JP3685598B2 - 高濃度酸素供給方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、高濃度酸素供給方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、救急医療や呼吸補助などのように高濃度の酸素を瞬時に必要とする場合に好適に使用できる高濃度酸素供給方法に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来より、特定のガスをゼオライト、活性炭、シリカゲルなどの多孔質吸着剤に吸着させたのち、吸着されているガスを温度差、圧力差などを利用して脱着させることにより分離する方法が知られている。このように脱着手段として温度差を利用したものはTSA法(温度スイング吸着法)と呼ばれ、圧力差を利用したものはPSA法(圧力スイング法)と呼ばれている。
【0003】
TSA法は熱伝達に時間を要し、ガスの吸脱着のタイムサイクルが長いという欠点がある。
また、PSA法はガス吸脱着のタイムサイクルが短いため、TSA法よりも普及しているが、PSA法では、粒状の吸着剤を収納した耐圧容器である吸着塔、コンプレッサー、真空ポンプおよびそれらを接続するパイプ、切換バルブなどからなる複雑で大掛かりな装置を必要とする。
【0004】
ところが、救急医療や呼吸補助などの用途では、あらゆる場面で瞬時に高濃度の酸素を必要とするため、PSA法のような酸素供給装置では持ち運びができず、またTSA法では瞬時に高濃度の酸素を供給できず、救急医療などの用途にはTSA法もPSA法も利用できない。
【0005】
本発明は、救急医療や呼吸補助などに使用される高濃度の酸素を瞬時にかつ手軽に供給できる酸素供給方法を提供することを課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、酸素吸着剤であるフェリエライトまたは銀イオン担持フェリエライトとマイクロ波吸収性無機物質を含有する組成物にマイクロ波を照射して加熱することにより、吸着した酸素を瞬時に放出しうることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0007】
かくして本発明によれば、酸素を吸着したフェリエライトまたは銀イオン担持フェリエライトとマイクロ波吸収性無機物質を含有する組成物にマイクロ波を照射して加熱することにより酸素を放出させることを特徴とする高濃度酸素供給方法が提供される。
【0008】
【発明の実施の形態】
本発明において、好適に用いられるゼオライトとしては、酸素吸着量の多いフェリエライトが特に好ましい。
ゼオライトは単独で用いることもできるが、金属イオンを担持させたゼオライトは、ゼオライト単独の場合に比較して、窒素ガス吸着に対する酸素ガスの吸着の比率が高いので好ましい。
【0009】
ゼオライトに担持させる金属としては、銀が好ましい。したがって、本発明において用いられる金属イオン担持ゼオライトとしては、銀イオン担持フェリエライト(Ag−FER)が好ましい。
【0010】
本発明の金属イオン担持ゼオライトは、ゼオライトを所望の金属の硝酸塩、酢酸塩あるいはアンミン錯塩のような金属塩水溶液に浸漬してイオン交換し、このゼオライトを400〜600℃で焼成することにより製造することができる。
【0011】
本発明において、好適に用いられるマイクロ波吸収性無機物質としては、マンガン、ニッケルもしくは鉄の酸化物、または炭化珪素が挙げられる。前記の酸化物としては、具体的には、MnO、Mn3O4、Mn2O3、MnO2、Mn2O7、NiO、FeO、Fe3O4、Fe2O3などの金属酸化物、およびこれらを含むペロブスカイト型の複合酸化物が挙げられる。複合酸化物は、例えば、CuO:MnO=2:1〜1:10、Fe2O3:MnO=5:1〜1:5のものが挙げられ、なかでもCuO:MnO=22:50(日産ガードラー触媒株式会社製、N140)が好ましい。
【0012】
ゼオライトとマイクロ波吸収性無機物質との組成割合は、重量比で1:1〜10:1が好ましく、1:1〜5:1がより好ましい。ここで、1:1よりゼオライトの割合が小さいと、酸素放出量が少なくなるので好ましくない。また、10:1よりゼオライトの割合が大きいと、マイクロ波を照射したときに充分な加熱が得られないので好ましくない。
【0013】
本発明の組成物は、例えばゼオライト単独または金属イオン担持ゼオライトとマイクロ波吸収性無機物質とを混合し、使用目的に応じて、粉末状(粉砕品)、顆粒状、ペレット状、タブレット状、ハニカム状などに成形することができる。例えば、顆粒状の場合、その粒径は2〜10mm程度が適当である。
【0014】
本発明の組成物は、未包装の状態で用いることもできるが、包装する場合の包装材としては、通気性に優れ、かつ加熱時の耐マイクロ波性および耐熱性を有するものが好ましい。
【0015】
本発明の機構は、まず組成物中のマイクロ波吸収性無機物質がマイクロ波照射により発熱し、その熱によりゼオライトが加熱され、吸着している酸素を放出することからなる。ここでマイクロ波の照射方法は特に限定されず、酸素放出中に間欠的に、あるいはゼオライトが酸素で飽和された後で照射される。酸素放出中に照射する場合は、例えば周波数1〜10GHz、50〜1500Wのマイクロ波を0.1〜10秒間隔で印加すればよい。また、酸素飽和後に照射する場合は、例えば周波数1〜10GHz、50〜1500Wのマイクロ波を5〜10分間印加すればよい。
【0016】
本発明の高濃度酸素供給方法は、従来のTSA法やPSA法を利用した酸素供給装置と比較して、小型軽量化が可能であり、必要時に瞬時にかつ手軽に高濃度の酸素を供給することができる。
さらに、酸素脱着後の酸素再吸着が早いので、吸脱着サイクルが短く、短時間に繰り返し高濃度の酸素を供給することができる。
したがって、瞬時に高濃度の酸素を必要とする救急医療や呼吸補助などの利用に適している。また、石油ヒーター、ガスヒーターなどの使用による室内酸欠時の酸素補給などの分野においての応用が期待できる。
【0017】
【実施例】
本発明を以下の実施例により具体的に説明するが、これらは本発明を限定するものではない。
【0018】
実施例1(金属イオン担持ゼオライトの製造)
フェリエライト(東ソー株式会社製)を、銀イオン硝酸塩水溶液に浸漬してイオン交換し、500℃で焼成することにより、表1に記載の銀イオン担持ゼオライト(Ag−FER)を得た。なお、表1には参考として前述と同様にして得た他の金属イオン担持ゼオライトも記載している。
【0019】
実施例2(金属イオン担持ゼオライトの酸素吸着量の測定)
アイストラップと電気炉からなる温度制御機構3を備えた吸着管2、水銀マノメーター4、循環ポンプ5、真空ポンプ6、酸素ガス供給系7、窒素ガス供給系8、バルブおよびそれらを接続する配管からなる図1の閉鎖循環系装置1を用いて、実施例1で得た銀イオン担持ゼオライト(Ag−FER)の酸素吸着量を測定した。
【0020】
測定方法は、まず金属イオン担持ゼオライト9を5gまたは10g秤量し、吸着管2に充填し、真空ポンプ6で装置1内を脱気しながら、電気炉を用いて金属イオン担持ゼオライト9を300℃で15分間加熱処理した。次いで、アイストラップを用いて金属イオン担持ゼオライト9を0℃まで冷却し、酸素ガス供給系7より所定圧力の酸素ガスを導入し、金属イオン担持ゼオライト9の酸素吸着が平衡に達するまで保持し、酸素吸着量を測定した。
前述の測定方法にて得られた銀イオン担持ゼオライト(Ag−FER)の酸素吸着量を表1および図2に示す。参考までに、表1および図2には、前述の測定方法で得た他の金属イオン担持ゼオライトの酸素吸着量の結果も記載している。
【0021】
【表1】
【0022】
実施例3(組成物の製造)
ゼオライト単独または実施例1で得られた金属イオン担持ゼオライトと、マイクロ波吸収性無機物質としての銅−マンガン化合物(N140)とを混合、加圧成形することにより、顆粒状の組成物(粒径2〜5mm)を得た。
【0023】
実施例4(組成物のマイクロ波照射による酸素脱着試験)
電子レンジ11(周波数2.45GHz、500W)および熱電対12を備えた試料容器13、空気または窒素のガス供給系14、循環ポンプを備え、ジルコニアセルを検出部とする酸素分析計15(日本ガイシ社製、SCP−X)およびそれらを接続する配管からなる図3のマイクロ波加熱酸素脱着試験装置10を用いて、本発明の組成物16の酸素脱着量を測定した。
【0024】
実施例3で得られた組成物、Ag−FER/N140(重量比5/1)を9.79g秤量し、試料容器13に充填し、ガス供給系14より300ml/分で空気を流通させた。次いで、マイクロ波を1秒ON−10秒OFFを1パルスとして照射した。熱電対12と酸素計15でそれぞれ測定された各パルス毎の温度と酸素放出量を表2に示す。なお、表2における各パルス毎の温度は上段がマイクロ波照射前、下段がマイクロ波照射後を示す。
空気を流通させる代わりに、空気を循環、または窒素を流通させ、上記と同様に温度と酸素放出量を測定した。なお、空気を循環させる場合は、図3の点線の部分を接続した。得られた結果を表2に示す。
【0025】
【表2】
【0026】
表2より、本発明の組成物は、酸素の吸脱着を繰り返してもその性能が低下しないことがわかる。したがって、本発明の方法によれば、本発明の組成物にマイクロ波を照射して加熱することにより繰り返し高濃度の酸素を供給できることがわかる。
【0027】
【発明の効果】
本発明の高濃度酸素供給方法は、酸素を吸着したゼオライトとマイクロ波吸収性無機物質を含有する組成物にマイクロ波を照射して加熱することにより高濃度の酸素を放出させることを特徴とする。したがって、本発明によれば、必要時に瞬時に高濃度の酸素を供給することができる。また、本発明によれば、酸素脱着後の酸素吸着が早い(吸脱着サイクルが短い)ので、短時間に繰り返し高濃度の酸素を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例2において金属イオン担持ゼオライトの酸素吸着量の測定に用いた閉鎖循環系装置の概略図である。
【図2】 実施例2における各金属イオン担持ゼオライトの酸素吸着量を表すグラフである。
【図3】 実施例4において組成物のマイクロ波による酸素脱着試験に用いたマイクロ波加熱酸素脱着試験装置の概略図である。
【符号の説明】
1 閉鎖循環系装置
2 吸着管
3 温度制御機構
4 水銀マノメーター
5 循環ポンプ
6 真空ポンプ
7 酸素ガス供給系
8 窒素ガス供給系
9 金属イオン担持ゼオライト
10 マイクロ波加熱酸素脱着試験装置
11 電子レンジ
12 熱電対
13 試料容器
14 ガス供給系
15 酸素分析計
16 組成物
Claims (2)
- 酸素を吸着したフェリエライトとマイクロ波吸収性無機物質を含有する組成物にマイクロ波を照射して加熱することにより酸素を放出させることを特徴とする高濃度酸素供給方法。
- 酸素を吸着した銀イオン担持フェリエライトとマイクロ波吸収性無機物質を含有する組成物にマイクロ波を照射して加熱することにより酸素を放出させることを特徴とする高濃度酸素供給方法。
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US09/445,422 US6379435B1 (en) | 1997-06-30 | 1998-06-29 | Adsorbing device, method of deodorizing therewith, and method of supplying high concentration oxygen |
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