(57)【要約】【課題】簡便なシステムで高濃度の酸素を含有するガスを製造できる高酸素濃度ガス製造装置を提供することを目的とする。【解決手段】空気より高濃度の酸素を含有するガスを製造する装置であって、窒素を空気から分離する分離膜を備えた窒素分離部１１と、窒素分離部１１において窒素が分離された分離ガスを貯蔵する貯蔵部１３と、貯蔵部１３と窒素分離部１１とを連通する配管１２に設けられ、配管１２内を通過する分離ガスに対して磁気を印加する磁気ユニット１５とを備えていることを特徴とする。分離膜により空気から窒素を分離しているので、分離効率を高くすることができる。また、貯蔵部１３に貯蔵される前に、分離ガスが磁場内を通過するので、貯蔵されたガスに磁場の影響を与えることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気より高濃度の酸素を含有するガスを製造する装置であって、
窒素を空気から分離する分離膜を備えた窒素分離部と、
該窒素分離部において窒素が分離された分離ガスを貯蔵する貯蔵部と、
該貯蔵部と前記窒素分離部とを連通する配管に設けられ、該配管内を通過する前記分離ガスに対して磁気を印加する磁気ユニットとを備えている
ことを特徴とする高酸素濃度ガス製造装置。
【請求項２】
前記磁気ユニットが、
配管内に配置された永久磁石であり、
該永久磁石は、
複数の棒状永久磁石の同極同士を接合して形成された棒状の磁石である
ことを特徴とする請求項１記載の高酸素濃度ガス製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高酸素濃度ガス製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガソリン機関、ディーゼル機関等の内燃機関等の化石燃料を燃焼させる燃焼機関においては、通常、空気と気化した燃料を所定の割合で混合することによって、燃料を燃焼させている。空気の８０％は窒素であるため、燃料を燃焼させたときに発生する熱によって、窒素と燃え残りの酸素とが反応して有害ガスであるＮＯｘ （窒素酸化物）が発生する。このＮＯｘ 排出量を抑制するためには、燃料を燃焼させるときに、空気に代えて、酸素濃度の高いガスを導入することが好ましい。
【０００３】
従来、酸素濃度の高いガスを燃焼機関に供給する方法として、酸素ボンベからガスを供給する方法がある。かかる酸素ボンベに充填される酸素ガスは、通常、工業的に液体空気の分留等することによって製造されるが、非常に高価であり、一般的に使用することは実質的に不可能である。
【０００４】
液体空気の分留等により酸素ガスを製造する方法に比べて、比較的簡易な方法で酸素濃度の高いガスを得る技術として、酸素ガスと窒素ガスの磁性（磁化率）の相違を利用する技術が開発されている（特許文献１）。
特許文献１には、中央部付近に空気流入口を有する管と、管の内部に一方の端部から他方の端部へ向かう軸方向の磁界を発生させる磁界発生手段とからなる装置が開示されており、この装置を使用すれば、管の他方の端部から高酸素濃度のガス得ることができる旨が記載されている。
【０００５】
しかるに、特許文献１の技術では、磁力だけで酸素ガスと窒素ガスとを分離しているので、ある程度の酸素濃度のガスを得ることはできるものの、得られるガスの酸素濃度は必ずしも十分高いとはいえない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２２１１１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記事情に鑑み、簡便なシステムで高濃度の酸素を含有するガスを製造できる高酸素濃度ガス製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１発明の高酸素濃度ガス製造装置は、空気より高濃度の酸素を含有するガスを製造する装置であって、窒素を空気から分離する分離膜を備えた窒素分離部と、該窒素分離部において窒素が分離された分離ガスを貯蔵する貯蔵部と、該貯蔵部と前記窒素分離部とを連通する配管に設けられ、該配管内を通過する前記分離ガスに対して磁気を印加する磁気ユニットとを備えていることを特徴とする。
第２発明の高酸素濃度ガス製造装置は、第１発明において、前記磁気ユニットが、配管内に配置された永久磁石であり、該永久磁石は、複数の棒状永久磁石の同極同士を接合して形成された棒状の磁石であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
第１発明によれば、分離膜により空気から窒素を分離しているので、分離効率を高くすることができる。また、貯蔵部に貯蔵される前に、分離ガスが磁場内を通過するので、貯蔵されたガスに磁場の影響を与えることができる。
第２発明によれば、配管内に形成される磁場が強くできるし、分離ガスに確実に磁場を印加することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態の高酸素濃度ガス製造装置１０の概略ブロック図である。
【図２】本実施形態の高酸素濃度ガス製造装置１０の一例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
図１に示すように、本実施形態の高酸素濃度ガス製造装置１０は、窒素分離部１１、磁気ユニット１５、貯蔵部１３が、この順で直列に並ぶように配管１２によって連結されたものである。
【００１２】
窒素分離部１１は、コンプレッサー10aから空気が供給され、この空気から窒素ガスを分離して、窒素濃度の減少した分離ガスを製造する部分である。逆に言えば、酸素濃度の高い分離ガスを製造する部分である。なお、窒素分離部１１に空気を供給する装置は、コンプレッサー10aに限られず、大気圧に比べてある程度高圧となった空気を供給できるものであればよい。
【００１３】
この窒素分離部１１は、中空な密閉容器と、この中空な密閉容器内に配置された窒素分離膜とを備えている。
【００１４】
密閉容器は、ある程度の高圧（例えば、２０気圧程度）に耐えうる中空な密閉容器である。この密閉容器は、その一端（図１では左端）にコンプレッサー10aと接続される供給配管10cを備えており、その他端（図１では右端）に分離された窒素ガスを排出するための排気管14bを備えている。また、密閉容器は、その内部と配管１２の主管12aに連通する分離管12bを備えており、分離管12bを通してその内部の気体を主管12aに流入させることができるように構成されている。
【００１５】
窒素分離膜は、供給配管10cから供給された空気から窒素を分離するためのものであり、供給配管10cから供給された空気が窒素分離膜を透過して分離管12bに流入するように設けられている。
例えば、窒素分離膜には、高分子製の多本数の中空糸膜を採用することができる。この場合、中空糸膜の軸方向の一端を供給配管10cに接続し、軸方向の他端を排気管14bに接続するような構成とする。すると、空気が中空糸膜内を一端から他端に向って流れる間に、窒素より小さい分子である酸素等は中空糸膜を透過して密閉容器内に排出される一方、窒素は中空糸膜を透過できず排気管14bまで流れる。つまり、空気が中空糸膜内を一端から他端に向って流れる間に、空気から窒素以外の気体を分離して密閉容器内に供給できるのである。この分離され密閉容器内に供給された気体を、以下では分離ガスと呼ぶ。
【００１６】
なお、窒素分離膜は、全く窒素を透過しないものがあれば好ましいが、窒素の透過を完全に防ぐことができないのであれば、分離管12bは供給配管10cに近い側（図１では左端）に設けておくことが好ましい。なぜなら、窒素分離膜を窒素が透過する場合でも、窒素は排気管14bに近い側で多く透過するので、分離管12bを供給配管10cに近い側に設けておけば、分離管12bを通って主管12aに流入する窒素の量を少なくでき、分離ガスの酸素濃度の低下を防ぐことができるからである。そして、分離管12bを通って主管12aに流入する窒素の量を少なくする上では、排気管14b等を通して、一部の分離ガスを密閉容器の他端近傍から排出できるようにしておくことがより好ましい。
また、供給配管10cから供給された全ての空気が窒素分離膜（上記例では中空糸膜）を透過しなければ分離管12bに流入しないように構成されているのが好ましい。しかし、分離ガスの酸素濃度を所定の濃度まで高めることができるのであれば、窒素分離膜を透過せずに分離管12bに流入する空気が存在してもよい。
【００１７】
磁気ユニット１５は、主管12aにおける窒素分離部１１と貯蔵部１３との間に設けられている。この磁気ユニット１５は、中空な気体通路を内部に有しており、この気体通路を流れる分離ガスに磁気を印加できるように磁石が設けられている。
例えば、気体通路内に永久磁石を配置する構成を採用することができ、かかる方法を採用すれば分離ガスに磁気を確実に印加することができるが、磁石の種類や配置する位置、方法は限定されない。
とくに、気体通路内に配置する永久磁石として、複数の棒状永久磁石の同極同士を接合して形成された棒状の永久磁石、つまり、Ｎ極同士、Ｓ極同士を接合して形成された棒状の永久磁石を使用すれば、配管内に形成される磁場を強くできる。例えば、複数の棒状のネオジム磁石を接合して上記の永久磁石を形成すれば、一本のネオジム磁石が12,000ガウスであれば、接合した永久磁石の磁力を18,000ガウスにすることができる。
【００１８】
貯蔵部１３は、分離ガスを貯蔵する容器であり、ある程度の圧力のガスを貯蔵しておくことができるものであればよい。例えば、５気圧の気体を１０ｌ程度貯蔵できる容器等を使用することができる。また、貯蔵部１３には、貯蔵されている分離ガスを取り出すための高濃度酸素ガス供給配管14aが接続されている。
【００１９】
つぎに、本実施形態の高酸素濃度ガス製造装置１０の使用状況を説明する。
【００２０】
まず、コンプレッサー10aを供給配管10cに接続する。このとき、コンプレッサー10aから供給される空気に含まれる水分やほこり等を除去するために、フィルタ10bを介して接続する。
【００２１】
ついで、コンプレッサー10aを作動させて所定の圧力（例えば５〜１０気圧）に加圧された空気を窒素分離部１１に供給する。すると、窒素よりも膜を通過しやすい酸素等が窒素分離膜を透過して分離室内に排出され、分離室から分離管12bを通って主管12aに流入する。一方、空気から分離された窒素は排気管14bから外部に排出される。
【００２２】
主管12aに流入した分離ガスは、磁気ユニット１５を通過するときに磁気を印加され、磁気の影響を受けた分離ガスは貯蔵部１３内に流入し貯蔵される。この貯蔵された分離ガスは、コンプレッサー10aから供給された空気に比べて、窒素が分離されているので、酸素濃度が高くなっている（例えば、酸素濃度４０％以上）。
よって、貯蔵部１３から高濃度酸素ガス供給配管14aを通して分離ガスを排出すれば、高酸素濃度のガスを供給できるのである。
【００２３】
以上のごとく、本実施形態の高酸素濃度ガス製造装置１０によれば、分離膜により空気から窒素を分離しているので、分離効率を高くすることができる。また、貯蔵部１３に貯蔵される前に、分離ガスが磁気ユニット１５の磁場内を通過するので、貯蔵されたガスに磁場の影響を与えることができる。
【００２４】
そして、図２に示すように、本実施形態の高酸素濃度ガス製造装置１０をキャスター付ケース内に収容すれば、簡単に移動でき、手軽にかつどこでも高酸素濃度のガスを製造することができる。
【実施例】
【００２５】
本実施形態の高酸素濃度ガス製造装置から得られる高酸素濃度のガス（以下、単に高酸素濃度のガスという）が、燃焼に与える影響を確認した。
【００２６】
実験は、灯油バーナー（加藤バーナー製：製品型式SG-S6）を備えた温水ボイラ（容量0.09ｍ３）を有する試験炉を用いて行った。
燃焼に与える影響は、燃焼効率から判断した。燃焼効率は、温水ボイラへの給水量を一定（820ｍ３/h）、灯油バーナーへの灯油供給量（燃焼量）を一定（10ｌ/h）にそれぞれ保った状態で、温水ボイラへの給水温度と温水ボイラから排出される出湯の温度とから推定される、水に供給された熱量から求めた。
【００２７】
灯油バーナーに供給したガスは、（１）空気（140ｍ３/h）、（２）高酸素濃度のガス（100ｍ３/h：磁場の印加なし）、（３）高酸素濃度のガス（100ｍ３/h：磁場の印加あり）、の３つのガスである。
【００２８】
なお、灯油バーナーへの灯油供給量、および排ガス成分は、それぞれ燃料流量計（オーバル機器製：FM-05型）、排ガス濃度測定器（NOｘ測定：NOA-7000、CO測定：CGT-7000、いずれも島津製作所製）を用いて測定した。また、温水に供給される熱量は、給水の温度と出湯の温度から算出した。給水および出湯の温度は温度計（シマデン製：SR93）を用いて測定した。
【００２９】
実験では、（１）の場合には燃焼効率は68.68%であり、（２）の場合には燃焼効率は74.86%であり、（３）の場合には燃焼効率は85.16%であった。つまり、高酸素濃度のガスの方が燃焼効率がよく、また、高酸素濃度のガスに磁場を印加した方がより燃焼効率が高くなることが確認できる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明の高酸素濃度ガス製造装置は、内燃機関等の化石燃料を燃焼させる燃焼機関に対して酸素濃度の高いガスを供給する装置に適している。
【符号の説明】
【００３１】
１０        高酸素濃度ガス製造装置
１１        窒素分離部
１２        配管
１３        貯蔵部
１５        磁気ユニット
【図１】
2010275938.tif 000003
【図２】
2010275938.tif 000004