JPH11347336A - 小型ガス分離装置 - Google Patents

小型ガス分離装置

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JPH11347336A
JPH11347336A JP10176713A JP17671398A JPH11347336A JP H11347336 A JPH11347336 A JP H11347336A JP 10176713 A JP10176713 A JP 10176713A JP 17671398 A JP17671398 A JP 17671398A JP H11347336 A JPH11347336 A JP H11347336A
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JP
Japan
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way solenoid
air compressor
adsorption
solenoid valves
solenoid valve
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Application number
JP10176713A
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English (en)
Inventor
Kazukiyo Takano
和潔 高野
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Sanyo Electronic Industries Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electronic Industries Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 PSA方式のガス分離装置において、小型,
軽量,低騒音を満足させる。 【解決手段】 装置の構成において、小型・軽量化を図
るためには、使用する部品点数を少なくしても必要かつ
十分な性能を得るために、図1に示すように従来は必要
であった圧縮空気の冷却器や製品ガスの減圧弁を省略
し、しかも十分な性能を得るために吸着筒3,4の入口
側に吸湿剤であるアルミナ13,13′を部分的に充填
し、加えて低騒音化のために空気圧縮器2は電磁吸引ポ
ンプ式のもので構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は圧力変動方式(以下
PSA方式ともいう)によるガス分離装置の改良に関す
る。
【0002】
【従来の技術】 従来のPSA方式によるガス分離装置
は大型の工場プラント,産業用の装置として空気中から
酸素ガスや窒素ガスを分離して利用するものがあり、又
は小型のもので在宅酸素療法用の医療用酸素濃縮装置が
ある。プラント型はさておき、産業用でも小型で低騒音
のものが要求されており、なかでも医療用のものは騒音
に対する要求が特に厳しい。最近、ガス分離装置を携帯
型あるいは移動使用する装置の中に組み込んで使用する
ため小型のガス分離装置の要求が増えてきた。これ等小
型のガス分離装置に要求される事項は小型,軽量である
こと,低騒音であること,装置の信頼性すなわち故障率
が低いことである。従来、小型PSAに使用する空気圧
縮器はピストン式,ロータリー式等であった。これ等は
その動作騒音が55dB(A)〜70dB(A)と大き
く、音を低くするため二重の防音箱に騒音源となる空気
圧縮器を設置し、そこで発生する機器の熱の冷却用空気
導入口や排出口からの音の漏出を防ぐための工夫が必要
となっている。上記、携帯用又は移動使用する装置に組
み込まれて使用する小型のガス分離装置では二重防音箱
や漏音防止の冷却風用導風路等の設置は許されないもの
である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】 小型,軽量,低騒音
を満たすこと。
【0004】
【課題を解決するための手段】 防音箱を用いなくても
低騒音の装置とするためには騒音量の少ない部品を組み
合わせる事が必要であり、小型軽量化を図るのは使用す
る部品を少なくすることであり、使用する部品が少ない
という事は故障する部品が少ないという事であり、低故
障率,高信頼度となる。最も騒音を発生する部品は空気
圧縮器であった。種々の空気圧縮器を検討した結果、電
磁吸引ポンプ式の空気圧縮器(日東工機株式会社 商品
名 リニヤーポンプ)であった。これは従来より低圧ポ
ンプとして多用されていたが、吐出圧が低いためPSA
用の空気源として用いられることはほとんどなかった。
低圧の空気圧で小型のPSA装置を構成する場合、2本
の吸着筒の相互のバランスが崩れやすく、安定的に目的
の製品ガスを得るという性能を出すことがむずかしかっ
た点にある。しかし、本発明者は特公平07−0044
991に示す発明を行っており、これを用い、吸着筒の
出口端と製品タンクとの間をオリフィスで接続する方法
により、小型でも2本の吸着筒間のバランスを崩すこと
なく、高性能が維持出来るので圧力の低い該電磁吸引ピ
ストン式の空気圧縮器を用いることが出来るようになっ
た。
【0005】 加えて騒音の発生源として2本の吸着筒
を加圧工程と再生工程に交互に切替えるとき、加圧工程
で高圧状態にある吸着筒内の圧力を電磁弁を通して大気
に放出する際にサイレンサーを介しているとはいえ、放
出時の圧力が高い程、放出音は大きい騒音を発する。そ
のため3方電磁弁を用いて、その接続方法を工夫し、加
圧工程から再生工程に移る間に均圧工程を設けて加圧工
程の吸着筒内圧力を再生工程の終了した他方の吸着筒へ
均圧し、圧力を半分移し、製品ガスの収率を向上させる
とともに加圧状態の吸着筒の再生工程に向かう放出ガス
の圧力を半分にしてその放出音の低減を図った。
【0006】 すなわち、吸着剤を充填した2本の吸着
筒と製品タンクと電磁吸引ピストン式の空気圧縮器と2
個の3方電磁弁で構成し、それぞれの吸着筒の入口端に
該3方電磁弁のコモン側を接続し、同じくそれぞれの該
3方電磁弁の一方の口を該空気圧縮器の吐出口へ接続
し、該3方電磁弁の他方の口をそれぞれサイレンサーを
介して大気に開放し、該2つの吸着筒の他端口をオリフ
ィスを介して導管にて製品タンクに接続し、加圧工程と
再生工程の間に2個の3方電磁弁とも空気圧縮器の吐出
口側へ切替えることによる均圧工程を入れるようにした
小型ガス分離装置において、該空気圧縮器の圧縮空気を
2つの吸着筒に3方電磁弁を切替えて送り加圧工程を行
い、その間他方の吸着筒はサイレンサーを介して大気圧
に開放するよう制御して減圧し、製品タンクよりオリフ
ィスを通して製品ガスをパージガスとして逆流させ、強
吸着性ガスを脱着再生するが、加圧工程から再生工程に
移るとき、再生工程の終了した吸着筒側の3方電磁弁を
空気圧縮器の吐出口側に切替えて2つの3方電磁弁とも
空気圧縮器の吐出口側に切替えることにより高圧側の吸
着筒の高圧ガスが該空気圧縮器の吐出空気とともに再生
工程を完了した後の他方の吸着筒側に2つの電磁弁を通
って移動することになる。すなわち均圧動作が行われ
る。
【0007】 これは0.4〜2秒の時間で良く、その
後、加圧工程を終了した吸着筒側の3方電磁弁を大気放
出側に切替えて再生工程に入る。このような小型で圧力
の低い装置では空気中の湿気を除去するためのドライヤ
ーや除水器(ミストセパレーター)は圧力が低く取付け
られないし、その効果が少ない。そのため吸着筒の入口
部に水分除去を主たる目的とするアルミナを入れ、その
次にガス分離目的の吸着剤を入れる。この吸着筒の構成
により第1層目のアルミナで水分除去のドライヤー(乾
燥器)の役目を持たせたガス分離装置とし、ゼオライト
を主成分とする吸着剤の2層目がガス分離の機能を持つ
ことになる。かかる吸着筒の組合せにより、低圧の空気
圧縮器を用い、部品数を減らし、空気中の水分を除去す
るのでガス分離性能を長く維持させることが出来る。通
常、使用する製品ガス量は安定した一定量の取り出しが
要求され、その流量を一定にするため、減圧弁等により
製品ガス圧を一定にした後、絞り付流量計等により一定
量が取出される。
【0008】 一方、吸着筒の圧力は吸着圧、すなわち
加圧工程の加圧状態と再生工程時の大気圧まで変わり、
再生終了後の吸着筒は均圧工程でほぼ1/2の加圧状態
に戻った後、徐々に高まり、最終加圧工程時の圧力値に
達する。この吸着筒よりオリフィスを介して製品ガスを
流入し、また一部はパージガスとして流出させながら、
製品タンクの取出口より使用目的のため製品ガスを連続
的に取出すので製品タンクの圧力は変動する。しかしオ
リフィスから流入する流量はオリフィスにかかる差圧の
平方根に比例するので、製品タンク内の圧力変動は吸着
筒の圧力変動ほど大きくない。そのため、製品ガスの使
用量の変動が比較的緩やかな用途の場合、製品タンクよ
りオリフィスを介して一定流量を取出せば、その変動値
は通常の要求を満たすことが出来る。 すなわち減圧弁
を省くことが出来る。
【0009】
【実施例】(その1)本発明の1実施例を図1のフロー
シートにより説明する。吸着筒3,4の入口端14,1
4′にアルミナ13,13′を入れ次にゼオライト1
2,12′を吸着剤として2層に充填した2本の吸着筒
と製品タンク9を電磁吸引ピストン式の空気圧縮器2と
2個の3方電磁弁5,6とで構成し、それぞれの吸着筒
3,4の入口端14,14′に3方電磁弁5及び6のコ
モン側を接続し、該電磁弁の一方の口を該空気圧縮器2
の吐出口へ接続し、該3方電磁弁の他方の口をサイレン
サー7を介して大気に開放し、該2つの吸着筒3,4の
他端口15,15′をオリフィス8,8′を介して導管
にて製品タンク9に接続し、該空気圧縮器2は大気を吸
入フィルター1より取込み、0.5kgf/cm2 G〜
1.5kgf/cm2 Gに圧縮し、吸着筒3,4に3方
電磁弁5,6を交互に切替えて導入し、空気中の水分を
入口側の吸着剤アルミナ13,又は13′に吸着させ除
去し、乾いた空気中の炭酸ガス(約300ppm〜40
0ppmあり)をゼオライト12,12′で吸着除去す
る。
【0010】 いま3方電磁弁5を空気圧縮器2と吸着
筒3の入口端14に切替えて圧縮空気を導入していると
すると吸着筒3の他端口15より炭酸ガスが除去された
製品ガスが得られオリフィス8を通って製品タンク9に
入ってくる。その間、他方の吸着筒4は電磁弁6が吸着
筒4の入口端14′とサイレンサー7側と導通するよう
切替わっており、吸着筒4は大気圧状態にあり、製品タ
ンク9よりオリフィス8′を通してパージガスが流入
し、水分や炭酸ガス,窒素ガスなどの強吸着性ガスを脱
着して吸着剤を再生している。脱着ガスはサイレンサー
7を通して大気に放出される。吸着筒3が強吸着性ガス
の吸着がほぼ吸着飽和直前で加圧吸着工程が終了する
頃、吸着筒4の脱着再生も同時に終了するので均圧工程
に入る。これは3方電磁弁5は空気圧縮器2の吐出口と
吸着筒3の入口端14との導通を維持したまま、吸着筒
4の3方電磁弁6を吸着筒4の入口端14′を空気圧縮
器2の吐出口に切替える。吸着筒4の圧力は大気圧状態
であり、吸着筒3内の加圧状態の圧力ガスが電磁弁5,
6を通って吸着筒4に流入する。勿論、空気圧縮器2の
吐出口からの加圧空気も圧力の低い吸着筒4の方に流れ
て吸着筒3,4は均圧化される。その間、0.4〜2秒
程である。
【0011】 均圧工程が終わると3方電磁弁5は吸着
筒の入口端14とサイレンサー7側に切替え脱着再生工
程に入る。脱着再生工程に入ると、アルミナに主に吸着
している水分,ゼオライトに吸着している水分の一部,
炭酸ガス,窒素ガス等が脱着し、吸着剤が再生される。
その再生を促すのが製品タンク9よりオリフィス8を通
り流入してくるパージガスとしての製品ガスである。
【0012】 このように加圧工程,均圧工程,脱着再
生工程を繰り返しながら、製品ガスを分離精製する。こ
の実施例の場合、加圧工程の0.7kgf/cm2 G,
流量4L/分で炭酸ガス含有1ppm以下の製品ガス1
L/分が得られた。
【0013】
【実施例】(その2)同じフローシートで加圧1kgf
/cm2 G,空気量6L/分で酸素濃度80%,0.5
L/分の製品ガスが得られた。
【0014】
【発明の効果】 本発明を実施すると、次のような優れ
た効果がある。 吸着筒の入口部に乾燥剤であるアルミナを充填し、そ
の次にゼオライトを主成分とする吸着剤を充填すること
によって、乾燥した加圧空気を該吸着剤に供給できるの
で、圧縮空気の除湿器が不要となり、構成部品の点数削
減が可能となる。さらに低圧の空気圧縮器を使用しても
十分な性能のPSA方式のガス分離装置を構成すること
ができる。 前記のように低圧の空気圧縮器を使用することができ
るので、例えば、曝気用の加圧空気を供給することを主
な用途とする電磁吸引ピストン式の空気圧縮器を使用す
ることができ、従って、この空気圧縮器には回転部分が
ない為に、運転時の騒音を大幅に軽減することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明を実施するのに好適なフローシートを
示す。
【符号の説明】
1 吸入フィルター 2 空気圧縮器 3,4 吸着筒 5,6 3方電磁弁 7 サイレンサー 8,8′ オリフィス 9 製品タンク 12,12′ ゼオライト 13,13′ アルミナ 14,14′ 入口端 15,15′ 他端口

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 吸着剤を充填した2本の吸着筒と製品タ
    ンクと電磁吸引ピストン式の空気圧縮器と2個の3方電
    磁弁で構成し、それぞれの吸着筒の入口端に該3方電磁
    弁のコモン側を接続し、同じくそれぞれの該3方電磁弁
    の一方の口を該空気圧縮器の吐出口へ接続し、該3方電
    磁弁の他方の口をそれぞれサイレンサーを介して大気に
    開放し、該2つの吸着筒のそれぞれの他端口をオリフィ
    スを介して導管にて製品タンクに接続し、加圧工程と再
    生工程の間に2個の3方電磁弁とも空気圧縮器の吐出口
    側へ切替えることによる均圧工程を入れるようにした小
    型ガス分離装置。
  2. 【請求項2】 吸着筒の入口側にアルミナを次にゼオラ
    イトを吸着剤として2層に充填した2本の吸着筒と製品
    タンクと電磁吸引ピストン式の空気圧縮器と2個の3方
    電磁弁で構成し、それぞれの吸着筒の入口端に該3方電
    磁弁のコモン側を接続し、同じくそれぞれの該3方電磁
    弁の一方の口を該空気圧縮器の吐出口へ接続し、該3方
    電磁弁の他方の口をそれぞれサイレンサーを介して大気
    に開放するよう制御し、該2つの吸着筒のそれぞれの他
    端口をオリフィスを介して導管にて製品タンクに接続
    し、該製品タンクより製品ガスをオリフィスを介して取
    り出すようにした小型ガス分離装置。
  3. 【請求項3】 吸着筒の入口側にアルミナを次にゼオラ
    イトを吸着剤として2層に充填した2本の吸着筒と製品
    タンクと電磁吸引ピストン式の空気圧縮器と2個の3方
    電磁弁で構成し、それぞれの吸着筒の入口端に該3方電
    磁弁のコモン側を接続し、同じくそれぞれの該3方電磁
    弁の一方の口を該空気圧縮器の吐出口へ接続し、該3方
    電磁弁の他方の口をそれぞれサイレンサーを介して大気
    に開放し、該2つの吸着筒の他端口をオリフィスを介し
    て導管にて製品タンクに接続し、該空気圧縮器にて空気
    を0.5kgf/cm2 G〜1.5kgf/cm2 Gに
    圧縮して該吸着筒に交互に導入して該空気中の炭酸ガス
    を除去する小型ガス分離装置。
JP10176713A 1998-06-09 1998-06-09 小型ガス分離装置 Pending JPH11347336A (ja)

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