JPS60155504A - 酸素富化ガスの分離方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、空気などの酸素を含有する混合ガスから酸素
に富んだガスを分離し、酸素富化ガスとして利用する方
法並にこの方法を実施するための装置に関する。

空気などの酸素含有気体から酸素を分離して、酸素含有
量の高い気体を得る方法としては各種の方法が知られて
いる。

例えば、圧縮機で空気を圧縮し、次に断熱膨張を行わせ
、この操作を反復して得た液体空気を高圧下に精溜して
純度の高い液体酸素を製造する方法は、最も普通の工業
的製法である。この方法は高純度の酸素を大量に工業生
産する場合の標準的な方法であるか、大量りな設備で大
馬力の動力を使用し、高圧ガス技術を駆使するものであ
るから、例えば病人の看護用など、若干酸素に富んだ空
気を少量宛使用する様な用途に酸素を手軽に使いたいと
いった向きには、もつと簡便な製造方法が要求される余
地がある。液化酸素や酸素ボンベなど高圧ガス取締法の
対象となる様な大袈裟な操業でなく比較的取扱いの容易
な酸素製造法として、例えば、酸素含有気体を、ゼオラ
イトや活性炭の如き吸着剤を充填した塔内を通過させ、
窒素或は酸素を吸着剤に選択的に吸着させ、通過ガス或
は吸着ガスの脱着により酸素含有量の高い気体を得る方
法も、燃焼用酸素等の工業的用途に普及し始めている。

この方法は、酸素含有量の比較的高い製品が得られる利
点はあるが、その実施にはやはり相当複雑な設備・操作
が必要であり、技着剤の再生といった繁雑な操作を省き
、更に簡易な設備・操作による酸素富化ガスの分離を望
む声も強い。

そこで、最近は、酸素を選択的に通過させ、他の気体と
分離する酸素分離膜による酸素含有気体からの酸素の分
離が研究され、性能のよい気体分離膜が開発されつつあ
る。この方法は、操作が簡単で、安全に実施し得る点で
家庭でも使いこなせるといった長所があるが、ガスの分
離性能と透過係数をも共に向上させることは困難で、純
度の畠い酸素が得られる膜では、透過の効率が低下し勝
ちで、純度の高い酸素を速かに得ようとするならば、分
離膜の所要面積が大きくなり、極力モジエール化して小
さな設備にすることを考えても、成る程度のスペースか
ないと実用的な設備として使し）難いという難点を残し
ている。

本発明者等はこの点に着目し、気体透過膜の性能を格段
に同上させる方途はなし）カ）と、種々研究、検討を止
ねていたが、酸素の常磁性力１より）のガスに比べて著
しく大きい事実に着眼して、この性質を利用し、酸素選
択透過性分離膜と分散状態にある微細な或は極細の磁性
材料とを組合せて、磁界の作用下に酸素富化ガスの分離
を試みたところ、気体分離膜単独での使用、或は磁気分
真色のデータからは側底予期し難＜、両手段の相乗効果
とし）うべき高能率・高選択率で酸素富化ガスの分４ｍ
をなし得ること、従って比較的コンノくクトな設備で、
しかも簡単な操作で効率よく酸素富（１，ガスを製造し
得る事実を見出し、本発明を完成するに至った。

本発明は、酸素選択透過性分離膜を隔壁とし、該分離膜
の一方の面に接して原料・残ガス流通部を、もう一方の
面に接して酸素富化ガス流通部を夫々設け、該酸素富化
ガス流通部内には、分散状態にある微細な或は極細の磁
性材料を配設して成る酸素ガス分離部に於て、内部を流
通するガスカイ磁力線の作用を受ける状態にして、酸素
含有混合ガス原料を上記原料・残ガス流通部に供給し、
該原料ガスに上記の酸素選択透過性分離膜によるガス分
離作用と、上記の微細な或は極細の磁性材料によるガス
の分離作用とを同時に加えることにより、酸素に富んだ
ガスを原料ガスから分離させ、酸素富化ガス流通部から
はこの酸素富化ガスを取出し、原料・残ガス流通部から
は酸素富化ガスを分離した後の残ガスを取出すことを特
徴とする酸素富化ガスの分離方法と、この方法を実施す
るための装置に関するものである。

本発明に用いる酸素選択透過性分離膜として番よ、公知
のものを任意に使用して差支えないが、透過係数・透過
係数比（分離性）が夫々異ってし）るので、使用目的か
ら要求されるガスの純度、透過速度とスペースの関係、
設備コスト、運転経費等を考慮して個々に検討を加え、
適宜選択することが望ましい。

酸素選択透過性分離膜の材質の実例を挙げれば、ポリオ
ルガノシロキサン、ポリ（ウレタン・ジシロキサン・エ
ーテル）、四弗化エチレン樹脂のジメチルシロキサン架
橋物、ヒドロキシカルボン酸系ポリエステル、オルガノ
ポリシロキサン・、ポリカーボネートブロック共重合体
、オルガノポリシロキサン・カルボジイミド共重合体、
メチルペンテン重合体とオルガノポリシロキサン・ポリ
カーボネート共重合体との混合物等多数のものが知られ
ており、これらのものの中から適宜選択して用いればよ
い。

本発明に用いる磁性体としては、鉄、コバルト、ニッケ
ル、軟鋼（Ｆｅ−Ｃ）、珪素鋼、燐珪素鉄、燐鉄、セン
ダスト鋼（５ｅｎｄｕｓｔ、　Ｆｅ−ＡＩ）、パーマロ
イ＠ｉｌｊ　（Ｐｅｒｍａｌｌｏｙ、　Ｆｅ　−Ｎｉ　
）、モリブデンパーマロイ鋼（Ｍｏ　−Ｐｅｒｍａｌ　
ｊｏｙ、　Ｆｅ　−Ｍｏ　−Ｎｉ　）、クロムパーマロ
イ＠　（Ｃｒ−Ｐｅｒｍａｌｌｏｙ、　Ｃｒ−Ｎ１）、
スーパーパーマロイ鋼（Ｃｒ　−Ｎｉ　−Ｔｉ　）、銅
パーマロイ鋼（Ｃｕ−Ｐｅｒｍａｌｌｏｙ、　Ｃｕ　−
Ｎｉ　）、Ｆｅ　−Ｎｉ　−８ｉ（−Ｍｎ）。

Ｆｅ　−Ｎｉ　−Ｃｏ、　Ｆｅ−Ｇｏ、フェライト系ク
ロム銅（Ｎｉ−Ｃｒ　−Ｃ）、、マルテンサイト系ステ
ンレス鋼（Ｎｉ−Ｃｒ　−１１ｄｎ　−Ｃ（−８ｉ　）
　）、７エライト（Ｆｅｒｒｉｔｅ　）等の高透磁率材
料や、各種の永久磁石材料、例えば炭素鋼、タングステ
ン鋼、クロム鋼、モリブデ７鋼％　ＫＳ鋼、５ＡｆＬコ
バルト鋼、アルニコ（Ａｌｎ１ｃｏ　）、エルステツド
（０ｅｒｓｔｉｔ　）、アルコ７７クス（Ａｌｃｏｍａ
ｘ　）、ＮＫＳ、：パーマグ（Ｎｉ、−ｐｅｒｍａｇ　
）、ハイフラックス（Ｈｙｃｏｍａｘ　）、し？Ｃｌイ
（Ｒｅｍａｌ　ｊｏｙ　）　、アルミニウム鋼（ＭＴ鋼
）、Ｔｉ鋼、Ｐｔ　−Ｆｅ、　Ｐｔ−Ｃｏ１シルマナ７
Ｌ／　（Ｓｉｌｍａｎａｌ　）、ビスマナル（Ｂｊｓｍ
ａｎａｌ　）、ペクトライト（Ｖｅｃｔｏｌｉｔｅ）、
力／Ｌ／７７　（Ｃ；ａｌｓｏｎ）、７　ｉ　ロクスタ
／ｌ／　（Ｆｅｒｒｏｘｄｕｒｅ）等の所謂強磁性体材
料を粉末状、綿状、海綿状或は繊維状の形で分散させて
使用する。粉末状にして用い、る際には、ハイフラック
ス（Ｈｙｆｌｕｘ　）、粉末鉄、粉末Ｆｅ−Ｇｏ等の市
販品を用いてもよいか、上記諸材料を粉末状にして用い
てもよく、之等の粉末が集まって一団の塊にならない様
に、磁気的に妨害作用のない支持体（後述）に分散・固
着して用いる。支持体上への固着には、粘土質、シリカ
ゾル等の無機系接着剤・エポキシ樹脂、フェノリックビ
ニルブチラール樹脂、フェノリックビニルフォルマール
樹脂、フェノリックネオプレン樹脂、フェノリックブタ
ジェンアクリロニトリル樹脂等の有機系接着剤等で接着
するか、セラミックス支持体と粉末磁性体とを焼結して
もよい。多孔質の支持体を用いて孔の中に磁性体を分散
充填したり、グラスウール等の繊維状支持体に微粉状の
磁性体をまぶして分散させることもできる。磁性体を綿
状、海綿状、繊維状にして用いるときは、そのま＼或は
グラスファイバー、プラスチックスファイバー等と適宜
混合して酸素富化ガス流通部に挿入すればよい。磁性体
の繊維を編物状或は織物状にして用いてもよい。粉末磁
性体を分散固定した支持体も酸素富化ガス流通部に充填
し易い形を選んでおくと都合がよい。磁性材料の綿状、
海綿状或は繊維状のものは市販の製品が各種あって適宜
利用すればよい。自作して使用してよいことは勿論であ
る。

本発明に於て使用する磁性材料は、酸素富化ガス流通部
内に配設したときに分散配置され、微細な或は極細のも
のであることを必須要件としており、これは、高い磁界
勾配を得ることと、磁性体の発する磁力が強くかつ長期
間保磁することを目的にしており、この要件が充たされ
且つガスの流通が妨げられない限り、分散配置させた微
細な或は極細の磁性材料は、支持体の形や、配置された
形を任意に選んで差支えなく、それ等の外形には何等の
制約も受けない。微細な或は極細の磁性材料としては、
径の細かいもの程、有効であるが、加工上の制約もあり
、概ね径、或は寸法として２０μ以下程度のものが好ま
しい。

酸素選択透過性分離膜の隔壁を挾んで、一方の面に接し
て原料・残ガス流通部を、もう一方の面に接して酸素富
化ガス流通部を設け、この王者はサンドインチの様な積
層構造にして置けばよ（、装置の容積を圧縮しコンパク
トにするため、平膜の積層物を更に多段に積重ねたり、
平膜の積層物を螺旋状或は渦巻状に巻き重ねた構造に組
立て、所謂モジュール化してよいことは勿論である。理
解を助けるためモジュール化の実例を模式的に図面とし
て示す。

第１図には平板膜型の酸素選択透過性分離膜４を使用し
た酸素分離装置の１例を示す。該酸素分離膜４を用いた
酸素富化ガス流通部６内には、繊維状の強磁性材料１３
を入れ、この強磁性材料繊維を入れた酸素富化ガス流通
部を、内部空間が原料・残ガス流通部５を形成する酸素
ガス分離部ケーシング７中に吊下げ固定した。この酸素
ガス分離部７を超電導磁石８の作る磁界内に設置した酸
素ガスの分離装置の断面模式図が第１図である。図中、
原料ガス人口１から送入された空気等の酸素含有混合ガ
ス原料は、酸素選択透過性分離膜４を透過するが、この
際、超電導磁石８による磁界に感応して磁性を持った磁
性材料１３が、酸素富化ガス流通部６内から酸素ガスを
強く吸引するので、原料ガス中の酸素の透過速度は予期
し難い大きな値を示すこととなる。かくして、膜４を透
過したガスは酸素富化ガスとなり、酸素富化ガス出口２
から系外に取出してこれを利用する。超電導磁石８は、
液化ヘリウム槽９中の液体ヘリウムに浸漬してあり、磁
石８も液化ヘリウム槽９も、酸素ガス分離部７を環状に
取巻いている。液化ヘリウム槽９の周囲には、これを囲
む様に液化窒素槽１０を環状に設置し、液化ヘリウム槽
９及び液化窒素槽ｌＯの外側には、これ等を覆って真空
断熱槽１１を設け、外部の熱の侵入を遮断し、これ等全
体を磁化装置ケーシング１２内に収容しである。更に超
電導磁石を超低温に保つ熱遮断の強化策として、上記液
化窒素槽１０の上下の壁面から熱伝導性の高い材質（銅
系金属）で造った冷却部材（シールド板）を液化ヘリウ
ム槽９の外側の真空断熱槽内空間内に、該液化ヘリウム
槽全体を包み込む棟に恰もドーナツの内側の環の様な形
でめぐらせてあり、液化ヘリウム槽の外側全体に液化窒
素による冷゛却の効果が及ぶ構造にしである。この冷却
部材２２の内外の真空断熱空間の間は、連通し、また適
当にスペーサを使用して真空排気時に変形しない様な配
慮をしである。

第２図には、酸素ガス分離部の他の１例を示した。この
ものを第１図と同様に磁化装置の中に置いて使用する。

図に於て原料・残ガス流通部５と酸素富化ガス流通部６
は酸素選択透過性分離膜４を境にして相互に隣接し、積
層しである。この積層体の１例面に接して原料・残ガス
流通部のみにガスが流通する原料ガス分配室１６を設け
、この室には原料ガス人口１を通じて、空気等の原料ガ
スを尋人する。原料・残ガス流通部５に入った原料ガス
は、周りの磁化装置の磁界の作用を受けて磁化された。

磁性材料１３からの磁気による吸引分離作用を受け、ま
た、酸素選択透過性分離膜４の分離作用を受け、酸素リ
ッチとなったガスが膜を透過する。膜４を通過したこの
酸素富化ガスは磁性材料１３を入れた酸素富化ガス流通
部６を通り、上記の積層体の別の側面に接して設けられ
た酸素富化ガス回収室１７に集めて、この室に取付けた
酸素富化ガス出口から系外に取出し使用する。原料ガス
から酸素富化ガスを透過分離した残ガスは、上記積層体
の第３の側面に接し、原料・残ガス流通部５とのみガス
の流通し得る残ガス回収室１８に集め、この室に取付け
た残ガス出口３から取出して使用するか廃棄する。第２
図に於ては、原料ガス分配室１６、酸素富化ガス回収室
１７及び残ガス回収室１８を夫々、上記積層体の別々の
側面に接して設けたが、ガスの流通路の配置を適当に選
ぶ限り、この取付個所は、積層体の同側面或は２例面に
とることもできる。

第３図には、酸素選択透過性分離膜の平膜をスパイラル
状に巻きこんだ構造のモジュールを示した。１対以上の
分離膜を多孔質の支持層を入れた原料・残ガス流通部５
と繊維状の磁性材料を入れた酸素富化ガス流通部６との
間の隔壁として用い、中央の酸素富化ガス取出管１９の
周りに巻込んで酸素分離部を作る。原料ガスは、原料・
残ガス流通部５中の支持層を通して螺旋状に流れ、酸素
選択透過性分離膜４を透過した酸素ガスは、中央の酸素
富化ガス取出管１９上に空けた酸素富化ガス坂出孔２０
を通って管１９中に集め、酸素富化ガス出口２から取出
す。このスパイラル状のモジュールを、第１図に示した
如き超電導磁石或は他の強い磁化装置の中心に設置すれ
ばよい。理解を助けるため、このスパイラル状に巻込ん
だ平膜を巻戻しで平らにした場合の断面図を第４図に示
した。管１９の周りに矢印の方向に４１／ｌだ原料・残
ガス流通部５と酸素富化ガス流通部６をスパイラル状に
巻くと、第３図に示したスパイラル状のモジュールがで
きることが理解されよう。

原料・残ガス流通部５内部には、酸素富化ガス流通部６
と積層して巻込んだ場合にも、酸素選択透過性分離膜４
同志が密着してガスの流通を妨げることのない様、多孔
質の支持Ｊ曽（スペーサ）を入れておくことが望ましい
。その具体的な実例としては、例えば繊維状の物質、麻
、木綿等の天然繊維や綿、人絹・ステーブル・ファイバ
ー等の化学繊維、ポリアミド、ポリエステル、ビニロン
等の合成繊維及びその綿、グラスファイバー、グラスウ
ール、ロックウール、石綿、炭素繊維、アルミナ繊維等
の無機質天然、人工材料等が挙げられる。これ６等の多
孔質支持層は、ｆＪ１図及び第２図に示した如き平面状
積層体の原料・残ガス流通部の中に充填してもよい。

これ等の材料は、磁気的に妨害作用のない支持体として
、粉末状或は繊維状の形の強磁性体材料を分散させ、酸
素富化ガス流通部に配置する際にも適する。

磁化装置としては、第１図には超電導磁石使用の例を示
したが、磁化装置は超電導磁石に限らす、実質的に酸素
ガスの分離を容易にするものであれば、如何なる型式・
仕様のものであっても差支えないが、分離能率を亮める
観点から、酸素分子の磁化を高め、高勾配磁界を作り得
る様に、強い磁力線を出し得るものが好ましい。磁化装
置の与える磁界の強度としては、３ＫＯｅ程度より以上
で効果が認められるが、実用的には１ＱＫＯｅ以上、好
ましくは、３９ＫＯｅ以上の強力な磁界を与える磁化装
置が適当である。強力な磁界を与える磁化装置としては
、永久磁石よりも鉄心使用の或は空心コイル型の電磁石
の方が適するが小型で強力な磁界が得られる点で、超電
導磁石が最適である。

本発明を実施して酸素含有混合ガスか連索富化ガスを分
離するに当っては、酸素富化ガス流通部内に分散状態の
微細な或は極細の磁性材料を配設して成る酸素分離部を
使用し、原料・残ガス流通部に供給する原料ガスが磁界
の作用を受ける状態にして、原料ガスに酸素選択透過性
分離膜によるガス分離作用と上記の微細な或は極細の磁
性材料の磁気力による酸素ガスの吸引分離作用とを同時
に加えることが必須である。

この微細な或は極細の磁性材料から磁力線を放射させる
手段の一つは、酸素ガス分離部の周辺に磁化設備を設け
、この磁化設備の磁界の誘導作用によって酸素富化ガス
流通部内に分散状態に配設した微細な或は極細の磁性材
料を磁化させ、所謂高勾配磁場を作る様にする方法であ
って、この方法を用いる装置については、磁化設備とし
て超電導磁石を用いる実例等について既に説明してきた
ところである。

微細な或は極細の磁性材料から磁力線を放射させる他の
手段としては、分散状態の微細な或は極細の磁性材料を
永久磁石型磁性材料とし、磁化後の磁性材料を酸素富化
ガス流通部内に配設するか、該磁化材料を酸素富化ガス
流通部内に配設した後、該酸素富化ガス流通部を含む酸
素ガス分離郡全体を一回磁化装置内に置き磁化操作を行
って一定の磁界に調整するようにしてもよい。この様に
して、永久磁石化した微細な或は極細の磁性材料を酸素
分離部内に配設した装置では、ガスの分離操作の度に磁
化する磁化装置がなくても、強力な高勾配磁場を長時間
保ち得るから、磁化装置を備えない酸素ガス分離装置と
して使用することができる。

しかし、永久磁石型磁性材料を使用し、且つ酸素ガス分
離部の周辺に磁化装置を設け、適時磁化装置も作動させ
て酸素ガスの分離を行うこともできる。

本発明に於て、酸素ガス分離部内に配設した微細な或は
極細の磁性材料を磁化装置により磁化する際に、磁化装
置と磁性材料との間に強磁性体等の磁気遮蔽材が介在し
て磁力線を遮ると所期の磁化の目的を達し得ないので、
構造・支持材料は、使周部・所毎に充分検討することが
望ましい。特に磁化装置に超電導磁石を用いる場合など
には、液化ヘリウムを用いて超低温に冷却するので、磁
石の周りを取囲む液化ヘリウムの容器やコイルの電磁力
を支える構造材等の材料には、磁気遮蔽効果がなく（非
磁性）、液化ヘリウムの極低温に於ても高い機械的強度
を保ち、低温脆性がなく、繰返し応力による疲労が少く
強靭であり、機械加工や溶接が容易で、しかも溶接部の
強度が十分あること、高ヤング率で変形し難＜、熱伝導
率が低いこと、比重が小さいこと、高価格でないことと
いった緒特性が要求される。この様な条件を備えた材料
としては、ＳＵＳ　３０４（ｔ）、ＳＵｓ　３１６（ｔ
）、５Ｏ８３４７等のオーステナイト系ステンレス鋼、
２０１４−Ｔ５（ジュラルミン）、５０５６−Ｈ−３８
，７０７５−Ｔ６（超々ジュラルミン）等のアルミニウ
ム合金、Ｔｉ　−５ＡＩ　−２，５Ｓｎ　、　Ｔｉ　−
４ＡＩ−４Ｍｎ、Ｔｉ　−５ＡＩ　−４ｖ等のチタン合
金、７２　Ｎｉ　−１５Ｇ　−Ｆｅ　（インコネル）等
のニッケル合金等の金属材料と、ガラス繊維強化樹脂（
ＧＦＲＰ）、炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）、ボロン繊
維強化樹脂（ＢＦＲＰ）、ボロン繊維強化アルミニウム
等の複合材料が挙げられる。

以下実施例を挙げて更に説明する。

実施例１ 酸素選択透過性分離膜として、ジメチルシロキサン・カ
ーボネート共重合体〔モル比５７対４３２重合度約６０
０〕の厚み０．７ミクロンのフィルムを用い、第３図に
示した如き、平膜をスパイラル状に巻込んだ構造のモジ
ュール（巻上げた円筒の外径４０ｍｍ。

長さ１８０■）を準備した。ポリ塩化ビニリデンフィル
ム（重合友釣１０００．膜厚２０ミクロン）の外装、原
料・残ガス流通部、ジメチルシロキサン・カーボネート
共重合体フィルム、酸素富化ガス流通部、ジメチルシロ
キサン・カーボネート共重合体フィルム、原料・残ガス
流通部、ポリ塩化ビニリデン＼、 フィルム（重合度・膜厚同上）の重なった層を、酸素富
化ガス取出管の周りに８回巻着けた装置を、酸素ガス分
離部として用いた。酸素富化ガス流通部内には、繊維状
のニッケルｍ（１本当り繊維径８．２ミクロン、長さ１
７０　ｍ　）を磁性材料として配設し、原料・残ガス流
通部には、ポリアミド（６・６ナイロン）繊維ρ網（８
０メツシユ、繊維径約０．１５■）をガスの流通を確保
する支持層（スペーサ）として挿入した。

この酸素ガス分離部を、原料ガス人口１が下側、酸素富
化ガス出口２及び残ガス出口３が上側になる様に、酸素
富化ガス取出管を鉛直にして、中心の空間を環状に取巻
くクライオスタットを形成する磁化装置ケーシングの中
心部の円柱形空間（直径４５ｍｍ）の中央に配置した。

磁化装置ケーシングの中央断面図は、模式的には、第１
図に示したのと略々同様である。

磁化装置としては、ニオブ（４０％）、チタン（６０％
）、二元合金製の極細線（径１厘）をエポキシ樹脂被覆
した超電導線をＳ　Ｕ　Ｓ　３Ｑ４製の巻枠の周りに巻
上げたコイルを用いた超電導磁石で、コイルの巻上げ外
寸法は直径２４５謹であり、コイルを捲付けた枠中心の
空間部の直径は７０ｍｍである。

このコイルを超低温に冷却するため、磁化装置のケーシ
ングとなるクライオスタット中の液化ヘリウム中に浸漬
した所謂含浸型の構造のもので、液化ヘリウム槽（肉厚
１．２ｍｍ、内径６８ｍ、、外径２６３箇）の外周には
、液化窒素槽（肉厚１．２ｍ、内径２９３ｖｍ、外径３
７０　ｗｍ　）を設け、液化窒素槽の上下の壁からは、
燐脱酸銅製で鍍銀した板状部の厚さが１．５簡の冷却部
材（シールド板）を張出して、液化ヘリウム槽の全体を
包み込む様にして配設し、それ等を内外から包み込んで
真空断熱槽の外板（肉厚２酬、内径４５ｆｉ、外径４０
０　ｔｍｔｒ　）を設けるが、冷却部材を除き、各種及
びその支持構造の材質、としては、何れも不銹＠５ＵＳ
３０４を使用した。真空断熱槽の内部壁即ち、外板の内
壁・液化ヘリウム槽外壁・液化窒素槽外壁の各面は、輻
射防止性能を高めるため、鏡面パフ仕上げを行い、真空
断熱槽内部は真空排気装置に連結して真空排気できる様
にしである。超電導コイルは、定電圧４ｖ、最大電流１
５０Ａの直流電気の得られる励磁電源に結線した。

真空断熱槽内を１　ｘｌＯＴｏｒｒ（１，３３Ｐａ　）
の真空に保ち、クライオスタット中ζζ液化窒素及び液
化ヘリウムを夫々注入し、超電導コイルを超低温（４，
２°に即ち−２６８，８℃）に保つ。原料ガスとして空
気〔組成（容量％）窒素７８．０　、酸素２１．０　、
アルゴン０．９．二酸化炭素０．０３他〕を用い、先づ
超電導コイルに電圧４■、電流１０２Ａの直流電気を通
じて、コイル中心部の磁界として７ＱＫＯｅの値を得た
。次いで、酸素ガス分離部の下方に設けた原料ガス入口
に、ブロアーを用いてゲージ圧０．５での空気を仕込流
量２００　ｄの割合で供給し、酸素分離モジュール中に
送入した。酸素ガス分離部の上方に設けた酸素富化ガス
出口からの取出ガスを所謂、隔膜ガルバニ電池方式酸素
分析計で連続的に測定、記録した。この実験によって、
取出酸素富化ガス中の酸素ｍ度は、実験開始から４分後
には、定常状態となって３５．５％（容＃）の値を得た
。

対照例１ 実施例１と同様の酸素ガス分離部のモジュール（磁化遍
歴のない新品）！７）みを用い、磁化装置は使用せずに
、実施例１に於けると同様の条件で原料空気を供給送入
した。酸素富化ガス出口からの取出ガスを分析すると、
酸素濃度は、定常状態で２９．０％の値しか得られなか
った。

対照例２ ０．０２〜０．２ミクロンの微小気孔を有するポリプロ
ピレンフィルム（平均重合度２８００　、膜厚２５ミク
ロン）を、第３図に示した酸素選択透過性分離膜の代り
に用いたスパイラル構造のモジュール（平膜を捲上げた
円筒の外径４ｃｒｎ、長さ１８ｃｒｎ）を準備した。モ
ジュール内の磁性材料である繊維状ニッケル鋼やナイロ
ン支持層、また超電導コイル等他の条件は、すべて実施
例１と同様にして、原料空気をこのモジュールに供給し
た。酸素富化ガス出口から取出したガスを分析すると、
その酸素含有量は、２１．２％（容量）で、酸素富化ガ
スの目的は殆ど達せられなかった。

従って、実施例１に於ける酸素富化ガス中の酸素濃度は
これ等の対照例２例の成績値からは側底予期し難い好成
績であり、酸素選択透過性分離膜によるガス分離作用と
磁性材料によるガスの吸引分離作用を組合せて同時に作
用させることによりて始めて得られる相乗効果であると
考えられる。

実施例２ 実施例１に用いた装置を用い、超電導コイルに電圧４■
、電流１０２Ａの励磁電流を１０秒与えた後、電源を切
った。その他の条件は実施例１と全く同様にして、実験
を行うと、取出酸素富化ガス中の酸素濃度は、定常状態
で３３．２％（容量）であぢた。

実施例３ 実施例１で用いたのと同様の酸素分離モジュールに、空
心コイル型磁化装置の与える１ＱＫＯｅの強磁界で１０
秒間磁化処理した繊維状ニッケル鋼（繊維径８．２ミク
ロン、長さ１７０　ｍ　）を磁性材料として組込んだ。

この酸素分離モジュールのみを用い、磁化設備は使用せ
ずに、他の条件は実施例１と同様にして空気からの酸素
富化ガスの分離を試みた。

取出酸素富化ガス中の酸素濃度は定常状態で３２．１％
であった。

対照例３ 対照例２に於ける磁性材料繊維状ニッケル鋼（磁気麹層
のない新品）の代りに、実施例３で用いたのと同一の約
ＩＱＫＯｅの磁界強度の中で磁化処理された繊維状ニッ
ケル鋼を用い、他は対照例２に於けると同様のポリプロ
ピレンフィルムを用いた装置で、磁化装置を使うことな
く、原料空気をモジュールに供給送入した。酸素富化ガ
ス出口から取出したガスを分析すると、その酸素含有量
は定常状態で２１．１％（容量）であり、原料空気中の
組成との間に差異は認められなかった。

実施例４ 酸素選択透過性分離膜として、ジメチルシロキサン・カ
ーボネート共重合体（モル比５７　：　４３．重合ｇ　
約６ｏｏ　）のフィルム（厚み０．７ミクロン）を、第
２図に示した如き酸素分離モジュールに使用した。ケー
シングには、市販のプラスチックス板（メタクリル酸メ
チル樹脂製、厚み２闘）を接着剤で貼合せて使用した。

ケーシングの寸法は縦・横各々３０ＷＭ、高さ１８０鱈
である。原料・残ガス流通部（１１Ｊｆ！ｉ）と酸素富
化ガス流通部（１０＃）とを交互に積重ね、原料・残ガ
ス流通部には、ポリエステル繊維（市販品、商標テトロ
ン）の網（８０メッシェ、繊維径約０．１４＋ｗ）　を
入れ酸素富化ガス流通部には、綿花状の軟ｍ＜繊維径約
７ミクロン。

繊維長平均７　ｍ　）を磁性材料として配設した。

このモジュールを、実施例１に於けると同様の超電導磁
石を収容した環状クライオスタットの中央に固定し、実
施例１に於けると同様の操作により、原料ガス空気から
酸素富化ガスを分離した。

酸素富化ガス出口から取出したガス中の酸素濃度を分析
すると定常状態で３７．３％（容量）の値を得た。

対照例４ 実施例４に於けると同様のモジュール（磁気履歴のない
新品）のみを用い、磁化装置を使用せずに、実施例１に
於けると同様の条件で、原料空気を供給送入した。酸素
富化ガス出口からの取出ガスを分析すると、酸素濃度は
、定常状態で２７．８％であった。

対照例５ 実施例４に於ける酸素分離モジュール中の酸素選択透過
性分離膜を、選択透過性のないポリプロピレン膜に代え
た外は、実施例４と同様の操作で、原料ガス空気を送入
した。取出ガスを分析すると、定常状態に於ける酸素濃
度は、２１．２％に過ぎなかった。

実施例５ 酸素選択透過性分離膜として、ポリジメチルシロキサン
（重合友釣１ｏｏｏ　）のフィルム（厚み２５ミクロン
）を、第１図に示した如き酸素分離モジュールに使用し
た。ケーシングには、厚み２ｍｒのメタクリル酸メチル
樹脂板を接着剤で貼合せて使用した。ケーシングの寸法
は、縦・横各々３０ｍ、高さ１８０篇である。

原料・残ガス流通部、分離膜、酸素富化ガス流通部、分
離膜、原料・残ガス流通部・・・・・・の順に原料・残
ガス流通部７層と酸素富化ガス流通部６層を交互に積層
して配列し、原料・残ガス流通部には、市販のアクリル
繊維綿（繊維径約２０ミクロン）をスペーサーとして挿
入し、酸素富化ガス流通部には、磁性材料として、マル
テンサイト系ステンレス鋼５ＵＳ４１０の繊維（径約７
ミクロン）を配設した。このモジュールを、実施例１で
用いたのと同様の超電導磁石収容のクライオスタット中
に配置し、実施例１に於けると同様の操作により、原料
空気から酸素富化ガスを分離した。酸素富化ガス出口か
ら取出したガス中の酸素濃度を分析すると、定常状態で
３５．４％（容りの値を得た。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施する装置の１例の図解図、
第２図及び第３図は夫々別例の装置の部分図解図、第４
図は第３図に示した部品の完成前の姿を示す図解図であ
る。 １・・・・・・原料ガス入口、　２・−・・・・酸素富
化ガス出口３・・・・・・残ガス出口、４・・・・・・
酸素選択透過性分離膜、５・・・・・・原料・残ガス流
通部、６・・・・・・酸素富化ガス流通部、７・・・・
・・酸素ガス分離部、８・・・・・・超電導磁石、９・
・・・・・液化ヘリウム槽、１０・・・・・・液化窒素
槽、１１・・・・・・真空断熱槽、１２・・・・：・、
磁化装置ケーシング、１３・・・・・・磁性材料、１４
・・・・・・液化ヘリウム注入管、１５・・・・・・液
化窒素注入管、１６・・・・・・原料ガス分配室、１７
・・・・・・酸素富化ガス回収室、１８・・・・・・残
ガス回収室、１９・・・・・・酸素富化ガス取出管、２
０・・・−・・酸素富化ガス取出孔、２１・・・・・・
フィルター、２２・・・・・・冷却部材。 特許出願人　工業技術院長 特許出願人　大陽酸素株式会社 第１図 第２図 ６．１３ ￥ｊ４図 特許庁長官　若杉　和犬　殿 １、事件の表示 昭和５９年　特　許　願第　１０７６４　号２、発明の
名称 酸素富化ガスの分離方法及び装置 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人　（代表者）連絡先　電話　
大阪　０６−６３３−１２７７　技術本部４、補正の対
象 明　細　書 ５、補正の内容 別紙の通り 補正の内容 １．明細書、第５頁、第１８行目の 「酸素選択透過性分離膜」を 「酸素選択透過性分離膜」と補正します。 ２、明細書第８頁、第１４行目の 「等の所謂強磁性体材料を粉末状、綿状、海綿状」を次
の様に補正します。 「等の所謂結晶質強磁性材料や、　Ｆｅ８６　Ｂｚ。。 Ｆｅ５ｏ　ＰＩ３　ＢＩ　Ｃ３，Ｆｅ＋＋ｏ　ＰＩ３　
Ｃ７＋Ｆｅｑｚ　Ｓｉｔ、ｓ　ＢＩｚ　Ｃｒ　ｅ等の鉄
系。 Ｆｅａｏ　ＮＬｏ　ＰＩ４　Ｂ６１Ｆｅｚｖ　Ｎ１ａｑ
　Ｐｅａ　Ｂ６Ｓｉｚ。 Ｆｅ４ｓ　Ｎｔ、、Ｃｒｚ　ｐｌＺ　Ｂｂ等の鉄・ニッ
ケル系。 Ｆｅａｓ　ＣＯ３５ＰＩ３　Ｃ７、Ｆｅｂ　Ｃ０７４Ｂ
２０１Ｆｅｓ　Ｃ０７ｏ　５ｉｔｓ　Ｂｏｏ　＋或は　
Ｆｅａ、ｃｏ’ｌｏ、ｌ　５ｉｔｓ　Ｂｏｏ　。 Ｆｅａｓ　ＣＯ？Ｏ，Ｓ　ＢＩＧ　＋　Ｆｅ＋　Ｃｏｙ
２Ｐ１６　Ｂ６八１３等の鉄・コバルト系の非晶質強磁
性材料を粉末状、綿状、海綿状」

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１酸素選択透過性分離膜を隔壁とし、該分離膜の一
   方の面に接して原料・残ガス流通部を、もう一方の面に
   接して酸素富化ガス流通部を夫々設け、該酸素富化ガス
   流通部内には、分散状態にある微細な或は極細の磁性材
   料を配設して成る酸素ガス分離部に於て、内部を流通す
   るガスが磁力線の作用を受ける状態にして、酸素含有混
   合ガス原料を上記原料・残ガス流通部に供給し、該原料
   ガスに上記の酸素選択透過性分離膜によるガス分離作用
   と、上記の微細な或は極細の磁性材料によるガスの吸引
   分離作用とを同時に加えることにより、酸素に富んだガ
   スを原料ガスから分離させ、酸素富化ガス流通部からは
   この酸素富化ガスを取出し、原料・残ガス流通部からは
   酸素富化ガスを分離した後の残ガスを取出すことを特徴
   とする酸素富化ガスの分離方法。 （２）　酸素選択透過性分離膜を隔壁とし、該分離膜の
   一方の面に接して原料・残ガス流通部を設け、もう一方
   の面に接して酸素富化ガス流通部を設け、該酸素富化ガ
   ス流通部内には、分散状態の微細な或は極細の磁性材料
   を配設し、該原料・残ガス流通部には原料供給口と残ガ
   ス取出口を設け、他方上記酸素富化ガス流通部には酸素
   富化ガス取出口を設けてなる酸素ガス分離部の周辺に磁
   化設備を設けたことを特徴と子る酸素富化ガスの分離装
   置。 （３）酸素選択透過性分離膜を隔壁とし、該分離膜の一
   方の面に接して原料・残ガス流通部を設け、もう一方の
   面に接して酸素富化ガス流通部を設け、該酸素富化ガス
   流通部内には、分散状態の微細な或は極細の永久磁石型
   磁性材料を配設し、該原料・残ガス流通部には原料供給
   口と残ガス取出口を設け、他方上記酸氷富化ガス流通−
   には酸素富化ガス取出口を設けたことを特徴とする酸素
   富化ガスの分離装置。