JPH0544222U - ガス濃縮装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 圧力変動吸着法（ＰＳＡ法）によるガス濃縮
装置において、吸着筒への原料空気を加圧供給と減圧排
気との工程を交番的に切替えるための切替時間を、交流
電源の周波数の変化によって自動的に選択する。 【構成】 交流電源の周波数を分周することにより所望
の時間を得て、該交流電源の周波数が変化すれば、前記
の切替時間も別の所望の時間に自動的に変化する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】 本考案は、圧力変動吸着（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｗｉｎｇ Ａｄｓｏｒｐｔｉ ｏｎ．以下ＰＳＡという）法によってガスを分離するガス濃縮装置の改良に係わ る。

【０００２】

【従来の技術】

空気を原料としてガスを分離濃縮する方法の一つに、ＰＳＡ法がある。このＰ ＳＡ法は加圧供給する原料空気のうち、特定のガスを選択的に吸着しやすい吸着 剤等を充填した吸着筒に、原料空気を、加圧供給と減圧排気との工程を一定のサ イクルで交番的に切替えて、特定の吸着されにくいガスを吐出して製品ガスとす ることにより、ガスを分離濃縮するものである。

【０００３】 また、一旦ガス等を吸着した吸着剤等を減圧して、吸着剤等を脱着再生して次 のサイクルに備えるようにしたものである。さらに製品ガスの一部分を、パージ ガスとして吸着筒に導入して吸着剤を浄化することもある。

【０００４】 我が国における一般電源（購入電源）は、地域によってその周波数が５０Ｈｚ と６０Ｈｚがあり、ＰＳＡ法によるガス濃縮装置の原料空気を加圧供給するモー ターと直結したコンプレッサーの能力は、電源電圧が一定であっても、その周波 数が異なればモーターの回転数やトルクが異なるので、その能力すなわち吐出空 気量も変化することが一般に知られている。

【０００５】 このように電源周波数によってコンプレッサーの能力が変化する場合に、前記 のパージガスの流量を、電源周波数の異なる地域において、それぞれ任意に通気 プラグを選択してＰＳＡ法によるガス濃縮装置の効率を改善する試みがされてき た。（例えば実公 昭６２−７３９号公報参照）

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】 ＰＳＡ法による酸素濃縮装置において、吐出する製品ガスの流量が同一の場合 に、その濃度（体積比・以下同じ）と、ＰＳＡ切替時間との関係は、次の表１の ようであった。 表１ 吐出流量 切替時間 酸素濃度 電源周波数 （リットル／分） （秒） （％） （Ｈｚ） ３．０ １４．４０ ９５．２ ６０ ３．０ １４．４０ ８５．５ ５０ ３．０ １７．２８ ９４．８ ５０

【０００７】 従って例えば、電源周波数が６０Ｈｚで最適な切替時間（１４．４０秒，酸素 濃度９５．２％）に調整したものであっても、吐出流量と切替時間を同一条件で 、電源周波数を５０Ｈｚにすると、酸素濃度が８５．５％に低下するという問題 があった。

【０００８】 また、電源周波が５０Ｈｚの場合には、この周波数における最適な切替時間（ １７．２８秒）に調整することにより、酸素濃度９４．８％を得ることができた 。（表１参照）

【０００９】 従来は、前記の酸素濃縮装置を使用に供する場合に、その都度それぞれの使用 地の電源周波数に適合した条件に調整しなければならないという問題があった。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

本考案は、前記のＰＳＡ法による酸素濃縮装置を含むガス濃縮装置において、 電源周波数の変化に伴って、前記の工程を交番的に切替えるための切替時間を自 動的に選択することを特徴とするものである。

【００１１】 前記の表１でも明らかなように、５０Ｈｚと６０Ｈｚの周波数比は１．２であ り、その周期は、６０Ｈｚに対して５０Ｈｚは１．２倍である。

【００１２】 また、その最適な切替時間も６０Ｈｚに対して５０Ｈｚは、１．２倍であった ので、この周期の違いに着目して、周期と切替時間を関連づけることにより、電 源周波数の変化に対して、自動的に切替時間を選択するように構成したものであ る。

【００１３】

【実施例】

以下図面について、本考案の実施例の一態様を説明するが、本考案は、この実 施例に限定されるものではない。 図１は、本考案によるガス濃縮装置の概要を示す系統図で図２は、制御回路２ ２の切替タイミング信号発生部の詳細を示す系統図である。

【００１４】 図１において、１０は交流電源で、コンプレッサー１４と五方弁１８を駆動す るとともに、制御回路２２を作動させる電源ともなる。

【００１５】 ２４と２５は、原料空気の易吸着性ガスを選択的に吸着する吸着剤等を充填し た吸着筒であり、本実施例では、２本の吸着筒を用いたが、この吸着筒の数は、 １本であっても、あるいは２本以上の複数本であってもよく、切替時間を電源周 波数によって自動的に切替えることによる作用効果に変わりはない。

【００１６】 ２８は、製品ガスタンクであり、２６と２７のチェックバルブは、製品ガスが 吸着筒の方へ逆流しないようにする一方弁である。

【００１７】 減圧弁３０と流量計３２は、製品ガスタンク２８の製品ガスを、所望の圧力と 流量に設定するものである。

【００１８】 図２において、３６は交流電源信号入口で、この交流電源信号を整流整形回路 ３８で半波整流してパルス信号になるように整形して、分周用ＩＣ４４のクロッ ク信号を得るものである。

【００１９】 交流信号を半波整流してパルス信号を得ると、該パルス信号の間隔は、電源周 波数の周期と等しくなる。例えば、電源周波数が５０Ｈｚの場合には、該パルス 信号の間隔は０．０２秒である。

【００２０】 分周用ＩＣ４４は、該クロック信号をさらに分周するためのもので、その分周 は、１／２ⁿ （ｎは正の整数）となる。すなわち、電源周期の２ⁿ 倍になる。

【００２１】 例えば、電源周波数が５０Ｈｚの場合に、ｎ＝９、すなわち９分周すると、（ １／５０）×２⁹ ＝１０．２４（秒）となり、このままの状態で電源周波数が６ ０Ｈｚになれば、（１／６０）×２⁹ ＝８．５３（秒）となる。

【００２２】 このような分周を行なうのに好適なＩＣがあり、その１例としてＴＣ４０４０ ＢＰ（商品名）があり、本実施例でもこのＩＣを用いた。

【００２３】 電源周波数が５０Ｈｚの場合に、ｎ＝９であれば切替時間は１０．２４秒であ るが、ｎ＝１０では、２０．４８秒となり、切替時間の調整が粗になりすぎる。

【００２４】 前記のＩＣは、分周出力がＱ₁ からＱ ₁₂ まであり、１／２から１／２¹²の各 々の分周出力が得られるので、これらの各分周出力を、切替時間設定手段４２と アンド回路４６により、ＰＳＡ法によるガス濃縮装置に好適な任意の分周比を得 ることができる。

【００２５】 この切替時間設定手段４２は、本実施例では８連のＤＩＰスイッチ（デュアル インラインパッケージスイッチ）を用いた。このような構成にすることにより、 電源周波数が５０Ｈｚの場合に、切替時間が１０．２４秒の前後は、それぞれ９ ．９２秒、１０．５６秒であり、所望の切替時間を得ることができる。なお、こ の切替時間設定手段４２は、本実施例の８連のＤＩＰスイッチに限る必要はなく 、他の手段であってもよい。例えば、複数個の切替手段を用いる等。

【００２６】 以上説明したように本実施例では、前記の切替時間を得る手段として、交流周 波数を分周することにより所望の時間を得たが、別の方法として交流電源から得 られるパルスの数をカウントして、任意のカウント数で所望の切替時間を得るよ うにしても、その作用効果に変わりはない。

【００２７】 図３は、前記の切替時間を得る手段について、別の実施例を示す系統図で、こ の図において、周波数弁別器５０は、電源周波数が５０Ｈｚか６０Ｈｚかを弁別 する周波数弁別器で、この周波数弁別によって得られる信号により、タイマー５ ２の時間を決定する時定数を、それぞれ５０Ｈｚまたは６０Ｈｚに必要な工程の 切替時間の値に選択するものである。

【００２８】 本実施例では、前記の切替時間は、交流電源の周波数によって自動的に選択さ れた所望の時間であったが、本考案にかかるガス濃縮装置の性能（主として製品 ガスの濃度）は、該切替時間以外にも、製品ガスの吐出流量や吐出圧力によって も微妙に変化した。従ってこれらの吐出流量や吐出圧力の値をセンサーで検出す るなどして、該切替時間にこれらの要素を加味して該切替時間を適宜増減しても 、より良い効果が期待できる。

【００２９】 本実施例では、吸着筒に主として窒素ガスを選択的に吸着するゼオライト系の 吸着剤を充填して、製品ガスとして酸素ガスをと出するように構成したが、本実 施例に限らず、別の吸着剤を用いて別の製品ガスを得ることも可能である。

【００３０】 例えば主として酸素ガスを選択的に吸着する活性炭系の吸着剤を充填し、製品 ガスとして窒素ガスを吐出するように構成することも可能である。また、吸着筒 の吸着剤に加えて、若干量の吸湿剤を充填することも、吸着剤の劣化防止のうえ で有効である。

【００３１】

【考案の効果】 本考案を実施することにより、電源周波数が５０Ｈｚ、６０Ｈｚと異なった地 域に対しても、該ガス濃縮装置を内部回路でそれぞれの周波数用に切替える作業 をしたりして特に区別してその周波数用の装置を使用に供するという必要がない 。また、同装置が医療用の酸素濃縮装置の場合には、いわゆるレンタルやリース の貸出し方式が多いが、電源周波数の異なる地域を対象とした同装置の全国的な レンタルあるいはリース等でも電源周波数を意識しないで効率的に運用できる。

【提出日】平成４年２月２９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００６

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

ＰＳＡ法による酸素濃縮装置において、吐出する製品ガスの流量が同一の場合 に、その濃度（体積比・以下同じ）と、ＰＳＡ切替時間との関係は、次の表１の ようであった。

【表１】 吐出流量 切替時間 酸素濃度 電源周波数 （リットル／分） （秒） （％） （Ｈｚ） ３．０ １４．４０ ９５．２ ６０ ３．０ １４．４０ ８５．５ ５０ ３．０ １７．２８ ９４．８ ５０

【提出日】平成４年１０月３０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００１

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、圧力変動吸着（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｗｉｎｇ Ａｄｓｏｒｐｔｉ ｏｎ．以下、ＰＳＡという）法によってガスを分離するガス濃縮装置の改良に係 わる。その用途の一例として医療用の酸素濃縮装置がある。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２９】 本実施例では、吸着筒に主として窒素ガスを選択的に吸着するゼオライト系の 吸着剤を充填して、製品ガスとして酸素ガスを吐出するように構成したが、本実 施例に限らず、別の吸着剤を用いて別の製品ガスを得ることも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】自動切替装置付のＰＳＡ法によるガス濃縮装置
の概要を示す系統図である。

【図２】制御回路の切替タイミング信号発生部の詳細を
示す系統図である。

【図３】切替時間を得る手段について、別の実施例を示
す系統図である。

【符号の説明】

１０ 交流電源 １２ フィルター １４ コンプレッサー １６ サイレンサー １８ 五方弁 ２０ 制御信号 ２１ 直流電源 ２２ 制御回路 ２４ 吸着筒Ａ ２５ 吸着筒Ｂ ２６ チェックバルブＡ ２７ チェックバルブＢ ２８ 製品ガスタンク ３０ 減圧弁 ３２ 流量計 ３４ 製品ガス出口 ３６ 交流電源信号入口 ３８ 整流整形回路 ４０ タイミング回路 ４２ 切替時間設定手段 ４４ 分周用ＩＣ ４６ アンド回路 ４８ 切替タイミング信号 ５０ 周波数弁別器 ５２ タイマー ５４ 時定数切替信号

Claims (5)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 原料空気の易吸着性ガスを選択的に吸着
   する吸着剤等を充填した少なくとも１個の吸着筒を有
   し、該吸着筒に原料空気を加圧供給して、易吸着性ガス
   を吸着させ、難吸着性ガスを濃縮して生成する吸着工程
   と、該吸着筒を減圧排気して吸着剤等を脱着再生する脱
   着工程を、交番的に切替えることによって製品ガスを得
   る圧力変動吸着法によるガス濃縮装置において、前記の
   工程を、交番的に切替えるための切替時間が、交流電源
   の周波数によって自動的に選択された所望の時間である
   ことを特徴とするガス濃縮装置。
2. 【請求項２】 吸着筒への原料空気を、加圧供給と減圧
   排気との工程を交番的に切替えるための切替時間を得る
   手段が、交流電源の周波数を分周することにより所望の
   時間を得るものであることを特徴とする請求項１記載の
   ガス濃縮装置。
3. 【請求項３】 吸着筒への原料空気を、加圧供給と減圧
   排気との工程を交番的に切替えるための切替時間を得る
   手段が、交流電源から得られるパルスの数をカウントし
   て、任意のカウント数で所望の時間を得るものであるこ
   とを特徴とする請求項１記載のガス濃縮装置。
4. 【請求項４】 吸着筒への原料空気を、加圧供給と減圧
   排気との工程を交番的に切替えるための切替時間を得る
   手段が、交流電源の周波数から周波数弁別手段により得
   られた信号により、タイマー手段の時定数を選択して所
   望の時間を得るものであることを特徴とする請求項１記
   載のガス濃縮装置。
5. 【請求項５】 吸着筒への原料空気を、加圧供給と減圧
   排気との工程を交番的に切替えるための切替時間を得る
   手段に、該ガス濃縮装置の吐出流量及び／又は吐出圧力
   の値に基づいて得られる要素を加味して該切替時間を所
   望の時間にすることを特徴とする請求項１，請求項２，
   請求項３，または請求項４記載のガス濃縮装置。