JPS6350283B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、酸素選択透過膜を備える酸素富化空
気発生手段で酸素富化された空気を、消費量に応
じて流量制御しながら空気消費手段に供給するよ
うにした酸素富化空気供給装置に関し、その主な
目的とするところは、前記流量制御によつて生じ
た余剰の酸素富化空気を有効に利用して酸素富化
効率を向上した酸素富化空気供給装置を提供する
ことである。

以下図面によつて本発明の実施例を説明する。
第１図は本発明の一実施例の系統図である。酸素
富化空気発生手段１には、管路２を介して、空気
消費手段としてのバーナ３が接続される。またバ
ーナ３には管路４を介して燃料供給源５が接続さ
れる。バーナ３における燃焼量に応じて、酸素富
化空気発生手段１から供給される酸素富化空気量
が制御され、それに応じて燃料供給量が制御され
る。しかもその流量制御時において余剰の酸素富
化空気は酸素富化空気発生手段１に戻される。

管路２の途中には、酸素富化空気発生手段１か
らバーナ３に向けて順に、真空ポンプ６、送風機
７および制御弁８が順に備えられる。真空ポンプ
６には、バイパス管路１１が並列に設けられてお
り、このバイパス管路１１には弁１２が備えられ
る。管路４の途中には、均圧弁１０が備えられて
おり、この均圧弁１０は燃料供給圧力を管路２に
おける制御弁８の下流側における空気圧力と等し
くなるように設定する。それによつて空気供給量
に対応して燃料供給量が制御される。管路２にお
いて送風機７と制御弁８との間には戻り管路９が
接続されており、制御弁８によつて制御されて余
剰となつた空気は戻り管路９を介して酸素富化空
気発生手段１に戻される。

第２図は酸素富化空気発生手段１の構成を簡略
化して示す斜視図である。酸素富化空気発生手段
１内には、第１酸素富化領域１３と第２酸素富化
領域１４とが設定される。第１酸素富化領域１３
には比較的多数（図示６個）の気体透過セル１５
が配置され、第２酸素富化領域１４には比較的少
数（図示２個）の気体透過セル１６が配置され
る。

第３図は気体透過セル１５の縦断面図である。
気体透過セル１５は、外筒１７内に円筒状の酸素
選択透過膜１８を配置して成り、外筒１７と酸素
選択透過膜１８との間には透過ガス室１９が形成
される。酸素富化すべき空気は、矢符２０で示す
ように酸素選択透過膜１８の一端（第３図の下
端）から流入し、酸素選択透過膜１８の他端（第
３図の上端）に接続された管路２１から導出され
る。酸素選択透過膜１８は、たとえばポリジメチ
ルシロキサンのような高分子膜が用いられ、酸素
透過率が10^-10〜10^-7（c.c.・cm／cm²・sec・cm・
Hg）であつて、酸素透過率と窒素透過率の比が
２以上の選択性を有する膜が好適する。透過ガス
室１９には管路２２が接続される。

第４図は気体透過セル１６の縦断面図である。
気体透過セル１６は、前述の気体透過セル１５と
同様に、外筒２３内に酸素選択透過膜２４を配置
して成り、酸素選択透過膜２４の一端には戻り管
路９が接続される。また酸素選択透過膜２４の他
端には管路２５が接続される。

再び第２図を参照して、各気体透過セル１５，
１６の管路２２，２７は管路２に共通に接続され
る。また気体透過セル１５に接続された各管路２
１は、各気体透過セル１５の酸素選択透過膜１８
内に比較的大量の空気を流通させるに充分な容量
を有する誘引送風機２８に共通に接続される。さ
らに、気体透過セル１６に接続された管路２５は
各気体透過セル１６の酸素選択透過膜２４内に比
較的少量の空気を流通させるだけの容量を有する
誘引送風機２９に共通に接続される。

真空ポンプ６を駆動することによつて、各気体
透過セル１５，１６の透過ガス室１９，２６は、
たとえば−600mmHg程度の負圧となり、それによ
つて酸素選択透過膜１８，２４による空気の透過
が生じる。酸素選択透過膜１８，２４は、空気の
透過が生じはじめると、直ちに膜表面に難透過性
気体の分極が生じ、空気からの酸素の分離が阻害
される性質を有する。これを防ぐためには膜表面
に新しい空気を供給する必要があるが、この実施
例のように真空ポンプ６で吸引することにより、
必要な流量だけを誘引することができ、省エネル
ギの観点から優れている。真空ポンプ６から吐出
される気体には脈動が生じるおそれがあるが、こ
の実施例では送風機７によつて前記脈動が生じる
ことを防止している。

このようにしてバーナ３には酸素富化空気が安
定して供給される。バーナ３においては、燃焼用
空気として酸素富化空気が供給されるので、燃料
を高負荷で燃焼することが可能になる。

バーナ３における燃焼負荷を低減するために制
御弁８の開度を小としたときを想定する。この場
合には、酸素富化空気発生手段１で発生した酸素
富化空気のうちバーナ３で消費される量を除く分
が余ることになり、この余剰の酸素富化空気は戻
り管路９を介して酸素富化空気発生手段１に戻さ
れる。しかも前記余剰の酸素富化空気は、第２酸
素富化領域１４における気体透過セル１６の酸素
選択透過膜２４内に戻される。酸素選択透過膜２
４には比較的小量の空気が流通しているので、前
記余剰の酸素富化空気が戻されることにより、酸
素選択透過膜２８の内面に接する空気中の酸素濃
度は約21％よりも大となる。したがつて気体透過
セル１６においては、透過ガス室２６に透過して
くる空気中の酸素濃度が、気体透過セル１５にお
ける透過空気中の酸素濃度よりも大となる。それ
に応じて管路２に導出される酸素富化空気の濃度
が比較的大となる。

すなわち、第１酸素富化領域１３においては比
較的多量の窒素富化空気が放出されており、第１
酸素富化領域に余剰の酸素富化空気を戻しても、
酸素選択透過膜１４の内面に接する空気の酸素濃
度が21％より大となることはない。それに対して
第２酸素富化領域１４では、放出される窒素富化
空気が少ないので、酸素選択透過膜２８の内面に
接する空気中の酸素濃度が21％より大となる。し
たがつて効率良く酸素富化を達成することができ
る。

たとえば、酸素選択透過膜１８，２４の選択性
を２とすると、第１酸素富化領域１３で発生する
酸素富化空気の酸素濃度は約35％である。また第
２酸素富化領域１４において、余剰の酸素空気を
戻すことにより、酸素選択透過膜２４の内面に接
する空気の酸素濃度が27％になつたとすると、第
２酸素富化領域１４で発生する酸素富化空気の酸
素濃度は41％である。したがつて、管路２には、
約35％よりも高濃度の酸素を含む酸素富化空気が
導出される。

このようにして余剰の酸素富化空気を利用し
て、バーナ３に供給する酸素富化空気中の酸素濃
度をさらに高めることができ、バーナ３における
燃焼効率がさらに向上する。

なお、誘引送風機２９を省略して、自然通風に
より気体透過セル１６の酸素選択透過膜２４内に
空気を流通させるようにしてもよい。また空気消
費手段としては、前述のバーナ３に代えて、燃料
電池などであつてもよく、酸素富化空気を消費す
る手段であればよい。

上述のごとく本発明によれば、余剰の酸素富化
空気を利用して、より高濃度の酸素富化空気を供
給することができ、酸素富化効率を向上すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の系統図、第２図は
酸素富化空気発生手段１の構成を簡略化して示す
斜視図、第３図は気体透過セル１５の断面図、第
４図は気体透過セル１６の断面図である。 １…酸素富化空気発生手段、２…管路、３…バ
ーナ、８…制御弁、９…戻り管路、１３…第１酸
素富化領域、１４…第２酸素富化領域、１８，２
４…酸素選択透過膜。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 酸素選択透過膜を備える酸素富化空気発生手
   段で酸素富化された空気を、消費量に応じて流量
   制御しながら空気消費手段に供給するようにした
   酸素富化空気供給装置において、前記酸素富化空
   気発生手段は比較的大量の空気が供給される第１
   酸素富化領域と、比較的小量の空気が供給される
   第２酸素富化領域とを有し、前記流量制御によつ
   て生じた余剰の酸素富化空気は第２酸素富化領域
   に戻されることを特徴とする酸素富化空気供給装
   置。