WO2007091539A1

WO2007091539A1 - ガス濃縮装置およびその制御方法

Info

Publication number: WO2007091539A1
Application number: PCT/JP2007/051977
Authority: WO
Inventors: Satoshi Nakagawa; Hiroshi Ogawa
Original assignee: Terumo Kabushiki Kaisha
Priority date: 2006-02-09
Filing date: 2007-02-06
Publication date: 2007-08-16
Also published as: JP2007237004A

Abstract

　複数のガス成分を含むガス流体から目的ガスを濃縮する際に、装置の大型化や構成の複雑さを防ぎながら効率的に目的ガスを濃縮する。　第１ガスと第２ガスとを含むガス流体中から第１ガスを濃縮する場合には、ガス流体中の第１ガスを濃縮する吸着室内に第２ガスを吸着する吸着剤を配置し、吸着室内にガス流体が導入した後に吸着室の容積を減少させることによりガス流体の圧力を増加して吸着剤への第２ガスの吸着量を増加させて残った濃縮された酸素を含むガスを取り出した後、吸着室の体積を増加して吸着剤に吸着した窒素を脱離させて吸着剤を再生する。

Description

明細書

ガス濃縮装置およびその制御方法

技術分野

[0001] 本発明は、複数のガスを含むガス流体の中カゝら少なくとも一つのガスを濃縮するガス濃縮装置及びその制御方法、特に空気から酸素を濃縮するガス濃縮装置及びその制御方法に関する。

背景技術

[0002] 複数のガス成分を含むガス流体から、少なくとも一つの成分の成分割合を高める、すなわち、濃縮する濃縮技術としては、ガス流体中からの目的成分の濃縮や精製分離、例えば、空気力の酸素の濃縮あるいは工場排ガス中に含まれる各種有害成分の除去、各種ガス流体中からの目的成分の濃縮や分離など、色々な産業分野で広く用いられており、その方法にも吸着分離によるもの、分離膜を使用するもの、磁場や電場を利用したものなど様々なものがある。

[0003] 例えば、ガス流体中からの一成分ガスの濃縮例としては、慢性気管支炎等の呼吸器疾患の患者に対して、呼吸に必要な酸素量を吸入できるようにするために、高濃度の酸素を供給する酸素濃縮装置が挙げられる。この酸素濃縮装置は、空気中に含まれる窒素を優先的に吸着しうるゼォライトなどを吸着剤として用いて、空気から酸素を濃縮するものである。この様な吸着剤による大気中からの酸素ガスの濃縮分離では、吸着筒と呼ばれる、吸着剤を充填した筒状の吸着室の第一の端部から原料となる空気を供給し、吸着筒内の圧力を上げて吸着剤に主に窒素ガスを吸着させながら、残った高濃度の酸素ガスを製品として吸着筒の第二の端部力取り出すことで、安価で効率よく高濃度の酸素ガスを得ることができるため、工業用途などで広く普及している。

[0004] し力しながら、ガス吸着（上記の例では、窒素ガスなど）を起こしておおむね平衡状態となつた吸着剤は、それ以上の吸着反応を行わないため、再生と呼ばれる工程により、吸着した成分 (窒素ガスなど)の少なくとも一部を脱離させ、再度吸着可能な状態にする必要がある。 [0005] この再生の手段としては、多くの吸着剤が、高圧、高濃度、あるいは、低温等の環境で吸着する量が大きぐ逆に、低圧、低濃度、あるいは、高温等の環境で吸着する量が小さいという特性を有するので、この吸着剤の特性を利用する。例えば、吸着時よりもガス流体の圧力を低くしたり、あるいは、ガスを吸着した吸着剤を、吸着したガス成分の濃度より低い濃度の同じガス成分を含むガス流体で洗浄したり、あるいは、温度を上げたりすることで、吸着剤から吸着した成分の一部を脱離させる方法等が用いられる。

[0006] この様に吸着剤へのガス吸着と吸着剤の再生（吸着したガスの脱離など）を繰り返す方法としては、圧力スイング吸着法 (PSA)と呼ばれる方法が多く用いられている（例えば、特許文献 1)。 PSA法による空気力もの酸素濃縮では、ガス吸着時において圧力による窒素と酸素の吸着量の差を応用して、高い酸素濃度の製品ガスを得る方法である。すなわち、空気の圧力が高い高圧条件では、窒素ガスが酸素ガスより吸着剤に選択的にあるヽは優先的に吸着するのを利用する方法である。

[0007] 酸素濃縮装置におけるガス吸着と吸着剤の再生方法の概略は以下の通りである。

まず、第一のプロセスでは、吸着筒の第一の端部力加圧手段により加圧された原料となる加圧空気が供給され、吸着筒内では加圧空気中の吸着剤に吸着されやすい窒素が選択的にあるいは優先的に吸着される。その結果、気相中には、吸着されずに酸素が残るので、残った高濃度の酸素を含むガスを製品ガスとして吸着筒の第二の端部から取り出す。

[0008] 次に、第二のプロセスでは、吸着筒内の圧力を減圧手段により下げることにより第一のプロセスで吸着剤に吸着された窒素を吸着剤から脱離させる。そして、脱離した高濃度の窒素ガスを含むガスを吸着筒の第一の端部力排気する。

[0009] 上記第一のプロセスと第二のプロセスを交互に数秒力数分の間隔で繰り返し行うことにより、高酸素濃度の製品ガスを例えば、 0.01リットル Z分〜 1000リットル Z分程度の流量で取り出すことができる。特に、医療用酸素濃縮器の場合には、 0.1リットル Z分〜 10リットル Z分程度の流量で、高濃度の酸素ガスを含む製品ガスを取り出し、必要とする患者に供給することができる。

[0010] ここで、酸素濃縮器への加圧空気を給気する加圧手段としては一般的にコンプレツサが用いられる。また、酸素濃縮器から窒素ガスを排気する減圧手段としては、例えば、真空ポンプを用いる。第一と第二のプロセスの切り替え等は、酸素濃縮器の配管中に設けられた複数の弁の開閉操作によって行われるのが一般的である。この切り替えは、例えば、酸素濃縮器に予め設定されているプロセスごとの設定時間や、所定の観測点における圧力等の物理量を基準としたシミュレーション条件などによって自動的に行われる。

[0011] PSA法で用いられるガス流体中の所望のガス成分を選択的に吸着する吸着剤としては、例えば、ゼォライト、活性炭、活性アルミナあるいはシリカゲル等が利用される。これらの吸着剤は、ガス流体から分離または濃縮する目的ガス成分に応じて使い分けられる。例えば、ガス流体が空気であって空気中の酸素を濃縮あるいは分離したい場合には、窒素を優先的あるいは選択的に吸着する Na-A型、 Ca-A型、 Na_X型、 Ca- X型、あるいは、 U-X型等の合成ゼォライトが好適に用いられる。また、吸着剤は一種に限定する必要はなく異なる特性の吸着剤を組み合わせて用いられる場合もある。

[0012] 酸素濃縮装置の一例を図 9に示す (例えば、特許文献 2)。この酸素濃縮装置では、装置内に取り込まれる空気は、まず、防塵フィルター 1101と吸気フィルター 1102とによりゴミが除去され、消音器 1103を介してコンプレッサ 105で圧縮された後、冷却ファン 1104、熱交翻1106で冷却される。次に、冷却された空気は配管流路を切替える切換弁 1107を介して、吸着剤が充填された吸着筒 1108に送り込まれる。吸着筒 1108内ではガス分離 (窒素の吸着剤への優先的な吸着）によって得られる高濃度に濃縮された酸素を含むガスは一時的に製品タンク 111に送り込まれる。その後、圧力調整器 112と流量調節器 115とを介して圧力とガス流量とがコントロールされ (ガス流量は流速センサ 113で、酸素濃度は酸素濃度センサ 114で検知する）、加湿器 116を介して適度に加湿された後、可撓性延長チューブ 117、力-ユーラ 118 等の導管を介して患者に供給されるように構成されている。 1109は圧均等弁、 110 は逆止弁、 120は圧力センサ、 119は窒素と水分とによる排気音を低減するための排気用消音器である。

[0013] 図 9に示す 2本の吸着筒 1108で構成されている酸素濃縮装置の場合には、 1本の吸着筒を酸素の濃縮に用い、他方の吸着筒では吸着剤を再生するために、切換弁

1107により 2本の吸着筒 1108を切り替えて使用する。例えば、一方の吸着筒 1108 には加圧空気が導入され空気中の窒素を吸着剤で吸着し、吸着されずに残った高濃度の酸素を含むガスを製品ガスとして取り出すために使用し (濃縮工程)、このとき、他方の吸着筒 1108では、吸着筒 1108内を減圧にして窒素を吸着した吸着剤から窒素を脱離させ、吸着剤が再び窒素を吸着できるように再生する（再生工程)。このとき、濃縮工程に用いる吸着筒 1108内において吸着剤の吸着破過が起こる前に切換弁 1107を用いて、他方の吸着筒 1108に切替えることを繰り返し行うことにより、連続的に高濃度に濃縮された酸素を患者に供給しながら、吸着剤を再生使用できるような構成としている。

特許文献 1：特願 2002— 319231号公報

特許文献 2 :特願 2003— 142151号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0014] し力しながら、上記説明した PSA法などでは、吸着筒などの吸着室とは別に吸着剤へのガス吸着を促進するためにガス流体を加圧して供給するためのコンプレッサなどの加圧手段や吸着筒を減圧にして吸着剤からのガス脱離を促進するための減圧手段を別途用意する必要があった。また、コンプレッサを使用する場合には、騒音対策が必要であった。そのため、装置の大型化や構成の複雑さが避けられなかった。

[0015] 本発明は、上記説明した従来技術の問題点を解決することを出発点としてなされたものであり、その目的は、複数のガス成分を含むガス流体から目的とするガス成分を濃縮または分離する際に、装置の大型化や構成の複雑さを防ぎながら効率的に目的とするガス成分を濃縮または分離することができるガス濃縮装置及びその制御方法を提供することである。

課題を解決するための手段

[0016] 上記目的を達成するための本発明のガス濃縮装置は、以下の構成を有する。すなわち、少なくとも第 1ガスと第 2ガスとを含むガス流体中から前記第 1ガスを濃縮するガス濃縮装置であって、前記第 2ガスを吸着する吸着剤を含み、前記ガス流体中の前記第 1ガスを濃縮する吸着室と、前記吸着室の容積を減少させて前記吸着室に導入された前記ガス流体の圧力を増加して前記吸着剤への前記第 2ガスの吸着量を増加させる圧力変更手段と、を有することを特徴とする。

[0017] ここで例えば、前記圧力変更手段は、前記吸着室の容積を増加させることにより前記吸着室内の圧力を減少して前記吸着剤に吸着した前記第 2ガスを脱離させることが好ましい。

[0018] ここで例えば、前記圧力変更手段は、偏心して回転するように配置されている回転部材を有し、前記吸着室は、前記回転部材と、前記回転部材との間で密閉空間を形成する外壁部材とによって囲まれた空間からなることが好ましい。

[0019] ここで例えば、前記回転部材は略円筒状であり、前記外壁部材は略中空円筒状であることが好ましい。

[0020] ここで例えば、前記吸着室は、前記回転部材と前記外壁部材とによって囲まれる前記空間を少なくとも 2つに区切った一区画であることが好ましい。

[0021] ここで例えば、前記吸着室は、前記回転部材と前記外壁部材とによって囲まれた前記空間を複数に区切ったそれぞれの区画であることが好ましい。

[0022] ここで例えば、前記圧力変更手段は、往復運動可能なピストン部材を有し、前記吸着室は、前記ピストン部材と、前記ピストン部材との間で密閉空間を形成する外壁部材とによって囲まれた空間力もなることが好ましい。

[0023] ここで例えば、前記ピストン部材は略円筒状であり、前記外壁部材は略中空円筒状であることが好ましい。

[0024] ここで例えば、前記吸着室は、前記ピストン部材と前記外壁部材とによって囲まれた 2つの空間のそれぞれであることが好まし、。

[0025] 上記目的を達成するための本発明のガス濃縮装置は、以下の構成を有する。すなわち、少なくとも第 1ガスと第 2ガスとを含むガス流体中から前記第 1ガスを濃縮するガス濃縮装置であって、前記第 2ガスを吸着する吸着剤を含み、前記ガス流体中の前記第 1ガスを濃縮する吸着室と、前記吸着室に導入された前記ガス流体中に圧力の高い領域と圧力の低い領域とを生成させることにより前記圧力の高い領域に接する前記吸着剤への前記第 2ガスの吸着量を増加させる圧力差生成手段と、を有することを特徴とする。

[0026] ここで、前記圧力差生成手段は、内面に複数の羽根を有する中空状の回転部材を有することが好ましい。

[0027] ここで、前記吸着室は、前記吸着剤を前記回転部材と異なる速度で回転させる回転手段を有し、前記回転手段により前記第 2ガスを吸着した吸着剤が前記圧力の低い領域に接することにより前記第 2ガスが脱離することが好ましい。

[0028] ここで例えば、前記第 1ガスは酸素であり、前記第 2ガスは窒素であり、前記ガス濃縮装置は空気力酸素を濃縮する酸素濃縮器であることが好ましい。

[0029] 上記目的を達成するための本発明のガス濃縮装置の制御方法は、以下の構成を有する。すなわち、少なくとも第 1ガスと第 2ガスとを含むガス流体の前記第 2ガスを吸着する吸着剤を備え、前記ガス流体中の前記第 1ガスを濃縮する吸着室を有するガス濃縮装置の制御方法であって、前記吸着室に前記ガス流体を導入する工程と、前記吸着室の容積を減少させて前記吸着室に導入された前記ガス流体の圧力を増加して前記吸着剤への前記第 2ガスの吸着量を増加させる工程と、を有することを特徴とする。

発明の効果

[0030] 本発明によれば、複数のガス成分を含むガス流体から目的とするガス成分を濃縮または分離する際に、装置の大型化や構成の複雑さを防ぎながら効率的に目的とするガス成分を濃縮または分離することができるガス濃縮装置及びその制御方法を提供することができる。

[0031] 本発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を参照とした以下の説明により明らかになるであろう。なお、添付図面においては、同じ若しくは同様の構成には、同じ参照番号を付す。

図面の簡単な説明

[0032] 添付図面は明細書に含まれ、その一部を構成し、本発明の実施の形態を示し、その記述と共に本発明の原理を説明するために用いられる。

[図 1]本発明の第 1の実施形態の酸素濃縮装置の全体構成を示す図である。

[図 2A]本発明の第 1の実施形態の吸着室を用いて空気力高濃度の酸素を濃縮する方法を説明する図である。

圆 2B]本発明の第 1の実施形態の吸着室を用いて空気力高濃度の酸素を濃縮する方法を説明する図である。

圆 2C]本発明の第 1の実施形態の吸着室を用いて空気力も高濃度の酸素を濃縮する方法を説明する図である。

圆 2D]本発明の第 1の実施形態の吸着室を用いて空気力高濃度の酸素を濃縮する方法を説明する図である。

圆 2E]本発明の第 1の実施形態の吸着室を用いて空気力も高濃度の酸素を濃縮する方法を説明する図である。

圆 2F]本発明の第 1の実施形態の吸着室を用いて空気力も高濃度の酸素を濃縮する方法を説明する図である。

圆 2G]本発明の第 1の実施形態の吸着室を用いて空気力高濃度の酸素を濃縮する方法を説明する図である。

圆 2H]本発明の第 1の実施形態の吸着室を用いて空気力高濃度の酸素を濃縮する方法を説明する図である。

圆 3]本発明の第 2の実施形態の吸着室の一例を示す図である。

圆 4]本発明の第 3の実施形態の吸着室の一例を示す図である。

圆 5]本発明の第 4の実施形態の吸着室の一例を示す図である。

圆 6A]本発明の第 5の実施形態の吸着室を用いて空気力高濃度の酸素を濃縮する方法を説明する図である。

圆 6B]本発明の第 5の実施形態の吸着室を用いて空気力高濃度の酸素を濃縮する方法を説明する図である。

圆 6C]本発明の第 5の実施形態の吸着室を用いて空気力も高濃度の酸素を濃縮する方法を説明する図である。

圆 6D]本発明の第 5の実施形態の吸着室を用いて空気力高濃度の酸素を濃縮する方法を説明する図である。

圆 6E]本発明の第 5の実施形態の吸着室を用いて空気力も高濃度の酸素を濃縮する方法を説明する図である。圆 6F]本発明の第 5の実施形態の吸着室を用いて空気力も高濃度の酸素を濃縮する方法を説明する図である。

[図 6G]別の吸着室の一例を示す図である。

圆 7]本発明の第 6の実施形態の吸着室の一例を示す図である。

圆 8]本発明の第 7の実施形態の吸着室の一例を示す図である。

[図 9]従来の酸素濃縮装置の全体構成を示す図である。

符号の説明

101、 201、 601, 701 吸着剤

102、 202 回転体

103、 203、 702 外壁

150、 250、 350、 450、 550、 650、 750、 850 吸着室

104、 204、 404、 704、 904 吸着室の容積

106、 206、 306、 606, 706 空気流入口

107、 207、 307、 607、 707 排出口

108、 208、 308、 608、 708 取り出し口

109、 209 回転方向を示す矢印

120、 220 仕切板

121、 221 回転の中心軸

122、 222 パネ機構

625 羽

626 羽によって制御された空気の流れを示す矢印

729 ピストン

730 ピストンの運動を示す矢印

731 電磁石用コイル

336 上行流路

337 下行流路

338 第二流入口 340 区画間の隔壁

発明を実施するための最良の形態

[0034] <第 1の実施形態 >

以下、本発明に係る好適な実施形態のガス濃縮装置について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明では、複数のガス成分を含むガス流体から目的とするガス成分を濃縮分離する例として、空気中に含まれる酸素を高濃度に濃縮して使用する酸素濃縮装置を例に取り説明するが、本発明はこれに限定されるものではなぐガス流体および濃縮分離するガス成分の種類は適宜変更が可能である。また、以下に示す構成は、一例であり、本発明の技術的思想を満足するものであれば、その構成や配置は適時変更が可能である。

[0035] 以下の説明では、まず、各実施形態の酸素濃縮装置に共通する本発明の特徴について、従来の酸素濃縮装置と比較して説明する。

[0036] [本発明の特徴]

従来の酸素濃縮装置では、（1)コンプレッサで加圧した空気を吸着剤を含む吸着室に導入し、吸着室では、窒素を吸着剤に吸着した後、吸着されずに高濃度に濃縮されて残った酸素を取り出して使用する (濃縮工程)、（2)次に、吸着室を真空ポンプで減圧して窒素を吸着した吸着剤から窒素を脱離して吸着剤を再生する (再生工程 )。このとき濃縮された酸素を連続的に取り出すために、 2つの吸着筒を使用して濃縮工程と再生工程とが交互に行われるようにする。

[0037] 一方、本発明の酸素濃縮装置では、（1)略大気圧の空気を吸着剤を含む吸着室に導入し、続いて、吸着室の容積を減少することにより導入された空気の圧力を増加させ、吸着剤への窒素の優先的な吸着を増加させる。その後、吸着剤に吸着されずに高濃度に濃縮されて残った高圧の酸素を吸着室力取り出して使用する (濃縮ェ程)、（2)続いて、吸着室の容積を増加することにより、吸着室の圧力を低減して窒素を吸着した吸着剤から窒素を脱離させ、吸着剤を再生するとともに窒素ガスを排出する (再生工程)。本発明の酸素濃縮装置では、 1つの吸着筒を使用して、吸着室の容積の減少 (空気からの酸素の濃縮)とそれに続く吸着室の容積の増加（吸着剤の再生）を連続的に行うが、その際に、コンプレッサなどを用いる必要はない。そのため、本発明の酸素濃縮装置では、従来の酸素濃縮装置のように複数の吸着室を配置する必要はなぐコンプレッサなども不要であるので、酸素濃縮装置の大型化やその構成の複雑さを避けることができる。また、コンプレッサ使用時の騒音対策も不要である

[0038] 本発明の酸素濃縮装置では、連続的に容積が変化する吸着室に特徴がある。以下の説明では、まず、酸素濃縮装置の全体構成について説明し、次に、吸着室の構造とこの吸着室を用いた空気から高濃度の酸素を濃縮する方法について、説明する

[0039] [酸素濃縮装置の全体構成:図 1]

本実施形態の酸素濃縮装置の全体構成について図 1を用いて説明する。

[0040] 本酸素濃縮装置では、まず原料ガスである空気が、防塵フィルター 1101と吸気フィルター兼消音バッファ 1102とによりゴミが除去された後、吸着剤が充填された吸着室 150に導入される。吸着室 150は、吸着室の容積を変更することができるので、吸着室内に空気が導入されると、吸着室 150内の容積を減少させる。その結果、空気の圧力は吸着室 150内の容積の減少とともに増加し、吸着剤への窒素の優先的な吸着が進む。このとき、吸着室 150内の空気は、冷却ファン 1104等を使用して冷却される。続いて、吸着剤に吸着されずに残った高濃度に濃縮された酸素を含むガスを吸着室力取り出して製品タンク 111に一時的に貯蔵する。このとき、高濃度の酸素を含むガスは、その後、圧力調整器 112と流量調節器 115を用いて所望の圧力とガス流量とが制御され、加湿器 116を介して適度に加湿された後、可撓性延長チューブ 117、力-ユーラ 118等の導管を介して患者に供給される。

[0041] 一方、吸着室では、吸着室力高濃度に濃縮された酸素を取り出したのち、吸着室の容積を増加するように制御される。その結果、吸着室内の圧力が低減し、吸着剤から窒素が脱離して吸着剤が再生する。脱離した高濃度の窒素を含むガスは、吸着室外に排出される。なお、本酸素濃縮装置で使用する吸着剤は、窒素を優先的あるいは選択的に吸着させるために、 Na-A型、 Ca-A型、 Na-X型、 Ca-X型、あるいは、 Li- X型等の合成ゼォライトが 1種又は組み合わせて使用される。

[0042] [吸着室の構造：図 2A] 次に、本実施形態の酸素濃縮装置で使用する吸着室 150の構造及び本吸着室を用いた高濃度の酸素を製造する方法について、吸着室の断面構成を示す図 2A〜2 Eを用いて詳細に説明する。本吸着室では、偏心して回転する回転体を連続的に回転させることによってその体積を減少させることによって導入した空気の圧力を増加して窒素を吸着剤に吸着させて残った濃縮された酸素を含むガスを取り出した後 (濃縮工程)、吸着室の体積を増カロして吸着剤に吸着した窒素を脱離させて吸着剤を再生する（再生工程） 2つの工程を交互に連続的に行うことができる。

[0043] 図 2Aに示すように、本実施形態の吸着室 150には、所定内径を有し中空円筒形状の密閉空間を形成する中空円筒形状の外壁部材である外壁 103、外壁の内径よりも小さい外径を有し、外壁に接しながら外壁の中心軸 121に対して偏心して回転速度 Vで回転方向 109の方向に回転するように円筒状の回転部材である回転体 102が配置されている。回転体 102中には吸着剤 101が埋設され、吸着剤 101はその表面が回転体 102の外表面の一部を形成するように設置され、回転体 102の外面には、回転体 102の外面に対して当接した状態が不勢されている仕切板 120が設置されている。仕切板 120は、図に示すようなパネ機構 122を有するため、回転体 102が偏心して回転したときに回転体 102の外面に常に接して追従することができる。

[0044] また、吸着室 150には、原料である空気を吸着室 150内に導入する空気流入口 10 6、高濃度に濃縮された酸素を吸着室 150から取り出す製品ガス取出口 108、吸着剤を再生したときに排出される高濃度に濃縮された窒素を吸着室 150から排気する排出口 107が設置され、空気流入口 106、製品ガス取出口 108、排出口 107にはそれぞれ開閉弁 S1〜S3が配置されている。なお、図には示さなかったが、本酸素濃縮装置には、回転体 102を回転させるためのモータ制御部、本装置の各部（モータ制御部、各弁、冷却ファン、各種センサなど）を制御する制御部が設置されており、制御部は、不図示の ROMに記憶された制御プログラムに基づいて、不図示の RAM を作業領域として使用して以下に述べる各種制御を実行する。

[0045] 本実施形態の吸着室の容積 104は、外壁と、回転体と、仕切板とで囲まれた密閉空間の容積であり、この容積は回転体が回転することにより減少または増加するように構成されている。そこで、吸着室の容積変化を利用して吸着室内に導入された空気の圧力を増カロして効率よく吸着剤に窒素を吸着させて濃縮した酸素を取り出した後、吸着室内の圧力を下げて吸着剤に吸着された窒素を脱離させて吸着剤を再生させることがでさる。

[0046] [空気から高濃度の酸素を濃縮する方法：図 2A〜2H]

図 2A〜2Eは、吸着室へ空気が導入され、高濃度の酸素を製品ガスとして取り出した後、吸着剤に吸着された窒素を脱離させて吸着剤を再生するまでの各工程における、吸着室の容積、吸着室の回転体と仕切板との位置関係の変化を説明する図である。

[0047] まず、高濃度の酸素を製品ガスとして取り出す工程について説明する。図 2Aにおいて、吸着室へ空気が導入される。このとき、開閉弁 SI, S2を開き、ファン 130によつて空気流入口 106から吸着室へ空気を導入したのち開閉弁 SI, S2を閉じる。また、開閉弁 S3は閉じている。このときの吸着室の容積 104は VIであり、導入された空気の圧力は P1 (略、大気圧)である。

[0048] 図 2Bは、図 2Aの状態から回転体 102を図の矢印方向に回転させて吸着室の容積 VIから V2に減少させ、吸着室の圧力を P1から P2に増加した状態を示している。

[0049] 図 2Cは、図 2Bから回転体 102を図の矢印方向にさらに回転させて吸着室の容積を V2から V3に減少させ、吸着室を加圧した状態を示し、図 2Dは、図 2Cから回転体 102を図の矢印方向にさらに回転させて吸着室の容積が V4まで減少し圧力が P4に増加した状態である。図 2Dの状態において、吸着剤 101への窒素の優先的な吸着が最も進み、気相には吸着剤に吸着されずに高濃度に濃縮された酸素を含むガスが残っているので、開閉弁 S3を開き、吸着室 150から製品ガス取出口 108を介して高濃度に濃縮された酸素を取り出して製品タンク 111に貯蔵する。ここまでの工程が、空気力濃縮した酸素を取り出す濃縮工程である。

[0050] 続いて、吸着剤の再生工程を説明する。図 2Eは、図 2Dにおいて、高濃度に濃縮された酸素を取り出した後、開閉弁 S3を閉じてから回転体 102を図の矢印方向に回転させて吸着室の容積を V4力 VIに増加させ、吸着室 150の圧力を P4力 P5に減圧した状態である。この状態において、吸着剤 101からの窒素の脱離が進む。次に、図 2Fの状態まで吸着室の容積を VIから V2に減少させて、吸着室 150の圧力を P5力 P6 (例えば、略大気圧）に増カロさせた後、開閉弁 S2を開いて脱離した窒素を含むガスを、吸着室 150から排出口 107を介して排気する。その後、開閉弁 S2を開いたままさらに、図 2Gから図 2Hの状態まで吸着室の容積を V2から V4に減少させて、吸着室 150から排出口 107を介して窒素を排気する。その後、開閉弁 S2を閉じる。この結果、吸着剤 101を再生することができる。本酸素濃縮装置では、上記説明した図 2A〜 2Hの濃縮工程と再生工程を繰り返すことにより、 1つの吸着室を使用して空気力高濃度に濃縮した酸素を連続的に取り出して使用することができる。

[0051] なお、吸着室の外壁 103の半径は、例えば、 10mm〜 1000mmであり、好ましくは、 20mm〜200mmであり、軸方向の高さは、例えば、 10mm〜： LOOOmmであり、好ましくは、 20mm〜 300mmである。また、回転体の回転数は、例えば、 0. 01〜： L00 Hz程度であり、好ましくは 0. l〜50Hz程度である。製品ガスの供給流量は、例えば、 0. 01リットル Z分〜 100リットル Z分であり、好ましくは、 0. 1リットル Z分〜 10リツ卜ル Z分である。また、吸着室内部に形成される圧力差は、 0. OOlMPa以上であること力子ましく、 0. OlMPa以上の圧力差であることが更に好ましい。

[0052] なお、上記説明で使用した構成は、一例であり、本発明の技術的思想を満足するものであれば、その構成や配置は適時変更が可能である。例えば、開閉弁の代わりに逆止弁や、オリフィスなどの絞り機構を、単独で、または組み合わせて使用してもよい。また、吸着剤の形状は、適時、変更することができる。

[0053] <第 2実施形態 >

以下、第 2の実施形態の酸素濃縮装置について説明する。本酸素濃縮装置は、その全体構成は、図 1で説明した第 1の実施形態の酸素濃縮装置と類似しており、吸着室の容積を連続的に減少することにより導入された空気の圧力を増加させ、吸着剤への窒素の優先的な吸着を増加させて残った濃縮された酸素を含むガスを取り出した後 (濃縮工程)、吸着室の体積を増カロして吸着剤に吸着した窒素を脱離させて吸着剤を再生する（再生工程)点は共通している。ただし、本実施形態の吸着室 250 は、第 1の実施形態の吸着室 150とその構造が異なる。そこで、以下の説明では、第 1の実施形態の酸素濃縮装置と共通する部分の説明は、重複するので省略し、異なる点についてのみ説明する。 [0054] [吸着室の構造:図 3]

図 3に示すように、本実施形態の吸着室 250は、所定内径を有し中空密閉空間を形成する中空円筒形状の外壁部材である外壁 203と、外壁 203の内径よりも小さい外径を有し、外壁 203の中心軸に対して偏心して回転する円筒状の回転体である回転体 202が配置されている。回転体 202中には吸着剤 201が埋設され、吸着剤 201 はその表面が回転体 202の外表面の一部を形成するように回転体 202に設置されている。また、回転体 202には、図に示すように外壁 203と回転体 202の間の空間を複数に分割し、外壁 203の内面に対して当接した状態が不勢されている複数の仕切板 220が配置されている。仕切板 220は、図に示すような伸縮可能なパネ機構 222 を有するため、回転体 102が偏心して回転したときに仕切板 220が外壁 203の内面に常に接するように追従することができる。また、吸着室 250には、原料である空気を吸着室 250内に導入する空気流入口 206、高濃度に濃縮された酸素を吸着室 250 力も取り出す製品ガス取出口 208、吸着剤を再生したときに排出される高濃度に濃縮された窒素を吸着室 250から排気する排出口 207が設置され、空気流入口 206、製品ガス取出口 208、排出口 207にはそれぞれ開閉弁 S1〜S3が配置されている。本実施形態の吸着室の容積は外壁 203と回転体 202と複数の仕切板 220で囲まれ、複数に分割された各密閉空間の容積である。そこで、吸着室の各分割された容積変化を利用して吸着室内に導入された空気の圧力を増加して効率よく吸着剤に窒素を吸着させて濃縮した酸素を取り出した後、吸着室内の圧力を下げて吸着剤に吸着された窒素を脱離させて吸着剤を再生させることができる。

[0055] [空気から高濃度の酸素を濃縮する方法：図 3]

次に、図 3を用いて、吸着室 250へ空気が導入され、高濃度の酸素を製品ガスとして取り出した後、吸着剤に吸着された窒素を脱離させて吸着剤を再生するまでの各工程における、吸着室の容積、吸着室の回転体と仕切板との位置関係の変化を説明する。

[0056] まず、高濃度の酸素を製品ガスとして取り出す工程について説明する。図 3の Aに示す吸着室の回転体と仕切板との位置関係において、吸着室へ空気が導入される。このとき、開閉弁 SI, S2が開き、ファン 130によって空気流入口 206から吸着室へ空気が導入されたのち開閉弁 SI, S2は閉じられる。また、開閉弁 S3は閉じている。このときの吸着室の容積 204は VIであり、その圧力は P1 (略、大気圧）である。

[0057] 次に、回転体 202を図の矢印方向に回転させることにより吸着剤を図 3の Bの状態に移動する。すると、吸着室の容積 204は、 VIから V2に減少し、その結果、圧力が P1から P2に増加する。

[0058] 同様にして、回転体 102をさらに回転させることにより、吸着剤を図 3の Cの状態、図 3の Dの状態、図 3の Eの状態へと移動する。すると、吸着室の容積 204は、 V2から V3、 V3から V4、 V4力 V5へと減少し、その結果、吸着室の圧力は、 P2力 P3、 P3力ら P4、 P4力ら P5へと増カロする。

[0059] 次に、図 3の E、すなわち、吸着室の容積 204が V5まで減少し圧力力P45増加した状態では、吸着剤 201への窒素の優先的な吸着が進み、気相には吸着剤に吸着されずに高濃度に濃縮された酸素を含むガスが残っているので、開閉弁 S3を開き、吸着室 250から製品ガス取出口 208を介して高濃度に濃縮された酸素を取り出して製品タンク 111に貯蔵する。ここまでの工程が、空気力も濃縮した酸素を取り出す濃縮工程である。

[0060] 続いて、吸着剤の再生工程を説明する。次に、高濃度に濃縮された酸素を取り出した後、開閉弁 S3を閉じてから回転体 202を図の矢印方向に回転させることにより、吸着剤を図 3の Eの状態から、図 3の Fの状態、図 3の Gの状態、図 3の Hの状態、図 3の Aの状態へと移動する。すると、吸着室の容積は V5から V6、 V6から V7、 V7から V8 、 V8から VIと増加し、その結果、吸着室の圧力は、 P5力ら P6、 P6力ら P7、 P7から P8、 P8力ら P9と低下する。

[0061] そこで、図 3の Aの状態 (圧力 P9)の状態において、吸着剤 201からの窒素の脱離が進むので、高濃度の窒素を含むガスを開閉弁 S2を開いて、吸着室 250から排出口 207を介して排気する。その後、開閉弁 S2を閉じる。本酸素濃縮装置では、上記説明した図 3の A〜Hの各工程を繰り返すことにより、 1つの吸着室を使用して空気から高濃度に濃縮した酸素を連続的に取り出して使用することができる。

[0062] <第 3実施形態 >

以下、第 3の実施形態の酸素濃縮装置について説明する。以下の説明では、第 1 および第 2の実施形態の酸素濃縮装置と異なる吸着室 350の構造についてのみ説明する。

[0063] [吸着室の構造:図 4]

本実施形態の吸着室 350が、第 2の実施形態の吸着室 250と異なる点は、仕切板 220によって仕切られた各吸着室の容積内の各回転体 202上にそれぞれ吸着剤 20 1が埋設されている点だけである。本実施形態のように、回転体 202上に複数の吸着剤 201を配置することによって各区切られた吸着室の容積を利用して、第 2の実施形態に比べて高濃度の酸素ガスをより多量に供給することができる。

[0064] <第 4実施形態 >

以下、第 4の実施形態の酸素濃縮装置について説明する。以下の説明では、第 1 〜第 3の実施形態の酸素濃縮装置と異なる吸着室 450の構造についてのみ説明する。

[0065] [吸着室の構造:図 5]

本実施形態の吸着室 450は、第 3の実施形態の吸着室 350を 3段に積層したものであり、 1段目の吸着室から取り出される高濃度の酸素を含むガスを 2段目の吸着室の空気流入口力導入し、 2段目の吸着室力取り出されるより高濃度の酸素を含むガスを 3段目の吸着室の空気流入口力導入し、 3段目の吸着室力取り出される製品ガスを図 1の製品タンク 111に供給する構成とした点のみが異なる点である。このように、吸着室を多段構造とすることで、より高濃度の酸素ガスを供給することができる

[0066] <第 5実施形態 >

以下、第 5の実施形態の酸素濃縮装置について説明する。本酸素濃縮装置は、その全体構成は、図 1で説明した第 1の実施形態の酸素濃縮装置と類似しており、吸着室の容積を連続的に減少することにより導入された空気の圧力を増加させ、吸着剤への窒素の優先的な吸着を増加させて残った濃縮された酸素を含むガスを取り出した後 (濃縮工程)、吸着室の体積を増カロして吸着剤に吸着した窒素を脱離させて吸着剤を再生する（再生工程)点は共通している。ただし、本実施形態の吸着室 550 は、第 1の実施形態の吸着室 150とその構造が異なり、回転体を偏心して回転する代わりに吸着室内に設けられたピストンを利用することで、吸着室の容積を変更することにより吸着室内の圧力を変更することができる。そこで、以下の説明では、第 1の実施形態の酸素濃縮装置と異なる吸着室 550の構造と吸着室 550を用いて空気から高濃度の酸素を濃縮する方法にっ、てのみ説明する。

[0067] [吸着室の構造：図 6A]

本実施形態の酸素濃縮装置で使用する吸着室 550の構造及び本吸着室を用いた高濃度の酸素を製造する方法にっ、て、吸着室の断面構成を示す図 6A〜6Gを用いて詳細に説明する。

[0068] 図 6Aに示すように、本実施形態の吸着室 550には、所定内径を有し、中空円筒状の密閉空間を形成する外壁部材である外壁 702と、外壁 702の内壁に接して配置された吸着剤 701と、外壁 702の内径よりも小さい外径を有し、外壁 702の内面に接しながら外壁 702の軸方向に往復移動可能に配置されているピストン部材 729とが配置されている。ピストン部材 729は軸方向に分極された強磁性体カゝら構成されており、吸着室 550の外部の周囲には、コイル 731が配置されている。ピストン部材 729は、コイル 731に流す電流の方向を切替えることで、吸着室 550内で移動するピストン部材 729の移動方向を変更することができる。

[0069] また、吸着室 550には、原料である空気を吸着室 550内に導入する空気流入口 70 6、高濃度に濃縮された酸素を吸着室 550から取り出す製品ガス取出口 708、吸着剤を再生したときに排出される高濃度に濃縮された窒素を吸着室 550から排気する排出口 707が設置され、空気流入口 706、製品ガス取出口 708、排出口 707にはそれぞれ開閉弁 S1〜S3が配置されている。なお、図には示さなかったが、本酸素濃縮装置には、ピストン部材 729を往復移動させるためのコイル制御部、本装置の各部 (コイル制御部、各種弁、冷却ファン、各種センサなど）を制御する制御部が設置されており、制御部は、不図示の ROMに記憶された制御プログラムに基づいて、不図示の RAMを作業領域として使用して以下に述べる各種制御を実行する。

[0070] 本実施形態の吸着室の容積 704は、外壁 702の内面とピストン部材 729と吸着剤 7 01とによって囲まれた密閉空間であり、ピストン部材 729が移動することにより、吸着室の容積 704が減少または増加するように構成されている。そこで、この吸着室の容積変化を利用して吸着室内に導入された空気の圧力を増加して効率よく吸着剤に窒素を吸着させて濃縮した酸素を取り出した後、吸着室内の圧力を下げて吸着剤に吸着された窒素を脱離させて吸着剤を再生させることができる。

[0071] [空気から高濃度の酸素を濃縮する方法：図 6A〜6F]

図 6A〜6Fは、吸着室へ空気が導入され、高濃度の酸素を製品ガスとして取り出した後 (濃縮工程)、窒素を脱離させて排気し吸着剤を再生する (再生工程)までの各工程における、吸着室の容積、吸着室の回転体と仕切板との位置関係の変化を説明する図である。以下、図 6A〜6Fを用いて、空気から高濃度の酸素を濃縮する方法について説明する。

[0072] まず、高濃度の酸素を製品ガスとして取り出す工程にっ、て説明する。図 6Aにおいて、吸着室へ空気が導入される。このとき、開閉弁 S1を開き、吸着室へ空気を導入したのち開閉弁 S1を閉じる。また、開閉弁 S2, S3は閉じている。このとき、ピストン部材 729は、図に示す位置に配置されているので、吸着室の容積 704は VIで最大であり、吸着室へ導入された空気の圧力は P1 (略、大気圧)である。

[0073] 図 6Bは、図 6Aの状態力もピストン部材 729を図の矢印方向 730に移動させて吸着室の容積 704を VIから V2に減少させ、吸着室の圧力を P1から P2に増加した状態を示している。

[0074] 図 6Cは、図 6Bからピストン部材 729を図の矢印方向 730にさらに移動させて吸着室の容積を V2から V3に減少させ、吸着室の圧力を P3に増加した状態を示し、図 6 Cの状態において、吸着剤 701への窒素の優先的な吸着が進み、気相には吸着剤に吸着されずに高濃度に濃縮された酸素を含むガスが残っている。そこで、開閉弁 S 3を開き、吸着室の容積 704内に残っている高濃度に濃縮された酸素を含むガスは吸着剤 701を通り製品ガス取出口 108を経由して取り出されて製品タンク 111に貯蔵する。ここまでの工程が、空気力も濃縮した酸素を取り出す濃縮工程である。

[0075] 続いて、吸着剤の再生工程を説明する。図 6Dは、高濃度に濃縮された酸素を取り出した後、開閉弁 S3を閉じて力もピストン部材 729を図 6Cの位置力も矢印方向 730 (図 6A〜6Cでのピストン部材の移動方向と反対方向）に移動させることにより図 6D の位置まで移動した状態である。この状態において、吸着室の容積は図 6Cに示す V 3の状態力も VIまで増加し、吸着室 550の圧力は P4となるので、吸着剤 701からの窒素の脱離が進む。

[0076] 次に、図 6Eに示すように開閉弁 S2を開いて、高濃度の窒素を含むガスを排出口 1 07から排気しながら図 6Fに示すようにさらに吸着室の体積を減らして高濃度の窒素を含むガスを排出口 107から排気する。その後、開閉弁 S2を閉じる。

[0077] 本酸素濃縮装置では、上記説明した図 6A〜6Fの濃縮工程と再生工程を繰り返すことにより、 1つの吸着筒を使用して空気力高濃度に濃縮した酸素を連続的に取り出して使用することができる。なお、上記説明で使用した構成は、一例であり、本発明の技術的思想を満足するものであれば、その構成や配置は適時変更が可能である。例えば、開閉弁の代わりに逆止弁や、オリフィスなどの絞り機構を、単独で、または組み合わせて使用してもょ、。

[0078] [吸着室の構造の変形例：図 6G]

図 6Gの吸着室 650は、本実施形態の吸着室 550の製品ガス取り出し口 708の位置を図に示すように排出口 707に隣接するように変更した変形例の一例を示す図である。吸着室 650のように製品ガス取り出し口 708を配置することにより、高濃度に濃縮された酸素を含むガスを吸着剤 701を通過させずに製品ガス取出口 108から直接取り出して製品タンク 111に貯蔵することができる。

[0079] <第 6実施形態 >

以下、第 6の実施形態の酸素濃縮装置について説明する。本実施形態の吸着室 7 50は、第 5の実施形態の吸着室 550の変形例であるので、以下の説明では、第 5の実施形態の吸着室 550と異なる点についてのみ説明する。

[0080] [吸着室の構造:図 7]

図 7に示す吸着室 750は、第 5の実施形態で説明した吸着室の容積変化を利用して吸着室内に導入された空気の圧力を増カロして効率よく吸着剤に窒素を吸着させて濃縮した酸素を取り出した後、吸着室内の圧力を下げて吸着剤に吸着された窒素を脱離させて吸着剤を再生させる原理を応用したものであるので、その原理の説明は省略する。

[0081] 本実施形態の吸着室 750が第 5の実施形態の吸着室 550と異なる点は、吸着室 5 50では、 1つの吸着剤 701は外壁 702の一端に配置され、外壁 702とピストン部材 7 29で囲まれた吸着室の容積のうちの 1つの容積 704を用いていた力本吸着室 750 では、 2つの吸着剤 701a、 bが外壁 702の両端にそれぞれ配置され、この吸着剤 70 la、 bをそれぞれ含む外壁 702とピストン部材 729で囲まれた吸着室の容積のうちの 2つの容積 704、 705を別々に用いる点である。本実施形態において、吸着室 750 の両端に 2つの吸着剤 701a、 bを配置した理由は、吸着室 550で説明した、 1)空気を導入して窒素を吸着剤に吸着させ高濃度の酸素を取り出す濃縮工程と、 2)窒素を吸着した吸着剤力も窒素を脱離させて吸着剤を再生する再生工程とを、 2つに分割された吸着室の容積 704, 705を利用して交互に行うことにより、より多くの高濃度の酸素を濃縮して供給するためである。このように、本実施形態の吸着室 750では、 2 つに分割された吸着室の容積 704, 705を用いて交互に濃縮工程と再生工程とを行うため、それに伴い空気流入口 706、排出口 707の位置が図に示すように外壁 702 の中央部の変更されている。また、製品ガス取出口 708は、各吸着剤 701に対応して 2つ用意されている。

<第 7実施形態 >

以下、第 7の実施形態の酸素濃縮装置について説明する。本酸素濃縮装置は、その全体構成は、図 1で説明した第 1の実施形態の酸素濃縮装置と類似しているが、吸着室の構造及び酸素濃縮方法が異なる。すなわち、第 1の実施形態の吸着室 15 0では、吸着室の容積を連続的に減少することにより導入された空気の圧力を増加させ、吸着剤への窒素の優先的な吸着を増加させた。し力しながら、本実施形態の吸着室 850は、第 1の実施形態の吸着室 150のように、吸着室の容積を変化させることで圧力差を形成するのではなぐ外壁の中心軸に対して回転する回転体に複数の羽根を設け、回転体の回転によって生じる空気の流れを、回転体に設けられた複数の羽根によって制御することにより吸着室内に圧力の高い部分と低い部分を形成することにより、圧力の高い部分に接する吸着剤への窒素の優先的な吸着を増加させるものである。そこで、以下の説明では、第 1の実施形態の酸素濃縮装置と共通する部分の説明は、重複するので省略し、吸着室 850の構造の違いと空気力高濃度の酸素を濃縮する方法にっ、てのみ説明する。 [0083] [吸着室の構造:図 8]

本実施形態の酸素濃縮装置で使用する吸着室 850の構造とこれを用いる高濃度の酸素を製造する方法について、吸着室の断面構成を示す図 8を用いて詳細に説明する。

[0084] 図 8に示すように、本実施形態の吸着室 850には、所定内径を有し、中空円筒状の密閉空間を形成する外壁部材である外壁 602と、外壁 602の内壁に接して配置された吸着剤 601と、外壁 602の内径よりも小さい外径を有し、外壁 602の中心軸を軸としてかつ外壁 602の内面に配置された吸着剤 601に接しな、で回転する中空円筒状の回転体 603とが配置されている。回転体 603の中空円筒状の内壁には複数の羽根 625a、 625bが図の向きに配置されている。なお、本実施形態の吸着室 850では、吸着剤 601を含む外壁 602も回転体 603より遅い速度で回転することができる。

[0085] また、吸着室 850には、原料である空気を吸着室 850内に導入する空気流入口 60 6、高濃度に濃縮された酸素を吸着室 850から取り出す製品ガス取出口 608、窒素ガスを吸着した吸着剤力窒素が脱離したときに排出される高濃度に濃縮された窒素を吸着室 850から排気する排出口 607が設置されている。なお、図示はしないが、本酸素濃縮装置には、回転体 603などを回転させるためのモータ制御部、本装置の各部 (モータ制御部、各種弁、冷却ファン、各種センサなど)を制御する制御部が設置されており、制御部は、不図示の ROMに記憶された制御プログラムに基づいて、不図示の RAMを作業領域として各種制御を実行する。

[0086] 次に、図 8を用いて吸着室 850において、吸着室内に圧力の高い部分と低い部分を形成することにより、吸着剤への窒素の優先的な吸着を増加させる方法について説明する。図 8に例示する様に、中空の回転体 603には、その周上の一部に矢印 60 9の方向の回転に伴い内側力も外側に向力つて空気が流れる様な形状とした羽根 6 25aを設けられ、円周上の他の部分には回転に伴って矢印 626bの様に外側から内側に向力つて空気が流れる様に適切な形状とした羽根 625bを設けられている。

[0087] 従って、吸着室 850の回転体 603の内部に点線で示す流入口 606から空気が導入されると、吸着室 850の外壁 602と回転体 603の間に設けられた吸着剤 601の各部分は、羽根 625aが設けられた部分が回転体 603の回転により回ってきた時には内側から外側に向かって空気が流れるため加圧される。その結果、加圧され空気と接触する部分の吸着剤 601a, 601bでは窒素の吸着反応が促進される。そこで、吸着剤 601aに吸着されずに吸着剤 601aを通過したガス（高濃度に濃縮された酸素を含む）は、製品ガス取出口 608から取り出される。一方、羽根 625bの部分の場合は、上記説明とは逆に減圧される。その結果、減圧された空気と接触する部分の吸着剤では窒素の脱離反応が促進されるため内側の回転体 603の内部方向に向けて窒素濃度の高いガスを放出することになる。そこで、点線で示す吸着室 850の中心軸付近に設けられた排出口 607から窒素濃度の高、ガスを排出することができる。

[0088] なお、上記説明した各実施形態の説明では、 PSA法による空気からの酸素の濃縮を例に説明しているが、本発明は、これに限ることはなぐ複数のガス成分を含むガス流体と、そのガス流体中の特定のガスを吸着する吸着剤があれば、吸着剤に吸着されない残りのガスを濃縮することができる。そのため、各種ガス成分を含むガス流体から目的とするガスの濃縮、分離精製、あるいは、ガス流体に含まれる有害成分の除去などにも利用が可能である。

[0089] 本発明は上記実施の形態に制限されるものではなぐ本発明の精神及び範囲から離脱することなぐ様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために、以下の請求項を添付する。

Claims

請求の範囲

[1] 少なくとも第 1ガスと第 2ガスとを含むガス流体中カゝら前記第 1ガスを濃縮するガス濃縮装置であって、

前記第 2ガスを吸着する吸着剤を含み、前記ガス流体中の前記第 1ガスを濃縮する吸着室と、

前記吸着室の容積を減少させて前記吸着室に導入された前記ガス流体の圧力を増加して前記吸着剤への前記第 2ガスの吸着量を増加させる圧力変更手段と、を有することを特徴とするガス濃縮装置。

[2] 前記圧力変更手段は、前記吸着室の容積を増カロさせることにより前記吸着室内の圧力を減少して前記吸着剤に吸着した前記第 2ガスを脱離させることを特徴とする請求項 1に記載のガス濃縮装置。

[3] 前記圧力変更手段は、偏心して回転するように配置されている回転部材を有し、前記吸着室は、前記回転部材と、前記回転部材との間で密閉空間を形成する外壁部材とによって囲まれた空間からなることを特徴とする請求項 1または 2に記載のガス濃縮装置。

[4] 前記回転部材は略円筒状であり、前記外壁部材は略中空円筒状であることを特徴とする請求項 3に記載のガス濃縮装置。

[5] 前記吸着室は、前記回転部材と前記外壁部材とによって囲まれる前記空間を少なくとも 2つに区切った一区画であることを特徴とする請求項 3に記載のガス濃縮装置。

[6] 前記吸着室は、前記回転部材と前記外壁部材とによって囲まれた前記空間を複数に区切ったそれぞれの区画であることを特徴とする請求項 3に記載のガス濃縮装置。

[7] 前記圧力変更手段は、往復運動可能なピストン部材を有し、前記吸着室は、前記ピストン部材と、前記ピストン部材との間で密閉空間を形成する外壁部材とによって囲まれた空間からなることを特徴とする請求項 1または 2に記載のガス濃縮装置。

[8] 前記ピストン部材は略円筒状であり、前記外壁部材は略中空円筒状であることを特徴とする請求項 7に記載のガス濃縮装置。

[9] 前記吸着室は、前記ピストン部材と前記外壁部材とによって囲まれた 2つの空間のそれぞれであることを特徴とする請求項 7に記載のガス濃縮装置。

[10] 少なくとも第 1ガスと第 2ガスとを含むガス流体中カゝら前記第 1ガスを濃縮するガス濃縮装置であって、

前記吸着室に導入された前記ガス流体中に圧力の高い領域と圧力の低い領域とを生成させることにより前記圧力の高い領域に接する前記吸着剤への前記第 2ガスの吸着量を増加させる圧力差生成手段と、

を有することを特徴とするガス濃縮装置。

[11] 前記圧力差生成手段は、内面に複数の羽根を有する中空状の回転部材を有することを特徴とする請求項 10に記載のガス濃縮装置。

[12] 前記吸着室は、前記吸着剤を前記回転部材と異なる速度で回転させる回転手段を有し、前記回転手段により前記第 2ガスを吸着した吸着剤が前記圧力の低い領域に接することにより前記第 2ガスが脱離することを特徴とする請求項 11に記載のガス濃縮装置。

[13] 前記第 1ガスは酸素であり、前記第 2ガスは窒素であり、前記ガス濃縮装置は空気力も酸素を濃縮する酸素濃縮器であることを特徴とする請求項 1乃至請求項 12のいずれか 1項に記載のガス濃縮装置。

[14] 少なくとも第 1ガスと第 2ガスとを含むガス流体の前記第 2ガスを吸着する吸着剤を備え、前記ガス流体中の前記第 1ガスを濃縮する吸着室を有するガス濃縮装置の制御方法であって、

前記吸着室に前記ガス流体を導入する工程と、

前記吸着室の容積を減少させて前記吸着室に導入された前記ガス流体の圧力を増加して前記吸着剤への前記第 2ガスの吸着量を増加させる工程と、

を有することを特徴とするガス濃縮装置の制御方法。