(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部の空気加圧手段及び空気減圧手段と連結され、その内部圧力が増加又は減少する第１のゼオライト床と；
前記第１のゼオライト床と並列に連結されており、外部の空気加圧手段及び空気減圧手段と連結され、その内部圧力が増加又は減少する第２のゼオライト床と、
但し、前記第１及び第２のゼオライト床は、前記第１のゼオライト床の内部圧力が増加すると前記第２のゼオライト床の内部圧力が減少し、前記第１のゼオライト床の内部圧力が減少すると前記第２のゼオライト床の内部圧力が増加するように配列されている；
前記第１及び第２のゼオライト床で生成された酸素を受け取って吸着するように、前記第１及び第２のゼオライト床と連結されており、生成された酸素を外部に排出するか、又は前記生成された酸素の一部を前記第１のゼオライト床若しくは前記第２のゼオライト床に選択的に排出する炭素分子ふるい床と；
前記外部の空気加圧手段から前記第１のゼオライト床又は前記第２のゼオライト床に空気を供給する第１のバルブ部と；
前記空気減圧手段から前記第１のゼオライト床又は前記第２のゼオライト床に真空を供給する第２のバルブ部と；
前記第１及び第２のゼオライト床並びに前記炭素分子ふるい床と連結され、前記第１のゼオライト床又は前記第２のゼオライト床で生成された酸素を前記炭素分子ふるい床に供給するか、前記炭素分子ふるい床で吸着されない酸素を前記第１のゼオライト床又は前記第２のゼオライト床に排出するか、又は前記第１及び第２のゼオライト床の圧力を均一にする第３のバルブ部と；
前記炭素分子ふるい床、外部の装置、並びに前記第１及び第２のゼオライト床と連結され、前記炭素分子ふるい床で生成された酸素を、前記外部の装置、前記第１のゼオライト床又は前記第２のゼオライト床に選択的に排出する第４のバルブ部と；
を含む酸素生成装置。
【請求項２】
前記第１及び第２のゼオライト床、並びに前記炭素分子ふるい床のそれぞれは、各床の下部で形成される第１の部分と、各床の上部で形成される第２の部分と、を有し、
前記第１及び第２のゼオライト床の第１の部分は、外部の空気加圧手段及び空気減圧手段と連結されており；
前記炭素分子ふるい床の第１の部分は、前記第１及び第２のゼオライト床で生成された酸素を受け取って吸着するように、前記第１及び第２のゼオライト床の第２の部分と連結されており、
前記炭素分子ふるい床の第２の部分は、未吸着酸素を前記第１のゼオライト床又は前記第２のゼオライト床に選択的に排出するように、前記第１及び第２のゼオライト床の第２の部分と連結されている請求項１に記載の酸素生成装置。
【請求項３】
請求項１に記載の酸素生成装置を制御する方法であって、
第１のゼオライト床の内部圧力を増加して窒素を吸着して酸素を生成し、第２のゼオライト床の内部圧力を減少して内部の吸着剤から窒素を分離し、除去する第１のステップ、
前記第１のゼオライト床で生成された酸素を前記炭素分子ふるい床に供給し、前記炭素分子ふるい床の圧力を増加して酸素を吸着する第２のステップ、
前記炭素分子ふるい床で吸着されない酸素を前記第２のゼオライト床に供給する第３のステップ、
前記第１及び第２のゼオライト床の内部圧力を均一にする第４のステップ、
前記第４のステップが終了した後、前記炭素分子ふるい床の内部圧力を減少することによって、前記炭素分子ふるい床で最初に生成された酸素を前記第２のゼオライト床に選択的に回収する第５のステップ、
前記炭素分子ふるい床の内部圧力を減少することによって前記炭素分子ふるい床で生成された酸素を外部の装置に排出する第６のステップ、
前記第２のゼオライト床の内部圧力を増加して窒素を吸着して酸素を生成し、前記第１のゼオライト床の内部圧力を減少して内部の吸着剤から窒素を分離し、除去する第７のステップ、
前記第２のゼオライト床で生成された酸素を前記炭素分子ふるい床に供給し、前記炭素分子ふるい床の圧力を増加して酸素を吸着する第８のステップ、
前記炭素分子ふるい床で吸着されない酸素を前記第１のゼオライト床に供給する第９のステップ、
前記第１及び第２のゼオライト床の内部圧力を均一にする第１０のステップ、
前記第１０のステップが終了した後、前記炭素分子ふるい床の内部圧力を減少することによって前記炭素分子ふるい床で最初に生成された酸素を前記第１のゼオライト床に選択的に回収する第１１のステップ、
前記炭素分子ふるい床の内部圧力を減少することによって前記炭素分子ふるい床で生成された酸素を外部の装置に排出する第１２のステップ、
を包含する方法。
【請求項４】
前記第３のステップで、前記第１のゼオライト床又は前記第２のゼオライト床に回収される酸素の平均純度は７５〜８５％である請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第１のゼオライト床又は第２のゼオライト床に回収される酸素は、前記炭素分子ふるい床の全減圧ステップのうち最初の減圧ステップの間に５０％未満が回収される請求項３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は酸素生成装置及びその制御方法に関するものである。更に詳しくは、本発明はゼオライト床システム及び炭素分子ふるい床システムからなり、高純度の酸素を必要に応じて選択的に生成できるように制御される酸素生成装置及びその制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
空気中で酸素を分離するための一般な方法として、常温で気体の温度を急激に低くして液体にした後、蒸留を通じて酸素を分離する深冷分離法（cryogenic distillation method）がある。
【０００３】
しかし、深冷分離法は、空気を急速冷却できる大型の冷却装置及び冷却された空気を蒸留できる大型の蒸留装置が必要なため、装置の購入及び設置に伴う過度の投資コストが発生するという短所がある。
【０００４】
深冷分離法は、吸着法に比べて合投資費用が多くかかるという短所があるが、純度９９％以上の酸素を生成できるという利点があるため、吸着法より好まれている。しかし、装置の大型化及び過剰の投資コストのため、中小規模では、このような装置を設置することは殆ど不可能である。
【０００５】
従って、現在は、空気中の特定元素のバルク（bulk）に対応するミクロポアが形成された固体を用いて成分を分離する吸着法が、主に、用いられている。ゼオライトは、窒素に対しては強吸着剤として作用し、酸素に対しては弱吸着剤として作用するという特性を有するため、吸着法では、吸着剤として主に使用されている。
【０００６】
従って、ゼオライトに空気を供給すると、窒素はゼオライトに吸着され、酸素は通過して排出されるため、窒素が顕著に排除された酸素が生成する。このとき、生成された酸素には、ゼオライトから除去されない微量の窒素と、酸素と類似の吸着能を有するために吸着されないアルゴンとが含まれる。
【０００７】
従って、従来の吸着法を採用する酸素生成システムは、内部がゼオライトで充填されたゼオライト床からなる。場合によっては、酸素の純度を高めるために２〜４つのゼオライト床が使用される。
【０００８】
しかし、このような吸着式酸素生成システムで生成した酸素は、アルゴン分離の困難性から、純度が最大でも９５％に過ぎないため、酸素生成会社は、１９８０年代以後から上記のシステムを利用して９９％以上の高純度酸素を生成するためのプロセスを開発してきた。
【０００９】
そして、現在では、米国のＢＯＣ社及びクルーテクノロジーディビジョンアームストロングラボラトリー株式会社(Ｃｒｅｗ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ａｍｓｔｒｏｎｇ  Ｒａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ｃｏ．，  Ｌｔｄ)と、日本のスミノトセイケ株式会社（Ｓｕｍｉｎｏｔｏ  Ｓｅｉｋｅ  Ｃｏ．，  Ｌｔｄ．）が、この産業分野でリーディングカンパニーとして頭角を現しており、これらの会社は、現在、９９．７％の高純度酸素を生成できるシステムの商用化を計画している。
【００１０】
しかし、上記会社の酸素生成システムは、バルク分離のための吸着プロセスと浄化のための吸着プロセスとを含むため、バルク分離用吸着プロセスを完全に終了した後、浄化用吸着プロセスを行わなければならない。従って、これらのシステムで最も大きな問題点は、各吸着プロセス操作のために酸素の生成コストが高くなるということである。
【００１１】
一方、吸着法を利用して高純度の窒素を生成することができる。この場合は、炭素分子ふるい（ＣＭＳ；carbon molecular sieve）が吸着剤として使用される。その理由は、酸素は、窒素やアルゴンより数十〜数百倍以上の短い時間で吸着されるからである。
【００１２】
即ち、酸素は、ＣＭＳに対する酸素の吸着速度と窒素及びアルゴンの吸着速度との差により、ＣＭＳに速やかに吸着される反面、窒素とアルゴンは吸着されずにＣＭＳを通過するため、高純度の窒素を生成することができる。
【００１３】
ＣＭＳを用いた窒素生成システムは、一般に、ＣＭＳで充填されたＣＭＳ床からなる。この場合、窒素の純度及び生成量を高めるため、２〜４つのＣＭＳ床が用いられる。
【００１４】
一方、最近になって、前述したゼオライト床システムを利用し、まず、窒素及びアルゴンなどの不純物を含む純度９０〜９５％の酸素を生成した後、その酸素を前述したＣＭＳ床で濾過し、純度９９％以上の酸素を生成するという新しいプロセスが開発された。
【００１５】
しかし、このプロセスでは、ゼオライト床システムとＣＭＳ床システムとが別々に構成されており、独立して運転するというマルチステップを採用している。従って、このシステムでは、全て、個々のシステムを備えなければならず、また、個別独立運転を行うために二倍のコストとエネルギーとがかかる。更に、原料は、各個別システムを通らなければならないため、酸素の回収率は著しく低下する。
【発明の開示】
【００１６】
本発明は、このような従来の酸素生成装置の問題を改善するために開発された。本発明の一の目的は、炭素ふるい床システムから継続的に酸素を発生するために、ゼオライト床システムの加圧ステップと減圧再生ステップとを順次行う酸素生成装置、及びその制御方法を提供することにある。更に、本発明の他の目的は、炭素ふるい床システムで生成された酸素の純度を選択的に調節することが可能な酸素生成装置、及びその制御方法を提供することにある。
【００１７】
本明細書中で使用された用語の定義は、以下のとおりである。
【００１８】
本明細書で使用された「床システム（bed system）」の用語は、垂直又は水平に互いに連結された１つ以上の床を有するシステムを意味する。従って、ゼオライト床システムは、垂直又は水平に互いに連結された１つ以上のゼオライト床を含んでいてもよく、ＣＭＳ床システムは、垂直又は水平に互いに連結された１つ以上のＣＭＳ床を含んでいてもよい。
【００１９】
本明細書で使用された「第１の部分」及び「第２の部分」の用語は、床の下位部分又は上位部分を意味し、即ち、第１の部分が床の下位部分を意味するとき、第２の部分は床の上位部分を示す。
【００２０】
「加圧手段」の用語は、ゼオライト床システムに空気を供給することが可能な任意の手段を意味する。好ましい加圧手段としては、送風機及び加圧機が挙げられる。
【００２１】
「減圧手段」の用語は、ゼオライト床システムの内部圧力を減少又は真空状態にすることができる手段を意味する。好ましい減圧手段としては、バルブ又は真空ポンプが挙げられる。
【００２２】
「ゼオライト床の内部圧力減少」又は「減圧再生ステップ」において、「減少する」又は「減圧する」という用語は、ゼオライト床の圧力を大気圧又は真空まで減少することを意味する。
【００２３】
本発明に係る酸素生成装置は、外部の空気加圧手段及び減圧手段と連結され、その内部圧力が増加又は減少して酸素を生成するゼオライト床システム、及び
前記ゼオライト床システムで生成された酸素を吸着し、未吸着酸素は前記ゼオライト床システムに回収した後、内部圧力を減圧して酸素を生成する炭素分子ふるい床システムを含んでいる。
【００２４】
好ましくは、前記炭素分子ふるい床システムは、前記ゼオライト床システムと流体で連結されている部分を有しており、生成された酸素の一部を前記ゼオライト床システムに選択的に回収することができる。
【００２５】
更に、上記装置において、好ましいゼオライト床システムは、外部の空気加圧手段及び減圧手段と連結され、その内部圧力が増加又は減少する第１の部分を有する第１のゼオライト床と、前記第１のゼオライト床と並列に連結されており、外部の空気減圧手段および真空ポンプと連結されてその内部圧力が増加又は減少する第１の部分を有している第２のゼオライト床であって、前記第１のゼオライト床の内部圧力が増加すると前記第２のゼオライト床の内部圧力が減少し、前記第１のゼオライト床の内部圧力が減少すると前記第２のゼオライト床の内部圧力が増加する第２のゼオライト床を含んでおり、
好ましい炭素分子ふるい床システムは、
前記第１及び第２のゼオライト床で生成された酸素を受け取って吸着するように、前記第１及び第２のゼオライト床の第２の部分と流体で連結されている第１の部分と、
前記第１及び第２のゼオライト床に吸着されない酸素を排出するように、前記第１及び第２のゼオライト床の第２の部分と流体で連結されている第２の部分を有しており、ここで、前記炭素分子ふるい床の圧力を減圧して生成された酸素は、前記第１の部分を経て外部に排出され、前記生成された酸素を排出する部分は、前記第１または前記第２のゼオライト床と選択的に流体で連結され、前記生成された酸素の一部を前記ゼオライト床に更に回収することができる。
【００２６】
ここで、前記ゼオライト床の第１の部分及び前記炭素分子ふるい床のそれぞれは、各床の下部を形成し、前記ゼオライト床の第２の部分及び前記炭素分子ふるい床のそれぞれは、各床の上部を形成していることが好ましい。
【００２７】
更に、ゼオライト床システムと炭素分子ふるい床システムとからなる酸素生成装置を制御する方法は、
前記ゼオライト床システムの内部圧力を増加して窒素を吸着し、酸素を生成する第１のステップ、
前記ゼオライト床システムで生成された酸素を前記炭素分子ふるい床システムに供給し、前記炭素分子ふるい床システム内の圧力を増加して酸素を吸着する第２のステップ、
前記炭素分子ふるい床システムで吸着されない酸素を前記ゼオライト床システムに供給する第３のステップ、及び
前記炭素分子ふるい床システムの内部圧力を減少することによって前記炭素分子ふるい床システムで生成された酸素を外部の装置に排出する第４のステップ、を包含している。
【００２８】
上記の方法は、前記ゼオライト床システムの床の内部圧力、又は前記炭素分子ふるい床システムの床の内部圧力を均一にするステップを更に含んでいることが好ましい。
【００２９】
また、上記の方法は、前記第３のステップが終了した後、前記炭素分子ふるい床システムの内部圧力を減少することによって前記炭素分子ふるい床システムで最初に生成された酸素を前記ゼオライト床システムに選択的に回収するステップを更に含んでいることが好ましい。
【００３０】
更に、本発明に係る２つのゼオライト床及び１つの炭素分子ふるい床を有する酸素生成装置を制御する方法は、
第１のゼオライト床の内部圧力を増加して窒素を吸着して酸素を生成し、第２のゼオライト床の内部圧力を減少して内部の吸着剤から窒素を分離し、除去する第１のステップ、
前記第１のゼオライト床で生成された酸素を炭素分子ふるい床に回収し、前記炭素分子ふるい床の圧力を増加して酸素を吸着する第２のステップ、
前記炭素分子ふるい床で吸着されない酸素を前記第２のゼオライト床に回収する第３のステップ、
前記第１及び第２のゼオライト床の内部圧力を均一にする第４のステップ、及び
前記炭素分子ふるい床の内部圧力を減少することによって前記炭素分子ふるい床で生成された酸素を外部の装置に排出する第５のステップを包含し、
前記第１及び第２のゼオライト床の機能が置き換えられた状態で、前記第１のステップから前記第５のステップを繰返すステップ、を包含している。
【００３１】
好ましくは、前記第４のステップが終了した後、前記炭素分子ふるい床の内部圧力を減少することによって、前記炭素分子ふるい床で最初に生成された酸素を前記第２のゼオライト床システムに選択的に回収するステップを更に含んでいる。
【００３２】
上記の制御方法において、前記第３のステップで、前記ゼオライト床システム又は前記第２のゼオライト床に回収される酸素の平均純度は７５〜８５％であることが好ましい。酸素の平均純度が７５％未満の場合、ゼオライト床で生成された酸素の純度を低減できるため、酸素の平均純度が８５％以上の場合、酸素の生成量及びステップ効率が低下する恐れがある。
【００３３】
更に、上記の方法において、前記ゼオライト床システム又は第２のゼオライト床に回収される酸素は、前記分子ふるい床システムの全減圧ステップのうち最初の減圧ステップの間に５０％未満が回収されることが好ましい。前記ステップにおいて、最初の減圧ステップの間に５０％以上が回収される場合、ＣＭＳ床で酸素の生成量及びステップの効率が低下する恐れがある。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１は、本発明の実施例に係る酸素生成装置の構造を示す概略図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、添付の図面に基づいて本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。しかし、下記の実施形態は、本発明の範囲を何ら制限するものではない。
【００３６】
図１は、本発明の実施形態に係る酸素生成装置の構造を示す概略図である。
【００３７】
本発明の一実施形態に係る装置は、第１及び第２のゼオライト床１００、２００とＣＭＳ床３００、第１のゼオライト床又は第２のゼオライト床に空気を供給して床を加圧する送風機Ｂと、第１のゼオライト床又は第２のゼオライト床を真空状態に減圧する真空ポンプＰ、及び第１、第２、第３、第４バルブ部５００、６００、７００、８００から構成されている。
【００３８】
第１のバルブ部５００は、バルブ１、２、３、５、及び流量制御バルブ３０から構成され、送風機Ｂから空気を第１のゼオライト床１００または第２のゼオライト床２００に一定圧力で供給し、床１００又は２００の圧力を一定レベルまで加圧するように制御される。
【００３９】
第２のバルブ部６００は、バルブ４、６、１８から構成されており、真空ポンプＰの真空を第１のゼオライト床１００または第２のゼオライト床２００に供給し、床１００又は２００の圧力を減圧するように制御される。
【００４０】
第３のバルブ部７００は、バルブ７、８、９、１１、１２、１３、１４、及び圧力制御バルブ４０から構成されており、第１のゼオライト床１００又は第２のゼオライト床２００の酸素をＣＭＳ床３００に供給するか、圧力が制御されたＣＭＳ床の酸素を第１のゼオライト床または第２のゼオライト床に排出するか、又は、第１のゼオライト床および第２のゼオライト床の圧力が均等になるように制御される。
【００４１】
更に、第４のバルブ部８００は、バルブ１５、１６と減圧制御バルブ５０とから構成されており、ＣＭＳ床３００内の酸素を選択的に排出するように制御される。
【００４２】
上記のように構成される本発明の制御方法を詳細に説明する。
【００４３】
加圧及び減圧再生ステップでは、第１のゼオライト床１００又は第２のゼオライト床２００は、送風機Ｂから供給される空気によって加圧されるか、真空ポンプＰによって真空に減圧されて吸着剤が再生される。
【００４４】
まず、加圧ステップの圧力は、第１のゼオライト床１００で増加し、減圧再生ステップの圧力は、第２のゼオライト床２００で減少する。送風機Ｂからの一定圧力の空気は、開放したバルブ１、３を介して第１のゼオライト床１００に供給される。第１のゼオライト床１００の圧力は、供給された空気によって一定圧力まで加圧され、第１のゼオライト床の窒素吸着剤は、この加圧プロセスで窒素を吸着する。
【００４５】
同時に、バルブ６、１８を開放し、第２のゼオライト床２００は、真空ポンプＰの駆動で減圧されるため、窒素は、第２のゼオライト床内の吸着剤から脱離し、吸着剤の再生が行われる。
【００４６】
更に、酸素の吸着及び回収ステップにおいて、第１のゼオライト床１００内の圧力が一定圧力（約１．５ｂａｒ）に達すると、バルブ１を閉じると同時に流量制御バルブ３０及びバルブ７、１３を開放する。このとき、流量制御バルブ３０は、送風機Ｂから第１のゼオライト床１００内に回収される空気の流量を調節することにより、第１のゼオライト床１００内の空気流量を一定に維持される。第１のゼオライト床１００では、吸着剤を用いて窒素を吸着することにより、純度９０〜９４％の酸素が生成される。純度９０〜９４％の酸素は、バルブ７、１３を介してＣＭＳ床３００内に供給される。
【００４７】
ここで、第１のゼオライト床１００で生成された純度９０〜９４％の酸素は、バルブ７、１３を介してＣＭＳ床３００内を加圧しながら、ＣＭＳ床内の吸着剤に吸着される。
【００４８】
ＣＭＳ床３００内の圧力が一定圧力（約１〜約３ｂａｒ）に達した時点で、バルブ１４を開放し、ＣＭＳ床３００内で吸着されない純度約８０％程度の酸素を排出する。
【００４９】
また、バルブ１４、１２の開放と同時に、バルブ６、１８を閉じ、これにより、ＣＭＳ床３００から排出された純度約８０％程度の酸素は、第２のゼオライト床２００内に回収され、窒素は、第２のゼオライト床内の吸着剤によって吸着除去される。
【００５０】
ここで、圧力制御バルブ４０は、開放したバルブ１４を介して排出された純度約８０％酸素の圧力を制御することにより、ＣＭＳ床３００内の圧力を一定圧力にしている。
【００５１】
従って、純度約８０％酸素が回収された第２のゼオライト床２００の圧力は、ＣＭＳ床３００の圧力に比べ、遥かに低いレベルを維持することになる。
【００５２】
しかし、ＣＭＳ床３００内から排出された酸素の純度が約７５〜８５％を遥かに超えると、ＣＭＳ床内の吸着剤が過飽和となり、コントローラ（不図示）は、それ以上の酸素を吸着できない状態に達していると判断し、開放したバルブ７、１３、１４、１２を閉じる。
【００５３】
このとき、圧力均一化及び酸素生成ステップでは、バルブ９、１５を開放する。開放したバルブ９を介して、第１のゼオライト床１００および第２のゼオライト床２００の圧力均等プロセスが行われ、開放したバルブ１５を介してＣＭＳ床３００内に吸着された酸素が生成する。
【００５４】
ここで、第１のゼオライト床１００の高い圧力は、開放したバルブ９を介し、相対的に低い圧力の第２のゼオライト床２００に供給されるため、第２のゼオライト床内が加圧される。
【００５５】
前述のように、開放したバルブ９を介した第１のゼオライト床１００と第２のゼオライト床２００との圧力均等プロセスにより、第２のゼオライト床２００は、一定圧力に加圧された第１のゼオライト床１００によって加圧される。
【００５６】
このとき、第２のゼオライト床２００内の圧力は、圧力均等化プロセスにより、目標圧力（約１．５ｂａｒ）の約６０％程度まで加圧される。
【００５７】
そして、ＣＭＳ床３００では、吸着剤によって酸素が吸着される。バルブ１５を開放し、ＣＭＳ床３００内の圧力を大気圧まで減圧すれば、吸着剤内の酸素だけでなく、吸着剤間に主に残留する窒素とアルゴンが排出されるため、純度約９７％の酸素が生成される。
【００５８】
ＣＭＳ床３００の酸素生成時、バルブ１５を開放する前に、バルブ５、１６を開放した状態で、圧力制御バルブ５０を制御して、ＣＭＳ床３００を約３０％程度まで減圧する初期のステップを行えば［即ち、圧力制御バルブを開放して１時間当りの減圧率を制御することによって３０％程度の減圧を行う（１００％に減圧するとは、大気圧まで減圧することを意味する）］、ＣＭＳ床と第２のゼオライト床との圧力差により、吸着剤間に主に残留する窒素とアルゴン及び空気中の酸素は、ＣＭＳ床内で吸着剤に吸着されていた酸素に比べ、より速やかに排出される。
【００５９】
圧力が約３０％程度に減圧された時点で、ＣＭＳ床から排出された酸素は、開放したバルブ１６、５を介して第２のゼオライト床２００に送られ、また、バルブ１６、５を閉じた状態でバルブ１５を開放し、ＣＭＳ床を大気圧に減圧すると、純度約９９％の酸素が生成される。
【００６０】
要約すると、圧力均等化ステップ及び酸素生成ステップにおいて、第１及び第２のゼオライト床の圧力均等化ステップを介して第２のゼオライト床２００が加圧され、ＣＭＳ床３００の酸素生成ステップを介して純度約９７％ないし約９９％の酸素が生成されることにより、第１のゼオライト床１００の加圧ステップ及び第２のゼオライト床２００の減圧再生ステップを介した酸素の生成は完了する。
【００６１】
以下、第１のゼオライト床１００の減圧再生ステップ及び第２のゼオライト床２００の加圧ステップを介した制御方法を説明する。加圧ステップ及び減圧再生ステップでは、バルブ９、１５と、２、３を閉じ、バルブ１、５を開放すると、送風機Ｂの加圧空気は、第２のゼオライト床２００に供給され、第２のゼオライト床２００内の圧力は一定レベルまで上昇する。
【００６２】
このとき、第２のゼオライト床の圧力は、第１のゼオライト床と第２のゼオライト床との間の圧力均等化ステップを介して、目標圧力の約６０％程度まで上昇しているため、加圧に要する時間は著しく減少する。
【００６３】
ここで、第２のゼオライト床２００の圧力が一定圧力に達すると、バルブ１を閉じると同時に、流量制御バルブ３０を開放する。流量制御バルブ３０を用いて、送風機Ｂから第２のゼオライト床内に供給される空気の流量を調節することにより、第２のゼオライト床２００内の空気流量は一定に維持され、第２のゼオライト床２００の吸着剤で純度９０〜９４％の酸素が生成される。
【００６４】
同時に、バルブ４、１８を開放すると、第１のゼオライト床１００の圧力は、真空ポンプＰの操作によって真空減圧され、第１のゼオライト床内の吸着剤から窒素が脱離除去し、吸着剤の再生が行われる。
【００６５】
一方、酸素の吸着及び回収ステップでは、第２のゼオライト床２００で生成された純度９０〜９３％の酸素は、開放したバルブ８、１３を介してＣＭＳ床３００内に供給される。
【００６６】
ここで、第２のゼオライト床２００で生成された純度９０〜９４％の酸素は、開放したバルブ８、１３を介してＣＭＳ床３００内を加圧しながら、ＣＭＳ床内の吸着剤に吸着される。
【００６７】
このとき、ＣＭＳ床３００内の圧力が一定レベルに達すると（約１〜約３ｂａｒ）、バルブ１４を開放し、ＣＭＳ床３００内で吸着されない純度約８０％程度の酸素を排出する。
【００６８】
また、バルブ１４、１１を開放し、バルブ４、１８を閉じると、これにより、ＣＭＳ床３００から排出される純度約８０％程度の酸素が第１のゼオライト床１００内に供給され、窒素は、第１のゼオライト床内で再生された吸着剤によって吸着除去される。
【００６９】
ここで、圧力制御バルブ４０を用い、開放したバルブ１４を介して排出された純度約８０％の酸素の圧力を制御すると、ＣＭＳ床３００内の圧力を一定レベルに維持できる。
【００７０】
従って、純度約８０％の酸素が供給された第１のゼオライト床１００の圧力は、ＣＭＳ床３００の圧力より低いレベルに維持される。
【００７１】
しかし、ＣＭＳ床３００内で排出された酸素の純度が約８０％を遥かに超えると、ＣＭＳ床内の吸着剤が過飽和となり、コントローラ（不図示）は、それ以上の酸素を吸着することができないと判断し、開放したバルブ８、１３、１４、１１を閉じる。
【００７２】
そして、圧力均等化及び酸素生成ステップでは、バルブ９及び１５を開放する。開放したバルブ９を介して第１のゼオライト床１００と第２のゼオライト床２００の圧力均等ステップが行われ、開放したバルブ１５を介してＣＭＳ床２００内の吸着剤に吸着された酸素が生成される。
【００７３】
ここで、開放したバルブ９を介して第２のゼオライト床２００の高い圧力は、相対的に低い圧力にある第１のゼオライト床１００に供給され、第２のゼオライト床内が加圧される。
【００７４】
前述したように、開放したバルブ９を介した第１のゼオライト床１００と第２のゼオライト床２００との圧力均等化プロセスによって、第１のゼオライト床１００は、一定圧力に加圧された第２のゼオライト床２００によって加圧される。
【００７５】
このとき、圧力均等化プロセスを通じて、第１のゼオライト床は、目標圧力の約６０％程度まで加圧される。
【００７６】
そして、ＣＭＳ床６００では、酸素は、吸着剤によって吸着された状態になる。バルブ１５を開放し、ＣＭＳ床内の圧力を大気圧に減圧すれば、吸着剤内の酸素だけでなく、吸着剤間に主に残留する窒素とアルゴンが排出され、純度約９７％の酸素が生成される。
【００７７】
ＣＭＳ床３００の酸素生成時、バルブ１５を開放する前に、バルブ３、１６を開放した状態で、圧力制御バルブ５０を制御して、ＣＭＳ床３００を約３０％程度まで減圧する初期のステップを行えば［即ち、圧力制御バルブを開放して１時間当りの減圧率を制御することによって３０％程度の減圧を行う（１００％に減圧するとは、大気圧まで減圧することを意味する）］、ＣＭＳ床と第２のゼオライト床との圧力差により、吸着剤間に主に残留する窒素とアルゴン及び空気中の酸素は、ＣＭＳ床内で吸着剤に吸着されていた酸素に比べ、より速やかに排出される。
【００７８】
圧力が約３０％程度に減圧した時点で、ＣＭＳ床から排出された酸素は、開放したバルブ１６、３を介して第１のゼオライト床１００に供給され、バルブ１６、３バルブを閉じた状態でバルブ１５を開放し、ＣＭＳ床を大気圧に減圧すれば、純度約９９％の酸素を生成することができる。
【００７９】
第１のゼオライト床１００と第２のゼオライト床２００の圧力均等化ステップを通じて第１のゼオライト床１００を加圧し、ＣＭＳ床３００の酸素生成ステップを通じて純度約９７％又は約９９％の酸素が生成されると、第２のゼオライト床１００を介した酸素の生成は完了する。
【００８０】
本発明では、第１のゼオライト床１００と第２のゼオライト床２００に対する加圧ステップ又は減圧再生ステップを交互に実施しながら、ＣＭＳ床３００で酸素を継続的に生成することができる。従って、本発明の技術的特徴は、ＣＭＳ床で必要に応じて高純度の酸素を選択的に生成できることにある。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明は、その構造がシンプルであり、回収率が非常に高く、必要に応じてシンプルな制御ステップを通じて高純度の酸素を生成できることを特徴としている。
【００８２】
酸素生成装置及びその制御方法は、添付図面に示す好適な実施形態を用いて説明したが、これは、本発明の一実施例に過ぎない。また、特許請求の範囲に定義した本発明の範囲及び思想を逸脱しない範囲内で、種々の変更及び改変が可能であることは、当業者であれば理解され得る。従って、本発明の実質的な範囲は、添付の特許請求の範囲の技術的思想によって定められるべきである。
【図１】
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