JPS6077109A - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、酸素濃縮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機関において、
エフポンプ１から加圧空気を０（給して、脱湿器２の吸
湿剤３及び炭酸ガス吸着剤４により、水分（Ｎ２０）及
び炭酸ガス（ＣＯ２）を順次に吸着して取り除き、つい
で、窒素分離器５の窒素吸着剤６により窒素（Ｎ２）を
吸着して取り除いた後の濃縮された酸素（ｏ２）を、混
合器７に取り出して、エンノン８に供給する一方、この
吸着工程の終了後、脱湿器２の前段の加圧空気供給口９
を大気に開放し、若しくは真空ポンプ１０でひす、濃縮
酸素等を逆流させることにより、吸着工程で各吸湿。

吸着剤３．４．６に吸着された水分、炭酸ガス。

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た酸素濃縮装置が提
案されている（特公昭５５　４５７３７号公報参照）。

そして、このような吸着工程における炭酸ガス。

窒素等の吸着効率は、加圧空気の圧力が高く、また吸着
経路夕が長く、また先の脱着効率が高いほど向上する。

しかしなが呟吸着工程において長い吸着経路でに高圧の
加圧空気が充填されていることになるので、脱着工程に
切薔わっでも、充填内圧が高いので、特に吸着経路ｐの
中間部の内圧が抜けにくく、従って、炭酸ガス、窒素等
の吸着ガスの脱着がスムーズに行なえず、このために脱
着効率が低下し、次の吸着工程における吸着効率が低下
するという問題があった。

（発明の目的） 本発明は、上記従来の問題を解消するためになされたも
ので、酸素濃縮装置の加圧空気の圧力が高く、しかも吸
着経路が長い場合であっても、吸着経路の途中の内圧が
迅速に抜けるようにして肌着効率を向上させて、次の吸
着工程における吸着効率を向上させ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、酸素濃縮装置の吸着経路の途中に、
吸着工程終了後、一定時間、吸着経路の途中を大気に開
放して内圧を抜くための制御弁を設けて構成したもので
ある。

（発明の効果） 本発明によれば、吸着工程から脱着工程への切替えに際
して、制御弁により吸着経路の途中を大気に開放するよ
うにしたものであるが呟吸着経路の途中の内圧を迅速に
抜くことができ、これにより相当の脱着が行なえる一方
、濃縮酸素の逆流がスムーズに行なえるようにな９て脱
着が促進され、脱着効率が向上して、次の吸着工程にお
ける吸着効率が向上するようになる。

また、基本的には制御弁を追加するだけであるから、構
造も簡単になる。

（実施例） 第２図〜第４図及び第８図は、並列タイプの酸素濃縮装
ｍＡの実施例を示す。

第２図において、１３は加圧空気を送給するポンプ、１
４はポンプ１３がら送給された加圧空気を整流するサー
ジタンク、１５．１６は炭酸ガス吸着剤、窒素吸着剤等
を充填した吸着器、１７は濃縮酸素を溜めるバッフ７−
タンク、１８は例えば自動車用エンジンの場合には、エ
ンジンの混合器のような被供給装置、１９は人達の答弁
ａ−ｋを制御するコンピュータである。

上記サージタンク１４には大気開放弁ａが設けられ、該
サージタンク１４の吐出口は、各吸着器１５．１６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１５．１６の一端部１５ａ、１６ａには、大
気開放弁ｄ、　ｅが夫々設けられると共に、各吸着器Ｉ
ｓ、１６の全長の略中間部には、大気開放弁Ｌｇが夫々
設けられる。

上記各吸着器１５．１６の他端部ｉｓｂ、ｉｓｂは、バ
ッファータンク１７に開閉弁１１．ｉ　を介して夫々接
続され、該各地端部１５ｂ、１６ｂ、！：ＩＪ閉、弁１
１．１　との間は、開閉弁ｊを介して接続される。

上記バッファータンク１７と被供給装置１８とは、開閉
弁ｋを介して接続される。

上記答弁ａ−には、以下で説明するようにコンピュータ
１９により表１のように制御される。

［運転時］−第８図（ａ）参照− （１）例えば、自動車のイグニッションスイッチをオン
すると、タイマーが０→［２秒にセットされると共に、
第３図（ａ）に示すような工程Ｍ１に答弁ａ−には開閉
制御される。

すなわち、ポンプ１３により、加圧空気は実線の矢印で
示すように、 ポンプ１３→サージタンク１４→弁ｂ→左吸着器１５→
弁１１→バッファータンク１７→弁に→被供給装置１８ の順に送給され、左吸着器１５の吸着作用（吸着工程）
により加圧空気中の窒素、炭酸ガス等が吸着され、被供
給装置１８には濃縮酸素が供給される。

このとき、右吸着器１６の一端部１６ａの弁Ｃと中間部
の九ｇとは“開゛で大気開放状態にあるか帆布吸着器１
６の全長にわたって内圧が低下して、点線の矢印で示す
ように、炭酸ガス、窒素等が徐々に外部に放出されて脱
着工程が進行する。

（２）工程Ｍ１の時間Ｅ、が経過後、タイマーがリセッ
ｌれて、直ちにＯ−＋１２秒にセットされると共に、第
３図（ｂ）に示すような工程Ｍ２に答弁ａ〜には開閉制
御される。

そうすると、ポンプ１３の加圧空気は、実線の矢印およ
び、α線の矢印で示すように、ポンプ１３→サージタン
ク１４→弁１）→左吸着器１５→弁」→右吸着器１６→
弁ｅ→大気の順に送給され、右吸着器１６の内圧は工程
Ｍ１ですでに抜かれて大気圧になっているので、左吸着
器１５からの濃縮酸素の逆流がスムーズになり、右吸着
器１６の炭酸ガス、窒素等が迅速に外部に放出されて脱
着工程が進行する。

このとぎ、バッフ７−タンク１７の弁にはパ開゛である
から、濃縮酸素が途切れることなく被供給装置１８に供
給されつづける。

（３）工程Ｍ２の時間Ｌ２が経過後、タイマーがリセッ
トサれて、直ちに０→Ｌ１秒にセットサれると共に、第
３図（ｃ）に示すような工程Ｍ３に答弁ａ〜には開閉制
御される。

ポンプ１３により、加圧空気は実線の矢印で示すように
、 ポンプ１３→サージタンク１４→弁Ｃ→右吸着器１６→
弁ｉ→バッファータンク１７→弁に→被供給装置１８ の順に送給され、右吸着器１６の吸着作用（吸着工程）
により、被供給装置１８には濃縮酸素が供給される。

このとき、左吸着器１５の一端部１５ａの弁ｄと中間部
の弁ｆとは“開”で大気開放状態にあるから、左ｌｆｉ
着器１５の全長にわたって内圧が低下して、点線の矢印
で示すように、炭酸ガス、窒素等が徐々に外部に放出さ
れて脱着工程が進行する。

（４）工程Ｍ３の時開Ｌ３が経過後、タイマーがリセッ
トされて、直ちに０→ｔ４秒にセットされると共に、第
３図（ｄ）に示すような工程Ｍ４に答弁ａ〜には開閉制
御される。

そうすると、ポンプ１３の加圧空気は、実線の矢印およ
び点線の矢印で示すように、 ポンプ１３→サージタンク１４→弁Ｃ→右吸着器１６→
弁ｊ→左吸着器１５→弁ｄ→大気の順に送給され、左吸
着器１５の内圧は工程Ｍ３ですでに抜かれて大気圧にな
っているので、右吸着器１６からの濃縮酸素の逆流がス
ムーズになり、左吸着器１５の炭酸ガス、窒素等が迅速
に外部に放出されて脱着工程が進行する。

このとき、バッフ７−タンク１７の弁には“開”である
から、濃縮酸素が途切れることなく被供給装置１８に供
給されつづける。

工程Ｍ４の時間ｔ４が経過後、タイマーがリセットされ
て、再び上記（１）に戻り、タイマーセット。

工程Ｍ１〜Ｍ４が繰返される。

［停止時］−第８図（ｂ）参照− （５）例えば、自動車のイグニッションスイッチをオフ
すると、割込みルーチンにより、いずれかの工程Ｍ１〜
Ｍ４にあるタイマーがリセットされて、直ちに０→ｔ９
秒にセットされると共に、第４図（ａ）に示すような工
程Ｍ５に答弁ａ−には開閉制御される。

そうすると、バッファータンク１７の濃縮酸素は、点線
の矢印で示すように、 バッファータンク１７→弁り、　ｉ→左右吸着器１５゜
１６→弁す、ｃ→サーノタンク１４→弁ａ→犬気の順に
送給され、バッファータンク１７．左右吸着器４５，１
６．サージタンク１４の内圧が抜かれると共に、濃縮酸
素の逆流で左右吸着器１５゜】６の炭酸ガス、窒素等か
外部に放出されて脱着工程が行なわれる。

（６）上記工程Ｍ５の時開ｔ５が経過後、第４図（１〕
）に示すような工程Ｍ６に答弁ａ−には全閉制御される
。

このように、停止時に左右吸着器１５．１６等の内圧を
抜き、脱着工程を行なっておくのは、停止時に各吸着器
１５．１６の工程が吸着、肌着のいずれの段階であって
も、次の運転時には脱着ずみの吸着器１５．１６を使用
できるので、スタート時から吸着効率を高められるため
である。

また、工程Ｍ６で答弁ａ−ｋを全閉制御するのは、停止
時に大気開放弁ａ１　ｄ、ｅ＋　ｆ＋　ｇから外部空気
が左右吸着器１５．１６に入り、各吸着剤等に水分、炭
酸〃ス、窒素等が吸着してスタート時の吸着効率が低下
するのを防ぐためである。

なお、第３図（ａ）　−（ｄ）および１５４図（ａ）の
吸着器１５．ＩＧ内に示した矢印中、実線はその吸着器
が吸着工程にあり、また点線はその吸着器が脱着工程に
あることを示すものである。

第５図〜第７図は、直並列タイプの酸素濃縮装置Ｂの実
施例を示す。この場合、コンピュータ１９は上記実施例
においで説明した第８図を使用する。

第５図において、１３は加圧空気を送給するポンプ、１
４はポンプ１３から送給された加圧空気を整流するサー
ジタンク、２３〜２６＋２７〜３０は炭酸ガス吸着剤、
窒素吸着剤等を充填した吸着器、３１．３２は濃縮酸素
を溜めるバッファータンク、］８は例えば自動車用エン
ノンの場合には、エンノンの混合器のような被供給装置
、１！」は人達の答弁１）〜ｓ、Ｉ１１を制御するコン
ピュータである。

上記サージタンク１４には大気開放弁Ｉ）が設けられ、
該サージタンク１４の吐出口は、吸着器２３゜２７の一
端部２３ａ、２７ａに切朴弁ｑを介しで夫々接続される
。

上記吸着器２３〜２６は、吸着器２３の他端部２３ｂと
吸着器２４の一端部２４ａ、吸着器２４の他端部２４ｂ
と吸着器２５の一端部２５ａ、吸着器２５の他端部２５
ｂと吸着器２６の一端ｇｔｓ２６ａというように直列に
接続され、上記吸着器２７〜３０も同様に各端部２７ｂ
〜３０ａが直列に接続される。

」二記直列の吸着器２３〜２Ｇ並びに２７〜３０の全長
の暗中開部に相当する吸着器２４と２５並びに２８と２
９とのｆｉｌｌには、大気１１ｆｉ放弁ｒ、ｓが夫々設
けられる。

上記各吸着器２６．３０の他端部２６１＋、３０ｂは、
バッファータンク３１．３２に一方弁ｔ＋ｕを介して夫
々接続されると共に、該各地端部２６ｂ。

３０ｂは、オリフィスＶを介して接続される。

上記各パンファータンク３１．３２と被供給装置？２１
８とは、開閉弁すを介して接続される。

上記答弁ｐ−ｓ、　ｔｕは、以下で説明するようにコ○
（図面上白ヌキレ〈で示す）・・・而０（図面上点ヌリ
ーで示す）・・・閉 表２ ［運転時］−第８図（、）参照− （１）例えば、自動車のイグニッションスイッチをオン
すると、タイマーか０→Ｌ１秒にセフ）されると共に、
第６図（、）に示すような工程Ｍ１に答弁Ｉ）〜Ｓ＋Ｗ
は開閉制御される。

ポンプ１３により、加圧空気は実線の矢印で示すように
、 ポンプ１３→サージタンク１４→切替弁ｑ→吸着器２３
→吸着器２４→吸着器２５→吸着器２６→一方弁ｔ→バ
ッファータンク３１→弁−→被供給装置１８ の順に送給され、各吸着器２３〜２６の吸着作用（吸着
工程）により、被供給装置１８には濃縮酸素が供給され
る。

このとき、吸着器２６からの濃縮酸素が点線の矢印で示
すように、 オリフィスＶ→吸着器３０→吸着器２９→吸着器２８→
吸着器２７→切替弁ｑ→大気 の順に逆流され、各吸着器２７〜３０の中間部の内圧は
後述の工程Ｍ４ですでに抜かれているので、吸着器２６
からの濃縮酸素の逆流がスムーズになり、各吸着器２７
〜３０の炭酸ガス、窒素等が迅速に外部に放出されて脱
着工程が進行する。なお、このとき、一方弁Ｕはバッフ
ァータンク３２の内圧が高いので閉じていて、吸着器２
６からの濃縮酸素はバッファータンク３２には流れない
。

（２）工程Ｍ１の時間ｔ１が経過後、タイマーがリセッ
トされて、直ちにＯ→１２秒にセットされると共に、第
６図（ｂ）に示すような工程Ｍ２に答弁ｐ〜ｓ、ｗは開
閉制御される。

そうすると、ポンプ１３の加圧空気は、実線の矢印で示
すように、 ポンプ１３→サージ゛タンク１４→切替弁ｑ→吸着器２
７→吸着器２８→吸着器２９→吸着器３０→一方弁Ｕ→
バッファータンク３２→弁田→被供給装置１８ の順に送給され、各吸着器２７〜３０の吸着作用により
、被供給装置１８には濃縮酸素が供給される。

このと外、弁ｒが“開゛であるから、各吸着器２３〜２
６の中間部の内圧が迅速に抜かれると共に、吸着器３０
がらの濃縮酸素が点線の矢印で示すように、 オリフィスＶ→吸着器２６→吸着器２５→弁ｒ→大気 の順に逆流を開始する。なお、このとき一方弁ｔは、バ
ッファータンク３１の内圧が高いので閉じていて、吸着
器３０がらの濃縮酸素はバッファータンク３１には流れ
ない。

（３）工程Ｍ２の時間ｔ２が経過後、タイマーがリセッ
トサれて、直ちにＯ−＋ｔ、秒にセットされると共に、
第６図（ｃ）に示すような工程Ｍ３に各弁１〕〜Ｓ、田
は開ｒ７１制御される。

このとき、弁ｒは″閉°°となるが、各吸着器２３〜２
６の中間部の内圧は工程Ｍ２ですでに抜かれているので
、吸着器３０がらの濃縮酸素の逆流がスムーズになり、
各吸着器２３〜２６の炭酸ガス。

窒素等か迅速に外部に放出されて脱着工程が進行する。

（４）工程Ｍ３の時■肌、が経過後、タイマーがリセッ
トされて、直ちにＯ−＋ｌ、秒にセットサれると共に、
第６図（ｄ）に示すような工程Ｍ４に答弁１】〜Ｓ１ｗ
は開閉制御される。

そうすると、ポンプ１３の加圧空気は、実線の矢印で示
すように、 ポンプ１３→サージタンク１４→切朴弁ｑ→吸着器２３
→吸着器２４→吸着器２５→吸着器２６→一方弁ｔ→パ
ンファータンク３１→弁υ→被供給装置１８ の順に送給され、吸着器２３〜２６の吸着作用により、
被供給装置１８には濃縮酸素が供給される。

このとき、弁Ｓは“開°１であるから、各吸着器２７〜
３０の中間部の内圧が迅速に抜かれると共に、吸着器２
６からの濃縮酸素が点線の矢印で示すように、 オリフィスＶ→吸着器３０→吸着器２９→弁Ｓ→大気 の順に逆流を開始する。

工程Ｍ４の時間ｔ、がｆ過後、タイマーがリセットされ
て、再び上記（１）に戻り、タイマーセット、工程Ｍ１
〜Ｍ４が繰返される。

［停止時］−第８図（ｂ）参照− （５）例えば、自動車のイグニッシタンスイッチをオフ
すると、割込みルーチンにより、いずれかの工程Ｍ１〜
Ｍ４にあるタイマーがリセットされて、直ちに０→１５
秒にセットされると共に、第７図（ａ）に示すような工
程Ｍ５に答弁ｐ−ｓ、ｗは開閉制御される。

そうすると、各吸着器２３〜２６の中間部の内圧は弁ｒ
で迅速に抜かれ、各吸着器２７〜３０の中間部の内圧は
弁Ｓで迅速に抜かれると共に、切替弁ｑ、サージタンク
１４の弁１）でも抜かれるようになり、各吸着器２３〜
２６．２７〜３０の炭ａｙス、窒素等が外部に放出され
て脱着工程が行なわれる。

（６）工程ＭＳの時間し、が経過後、第７図（ｂ）に示
すような工程Ｍ６に答弁１）〜Ｓ、１１は全閉制御され
る。

このように、停止時に吸着器２３〜２６．２７〜３０等
の内圧を抜き、脱着工程を行なっておくのは、上記並列
タイプの酸素濃縮装置Ａと同様に停止時が各工程Ｍ１〜
Ｍ４のいずれの段階であっても、次の運転時には脱着ず
みの吸着器２３〜３０を使用できるので、スタート時か
ら吸着効率を高められるためである。

また、工程Ｍ６で答弁１）〜ｓ、ｌＩＩを全閉制御する
のは、やはり上記並列タイプの酸素濃縮装置Ａと同様に
、停止時に大気開放弁ｌ〕、　ｒ、　Ｓ及び切替弁ｑか
ら外部空気が各吸着器２３〜３０に入り、各吸着剤等に
水分、炭酸ガス、窒素等が吸着してスタート時の吸着効
率が低下するのを防ぐためである。

【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ム図、第２図は本
発明に係る並列タイプの酸素濃縮装置のシステム図、第
３図（ａ）〜（、Ｉ）は第２図の装置の運転時の作動説
明図、第４図（、）及び１１４図（１〕）は第２図の装
置の停止時の作動説明図、第５図は本発明に係る直並列
タイプの酸素濃縮装置のシステム図、第６図（、）〜（
ｄ）は第５図の装置の運転時の作動説明図、ＰＳ７図（
、）及びｆＩＳ７図（ｂ）ｌｉ第５　図ノ装置の停止時
の作動説明図、第８図（、）は第２図及びＦＳ図の装置
の運転時の７０−チャート、第８図（ｂ）はｒｔＳ２図
及び第５図の装置の停止時の７０−チャートである。 Ａ・・・並列タイプの酸素濃縮装置、 １３・・・ポンプ、　１４・・・サージタンク、１５．
１１３・・・吸着器、１７・・・バッファータンク、ｊ
８・・・被供給装置、１９・・・コンピュータ、ａ−ｅ
ｔ　ｈ−ｋ・・・弁、　ｒ、ｇ・・・大気開放弁（制御
弁）、Ｂ・・・直並列タイプの酸素濃縮装置、２３〜３
０・・・吸着器、 ３１．３２・・・バッファータンク、 １）＋Ｑ＋Ｌ＋ｌＩ＋ｌＩ・・弁、 ｒ＋ｓ・・・大気開放弁（制御弁）。 特許出願人　東洋工業株式会社 代　理　人　弁理士　前出　葆ばか２名（ａ） 第８図 （ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）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供給し
   、該吸着剤により濃縮された酸素を吸着器から取出すと
   ともに、該吸着工程終了後、上記吸着器の加圧空気供給
   口を大気に開放して、上記吸着工程時に吸着剤に吸着さ
   れた窒素、炭酸ガス等を吸着剤から分離させて外部に放
   出するようにした酸＠濃縮装置において、 該酸素濃縮装置の吸着経路の途中に、吸着工程終了後、
   一定時間、吸着経路の途中を大気に開放する制御弁を設
   けたことを特徴とする酸素濃縮装置。