷運転中に、空
気ブロワー３から真空ポンプスタンド12の第１の真空ポ
ンプ13の吸引側に圧搾空気を供給することができる。酸
素は貯蔵タンク18から供給され、この貯蔵タンク18の手
前にはブロワー19またはコンプレッサーが設けられ、そ
れにより酸素は加圧下で送出される。ブロワー19または
コンプレッサーの手前にはバッファタンク20が配置さ
れ、このバッファタンク20には遮断弁21を介して純度95
％までの酸素が供給される。遮断弁21は吸着装置１、２
から貯蔵タンク18へ開放する逆止め弁である。
【００２０】二つの吸着装置１、２の出口は接続管路22
により互いに接続され、接続管路22には遮断弁23及びス
ロットル24が挿置されている。この接続管路22、遮断弁
23及びスロットル24により、二つの吸着装置１、２は相
互に接続され、なお吸着している吸着装置２または１に
よってパージし、作動中の真空ポンプスタンド12及び空
気ブロワー３でパージされ、従って再生吸着装置におい
て約500ミリバールまでの第１の圧力形成が達成され
る。このパージ後、逆止め弁21を備えた生成物除去管路
29へのびる管路27、28における生成物送出弁25、26が開
放される。同時に特定の吸着装置１または２と組合さっ
た空気弁８または９が開放することにより、特定の吸着
装置１または２は空気ブロワー３及び真空ポンプスタン
ド12に接続され、それにより別の圧力形成が行われ、ま
たは頂部及び底部における両方の吸着装置１、２におい
て圧力が等化される。
【００２１】下方圧力等化は部分負荷での運転と正確に
同じに作動するが、この機能は極めて短時間であり、常
に周期的に繰返される。例えば、吸着装置１が再生中
で、吸着装置２が吸着中であるとすると、下方弁はつぎ
の様に作動する。弁６は開き、弁８は閉じ、弁９は開
き、そして弁７は閉じる。下方圧力等化期間中、弁８は
圧力等化期間内のある一定の時間の間だけ付加的に開放
される。その後、弁７は開放され、弁８は閉じられ、そ
して圧力等化期間の終了後、弁９は閉じられる。この場
合、下方圧力等化中、空気ブロワー３への真空ポンプス
タンド12の接続は、部分負荷運転中正確に維持されると
仮定する。これにより圧力等化時間内に、弁が次の吸着
及び脱着のための正しい位置にされ、それにより生成の
行われない期間を特に短くできるという利点がもたらさ
れる。上記種類の圧力等化では、下方圧力等化は上方圧
力等化と同時に行われる。こうして、特定の吸着装置か
ら下向きに窒素が吸引される。圧力等化のため、第１の
吸着装置から再生吸着装置へ流れるのは窒素ではなくほ
とんど空気である。圧力が500ミリバールから900ミリバ
ールまで形成された後、再生吸着装置１または２の相応
した真空弁７または６は閉じられ、同時に、再生すべき
吸着装置１または２に対して相応した生成物送出弁25ま
たは26が閉じられ、それにより再生吸着装置１または２
で吸着相が行われ、前に吸着相にあった吸着装置１また
は２で脱着相が行われる。
【００２２】空気ブロワー３を備えたポンプスタンドに
おいて、唯一つの空気冷却器32は、冷媒が指示された際
に空気で作動し、この空気冷却器32にはブロワー30が組
合わされ、それによって冷却用空気の流れ31はまず、真
空ポンプスタンド12の一端部における空気冷却器32によ
って吸引され、そして他端部へ戻され、そして吸着空気
のポンプスタンド17に沿って流れる。フィルター、消音
器、安全弁や弁のような通常の構成要素は図示してな
い。空気冷却器32は回転ピストンブロワーの型式の空気
ブロワー３によって最大1.5バールまで圧縮した空気を
再冷却する働きをする。この圧力は引き出された生成物
の量及びバッファタンク20の背後のスロットル40によっ
て設定され、それにより、吸着動作している吸着装置１
または２において、かく吸着相の後、所望の最大圧力に
到達する。吸着温度は周波数制御型ファンモーター46に
よってブロワー30の速度を制御することにより制御され
る。真空ポンプスタンド12の場合、共通構成要素の位置
は図示してない。本発明にとって重要なことは、第１の
真空ポンプ13から入ってくる50℃〜最大で110℃までの
圧搾された熱い酸素低減空気が各サイクルにおいて直接
第２の真空ポンプに供給され、そしてこの温度で第２の
真空ポンプから吸引されることにある。
【００２３】更に、図１には、バイパス管路41が示さ
れ、このバイパス管路41を介して第２の真空ポンプ14は
第１の真空ポンプ13を通さずに吸着装置１、２に直接接
続できる。このバイパス管路41には逆止め弁42は挿置さ
れ、この逆止め弁42は第２の真空ポンプ14に向かって開
いている。補助ポンプ43は第１の真空ポンプを排気する
ために設けられ得る。空気ブロワーを運転しないで真空
ポンプスタンド12の入口側を大気に接続するために、大
気に向かって閉じる逆止め弁を備えた空気入口管路44は
管路４に通じている。
【００２４】真空ポンプ14の構造は図２を参照すること
によってより正確に理解され得る。真空ポンプ14は入口
37と出口36と二つの回転ピストン35とを備えている。特
殊構造の冷却用空気入口ポート33、34は、真空ポンプ14
内で吸引した熱いガスを冷たい空気と混合させるために
設けられおり、一方、特殊なポンプ室39は、回転ピスト
ン35が出口接続部36を開放して大気圧へ通じさせる前
に、冷たい空気を熱いガスと混合し、こうして大気圧に
対する圧搾は、回転ピストン35がポートを出口36に開放
する前に、流入してくる冷たい空気で行われる。その結
果、ガスは単位サイクル当り約70℃〜最大120℃までの
温度で第２の真空ポンプ14から流出する。冷却用空気入
口ポート33、34は第２象限に位置し、36°前で始まら
ず、90°でまたは90°前で終わる。
【００２５】図１に示すように、管路15はホース38に分
岐して冷却用空気ポート33、34の両方を大気に接続す
る。従って管路15内には基本繰返し数の二倍の脈動が生
じ、これにより簡単な脈動ダンパーで十分である。
【００２６】上記した圧力切換式装置は好ましくは、２
×33〜２×45秒の総サイクル時間で作動する。従って、
７から15秒以内が、フラッシング及び圧力等化相に当て
られる。このフラッシング及び圧力等化相は、吸着から
脱着への交互に生じる切り換えが一方の吸着装置１また
は２において行われ、また脱着から吸着への交互に生じ
る切り換えが他方の吸着装置１または２において行われ
る時に実施される。最後に、特定した全ての圧力は絶対
圧力である。本発明を詳細に説明し例示してきたが、こ
れは例示のためのものであり、それに限定されないこと
が明確に理解されるべきである。本発明の精神及び範囲
は特許請求の範囲によってのみ限定されることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による圧力切換式装置の回路を示す概
略線図。
【図２】 本発明による圧力切換式装置の真空ポンプス
タンド用の回転ピストンポンプの型式の真空ポンプの拡
大断面図。
【符号の説明】
１、２：吸着装置 ３：空気ブロワー ４：管路 ５：マニホルド ６、７：真空弁 ８、９：空気弁 10、11：管路 12：真空ポンプスタンド 13、14：真空ポンプ 15：管路 16：吸引 17：ポンプスタンド 18：貯蔵タンク 19：ブロワー 20：バッファタンク 21：遮断弁

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】合成ゼオライトを収容した少なくとも一つ
    の吸着装置と、上記少なくとも一つの吸着装置に接続さ
    れた吸着空気の空気ブロワーと、吸着装置の脱着用の縦
    列接続した二つの真空ポンプを備えた真空ポンプスタン
    ドとを有し、マニホルド５と、マニホルドから各吸着装
    置へのびる圧力及び真空導管用の一本の共通線と、空気
    ブロワーからマニホルドの中間部までのびる空気線と、
    共通線と空気線との間でマニホルドに配置された空気弁
    と、マニホルドの各端部と共通線との間でマニホルドに
    配置された真空弁とを有し、真空ポンプスタンドが、マ
    ニホルドの両外端部に接続される空気から酸素を得るた
    めの圧力切換式装置。
  2. 【請求項２】流れ方向に見て、第２の真空ポンプが、大
    気圧の外側空気を限定して入れさせる予め冷却した入口
    ポートと冷却用空気入口ポートとを備えた回転ピストン
    ポンプであり、水注入または熱交換器によるガス冷却を
    用いずに第２の真空ポンプの入口が、第１の真空ポンプ
    の出口に接続され、また真空ポンプスタンドが300ミリ
    バール〜500ミリバールの脱着圧力を発生させる制御手
    段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の空気
    から酸素を得るための圧力切換式装置。
  3. 【請求項３】第１の真空ポンプの吸引したマスフロー及
    び冷却用空気のマスフローの総体マスフローと脱着サイ
    クルの開始時の冷却用空気のマスフローとの比が高レベ
    ルから33まで急速に落ちそして脱着サイクル内において
    終了時の1.5までゆっくりと落ちるように第２の真空ポ
    ンプの冷却用空気入口ポートを寸法決めしかつ位置決め
    した請求項１に記載の空気から酸素を得るための圧力切
    換式装置。
  4. 【請求項４】第２象限における冷却用空気入口ポート
    が、36°前で始まらず、90°前で終わる請求項２に記載
    の空気から酸素を得るための圧力切換式装置。
  5. 【請求項５】冷却用空気入口ポートが、共通線を介して
    大気に接続されている請求項１に記載の空気から酸素を
    得るための圧力切換式装置。
  6. 【請求項６】さらに、吸着空気の空気冷却手段と、上記
    空気冷却手段と組合されて装置の部分を冷却させるブロ
    ワーとを有し、それによりブロワーへの吸着空気のため
    に真空ポンプスタンド及びポンプスタンドに沿って冷却
    空気流が搬送される請求項１に記載の空気から酸素を得
    るための圧力切換式装置。
  7. 【請求項７】ブロワーが、速度の制御されたファンモー
    ターを備えている請求項１に記載の空気から酸素を得る
    ための圧力切換式装置。
  8. 【請求項８】第１の真空ポンプが吸引線に制御可能なス
    ロットルを備えたラジアルブロワーを備えている請求項
    １に記載の空気から酸素を得るための圧力切換式装置。
  9. 【請求項９】さらに、吸着装置からバッファタンクまで
    のびる生成物除去管路と、生成物除去管路に配置され、
    バッファタンクから吸着装置への酸素の流れを阻止する
    遮断手段とを有する請求項１に記載の空気から酸素を得
    るための圧力切換式装置。
  10. 【請求項１０】遮断手段が、吸着装置から貯蔵タンクへ
    向かって開放する逆止め弁である請求項９に記載の空気
    から酸素を得るための圧力切換式装置。
  11. 【請求項１１】第１の真空ポンプが、ラジアルブロワー
    を備え、また第２の真空ポンプが、回転ピストンポンプ
    を備え、さらに吸引管路を直接第２の真空ポンプに接続
    するバイパス管路を有している請求項１に記載の空気か
    ら酸素を得るための圧力切換式装置。
  12. 【請求項１２】第１の真空ポンプが、ラジアルブロワー
    を備え、さらに第１の真空ポンプを排気する補助ポンプ
    を有している請求項１に記載の空気から酸素を得るため
    の圧力切換式装置。
  13. 【請求項１３】空気管路に配置した大気に向かって閉じ
    る逆止め弁を備えた空気入口管路を有している請求項１
    に記載の空気から酸素を得るための圧力切換式装置。
  14. 【請求項１４】窒素の吸着のために圧力また脱着のため
    に真空が交互に加えられる少なくとも一つの吸着装置
    と、真空を発生するために使用される縦列接続した二つ
    の真空ポンプを備えた真空ポンプスタンドとを有し、低
    酸素除去を特徴とする部分負荷運転時には、吸着圧力が
    全負荷運転時の吸着圧力より上昇され、そして確立され
    た上方吸着圧力に到達した時に、吸着空気の空気ブロワ
    ーが二段ポンプスタンドの前方に接続される運転方法。
  15. 【請求項１５】吸着装置に接続されたバッファタンク及
    び貯蔵タンク、並びに吸着及び脱着を制御する空気弁及
    び真空弁を有し、貯蔵タンクまたはバッファタンクにお
    ける圧力をモニターすること、及び圧力が設定レベル以
    下に落ちた時に空気弁及び真空弁を周期的な吸着及び脱
    着に戻すことから成る請求項14に記載の運転方法。
  16. 【請求項１６】流れ方向に見て、第２の真空ポンプが、
    予め冷却した入口を備えた回転ピストンポンプを備えて
    いる空気から酸素を得るための圧力切換式装置の運転方
    法において、大気圧の外部空気を上記回転ピストンポン
    プの予め冷却した入口に入れること、水注入または熱交
    換器によるガス冷却を用いずに、第１の真空ポンプから
    のガスを第２の真空ポンプの入口に供給すること、及び
    真空ポンプスタンドを300ミリバール〜500ミリバールで
    運転することから成ることを特徴とする請求項１４に記
    載の空気から酸素を得るための圧力切換式装置の運転方
    法。
  17. 【請求項１７】第２の真空ポンプにおいて第１の真空ポ
    ンプの吸引したマスフロー及び冷却用空気のマスフロー
    の総体マスフローと脱着サイクルの開始時の冷却用空気
    のマスフローとの比が高レベルから33まで急速に落ちそ
    して脱着サイクル内において終了時間に1.5までゆっく
    りと落ちるようにされる請求項14に記載の運転方法。
  18. 【請求項１８】吸着圧力を0.7バール〜1.8バールに脱着
    圧力を350ミリバール〜400ミリバールに設定し、フラッ
    シング相及び圧力形成相後の吸着及び脱着の始動圧力が
    最小700ミリバール、最大950ミリバールである請求項14
    に記載の運転方法。
  19. 【請求項１９】吸着圧力を、始動時の0.9バールから吸
    着の終了時の1.5バールまでの範囲で選択する請求項18
    に記載の運転方法。
  20. 【請求項２０】バッファタンクの後に生成物送出管路に
    スロットルを有し、それにより吸着装置が圧力形成に切
    換えられる後、所望の時間に圧力を吸着圧力にできる請
    求項17に記載の運転方法。
  21. 【請求項２１】バッファタンクにおける吸着圧力が吸着
    サイクル内に1.2バール〜1.5バールの範囲で変化するよ
    うにバッファタンクの容量が構成されている請求項20に
    記載の運転方法。
  22. 【請求項２２】吸着空気に必要な空気冷却手段のブロワ
    ーを用いて装置の複数の部分を冷却し、真空ポンプスタ
    ンド及びブロワーへの吸着空気のポンプスタンドに沿っ
    て冷却用空気流を指向し、そして吸着装置に入る空気の
    温度が底値以下に降下しないように周波数制御型ファン
    モータによってブロワーを制御することから成る請求項
    14に記載の運転方法。
  23. 【請求項２３】外部温度が低い時、真空ポンプスタンド
    の熱い排気空気を利用して空気ブロワーからの空気の温
    度を上昇させる請求項22に記載の運転方法。
JP9369776A 1996-12-11 1997-12-11 空気から酸素を得るための圧力切換式装置及びその装置の運転方法 Pending JPH10310413A (ja)

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