(57)【要約】【課題】  ゼオライトなどの窒素吸収用吸着剤を利用して空気から酸素富化空気を製造するにあたり、空気中の水分の影響を受けず、長期間にわたって安定して酸素富化空気を効率良く製造することのできる酸素富化空気の製造設備を提供する。【解決手段】  本発明に係る酸素富化空気の製造設備１は、水分吸収用吸着剤３８が配置された吸着除湿装置３，４，５と、窒素吸収用吸着剤３７が配置された回転式窒素吸着装置２と、を備えた酸素富化空気の製造設備であって、前記吸着除湿装置で脱水分処理された空気が、前記回転式窒素吸着装置に供給され、該回転式窒素吸着装置で酸素富化されることを特徴とする。【選択図】            図５
2010051877.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水分吸収用吸着剤が配置された吸着除湿装置と、窒素吸収用吸着剤が配置された回転式窒素吸着装置と、を備えた酸素富化空気の製造設備であって、前記吸着除湿装置で脱水分処理された空気が、前記回転式窒素吸着装置に供給され、該回転式窒素吸着装置で酸素富化されることを特徴とする、酸素富化空気の製造設備。
【請求項２】
前記吸着除湿装置で脱水分処理された空気の一部が、前記回転式窒素吸着装置の窒素吸収用吸着剤からの窒素放出用ガスとして前記回転式窒素吸着装置に供給されることを特徴とする、請求項１に記載の酸素富化空気の製造設備。
【請求項３】
前記窒素吸収用吸着剤からの窒素放出用ガスとして用いられた空気が、更に、前記吸着除湿装置の水分吸収用吸着剤からの水分放出用ガスとして前記吸着除湿装置に供給されることを特徴とする、請求項２に記載の酸素富化空気の製造設備。
【請求項４】
湿潤状態の大気の前記回転式窒素吸着装置への流入を防止するために、前記回転式窒素吸着装置の回転部と固定部との間に、前記吸着除湿装置で脱水分処理された空気の一部がパージ用ガスとして供給されることを特徴とする、請求項１ないし請求項３の何れか１つに記載の酸素富化空気の製造設備。
【請求項５】
前記回転式窒素吸着装置は、その回転軸を鉛直方向として回転することを特徴とする、請求項１ないし請求項４の何れか１つに記載の酸素富化空気の製造設備。
【請求項６】
水分吸収用吸着剤が配置された吸着除湿装置と、ガスの流路方向に沿って複数の領域に仕切られ、仕切られた各領域に圧力の増加に伴って窒素吸着量を増加させる窒素吸収用吸着剤が配置された回転式窒素吸着装置と、を備えた酸素富化空気の製造設備を用い、前記吸着除湿装置で脱水分処理された空気を前記回転式窒素吸着装置の一方の流路に供給する際にその圧力を他方の流路を通る空気の圧力よりも相対的に高くし、この２種類の空気を回転している回転式窒素吸着装置に別々に供給してそれぞれ窒素吸収用吸着剤と接触させ、相対的に圧力を高くした空気に対して脱窒素処理を施し、相対的に圧力を低くした空気に対して窒素富化処理を施し、相対的に圧力を高くした空気の酸素富化を行うことを特徴とする、酸素富化空気の製造方法。
【請求項７】
水分吸収用吸着剤が配置された吸着除湿装置と、ガスの流路方向に沿って複数の領域に仕切られ、仕切られた各領域に温度の低下に伴って窒素吸着量を増加させる窒素吸収用吸着剤が配置された回転式窒素吸着装置と、を備えた酸素富化空気の製造設備を用い、前記吸着除湿装置で脱水分処理された空気を前記回転式窒素吸着装置の一方の流路に供給する際にその温度を他方の流路を通る空気の温度よりも相対的に低くし、この２種類の空気を回転している回転式窒素吸着装置に別々に供給してそれぞれ窒素吸収用吸着剤と接触させ、相対的に温度を低くした空気に対して脱窒素処理を施し、相対的に温度を高くした空気に対して窒素富化処理を施し、相対的に温度を低くした空気の酸素富化を行うことを特徴とする、酸素富化空気の製造方法。
【請求項８】
前記吸着除湿装置で脱水分処理された空気の一部が、前記回転式窒素吸着装置の窒素吸収用吸着剤からの窒素放出用ガスとして前記回転式窒素吸着装置に供給されることを特徴とする、請求項６または７に記載の酸素富化空気の製造方法。
【請求項９】
前記窒素富化処理の施された空気を、前記吸着除湿装置の水分吸収用吸着剤からの水分放出用ガスとして使用することを特徴とする、請求項６ないし請求項８の何れか１つに記載の酸素富化空気の製造方法。
【請求項１０】
前記吸着除湿装置を２基以上配置し、それぞれの吸着除湿装置では、水分吸収用吸着剤による空気の脱水分処理と、水分吸収用吸着剤からの水分放出とを交互に繰り返して行うことを特徴とする、請求項９に記載の酸素富化空気の製造方法。
【請求項１１】
前記吸着除湿装置によって脱水分処理が施された空気の露点は、−４０℃以下であることを特徴とする、請求項６ないし請求項１０の何れか１つに記載の酸素富化空気の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気中の窒素成分を除去することによって空気から酸素富化空気を製造する酸素富化空気製造設備及び酸素富化空気製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄鉱石から溶銑を製造するための高炉へ吹き込まれる空気、或いは廃棄物の焼却炉や溶融炉などへ吹き込まれる空気は、燃焼効率を上げるために、酸素濃度を増加させた酸素富化空気が吹き込まれることが多い。従来の酸素富化空気の製造方法は、深冷分離法、ＰＳＡ（Pressure Swing Adsorption）法などによって、ほぼ１００体積％に近い濃度の高純度の酸素を製造し、これを空気に混合して希釈し、所望する酸素濃度の酸素富化空気を製造している。
【０００３】
一方で、円筒型容器に窒素吸収用吸着剤であるゼオライトを充填させ、温度の低下に伴って窒素の吸着量が増加するというゼオライトの窒素吸収能力を利用し、前記円筒型容器の中心を軸として回転させ、回転する円筒型容器に温度の異なる２つの空気をそれぞれ独立して供給し、温度の低い側の空気の窒素をゼオライトで吸収し、吸収した窒素を温度の高い側の空気に放出（脱離）し、これを連続して行うことにより、温度の低い側の空気の酸素富化を行う技術が、特許文献１に提案されている。
【０００４】
特許文献１によれば、ゼオライトに温度の高い空気を流すことによって窒素がゼオライトに飽和しないので、長期にわたり連続的に運転することができ、酸素富化空気の製造にあたり、動力の大幅な低下が可能になるとしている。
【特許文献１】特開２００１−７０７３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、深冷分離法、ＰＳＡ法を用いて純酸素を製造し、この純酸素を空気で希釈して酸素富化空気を製造する方法では、高純度の酸素を製造する際に大きな動力を必要とし、使用する酸素富化空気の酸素濃度は低濃度であるにも拘わらず、結果的に大きな動力が必要となっていた。また、設備が複雑で、設備費が高いという問題もあった。
【０００６】
一方、特許文献１には、酸素富化を行うことによってどのような酸素富化空気が得られたのか、及びその効果はどのようであったかについて、記載されていない。更に、これを酸素富化空気の製造に適用しようとしても、以下の問題点がある。
【０００７】
即ち、ゼオライトは窒素を吸収するための有力な吸着剤であるが、水分の吸着剤でもある。従って、ゼオライトが充填された円筒型容器に空気を流した場合、空気中の水分を吸収しながら窒素を吸収することになる。この吸収した水分をゼオライトから効率的に放出させなければ、吸収した水分によってゼオライトの吸収能は低下し、ゼオライトは、水分吸収用吸着剤としての機能のみならず、窒素吸収用吸着剤としての機能を消滅させる。
【０００８】
特許文献１では、ゼオライトが充填された円筒型容器に、温度の異なる２種類の空気をそれぞれ独立して供給しているが、これら２種類の空気は脱水分処理を行っておらず、温度こそ異なるものの基本的に水分濃度が同等であり、従って、ゼオライトから水分を除去する作用は働かず、ゼオライトは水分を吸収し続け、やがて水分吸収用吸着剤及び窒素吸収用吸着剤としての機能が停止する。つまり、特許文献１では、ゼオライトが水分を吸収することに起因して、長期間にわたって酸素富化空気を製造することができないという問題点がある。
【０００９】
また、円筒型容器に温度の異なる空気をそれぞれ分離して供給しなければ、酸素富化空気の製造効率が低下するが、特許文献１には、温度の異なる空気をどのように分離して円筒型容器に供給するのかが記載されておらず、実機化は困難と言わざるを得ない。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ゼオライトなどの窒素吸収用吸着剤を利用して空気から酸素富化空気を製造するにあたり、空気中の水分の影響を受けず、長期間にわたって安定して酸素富化空気を効率良く製造することのできる、酸素富化空気の製造設備及び酸素富化空気の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するための第１の発明に係る酸素富化空気の製造設備は、水分吸収用吸着剤が配置された吸着除湿装置と、窒素吸収用吸着剤が配置された回転式窒素吸着装置と、を備えた酸素富化空気の製造設備であって、前記吸着除湿装置で脱水分処理された空気が、前記回転式窒素吸着装置に供給され、該回転式窒素吸着装置で酸素富化されることを特徴とするものである。
【００１２】
第２の発明に係る酸素富化空気の製造設備は、第１の発明において、前記吸着除湿装置で脱水分処理された空気の一部が、前記回転式窒素吸着装置の窒素吸収用吸着剤からの窒素放出用ガスとして前記回転式窒素吸着装置に供給されることを特徴とするものである。
【００１３】
第３の発明に係る酸素富化空気の製造設備は、第２の発明において、前記窒素吸収用吸着剤からの窒素放出用ガスとして用いられた空気が、更に、前記吸着除湿装置の水分吸収用吸着剤からの水分放出用ガスとして前記吸着除湿装置に供給されることを特徴とするものである。
【００１４】
第４の発明に係る酸素富化空気の製造設備は、第１ないし第３の発明の何れかにおいて、湿潤状態の大気の前記回転式窒素吸着装置への流入を防止するために、前記回転式窒素吸着装置の回転部と固定部との間に、前記吸着除湿装置で脱水分処理された空気の一部がパージ用ガスとして供給されることを特徴とするものである。
【００１５】
第５の発明に係る酸素富化空気の製造設備は、第１ないし第４の発明の何れかにおいて、前記回転式窒素吸着装置は、その回転軸を鉛直方向として回転することを特徴とするものである。
【００１６】
第６の発明に係る酸素富化空気の製造方法は、水分吸収用吸着剤が配置された吸着除湿装置と、ガスの流路方向に沿って複数の領域に仕切られ、仕切られた各領域に圧力の増加に伴って窒素吸着量を増加させる窒素吸収用吸着剤が配置された回転式窒素吸着装置と、を備えた酸素富化空気の製造設備を用い、前記吸着除湿装置で脱水分処理された空気を前記回転式窒素吸着装置の一方の流路に供給する際にその圧力を他方の流路を通る空気の圧力よりも相対的に高くし、この２種類の空気を回転している回転式窒素吸着装置に別々に供給してそれぞれ窒素吸収用吸着剤と接触させ、相対的に圧力を高くした空気に対して脱窒素処理を施し、相対的に圧力を低くした空気に対して窒素富化処理を施し、相対的に圧力を高くした空気の酸素富化を行うことを特徴とするものである。
【００１７】
第７の発明に係る酸素富化空気の製造方法は、水分吸収用吸着剤が配置された吸着除湿装置と、ガスの流路方向に沿って複数の領域に仕切られ、仕切られた各領域に温度の低下に伴って窒素吸着量を増加させる窒素吸収用吸着剤が配置された回転式窒素吸着装置と、を備えた酸素富化空気の製造設備を用い、前記吸着除湿装置で脱水分処理された空気を前記回転式窒素吸着装置の一方の流路に供給する際にその温度を他方の流路を通る空気の温度よりも相対的に低くし、この２種類の空気を回転している回転式窒素吸着装置に別々に供給してそれぞれ窒素吸収用吸着剤と接触させ、相対的に温度を低くした空気に対して脱窒素処理を施し、相対的に温度を高くした空気に対して窒素富化処理を施し、相対的に温度を低くした空気の酸素富化を行うことを特徴とするものである。
【００１８】
第８の発明に係る酸素富化空気の製造方法は、第６または第７の発明において、前記吸着除湿装置で脱水分処理された空気の一部が、前記回転式窒素吸着装置の窒素吸収用吸着剤からの窒素放出用ガスとして前記回転式窒素吸着装置に供給されることを特徴とするものである。
【００１９】
第９の発明に係る酸素富化空気の製造方法は、第６ないし第８の発明の何れかにおいて、前記窒素富化処理の施された空気を、前記吸着除湿装置の水分吸収用吸着剤からの水分放出用ガスとして使用することを特徴とするものである。
【００２０】
第１０の発明に係る酸素富化空気の製造方法は、第９の発明において、前記吸着除湿装置を２基以上配置し、それぞれの吸着除湿装置では、水分吸収用吸着剤による空気の脱水分処理と、水分吸収用吸着剤からの水分放出とを交互に繰り返して行うことを特徴とするものである。
【００２１】
第１１の発明に係る酸素富化空気の製造方法は、第６ないし第１０の発明の何れかにおいて、前記吸着除湿装置によって脱水分処理が施された空気の露点は、−４０℃以下であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、深冷分離法またはＰＳＡ法を用いて純酸素を製造し、この純酸素を空気で希釈して酸素富化空気を製造する従来方法に比較すると、少ない動力で酸素富化空気を得ることができるとともに、設備構成が比較的簡単であり設備費を削減することができる。
【００２３】
また、本発明によれば、吸着除湿装置と回転式窒素吸着装置とを備えた酸素富化空気の製造設備を用い、先ず、吸着除湿装置にて空気に対して脱水分処理を施し、次いで、脱水分処理の施された乾燥状態の空気を回転式窒素吸着装置に導入するので、回転式窒素吸着装置の窒素吸収用吸着剤は水分の影響を受けることなく、供給される空気から窒素を吸着し、酸素富化空気を安定して製造することが実現される。そして、吸着除湿装置で脱水分処理された空気の一部を、回転式窒素吸着装置の窒素吸収用吸着剤からの窒素放出用ガスとして使用する場合には、窒素吸収用吸着剤に吸着した窒素は窒素放出用ガスに放出されて、窒素吸収用吸着剤の窒素吸着量は飽和にならず、酸素富化空気を長期間にわたって連続的に製造することが可能となる。
【００２４】
即ち、本発明によれば、大きな動力を必要とせず、且つ、空気中の水分の影響を受けず、長期間にわたって安定して酸素富化空気を製造することができ、工業上有益な効果がもたらされるのみならず、ＣＯ2の発生量も削減され、自然環境上においても有益な効果がもたらされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明を具体的に説明する。
【００２６】
本発明に係る酸素富化空気製造設備は、空気を窒素吸収用吸着剤と接触させて、空気中の窒素を窒素吸収用吸着剤に吸着させ、空気中の窒素濃度を減少させる（「脱窒素処理」という）ことによって、酸素富化空気を製造する。ここで、酸素富化とは、ガス中の酸素濃度を空気の酸素濃度よりも高くすることをいう。
【００２７】
以下の記載では、窒素吸収用吸着剤として窒素吸着能の高いゼオライトを使用した例で説明するが、ゼオライト以外の窒素吸収用吸着剤でも、本発明を適用することが可能である。尚、ゼオライトとは、結晶性マイクロポーラス物質であり、結晶性アルミノシリケートのことである。具体的に窒素吸着能に高い効果があるものとしては、Ａ、Ｘ、Ｙ型ゼオライトで、カルシウム、リチウムなどとイオン交換したものが挙げられる。
【００２８】
先ず、ゼオライトの窒素吸着能を説明する。図１は、ゼオライトの窒素吸着量と圧力との関係を定性的に示す図で、図２は、ゼオライトの窒素吸着量と圧力及び温度との関係を定性的に示す図である。
【００２９】
図１に示すように、ゼオライトは圧力が高くなるほど窒素吸着量が増加する性質があり、圧力Ｐ1の雰囲気下で空気をゼオライトに接触させると、ゼオライトは吸着量がＣ1値となるまで窒素を吸着する。これにより、空気の窒素は減少し、窒素が減少した分に相当するだけ酸素富化が行われる。これを「脱窒素処理」という。一方、圧力Ｐ2（Ｐ2＜Ｐ1）ではゼオライトの窒素吸着量はＣ2値に低下するので、窒素をＣ1値まで吸着していたゼオライトは、圧力Ｐ2の空気に触れると吸着していた窒素を放出し、ゼオライトの吸着量はＣ1値からＣ2値まで低下する。窒素が放出された空気の窒素含有量は増加し、窒素富化が行われる。これを、「窒素富化処理」という。
【００３０】
つまり、ゼオライトに圧力の異なる空気を接触させることで、圧力差により定まる窒素吸着量の差に応じて、相対的に圧力の高い空気の酸素富化が行われ、一方、相対的に圧力の低い空気の窒素富化が行われる。ゼオライトに圧力の異なる空気を交互に接触させることで、ゼオライトは窒素の吸着と放出とを繰り返し行い、窒素吸着量が飽和状態のままで留まることはなく、相対的に圧力の高い空気に対して半永久的に酸素富化が行われる。
【００３１】
また、図２に示すように、ゼオライトは温度によっても窒素吸着量が異なり、圧力が一定であっても、温度の低下に伴って窒素吸着量が増加する。つまり、圧力をＰ3の一定値として、温度Ｔ2よりも低温の温度Ｔ1の空気をゼオライトに接触させると、ゼオライトは吸着量がＣ3値となるまで窒素を吸収する。これにより、空気の窒素は減少し、窒素が減少した分に相当するだけ酸素富化が行われる。一方、温度Ｔ2ではゼオライトの窒素吸着量はＣ4値に低下するので、ゼオライトは、温度Ｔ2の空気に触れると吸着していた窒素を放出し、ゼオライトの吸着量はＣ3値からＣ4値まで低下する。窒素が放出された空気の窒素含有量は増加し、窒素富化が行われる。
【００３２】
つまり、ゼオライトに温度の異なる空気を接触させることで、温度差により定まる窒素吸着量の差に応じて、相対的に温度の低い空気の酸素富化が行われ、一方、相対的に温度の高い空気の窒素富化が行われる。ゼオライトに温度の異なる空気を交互に接触させることで、ゼオライトは窒素の吸着と放出とを繰り返し行い、窒素吸着量が飽和状態のままで留まることはなく、相対的に温度の低い空気に対して半永久的に酸素富化が行われる。
【００３３】
この場合、酸素富化する側の空気の圧力を高め且つ温度を低くすることで、図２からも伺い知れるように、ゼオライトの窒素吸着量の差はより大きくなり、酸素富化を効率的に行うことが可能となる。本発明では、吸着剤に吸着した窒素を放出させるための空気を「窒素放出用ガス」と称し、同様に、吸着剤に吸着した水分を放出させるための空気を「水分放出用ガス」と称す。
【００３４】
しかしながら、前述したように、ゼオライトは窒素を吸収するための有力な吸着剤であるが、空気中に含まれる水分も吸着する。そこで、ゼオライトの窒素吸着に及ぼす空気中水分の影響を調査した。尚、上述したように、ここでは、窒素吸収用吸着剤として窒素吸着能の高いゼオライトを使用した例で説明しているが、ゼオライト以外の窒素吸着能の高い窒素吸収用吸着剤であっても空気中水分に関して同様の問題を生じる。
【００３５】
図３は、空気の露点（空気中で冷却する物体の表面に露ができはじめるときの物体表面の温度）を変更し、露点を変更した空気をゼオライトに接触させ、水分と窒素の吸着量を比較調査した結果である。ここで、吸着量（ｋｇ／ｋｇ）は、窒素吸収用吸着剤１ｋｇあたりの窒素及び水分の吸着量（ｋｇ）を示す。図３からも明らかなように、露点の高い空気をゼオライトに接触させると、水分の吸着が主となって窒素の吸着は低下し、露点が０℃以上になると、窒素はほとんど吸着しない。露点が約−５５℃以下になると逆に窒素の吸着が主体となり、従って、ゼオライトで空気中の窒素を吸着する場合には、空気の露点を下げるほど望ましいことが分かる。
【００３６】
図４は、空気の露点を変化させてゼオライトの充填層を通過させ、ゼオライト充填層出口での空気の酸素濃度を計算した結果である。図４に示すように、露点が−４０℃を超える空気では、湿分によって吸着性能は大きく低下し、窒素吸着能は維持されないことが分かる。
【００３７】
以上の結果から、空気に対し、ゼオライトを用いて長期間にわたって安定した脱窒素処理を実施するには、ゼオライトで脱窒素処理を施す前に、空気に対して脱水分処理を施す必要のあることが分かった。この場合に、露点が−４０℃以下となるように空気に対して脱水分処理を施すことが好ましいことも確認できた。ここで、「脱水分処理」とは、空気を水分吸収用吸着剤と接触させて空気中の水分を除去する処理のことである。
【００３８】
本発明はこれらの知見に基づいてなされたものであり、本発明に係る酸素富化空気の製造設備は、水分吸収用吸着剤が配置された吸着除湿装置と、窒素吸収用吸着剤が配置された回転式窒素吸着装置とを備え、前記吸着除湿装置で脱水分処理された空気が、前記回転式窒素吸着装置に供給され、該回転式窒素吸着装置で酸素富化されることを特徴とする。本発明で窒素吸着装置として回転式窒素吸着装置を使用する理由は、窒素吸収用吸着剤を回転させることによって、窒素吸収用吸着剤を圧力または温度の異なる２種類の空気と交互に接触させることができ、それにより窒素吸収用吸着剤による窒素の吸着と窒素吸収用吸着剤からの窒素の放出とが１基の窒素吸着装置で可能となり、設備コストの削減や運転費コストの削減が得られるからである。
【００３９】
以下、本発明を実施するに好適な酸素富化空気製造設備の例を、図面を参照して説明する。先ず、脱水分処理するための吸着除湿装置が固定式である第１の実施形態の酸素富化空気製造設備について説明する。図５は、本発明に係る酸素富化空気製造設備の第１の実施形態の全体構成を示す概略図である。
【００４０】
図５に示すように、本発明の第１の実施形態に係る酸素富化空気製造設備１は、ゼオライトなどからなる窒素吸収用吸着剤３７が配置された、空気中の窒素を除去して酸素富化空気を製造するための一基の回転式窒素吸着装置２と、水分吸収用吸着剤３８が配置された、窒素を除去するに先立って空気中の水分を除去するための複数の固定式の吸着除湿装置３、吸着除湿装置４、吸着除湿装置５とを備えている。また、これらの吸着除湿装置３，４，５と回転式窒素吸着装置２とを連結するための各種配管が配置され、更に、吸着除湿装置３，４，５へ空気を供給するための送風機６及び吸着除湿装置３，４，５からの排出空気を吸引するための送風機７が配置されている。尚、図５では、安定し且つ連続して酸素富化空気を製造するために、１基の回転式窒素吸着装置２に対して３基の吸着除湿装置３，４，５を配置しているが、吸着除湿装置が２基以上であれば回転式窒素吸着装置２の連続運転が可能であり、従って、吸着除湿装置は２基であっても構わないが、安定して連続運転をするためには、吸着除湿装置を３基以上配置することが好ましい。
【００４１】
空気を送るための送風機６は第１の空気供給本管８と連結し、送風機６により供給された空気は第１の空気供給本管８に導入される。第１の空気供給本管８は、流路方向の下流側で、空気供給枝管８ａ、空気供給枝管８ｂ、空気供給枝管８ｃの３つに分岐され、空気供給枝管８ａは吸着除湿装置３に連結し、空気供給枝管８ｂは吸着除湿装置４に連結し、空気供給枝管８ｃは吸着除湿装置５に連結している。空気供給枝管８ａには遮断弁１６が設置され、空気供給枝管８ｂには遮断弁２１が設置され、空気供給枝管８ｃには遮断弁２６が設置されている。
【００４２】
吸着除湿装置３，４，５の内部には、活性アルミナ、モレキュラーシーブなどの水分吸収用吸着剤３８が配置されており、吸着除湿装置３，４，５に供給された空気は水分吸収用吸着剤３８と接触して脱水分処理される。
【００４３】
吸着除湿装置３の空気供給枝管８ａと連結する側とは反対側に、空気供給枝管９ａが配置され、吸着除湿装置３で脱水分処理された空気は、空気供給枝管９ａに導入される。同様に、吸着除湿装置４の空気供給枝管８ｂと連結する側とは反対側に、空気供給枝管９ｂが配置され、吸着除湿装置４で脱水分処理された空気は、空気供給枝管９ｂに導入され、また、吸着除湿装置５の空気供給枝管８ｃと連結する側とは反対側に、空気供給枝管９ｃが配置され、吸着除湿装置５で脱水分処理された空気は、空気供給枝管９ｃに導入される。これらの空気供給枝管９ａ、空気供給枝管９ｂ及び空気供給枝管９ｃは、流路方向の下流側で１つにまとまって第２の空気供給本管９となる。空気供給枝管９ａには、放散弁２０及び遮断弁１７が、放散弁２０を吸着除湿装置３と遮断弁１７との間として設置され、空気供給枝管９ｂには、放散弁２５及び遮断弁２２が、放散弁２５を吸着除湿装置４と遮断弁２２との間として設置され、空気供給枝管９ｃには、放散弁３０及び遮断弁２７が、放散弁３０を吸着除湿装置５と遮断弁２７との間として設置されている。放散弁２０，２５，３０は、使用する吸着除湿装置３，４，５を切り替える際に、回転式窒素吸着装置２から排出され、吸着除湿装置３，４，５の再生のために使われた低酸素空気を大気に放散するときに使用するものである。
【００４４】
第２の空気供給本管９は、その流路方向の下流側で、酸素富化用空気供給管１０、窒素放出用空気供給管１１及びパージ用空気供給管１２の３つに分岐し、酸素富化用空気供給管１０、窒素放出用空気供給管１１及びパージ用空気供給管１２は、それぞれ、窒素吸収用吸着剤３７が配置された回転式窒素吸着装置２に連結されている。酸素富化用空気供給管１０は、回転式窒素吸着装置２で窒素が除去されて酸素富化空気となる空気を送るための供給管であり、窒素放出用空気供給管１１は、回転式窒素吸着装置２の窒素吸収用吸着剤３７の再生を図るための窒素放出用ガスとしての空気を供給するための供給管である。また、パージ用空気供給管１２は、湿潤状態の大気が回転式窒素吸着装置２へ流入することを防止するために、回転式窒素吸着装置２の回転部と固定部との間に、脱水分処理された空気をパージ用ガスとして供給するための供給管である。窒素放出用空気供給管１１には、窒素放出用空気供給管１１を通過する空気の流量を調整するための流量調節弁３１が設置され、パージ用空気供給管１２には、パージ用空気供給管１２を通過する空気の流量を調整するための流量調節弁３２が設置されている。
【００４５】
回転式窒素吸着装置２の酸素富化用空気供給管１０と連結する側とは反対側に、酸素富化空気排出管１３が配置されており、酸素富化用空気供給管１０から供給され、酸素富化した空気は、酸素富化空気排出管１３を介してガスタンク、ガスホルダーなどの収容容器（図示せず）に排出される。また、回転式窒素吸着装置２の窒素放出用空気供給管１１と連結する側とは反対側に、第１の空気排出本管１４が配置されており、窒素放出用空気供給管１１から供給され、窒素吸収用吸着剤３７を再生した空気は第１の空気排出本管１４を介して排出される。
【００４６】
尚、図５では、酸素富化用空気供給管１０と窒素放出用空気供給管１１とが、流路の方向を回転式窒素吸着装置２に対して逆向き方向に連結されているが、必ずしも逆向き方向とする必要はなく、同一方向であっても構わない。また、本実施形態では、窒素放出用空気供給管１１は第２の空気供給本管９から分岐しているが、窒素放出用ガスとしては、これに限定されない。但し、露点が吸着除湿装置３，４，５により脱水分処理された後の空気と同程度以下で、窒素濃度が空気中の窒素濃度以下のガスであることが好ましい。
【００４７】
ここで、回転式窒素吸着装置２の詳細を、図面を用いて説明する。図６は、本発明に係る酸素富化空気製造設備の一部分を構成する回転式窒素吸着装置の１つの形態例の概略斜視図、図７は、図６に示す回転式窒素吸着装置の部分断面概略図である。また、図８は、本発明に係る酸素富化空気製造設備の一部分を構成する回転式窒素吸着装置の他の形態例の概略斜視図、図９は、図８に示す回転式窒素吸着装置の部分断面概略図である。図１０は、図６及び図７並びに図８及び図９に示す回転式窒素吸着装置の端部の概略図であり、（Ａ）は概略斜視図、（Ｂ）は回転式窒素吸着装置の軸心方向から見た概略図である。
【００４８】
先ず、図６、図７、図１０に示す回転式窒素吸着装置を説明する。これらの図に示すように、この回転式窒素吸着装置２には、その内部を、軸心３５から半径方向に放射状に伸びる仕切板３６によって複数に仕切られた、軸心３５を回転軸として電動機（図示せず）により回転可能な円筒型容器３４が配置され、この円筒型容器３４の両方の端面（開口部）側には、この円筒型容器３４を挟み、軸心３５の方向に相対して、円筒型容器３４の一方の端部全周と密接するフランジ部３９ａを有する第１の接続管体３９と、円筒型容器３４の他方の端部全周と密接するフランジ部４０ａを有する第２の接続管体４０とが、配置されている。第１の接続管体３９及び第２の接続管体４０は回転せずに固定されている。仕切板３６によって仕切られた各領域には窒素吸収用吸着剤３７が配置されている。そして、第１の接続管体３９には、前述した酸素富化用空気供給管１０と第１の空気排出本管１４とが接続され、一方、第２の接続管体４０には、酸素富化空気排出管１３と窒素放出用空気供給管１１とが接続されている。この場合、酸素富化用空気供給管１０の軸心延長方向の同一箇所に酸素富化空気排出管１３が配置され、また、窒素放出用空気供給管１１の軸心延長方向の同一箇所に、第１の空気排出本管１４が配置されている。
【００４９】
第１の接続管体３９及び第２の接続管体４０の内部には、それぞれの接続管体のほぼ中心線を通る位置に、分離板４１がそれぞれ設置されており、この分離板４１によって第１の接続管体３９及び第２の接続管体４０の内部が２つの領域に分割されている。第１の接続管体３９では、分離板４１によって分割された一方の領域に酸素富化用空気供給管１０が連通し、分離板４１によって分割された他方の領域に第１の空気排出本管１４が連通している。同様に、第２の接続管体４０では、分離板４１によって分割された一方の領域に酸素富化空気排出管１３が連通し、分離板４１によって分割された他方の領域に窒素放出用空気供給管１１が連通している。つまり、図６及び図７において、酸素富化用空気供給管１０に供給された空気は、第１の接続管体３９、円筒型容器３４、第２の接続管体４０の順に通過し、酸素富化空気排出管１３に排出するようになっている。一方、窒素放出用空気供給管１１に供給された空気は、第２の接続管体４０、円筒型容器３４、第１の接続管体３９の順に通過し、第１の空気排出本管１４に排出するようになっている。
【００５０】
また、第１の接続管体３９及び第２の接続管体４０に設置された分離板４１の円筒型容器側の先端部には、円筒型容器３４に設けられた仕切板３６に密接するようにして、少なくとも分離板４１よりも断面積を大とするシール板４２が配置されている。つまり、相対する仕切板３６とシール板４２とが、両者の間で、回転を許容するための間隙を保ちつつ、分離板４１によって分離された雰囲気の混合を抑制するためのシール効果を担っている。この場合、シール板４２の大きさは特に規定する必要はないが、円筒型容器３４は回転しており、雰囲気の混合をより一層抑制するためには、シール板４２は、軸心３５を中心としたときのシール板４２の片側で、仕切板３６によって仕切られた各領域を常時２つ以上遮蔽することのできる大きさとすることが好ましい。
【００５１】
次に、図８、図９、図１０に示す回転式窒素吸着装置を説明する。これらの図に示す回転式窒素吸着装置２では、図６及び図７に示す回転式窒素吸着装置に対して、分離板４１が撤去され、円筒型容器３４の各端部に接続する第１の接続管体３９の代わりに第１の接続管部４５と第２の接続管部４６とが配置され、また、第２の接続管体４０の代わりに第３の接続管部４７と第４の接続管部４８とが配置され、更にシール板４２の代わりにシール用固定板４２Ａが配置された構造となっており、それ以外は図６及び図７に示す回転式窒素吸着装置と同様であり、従って、重複することもあるが以下に説明する。
【００５２】
図８、図９、図１０に示すように、この回転式窒素吸着装置２には、軸心３５を中心として電動機（図示せず）により回転可能な円筒型容器３４が配置され、この円筒型容器３４の両方の端面（開口部）側には、この円筒型容器３４を挟み、円筒型容器３４の端部と密接し、且つ、その長さが円筒型容器３４の直径と同等または直径よりも大きな、一対のシール用固定板４２Ａが、円筒型容器３４の直径方向の中心線と重なる位置に配置されている。このシール用固体板４２Ａは回転せずに固定されている。
【００５３】
そして、円筒型容器３４の一方の端面側には、シール用固定板４２Ａによって二分割された端面の片方側の端部と密接するフランジ４５ａを有する第１の接続管部４５が配置され、また、二分割された端面の他方側の端部と密接するフランジ４６ａを有する第２の接続管部４６が配置されている。同様に、円筒型容器３４の他方の端面側には、シール用固定板４２Ａによって二分割された端面の片方側の端部と密接するフランジ４７ａを有する第３の接続管部４７が配置され、また、二分割された端面の他方側の端部と密接するフランジ４８ａを有する第４の接続管部４８が配置されている。第１の接続管部４５、第２の接続管部４６、第３の接続管部４７及び第４の接続管部４８は回転せずに固定されている。シール用固定板４２Ａは、仕切板３６と回転を許容するための間隙を保ちつつ、大気の浸入及び大気への流出を抑制するシール効果を担っている。シール用固定板４２Ａの幅方向の大きさは、特に規定する必要はないが、余り大きくする必要はなく、シール板４２の場合と同等にすればよい。
【００５４】
第１の接続管部４５には酸素富化用空気供給管１０が接続され、第２の接続管部４６には第１の空気排出本管１４が接続され、第３の接続管部４７には酸素富化空気排出管１３が接続さ、第４の接続管部４８には窒素放出用空気供給管１１が接続されている。この場合、酸素富化用空気供給管１０の軸心延長方向の同一箇所に酸素富化空気排出管１３が配置され、また、窒素放出用空気供給管１１の軸心延長方向の同一箇所に第１の空気排出本管１４が配置されている。つまり、図８及び図９において、酸素富化用空気供給管１０に供給された空気は、第１の接続管部４５、円筒型容器３４、第３の接続管部４７の順に通過し、酸素富化空気排出管１３に排出するようになっている。一方、窒素放出用空気供給管１１に供給された空気は、第４の接続管部４８、円筒型容器３４、第２の接続管部４６の順に通過し、第１の空気排出本管１４に排出するようになっている。
【００５５】
このように、図６及び図７に示す回転式窒素吸着装置であっても、また、図８及び図９に示す回転式窒素吸着装置であっても、本発明に係る酸素富化空気製造設備１で使用する回転式窒素吸着装置２においては、窒素吸収用吸着剤３７が配置された円筒型容器３４に対して空気を別々に流すことを必須条件とする。但し、円筒型容器３４は、軸心３５を中心として連続的或いは断続的に回転しており、且つ、円筒型容器３４の端部と接続管体３９，４０及びシール板４２との間に、或いは、円筒型容器３４の端部と接続管部４５，４６，４７，４８及びシール用固定板４２Ａとの間に、回転を許容するための間隙を確保する必要があり、従って、酸素富化用空気供給管１０から供給された空気の全てが酸素富化空気排出管１３から排出するわけではなく、同様に、窒素放出用空気供給管１１から供給された空気の全てが第１の空気排出本管１４から排出するわけではなく、一部分の空気は相互に混合する。本発明においては一部分の空気の混合は問題としないものの、酸素富化空気を効率良く製造するためには、混合は少なければ少ないほど好ましく、両者の混合を極力少なくすることが重要となる。
【００５６】
そこで、本発明に係る酸素富化空気製造設備１で使用する回転式窒素吸着装置２においては、円筒型容器３４の内部を、図１０に示すように、軸心３５から半径方向に放射状に伸びる仕切板３６によって複数に仕切っている。本発明においては、仕切板３６によって仕切られた各領域を「ユニット」と称しており、仕切板３６は、円筒型容器３４の全長にわたって配置されている。つまり、各ユニットは、互いに行き交うことなく、ガスの流路方向に沿って円筒型容器３４の一方の端部から他方の端部まで連通し、雰囲気の混合を防止している。
【００５７】
そして、この仕切板３６は、シール板４２及びシール用固定板４２Ａ、接続管部４５，４６，４７，４８との間で、回転を許容するための間隙を確保しつつ、雰囲気の混合を抑制するためのシール効果を担っている。そのためには、仕切板３６の先端とシール板４２及びシール用固定板４２Ａ、接続管部４５，４６，４７，４８との間隙を狭くすることが好ましく、この間隙を狭くするためには、仕切板３６の先端位置を精度良く調整する必要があり、従って、加工精度が高いことから仕切板３６は金属製とすることが好ましい。同様に、シール板４２、シール用固定板４２Ａも金属製とすることが好ましい。また、同様に、接続管体３９，４０及び接続管部４５，４６，４７，４８も金属製とすることが好ましい。但し、これらをセラミック製や合成樹脂製などとしても構わない。ここで、仕切板３６は、円筒型容器３４の剛性を確保するための補強材としても機能している。
【００５８】
酸素富化用空気供給管１０から供給される空気と、窒素放出用空気供給管１１から供給される空気との圧力差は、具体的には、例えば酸素濃度が約３０体積％の酸素富化空気を、窒素吸収用吸着剤３７としてゼオライトを用いて製造する場合には、４０ｋＰａ程度となる。この場合、制御が容易であることから、一般的に、両方の空気の中間の圧力を大気圧とし、酸素富化用空気供給管１０から供給する空気の圧力を大気圧よりも２０ｋＰａ程度高くし、一方、窒素放出用空気供給管１１から供給する空気の圧力を大気圧よりも２０ｋＰａ程度低くした制御が行われる。
【００５９】
図６及び図７に示す回転式窒素吸着装置のように、円筒型容器３４の端面を一つの接続管体で覆い、当該接続管体の内部に分離板４１を配置し、この分離板で、圧力差を有する空気を分離して円筒型容器３４に導入した場合には、両者の圧力差（＝４０ｋＰａ程度）がそのまま原動力（ドライビング・フォース）となって、円筒型容器３４の端面での高圧側から低圧側へのリークが起こる。このリークを防止するためには、仕切板３６とシール板４２との間隔を狭く且つ精度良く管理しなければならない。
【００６０】
これに対して、図８及び図９に示す回転式窒素吸着装置では、円筒型容器３４の端面を２つの接続管部４５，４６及び接続管部４７，４８で覆い、その間にはシール用固定板４２Ａを設置しているので、このリークの原動力となる圧力差を半減させることができる。つまり、シール用固定板４２Ａの部位は常に大気圧であるので、リークの原動力は供給する空気同士の圧力差ではなく、大気との圧力差に基づくことになる。例えば、酸素富化用空気供給管１０から供給する空気と窒素放出用空気供給管１１から供給する空気との圧力差が４０ｋＰａ程度であった場合でも、リークの原動力となる圧力差は、２０ｋＰａ程度となり、供給する空気同士の場合の１／２となる。
【００６１】
因みに、差圧とリーク流量との関係は、同一の流体で比較する場合、下記の（１）式で表され、差圧の増加とともにリーク流量は増加する。
Ｑ＝Ａ×ΔＰ1/2…（１）
但し、（１）式において、Ｑはリーク流量、ΔＰは差圧、Ａは定数である。
【００６２】
例えば、シール面での差圧が４０ｋＰａの場合に、１００Ｎｍ3／ｈの気体がリークする回転装置が存在すると仮定すると、このシール面での差圧が２０ｋＰａに半減すれば、リーク流量は約０．７倍、つまり、リーク流量は約３０％減少する。このように、図８及び図９に示す回転式窒素吸着装置では、リーク流量が低減され、その結果、酸素富化用空気供給管１０から供給する空気流量を減少することができ、送風機の動力が削減される。
【００６３】
仕切板３６によって仕切られた各ユニットには、窒素吸収用吸着剤３７が充填されている。窒素吸収用吸着剤３７を各ユニットに充填するにあたり、窒素吸収用吸着剤３７を、金網、ネットなどで梱包して各ユニットに装入してもよく、また、窒素吸収用吸着剤３７を塗布したハニカム構造体を各ユニットに装入してもよい。
【００６４】
図１１に、窒素吸収用吸着剤３７を塗布したハニカム構造体４３を円筒型容器３４の各ユニットに装入した例を示す。つまり、仕切板３６で仕切られた各ユニットに、表面に窒素吸収用吸着剤３７が塗布されたハニカム構造体４３を配置する。窒素吸収用吸着剤３７での圧力損失を低減するためには、窒素吸収用吸着剤３７を、円筒型容器３４の内部に充填せずに、ハニカム構造体４３に塗布することが好ましいが、窒素吸収用吸着剤３７をハニカム構造体４３の表面に厚く塗布することは難しく、必要量を塗布するためにはハニカム構造体４３の形状が大きくなり、経済性を損なう場合もあるので、ハニカム構造体４３を採用する場合には、その点を考慮する必要がある。尚、図１１は、本発明で使用する回転式窒素吸着装置２の内部構造の例を示す概略図であり、（Ａ）が円筒型容器３４の斜視図、（Ｂ）がハニカム構造体４３の拡大図である。
【００６５】
また更に、本発明で使用する回転式窒素吸着装置２においては、円筒型容器３４と第１の接続管体３９との間隙、及び、円筒型容器３４と第２の接続管体４０との間隙、並びに、円筒型容器３４と接続管部４５，４６との間隙、及び、円筒型容器３４と接続管部４７，４８との間隙からの大気の流入或いは大気への流出を抑制するために、円筒型容器３４の端部とこれらのフランジ部３９ａ，４０ａ，４５ａ，４６ａ，４７ａ，４８ａとの間に、ハージ用ガスを連続的または断続的に供給することが好ましい。ハージ用ガスとしては、露点が−４０℃以下の乾燥したガスであるならばどのような種類のガスであっても構わないが、本実施形態に係る回転式窒素吸着装置２では、吸着除湿装置３，４，５にて除湿された空気を使用する。好ましいガスパージ機構の構成例を図１２に示す。
【００６６】
図１２において、円筒型容器３４の端部３４ａと、第１の接続管体３９のフランジ部３９ａとの摺動面を覆うように、円筒型容器３４の全周にわたって、パージ用空気供給管１２と連結するパージ部材４４が取り付けられており、パージ部材４４に開口するパージ用空気供給管１２から供給される乾燥した空気によってパージ部材４４に囲まれた空間が置換されるようになっている。これにより、湿潤状態の大気の円筒型容器３４への侵入が防止される。図１２は、円筒型容器３４と第１の接続管体３９とのパージ機構を説明したが、円筒型容器３４と第２の接続管体４０との間隙、及び、円筒型容器３４と接続管部４５，４６，４７，４８との間隙も同様に実施すればよい。
【００６７】
回転式窒素吸着装置２は、その軸心３５を水平方向にすると、仕切板３６によって仕切られた各ユニットに充填した窒素吸収用吸着剤３７が重力を受けて鉛直下方に移動してしまい、各ユニットの上部側に窒素吸収用吸着剤３７が充填されない部分が生じ、窒素吸収用吸着剤３７と接触しないまま円筒型容器３４を通り抜ける空気が生ずる恐れがあるので、図６〜７及び図８〜９に示すように、軸心３５を鉛直方向にすることが好ましい。但し、ハニカム構造体４３を採用する場合には、窒素吸収用吸着剤３７は重力の影響を受けない、つまり偏在しないので、軸心３５を水平方向としても構わない。
【００６８】
第１の空気排出本管１４は、図５に示すように、その流路方向の下流側で、空気排出枝管１４ａ、空気排出枝管１４ｂ及び空気排出枝管１４ｃの３つに分岐され、空気排出枝管１４ａは吸着除湿装置３に連結し、空気排出枝管１４ｂは吸着除湿装置４に連結し、空気排出枝管１４ｃは吸着除湿装置５に連結している。第１の空気排出本管１４には、第１の空気排出本管１４を通る空気の流量を調整するための流量調節弁３３が設置され、また、空気排出枝管１４ａには、遮断弁１８が設置され、空気排出枝管１４ｂには、遮断弁２３が設置され、空気排出枝管１４ｃには、遮断弁２８が設置されている。
【００６９】
回転式窒素吸着装置２の第１の空気排出本管１４から排出される空気は、窒素濃度は高いものの、吸着除湿装置３、吸着除湿装置４、吸着除湿装置５の何れかで除湿されており、その露点は低いままである。従って、回転式窒素吸着装置２から排出される空気を、吸着除湿装置３，４，５の水分吸収用吸着剤３８の再生用ガス、つまり、水分吸収用吸着剤３８からの水分放出用ガスとして利用することができる。その場合、吸着除湿装置の水分吸収用吸着剤に吸着した水分は容易に水分放出用ガスに放出されて再生され、吸着除湿装置の水分吸収用吸着剤の再生コストを抑えることが可能となる。即ち、水分を吸着した水分吸収用吸着剤３８と乾燥した空気とが接触することで、水分吸収用吸着剤３８に吸着した水分は脱離して空気中に放出され、水分吸収用吸着剤３８は再生され、一方、水分放出用ガスの水分は増加する。水分放出用ガスの水分が増加することを「水分富化処理」という。
【００７０】
尚、上記の実施形態では、水分放出用ガス供給管１４ａ，１４ｂ，１４ｃは第１の空気排出本管１４から分岐しているが、水分放出用ガスとしては、これに限定されない。露点が吸着除湿装置３，４，５により脱水分処理された後の空気と同程度以下のガスであれば、どのようなガスでも使用可能である。
【００７１】
吸着除湿装置３の空気排出枝管１４ａと連結する側とは反対側に、空気排出枝管１５ａが配置され、吸着除湿装置３で水分富化処理された空気は、空気排出枝管１５ａに排出される。同様に、吸着除湿装置４の空気排出枝管１４ｂと連結する側とは反対側に、空気排出枝管１５ｂが配置され、吸着除湿装置４で水分富化処理された空気は、空気排出枝管１５ｂに排出され、また、吸着除湿装置５の空気排出枝管１４ｃと連結する側とは反対側に、空気排出枝管１５ｃが配置され、吸着除湿装置５で水分富化処理された空気は、空気排出枝管１５ｃに排出される。これらの空気排出枝管１５ａ、空気排出枝管１５ｂ及び空気排出枝管１５ｃは、流路方向の下流側で１つにまとまって第２の空気排出本管１５となる。空気排出枝管１５ａには遮断弁１９が設置され、空気排出枝管１５ｂには遮断弁２４が設置され、空気排出枝管１５ｃには遮断弁２９が設置されている。
【００７２】
吸着除湿装置３，４，５に配置される水分吸収用吸着剤３８は、飽和濃度以上の水分は吸着しないので、本発明を実施する際は、３基の吸着除湿装置３，４，５で同時に脱水分処理を実施することはなく、何れかの内の少なくとも１基の吸着除湿装置では、乾燥した空気を導入し、水分吸収用吸着剤３８の再生を実施する。遮断弁１６、遮断弁１７、遮断弁１８、遮断弁１９、遮断弁２１、遮断弁２２、遮断弁２３、遮断弁２４、遮断弁２６、遮断弁２７、遮断弁２８、遮断弁２９は、吸着除湿装置３，４，５の運転を、水分吸着と水分放出とに切り替えるための弁である。
【００７３】
第２の空気排出本管１５は、空気を吸引するための送風機７と連結し、送風機７により吸引された低酸素・高湿度の空気は大気に放散される。本発明の第１の実施形態に係る酸素富化空気製造設備１では、流路の入側に設置した送風機６と、流路の出側に設置した送風機７の２基の送風機によって空気が送風されるが、流路の途中に送風機を配置することは本発明を実施する上で何ら問題とはならず、必要に応じて設置すればよい。
【００７４】
このようにして構成される、本発明の第１の実施形態に係る酸素富化空気製造設備１を用いて、空気から酸素富化空気を製造する方法を説明する。
【００７５】
即ち、図５において、送風機６から吸着除湿装置３，４，５のうちの少なくとも何れか１つに供給した空気が、酸素富化用空気供給管１０を介して回転式窒素吸着装置２に供給され、且つ、回転式窒素吸着装置２から第１の空気排出本管１４を介して排出された空気が、送風機６から空気が供給されていない吸着除湿装置を通って送風機７で吸引されて排出できるように、遮断弁１６、遮断弁１７、遮断弁１８、遮断弁１９の群、遮断弁２１、遮断弁２２、遮断弁２３、遮断弁２４の群、及び、遮断弁２６、遮断弁２７、遮断弁２８、遮断弁２９の群の開閉を調整する。例えば、送風機６の空気を吸着除湿装置３に供給する場合には、遮断弁１６及び遮断弁１７を「開」とし、遮断弁１８及び遮断弁１９を「閉」とする。そして、その状態で、送風機６を作動させるとともに送風機７を稼働させ、且つ、回転式窒素吸着装置２の円筒型容器３４を、軸心３５を中心として連続的或いは断続的に回転させる。
【００７６】
送風機６から吸着除湿装置３，４，５のうちの少なくとも何れか１つに供給された空気は、供給された吸着除湿装置に配置される水分吸収用吸着剤３８と接触して水分が除去され、脱水分処理された空気は、酸素富化用空気供給管１０、窒素放出用空気供給管１１及びパージ用空気供給管１２を通って回転式窒素吸着装置２に供給される。酸素富化用空気供給管１０、窒素放出用空気供給管１１及びパージ用空気供給管１２を通る空気の流量を、流量調節弁３１及び流量調節弁３２によって所定の範囲に調整する。この場合、脱水分処理後の空気の露点が−４０℃以下となるように、吸着除湿装置を通過する空気の流量・流速を調整することが好ましい。
【００７７】
ゼオライトからなる、回転式窒素吸着装置２に配置される窒素吸収用吸着剤３７は、圧力または温度の差によって窒素吸着量を変更するので、酸素富化用空気供給管１０から供給する空気の圧力を、窒素放出用空気供給管１１から供給する空気の圧力よりも高くするか、または、酸素富化用空気供給管１０から供給する空気の温度を、窒素放出用空気供給管１１から供給する空気の温度よりも低くするか、或いは、酸素富化用空気供給管１０から供給する空気を、窒素放出用空気供給管１１から供給する空気に比べて圧力を高く温度を低くして、その状態の空気を、酸素富化用空気供給管１０及び窒素放出用空気供給管１１から供給する。
【００７８】
供給する空気の圧力調整は、例えば、送風機６と送風機７との吐出圧力の調整などによって行うことができ、供給する空気の温度調整は、酸素富化用空気供給管１０にヒーター（図示せず）を設置する或いは窒素放出用空気供給管１１に冷却器（図示せず）を設置することなどによって行うことができる。
【００７９】
酸素富化用空気供給管１０及び窒素放出用空気供給管１１から回転式窒素吸着装置２に供給された空気は、それぞれ窒素吸収用吸着剤３７と接触する。ここで、酸素富化用空気供給管１０から供給された空気は、窒素放出用空気供給管１１から供給された空気に比較して圧力が高い、または温度が低い、或いは圧力が高く温度が低いので、ゼオライトからなる窒素吸収用吸着剤３７によって窒素が吸着され、窒素が減少して、酸素富化が行われる。
【００８０】
一方、窒素放出用空気供給管１１から供給された空気は、酸素富化用空気供給管１０から供給された空気に比較して圧力が低い、または温度が高い、或いは圧力が低く温度が高いので、この空気と接触することによってゼオライトからなる窒素吸収用吸着剤３７の窒素吸着量が低下し、窒素吸着量の差分の窒素が窒素放出用空気供給管１１から供給された空気に放出される。これにより、窒素放出用空気供給管１１から供給された空気の窒素濃度が増加する。このようにすることで、窒素吸収用吸着剤３７は窒素吸着量が飽和状態のままで留まることはなく、連続して窒素の吸着・放出を遂行する。酸素富化用空気供給管１０から供給され、酸素富化された空気は、酸素富化空気排出管１３を介してガスタンク、ガスホルダーなどに回収される。
【００８１】
一方、窒素富化処理の施された空気は、第１の空気排出本管１４を通って、送風機６から空気が供給されていない吸着除湿装置に導入されて、その吸着除湿装置に配置された水分吸収用吸着剤３８と接触する。第１の空気排出本管１４から排出される空気は、窒素濃度は高いものの、別の吸着除湿装置の水分吸収用吸着剤３８によって既に水分が除去された乾燥状態の空気であるので、水分吸収用吸着剤３８に吸着した水分は、第１の空気排出本管１４から導入される空気に放出され、この空気の水分濃度は上昇する。かくして、脱水分処理を行っていない吸着除湿装置に配置される水分吸収用吸着剤３８は再生される。
【００８２】
ここで、吸着除湿装置３、吸着除湿装置４及び吸着除湿装置５の切り替えのタイムスケジュールの例を表１及び表２に示す。
【００８３】
【表１】
2010051877.tif 000003
【００８４】
【表２】
2010051877.tif 000004
【００８５】
表１に示すタイムスケジュールは、吸着除湿装置３と吸着除湿装置４とで、水分吸収用吸着剤３８による吸着つまり脱水分処理と、水分吸収用吸着剤３８からの放出（脱離）とを交互に切り替え、この切り替えの時期に吸着除湿装置５による吸着（脱水分処理）を重複させる例である。一方、表２に示すタイムスケジュールは、吸着除湿装置３、吸着除湿装置４及び吸着除湿装置５による吸着（脱水分処理）を、吸着工程の２／３周期でずらしながら重複させる、つまり、或る吸着除湿装置による吸着工程が２／３経過した時点で、次の吸着除湿装置による吸着工程を開始させるという例である。
【００８６】
どちらのタイムスケジュールにおいてもバルブの切り替え時間が必要となるため、同じ吸湿装置の切り替えタイミングにはタイムラグがある。但し、吸着工程の末期で重複させるので、安定して酸素富化空気を製造することが可能となる。
【００８７】
また、吸着と放出（脱離）の間には放散弁２０，２５，３０から低酸素空気を放出する操作が必要となるため、遮断弁１６，２３，２８と遮断弁１７，２２，２７の開閉にはタイムラグをつくる。
【００８８】
円筒型容器３４の回転数は、酸素富化用空気供給管１０から供給する空気量、窒素放出用空気供給管１１から供給される空気との圧力差または温度差、酸素富化空気製造設備１の構成、窒素吸収用吸着剤３７の設置条件などに基づき、回転数を変更したときの回転式窒素吸着装置２の出口における流量及び酸素濃度を計算し、算出される流量及び酸素濃度が目標とする流量及び酸素濃度以上となる条件に設定するものとする。少なくとも、窒素吸収用吸着剤３７の吸着量が飽和吸着量に達しないうちに１８０度回転（半回転）するようにしなければならない。
【００８９】
図１３に、後述する実施例に示す深冷分離装置によって酸素富化空気を製造する場合の動力から、本発明の第１の実施形態によって酸素富化空気を製造する場合の動力を差し引いたときの差（差＝深冷法−本発明法）を、酸素富化空気の酸素濃度別に示す。図１３に示すように、深冷法やＰＳＡ法との比較において、本発明の効果をより一層発揮できるのは、空気中の酸素濃度を６２体積％以下の範囲で酸素富化する場合であり、酸素濃度を２１〜３５体積％に酸素富化する場合には更に本発明の効果をより高く発揮できる。
【００９０】
このように、本実施形態に係る酸素富化空気製造設備１によれば、吸着除湿装置３，４，５と回転式窒素吸着装置２とを備えていて、先ず、吸着除湿装置３，４，５にて空気に対して脱水分処理を施し、次いで、脱水分処理の施された乾燥状態の空気を回転式窒素吸着装置２に導入するので、回転式窒素吸着装置２の窒素吸収用吸着剤３７は水分の影響を受けることなく、供給される空気から窒素を吸着し、酸素富化空気を安定して製造することが実現される。そして、吸着除湿装置３，４，５で脱水分処理された空気の一部を、回転式窒素吸着装置２の窒素吸収用吸着剤３７からの窒素放出用ガスとして使用する場合には、窒素吸収用吸着剤３７に吸着した窒素は窒素放出用ガスに放出され、窒素吸収用吸着剤３７の窒素吸着量は飽和にならず、酸素富化空気を長期間にわたって連続的に製造することが可能となる。
【００９１】
また、本発明に係る酸素富化空気製造設備１では、回転式窒素吸着装置２を用いているので、窒素吸着装置が固定式の場合に比較して、窒素吸着装置の設置数が少なくなるのみならず、それによる各種配管及び切り替え弁の設置数も少なくなり、設備コストを大幅に削減することが可能となる。また、窒素吸着装置を切り替えることなく酸素富化空気の連続製造が可能となり、作業の煩雑性が解消される。
【００９２】
次に、脱水分処理するための吸着除湿装置が回転式である第２の実施形態の酸素富化空気製造設備について説明する。図１４は、本発明に係る酸素富化空気製造設備の第２の実施形態の全体構成を示す概略図である。尚、第２の実施形態は、図５に示す第１の実施形態における吸着除湿装置３，４，５に代わって回転式吸着除湿装置３Ａが配置されており、その他の構成は第１の実施形態と同等であり、従って、重複することもあるが、以下に説明する。
【００９３】
図１４に示すように、本発明の第２の実施形態に係る酸素富化空気製造設備１Ａは、ゼオライトなどからなる窒素吸収用吸着剤３７が配置された、空気中の窒素を除去して酸素富化空気を製造するための１基の回転式窒素吸着装置２と、水分吸収用吸着剤３８が配置された、窒素を除去するに先立って空気中の水分を除去するための１基の回転式吸着除湿装置３Ａとを備えている。また、回転式吸着除湿装置３Ａと回転式窒素吸着装置２とを連結するための各種配管が配置され、更に、回転式吸着除湿装置３Ａへ空気を供給するための送風機６及び回転式吸着除湿装置３Ａからの排出空気を吸引するための送風機７が配置されている。
【００９４】
空気を送るための送風機６は第１の空気供給本管８と連結し、送風機６により供給された空気は第１の空気供給本管８に導入される。第１の空気供給本管８は、流路方向の下流側で回転式吸着除湿装置３Ａに連結している。回転式吸着除湿装置３Ａの内部には、活性アルミナ、モレキュラーシーブなどの水分吸収用吸着剤３８が配置されており、回転式吸着除湿装置３Ａに供給された空気は水分吸収用吸着剤３８と接触して脱水分処理される。
【００９５】
回転式吸着除湿装置３Ａの第１の空気供給本管８と連結する側とは反対側に、第２の空気供給本管９が配置されており、回転式吸着除湿装置３Ａで脱水分処理された空気は、第２の空気供給本管９に導入される。
【００９６】
第２の空気供給本管９は、その流路方向の下流側で、酸素富化用空気供給管１０、窒素放出用空気供給管１１、パージ用空気供給管１２及びパージ用空気供給管１２Ａの４つに分岐し、酸素富化用空気供給管１０、窒素放出用空気供給管１１及びパージ用空気供給管１２は、それぞれ、窒素吸収用吸着剤３７が配置された回転式窒素吸着装置２に連結され、一方、パージ用空気供給管１２Ａは回転式吸着除湿装置３Ａに連結されている。
【００９７】
酸素富化用空気供給管１０は、回転式窒素吸着装置２で窒素が除去されて酸素富化空気となる空気を送るための供給管であり、窒素放出用空気供給管１１は、回転式窒素吸着装置２の窒素吸収用吸着剤３７の再生を図るための窒素放出用ガスとしての空気を供給するための供給管であり、パージ用空気供給管１２は、湿潤状態の大気が回転式窒素吸着装置２へ流入することを防止するために、回転式窒素吸着装置２の回転部と固定部との間に、脱水分処理された空気をパージ用ガスとして供給するための供給管である。また、パージ用空気供給管１２Ａは、湿潤状態の大気が回転式吸着除湿装置３Ａへ流入することを防止するために、回転式吸着除湿装置３Ａの回転部と固定部との間に、脱水分処理された空気をパージ用ガスとして供給するための供給管である。
【００９８】
窒素放出用空気供給管１１には、窒素放出用空気供給管１１を通過する空気の流量を調整するための流量調節弁３１が設置され、パージ用空気供給管１２には、パージ用空気供給管１２を通過する空気の流量を調整するための流量調節弁３２が設置され、パージ用空気供給管１２Ａには、パージ用空気供給管１２Ａを通過する空気の流量を調整するための流量調節弁４９が設置されている。
【００９９】
回転式窒素吸着装置２の酸素富化用空気供給管１０と連結する側とは反対側に、酸素富化空気排出管１３が配置されており、酸素富化用空気供給管１０から供給され、酸素富化した空気は、酸素富化空気排出管１３を介してガスタンク、ガスホルダーなどの収容容器（図示せず）に排出される。また、回転式窒素吸着装置２の窒素放出用空気供給管１１と連結する側とは反対側に、第１の空気排出本管１４が配置されており、窒素放出用空気供給管１１から供給され、窒素吸収用吸着剤３７を再生した空気は第１の空気排出本管１４を介して排出される。
【０１００】
尚、図１４では、酸素富化用空気供給管１０と窒素放出用空気供給管１１とが、流路の方向を回転式窒素吸着装置２に対して逆向き方向に連結されているが、必ずしも逆向き方向とする必要はなく、同一方向であっても構わない。また、本実施形態では、窒素放出用空気供給管１１は第２の空気供給本管９から分岐しているが、窒素放出用ガスとしては、これに限定されない。但し、露点が回転式吸着除湿装置３Ａにより脱水分処理された後の空気と同程度以下で、窒素濃度が空気中の窒素濃度以下のガスであることが好ましい。
【０１０１】
第１の空気排出本管１４は、その流路方向の下流側で回転式吸着除湿装置３Ａに連結しており、そして、この第１の空気排出本管１４には、第１の空気排出本管１４を通る空気の流量を調整するための流量調節弁３３及び第１の空気排出本管１４を通る空気を遮断するための遮断弁５０が設置されている。
【０１０２】
第１の空気排出本管１４から排出される空気は、窒素濃度は高いものの、回転式吸着除湿装置３Ａで予め除湿されており、その露点は低いままである。従って、回転式窒素吸着装置２から排出される空気を、回転式吸着除湿装置３Ａの水分吸収用吸着剤３８の再生用ガスとして、つまり、水分吸収用吸着剤３８からの水分放出用ガスとして利用することができる。即ち、回転式吸着除湿装置３Ａの水分吸収用吸着剤３８に吸着した水分は容易に水分放出用ガスに放出されて再生され、回転式吸着除湿装置３Ａの水分吸収用吸着剤３８の再生コストを抑えることが可能となる。このようにすることで、回転式吸着除湿装置３Ａの水分吸収用吸着剤３８は水分吸着量が飽和状態のままで留まることはなく、連続して水分の吸着・放出を遂行する。
【０１０３】
尚、上記の実施形態では、水分放出用ガスとして第１の空気排出本管１４から排出される窒素富化された空気を利用しているが、水分放出用ガスとしては、これに限定されない。露点が回転式吸着除湿装置３Ａにより脱水分処理された後の空気と同程度以下のガスであれば、どのようなガスでも使用可能である。また、第１の空気供給本管８と第１の空気排出本管１４とが、流路の方向を回転式吸着除湿装置３Ａに対して逆向き方向に連結されているが、必ずしも逆向き方向とする必要はなく、同一方向であっても構わない。
【０１０４】
回転式吸着除湿装置３Ａの第１の空気排出本管１４と連結する側とは反対側に、第２の空気排出本管１５が配置されており、回転式吸着除湿装置３Ａで水分富化処理された空気は、第２の空気排出本管１５に排出される。第２の空気排出本管１５は空気を吸引するための送風機７と連結し、送風機７により吸引された低酸素・高湿度の空気は大気に放散される。
【０１０５】
本発明の第２の実施形態に係る酸素富化空気製造設備１Ａでは、流路の入側に設置した送風機６と、流路の出側に設置した送風機７の２基の送風機によって空気が送風されるが、流路の途中に送風機を配置することは本発明を実施する上で何ら問題とはならず、必要に応じて設置すればよい。
【０１０６】
第２の実施形態で使用する回転式窒素吸着装置２は、第１の実施形態で使用する回転式窒素吸着装置２と同一とする。即ち、前述した図６，７，１０または図８，９，１０に示す回転式窒素吸着装置を使用すればよく、その詳細な説明は省略する。また、第２の実施形態で使用する回転式吸着除湿装置３Ａも、第１の実施形態で使用する回転式窒素吸着装置２と同様の構造とすればよい。但し、当然のことではあるが、回転式吸着除湿装置３Ａの場合には、円筒型容器３４の内部に窒素吸収用吸着剤３７に代えて水分吸収用吸着剤３８を配置する。それ以外は、第１の実施形態で使用する回転式窒素吸着装置２と同様であり、その説明を省略する。尚、円筒型容器３４の回転部と固定部との間のパージ機構も第１の実施形態で使用する回転式窒素吸着装置２と同様に行えばよい。
【０１０７】
このようにして構成される、本発明の第２の実施形態に係る酸素富化空気製造設備１Ａを用いて、空気から酸素富化空気を製造する方法を説明する。
【０１０８】
即ち、図１４において、送風機６により回転式吸着除湿装置３Ａに空気を供給するとともに、送風機７により回転式吸着除湿装置３Ａから空気を吸引し、これにより、回転式吸着除湿装置３Ａに供給した空気が、酸素富化用空気供給管１０を介して回転式窒素吸着装置２に供給され、且つ、回転式窒素吸着装置２から第１の空気排出本管１４を介して排出された空気が、回転式吸着除湿装置３Ａを通って排出されるように、空気の流れを形成させる。そして、その状態で、回転式吸着除湿装置３Ａ及び回転式窒素吸着装置２を、軸心３５を中心として連続的或いは断続的に回転させる。
【０１０９】
送風機６から回転式吸着除湿装置３Ａに供給された空気は、回転式吸着除湿装置３Ａに配置される水分吸収用吸着剤３８と接触して水分が除去され、脱水分処理された空気は、酸素富化用空気供給管１０、窒素放出用空気供給管１１及びパージ用空気供給管１２を通って回転式窒素吸着装置２に供給されるとともに、パージ用空気供給管１２Ａを通って回転式吸着除湿装置３Ａに供給される。酸素富化用空気供給管１０、窒素放出用空気供給管１１、パージ用空気供給管１２及びパージ用空気供給管１２Ａを通る空気の流量を、流量調節弁３１、流量調節弁３２及び流量調節弁４９によって所定の範囲に調整する。この場合、脱水分処理後の空気の露点が−４０℃以下となるように、回転式吸着除湿装置３Ａを通過する空気の流量・流速を調整することが好ましい。
【０１１０】
ゼオライトからなる、回転式窒素吸着装置２に配置される窒素吸収用吸着剤３７は、圧力または温度の差によって窒素吸着量を変更するので、酸素富化用空気供給管１０から供給する空気の圧力を、窒素放出用空気供給管１１から供給する空気の圧力よりも高くするか、または、酸素富化用空気供給管１０から供給する空気の温度を、窒素放出用空気供給管１１から供給する空気の温度よりも低くするか、或いは、酸素富化用空気供給管１０から供給する空気を、窒素放出用空気供給管１１から供給する空気に比べて圧力を高く温度を低くして、その状態の空気を、酸素富化用空気供給管１０及び窒素放出用空気供給管１１から供給する。
【０１１１】
両ガスの温度差は０〜４００℃であればよい。温度差はなくともよく、上限は吸着剤の耐用度で決まるがほぼ４００℃である。尚、より実用的には０〜１００℃である。また、両ガスの圧力差は２０〜７０ｋＰａあれば目的とする酸素富化が効率良く達成できる（個々の圧力条件としては、２０ｋＰａ時には吸着ガス側は＋１０ｋＰａ、脱着ガス側は−１０ｋＰａ程度、７０ｋＰａ時には吸着ガス側は＋１０ｋＰａ、脱着ガス側は−６０ｋＰａである）。圧力差が２０ｋＰａ未満では十分に吸着が進まず、一方、圧力差が７０ｋＰａ超えでは従来の深冷法と同等の動力となってしまう。一例として酸素濃度３０体積％の酸素富化空気を得ようとする場合は、５０ｋＰａ（例えば、吸着側＋１０ｋＰａ、脱着側−４０ｋＰａ）でよい。また、温度差と圧力差を同時に使用する場合は、上記条件の範囲内に収める。
【０１１２】
供給する空気の圧力調整は、例えば、送風機６と送風機７との吐出圧力の調整などによって行うことができ、供給する空気の温度調整は、酸素富化用空気供給管１０にヒーター（図示せず）を設置する或いは窒素放出用空気供給管１１に冷却器（図示せず）を設置することなどによって行うことができる。
【０１１３】
酸素富化用空気供給管１０及び窒素放出用空気供給管１１から回転式窒素吸着装置２に供給された空気は、それぞれ窒素吸収用吸着剤３７と接触する。ここで、酸素富化用空気供給管１０から供給された空気は、窒素放出用空気供給管１１から供給された空気に比較して圧力が高い、または温度が低い、或いは圧力が高く温度が低いので、ゼオライトからなる窒素吸収用吸着剤３７によって窒素が吸着され、窒素が減少して、酸素富化が行われる。
【０１１４】
一方、窒素放出用空気供給管１１から供給された空気は、酸素富化用空気供給管１０から供給された空気に比較して圧力が低い、または温度が高い、或いは圧力が低く温度が高いので、この空気と接触することによってゼオライトからなる窒素吸収用吸着剤３７の窒素吸着量が低下し、窒素吸着量の差分の窒素が窒素放出用空気供給管１１から供給された空気に放出される。これにより、窒素放出用空気供給管１１から供給された空気の窒素濃度が増加する。このようにすることで、窒素吸収用吸着剤３７は窒素吸着量が飽和状態のままで留まることはなく、連続して窒素の吸着・放出を遂行する。酸素富化用空気供給管１０から供給され、酸素富化された空気は、酸素富化空気排出管１３を介してガスタンク、ガスホルダーなどに回収される。
【０１１５】
一方、窒素富化処理の施された空気は、第１の空気排出本管１４を通って回転式吸着除湿装置３Ａに導入され、回転式吸着除湿装置３Ａに配置された水分吸収用吸着剤３８と接触する。第１の空気排出本管１４から排出される空気は、窒素濃度は高いものの、回転式吸着除湿装置３Ａの水分吸収用吸着剤３８によって既に水分が除去された乾燥状態の空気であるので、水分吸収用吸着剤３８に吸着した水分は、第１の空気排出本管１４から導入される空気に放出され、この空気の水分濃度は上昇する。かくして、回転式吸着除湿装置３Ａの水分吸収用吸着剤３８は、水分吸着量が飽和状態のまま留まることはなく再生され、連続して水分の吸着・放出を遂行する。
【０１１６】
回転式窒素吸着装置２の円筒型容器３４の回転数は、酸素富化用空気供給管１０から供給する空気量、窒素放出用空気供給管１１から供給される空気との圧力差または温度差、酸素富化空気製造設備１Ａの構成、窒素吸収用吸着剤３７の設置条件などに基づき、回転数を変更したときの回転式窒素吸着装置２の出口における流量及び酸素濃度を計算し、算出される流量及び酸素濃度が目標とする流量及び酸素濃度以上となる条件に設定するものとする。
【０１１７】
回転式吸着除湿装置３Ａの回転数も、回転式窒素吸着装置２の円筒型容器３４の回転数と同様に、第１の空気供給本管８から供給する空気の流量及び露点、第１の空気排出本管１４から供給される空気の流量及び露点、酸素富化空気製造設備１Ａの構成、水分吸収用吸着剤３８の設置条件などに基づき、回転数を変更したときの回転式吸着除湿装置３Ａの出口における流量及び水分濃度を計算し、算出される流量及び水分濃度が目標とする流量及び水分濃度以下となる条件に設定するものとする。
【０１１８】
このように、本実施形態に係る酸素富化空気製造設備１Ａによれば、回転式吸着除湿装置３Ａと回転式窒素吸着装置２とを備えていて、先ず、回転式吸着除湿装置３Ａにて空気に対して脱水分処理を施し、次いで、脱水分処理の施された乾燥状態の空気を回転式窒素吸着装置２に導入するので、回転式窒素吸着装置２の窒素吸収用吸着剤３７は水分の影響を受けることなく、供給される空気から窒素を吸着し、酸素富化空気を安定して製造することが実現される。そして、回転式吸着除湿装置３Ａで脱水分処理された空気の一部を、回転式窒素吸着装置２の窒素吸収用吸着剤３７からの窒素放出用ガスとして使用する場合には、窒素吸収用吸着剤３７に吸着した窒素は窒素放出用ガスに放出され、窒素吸収用吸着剤３７の窒素吸着量は飽和にならず、酸素富化空気を長期間にわたって連続的に製造することが可能となる。更に、回転式窒素吸着装置２で窒素富化処理された空気を回転式吸着除湿装置３Ａの水分吸収用吸着剤３８からの水分放出用ガスとして使用する場合には、水分吸収用吸着剤３８に吸着した水分は水分放出用ガスに放出され、水分吸収用吸着剤３８の水分吸着量は飽和にならず、長期間にわたって連続的に脱水分処理することが可能となる。
【０１１９】
また、本発明に係る酸素富化空気製造設備１Ａでは、回転式窒素吸着装置２を用いているので、窒素吸着装置が固定式の場合に比較して、窒素吸着装置の設置数が少なくなるのみならず、それによる各種配管及び切り替え弁の設置数も少なくなり、設備コストを大幅に削減することが可能となる。また、窒素吸着装置を切り替えることなく酸素富化空気の連続製造が可能となり、作業の煩雑性が解消される。また更に、本実施形態に係る酸素富化空気製造設備１Ａでは、回転式吸着除湿装置３Ａを用いているので、吸着除湿装置が固定式の場合に比較して、吸着除湿装置の設置数が少なくなるのみならず、それによる各種配管及び切り替え弁の設置数も少なくなり、第１の実施形態の場合よりも更に設備コストを削減することが可能となる。
【０１２０】
尚、本発明は上記説明の範囲に限るものではなく、種々の変更が可能である。例えば、上記説明では、回転式窒素吸着装置２には窒素吸収用吸着剤３７のみが配置されているが、回転式窒素吸着装置２にも水分吸収用吸着剤３８を配置してもよい。回転式窒素吸着装置２には乾燥した空気を供給するので、回転式窒素吸着装置２の窒素吸収用吸着剤３７は水分の影響を基本的には受けないが、供給される空気の露点が低ければ低いほど窒素の吸着効率が良く、従って、回転式窒素吸着装置２に設置される窒素吸収用吸着剤３７を挟んでその両側、またはどちらか一方に、水分吸収用吸着剤３８を設置することが好ましい。設置した水分吸収用吸着剤３８によって水分が除去され、窒素吸収用吸着剤３７には、乾燥した空気が供給される。また、何らかの理由により、円筒型容器３４の端部と、第１の接続管体３９或いは第２の接続管体４０などとの摺動面から大気が混入した場合には、窒素吸収用吸着剤３７は大気からの水分の影響を受け、窒素の吸着能が劣化するが、回転式窒素吸着装置２に設置される窒素吸収用吸着剤３７を挟んでその両側、またはどちらか一方に、水分吸収用吸着剤３８を設置することによって、これを防止することができる。
【０１２１】
この場合、回転式窒素吸着装置２に酸素富化用の空気と窒素放出用の空気とを逆方向から供給する場合には、窒素吸収用吸着剤３７の両側に水分吸収用吸着剤３８を設置することが好ましい。両側に設置することにより、窒素吸収用吸着剤３７には乾燥した空気が常に供給されるのみならず、例えば、仮に酸素富化用空気供給管１０からの空気に混入した大気によって酸素富化用空気供給管１０の側に配置した水分吸収用吸着剤３８が水分を吸収しても、この水分吸収用吸着剤３８は、その後、窒素放出用空気供給管１１から供給される乾燥した空気と接触するので、水分吸収用吸着剤３８に吸着した水分は、窒素放出用空気供給管１１から供給される乾燥した空気に放出され、水分吸収用吸着剤３８が自ずと再生されるからである。回転式窒素吸着装置２に同一方向から空気を供給する場合には、窒素吸収用吸着剤３７の流路の上流側に水分吸収用吸着剤３８を配置すればよい。
【０１２２】
また、上記説明では分離板４１によって第１の接続管体３９及び第２の接続管体４０を二分割しているが、本発明においては、第１の接続管体３９及び第２の接続管体４０の内部を少なくとも二分割すればよく、何らかの目的に対応するべく分離板４１の形状を変え、三分割以上としても構わない。
【実施例１】
【０１２３】
図８に示す回転式窒素吸着装置を備えた、図５に示す酸素富化空気製造設備を用いて、高炉の羽口から吹き込む酸素富化空気を製造した。回転式窒素吸着装置の円筒型容器は、直径８．６ｍ、長さ８．６ｍであり、ここでは、回転式窒素吸着装置の回転数を１分間あたり０．５回とし、酸素富化させる空気の圧力を大気に対して＋１０ｋＰａとし、これとは反対向きに供給する窒素放出用の空気の圧力を大気に対して−３０ｋＰａとして、酸素富化空気を製造した。図１５にそのフロー図を示す。図１５において、符号２は回転式窒素吸着装置、３及び４は吸着除湿装置、６及び７は送風機、５１は高炉、５２は高炉送風機である。
【０１２４】
図１５に示すように、酸素富化空気製造設備へ供給した空気は酸素富化され、酸素富化空気製造設備の出口では３０体積％の酸素濃度の酸素富化空気が得られた。一方、窒素富化処理された空気の酸素濃度は７体積％まで低下した。
【０１２５】
得られた酸素濃度が３０体積％の酸素富化空気を通常の空気で希釈して酸素濃度が２３．５体積％の酸素富化空気とし、これを４７６０００Ｎｍ3／ｈの流量で高炉に吹き込んだ。この場合に必要とする動力は約４１．８ＭＷであった。
【０１２６】
比較のために、従来の、深冷分離装置を用いて酸素富化空気を製造する操業も実施した。図１６に、深冷分離装置を用いて製造した酸素富化空気を高炉羽口に吹き込むときのフロー図を示す。図１６において、符号５１は高炉、５２は高炉送風機、５３は深冷分離装置、５４及び５５は送風機である。
【０１２７】
図１６に示すように、深冷分離装置によりほぼ酸素濃度が１００体積％の純酸素を製造し、これを通常の空気で希釈して酸素濃度が２３．５体積％の酸素富化空気とし、これを４７６０００Ｎｍ3／ｈの流量で高炉に吹き込んだ。この場合に必要とする動力は約４６．４ＭＷであった。
【０１２８】
また、特許文献１に開示する技術のように除湿操作を行わなければ、略１ヶ月以内で所定の出口酸素濃度が達成できなくなり、吸着剤を交換しなければならない。
【０１２９】
それに対して本発明によれば、除湿操作されているので半永久的（１年以上）に所定の出口酸素濃度性能が確保できるので、吸着剤を交換する必要がなく吸着剤のコストダウンができるとともに交換のために高炉などの操業中断などしなくともよいので操業を阻害することはない。
【０１３０】
以上のように、本発明によれば、従来技術に対し酸素富化空気を長期間にわたって連続的に製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１３１】
【図１】ゼオライトの窒素吸着量と圧力との関係を定性的に示す図である。
【図２】ゼオライトの窒素吸着量と圧力及び温度との関係を定性的に示す図である。
【図３】空気の露点を変更して水分と窒素の吸着量を比較した結果である。
【図４】ゼオライトの窒素吸着能に及ぼす空気の露点の影響を調査した結果である。
【図５】本発明に係る酸素富化空気製造設備の第１の実施形態の全体構成を示す概略図である。
【図６】図５に示す回転式窒素吸着装置の概略斜視図である。
【図７】図６に示す回転式窒素吸着装置の部分断面概略図である。
【図８】図５に示す回転式窒素吸着装置の他の例の概略斜視図である。
【図９】図８に示す回転式窒素吸着装置の部分断面概略図である。
【図１０】図６及び図８に示す回転式窒素吸着装置の端部の概略図であり、（Ａ）は概略斜視図、（Ｂ）は回転式窒素吸着装置の軸心方向から見た概略図である。
【図１１】図６及び図８に示す回転式窒素吸着装置の内部構造の例を示す概略図である。
【図１２】図６に示す回転式窒素吸着装置において、円筒型容器の端部と第１の接続管体のフランジ部との間のガスパージの例を示す概略図である。
【図１３】深冷分離装置と本発明との動力差を、酸素富化空気の酸素濃度別に示す図である。
【図１４】本発明に係る酸素富化空気製造設備の第２の実施形態の全体構成を示す概略図である。
【図１５】本発明の酸素富化空気製造設備を用いて製造した酸素富化空気を高炉羽口から吹き込むときのフロー図である。
【図１６】従来の深冷分離装置を用いて製造した酸素富化空気を高炉羽口から吹き込むときのフロー図である。
【符号の説明】
【０１３２】
１  酸素富化空気製造設備
１Ａ  酸素富化空気製造設備
２  回転式窒素吸着装置
３  吸着除湿装置
３Ａ  回転式吸着除湿装置
４  吸着除湿装置
５  吸着除湿装置
６  送風機
７  送風機
８  第１の空気供給本管
９  第２の空気供給本管
１０  酸素富化用空気供給管
１１  窒素放出用空気供給管
１２  パージ用空気供給管
１２Ａ  パージ用空気供給管
１３  酸素富化空気排出管
１４  第１の空気排出本管
１５  第２の空気排出本管
３４  円筒型容器
３５  軸心
３６  仕切板
３７  窒素吸収用吸着剤
３８  水分吸収用吸着剤
３９  第１の接続管体
４０  第２の接続管体
４１  分離板
４２  シール板
４２Ａ  シール用固定板
４３  ハニカム構造体
４４  パージ部材
４５  第１の接続管部
４６  第２の接続管部
４７  第３の接続管部
４８  第４の接続管部
５１  高炉
５２  高炉送風機
５３  深冷分離装置
５４  送風機
５５  送風機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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