JPH11228107A - 酸素ガス濃縮方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 希釈用バイパス回路を設けずに所望の濃度
の酸素ガスが得られるようにする。 【解決手段】 吸着塔への原料の空気の供給時間を長
くして吸着破過後も空気を供給して濃縮された酸素ガス
の濃度を薄めるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は圧力スイング吸着方
式（ＰＳＡ方式）を利用した酸素ガス濃縮方法および装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】本酸素ガスは、オゾンガス製造などに使
用される工業用酸素源として、低肺機能患者などに使用
される医療用酸素源として、過激なスポーツ、長時間の
就業や勉強、過度の飲酒や喫煙等の後に一時的な血中酸
素欠乏状態の際の呼吸の補助等に使用されている。その
ため酸素供給装置の要望が高い。

【０００３】このような酸素ガスを供給するための装置
として、空気中の酸素濃度を高めつまり酸素ガスを濃縮
する方法として従来よりＰＳＡ方式が知られている。

【０００４】このＰＳＡ方式を採用した酸素ガス濃縮装
置の従来例は、図８に示す通りの構成のものである。

【０００５】図８に示す従来の装置において、２１はエ
アーフィルター、２２はコンプレッサー、２３は原料供
給路、２５は第１の吸着塔、２６は第２の吸着塔であ
る。これら第１、第２の吸着塔には、いずれも例えば活
性炭、ゼオライト等の吸着剤が充填されている。２７、
２８は夫々濃縮された酸素ガスの流路、３１、３２、３
３、３４、３５はいずれも電磁弁、３６、３７は逆流防
止弁、３８はバッファー容器、３９は圧力調整弁、４１
は希釈用空気のバイパス回路、４２は流量調整弁、４３
は逆流防止弁、４４は排出脱着ガス、４５は吸着された
窒素ガスの脱着を行なうため、高圧状態で吸着操作中の
吸着塔にて濃縮された酸素ガスの一定量を低圧状態で脱
着操作中の一方の吸着塔へ供給するためのオリフィスで
ある。

【０００６】この図８に示す装置は、原料空気をエアー
フィルター２１を通して送り込み、エアーコンプレッサ
ー２２により所望の圧力に圧縮し、この圧力空気を原料
供給路２３を通して第１の吸着塔２５又は第２の吸着塔
２６に供給する。ここで電磁弁３１、３２、３３、３４
を用いて、第１の吸着塔、第２の吸着塔を交互に供給
し、交互に吸着又は脱着を行ない、脱着後のガスの排気
を行なう。つまり、まず電磁弁３１および３４を開き電
磁弁３２、３３を閉じる。これによって第１の吸着塔２
５に高い圧力の原料空気が送られる。一方第２の吸着塔
２６は排出状態になる。

【０００７】高い圧力の空気が供給された吸着塔２５内
では、主として空気中の窒素ガスが選択的に吸着剤にて
吸着され、これにより空気中の酸素ガスの濃度が高くな
り、流路２７を通って高濃度の酸素ガスがバッファー容
器３８内に送り込まれる。

【０００８】次に電磁弁の自動切替により、電磁弁３
１、３４が閉じ、電磁弁３２、３３が開く。

【０００９】これにより、エアーコンプレッサー２２よ
りの圧縮された高圧の空気は、第２の吸着塔２６に供給
され、同様に窒素ガスが吸着剤に吸着されて酸素ガスの
濃度が高くなり高濃度の酸素ガスが吸着塔より流路２８
を通ってバッファー容器３８へ送られる。

【００１０】一方第１の吸着塔２５への高圧の空気の供
給は停止され、また排出電磁弁３３が開かれるために塔
内圧力は低下し、オリフィス４５を通って第２の吸着塔
２６より濃縮された酸素ガスが供給され、これにより吸
着剤に吸着されていた窒素ガスは脱着され、この遊離し
た窒素ガスを含んだ脱着ガスは、開かれた電磁弁３３を
通って流路４４を通り外部へ排出される。

【００１１】続いて電磁弁３１、３４が開き、電磁弁３
２、３３が閉じることにより第１の吸着塔３５へは加圧
された空気が供給されて窒素ガスの吸着が、又第２の吸
着塔２６では脱着が行なわれる。

【００１２】このように、電磁弁３１、３４および電磁
弁３２、３３の開閉が交互に繰り返されることにより、
第１、第２の吸収塔において、交互に吸着と脱着が繰り
返し行なわれ、又交互に高い濃度の酸素ガスがバッファ
ー容器へ送り込まれる。

【００１３】このようにして送り込まれた高濃度の酸素
ガスは、約９５％の高い濃度であるため、使用目的に応
じた濃度に希釈される。つまり、流量調節弁４２を開い
て原料空気を希釈用の空気バイパス回路４１を通ってバ
ッファー容器に供給し、これにより所望の濃度に調整す
る。所望の濃度になった酸素ガスは、弁３９を通り外部
へ供給され、使用される。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】以上述べた従来の酸素
ガス濃縮方法は、吸着塔より得られる酸素ガスは、約９
５％のように高い濃度で、呼吸補助のために用いられる
酸素ガス等の濃度よりも高い濃度である。そのために、
前記の従来の酸素ガス濃縮装置においては、希釈用空気
のバイパス回路を用いて空気をバッファー容器へ供給し
て高い濃度の酸素を希釈してから酸素ガスを供給、使用
するようにしている。そのために、従来の酸素ガス濃縮
装置は、前記パイバス回路を必要とした。

【００１５】又従来の酸素ガス濃縮装置において、第
１、第２の吸着塔等の吸着塔は、一般に円筒形状（直管
型）であって、脱着操作時の脱着ガスは、吸着塔の下部
（底）より吸着塔外に急激に排出される。その急激な排
出に伴う急激な減圧、および重力のため、使用中に徐々
に微粉末化されて行く吸着剤が、吸着塔内の下部に蓄積
されて行き、下部に位置するフィルター部の目詰まりに
よる圧力損失が徐々に増加し、吸着塔内の吸着剤の窒素
ガスの吸着能力はまだ十分存在するにもかかわらず、メ
ンテナンスのために吸着塔の交換をする必要が生ずる。

【００１６】又、従来の装置においては、供給する原料
空気の圧力を強めるために用いられるコンプレッサーよ
りの騒音の発生が大である。そのために、酸素ガス濃縮
装置の匡体内部に吸音材を貼り付ける等して騒音のもれ
防止対策をほどこしているが、十分ではない。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の酸素ガス濃縮方
法は、ＰＳＡ方式の酸素ガスの濃縮方法で、各吸収塔へ
の原料の圧縮空気の供給時間を長くすることにより吸着
破過後も原料空気を供給することにより、希釈用空気の
バイパス回路を用いて原料供給源より直接空気を濃縮ガ
スに加えることなしに所望の濃度の酸素ガスを得るよう
にしたことを特徴としている。

【００１８】即ち、本発明の方法は吸収塔への原料空気
の供給を吸着破過後も行なうことによって、吸着剤に窒
素ガスを吸着させて高濃度の酸素ガスを得ると共に吸着
破過後の原料空気の供給により窒素の吸着なしに高濃度
酸素ガス供給路と同じ回路を通して原料空気を加えて高
濃度酸素ガスの濃度を薄めて所望の濃度にできる。又、
各吸着塔への１サイクルの原料空気供給時間の設定によ
って得られる酸素ガスの濃度を比較的正確に定めること
ができる。

【００１９】又、本発明の酸素ガス濃縮装置は、ＰＳＡ
方式を採用した装置で、吸収塔をＵ字状とし、その原料
空気の供給口、脱着ガスの排出口、および濃縮酸素ガス
の排出口等のすべてが上方に位置するようにした。

【００２０】これにより、使用中に徐々に微粉末化され
て行く吸着剤は重力によりＵ字管底部に集まるので、上
部に位置するフィルター部に早期に目詰まりすることは
なく、従来の直管型の吸着塔を使用する場合に比較して
はるかに長寿命となる。

【００２１】又、本発明の酸素ガス濃縮装置は、原料の
圧縮供給装置であるエアーコンプレッサーを密閉箱内に
収納することにより又、弾性部材により宙に支持したこ
とを特徴とする。これによりコンプレッサー運転時の振
動の減少と騒音防止になる。又、排気脱着ガスをこのエ
アーコンプレッサーを収納する密閉箱内へ送風すること
により密閉箱内を冷却して極度の温度上昇を防止してい
る。

【００２２】

【発明の実施の形態】図１は本発明の酸素ガス濃縮方法
を実現するための装置の概要を示す図で、１５は原料供
給源（圧縮空気）、４、５は夫々第１、第２の吸着塔
で、内部には吸着剤が充填されている。又７は濃縮され
た酸素ガスを入れるバッファー容器である。又、Ｖ１、
Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５は夫々バルブ、Ｖ６、Ｖ７は逆
流防止弁である。９は吸着された窒素ガスを脱着するた
めに供給される濃縮された酸素ガスを一定量に制限する
ためのオリフィスである。

【００２３】又図２は、本発明の酸素ガス濃縮方法のタ
イムサイクルのシーケンスを示す。この図においてＡ、
Ｂ、Ｃは夫々前サイクル、単位操作（１サイクル目）、
単位操作（２サイクル目）、Ｂ１、Ｂ２は夫々１サイク
ル目における第１の吸着塔４における吸着および１サイ
クル目の第２の吸着塔５における吸着、又Ｃ１、Ｃ２は
夫々２サイクル目における第１の吸着塔２における吸着
および第２の吸着塔３における吸着を示し、Ｔ ａは各吸
着塔における単位操作の操作時間である。つまり前サイ
クル（Ａ）、１サイクル目（Ｂ）におけるＢ１およびＢ
２、２サイクル目（Ｃ）におけるＣ１およびＣ２の操作
時間はいずれもＴａである。又各弁Ｖ１〜Ｖ５の操作に
おいて矢印が上側に位置する時は、バルブが開（Ｏ
Ｐ）、下側に位置する時はバルブが閉（ＣＬ）である。

【００２４】この図に示すように、前サイクル（Ａ）に
おいてはバルブＶ１は閉じ、バルブＶ２は開き、バルブ
Ｖ３はｔ秒間閉じた後に開き、バルブＶ４は閉じ、バル
ブＶ５はｔ秒間開いた後に閉じる。即ちこの前サイクル
（Ａ）においてはバルブＶ１が閉じバルブＶ２が開いて
おり、これにより圧縮空気はバルブＶ２を通って第２の
吸着塔５に供給され、ｔ秒間はバルブＶ３、Ｖ４は閉じ
バルブＶ５が開かれているため第１の吸着塔４内に溜ま
っている濃縮された酸素ガスはバルブＶ５を通って第１
の吸着塔４から第２の吸着塔５へ移り、続いて第１の吸
着塔４において脱着が行なわれる。又前サイクル（Ａ）
の工程開始からｔ秒後にバルブＶ３が閉じた状態から開
き、又バルブＶ５が開いた状態から閉じられ、これによ
って第１の吸着塔４内の脱着のためのガスはバルブＶ３
を通って排出される。

【００２５】次に１サイクル目（Ｂ）においては、図２
に示すように、Ｂ１の間はバルブＶ１が閉じた状態から
開かれ、バルブＶ２が開いた状態から閉じ、バルブＶ３
が開かれた状態から閉じられ、バルブＶ４は閉じられた
ままでｔ秒後に開かれ、バルブＶ５は開かれた状態から
ｔ秒後には再び閉じられる。このようなバルブの操作に
より、まずバルブＶ１が開かれると同時にバルブＶ２が
閉じることによって、圧縮空気はバルブＶ１を通って第
１の吸着塔４に送り込まれる。又バルブＶ３が閉じら
れ、又ｔ秒後にバルブＶ４が閉じた状態から開かれ、バ
ルブＶ５がｔ秒間だけ開かれることにより、第２の吸着
塔５内に溜まっている濃縮された酸素ガスはバルブＶ５
を通って第１の吸着塔４に入り、濃縮された酸素ガスの
回収が有効に行なわれる。Ｂ１サイクル開始からｔ秒後
にバルブＶ４が閉じた状態より開かれ、又バルブＶ５が
開かれた状態から閉じ、これによって第１の吸着塔４は
吸着操作に、また第２の吸着塔５は脱着操作に入る。そ
の後も第１の吸着塔４へは原料の圧縮空気が送り込ま
れ、吸着剤による窒素の吸着が行なわれ、濃縮された酸
素ガスは流路４ａを通ってバッファー容器７に送られ
る。

【００２６】１サイクル目（Ｂ）開始からＴ ａ秒後の図
２に示すＢ２においてバルブＶ１が開かれた状態から閉
じられ、又バルブＶ２が閉じた状態から開かれ圧縮空気
の供給は、第１の吸着塔４から第２の吸着塔５に切り換
えられる。又その時バルブＶ３は閉じられたままであ
る。開かれていたバルブＶ４は閉じられ、バルブＶ３、
Ｖ４共に閉じられた状態になる。ここでバルブＶ５は開
きｔ秒間経過後に閉じる。これによってｔ秒間、第１の
吸着塔４内に溜まっている濃縮された酸素ガスはバルブ
５を通って第２の吸着塔５に入り、濃縮された酸素ガス
の回収が有効に行なわれる。

【００２７】ここでｔ秒後にバルブＶ３が開きバルブＶ
５が閉じ、原料の圧縮空気が第２の吸着塔５へ送り続け
られると共に第１の吸着塔４は脱着操作に入る。

【００２８】このようにして２×Ｔ ａ秒後に１サイクル
目（Ｂ）は終了する。

【００２９】２サイクル目（Ｃ）は図２に示すように１
サイクル目（Ｂ）と同じ操作である。

【００３０】この操作を繰り返すことにより、濃縮され
た酸素ガスは、バッファー容器３へ送られる。

【００３１】本発明の酸素ガス濃縮方法は、図１に示す
構成の装置で、図２に示す通りのタイムサイクルにもと
づくものであるが、この操作において時間Ｔ ａ（秒）を
従来の方法よりも長くとることを特徴としている。これ
によって、一方の吸着塔例えば第１の吸着塔へ圧縮空気
を送り込む時間を長くし、吸着塔内の吸着材の窒素の吸
着力が飽和状態に達しても圧縮空気を送り込み、したが
って殆ど窒素が吸着されないまま、第１の吸着塔からバ
ッファー容器７に送り込まれ、これによって既に送り込
まれている高い濃度の酸素ガスを希釈するようにしたこ
とを特徴としている。これにより図１に示すように圧縮
空気をバッファー容器に直接送り込むための希釈用空気
のバイパス回路が不要になり、又回路中のバルブやその
切り換え操作が不要になる。

【００３２】図３は、吸着操作時間Ｔ ａ（秒）に対する
製品酸素ガス濃度の変化を示す図で、この図３において
Ｔ ｂは吸着剤再生不足領域、Ｔ ｃは吸着破過領域であ
る。

【００３３】したがって、この吸着操作時間Ｔ ａの選択
によって得られる酸素ガスの濃度は決まる。つまりＴ ａ
が長くなったことにより吸着破過領域Ｔ ｃでの吸着なし
の原料空気がそのまま酸素ガスに混入され薄められ、又
Ｔ ｃの値の大小により窒素が吸着されない空気の混入量
が決まり正しい濃度の酸素ガスが得られる。

【００３４】次に本発明の酸素濃縮装置の実施の形態を
図面にもとづき説明する。

【００３５】図４は、本発明の酸素濃縮装置の構成例を
示す図で、図において、１は原料空気中の汚染微粒子除
去用の小型フィルター、２は空気圧縮器を密封した密封
箱、３は圧縮空気冷却用の冷却管、４Ａは第１のＵ字型
吸着塔、５Ａは第２のＵ字型吸着塔、Ｖ６、Ｖ７は逆流
防止弁、７はバッファー容器、８は圧力計付き圧力調整
弁、９は流量調整弁付き空気流量計、１０は脱着再生用
ガスとしての酸素ガス供給用の流量制限オリフィス、１
１は脱着ガス放出用消音器、Ｖ１〜Ｖ５は夫々電磁弁で
ある。

【００３６】以上の構成の本発明の酸素濃縮装置は、原
料空気を小型フィルター１により汚染微粒子の除去を行
なった後に空気圧縮器２により高圧の空気とし、更に冷
却管３を通して冷却した後に第１の吸着塔４Ａ又は第２
の吸着塔５Ａに供給し、窒素ガスを吸着剤に吸着させて
高濃度の酸素ガスとした後に夫々流路４ａ，５ａを通っ
てバッファー容器７に送る。ここで図２に示すタイムサ
イクルに示すように電磁弁Ｖ１〜Ｖ５の切り換え操作に
よって、第１の吸着塔４Ａによる窒素ガスの吸着による
酸素濃度を高める操作中、第２の吸着塔５Ａにおいて
は、吸着剤により吸着された窒素ガスの脱着を行ない排
出する。この操作が前記電磁弁の切り換えにより交互に
行われる。

【００３７】以上述べた図４に示す本発明の酸素ガス濃
縮装置の基本構成は、本発明の酸素ガスの濃縮方法の説
明のために示した図１の構成と同じである。したがって
図４に示す本発明の酸素ガス濃縮装置においても、図２
に示すタイムサイクルにもとづいたバルブＶ１〜Ｖ５の
開閉操作による運転によって濃縮された酸素ガスを得
る。そして、時間Ｔ ａの選択により、図３をもとに述べ
た吸着破過の時点での空気の供給を利用しての所望の濃
度に希釈された酸素ガスを得ることができる。

【００３８】ここで図４に示す本発明の酸素ガス濃縮装
置は、単に図１にて述べた本発明の酸素ガス濃縮方法を
実現するためのものではなく、次に述べるような従来の
装置とは異なる特徴を有している。

【００３９】その一つの特徴としては、第１、第２の吸
着塔をＵ字管状とした点である。

【００４０】又第２の特徴としては、後に具体的に述べ
るようにエアーコンプレッサーを密閉箱内に収納すると
共にそれを宙に支持するための本発明特有の構成によっ
て振動等による騒音発生を防止している。

【００４１】更に前記密閉箱内への排出脱着ガスの供給
等により密閉箱内の温度上昇を出来る限り抑え、これに
よりエアーコンプレッサーのコストの低減をはかってい
る。

【００４２】次に本発明の酸素ガス濃縮装置の特徴につ
いての具体的構成の説明およびこの特徴により得られる
利点を比較例との比較にもとづく説明を行なう。

【００４３】まず本発明の特徴の一つであるＵ字型吸着
塔について円筒状の直管式の吸着塔との比較にもとづき
述べる。

【００４４】図５は吸着塔の形状を示す図で、（Ａ）は
従来例、（Ｂ）、（Ｃ）は本発明のものである。図に置
いてＦ１は吸入側フィルター、Ｆ２は排出側フィルター
で、Ｌ₁，Ｌ₂は充填層の長さで、Ｌ₁＝Ｌ₂、Ｄ₁，Ｄ₂は
吸着塔の内径で、Ｄ₁＝Ｄ₂である。

【００４５】（Ｃ）において、本発明の吸着塔における
高さＨと長さＷを変化させた時のＨとＷと排出酸素ガス
量との関係を示すと下記の表１の通りである。

【００４６】 表１ 実験１ 実験２ 実験３ 実験４ （１） ２５ｃｍ ２２．５ｃｍ ２０ｃｍ １７．５ｃｍ （２） １０ｃｍ １５ｃｍ ２０ｃｍ ２５ｃｍ （３） 充填層に 充填層に 充填層に隙間 充填層に隙間 隙間なし 隙間なし が僅か発生 が可成り発生 （４） ９２容量％ ８９容量％ ３８容量％ ２８容量％ 上記表１において（１）は図５（Ｃ）に示す充填層垂直
部分の充填の長さＨ、（２）は充填層底部湾曲部分の充
填の長さＷ、（３）は運転中における底部充填層部分の
充填状態の目視観察結果、（４）は排出酸素ガスの酸素
濃度の測定値を夫々示している。

【００４７】上記実験の結果が示すように、Ｌ₂を一定
にした場合、湾曲部分の充填の長さＷが大になると、し
たがってＨが小になると底部充填部分の充填層に隙間が
生じ、そのため吸着塔に送り込まれた原料空気のうち、
吸着剤に触れることなく、通り過ぎる空気が多くなり、
そのため窒素が吸着されずに通過する原料空気の量が増
えるため酸素濃度が減少することがわかる。

【００４８】したがって、本発明装置で用いるＵ字型吸
着塔は、Ｗの値が所定値以下であることが望ましい。

【００４９】次に、下記表２にて与えられる本発明の装
置と直管吸収塔の従来の装置との比較実験の結果を表３
に示す。 表２ 本発明 従来例 吸着塔型式 Ｕ字管 直管 吸着塔内径 ５５ｍｍ ５５ｍｍ 吸着剤充填量 各１Ｋｇ×２ 各１Ｋｇ×２ 計装用圧縮空気の元圧調整弁 ７Ｋｇ／cm²・G ７Ｋｇ／cm²・G 圧縮空気の供給元流量調整弁 平均４０nL/min 平均４０nL/min 圧縮空気の供給元圧力調整弁 ３Ｋｇ／cm²・G ７Ｋｇ／cm²・G 排出酸素ガスの圧力調整弁 ０．９Ｋｇ／cm²・G ０．９Ｋｇ／cm²・G 排出酸素ガスの流量調整弁 ５ｎＬ／ｍｉｎ ５ｎＬ／ｍｉｎ 吸着操作時間 Ｔ_a 各１５秒間 各１５秒間 酸素ガスの回収時間 ｔ 各３秒間 各３秒間 吸着塔の完成高さ ３７ｃｍ ７１ｃｍ 表３ 圧縮空気の供給元平均流量の変化 実験開始後の経過時間 本発明 従来例 ０ｈ ４０Ｌ／ｍ ４０Ｌ／ｍ １００ｈ ４０Ｌ／ｍ ４０Ｌ／ｍ ５００ｈ ４０Ｌ／ｍ ３８Ｌ／ｍ １０００ｈ ４０Ｌ／ｍ ３６Ｌ／ｍ ２０００ｈ ４０Ｌ／ｍ ３４Ｌ／ｍ ２５００ｈ ３９Ｌ／ｍ ３０Ｌ／ｍ ３０００ｈ ３９Ｌ／ｍ ２５Ｌ／ｍ 排出酸素ガスの圧力変化 実験開始後の経過時間 本発明 従来例 ０ｈ ０．９Ｋ ０．９Ｋ １００ｈ ０．９Ｋ ０．９Ｋ ５００ｈ ０．９Ｋ ０．８５Ｋ １０００ｈ ０．９Ｋ ０．８４Ｋ ２０００ｈ ０．９Ｋ ０．８２Ｋ ２５００ｈ ０．８５Ｋ ０．８Ｋ ３０００ｈ ０．８３Ｋ ０．７５Ｋ 排出酸素ガスの濃度変化 実験開始後の経過時間 本発明 従来例 ０ｈ ６５％ ６５％ １００ｈ ６５％ ６５％ ５００ｈ ６５％ ６２％ １０００ｈ ６５％ ６０％ ２０００ｈ ６５％ ５５％ ２５００ｈ ６２％ ５０％ ３０００ｈ ６０％ ４４％ 上記表３より明らかなように、本発明のＵ字型吸着塔を
用いた酸素ガス濃縮装置においては、２０００時間の長
時間にわたって安定した酸素ガスの供給が可能である。

【００５０】一方従来例の直管式吸着塔を用いた酸素ガ
ス濃縮装置において、５００時間にて明瞭な排出酸素ガ
スの圧力の低下および濃度の低下を生ずる。したがっ
て、１００時間を超えると前記圧力低下および濃度の低
下の可能性があり、メンテナンスの必要性が生ずる。

【００５１】このように本発明の酸素ガス濃縮装置によ
れば、従来の装置の約２０倍の時間にわたって安定した
酸素の供給が可能である。

【００５２】この本発明の装置において用いるＵ字型吸
着塔は、図示するように、原料空気の供給側の口がいず
れも上に位置するように配置することが望ましい。特に
上記の口が下方を向いた場合、フィルター等への吸着剤
により目詰まりにより直管式と同様の欠点を生ずる。そ
のため、Ｕ字型吸着塔は傾斜させて配置しても問題はな
いが上記欠点が生じないようにする必要がある。

【００５３】又バッファー容器７は直管型でもよい。

【００５４】以上述べた本発明の酸素ガス濃縮装置で用
いる吸収塔は、断面形状が円形あるいは楕円形である
が、断面形状が図６に示すような半円形あるいは半楕円
形でＵ字型の吸収塔でもよい。

【００５５】このような断面形状が半円形又は半楕円形
の吸収塔は、図６の（Ａ）に示すように金属板Ｐ１等を
プレス加工することによりＵ字状部分Ｕを形成し、これ
に（Ｂ）に示すように他の板Ｐ２を気密に接合すること
により（Ｃ）に示すような断面形状のＵ字型吸着塔を製
造し得る。したがってＵ字型吸着塔を比較的容易に作製
できる。

【００５６】又、板Ｐ２として酸素ガス濃縮装置を収納
する匡体の壁面を利用することも可能である。つまり匡
体を構成する壁の内面に気密性を保つようにして直接固
定することにより吸着塔を形成できる。この場合、Ｕ字
状部分Ｕを有する板Ｐ１を匡体に直接固定するため、吸
着塔を支持するための手段を必要とせず、一層製作が容
易になる。これによって吸着塔の構造が簡単で部品点数
が減少し、又装置の組立が容易になるため大幅にコスト
ダウンすることが可能になる。

【００５７】又、酸素ガス濃縮装置の各部品の配置や各
回路の接続等の関係から吸着塔を匡体壁面に取り付ける
ことができない場合も、匡体内に板Ｐ２に相当する板を
たてることにより、これに凹部Ｕを形成した板Ｐ１を気
密性を保って固定することにより容易に吸着塔を形成し
得る。

【００５８】このように、断面半円形のＵ字型吸着塔
は、断面円形のＵ字型の吸着塔に比べて、吸着塔の配置
および支持が簡単である利点を有する。又半楕円形のＵ
字型の吸着塔も、同様の方法で作成でき、同様の利点を
有する。

【００５９】次に本発明の酸素濃縮装置の一つの特徴で
あるエアーコンプレッサーの配置の具体例について述べ
る。

【００６０】図７は、本発明の酸素濃縮装置の密閉箱に
封入された空気圧縮器の構成を示す図である。この図７
において５１は厚さ１５ｍｍの積層木板製で、その内壁
面全面に厚さ２ｍｍの鉛シートを弾力性を持つ厚さ１ｍ
ｍの耐熱粘着シートにより貼り付けた密封板よりなる密
閉箱、５２はピストン圧縮型のコンプレッサー部、５３
は電動モーター、５４はコンプレッサーの吸入ノズル
部、５５は吸気導入管、５６はコンプレッサー吸気口、
５７は吐出ノズル部、５８は耐熱ナイロンチューブによ
りなる圧縮空気の導出管、５９は圧縮空気の吐出口、６
０は密閉箱の内部を冷却するための吸着塔からの脱着ガ
スの導入口、６１は冷却ガス放出管、６２は密閉箱より
排出される冷却ガス取り出し口、６３は固定部６４によ
りエアーコンプレッサー５２を固定する台、６５は台６
３を支持するスプリング、６６は電導モーター用の端子
である。

【００６１】以上述べたように、本発明の酸素ガス濃縮
装置で用いるエアーコンプレッサー５２およびそれを駆
動するモーター５３は、密閉箱５１内にスプリング６５
により支持されている固定台６３に固定されており、し
たがってコンプレッサー運転中の振動はスプリング６５
によりほぼ完全に吸収され、騒音は密閉箱外に伝わるこ
とがほとんどない。

【００６２】更に密閉箱５１自体を吸着塔、バッファー
容器等を配置した酸素ガス濃縮装置のケースの天井より
弾性体よりなる紐状の部材にて宙吊りにすれば、一層振
動吸収の効果が得られ、騒音はほぼ完全に防止し得る。

【００６３】又、本発明の装置で用いるエアーコンプレ
ッサーを収納する密閉箱５１には、冷却ガス放出管６１
が設けられており、この放出管６１より放出するガスに
より密閉箱５１内の極度の温度上昇を防止するようにし
ている。しかも図４に示すように、この密閉箱５１内に
放出するガスは排出脱着ガスであって、一般にはそのま
ま排出するガスを一度密閉箱５１内に放出して冷却に利
用した後に密閉箱５１外に排出し廃棄するようにしたも
ので、新なた冷却装置を設置することなしに密閉箱内つ
まりエアーコンプレッサーおよびその周辺を冷却するよ
うにしている。

【００６４】これによって、この冷却を行なわない場合
に比べてエアーコンプレッサーの運転中の極度の温度上
昇によるコンプレッサー等の高温焼付けなどの故障を防
止出来る。

【００６５】したがって、本発明においては高温下での
運転に耐え得る耐熱仕様のコンプレッサー等の選定が必
要となるが、例えば自動車のエンジン周りで使用されて
いるような耐熱仕様のものの選定で充分である。

【００６６】

【発明の効果】本発明の方法によれば、希釈用の補助回
路を必要とせず構成が簡単である。又、弁の開閉の操作
のみの簡単な操作で得られる酸素ガスの濃度を所望の正
確な濃度になし得る。

【００６７】又本発明の装置によれば、Ｕ字型吸着塔を
用いたことにより、短時間でのメンテナンスの必要がな
くなり、装置の長時間継続使用が可能であり、更に保守
管理が容易になる。又、コンプレッサーを密閉箱に収納
すること等により振動による騒音の発生を抑え、又、多
少なりとも密閉箱内の冷却を考慮したことにより、密閉
箱内の極度の温度上昇を防止し、一般に入手できる耐熱
仕様のコンプレッサーの使用が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の方法の構成を示す図

【図２】 本発明の方法におけるタイムサイクルを示す
図

【図３】 原料空気供給時間と酸素濃度との関係を示す
図

【図４】 本発明の装置の構成を示す図

【図５】 直管式吸着塔とＵ字型吸着塔との比較説明の
ための図

【図６】 断面半円形のＵ字型吸着塔の例を示す図

【図７】 本発明で用いるコンプレッサーの密閉室への
収納状態を示す図

【図８】 従来のＰＳＡ方式の酸素ガスの濃縮方法の構
成を示す図

【符号の説明】

４、５、４Ａ、５Ａ 吸着塔 Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５ バルブ ５１ 密閉室 ５２ コンプレッサー ５３ 電動モーター ６３ 固定台 ６５ スプリング

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 二つの吸着塔へ交互に高圧な空気を供給
   し、吸着塔内の吸着剤にて選択的に窒素ガスを吸着脱着
   を繰り返して酸素ガスを濃縮するＰＳＡ方式の酸素ガス
   の濃縮方法において、各吸着塔への原料の空気の供給時
   間を長くして吸着破過後も空気を供給することにより濃
   縮ガスを所定の濃度に薄めて所望の濃度の酸素ガスを得
   ることを特徴とする酸素ガス濃縮方法。
2. 【請求項２】 吸着剤を夫々充填した二つの吸着塔と、
   前記二つの吸着塔に原料の圧縮空気を供給する供給源
   と、前記供給源より原料空気をバルブを介して前記二つ
   の吸着塔に供給する供給路と、前記二つの吸着塔より排
   出脱着ガスを夫々バルブを介して排出されるガス排出路
   と、前記二つの吸着塔より濃縮ガスを供給する供給路を
   有し、前記二つの吸着塔がＵ字状をなし、その原料供給
   口とガス排出口、又、前記濃縮ガス供給口がいずれも上
   方の部分に位置することを特徴とする酸素ガス濃縮装
   置。
3. 【請求項３】 前記吸着塔の断面形状が円形、半円形、
   楕円形又は半楕円形であることを特徴とする請求項２の
   酸素ガス濃縮装置。
4. 【請求項４】 前記圧縮空気の供給源であるエアーコン
   プレッサーが密封された密閉箱内に配置されたスプリン
   グにて支持されている支持台に固定されていることを特
   徴とする請求項１又は２の酸素ガス濃縮装置。
5. 【請求項５】 前記排出路を前記密閉箱に接続するこ
   とにより排出脱着ガスを前記密閉箱内に供給した後に排
   出することを特徴とする請求項４の酸素ガス濃縮装置。