JPS6075754A - 酸素濃縮装置 - 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】 （＋１ｒ″業上の利用分野） 本発明は、酸素）層線装置の改良に関する。

（従来技術） 従来、第１図に示すような自動車の内燃（幾関にＪ３い
て、エアポンプ１から加圧空気を供給して、脱湿器２の
吸ｌ駒）剤３及び炭酸ガス吸着剤４により、水分（１１
，０）及び炭酸ガス（Ｃ○、）を順次に吸着して取り除
き、ついで、窒素分離器！３の窒素吸着剤６により窒素
（Ｎ、）を吸着して＋＋ｙ、り除いた後の濃縮された酸
Ａ（（−１７）を１，１ｒ、介器′７に取り出して、エ
ンジン３；に供給する−り八この吸Ｘ置口°、゛の終丁
後、脱湿器２のｎｉ＋段の加圧空気１ｊ、給ＩＮ（］を
入電に開放上着しくは真空ポンプ］’　（ｌ　Ｃ゛ひき
、濃析１酸素等を逆流させることにより、吸着ｌ稈で゛
各吸稈。

１１ｆ？着剤３，４．，６に吸着された水分、炭酸力ス
。

窒素等を吸湿、吸着剤３，４．６から分離させて外部に
放出する脱着工程を行なうようにしＩこ酸素濃縮装置ｕ
か提案されている（特公昭５５−４．５７３７号公報参
照）。

と、−ろで、空気中の水分、炭酸ガス、窒素は、この順
序て゛吸着されや［いことから、１−記従来技術では、
１ｚｉｔ側に吸？（１１剤ｊ）及び炭酸カス吸オ゛１剤
・［が配列され、下流側に窒素吸着Ｆ７１１６か配列さ
れた配列構造か採用されているが、吸Ｋｒ効甲の同士を
図るためには、吸湿、吸着＾’１３＋　４，６を量的に
増加させる必要かあるので、脱’（、’ｌｉ！器２や窒
素分離器５が大型１重電化せざるを行なくなるという問
題かあった。

（発明の［１的） 本発明は、上記従来の問題を解消するためになされたち
ので、吸着剤の金属酸化物の結晶中の空孔径によって炭
酸ガス、窒素なとの吸着効率が異なるという点に着目し
て、吸着器内に空孔径の異なる吸着剤を多層状に充」眞
することにより、吸着剤を増１ｊ１１さぜることなく炭
酸力゛ス、窒素なとのＩＷ着効率の１ζｊ口二をしする
ととも１こ、Ｉｙｉ着器の小型・軽量化を達成すること
を目的とするものである。

（発明の構成） このため本発明は、吸着器内の−１−流側に、金属酸化
物の結晶中の空孔径か、下流側の吸着剤より大きい吸着
剤を充填して構成したものである。。

（発明の効果） 本発明によれば、吸着器内の上流側に充」眞された空孔
径の夫たい吸着剤で水分、炭酸ガスを効率よく吸着する
こと（ごＪ−リ、吸Ａ器内の下流＋１１１１　に充填さ
れた空孔径の小さい１汲３′ｉ剤での窒素の吸着効率か
向−１−、するようｔこなる。

比へて吸着器を小；！、ｌ；・軽量化でき、とくに自動
１１１に搭載する場合には有利になる。

（実施例） 第２し１に示す酸素濃縮装置Ａにおいて、１ｊ（は加圧
空気を送給するポンプ、１・４はポンプ］３がら送給さ
れた加圧空気を整ｉｔするザーン゛タンク、１５．１６
は水分、炭酸力゛ス、窒素等を吸着ゆ−る吸着剤を充」
眞した吸着器である。

」二足各吸着器１５．１６内の一端部１５ａ＋　Ｉ　Ｃ
ｉａ側と眺端部］　５ｂ、　］、　６１〕側には通気性
の隔１．ｉｌ′（１５ｃ。

］　、’ｌＣ＋　］　Ｇ（：、　Ｉ　６ｃが設けられて
、中空部１５ｄ。

１５ｄ、］　６ｄ、ｌ’６ｄが形成されると共に、１イ
’％１１ａ１．５ｅ＋　１５ｃ＋　ｌ　（５（：Ｉ　Ｉ
　Ｇｃ　〕間の空＋１１ｉｉｓｌＸ＋　５　（１゜ＩＧ
ｅには、空胴部＋　５ｅ＋　Ｊ、　６ｃの会容量のｒ）
１／、１Ｖノ、下となる一端部１５ａ、ｉ（’Ｂ側は一
流側）の部分に、通気１／１の月切、、’％（、］　り
　ｌ’ｌ　ｌ　６　ｒが設けられている。

そして、一端Ｆｉｌ（］　５ａ＋　ｉ　６ａ側の隔壁１
．５ｃ。

１６（と仕切１１５１５ｆ、１６Ｆとの開には、金属酸
化物の結晶１１１の空孔径か人外い吸着ｆｉｌｌ　２　
ｔ）を充填し、１曳１１１ｔｌｌ　１５ｂ＋　１６１＋
仙ｌの隔壁１５Ｃ，ＩＴ’）Ｃと仕切壁１５Ｆ、］Ｇｆ
との間には、金属酸化物の結晶中の空孔径か小さい吸着
剤２１を充填する。

−［二足吸着剤２０は、例えは空孔径］（）人のＮａＸ
型ゼオライト：　Ｎａ、５ｌ（Ａ、ＣＯ＋）ｓｃ（Ｓｉ
Ｏ：）、、、、］を用い、」−記吸着削２１は、例えば
空孔径５人のＣａ　Ａ　ｊ！（’ｊ、ゼオライト：Ｃａ
６１．（Ａ　（′Ｃ）：Ｌ　＝（Ｓ　ｉ　Ｏ２）１＝、
’、１を用いるのか′好適である。

空孔径と吸着特性との関係は表１に示１通ｌ］である。

表　１ 従って、よす販Ｘ１容７ｊｊ−がジ１−常「Ｊ（ト（・
１及７を名１１２０で水分、炭酸ガスをｔＡ）祷・（よ
゛（１！＆着させ、次段の、分ｔ％ｌｌ性がコト常に良
（・１汲着剤２１での窒素のｌ′１ＩＸｉ効率を向−１
ニさせるようにするのである。

なお、吸着剤２（）が全容献の］／＝１以トになると、
吸着剤２１での窒素の分離性が悪くなることか天１倹白
！月こＪｒ６かめられた。

−リｊ、１７は濃縮酸＃をｆｉｌＹめるノ＼ノファータ
ン外　１；３は例えば了１動甲用エンジンの場合には、
エンノンの混合器のような被供給装置、１０は大連の答
弁ａ〜自ト１りを制ｕ１１するコンピュータである。

」二足サーンタンク１４１こは火気開放弁■か設けられ
、該ザーノタンク１４の吐出１」は、各吸着器１５、］
、Ｇの一端部１５ａ、１６ａに開閉弁す、ｃを介して夫
々接続される。

該各吸着器＋　５．　−１６の一端部１５ａ＋　ｌ　ｉ
’＋ａには、大気開放弁ｄ、　ｅが夫々設けられる。

−Ｉ―記各吸着器１．５．］６の他端部Ｉ　Ｓｂ、Ｉ　
Ｔｉｂは、バッファータンク１７に開閉弁り、　ｉ　を
介して大々」と続され、該各飢端ｔｔ′Ｓｌ（］　５１
＋、ｌ　Ｇｂと開閉弁１１，１　との間は、開閉弁ｊを
介して接続される。

−１−１記バ／フアータンク１７と被供給装置１８とは
、開閉弁１くを介して接続さ・れる。

上記答弁ａ　＝　ｐ、　ｈ　＝　ｋは、以下で説明する
ようにコンピュータ１０により表２のように制御される
。

○（図面」−は白ヌキしくで示す）・・・開ｅ（図面１
−１は黒ヌＩＪ　Ｍで示す）・・・閉表２ ［運転時］−第５図（８）参ｊｊｉｊ　−（１）例えは
、白手力中のイグユノンヨンスイノチをオンすると、タ
イマーか０→１１（づ・・にセラＩさＪしると共に、第
；（図ｆａ）に小４−よ）な口’＋’ｈｉ＋に７１弁ａ
−ｅ、ｈ〜１くは開閉制御されろ。

ポンプ］：）により、加圧空気は実線の矢印で示す、１
うに、 ポンプ］：）→サーノタンクト・１→弁１ノ→左吸若器
１５→弁ｈ→ノ＼ソフア−タンク１７→弁ｌ（→被ＩＪ
（給装ｊｊ（Ｉ　）ｆ の順に送給され、左１９ｉ　ｉ１器１５の吸２’ｌ斉１
１２（Ｉの吸７ｆ作用（１汲１７Ｎ−稈）により、ます
、水分、炭酸ガスか効−４てよく吸着され、−）いで、
１νに２’（剤２１の吸オ′１作用により窒素か効率よ
く吸着されて、被供給装置１８にはｊ９瀦ｊ酸素か供給
される。

このと外、右吸着器１Ｇの一端部１６ａの弁（・は“開
゛で火気開放状態にあるから、右吸着器１０の内圧か低
）して、点線の矢印で月く１ように、炭酸力゛ス、窒素
等が徐々に外部に放出さｈて脱着工程が進行する。

（２）１−記［［稈Ｎす１の時間Ｅ１が経過後、タイマ
ーか“リセットされて、直ちに（）→１２砂１こセラ）
されると共に、第３図（Ｉ〕）に示１ようなＩ−程Ｍ２
に答弁ａ＝Ｑ、　１１〜１（は開閉制御される。

そうすると、ポンプ１：）の加圧空気は、χ線の矢印ｔ
５よび点線の矢印で示ｒように、ポンプ】３→サーノタ
ンク〕・↓→弁１〕→左吸着器１５→弁Ｊ＋右吸着器１
６→弁ｅ→大気の順に送給され、イイ吸着器１Ｇの内圧
は上程へ４１ですでに抜かれているので、濃Ｍ１１酸素
の逆流かスｌ、−スになり、イ１吸着器１６の炭酸ガス
、窒素１・γが迅速に外７７１％に放出されて脱オ゛目
゛稈が進行４−る。

、二のとき、ハン７アータンクド７の弁１（（土“′１
１目゛であるから、濃縮酸素が途切れることなく被供給
装置ｉ４（１ｉｉに供給されつづける。

（３）１−記二１程Ｍ２の時間１．が経過後、タイマー
かりセラ１されて、直九に（）→１１秒１こセットされ
るとノ（１こ、第３しＩ（ｃ）　ｊこンＪｌ−ような一
ノニ矛“？へンＸ）に芥弁ａ−’ｅ＋　ｌ＋〜１（は開
閉制御される。

ポンプ〕３により、加圧空気は実線の矢印で示すように
、 ポンプ１３→す〜ノタンク１４→弁Ｃ→右吸着器１６→
弁ｌ→パンファータンク１７→弁に→被供給装置１８ のＩｆ、Ｎに送給され、イｊ吸着器１６の吸イｉ削２０
の吸着作用により、まず、水分、炭酸力スが効率よく吸
着され、ついで、吸着剤２１の”Ｘｉ　Ｒ’Ｊ作用によ
り窒素か効率よく吸着されて、被供給装置１３にはｊ農
析Ｉ酸素か供給される。

このとき、左吸オ゛ｆ器１５の一端部１５１１の弁ｄは
“開゛で火気開放状態にあるか呟左吸λ゛ｉ器１５の内
圧か低１・″して、点線の矢印で示４−ように、炭酸力
゛ス、窒素トンか徐々に外部に放出されて１１（Ｌ着上
稈か進行する。

（４）　ｌ−記［、稈Ｎ４３の時開１．か経過後、タイ
マーかりセラ１されて、１ｆ１．ちに０→１．秒に七）
）されると共に、第：（図（（ｊ）に示すような１．程
Ｍ　ｚｌに答弁ａ　＝　ｅｒ　ｌ＋　−＝　ｋは開閉側
φ１じれる。

そうすると、ポンプ１３の加圧空気は、実線の矢印もよ
Ｕ’ｊ、’７線の矢印で示すＦうに、ポンプ１；（→サ
ー／゛タンクｌ　ｌｌ→弁（→イｉＷ＆）Ｉｔｋ：÷１
（（→弁１→／１１及Ｒ′ｉ器１５→弁ｄ→入気の順に
送給され、左吸着器１５の内１１．は口′ｌ！Ｎ４：）
て４−でに抜かれているので、濃Ｍ１１酸素の）就７ズ
こかスｌ、−スになり、左吸着器ＩＳの炭酸カス、窒素
トン力弓勘虫に外部に放出されて１１）Ｌオフ−１，稈
か進行する、このとぎ、パン７アータンクビ７の弁ｋ　
ｌ土パ開″で′あるがら、濃縮酸素か途切れることなく
被供給装置１１））に１共給されつつ（する。

ＲＡ　Ｌｌ、ｌ　程Ｍ・４の１１、ｖ間！＋が経過後、
タイマーがす七ノドされて、ｉｌｊび上記（１）に戻り
、タイマー七ノ１゜各工程Ｍ　＋　−ムト・１が゛繰返
される。

１停止１．、時１−１＃５図（１））参照−（５）例え
ば゛、自動中−のイ２二／ションスイ／チをオフすると
、古１１込みル−ヂン（二より、いずれかの１−稈へ１
１−Ｍイにあるタイマーがす七）１されて、ｉＱ、’ち
に０→１５秒に七ノドざ・れると共に、第・・１図（ａ
）に示すような工程Ｍ　、’５に答弁ａ−ｅ、　ｈ〜に
は開閉制御される。

そうすると、パン７アータンク１７の濃縮酸素・Ｘ／フ
ァータンクｌ　”７→弁り、ｉ→ス石’！Ｍ、　７ｆ　
’ｄ：合１−ＩＧ→弁１１．（→サー／タンクト１→弁
５１→）ごへの１町に送給され、バッファータンク１゛
ｉ、ノ１イ、吸着器１！’＋、Ｉ（ｉ、→ｔ−ノタンク
じ・１の内）ｊが抜かれると共に１，１シｌ［ｉ酸素の
逆ｊズ（、て／、：イｆ吸省器１　！’＋。

１にの番Ｉ火７１斉＋１２ｆｌ、２＋に１及オ談れた炭
酸力又。

窒素性か外部に放出されてＩＢと３′目、稈がイ１゛な
ゎＪ’Ｌる。

（６）口“１述’ｌ　！’＋の時間］、が経過後、第、
１図（１１）に示ｔような丁Ｆ１述１Ｇに答弁ｕ’−’
（’＋　１１・ｋｌｉ全閉制御さＪする。

このように、停＋ｌ：ｌＬ’＋に左イ１吸オフＲ：置５
＋］（’ｉ笠の内ｊ−１を抜き、脱着１−稈を１ノーな
っておくのは、停止１０時か一目ハ慴〜へ１・１のいず
れの段階であっても、次の運転１１．ｓには肌着ずみの
吸着器１　、”）、］　６を使用できるので、スターＩ
・１１７がら吸χ１効η′を高められるためである。

また、工程ＭＧで・答弁”　’−Ｐ、　１Ｉ−ｋを全閉
制す１１１＝るのは、停止１１ｊ７に火気１１１’ｌ放
弁ａ、　ｄ、　（”から外部空気が左右１汲着器］５＋
１ｆ；に入り、各１ｗ着剤２０゜２１に水分、炭酸力゛
ス、窒素等が１火着してスター１時の吸着効率が底下す
るのを防ぐためで′ある。

なお、第３図（ａ）−（ｄ）ｔ；よび第４図（Ｉｌ）の
吸着１４７１５，１Ｇ内に示した矢印中、実線はその吸
着器か吸着二Ｆ、稈にあり、また点線はその吸着器が脱
オ′ｆ工程にあることを示すものて゛ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の酸素濃縮装置のシステｌ、図、第２図は
本発明に係る酸素濃縮装置のシステム図、第；（図（、
）−＝（ｄ）は第２図の装置Ｉの運転時の作動説明図、
グ）４１り１（ａ）及び第４図（１〕）は第２図の装置
の停止時の作動説明図、第５図（ａ）は第２１λ１の装
置の運転時のフローチャー］、第５図（１〕）は第２図
のｙｃｊｔｑの停止Ｉ−１時のフローヂｐ−１である。 ｌ＼・酸素濃縮装置、 １３・・ポンプ、　１・１・・勺−ノタンク、１．５．
１６・・・吸着器、］　、”ｒｅ、Ｉ　６ｃ・空胴部、
１５ｆ、Ｉ〔ｉｒ・仕切壁、 １７・パン７アータンク、１８・・被供給装置、１（１
・・・フンピユータ、 ２（）・・・空孔径の入ぎい吸着剤、 ２１・・・空孔径の小さい吸着剤。 特　５′１　出　願　ｌ＼　東汀」′宅抹式分Ｊ１代　
１里　Ｉ（弁１’ｌ！　ｌ：　古１１１　葆はが２名第
１０ 第２図 第３ 第４図 （ａ）　第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （＋）空気中の酸素に比べて窒素、炭酸ガス等をより多
   く吸着する吸着剤を充填した吸着器に加圧空気をｆノ！
   、給し、該吸着剤により濃縮された酸素を吸着器から取
   出すようにした酸素濃縮装置６において、 上記吸着器内の１−流側に、金属酸化物の結晶中の空孔
   径か、下流側の吸着剤より火たい吸着剤か充填されてい
   ることを特徴とする酸素濃縮装置。