JPS6245314A - 分子ふるいを用いる混合ガス分離法及び分離装置 - 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】 １産業上の利用分野］ 本発明は分子ふるいを用いる混合ガスの分離、特に空気
からの酸素濃縮方法及び装置に関する。

［従来の技術］ ガス混合物の分離に分子ふるい（［レキュラーシーブ）
を利用すること（は公知である。分子ふるいは結晶ゼオ
ライトである。分子ふるいの結晶構造は多数の小室洞が
これよりもさらに小さい孔を介して互いにつながってい
るのがその特徴である３このような分子ふるいはガス混
合物のうちの特定成分を選択的に吸るづる。特定の分子
ふるい８適当に這択することにより、多くの異なるガス
成分を選択的に吸着させることかできる。本発明は主と
して空気からの酸素濃縮（こ係わる。この目的（こ適し
た窒索吸査材がＩＪ　ｎ１ｏｎ　　Ｃａｒｌｌｏ、Ｉｅ
　　（：　ｏｒｐｏｌ’ａｔｉｏｎから公称孔径５人の
ぜオライ１へかＴｙｐｅ５への商品名で市販されている
。

Ｅ　ａｒｌｓ等の米国特許第４，４９４．８９１号には
分子ふるいの多重床及び高速圧縮ｉｉ　ｖＪ吸着法を利
用した酸素濃縮方法が開示されている。この特許及びこ
れに引用されている文献は単数または複数の分子ふるい
床及びこれらの分子ふるい床から吸着物７？をパージす
る各種のパージ方法を利用する多くの公知ガス分離方法
を開示している。

本発明の主な目的の１つはパージ段階のエネルギー効率
を高めることにあり、これにより、医療用及び工業用と
して、より小型で、しかもより効率的な酸素濃縮装置を
（ｑんとするものである。

現在、分子ふるいをパージする方法として、下記の３つ
の方法が主流となっている。

１、汚れた分子ふるいに真空を作用させることにより、
吸着されている不純物を除さ、分子ふるいを再びガス分
離に使用できる状態にする。この場合、真空と共に所期
の最終製品ガスを少量イガｍ１る。真空利用の基本的理
由はパージ段階において必要な最終製品ガス使用はを極
力節減することにある。

２、所期の最終製品ガスを比較的多ｍに使用して汚れた
分子ふるいをパージする。一般的な方法としては、最終
製品ガス容器からの流量をオリフィスを利用して制御す
る一方、他の分子ふるいから前記容器に最終製品ガスを
供給する。このパージ方法は比較的多量の最終製品ガス
を必要とするため、全般的な作業効率は低くなる。

３、特に空気からの酸素濃縮に使用される最も一般的ナ
バージ方式としては、汚れた分子ふるいを弁で閉鎖して
おいて、最終製品ガス容器内にできるだけ迅速に高圧を
発生させる。所要の圧力に達したら、汚れた分子、Ｓす
るいのパージ弁を、すでにパージされた分子ふるいの給
気弁と同時に開数する。すでにパージされた分子ふるい
に」；っで生成された酸素の大部分は、パージにより最
終製品ガスが汚れた分子ふるいへ流入して最終製品ガス
各器内の圧力が最低レベルにまで低下すると最終製品ガ
ス容器に圧入される。これは３つのパージ方法のうちで
も最も非効率的である。

なお、以上に＋Ｉべた３つの公知のパージ方法のすべて
に共通の特徴は吸着プロセスから除外したのち、パージ
開始と同時に、分子ふるいを内蔵するチェンバに外部供
給源からの外部エネルギーを直接導入することにある。

従来はパージのために、汚れた分子ふるい床を内蔵する
チェンバ内にづでに収納され、蓄積されているエネルギ
ーの゛ブール′°を利用すること（よなかった。この位
置エネルギーの゛ブール″はパージ開始に先立って、汚
れた分子ふるい床を内蔵するチェンバの内部が最初周囲
大気圧以上の圧カドにあることから生ずる。さらに、汚
染ガス吸着熱のエネルギーも存在する。

［発明の概要１ 本発明では、汚れた分子ふるいを、各端を弁閉′ｉ！４
することによって吸着プロセスの系から除外する。その
結果、大気圧以上の圧力という形で分子ふるい床内にエ
ネルギー〈位置エネルギー）かトラップされる。吸着熱
からのエネルギーも分子ふるい床内にトラップされる。

次いで、分子ふるい味を内蔵するヂエンバ人口喘のパー
ジ弁を急激に開放牛ることにより、汚れたガスが急激に
大気圧まｌζは真空まで減圧される。汚れた分子ふるい
床を内蔵するチェンバの内部がこのように急激に減圧す
ることで、チェンバ内に蓄積されているｆＤ−ｆｉ工ン
ルギーと吸着熱エネルギーが運動エネルギーに急変する
。

この作用は圧縮されたばねが急に解放されるｊ見合と似
ている。解放されたばねは直ちに高ｉ＊度に加速し、圧
縮状態のばねに蓄積されていた位置エネルギーか急激に
運動エネルギーに変換され、これがぼり自体の高速度と
なって現われる。

これと同様に、汚れた分子ふるい床を内蔵するチェンバ
の入口に設けたパージ弁を急に開放すると、吸着熱をも
含めてそれまで圧縮されていたガスが開放されたパージ
弁を通って高速度で流出する。例えば、パージ弁が急に
開放されるまで周囲の大気圧以上の圧力下に汚れた分子
ふるい床に吸着されていたガスが窒素である場合、この
窒素は急激に高速度を得て、チェンバ内のあらゆる位置
から開放パージ弁に向って流動し、このパージ弁から流
出する。本発明者はそれまで圧縮されていた窒素の位置
エネルギーから高速で流動する窒素の運動エネルギーへ
のこの変換が汚れた分子ふるい床の孔内や空洞からの窒
素分子駆逐に極めて有効であるとの知見を１りた。即ち
、位置エネルギーから運動エネルギーへの急激な変化に
より、パージ・サイクル初期において、汚染分子ふるい
床が浄化される。この分子ふるい床の内圧は大気圧まで
計上し、汚染ガスの高速流は自浄に必要な時間に亘って
ほとんどゼロ流速まで低下する。次いで７ｊ時間に亘っ
て真空を作用させるか、虐時間に亘って高速製品ガス流
を作用させるか、または短詩［出に口って高速ガス流と
真空と３作用させることによってパージ・サイクルを完
結する。パージ・サイクル完結と同時に、分子ふるい床
の動作は再び分離（製品ガス発生）サイクルに移行する
。

パージ・サイクルの初期に、汚れた分子ふるい床に対し
て本発明の急激な自己パージ；減圧効果を作用させてい
る間に、最終製品ガス容器中の圧力を、＠端純度の低下
を許さないような製品ガスの所望の最高圧レベルにまで
高める。換言すれば、バックフラッシュの過程で、製品
ガスが汚染ガスの迂回分をほとんど残さずに、途切れ部
分のない前９席の形で分子ふるい床を一掃するようにす
る。

製品容器内がこの所定最適圧力レベルに達したら、内圧
がほとんど大気圧レベルに達している自己パージ分子ふ
るいに高速の製品ガス噴射流３送入する。この噴射流を
ｔｆ４成づ゛るｌ力量ガス分子（よすへて高速で移動す
るから、製品ガスの各分子は高いレベルの運動エネルギ
ーを有する。即ち、（所要の製品収量及び純度に応じて
１秒ないし数秒続く）この噴射流は高い運動エネルギー
を有する製品ガス分子の前端速度波衝撃であり、これが
一部だけパージされてはいるがその間隙に、すでに完全
に減圧状態にあるためほとんど静止状態にある（運動エ
ネルギーが低い）残留汚染ガス分子か滞留している分子
ふるい床を通過する。本発明者の知見によれば、高速製
品ガス分子のこの短い噴射＆は上記のような状態におい
て運動エネルギーの低い残留汚染ガス分子を離脱させ、
離脱した分子をチェンバ入口から排出させるのに極めて
有効である。換言すると、この前端衝撃は汚染ガスを排
除する手段として極めて有効且つ能率的である。

この前端衝撃噴射流モーメン１〜は有効にチェンバ入口
に向けられ、従って離脱した汚染ガス分子はチェンバ入
口を通って能率的に排出される。前端別撃噴射流ど山突
する時、汚染ガス分子中に発生プる不規則運動は極めて
少ない。

空気からの酸素濃縮法として従来より能率的な方法があ
れば多くの用途において有益な成果が（ｑられるであろ
う。このような用途の１つとして医療分野がある。

肺気腫のような慢性呼吸気病患者の多くは継続的に酸素
補給を必要とする。能率的で軒樋の酸素ａ線装置かあれ
ば、文字通りポータプルなユニットとして患者が利用で
きるようになる。このようなユニツ１〜は内蔵式のバッ
テリによって、あるいは、例えば自動車のシガレットラ
イター・ソケッ１〜を介して駆動することができるであ
ろう。そうなれば、多くの場合、前記患者が仕事に従事
でき、酸素タンクや大型の定置式酸素濃縮装置との接続
によって拘束されるのではなく、正常に近い生活を営む
ことができるであろう。

［実施例１ 第１図１．！、本発明の一実施例を示す混合ガス分離装
置の（Ｍ成図である。矢印で示すようにニアコンプレッ
サ１０がら空気を導入し、圧縮熱を除くために熱交換器
１・１を含むａ　’ａ　Ｉ　２を今しく前記空気を三方
選択弁１６にＩ′Ａる選択弁１Ｇを２つのイ立首のいず
れか１つに操作することにより導管１２がらの空気を、
それぞれの分子ふるい床２２．２４を内蔵するチェンバ
２１．２３の入口端とそれぞれ接続する導入管１８、２
０のいずれかに切換えることができる。分子フルイ床２
２．２４ヲ内；ａｔルチｘ　ンハ２＋、２３（７）人口
端には、パージ排気弁３０．３２を介してそれぞれ外気
または真空と連通１−るパージ管２Ｇ、２８も接続され
ている。分子ふるい床２２．２４を内蔵するチェンバ２
１．２３の出口端（よそれぞれチェック弁３８．４０を
含む排出管３４．３６を介して最終製品ガス、即ら、酸
素の供給管４２と接続し、供給管４２は最終製品ガス容
器であるシリンダ４４と接続している。酸素、またはそ
の他の最終製品ガスはシリンダ４４がら調圧器４Ｇ、フ
ィルタ４８及び流量制御弁５ｏをｆｒ　Ｌで最終利用者
に供給される。

最終製品ガス・シリンダ４４がらのパージ管５２は１対
のパージ導入弁５４．５６を介して、分子ぶるい床２２
．２４を内蔵するチェンバ２１．２３の出り端と接続し
ている。

第３図は典型的なチェンバの出口端役び分子ふるい床の
内部構造を示す。分子ふるい床は砂状の分子ふるい粒子
８６を内蔵し、端部キャップ８８を有する管状ケーシン
グ８４を含む。分子ふるい粒子８６はスナップリング９
２によって固定されたフィルタ集合体９０に保持される
。フィルタ集合体９０は例えば伸長させた穴あきメタル
ディスク９Ｇのような穴あきまたはスクリーン状支持層
間にサンドイッチ式に挾んだフェル１−９４から成る。

ただし、その他の材料を使用してもよい。フェル１〜（
ユキトツプ８８の下のヘッドスペース９７と分子ふるい
粒子８６との間に複数の細い、平行な通路９９を形成す
る。

本発明の方法は多様な混合ガスの分離に利用できるが、
説明の便宜上、第１図装置の吸着サイクルを、空気から
の酸素濃縮との関連で説明する。

約２１％の酸素を含有し、残りが７８％以上の窒素であ
る空気がコンプレッサ１０に入り、コンプレッサ１０に
よって導管１２及び熱交換器１４を介して選択弁１Ｇへ
送られる。選択弁が図示位置を占める時には、空気流が
導入管２０を流動し続ける一方、導入管１８が閉塞され
る。パージ排気弁３２が閉鎖され、従って、空気は分子
ふるい床２４へ強制送入される。空気か分子、Ｓ・るい
床２４の入口端から送入されている間、その酸素成分は
ほとんど妨害されることなく通過するか、窒素分子は分
子７Ｓ・るいの孔によって吸着される。従って、純度９
０％以上の！ｌ！！素が分子７５・るい床２４の出口端
からチェック弁４０及び管３Ｇ。

４２を通って酸素シリンダ４４に圧入される。シリンダ
４４内の圧力は灼　＋、４ｋｇ／ｃ＋ｎ２Ｇ　（２０ｐ
ｓｉＱ）に維持すればよく、シリンダ４４から調圧器４
Ｇ、フィルタ４８及び流量制御弁５０を介して、例えば
、利用者が着用している＾套管に送入される。

分子ふるい床２４にはやがて吸着窒素分子が充満し、こ
の時点で選択弁１Ｇを他方の位置に切換えて圧搾空気を
分子ふるい床２２に流入させ、分子ふるい床２４の場合
と同様に流入な続けさせる。分子ふるい床２４への流入
が止むと、チェック弁４０が直ちに着座し、製品シリン
ダ４４から分子ふるい床２４への逆流を阻止する。この
時点で本発明装置の分子ふるい床２４を内蔵するチェン
バ２３はほぼ全圧までチャージされており、このガス圧
はニアコンプレッサ１０によってチェンバ２３に与えら
れた位置エネルギーを表わす。この時点ではチェンバ２
３も分子ふるい床８６における窒素吸着熱に起因するエ
ネルキーを含む。本発明では、選択弁１６の操作とほと
んど同時にパージ排気弁３２が急激に開放される。

パージ弁３２のこの＠激な開放に伴ない、分子ふるい床
２４内にトラップされているガスがパージ排気弁３２を
通って外気または真空に向って急激に減圧される。この
効果的な自己パージ減圧時間は約６秒間持続することが
でき、分子ふるい床２４内に蓄積されたエネルギーが急
激に解放されると、汚染゛窒素ガスが急激に開放パージ
弁３２から高速で流出し、この高速ガス流によって、分
子ふるい孔内の吸容窒素分子の大部分を掃除する。この
自己パージ減圧期間中、製品ガス・シリンダ４４内の圧
力が、例えば１．４ｋ（＋／Ｃｍ２　Ｇ　（２０１１１
ＳＩＩ：ｌ）の圧力を有する＋ｉｆｆ端純度の低下を許
さない所要の最高酸素ガス圧しベルまで増大する。

分子ふるい床の圧力が所定レベル、好ましくは大気圧に
近い圧力、即ち、ゲージ圧がゼロまで降Ｆし、汚染窒素
ガスの自己パージ流量がゼロ流量近くまで低下すると、
パージ導入弁５６が１秒〜数秒の短時間に亘って開放さ
れ、最終製品ガスシリンダ４４から分子ふるい床２４の
出口端に向う酸素が逆流的にこの出口端を通過し、パー
ジ弁３２から出る。自己パージ分子ふるい床の内圧はこ
の時点でゲージ圧がぜ口に近く、流入する最終製品ガス
であル酸素の圧力は例えＬ＠　ｉ、４ｋｇ／’ｃｍ２　
Ｇ　（２０ｐｓｉｇ）であり、その結果、自己パージ分
子ふるい床への高速酸素噴射流が発生する。フィルタ集
合体９ｏのフェルト９４はパージ酸素の体積流量を制限
する比較的高い流動インピーダンスを発生させる。ただ
し、フェルト通過は制約されるから、酸素分子の速度は
比較的高くなり、従って、酸素分子は高い運動エネルギ
ーを有し、吸着による汚染が部分的に除去された分子ふ
るい床を（吊除する高運動エネルギー製品ガス酸素分子
の前端速度波府撃が発生する。Ｒ綿製品ガスシリンダ内
の圧力は前端に！度低下を５１す乱流を発生させるほど
高くはない。従って、最終製品酸素分子のこの途切れの
ない前端波に含まれる高い運動エネルギーが残留する少
母の窒素分子に伝達されてこれを分子ふるいの間隙から
離脱させ、唖めで有効に解放する。この短時間の高速酸
素噴射によって分子ふるい床２４の汚染除去が完了する
と、パージ導入弁５６か閉じ、分子ふるい床２４は再び
使用可能な状態となる。

他方の分子ふるい床２２を再生さぜたい時は、選択弁１
６及びパージ排気弁３０．３２を作動させて分子・５・
るい床２４を酸素ａ縮の役に１に戻しながら、分子ふる
い床２２のパージを開始する。これらの弁は制御回路５
７から自動的に操作できる。

本弁明の利点の１つは酸素シリンダ４４内にｌｆｉ　Ｏ
ａな圧力変動が起こるのを回避できることにある。

パージ・ガスの小さい体積流量と患者の需要は活性分子
ふるい床を製造することによってほとんど完全に補われ
る。

第２図には急激な自己パージ減圧流に続いてパージを目
的とする短時間の高速ｒＩｉ索噴射を通すという点では
上記実施例と同タイプであるが、分子ふるい床を１つだ
け具えた装置を示した。この装置では、コンプレッサ５
８が導管６０及び三方選択弁６２を介して導入管６４．
　Ｇ６のいずれか一方に空気を供給する。導入管６４は
分子ふるい床６８の入口端と接続している５分子ふるい
床６８の入口端はパージ弁７０を介して外気または真空
とも接続する。選択弁６２からの導入管６６は圧力制御
シリンダ７２の一端７２ａと接続している。図面では圧
力制（卸シリンダ７２がシリンダ内を長手方向に移動自
在な自由遊動ピストン１４を與１藉するが、これ以外の
構成を採用してもよい。圧力制御シリンダ７２の機θヒ
は両端部における容積を変動させることにより両端部内
の圧力をほぼ平衡させることにある。

シリンダ７２内に風船を；９け、これを導入’Ｒ６６と
接続しても、例えば自由Ｍ　８ピストン７４と同じ目的
を達成することができ、その場合、伸縮する風船の動く
壁がこの自由遊動ピストンに似ている。

調圧器７８を有する管７６が分子ふるい床６８の出口端
を圧力制御シリンダ７２の端部７２ｂと接続する。

圧力制ｉ！Ｏシリンダ端７２ｂ内の容積分が供給管８０
を介して患者などに供給される。また、患者側の供給タ
ンクにチェック弁を介して接続することもできる。他に
も方法があるが、このように構成ずれぼパージ用酸素の
石を増やすことになる。制御回′１８８２は圧力制罪シ
リンダ７２の端部内圧を感知し。

すべて破線で略示したように、弁６２，７０を操作する
。

次に、第２図に示した実施例の動作を説明する、選択弁
６２が上昇位置にあると、空気はコンプレッサ５８によ
り、管６０．６４を介して分子ふるい床６８の入口端に
送入される。パージ弁７０が閉鎖され、従って、空気か
分子ふるい床６８に流入し、すでにｊホべたように、酸
素が分子ふるい床６８から管７６、調圧器７８を通って
圧力制御シｊノンダ７２の端部７２ｂに流入する。酸素
が引続きシリンダ７２に流入するのに伴なって、酸素は
供給管８０を通って患者に供給され、余剰圧の作用上に
ピストン７４が左方に移動してシリンダ７２の右端７２
ｂの容積を著しく増大させる。

分子ふるい床６８を再生させたい場合に（」、選択弁６
２、パージ弁７０及び調圧器７８の弁をほとんど同時に
操作する。分子ふるい床６８に関しては、７ｇ６４及び
調圧器７８の弁を閉じることによって分子ぶるい床６８
内にトラップされた圧力により自己パージ流がパージ弁
７０を介して外気中へ急激に流れて減圧される。これと
同時に選択弁６２が作動して、コンプレッサ５８からの
圧搾空気を圧力制御シリンダ７２の左端部７２ａへ流入
させる。その結果、内部ビス１゛ン７４が右に移動し、
酸素か引続き右端部７２ｂ力白う供給管８０を通って患
者に供給されるのを可能にづる。分子ふるい床６８内の
圧ツノが自己パージにより所定レベル、例えばほぼ大気
圧まで降トすると、上述のように分子ふるい床６８の再
生を完了するのにもようど充分な曇だけ調圧器７８の弁
が開放され、先に述べた実施例の場合と同じタイプの高
速、低体積流ｍｌ、短時間の酸素噴羽流が管７６から向
流的に噴射される。

第４図にはチェンバ、例えば２１．２３または６８をこ
のチ丁ンバに内蔵される分子ふるい床２２，２４また（
よ８６と共に示す、県架的な分子・Ｓするいの縦断面を
略示した。分子ふるい床は各端においてフィルタ集合体
９０によって固定されている。

第５Ａ図は原料供給サイクルの終了時における第４図の
分子ふるい床チェンバ内の圧力変動プロｙｌ−１００を
示すっこのブロンｊ〜　１００の左側は第４図に示した
チェンバの入口のフィルタ集合体側と対応し、右側は前
記チェンバの出口のフィルタ集合体側と対応する。この
グラフから明らかなように、入口フィルタ集合体９０に
近い分子ふるい床の入口端はコンプレッサ１０または５
８による供給で約Ｌ７５ｋＱ　／Ｃｍ２Ｇ　（２５ＤＳ
ｉ（］）　（７）圧力レベルニアリ、出［」フィルタ集
合体９０に近い分子ふるい床の出口端は最終製品ガス容
器４４または７２ｂ内の圧力とほぼ等しい約１．４ｋｇ
／ａｍ２Ｇ　＜　２０ｐｓｉｇ）の圧力レベルにある。

圧力変動プロットの勾配（傾斜〉はほぼ一様であり、分
子ふるい床入口端から分子ふるい休出口端に向って徐々
に低下する。

自己パージ減圧流を発生させるため分子ふるい床チェン
バの入口端と接続するパージ弁を開放すると、分子ふる
い床左端にお（プる圧力レベルが急激にゲージ圧ゼロま
で降下する。その結果、分子、Ｓ・るい床内の圧力が第
５Ｂ図に曲線７０２で示ずように急激に変化する。この
圧力変動ブロクｌ−４０２は自己パージ減圧流発生直後
の分子ふるい床内の圧力を示す。曲線１０２がら明らが
なよ”うに、入口端付近における分子ふるい床内の急勾
配の圧力力−ブの結果、汚染ガスである窒素の分子が入
口に向って流れる高速流に急変し、はとんど爆発に近い
窒素の急激且つ強力な自己パージ減圧流かｊそ生し、入
口を通って流出する。

汚れた分子ふるい床の入口端のこの急激な減圧に伴ない
、ここに蓄積されている位置エネル１＝−１及び吸着熱
エネルギーが急激に運動エネルギーに変化し、入口から
流出する高速度の汚染窒素流が発生する。それまで圧縮
されていた窒素のエネルギーがこのように高速窒素流に
変化することは、本発明者の所見によれば、汚染した分
子ふるい床の間隙及び孔内から窒素分子を離脱さ゛せる
のに玲めて有効である。即ち、汚れた分子ふるい床（エ
バ−ジ・サイクルの一部において、蓄積エネルギーから
運動エネルギーへの急変による自浄がなされる。

入［］を多くの場合に行われるように外気と接続するの
ではなく、急に臭突と接続すれば、第５Ｂ図に示した圧
力勾配がざらにけわしくなり、自己パージ減圧流が一段
と強力に入口から流出する。

第５Ｃ図には自己パージ減圧流の中間段階にお（Ｊる分
子ふるい床の圧力変動ブロンｊ−４０４を示す。

強りな自己パージが続き、圧力レベルはプロット」−の
どの点においても降下を示している。

第５Ｄ図には自己パージの最終段階またはその付近ｔこ
おける分子ふるい床圧力の変動プロット　１０Ｇを示す
、、圧力レベルは全ブロワ（〜を通してほぼ人気圧まで
低五しており、入口から流出する自己パージ減圧流量は
ほとんどゼロに近い。第５Ａ図から第５Ｄ図に至る段階
を好適するのに必要な時＝＋＋Ｓ数秒、例えば６秒以下
に過ぎない。第５Ａ図乃栄第５Ｄ図に示したこの自己パ
ージの期間中、分子ふるい床チェンバく第４図）からの
出口の弁５４．５６また（よ調圧器７８の弁（Ｊ閉鎖さ
れているｆ）ｒ　＋ら、利用者への継続的な定常（ｈを
除いて製品ガス容器（シリンダ）４４まｒこは７２ｂか
らの漏出は全くない。

即ち、製品ガス容器内の圧力（よ、分子ふるい床チェン
バにおけるバックフラッシュ時に前端純度低下を許さな
い最大ガス圧レベルにある。

第５Ｅ図は製品ガスの高速噴Ｏｆｆ流がすでに自己パー
ジを終え、その内圧が大気圧レベル近くまで低下してい
る分子ふるい床に流入した直後の分子ふるい床圧力の変
動プロット　１０８を示す。この噴射流はすべての分子
か高速移動し、従って、すべての分子が高レベルの運動
エネルギーを有する製品ガス分子から成る。即ち、所酋
の製品数は及び製品純度に応じ１秒から数秒の時間に亘
って持続するこの噴射流は高運動エネルギーを有する製
品ガス分子の前端圧力波衝撃（けわしい圧力勾配置１０
）を発生させ、これが、寸でに減圧が完了しているため
ほぼ静止状態のく低運動エネルギーの）残留汚染窒素が
間隙に残っている、一部だけ汚染除去ずみの分子ふるい
床を通過する。本発明考の所見によれば、高速製品ガス
分子のこの短時間噴射σ１１１２は（酸素分子は窒素よ
りも費用が大きい力臼ら）このような状況下では残留づ
る低運動エネルギーの汚染ガスである窒素を離脱させ、
離脱した分子を入口から排出させるには極めて有効であ
る。、換言すれば、この前喘函撃噴射流１１２は汚染ガ
スを除去する手段とし極めて有効且つ能率的である。け
わしい勾配　１１０から発生するこの前喘衝νの七−メ
ン１へは効果的に入口に向けられ、離脱した汚染ガス分
子は能率的に入口から放逐される。

市端衝撃噴罰流１１２が衝突する時に汚染ガス分子に起
こる不規則運動は極めて小さい、、換言すると、けわし
い圧力勾配置１０によって駆動される高速酸素ガス分子
噴射流１１２が一部汚染除去ずみ減圧分子ふるい床を通
過する際に、前端純度はほとんど低下しない。極めて効
果的な汚染除去が達成され、しかもこれに利用される製
品ガス、即ち、酸素ガスはごく少量である。

当業者には明らかなように、本発明の趣旨と範囲を逸脱
することなく上記実施例に種々の変更を加えることがで
きる。従って、以上の説明はあくまでも便宜的なもので
あって、本発明を制限づるものではない。本発明を制限
するのは頭占の特許請求の範囲だけである。

【図面の簡単な説明】

第１図は２つの分子ふるいをＷ、ｌ用して酸素を、？縮
する本発明装置の一実施例を略示する構成図、第２図は
甲−の分子ふるいを利用してら口索を！１棉する本発明
装置を略示する構成図、第３図は分子ふるい入口端の拡
大断面図、第４図は第３図に示した分子ふるいの一端か
ら他端までの縦断面図、第５Ａ図、第５Ｂ図、第５Ｃ図
、第５Ｄ図、及び第５Ｅ図は第４図図示の分子ふるい床
の全長に）ａっだ圧力勾配変動を示すグラフであって、
＋１！縮サイクル終了時、パージ・サイクル初期におけ
る高速流を発生させる忌激減圧時、パージ・サイクルの
中間時、及びパージ・サイクルの噴射流前端波パージ段
階におけるものである。 １Ｇ・・・三方選択弁　２２．２４・・・分子ふるい床
　３０．３２・・・パージ排気弁　３８．４０・・・チ
ェック弁　４４１１．は柊製品ｊｆス容器（シリンダ）
　　　５４．５６・９．パージ導入弁　５７・・・制御
回路　６２・・・三方選択弁　６８・・・分子ふるい床
　７０・・・パージ弁　７２・・・圧力制りｐシリンダ
７８・・・調圧器　８２・・・ルリｊル回路　８Ｇ・・
・分子ふるい粒子１ｊｆ　着出願人　　へルス　チク、
ノロシーズ。 インコーホレイテッド 代理人弁理士　　吉　　村　　　悟 ２二ン４

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも１つの成分を選択的に吸着するための
   結晶ゼオライト分子ふるいの吸着床の第１端に原料混合
   物を供給しながら、前記吸着床の第２端から製品ガス容
   器へ製品ガスを放出させ、原料供給期間の終結と同時に
   、パージ期間に亘つて前記吸着床の第１端から吸着ガス
   を排出することによつて混合ガスを分離する方法におい
   て、パージ期間の開始時に前記吸着床の第２端を前記製
   品ガス容器から隔離し、前記吸着床内の圧力をほぼ大気
   圧まで低下させることを特徴とする混合ガス分離法。
2. （２）パージ期間において吸着法圧力を大気圧まで初期
   降下させるのに続いて、吸着床を大気圧以下の圧力まで
   排気することにより、吸着ガスのパージをさらに進行さ
   せる特許請求の範囲第（１）項に記載の混合ガス分離法
   ・
3. （３）パージ期間において吸着法圧力を大気圧まで初期
   降下させるのに続いて、比較的低い流量及び比較的高い
   圧力で製品ガス容器から製品ガスを前記吸着床の第２端
   へ放出することにより、前記吸着床からほぼ完全に吸着
   ガスをパージする特許請求の範囲第（１）項に記載の混
   合ガス分離法。
4. （４）前記混合ガスが空気であり、選択的に窒素を吸着
   する結晶ゼオライト分子ふるいの吸着床第１端に原料と
   しての空気を供給しながら、吸着床第２端から製品ガス
   容器へ製品ガスとしての酸素を放出させ、原料空気供給
   期間の終結と同時に、パージ期間に亘って前記吸着床第
   １端から吸着ガスとしての窒素を排出することによって
   空気を分離する方法において、 パージ期間の開始時に前記吸着床第２端を前記製品ガス
   容器から隔離して、前記吸着床の圧力を所定レベルまで
   降下させることと、 続いて製品ガス容器から前記吸着床第２端へ比較的低い
   流量で製品ガスを放出することによって吸着床から窒素
   をほぼ完全にパージすることとを特徴とする特許請求の
   範囲第（１）項に記載の混合ガス分離法。
5. （５）前記所定レベルが大気圧である特許請求の範囲第
   （４）項に記載の混合ガス分離法。
6. （６）前記混合ガスが空気であり、選択的に窒素を吸着
   する結晶ゼオライト分子ふるいの吸着床第１端に原料と
   しての空気を供給しながら、吸着床第２端から製品ガス
   容器へ製品ガスとしての酸素を放出させ、原料空気供給
   期間の終結と同時に、パージ期間に亘つて前記吸着床第
   １端から吸着ガスとしての窒素を排出することによって
   空気を分離する方法において、 パージ期間の開始時に前記吸着床第２端を前記製品ガス
   容器から隔離して、前記吸着床の圧力が外気中へ急激に
   抜けるようにしたこと を特徴とする特許請求の範囲第（１）項に記載の混合ガ
   ス分離法。
7. （７）前記吸着床の圧力がほぼ大気圧に達したら前記容
   器から前記吸着床第２端へ製品ガスとしての酸素を比較
   的低い流量で強制導入することによって、吸着床からほ
   ぼ完全に窒素をパージするとを特徴とする特許請求の範
   囲第（６）項に記載の混合ガス分離法。
8. （８）原料空気供給期間が終結すると同時に、原料空気
   供給を前記吸着床から前記容器へ切換えることによって
   製品ガスとしての酸素を前記容器から強制導入する特許
   請求の範囲第（７）項に記載の混合ガス分離法。
9. （９）窒素ガス分子を選択的に吸着し、一端に空気入口
   を、他端に酸素出口を有するチェンバ内に配置された、
   結晶ゼオライト分子ふるい材から成る吸着床を利用し、
   原料供給サイクル中、チェンバ入口に空気を送入しなが
   ら出口から酸素容器へ酸素を流出させ、パージ・サイク
   ル中、分子ふるい間隙から窒素ガス分子をパージするこ
   とによって空気から酸素を分離する方法において、 原料供給サイクルの終結と同時にチェンバ出口を閉鎖し
   、 パージ・サイクルの初期において自己パージによる減圧
   を行なうために出口を閉鎖状態に維持し、原料供給サイ
   クルの終結と同時に、チェンバ入口を外気または真空に
   対して開放し、チェンバ内に配置された分子ふるい床の
   間隙中の窒素ガスの圧力及びそれまでの分子ふるい床へ
   の窒素吸着に起因するチェンバ内の熱エネルギーを急激
   に解放して窒素ガス分子を離脱させると共に、窒素ガス
   分子を分子ふるい床間隙からチェンバ入口を通って外気
   中へまたは真空中へ急激に移動開始させることにより、
   自己パージ減圧を発生させ、 パージ・サイクルの前記初期段階に亘つてチェンバ入口
   を開放状態に維持すると共に、チェンバ出口を締切り、 チェンバ全体の圧力が大気圧にほぼ等しいレベルに低下
   し、チェンバ入口を通る自己パージ減圧流量がほとんど
   ゼロ流量に低下するまで、パージ・サイクルの前記自己
   パージ減圧初期段階を継続させ、 パージ・サイクルの自己パージ初期段階において酸素容
   器内の圧力を、パージ・サイクル第２段階に前端純度低
   下を許さない所定の最適最高酸素ガス圧レベルまで増大
   させ、 酸素容器内が前記所定最適酸素ガス圧レベルに達したら
   、チェンバ入口を外気または真空に対して開放したまま
   、パージ・サイクル第２段階において、１〜数秒の短い
   時間に亘って酸素容器をチェンバ出口に対して開放する
   ことにより、ほとんど切れ目のない前端圧力波の形で酸
   素の噴射流を発生させ、完全に減圧された分子ふるい床
   をこの噴射流で掃除することにより、分子ふるい床の間
   隙から残留窒素ガス分子を有効且つ能率的に除去してチ
   ェンバ入口に向って移動させ、さらにチェンバ入口から
   流出させてパージ・サイクルを完結させる ことを特徴とする混合ガス分離法。
10. （１０）空気から酸素を分離する混合ガス分離装置にお
    いて、 窒素分子を吸着して酸素分子を通過させることができ、
    第１端及び第２端を有する分子ふるい床第１及び第２コ
    ンパートメントを有すると共に、両コンパートメント間
    をガス圧差の作用下に移動できる隔壁をも有する酸素貯
    蔵容器と、 エアコンプレッサと、 前記エアコンプレッサから交互に前記分子ふるい第１端
    または前記酸素貯蔵容器の第１コンパートメントに空気
    を送入する手段と、 前記分子ふるい床の第２端を前記酸素貯蔵容器の第２コ
    ンパートメントと選択的に接続する弁手段と、 前記第２コンパートメントから利用者へ酸素を供給する
    手段と、 前記分子ふるい床第１端を選択的に通気する手段と、 から成ることを特徴とする混合ガス分離装置。