JP2003119004A - 酸素濃縮装置 - Google Patents
酸素濃縮装置Info
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- JP2003119004A JP2003119004A JP2001314739A JP2001314739A JP2003119004A JP 2003119004 A JP2003119004 A JP 2003119004A JP 2001314739 A JP2001314739 A JP 2001314739A JP 2001314739 A JP2001314739 A JP 2001314739A JP 2003119004 A JP2003119004 A JP 2003119004A
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- Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 圧力変動吸着型酸素濃縮装置は、通常、コン
プレッサを定格速度で運転し、所定の酸素濃度を確保し
て、所望の酸素量を得るため装置出力流量を加減してい
る。このような現状の運転に対し、 （１）酸素出力低減運転時、コンプレッサ運転速度を低
減し、省電力運転する。 （２）コンプレッサ低速度運転時に所定の酸素濃度を確
保する。 【解決手段】 （１）コンプレッサ駆動機の運転速度を
加減し、入力電力を調整する。 （２）酸素出力流量の低減に対し、コンプレッサ運転速
度と２つの吸着塔への高圧空気供給の切換サイクルを制
御して、所定の酸素濃度が得られるようにする。
プレッサを定格速度で運転し、所定の酸素濃度を確保し
て、所望の酸素量を得るため装置出力流量を加減してい
る。このような現状の運転に対し、 （１）酸素出力低減運転時、コンプレッサ運転速度を低
減し、省電力運転する。 （２）コンプレッサ低速度運転時に所定の酸素濃度を確
保する。 【解決手段】 （１）コンプレッサ駆動機の運転速度を
加減し、入力電力を調整する。 （２）酸素出力流量の低減に対し、コンプレッサ運転速
度と２つの吸着塔への高圧空気供給の切換サイクルを制
御して、所定の酸素濃度が得られるようにする。
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明はＰＳＡ方式を利用し
た酸素濃縮装置において、任意の酸素ガス流量で所定の
濃度の酸素ガスを最小電力で得る制御方式に関するもの
である。
た酸素濃縮装置において、任意の酸素ガス流量で所定の
濃度の酸素ガスを最小電力で得る制御方式に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】１）従来の医療用などに供される空気中
の酸素を分離濃縮する小型の酸素濃縮装置においては、
酸素濃縮ガスの取り出し流量の大小に関係なく、コンプ
レッサの運転速度は一定であり、消費電力もほぼ一定と
なる。そのため、酸素濃縮ガスの取り出し量が小さいと
き、過剰電力を浪費することがある。従って、酸素濃縮
ガスの出力流量が小さいときには、省電力化が望まれて
いた。
の酸素を分離濃縮する小型の酸素濃縮装置においては、
酸素濃縮ガスの取り出し流量の大小に関係なく、コンプ
レッサの運転速度は一定であり、消費電力もほぼ一定と
なる。そのため、酸素濃縮ガスの取り出し量が小さいと
き、過剰電力を浪費することがある。従って、酸素濃縮
ガスの出力流量が小さいときには、省電力化が望まれて
いた。
【０００３】２）また、従来のＰＳＡ方式を用いた２本
の吸着塔方式の酸素濃縮装置による酸素、窒素の分離
は、分離装置内における圧力が酸素濃度に大きく影響す
る。コンプレッサが低運転速度となったとき、吸着塔内
の窒素の吸着、脱着の機能が低下し、酸素濃度の確保が
問題であった。
の吸着塔方式の酸素濃縮装置による酸素、窒素の分離
は、分離装置内における圧力が酸素濃度に大きく影響す
る。コンプレッサが低運転速度となったとき、吸着塔内
の窒素の吸着、脱着の機能が低下し、酸素濃度の確保が
問題であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、圧力
変動吸着型酸素濃縮装置において、速度可変のコンプレ
ッサ駆動で小出力流量のときには、コンプレッサの低速
度運転の下で、省電力を実現し、かつ、所定の濃度が得
られる酸素濃縮装置を提供することとした。
変動吸着型酸素濃縮装置において、速度可変のコンプレ
ッサ駆動で小出力流量のときには、コンプレッサの低速
度運転の下で、省電力を実現し、かつ、所定の濃度が得
られる酸素濃縮装置を提供することとした。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は従来の圧力変動
吸着型酸素濃縮装置に対して、所望の酸素の出力濃度を
確保する酸素濃縮ガスを取り出す流量設定手段に関連し
て、コンプレッサの運転速度及び吸着塔の切換圧力を制
御する制御手段を設けたことを特徴とする酸素濃縮装置
である。これによって酸素濃縮ガスの取り出し流量に応
じてコンプレッサで消費する電力が制御できる。
吸着型酸素濃縮装置に対して、所望の酸素の出力濃度を
確保する酸素濃縮ガスを取り出す流量設定手段に関連し
て、コンプレッサの運転速度及び吸着塔の切換圧力を制
御する制御手段を設けたことを特徴とする酸素濃縮装置
である。これによって酸素濃縮ガスの取り出し流量に応
じてコンプレッサで消費する電力が制御できる。
【０００６】所望の酸素の出力濃度を確保し、所望の酸
素の出力流量及び所望の酸素濃度に対応した切換圧力値
を設定する。所望の酸素の出力流量、所望の酸素の出力
濃度に対応した切換圧力値は、それぞれの必要充分な条
件下で、予め装置を運転し、実験的に求めることができ
る。このようにして出力流量の各組み合わせ条件下で得
られた実験値を、各条件下でのコンプレッサの運転速
度、酸素濃度、吸着塔の切換圧力の制御目標として制御
プログラムに予め記憶させておく。これに基づいて、酸
素濃縮ガスを取り出す流量の値に合わせて、コンプレッ
サの運転速度及び吸着塔の切換圧力を制御する。
素の出力流量及び所望の酸素濃度に対応した切換圧力値
を設定する。所望の酸素の出力流量、所望の酸素の出力
濃度に対応した切換圧力値は、それぞれの必要充分な条
件下で、予め装置を運転し、実験的に求めることができ
る。このようにして出力流量の各組み合わせ条件下で得
られた実験値を、各条件下でのコンプレッサの運転速
度、酸素濃度、吸着塔の切換圧力の制御目標として制御
プログラムに予め記憶させておく。これに基づいて、酸
素濃縮ガスを取り出す流量の値に合わせて、コンプレッ
サの運転速度及び吸着塔の切換圧力を制御する。
【０００７】所望の酸素の出力濃度を確保する酸素濃縮
ガスを取り出す流量設定手段は、所望の流量設定値に応
じてコンプレッサの運転速度を所定の速度に設定する。
すなわち、出力流量を酸素出口に取り付けた流量検知手
段で計測し、所望の流量値に一致させながら、コンプレ
ッサの運転速度を調整し、消費電力を下げる。コンプレ
ッサの運転速度を制御すると同時に吸着塔の切換圧力を
制御することを実施する。
ガスを取り出す流量設定手段は、所望の流量設定値に応
じてコンプレッサの運転速度を所定の速度に設定する。
すなわち、出力流量を酸素出口に取り付けた流量検知手
段で計測し、所望の流量値に一致させながら、コンプレ
ッサの運転速度を調整し、消費電力を下げる。コンプレ
ッサの運転速度を制御すると同時に吸着塔の切換圧力を
制御することを実施する。
【０００８】この流量設定手段は酸素出口に取り付けた
濃度検知手段で計測し、出力濃度の変化値によりコンプ
レッサの運転速度と吸着塔の切換圧力を制御する。すな
わち、酸素濃度検知手段により出力濃度を計測し、設定
濃度値より高くなるようコンプレッサの運転速度を決定
し、消費電力を下げる。
濃度検知手段で計測し、出力濃度の変化値によりコンプ
レッサの運転速度と吸着塔の切換圧力を制御する。すな
わち、酸素濃度検知手段により出力濃度を計測し、設定
濃度値より高くなるようコンプレッサの運転速度を決定
し、消費電力を下げる。
【０００９】この流量設定手段は流量設定値により所定
の酸素出力濃度を確保するため、酸素濃度検知手段によ
り出力濃度を計測し、設定濃度値に一致するようコンプ
レッサの運転速度と吸着塔の切換圧力を制御する。例え
ば、酸素濃縮ガスの濃度が低下したときは、コンプレッ
サの運転速度を上昇させると同時に、吸着塔の切換圧力
を上昇させる。
の酸素出力濃度を確保するため、酸素濃度検知手段によ
り出力濃度を計測し、設定濃度値に一致するようコンプ
レッサの運転速度と吸着塔の切換圧力を制御する。例え
ば、酸素濃縮ガスの濃度が低下したときは、コンプレッ
サの運転速度を上昇させると同時に、吸着塔の切換圧力
を上昇させる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を説明する。図１は、酸素濃縮装置を実施する原
理構成を示す主要部システム図であり、図２は、所定の
酸素濃度出力を確保するため、取出す酸素濃縮ガスの流
量により、コンプレッサの運転速度及び吸着塔の切換圧
力を制御するプログラムの流れフローチャートを示す図
である。
施形態を説明する。図１は、酸素濃縮装置を実施する原
理構成を示す主要部システム図であり、図２は、所定の
酸素濃度出力を確保するため、取出す酸素濃縮ガスの流
量により、コンプレッサの運転速度及び吸着塔の切換圧
力を制御するプログラムの流れフローチャートを示す図
である。
【００１１】図１に示すように、吸入フィルタ１３を備
えた原料空気を入れ、コンプレッサ１で圧縮し、制御弁
３を通して、２塔ある吸着塔２の一方へ圧縮空気を送り
込む。吸着塔２内で前記圧縮空気から窒素を吸着して酸
素濃縮ガスとし、貯留タンク５に貯める。圧力検知手段
７は制御弁３の入口で圧力を計測する。この圧力は、予
め記憶された吸着塔の切換圧力値と比較し、設定切換圧
力値に達したら、制御ユニット４から、切換信号が作ら
れる。その信号は制御弁駆動回路１５を通し、制御弁３
を切り換えて、もう一方の吸着塔へ圧縮空気を送り込
む。このとき同時に、窒素ガス取出し口１２を開放し、
先に、窒素を吸着した塔内の窒素ガスに富む空気を制御
弁３、窒素ガス取出し口１２の経路で大気に放出する。
貯留タンク５に貯まった酸素濃縮ガスは減圧弁９を通過
し、流量設定器１０で酸素の出力量を設定し、酸素濃縮
ガス取出し口１１から取出す。
えた原料空気を入れ、コンプレッサ１で圧縮し、制御弁
３を通して、２塔ある吸着塔２の一方へ圧縮空気を送り
込む。吸着塔２内で前記圧縮空気から窒素を吸着して酸
素濃縮ガスとし、貯留タンク５に貯める。圧力検知手段
７は制御弁３の入口で圧力を計測する。この圧力は、予
め記憶された吸着塔の切換圧力値と比較し、設定切換圧
力値に達したら、制御ユニット４から、切換信号が作ら
れる。その信号は制御弁駆動回路１５を通し、制御弁３
を切り換えて、もう一方の吸着塔へ圧縮空気を送り込
む。このとき同時に、窒素ガス取出し口１２を開放し、
先に、窒素を吸着した塔内の窒素ガスに富む空気を制御
弁３、窒素ガス取出し口１２の経路で大気に放出する。
貯留タンク５に貯まった酸素濃縮ガスは減圧弁９を通過
し、流量設定器１０で酸素の出力量を設定し、酸素濃縮
ガス取出し口１１から取出す。
【００１２】コンプレッサの運転速度を制御するのは、
制御ユニット４から、運転速度の制御信号が作られ、コ
ンプレッサ制御装置１４を通すことにより制御される。
酸素濃縮ガスの取出し量を流量設定器１０で設定し、流
量を流量検知手段６で検出し、検出された信号を制御ユ
ニット４に送信する。この流量によって、予め記憶され
たコンプレッサの運転速度値の通りに運転速度が設定さ
れる。また、酸素濃縮ガスの出力濃度を酸素濃度検知手
段８で検出し、検出した信号を制御ユニット４に送信す
る。この濃度によって、予め記憶されたコンプレッサの
運転速度値と吸着塔の切換圧力値の通りにコンプレッサ
の運転速度と吸着塔の切換圧力値が設定される。
制御ユニット４から、運転速度の制御信号が作られ、コ
ンプレッサ制御装置１４を通すことにより制御される。
酸素濃縮ガスの取出し量を流量設定器１０で設定し、流
量を流量検知手段６で検出し、検出された信号を制御ユ
ニット４に送信する。この流量によって、予め記憶され
たコンプレッサの運転速度値の通りに運転速度が設定さ
れる。また、酸素濃縮ガスの出力濃度を酸素濃度検知手
段８で検出し、検出した信号を制御ユニット４に送信す
る。この濃度によって、予め記憶されたコンプレッサの
運転速度値と吸着塔の切換圧力値の通りにコンプレッサ
の運転速度と吸着塔の切換圧力値が設定される。
【００１３】以上のような制御を行うため、事前に設定
されたプログラムを実行する。このプログラムによる制
御内容を図２のフローチャートに従って説明する。
されたプログラムを実行する。このプログラムによる制
御内容を図２のフローチャートに従って説明する。
【００１４】まず、ステップ１０１で、運転スイッチが
オンされたか否か、つまり、酸素生成運転が開始された
か否かを判断し、「否」であれば、酸素生成運転が停止
する。運転スイッチがオンされると、ステップ１０２に
移行する。
オンされたか否か、つまり、酸素生成運転が開始された
か否かを判断し、「否」であれば、酸素生成運転が停止
する。運転スイッチがオンされると、ステップ１０２に
移行する。
【００１５】この後、ステップ１０２で、所望の酸素の
出力流量値及び所望の酸素の出力濃度値が設定される。
この設定値により、コンプレッサの運転速度及び吸着塔
の切換圧力を設定し、設定値に従って、コンプレッサを
運転する。
出力流量値及び所望の酸素の出力濃度値が設定される。
この設定値により、コンプレッサの運転速度及び吸着塔
の切換圧力を設定し、設定値に従って、コンプレッサを
運転する。
【００１６】この後、ステップ１０３で、流量検知手段
で読取られた出力流量値が所望の出力流量値に達したか
否かを判断し、「否」であれば、装置異常と判断し、運
転を停止させる。読取られた出力流量値が所定の出力流
量値に達したときに、ステップ１０４に移行する。
で読取られた出力流量値が所望の出力流量値に達したか
否かを判断し、「否」であれば、装置異常と判断し、運
転を停止させる。読取られた出力流量値が所定の出力流
量値に達したときに、ステップ１０４に移行する。
【００１７】ステップ１０４で、圧力検知手段で読取ら
れた吸着塔の切換圧力が上記で設定された吸着塔の切換
圧力値に達したか否かを判断し、「否」であれば、ステ
ップ１０４での操作を繰り返す。
れた吸着塔の切換圧力が上記で設定された吸着塔の切換
圧力値に達したか否かを判断し、「否」であれば、ステ
ップ１０４での操作を繰り返す。
【００１８】読取られた吸着塔の切換圧力が設定された
切換圧力値に達した時、ステップ１０５に移行し、制御
弁が動作して、吸着塔の吸着、脱着工程の切換を行う。
切換圧力値に達した時、ステップ１０５に移行し、制御
弁が動作して、吸着塔の吸着、脱着工程の切換を行う。
【００１９】この後、ステップ１０６に移行し、酸素濃
度検知手段８で読取られた酸素濃度の出力値が所定の濃
度値に達したか否かを判断し、「否」であれば、ステッ
プ１０７に移行する。酸素濃度の出力値が所定の濃度値
に達しておれば、ステップ１０１に戻って上述の制御を
繰り返しながら、通常運転を行う。
度検知手段８で読取られた酸素濃度の出力値が所定の濃
度値に達したか否かを判断し、「否」であれば、ステッ
プ１０７に移行する。酸素濃度の出力値が所定の濃度値
に達しておれば、ステップ１０１に戻って上述の制御を
繰り返しながら、通常運転を行う。
【００２０】ステップ１０７で、酸素の濃度が所定の濃
度値に達するまでの運転時間が一定時間を超えたかどう
かを判断し、「否」であれば、ステップ１０４に戻って
上述した処理を繰り返す。運転の時間が設定時間を超え
たら、ステップ１０８に移行する。
度値に達するまでの運転時間が一定時間を超えたかどう
かを判断し、「否」であれば、ステップ１０４に戻って
上述した処理を繰り返す。運転の時間が設定時間を超え
たら、ステップ１０８に移行する。
【００２１】ステップ１０８の時点で、酸素濃度が所定
の濃度値以下のため、コンプレッサの運転速度及び吸着
塔の切換圧力を予め記憶されたコンプレッサの運転速度
及び吸着塔の切換圧力値に再調整して、ステップ１０９
に移行する。
の濃度値以下のため、コンプレッサの運転速度及び吸着
塔の切換圧力を予め記憶されたコンプレッサの運転速度
及び吸着塔の切換圧力値に再調整して、ステップ１０９
に移行する。
【００２２】ステップ１０９で、調整されたコンプレッ
サの運転速度及び吸着塔の切換圧力がコンプレッサの許
容最大運転速度値及び吸着塔の許容最大切換圧力値に到
達したか否かを判断し、「否」であれば、ステップ１０
４に戻って新たな設定値に従って、上述した処理を繰り
返す。調整されたコンプレッサの運転速度及び吸着塔の
切換圧力が許容最大値に到達した後は、濃度異常と判断
し、運転を停止する。
サの運転速度及び吸着塔の切換圧力がコンプレッサの許
容最大運転速度値及び吸着塔の許容最大切換圧力値に到
達したか否かを判断し、「否」であれば、ステップ１０
４に戻って新たな設定値に従って、上述した処理を繰り
返す。調整されたコンプレッサの運転速度及び吸着塔の
切換圧力が許容最大値に到達した後は、濃度異常と判断
し、運転を停止する。
【００２３】
【発明の効果】本発明の酸素濃縮装置により
１）酸素濃縮ガスの取出し量が低減したとき、コンプレ
ッサの運転速度を低下させることができる。 ２）また、出力酸素の濃度を所定の濃度値以上に確保で
きる。以上により、酸素出力量が低減したとき、所定の
濃度値以上の濃縮酸素を出力し、そのときの消費電力が
低減される省電力を達成することができる。
ッサの運転速度を低下させることができる。 ２）また、出力酸素の濃度を所定の濃度値以上に確保で
きる。以上により、酸素出力量が低減したとき、所定の
濃度値以上の濃縮酸素を出力し、そのときの消費電力が
低減される省電力を達成することができる。
【図１】本発明の酸素濃縮装置を実施する原理構成を示
す主要部システム図。
す主要部システム図。
【図２】制御プログラムの流れを示すフローチャート。
１ コンプレッサ
２ 吸着塔
３ 制御弁
４ 制御ユニット
５ 貯留タンク
６ 流量検知手段
７ 圧力検知手段（又は、７′いずれか１ヶ所）
８ 酸素濃度検知手段
９ 減圧弁
１０ 流量設定器
１１ 酸素濃縮ガス取り出し口
１２ 窒素ガス取出口
１３ 吸入フィルタ
１４ コンプレッサ駆動装置
１５ 制御弁駆動装置
Claims (5)
- 【請求項１】 圧縮空気を供給する空気圧縮手段と、酸
素と窒素を分離吸着する吸着剤を内蔵した吸着塔と自動
制御弁の作動により、吸着工程、脱着工程を交互に繰り
返すように制御する制御手段とからなる酸素濃縮装置に
おいて、所望の酸素の出力濃度を確保する酸素濃縮ガス
を取り出す流量設定手段に関連して運転速度可変のコン
プレッサの運転速度及び吸着塔の切換圧力を制御する制
御手段を設けてなることを特徴とする酸素濃縮装置。 - 【請求項２】 所望の出力流量、出力濃度の要求に合わ
せて、予め実験的に得られたコンプレッサの最低速度と
それに対応した吸着塔の切換圧力を記憶させた制御装置
を含む請求項１記載の酸素濃縮装置。 - 【請求項３】 所望の酸素の出力濃度を確保する酸素濃
縮ガスを取り出す流量設定手段は、流量設定値の変化に
対し、コンプレッサの運転速度を制御すると同時に吸着
塔の切換圧力を制御する装置をもつ請求項２記載の酸素
濃縮装置。 - 【請求項４】 所望の酸素の出力濃度を確保する酸素濃
縮ガスを取り出す流量設定手段は、酸素濃縮ガスの濃度
変化に対し、コンプレッサの運転速度を制御すると同時
に吸着塔の切換圧力を制御する装置をもつ請求項２記載
の酸素濃縮装置。 - 【請求項５】 所望の酸素の出力濃度を確保する酸素濃
縮ガスを取り出す流量設定手段は、吸着塔の圧力が設定
値に一致しても所定の濃度に到達しない場合、更にコン
プレッサ速度をあげて、圧力を所定の値に上げて、所定
の濃度が得られるように制御する装置をもつ請求項２記
載の酸素濃縮装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001314739A JP2003119004A (ja) | 2001-10-12 | 2001-10-12 | 酸素濃縮装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001314739A JP2003119004A (ja) | 2001-10-12 | 2001-10-12 | 酸素濃縮装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003119004A true JP2003119004A (ja) | 2003-04-23 |
Family
ID=19133003
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001314739A Pending JP2003119004A (ja) | 2001-10-12 | 2001-10-12 | 酸素濃縮装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003119004A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008524107A (ja) * | 2004-12-17 | 2008-07-10 | テキサコ ディベラップメント コーポレイション | 水素生成のための装置および方法 |
| EP2145646A1 (en) * | 2007-05-07 | 2010-01-20 | Teijin Pharma Limited | Oxygen enricher |
-
2001
- 2001-10-12 JP JP2001314739A patent/JP2003119004A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008524107A (ja) * | 2004-12-17 | 2008-07-10 | テキサコ ディベラップメント コーポレイション | 水素生成のための装置および方法 |
| EP2145646A1 (en) * | 2007-05-07 | 2010-01-20 | Teijin Pharma Limited | Oxygen enricher |
| US20100071698A1 (en) * | 2007-05-07 | 2010-03-25 | Teijin Pharma Limited | Oxygen concentrator |
| US8337599B2 (en) * | 2007-05-07 | 2012-12-25 | Teijin Pharma Limited | Oxygen concentrator |
| AU2008246540B2 (en) * | 2007-05-07 | 2013-03-28 | Teijin Limited | Oxygen enricher |
| KR101511803B1 (ko) | 2007-05-07 | 2015-04-13 | 데이진 화-마 가부시키가이샤 | 산소 농축 장치 |
| EP2145646B1 (en) * | 2007-05-07 | 2015-09-30 | Teijin Pharma Limited | Oxygen enricher |
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