JPH1087302A - 単一段二次高純度酸素濃縮機 - Google Patents
単一段二次高純度酸素濃縮機Info
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- B01D53/0446—Means for feeding or distributing gases
Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、一般的には、高純度酸素濃縮機、
より詳細には、ゼオライト分子ふるいの第１段によって
供給されるガス混合物（入力）から非常に高純度の酸素
濃縮物を生成するための方法および装置に関する。 【解決手段】 本発明は、酸素を濃縮するための単一段
二次高純度酸素濃縮機および濃縮法を開示する。この濃
縮機は、少なくとも、第一および第二の入口バルブ、第
一および第二の分子ふるいベッド、並びに、第一および
第二の出口バルブを含む。本発明の第一の実施例による
と、この濃縮機はさらに解放弁を含む。第一の分子ふる
いベッドのチャージサイクルにおいて、第一の入口バル
ブが開かれ、第一の出口バルブが閉じられ、第二の入口
バルブが閉じられ、そして、第二の出口バルブが開かれ
る。この結果として、第一の分子ふるいベッドがチャー
ジされている間に、第二の分子ふるいベッドから吸着さ
れた酸素が脱着、つまり、取り出される。
より詳細には、ゼオライト分子ふるいの第１段によって
供給されるガス混合物（入力）から非常に高純度の酸素
濃縮物を生成するための方法および装置に関する。 【解決手段】 本発明は、酸素を濃縮するための単一段
二次高純度酸素濃縮機および濃縮法を開示する。この濃
縮機は、少なくとも、第一および第二の入口バルブ、第
一および第二の分子ふるいベッド、並びに、第一および
第二の出口バルブを含む。本発明の第一の実施例による
と、この濃縮機はさらに解放弁を含む。第一の分子ふる
いベッドのチャージサイクルにおいて、第一の入口バル
ブが開かれ、第一の出口バルブが閉じられ、第二の入口
バルブが閉じられ、そして、第二の出口バルブが開かれ
る。この結果として、第一の分子ふるいベッドがチャー
ジされている間に、第二の分子ふるいベッドから吸着さ
れた酸素が脱着、つまり、取り出される。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的には、高純
度酸素濃縮機、より詳細には、ゼオライト分子ふるいの
第一の段によって供給されるガス混合物（入力）から非
常に高純度の酸素濃縮物を生成するための方法および装
置に関する。この方法および装置は、多くの稼働中のシ
ステムにおいて現在でも使用されている周知の従来の技
術による圧力スイング吸着法に基づくが、ただし、本発
明は、この技術に対する修正を提供するものであり、結
果として、全体としてのシステム性能を拡張および向上
させ、原料の空気源から高純度の酸素をより効率的に回
復することを可能にする。
度酸素濃縮機、より詳細には、ゼオライト分子ふるいの
第一の段によって供給されるガス混合物（入力）から非
常に高純度の酸素濃縮物を生成するための方法および装
置に関する。この方法および装置は、多くの稼働中のシ
ステムにおいて現在でも使用されている周知の従来の技
術による圧力スイング吸着法に基づくが、ただし、本発
明は、この技術に対する修正を提供するものであり、結
果として、全体としてのシステム性能を拡張および向上
させ、原料の空気源から高純度の酸素をより効率的に回
復することを可能にする。
【０００２】
【従来の技術】最近の殆どの濃縮機は、圧縮スイング吸
着の原理に基づいて動作するが、これは、吸着ベッド間
の圧力をサイクル的にシフトすることによって、ガス混
合物内の特定の成分ガスの含有量を増加あるいは減少さ
せる。ベッド内の圧力のこのサイクリングによって、よ
り効率的な濃縮機動作が可能になり、また、複数のベッ
ドシステムを使用することも可能になり、これは、さら
に、濃縮機の効率を増加させ、加えて、利用可能な要望
されるガスの通り抜けを増加させる。
着の原理に基づいて動作するが、これは、吸着ベッド間
の圧力をサイクル的にシフトすることによって、ガス混
合物内の特定の成分ガスの含有量を増加あるいは減少さ
せる。ベッド内の圧力のこのサイクリングによって、よ
り効率的な濃縮機動作が可能になり、また、複数のベッ
ドシステムを使用することも可能になり、これは、さら
に、濃縮機の効率を増加させ、加えて、利用可能な要望
されるガスの通り抜けを増加させる。
【０００３】原料空気の主要な成分ガスは、酸素、窒素
およびアルゴンである。濃縮機システムが、原料空気か
ら窒素のみを除去して酸素の純度を高める場合は、達成
可能な酸素純度の理論的な限度は９５％となる。これ
は、原料空気がまた１％のアルゴンを含み、従って、こ
れが５％に濃縮されるためである。ある一つのタイプの
ベッド材料、例えば、ゼオライトが、原料空気から窒素
を除去するのに効果的であるのと同様に、別のタイプの
材料、例えば、炭素は、ガス混合物からアルゴンを除去
するのに効果的である。従来の技術は、複数の段の圧力
スイング吸着ベッドを使用して、タンデムに窒素および
アルゴンを除去する方法について開示する。窒素および
アルゴンの両方が原料空気から除去された場合は、本質
的に、残されるのは９９＋％純度の純粋な酸素である。
多くの用途においては、高い酸素純度が要求され、９５
％の酸素純度では不十分な場合は、二次高純度酸素濃縮
機が要求される。
およびアルゴンである。濃縮機システムが、原料空気か
ら窒素のみを除去して酸素の純度を高める場合は、達成
可能な酸素純度の理論的な限度は９５％となる。これ
は、原料空気がまた１％のアルゴンを含み、従って、こ
れが５％に濃縮されるためである。ある一つのタイプの
ベッド材料、例えば、ゼオライトが、原料空気から窒素
を除去するのに効果的であるのと同様に、別のタイプの
材料、例えば、炭素は、ガス混合物からアルゴンを除去
するのに効果的である。従来の技術は、複数の段の圧力
スイング吸着ベッドを使用して、タンデムに窒素および
アルゴンを除去する方法について開示する。窒素および
アルゴンの両方が原料空気から除去された場合は、本質
的に、残されるのは９９＋％純度の純粋な酸素である。
多くの用途においては、高い酸素純度が要求され、９５
％の酸素純度では不十分な場合は、二次高純度酸素濃縮
機が要求される。
【０００４】従来の技術による合衆国特許第4,661,125
号において、Harunaらは、回復される酸素の純度を向上
させるために、タンデムに接続された吸着ベッドを使用
することについて開示する。Harunaらは、原料空気か
ら、吸着ベッド材料としてゼオライトおよび炭素を含む
システムを使用して、９９＋％純度の酸素を回復するこ
とができるシステムについて開示するが、ただし、多数
のサブシステム機能のために、この酸素濃縮機を実現す
るためには、複雑なシステムが必要とされる。例えば、
この特許の教示によると、この濃縮機システムは、二つ
の二次段、５つのベッド、２５の動的にタイミングが制
御されるバルブ、３つのポンプ、および５つのプレナム
を必要とする。
号において、Harunaらは、回復される酸素の純度を向上
させるために、タンデムに接続された吸着ベッドを使用
することについて開示する。Harunaらは、原料空気か
ら、吸着ベッド材料としてゼオライトおよび炭素を含む
システムを使用して、９９＋％純度の酸素を回復するこ
とができるシステムについて開示するが、ただし、多数
のサブシステム機能のために、この酸素濃縮機を実現す
るためには、複雑なシステムが必要とされる。例えば、
この特許の教示によると、この濃縮機システムは、二つ
の二次段、５つのベッド、２５の動的にタイミングが制
御されるバルブ、３つのポンプ、および５つのプレナム
を必要とする。
【０００５】もう一つの従来の技術によるシステムが、
Millerらによって、合衆国特許第4,880,443号において
開示されるている。Millerらは、４つの独立した吸着ベ
ッドから成るデバイスを含むシステムを開示するが、こ
の内の二つは、ゼオライト分子ふるいを含み、残りの二
つは、炭素分子ふるいを含む。ゼオライトベッドのおの
おのは、炭素分子ふるいベッドと直列に接続され、結果
として、ガス流は、順番に、ゼオライトベッドから、炭
素ベッドへと流れ、９９％を超える酸素純度が報告され
ている。このシステムの短所は、炭素分子ふるいがアル
ゴンを吸着するために使用されるが、一方で、炭素分子
ふるいは、非常に制限された限定されたダイナミックな
条件を除く全ての条件下において、アルゴンではなくむ
しろ酸素の吸着に対してより高い親和性を持つことであ
る。これは、Millerらの技法では、本質的に、酸素濃縮
機が低い回収特性を持ち、原料空気から酸素を濃縮する
ための高い酸素回収特性を持つ好ましい方法が要望され
ていることを意味する。加えて、Millerらのアプローチ
においては、両方の段が単一のベッド内で結合されてお
り、従って、現存の第一の段に適応させる柔軟性に欠け
るばかりか、Millerらによって教示されるアプローチで
は、この９５％生成物を他の目的に対して利用すること
も不可能である。
Millerらによって、合衆国特許第4,880,443号において
開示されるている。Millerらは、４つの独立した吸着ベ
ッドから成るデバイスを含むシステムを開示するが、こ
の内の二つは、ゼオライト分子ふるいを含み、残りの二
つは、炭素分子ふるいを含む。ゼオライトベッドのおの
おのは、炭素分子ふるいベッドと直列に接続され、結果
として、ガス流は、順番に、ゼオライトベッドから、炭
素ベッドへと流れ、９９％を超える酸素純度が報告され
ている。このシステムの短所は、炭素分子ふるいがアル
ゴンを吸着するために使用されるが、一方で、炭素分子
ふるいは、非常に制限された限定されたダイナミックな
条件を除く全ての条件下において、アルゴンではなくむ
しろ酸素の吸着に対してより高い親和性を持つことであ
る。これは、Millerらの技法では、本質的に、酸素濃縮
機が低い回収特性を持ち、原料空気から酸素を濃縮する
ための高い酸素回収特性を持つ好ましい方法が要望され
ていることを意味する。加えて、Millerらのアプローチ
においては、両方の段が単一のベッド内で結合されてお
り、従って、現存の第一の段に適応させる柔軟性に欠け
るばかりか、Millerらによって教示されるアプローチで
は、この９５％生成物を他の目的に対して利用すること
も不可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術によるシス
テムは、通常、アプローチの柔軟性の点で制約がある
が、実質的に全てのゼオライト第一段との互換性を持
ち、現存の装置およびシステムとより簡単に結合できれ
るような方法が提供できれば、経済上、戦略上および信
頼性の点から大きな長所が達成できることが期待でき
る。二次酸素濃縮機を含む多くの従来の技術によるシス
テムは、また、供給される９５％生成物の利用効率が悪
く、このために、実質的に供給される全ての９５％酸素
生成物を利用できるような二次酸素濃縮の好ましい方法
が要望される。従来の技術によるシステムは、通常、典
型的な汲み上げおよび蓄積システムとは互換性を持た
ず、従って、上に述べられた要望される長所に加えて、
実質的に全ての汲み上げおよび蓄積システムに適応可能
な好ましい方法が要望される。
テムは、通常、アプローチの柔軟性の点で制約がある
が、実質的に全てのゼオライト第一段との互換性を持
ち、現存の装置およびシステムとより簡単に結合できれ
るような方法が提供できれば、経済上、戦略上および信
頼性の点から大きな長所が達成できることが期待でき
る。二次酸素濃縮機を含む多くの従来の技術によるシス
テムは、また、供給される９５％生成物の利用効率が悪
く、このために、実質的に供給される全ての９５％酸素
生成物を利用できるような二次酸素濃縮の好ましい方法
が要望される。従来の技術によるシステムは、通常、典
型的な汲み上げおよび蓄積システムとは互換性を持た
ず、従って、上に述べられた要望される長所に加えて、
実質的に全ての汲み上げおよび蓄積システムに適応可能
な好ましい方法が要望される。
【０００７】従って、当分野においては、単純さ、高い
回復特性、設計柔軟性、実質的に全てのゼオライト第一
段と互換性を持つこと、実質的に全ての汲み上げおよび
蓄積システムと互換性を持つことなど、さまざまな要望
される動作特性を同時に提供できる二次酸素濃縮機装置
を開示する必要性が存在する。従って、本発明を受け入
れ、理解することは、これによって、著しいコスト、エ
ネルギー、信頼性、およびサイズ上の長所が達成できる
ことから有利なことであるといえる。
回復特性、設計柔軟性、実質的に全てのゼオライト第一
段と互換性を持つこと、実質的に全ての汲み上げおよび
蓄積システムと互換性を持つことなど、さまざまな要望
される動作特性を同時に提供できる二次酸素濃縮機装置
を開示する必要性が存在する。従って、本発明を受け入
れ、理解することは、これによって、著しいコスト、エ
ネルギー、信頼性、およびサイズ上の長所が達成できる
ことから有利なことであるといえる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の一つの目的は、
最小の複雑さ、コスト、サイズ、およびエネルギー要件
を持ち、一方で、最大の信頼性を持つ高純度酸素を提供
するための方法および構造（装置）を提供することにあ
る。
最小の複雑さ、コスト、サイズ、およびエネルギー要件
を持ち、一方で、最大の信頼性を持つ高純度酸素を提供
するための方法および構造（装置）を提供することにあ
る。
【０００９】本発明のもう一つの目的は、従来の技術に
よる方法および構造（装置）を使用して達成できるより
も高い酸素回復を実現するために、アルゴンではなく酸
素を吸着するための方法および構造（装置）を提供する
ことにある。
よる方法および構造（装置）を使用して達成できるより
も高い酸素回復を実現するために、アルゴンではなく酸
素を吸着するための方法および構造（装置）を提供する
ことにある。
【００１０】本発明のさらにもう一つの目的は、現存の
濃縮機の方法および構造（装置）と簡単に結合可能な酸
素濃縮機装置（構造）を提供することにある。
濃縮機の方法および構造（装置）と簡単に結合可能な酸
素濃縮機装置（構造）を提供することにある。
【００１１】従って、本発明は、酸素を濃縮するための
単一段二次高純度酸素濃縮機および濃縮法について開示
する。この濃縮機は、少なくとも、第一および第二の入
口バルブ、第一および第二の分子ふるいベッド、並び
に、第一および第二の出口バルブを含む。本発明の第一
の実施例によると、この濃縮機はさらに解放弁を含む。
第一の分子ふるいベッドのチャージ（充填）サイクルに
おいて、第一の入口バルブが開かれ、第一の出口バルブ
が閉じられ、第二の入口バルブが閉じられ、そして、第
二の出口バルブが開かれる。この結果として、第一の分
子ふるいベッドが充填（吸着）されている間に、第二の
分子ふるいベッドから吸着された酸素が脱着、つまり、
取り出される。同様に、第二の分子ふるいベッドのチャ
ージサイクルにおいては、第一の入口バルブが閉じ、第
一の出口バルブが開き、第二の入口バルブが開き、そし
て、第二の出口バルブが閉じ、結果として、第二の分子
ふるいベッドがチャージされている間に、第一の分子ふ
るいベッドから吸着された酸素が脱着、つまり、取り出
される。第一の分子ふるいベッドのチャージサイクルが
完了した後に、第一の出口バルブが開き、解放弁によっ
てサージガスが排気され、第二の分子ふるいベッドのチ
ャージサイクルが完了した後に、第二の出口バルブが開
き、サージガスが解放弁によって排気される。本発明の
第二の実施例においては、この濃縮機はさらにポンプを
含むが、このポンプは、第一の分子ふるいベッドのチャ
ージサイクルの際に第二の分子ふるいベッドから吸着さ
れた酸素を取り出し、第二の分子ふるいベッドのチャー
ジサイクルの際に第一の分子ふるいベッドから吸着され
た酸素を取り出す。
単一段二次高純度酸素濃縮機および濃縮法について開示
する。この濃縮機は、少なくとも、第一および第二の入
口バルブ、第一および第二の分子ふるいベッド、並び
に、第一および第二の出口バルブを含む。本発明の第一
の実施例によると、この濃縮機はさらに解放弁を含む。
第一の分子ふるいベッドのチャージ（充填）サイクルに
おいて、第一の入口バルブが開かれ、第一の出口バルブ
が閉じられ、第二の入口バルブが閉じられ、そして、第
二の出口バルブが開かれる。この結果として、第一の分
子ふるいベッドが充填（吸着）されている間に、第二の
分子ふるいベッドから吸着された酸素が脱着、つまり、
取り出される。同様に、第二の分子ふるいベッドのチャ
ージサイクルにおいては、第一の入口バルブが閉じ、第
一の出口バルブが開き、第二の入口バルブが開き、そし
て、第二の出口バルブが閉じ、結果として、第二の分子
ふるいベッドがチャージされている間に、第一の分子ふ
るいベッドから吸着された酸素が脱着、つまり、取り出
される。第一の分子ふるいベッドのチャージサイクルが
完了した後に、第一の出口バルブが開き、解放弁によっ
てサージガスが排気され、第二の分子ふるいベッドのチ
ャージサイクルが完了した後に、第二の出口バルブが開
き、サージガスが解放弁によって排気される。本発明の
第二の実施例においては、この濃縮機はさらにポンプを
含むが、このポンプは、第一の分子ふるいベッドのチャ
ージサイクルの際に第二の分子ふるいベッドから吸着さ
れた酸素を取り出し、第二の分子ふるいベッドのチャー
ジサイクルの際に第一の分子ふるいベッドから吸着され
た酸素を取り出す。
【００１２】本発明の新規であると信じられる特徴が特
許請求の範囲に指摘される。ただし、本発明自身、発明
の使用の好ましいモード、並びに、本発明のその他の目
的および長所は、一例としての実施例の以下の詳細な説
明を付録の図面を参照しながら読むことによって一層明
らかになるものである。
許請求の範囲に指摘される。ただし、本発明自身、発明
の使用の好ましいモード、並びに、本発明のその他の目
的および長所は、一例としての実施例の以下の詳細な説
明を付録の図面を参照しながら読むことによって一層明
らかになるものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】図１には、単一段二次高純度酸素
濃縮機を示す全体的なブロック図１００である。ゼオラ
イト濃縮器出力１５０が第一の入口バルブ１３０を通じ
て第一の炭素分子ふるいベッド１０５に供給され、ま
た、第二の入口バルブ１４０を通じて第一の炭素分子ふ
るいベッド１１０に供給される。第一の炭素分子ふるい
ベッド１０５および第二の炭素分子ふるいベッド１１０
は、炭素分子ふるいにて満たされ、第一の入口バルブ１
３０と第一のチェックバルブ１１５との間、および第二
の入口バルブ１４０と第二のチェックバルブ１２０との
間の、隙間容積が最小になるように、つまり、１０％以
下になるように設計される。殆どの酸素圧力スイング吸
着システムにおいて使用されるクロスフローパージは、
酸素生成物の希釈を阻止する目的で、使用されない。第
一の入口バルブ１３０が開くと、第一の出口バルブ１３
５および第二の入口バルブ１４０は閉じ、第二の出口バ
ルブ１４５は開かれる。ゼオライト濃縮機出力１５０か
らの９５％酸素および５％アルゴンが、第一の入口バル
ブ１３０を通じて第一の炭素分子ふるいベッド１０５内
に入る。ゼオライト濃縮機出力１５０が第一の炭素分子
ふるいベッド１０５を通って第一のチェックバルブ１１
５に向って流れる過程で酸素が多孔質のカーボン内に拡
散によって選択的に吸着される。出口流１８０は、可調
制御オリフィス１２５によって計測される。
濃縮機を示す全体的なブロック図１００である。ゼオラ
イト濃縮器出力１５０が第一の入口バルブ１３０を通じ
て第一の炭素分子ふるいベッド１０５に供給され、ま
た、第二の入口バルブ１４０を通じて第一の炭素分子ふ
るいベッド１１０に供給される。第一の炭素分子ふるい
ベッド１０５および第二の炭素分子ふるいベッド１１０
は、炭素分子ふるいにて満たされ、第一の入口バルブ１
３０と第一のチェックバルブ１１５との間、および第二
の入口バルブ１４０と第二のチェックバルブ１２０との
間の、隙間容積が最小になるように、つまり、１０％以
下になるように設計される。殆どの酸素圧力スイング吸
着システムにおいて使用されるクロスフローパージは、
酸素生成物の希釈を阻止する目的で、使用されない。第
一の入口バルブ１３０が開くと、第一の出口バルブ１３
５および第二の入口バルブ１４０は閉じ、第二の出口バ
ルブ１４５は開かれる。ゼオライト濃縮機出力１５０か
らの９５％酸素および５％アルゴンが、第一の入口バル
ブ１３０を通じて第一の炭素分子ふるいベッド１０５内
に入る。ゼオライト濃縮機出力１５０が第一の炭素分子
ふるいベッド１０５を通って第一のチェックバルブ１１
５に向って流れる過程で酸素が多孔質のカーボン内に拡
散によって選択的に吸着される。出口流１８０は、可調
制御オリフィス１２５によって計測される。
【００１４】バルブのサイクルタイミングおよびフロー
が、第一の炭素分子ふるいベッド１０５のふるいに酸素
が満杯に供給され、つまり、ほぼ飽和し、従って、出口
流１８０の所の破過点（ブレークスルー）生成物の濃度
が、ゼオライト濃縮機出力１５０の濃度に達したとき、
第一の入口バルブ１３０、第一の出口バルブ１３５、第
二の入口バルブ１４０および第二の出口バルブ１４５
が、それらの逆の状態にスイッチされるように調節され
る。このポイントにおいて、全ての間隙ガスの純度は、
少なくとも９５％に達する。第一の出口バルブ１３５が
開くと、最初のガスのサージが、高圧にて迅速に解放弁
１５５から排気されるが、ただし、こうして排気される
ガスは主として、デッド容積および低純度の間隙ガスか
ら成る。これが、真の損失、あるいは使用されないガス
に相当するが、これは、典型的には、容積にして１０％
以下である。次に、残りのガスが、任意の速度および圧
力にて取り出されるが、システム動作サイクルは、生成
物が最適に生成され、かつ、次のサイクルに備えて排気
ができるように、タイミングを調節される。第二の炭素
分子ふるいベッド１１０についても類似する動作が反復
される。第一の炭素分子ふるいベッド１０５と第二の炭
素分子ふるいベッド１１０の逐次サイクルから成る全体
としてのシステムサイクルが、反復され、結果として、
生成物出力１７５の所に、酸素からなる生成物供給が継
続的に提供される。第三のチェックバルブ１６５は、生
成物出力１７５の逆流を阻止し、可調制御オリフィス１
７０は、生成物出力１７５の計測を可能にする。
が、第一の炭素分子ふるいベッド１０５のふるいに酸素
が満杯に供給され、つまり、ほぼ飽和し、従って、出口
流１８０の所の破過点（ブレークスルー）生成物の濃度
が、ゼオライト濃縮機出力１５０の濃度に達したとき、
第一の入口バルブ１３０、第一の出口バルブ１３５、第
二の入口バルブ１４０および第二の出口バルブ１４５
が、それらの逆の状態にスイッチされるように調節され
る。このポイントにおいて、全ての間隙ガスの純度は、
少なくとも９５％に達する。第一の出口バルブ１３５が
開くと、最初のガスのサージが、高圧にて迅速に解放弁
１５５から排気されるが、ただし、こうして排気される
ガスは主として、デッド容積および低純度の間隙ガスか
ら成る。これが、真の損失、あるいは使用されないガス
に相当するが、これは、典型的には、容積にして１０％
以下である。次に、残りのガスが、任意の速度および圧
力にて取り出されるが、システム動作サイクルは、生成
物が最適に生成され、かつ、次のサイクルに備えて排気
ができるように、タイミングを調節される。第二の炭素
分子ふるいベッド１１０についても類似する動作が反復
される。第一の炭素分子ふるいベッド１０５と第二の炭
素分子ふるいベッド１１０の逐次サイクルから成る全体
としてのシステムサイクルが、反復され、結果として、
生成物出力１７５の所に、酸素からなる生成物供給が継
続的に提供される。第三のチェックバルブ１６５は、生
成物出力１７５の逆流を阻止し、可調制御オリフィス１
７０は、生成物出力１７５の計測を可能にする。
【００１５】図２には、オプションとしてのポンプ２５
５を持つ単一段二次高純度酸素濃縮機を表すブロック図
２００が示される。このオプションとしてのポンプ２５
５は、第一の炭素分子ふるいベッド２０５および第二の
炭素分子ふるいベッド２１０からの吸着されたガスの取
り出しを継続することによってより高い回収を可能とす
るが、第一の炭素分子ふるいベッド２０５および第二の
炭素分子ふるい２１０をそれらのチャージサイクルにお
いて完全に満杯にするために要求されるシステムスルー
フローは、これによって、僅かに増えるのみである。ゼ
オライト濃縮機出力２５０は、第一の入口バルブ２３０
を通じて第一の炭素分子ふるいベッド２０５に供給さ
れ、第二の入口バルブ２４０を通じて第二の炭素分子ふ
るいベッド２１０に供給される。第一の炭素分子ふるい
ベッド２０５および第二の炭素分子ふるいベッド２１０
は、炭素分子ふるいにて満たされ、第一の入口バルブ２
３０と第一のチェックバルブ２１５との間、および入口
バルブ２４０と第二のチェックバルブ２２０との間の隙
間容積は、最小となるように、つまり、１０％以下とな
るように設計される。殆どの酸素圧力スイング吸着シス
テムにおいて使用されるクロスフローパージは、酸素生
成物の希釈を阻止する目的で、使用されない。第一の入
口バルブ２３０が開くと、第一の出口バルブ２３５およ
び第二の入口バルブ２４０は閉じ、第二の出口バルブ２
４５は開かれる。ゼオライト濃縮機出力２５０からの９
５％酸素および５％アルゴンが、第一の入口バルブ２３
０を通じて第一の炭素分子ふるいベッド２０５内に入
る。これが第一の炭素分子ふるいベッド２０５の第一の
チェックバルブ２１５の端に向って流れる過程で酸素が
多孔質のカーボン内に拡散によって選択的に吸着され
る。出口流２８０は、可調制御オリフィス２２５によっ
て計測される。バルブのサイクルタイミングおよびフロ
ーが、第一の炭素分子ふるいベッド２０５のふるいに酸
素が満杯に供給され、つまり、ふるいがほぼ飽和され、
従って、出口流２８０の所の破過点（ブレークスルー）
生成物の濃度が、ゼオライト濃縮機出力２５０の濃度に
達したとき、第一の入口バルブ２３０、第一の出口バル
ブ２３５、第二の入口バルブ２４０および第二の出口バ
ルブ２４５が、それらの逆の状態にスイッチされるよう
に調節される。このポイントにおいて全ての間隙ガスの
純度は、少なくとも９５％に達する。次に、この酸素生
成物が、任意の速度および圧力にて取り出されるが、シ
ステム動作サイクルは、生成物が最適に生成され、か
つ、次のサイクルに備えて最適の排気特性が達成できる
ようにタイミングを調節される。第二の炭素分子ふるい
ベッド２１０についても類似する動作が反復される。第
一の炭素分子ふるいベッド２０５と第二の炭素分子ふる
いベッド２１０の逐次サイクルから成る全体としてのシ
ステムサイクルが、周期的に遂行され、結果として、生
成物出力２７５の所に、酸素生成物が継続的に供給され
る。第三のチェックバルブ２６５は、生成物出力２７５
の逆流を阻止し、可調制御オリフィス２７０は、生成物
出力２７５の計測を可能にする。
５を持つ単一段二次高純度酸素濃縮機を表すブロック図
２００が示される。このオプションとしてのポンプ２５
５は、第一の炭素分子ふるいベッド２０５および第二の
炭素分子ふるいベッド２１０からの吸着されたガスの取
り出しを継続することによってより高い回収を可能とす
るが、第一の炭素分子ふるいベッド２０５および第二の
炭素分子ふるい２１０をそれらのチャージサイクルにお
いて完全に満杯にするために要求されるシステムスルー
フローは、これによって、僅かに増えるのみである。ゼ
オライト濃縮機出力２５０は、第一の入口バルブ２３０
を通じて第一の炭素分子ふるいベッド２０５に供給さ
れ、第二の入口バルブ２４０を通じて第二の炭素分子ふ
るいベッド２１０に供給される。第一の炭素分子ふるい
ベッド２０５および第二の炭素分子ふるいベッド２１０
は、炭素分子ふるいにて満たされ、第一の入口バルブ２
３０と第一のチェックバルブ２１５との間、および入口
バルブ２４０と第二のチェックバルブ２２０との間の隙
間容積は、最小となるように、つまり、１０％以下とな
るように設計される。殆どの酸素圧力スイング吸着シス
テムにおいて使用されるクロスフローパージは、酸素生
成物の希釈を阻止する目的で、使用されない。第一の入
口バルブ２３０が開くと、第一の出口バルブ２３５およ
び第二の入口バルブ２４０は閉じ、第二の出口バルブ２
４５は開かれる。ゼオライト濃縮機出力２５０からの９
５％酸素および５％アルゴンが、第一の入口バルブ２３
０を通じて第一の炭素分子ふるいベッド２０５内に入
る。これが第一の炭素分子ふるいベッド２０５の第一の
チェックバルブ２１５の端に向って流れる過程で酸素が
多孔質のカーボン内に拡散によって選択的に吸着され
る。出口流２８０は、可調制御オリフィス２２５によっ
て計測される。バルブのサイクルタイミングおよびフロ
ーが、第一の炭素分子ふるいベッド２０５のふるいに酸
素が満杯に供給され、つまり、ふるいがほぼ飽和され、
従って、出口流２８０の所の破過点（ブレークスルー）
生成物の濃度が、ゼオライト濃縮機出力２５０の濃度に
達したとき、第一の入口バルブ２３０、第一の出口バル
ブ２３５、第二の入口バルブ２４０および第二の出口バ
ルブ２４５が、それらの逆の状態にスイッチされるよう
に調節される。このポイントにおいて全ての間隙ガスの
純度は、少なくとも９５％に達する。次に、この酸素生
成物が、任意の速度および圧力にて取り出されるが、シ
ステム動作サイクルは、生成物が最適に生成され、か
つ、次のサイクルに備えて最適の排気特性が達成できる
ようにタイミングを調節される。第二の炭素分子ふるい
ベッド２１０についても類似する動作が反復される。第
一の炭素分子ふるいベッド２０５と第二の炭素分子ふる
いベッド２１０の逐次サイクルから成る全体としてのシ
ステムサイクルが、周期的に遂行され、結果として、生
成物出力２７５の所に、酸素生成物が継続的に供給され
る。第三のチェックバルブ２６５は、生成物出力２７５
の逆流を阻止し、可調制御オリフィス２７０は、生成物
出力２７５の計測を可能にする。
【００１６】本発明は、図１および図２のシステムが、
本発明の精神から逸脱することなしに様々な形式のバル
ブ制御構造を使用して実現できることを開示する。バル
ブスイッチングの最も単純な形式は、予め定められた時
間パターンに基づき、事前に定められた電気タイマによ
って制御される。手続きとしては、最初に、酸素分析機
を使用して破過点（ブレークスルー）濃度特性を測定す
ることから最適時間が決定され、対象となる環境条件の
下で最適と思われるバルブスイッチングと時間のタイミ
ングが決定される。別の方法においては、システムが酸
素分析機を含み、この出力信号を使用して全体としての
性能が調節される。つまり、環境条件の変動に応じて、
破過点（ブレークスルー）ガス内の酸素濃度の関数とし
てバルブサイクル時間を変動することによってシステム
性能が最適になるように制御される。
本発明の精神から逸脱することなしに様々な形式のバル
ブ制御構造を使用して実現できることを開示する。バル
ブスイッチングの最も単純な形式は、予め定められた時
間パターンに基づき、事前に定められた電気タイマによ
って制御される。手続きとしては、最初に、酸素分析機
を使用して破過点（ブレークスルー）濃度特性を測定す
ることから最適時間が決定され、対象となる環境条件の
下で最適と思われるバルブスイッチングと時間のタイミ
ングが決定される。別の方法においては、システムが酸
素分析機を含み、この出力信号を使用して全体としての
性能が調節される。つまり、環境条件の変動に応じて、
破過点（ブレークスルー）ガス内の酸素濃度の関数とし
てバルブサイクル時間を変動することによってシステム
性能が最適になるように制御される。
【００１７】次に、テストされたブレッドボードシステ
ムの典型的な結果および設計基準について説明する。お
のおのが０．８リットルの直径２インチのベッドを持
ち、全体で２．４ポンドのタケダ３Ａペレットを使用す
る図１の構成を使用して、５０PSIGの圧力にて９５％の
酸素と５％のアルゴンから成るガスが、３０秒の半サイ
クル（１分の完全サイクル）時間を使用して供給された
結果、各半サイクル当たり、９９％＋の純度の生成物が
５．６リットル得られた。ここで、可調出力オリフィス
は、４．８リットル／分のスルーフローに設定され、解
放弁は、分当たり全体で３．５リットル排気するように
設定された。これから回復率を計算すると以下のような
値が得られる。
ムの典型的な結果および設計基準について説明する。お
のおのが０．８リットルの直径２インチのベッドを持
ち、全体で２．４ポンドのタケダ３Ａペレットを使用す
る図１の構成を使用して、５０PSIGの圧力にて９５％の
酸素と５％のアルゴンから成るガスが、３０秒の半サイ
クル（１分の完全サイクル）時間を使用して供給された
結果、各半サイクル当たり、９９％＋の純度の生成物が
５．６リットル得られた。ここで、可調出力オリフィス
は、４．８リットル／分のスルーフローに設定され、解
放弁は、分当たり全体で３．５リットル排気するように
設定された。これから回復率を計算すると以下のような
値が得られる。
【数１】 １／６馬力のトーマスウォッブルプレートポンプを追加
し、入口圧力を４０PSIGにセットした場合、出口流は、
４．５リットル／分にセットし、解放弁は除去すること
ができる。圧力を、−２３水銀インチまで引いた場合、
各半サイクルにおいて８．３リットルの高純度生成物を
得ることができる。これからの回収率は、以下のように
計算できる。
し、入口圧力を４０PSIGにセットした場合、出口流は、
４．５リットル／分にセットし、解放弁は除去すること
ができる。圧力を、−２３水銀インチまで引いた場合、
各半サイクルにおいて８．３リットルの高純度生成物を
得ることができる。これからの回収率は、以下のように
計算できる。
【数２】 追加のテストが、加圧航空機環境内での動作を想定する
８０００−９０００フィートの模擬高度に対して実験さ
れた。これらの状態においては、回収率は、ポンプを使
用しない場合で、概ね、５７．５％から６５％までに向
上された。
８０００−９０００フィートの模擬高度に対して実験さ
れた。これらの状態においては、回収率は、ポンプを使
用しない場合で、概ね、５７．５％から６５％までに向
上された。
【００１８】本発明の上の説明から理解できるように、
空気から酸素あるいは窒素を濃縮するために通常に使用
されるタイプの２ベッド圧力スイング吸着分子ふるいシ
ステムの一般的な構成が、二次酸素純化機として機能す
るように新規な方法に改良された。本発明は、このシス
テムが、酸素濃度を、ゼオライト分子ふるいによって達
成可能な最大濃度（９５％酸素、５％アルゴン）から、
９９％を超える酸素純度レベルに増加させることが可能
であることを教示する。本発明は、二つの設計オプショ
ンを開示する。第一のオプションとしてのポンプを持た
ない酸素濃縮機では、供給される９５％酸素、５％アル
ゴンの混合物からの、約５７％の回収率が可能であり、
第二のポンプを含むオプションとしての酸素濃縮機で
は、約７９％の回収率が達成される。本発明は、上に説
明された方法および装置を使用して、医療、航空機およ
び商業用途に供給するための高純度の酸素を生成するた
めの手段を提供するが、本発明は、空気源の高い回収
率、エネルギー、サイズ、重量、単純さ、信頼性、単純
なシステム統合、初期コストなどが重要な考慮事項とな
る用途に適する。
空気から酸素あるいは窒素を濃縮するために通常に使用
されるタイプの２ベッド圧力スイング吸着分子ふるいシ
ステムの一般的な構成が、二次酸素純化機として機能す
るように新規な方法に改良された。本発明は、このシス
テムが、酸素濃度を、ゼオライト分子ふるいによって達
成可能な最大濃度（９５％酸素、５％アルゴン）から、
９９％を超える酸素純度レベルに増加させることが可能
であることを教示する。本発明は、二つの設計オプショ
ンを開示する。第一のオプションとしてのポンプを持た
ない酸素濃縮機では、供給される９５％酸素、５％アル
ゴンの混合物からの、約５７％の回収率が可能であり、
第二のポンプを含むオプションとしての酸素濃縮機で
は、約７９％の回収率が達成される。本発明は、上に説
明された方法および装置を使用して、医療、航空機およ
び商業用途に供給するための高純度の酸素を生成するた
めの手段を提供するが、本発明は、空気源の高い回収
率、エネルギー、サイズ、重量、単純さ、信頼性、単純
なシステム統合、初期コストなどが重要な考慮事項とな
る用途に適する。
【００１９】本発明の一つの他にない特徴は、吸着され
た酸素が、脱着（回収）および保存され、一方で、スル
ーフローの量は少なく、これはアルゴンに富むことであ
る。これは、合衆国特許第4,880,443号に開示される方
法とは反対である。
た酸素が、脱着（回収）および保存され、一方で、スル
ーフローの量は少なく、これはアルゴンに富むことであ
る。これは、合衆国特許第4,880,443号に開示される方
法とは反対である。
【００２０】本発明は単一段内で高純度の酸素を得るこ
とができるが、これは、主として、１）小さな間隙ガス
容量を使用し、２）フローおよびサイクルタイミングを
制御することによって間隙ガスの純度を可能な限り高く
し、３）次に、脱着の際に、こうして得られた高純度の
間隙ガスを、高純度を得るために、吸着された酸素と混
合し、４）さらに、解放弁あるいは類似する手段を使用
して、各脱着サイクルの開始の所で“低”純度の間隙ガ
スの適当な量を排気することによって達成される。高回
収率特性が、最も選択性の高い炭素分子ふるいを利用
し、スルーフローを最小にし、高い酸素純度が得られる
ようにタイミングを調節することによって達成される
が、より高い密度のふるいパッキングを使用して回収率
をさらに向上させることも可能である。
とができるが、これは、主として、１）小さな間隙ガス
容量を使用し、２）フローおよびサイクルタイミングを
制御することによって間隙ガスの純度を可能な限り高く
し、３）次に、脱着の際に、こうして得られた高純度の
間隙ガスを、高純度を得るために、吸着された酸素と混
合し、４）さらに、解放弁あるいは類似する手段を使用
して、各脱着サイクルの開始の所で“低”純度の間隙ガ
スの適当な量を排気することによって達成される。高回
収率特性が、最も選択性の高い炭素分子ふるいを利用
し、スルーフローを最小にし、高い酸素純度が得られる
ようにタイミングを調節することによって達成される
が、より高い密度のふるいパッキングを使用して回収率
をさらに向上させることも可能である。
【００２１】本発明は、また、アルゴンに富むスルーフ
ローを提供するが、このスルーフローは約９０％の酸素
濃度を持つために、多くの呼吸ガス用あるいは他の用途
に対して使用することが可能である。従って、初期のゼ
オライト濃縮機入力から二次酸素濃縮機での処理の間で
殆ど酸素が失われることがない。加えて、本発明は、適
応可能な設計アプローチを提供するために、第一段のゼ
オライト圧力スイング吸着手段から供給される混合ガス
の（濃度）、ベッド、バルブ、サイズなどの組合せ、な
どの変動に適応することが可能である。加えて、生成物
の取り出し、蓄積および配給のための手段として、実質
的にどのような手段を使用することも許される。 本発
明が、一つの好ましい実施例を参照しながら具体的に説
明されたが、当業者においては、本発明の精神および範
囲から逸脱することなく、形式および細部の様々な修正
が可能なことを理解できるものである。例えば、本発明
の好ましい実施例は、二つの分子ふるいベッドを、高純
度酸素生成物を生成することについて説明するが、ただ
し、ベッドのサイズおよび数を変えても要求されるスル
ープットおよび純度を達成することが可能である。ただ
し、ベッドの間隙および未充填容積が小さければ小さい
ほど、より高い純度の酸素が得られることに注意する。
ローを提供するが、このスルーフローは約９０％の酸素
濃度を持つために、多くの呼吸ガス用あるいは他の用途
に対して使用することが可能である。従って、初期のゼ
オライト濃縮機入力から二次酸素濃縮機での処理の間で
殆ど酸素が失われることがない。加えて、本発明は、適
応可能な設計アプローチを提供するために、第一段のゼ
オライト圧力スイング吸着手段から供給される混合ガス
の（濃度）、ベッド、バルブ、サイズなどの組合せ、な
どの変動に適応することが可能である。加えて、生成物
の取り出し、蓄積および配給のための手段として、実質
的にどのような手段を使用することも許される。 本発
明が、一つの好ましい実施例を参照しながら具体的に説
明されたが、当業者においては、本発明の精神および範
囲から逸脱することなく、形式および細部の様々な修正
が可能なことを理解できるものである。例えば、本発明
の好ましい実施例は、二つの分子ふるいベッドを、高純
度酸素生成物を生成することについて説明するが、ただ
し、ベッドのサイズおよび数を変えても要求されるスル
ープットおよび純度を達成することが可能である。ただ
し、ベッドの間隙および未充填容積が小さければ小さい
ほど、より高い純度の酸素が得られることに注意する。
【図１】本発明の第一の実施例に従う単一段二次高純度
酸素濃縮機を示す図である。
酸素濃縮機を示す図である。
【図２】本発明の第二の実施例に従うオプションとして
のポンプを含む単一段二次高純度酸素濃縮機を示す図で
ある。
のポンプを含む単一段二次高純度酸素濃縮機を示す図で
ある。
１００ ブロック図 １０５ 第１炭素分子ふるいベッド １１０ 第２炭素分子ふるいベッド， １１５ 第１チェックバルブ １２０ 第２チェックバルブ １２５ 可調制御オリフィス １３０ 第一入口バルブ １３５ 第一出口バルブ １４０ 第二入口バルブ １４５ 第二出口バルブ １５０ ゼオライト濃縮機出力 １５５ 解放弁 １６５ 第三チェックバルブ １７０ 可調制御オリフィス １７５ 生成物出力 １８０ 出口流
Claims (30)
- 【請求項１】 単一段二次高純度酸素濃縮機であって、
この濃縮機が：第一の入口バルブ；第二の入口バルブ；
所定の酸素濃度とアルゴン濃度を持つガス混合物が前記
の第一の入口バルブを通じて供給される第一の分子ふる
いベッド；前記のガス混合物が前記の第二の入口バルブ
を通じて供給される第二の分子ふるいベッド；前記の第
一の分子ふるいベッドの第一の出口バルブ；前記の第二
の分子ふるいベッドの第二の出口バルブ；および解放弁
を含み；ここで前記の第一の分子ふるいベッドの第一の
チャージサイクルの際に、前記の第一の入口バルブが開
き、前記の第一の出口バルブが閉じ、前記の第二の入口
バルブが閉じ、前記の第二の出口バルブが開き、前記の
ガス混合物が前記の第二の分子ふるいベッドを通って流
される際に、前記のガス混合物から酸素が選択的に吸着
され、これが、前記の第一の分子ふるいベッドが酸素に
て充填され、第二の分子ふるいベッドの間隙および未充
填容積内のアルゴン濃度が前記の混合ガスのアルゴン濃
度に低減されるまで継続され；前記の第二の分子ふるい
ベッドの第二のチャージサイクルの際に、前記の第一の
入口バルブが閉じ、前記の第一の出口バルブが開き、前
記の第二の入口バルブが開き、前記の第二の出口バルブ
が閉じ、前記のガス混合物が前記の第二の分子ふるいベ
ッドを通って流される際に、前記のガス混合物から酸素
が選択的に吸着され、これが、前記の第二の分子ふるい
ベッドが酸素にて充填され、第二の分子ふるいベッドの
間隙および未充填容積内のアルゴン濃度が前記の混合ガ
スのアルゴン濃度に低減されるまで継続され；前記の第
一のチャージサイクルの際に、第一の高純度酸素生成物
が前記の第二の出口バルブを通じて前記の第二の分子ふ
るいから脱着され、前記の第二のチャージサイクルの際
に、第二の高純度酸素生成物が前記の第一の出口バルブ
を通じて前記の第一の分子ふるいから脱着されることを
特徴とする濃縮機。 - 【請求項２】 前記の第一の分子ふるいベッドが炭素分
子ふるいベッドであることを特徴とする請求項１の濃縮
機。 - 【請求項３】 前記の第二の分子ふるいベッドが炭素分
子ふるいベッドであることを特徴とする請求項１の濃縮
機。 - 【請求項４】 前記の濃縮機がさらに：前記の第一の出
口バルブに接続された第一のチェックバルブ；および前
記の第二の出口バルブに接続された第二のチェックバル
ブを含むことを特徴とする請求項１の濃縮機。 - 【請求項５】 前記のガス混合物が前記の第一の入口バ
ルブおよび前記の第二の入口バルブに第一の段によって
供給されることを特徴とする請求項１の濃縮機。 - 【請求項６】 前記の第一の段がゼオライト分子ふるい
であることを特徴とする請求項５の濃縮機。 - 【請求項７】 前記のガス混合物が、約９５％の酸素濃
度および約５％のアルゴン濃度を持ち、前記の第一の高
純度酸素生成物が、約９９％を超える濃度と、約１％以
下のアルゴン濃度を持ち、前記の第二の高純度酸素生成
物が、約９９％を超える濃度と、約１％以下のアルゴン
濃度を持つことを特徴とする請求項１の濃縮機。 - 【請求項８】 前記の第一の分子ふるいベッドが第一の
炭素分子ふるいを持ち、前記の第二の分子ふるいが第二
の炭素分子ふるいを持つことを特徴とする請求項１の濃
縮機。 - 【請求項９】 前記の第一のチャージサイクルを完了し
て前記の第二のチャージサイクルにスイッチするとき、
前記の第一の出口バルブが開き、第一のサージガスが前
記の解放弁によって排気され、前記の第二のチャージサ
イクルを完了して第一のチャージサイクルにスイッチす
るとき、前記の第二の出口バルブが開き、第二のサージ
ガスが前記の解放弁によって排気されることを特徴とす
る請求項１の濃縮機。 - 【請求項１０】 単一段二次高純度酸素濃縮機であっ
て、この濃縮機が：第一の入口バルブ；第二の入口バル
ブ；所定の酸素濃度とアルゴン濃度を持つガス混合物が
前記の第一の入口バルブを通じて供給される第一の分子
ふるいベッド；前記のガス混合物が前記の第二の入口バ
ルブを通じて供給される第二の分子ふるいベッド；前記
の第一の分子ふるいベッドの第一の出口バルブ；前記の
第二の分子ふるいベッドの第二の出口バルブ；およびポ
ンプを含み；ここで前記の第一の分子ふるいベッドの第
一のチャージサイクルの際に、前記の第一の入口バルブ
が開き、前記の第一の出口バルブが閉じ、前記の第二の
入口バルブが閉じ、前記の第二の出口バルブが開き、前
記のガス混合物が前記の第一の分子ふるいベッドを通っ
て流される際に、前記のガス混合物から酸素が選択的に
吸着され、これが、前記の第一の分子ふるいベッドが酸
素にて充填され、第一の分子ふるいベッドの間隙および
未充填容積内のアルゴン濃度が前記の混合ガスのアルゴ
ン濃度に低減されるまで継続され；前記の第二の分子ふ
るいベッドの第二のチャージサイクルの際に、前記の第
一の入口バルブが閉じ、前記の第一の出口バルブが開
き、前記の第二の入口バルブが開き、前記の第二の出口
バルブが閉じ、前記のガス混合物が前記の第二の分子ふ
るいベッドを通って流される際に、前記のガス混合物か
ら酸素が選択的に吸着され、これが、前記の第一の分子
ふるいベッドが酸素にて充填され、第二の分子ふるいベ
ッドの間隙および未充填容積内のアルゴン濃度が前記の
混合ガスのアルゴン濃度に低減されるまで継続され；前
記の第一のチャージサイクルの際に、第一の高純度酸素
生成物が前記の第二の出口バルブを通じて前記の第二の
分子ふるいベッドから前記のポンプによって脱着され、
前記の第二のチャージサイクルの際に、第二の高純度酸
素生成物が前記の第一の出口バルブを通じて前記の第一
の分子ふるいベッドから前記のポンプによって脱着され
ることを特徴とする濃縮機。 - 【請求項１１】 前記の第一の分子ふるいベッドが炭素
分子ふるいベッドであることを特徴とする請求項１０の
濃縮機。 - 【請求項１２】 前記の第二の分子ふるいベッドが炭素
分子ふるいベッドであることを特徴とする請求項１０の
濃縮機。 - 【請求項１３】 前記の濃縮機がさらに：前記の第一の
出口バルブに接続された第一のチェックバルブ；および
前記の第二の出口バルブに接続された第二のチェックバ
ルブを含むことを特徴とする請求項１０の濃縮機。 - 【請求項１４】 前記のガス混合物が前記の第一の入口
バルブおよび前記の第二の入口バルブに第一の段によっ
て供給されることを特徴とする請求項１０の濃縮機。 - 【請求項１５】 前記の第一の段がゼオライト分子ふる
いであることを特徴とする請求項１４の濃縮機。 - 【請求項１６】 前記のガス混合物が、約９５％の酸素
濃度および約５％のアルゴン濃度を持ち、前記の第一の
高純度酸素生成物が、約９９％を超える濃度と、約１％
以下のアルゴン濃度を持ち、前記の第二の高純度酸素生
成物が、約９９％を超える濃度と、約１％以下のアルゴ
ン濃度を持つことを特徴とする請求項１０の濃縮機。 - 【請求項１７】 前記の第一の分子ふるいベッドが第一
の炭素分子ふるいを持ち、前記の第二の分子ふるいベッ
ドが第二の炭素分子ふるいを持つことを特徴とする請求
項１０の濃縮機。 - 【請求項１８】 ゼオライト分子ふるいによって供給さ
れるガス混合物から高純度酸素濃縮物を生成するための
方法であって、：所定の酸素濃度とアルゴン濃度を持つ
ガス混合物を第一の分子ふるいベッドに供給するステッ
プ；第一のチャージサイクルの際に前記のガス混合物が
第一の分子ふるいベッドを通って流れるときに前記のガ
ス混合物から酸素を選択的に吸着し、これを、第一の分
子ふるいベッドが酸素にて充填され、第一の分子ふるい
ベッドの間隙および未充填容積内のアルゴン濃度が前記
のガス混合物のアルゴン濃度に低減されるまで継続する
ステップ、および第一のチャージサイクルの際に第二の
分子ふるいベッドの第一の高純度酸素生成物を脱着する
ステップ；前記の混合ガスを第二の分子ふるいベッドに
供給するステップ；第二のチャージサイクルの際に前記
のガス混合物が第二の分子ふるいベッドを通って流れる
ときに前記のガス混合物から酸素を選択的に吸着し、こ
れを、第二の分子ふるいベッドが酸素にて充填され、第
二の分子ふるいベッドの間隙および未充填容積内のアル
ゴン濃度が前記のガス混合物のアルゴン濃度に低減され
るまで継続するステップ、および第二のチャージサイク
ルの際に第一の分子ふるいベッドの第二の高純度酸素生
成物を脱着するステップを含むことを特徴とする方法。 - 【請求項１９】 前記のガス混合物が前記の第一の分子
ふるいベッドに第一の入口バルブを通じて供給されるこ
とを特徴とする請求項１８の方法。 - 【請求項２０】 前記の第一のチャージサイクルの際に
前記のガス混合物が前記の第一の分子ふるいベッド内を
流れるときに前記のガス混合物から酸素を選択的に吸着
するステップにおいて、前記の酸素が、前記の第一の分
子ふるいベッドの第一のふるいの複数の孔の中に拡散に
よって吸着されることを特徴とする請求項１８の方法。 - 【請求項２１】 前記の第一のふるいが炭素分子ふるい
であり、酸素が前記の第一のふるいの複数の炭素孔の中
に拡散によって吸着されることを特徴とする請求項２０
の方法。 - 【請求項２２】 前記の第一の分子ふるいベッドの前記
の第一のふるいへの酸素の充填が、前記の第一の分子ふ
るいベッドの第一の出口流の酸素濃度が、おおむね前記
のガス混合物の酸素濃度に等しいときに行なわれること
を特徴とする請求項１８の方法。 - 【請求項２３】 前記のガス混合物が第二の入口バルブ
を通じて前記の第二の分子ふるいベッドに供給されるこ
とを特徴とする請求項１８の方法。 - 【請求項２４】 前記の混合ガスを第二の分子ふるいベ
ッドに供給するステップの際に、前記の第一の入口バル
ブが開かれることを特徴とする請求項１８の方法。 - 【請求項２５】 ガス混合物を第二の分子ふるいベッド
に供給するステップの前に、これに先立って、第一の入
口バルブが開かれるとき、第一の分子ふるいベッドから
の出口流初期サージが解放弁を通じて排気されることを
特徴とする請求項２４の方法。 - 【請求項２６】 前記の第二のチャージサイクルの際に
前記の混合ガスが前記の第二の分子ふるいベッド内を流
れるとき前記のガス混合物から酸素を選択的に吸着する
ステップにおいて、前記のガス混合物が前記の第二の分
子ふるいベッド内を流れるとき、酸素が前記の第二の分
子ふるいベッドの第二のふるいの複数の孔の中に拡散に
よって吸着されることを特徴とする請求項１８の方法。 - 【請求項２７】 前記の第二のふるいが炭素分子ふるい
であり、酸素が前記の第二のふるいの複数の炭素孔内に
拡散によって吸着されることを特徴とする請求項２６の
方法。 - 【請求項２８】 前記の第二の分子ふるいベッドの前記
の第二のふるいへの酸素の充填が、前記の第二の分子ふ
るいベッドの第二の出口流の酸素濃度がおおむね前記の
ガス混合物の酸素濃度に等しいときに行なわれることを
特徴とする請求項１８の方法。 - 【請求項２９】 前記の第一の分子ふるいベッドおよび
第二の分子ふるいベッドの出口流を計測する追加のステ
ップが含まれることを特徴とする請求項１８の方法。 - 【請求項３０】 前記の出口流計測ステップが制御オリ
フィスによって達成されることを特徴とする請求項２９
の方法。
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