(57)【要約】      （修正有）【課題】  複数のガス成分を含むガス流体から目的ガスを濃縮する際に、装置の大型化や構成の複雑さを防ぎながら効率的に目的ガスを濃縮する。【解決手段】  第１ガスと第２ガスとを含むガス流体中から第１ガスを濃縮する場合には、ガス流体中の第１ガスを濃縮する吸着室内に第２ガスを吸着する吸着剤を配置し、吸着室内にガス流体が導入した後に吸着室の容積を減少させることによりガス流体の圧力を増加して吸着剤への第２ガスの吸着量を増加させて残った濃縮された酸素を含むガスを取り出した後、吸着室の体積を増加して吸着剤に吸着した窒素を脱離させて吸着剤を再生する。【選択図】  図２Ａ
2007237004.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１ガスと第２ガスとを含むガス流体中から前記第１ガスを濃縮するガス濃縮装置であって、
前記第２ガスを吸着する吸着剤を含み、前記ガス流体中の前記第１ガスを濃縮する吸着室と、
前記吸着室の容積を減少させて前記吸着室に導入された前記ガス流体の圧力を増加して前記吸着剤への前記第２ガスの吸着量を増加させる圧力変更手段と、
を有することを特徴とするガス濃縮装置。
【請求項２】
前記圧力変更手段は、前記吸着室の容積を増加させることにより前記吸着室内の圧力を減少して前記吸着剤に吸着した前記第２ガスを脱離させることを特徴とする請求項１に記載のガス濃縮装置。
【請求項３】
前記圧力変更手段は、偏心して回転するように配置されている回転部材を有し、前記吸着室は、前記回転部材と、前記回転部材との間で密閉空間を形成する外壁部材とによって囲まれた空間からなることを特徴とする請求項１または２に記載のガス濃縮装置。
【請求項４】
前記回転部材は略円筒状であり、前記外壁部材は略中空円筒状であることを特徴とする請求項３に記載のガス濃縮装置。
【請求項５】
前記吸着室は、前記回転部材と前記外壁部材とによって囲まれる前記空間を少なくとも２つに区切った一区画であることを特徴とする請求項３に記載のガス濃縮装置。
【請求項６】
前記吸着室は、前記回転部材と前記外壁部材とによって囲まれた前記空間を複数に区切ったそれぞれの区画であることを特徴とする請求項３に記載のガス濃縮装置。
【請求項７】
前記圧力変更手段は、往復運動可能なピストン部材を有し、前記吸着室は、前記ピストン部材と、前記ピストン部材との間で密閉空間を形成する外壁部材とによって囲まれた空間からなることを特徴とする請求項１または２に記載のガス濃縮装置。
【請求項８】
前記ピストン部材は略円筒状であり、前記外壁部材は略中空円筒状であることを特徴とする請求項７に記載のガス濃縮装置。
【請求項９】
前記吸着室は、前記ピストン部材と前記外壁部材とによって囲まれた２つの空間のそれぞれであることを特徴とする請求項７に記載のガス濃縮装置。
【請求項１０】
少なくとも第１ガスと第２ガスとを含むガス流体中から前記第１ガスを濃縮するガス濃縮装置であって、
前記第２ガスを吸着する吸着剤を含み、前記ガス流体中の前記第１ガスを濃縮する吸着室と、
前記吸着室に導入された前記ガス流体中に圧力の高い領域と圧力の低い領域とを生成させることにより前記圧力の高い領域に接する前記吸着剤への前記第２ガスの吸着量を増加させる圧力差生成手段と、
を有することを特徴とするガス濃縮装置。
【請求項１１】
前記圧力差生成手段は、内面に複数の羽根を有する中空状の回転部材を有することを特徴とする請求項１０に記載のガス濃縮装置。
【請求項１２】
前記吸着室は、前記吸着剤を前記回転部材と異なる速度で回転させる回転手段を有し、前記回転手段により前記第２ガスを吸着した吸着剤が前記圧力の低い領域に接することにより前記第２ガスが脱離することを特徴とする請求項１に記載のガス濃縮装置。
【請求項１３】
前記第１ガスは酸素であり、前記第２ガスは窒素であり、前記ガス濃縮装置は空気から酸素を濃縮する酸素濃縮器であることを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載のガス濃縮装置。
【請求項１４】
少なくとも第１ガスと第２ガスとを含むガス流体の前記第２ガスを吸着する吸着剤を備え、前記ガス流体中の前記第１ガスを濃縮する吸着室を有するガス濃縮装置の制御方法であって、
前記吸着室に前記ガス流体を導入する工程と、
前記吸着室の容積を減少させて前記吸着室に導入された前記ガス流体の圧力を増加して前記吸着剤への前記第２ガスの吸着量を増加させる工程と、
を有することを特徴とするガス濃縮装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のガスを含むガス流体の中から少なくとも一つのガスを濃縮するガス濃縮装置及びその制御方法、特に空気から酸素を濃縮するガス濃縮装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数のガス成分を含むガス流体から、少なくとも一つの成分の成分割合を高める、すなわち、濃縮する濃縮技術としては、ガス流体中からの目的成分の濃縮や精製分離、例えば、空気からの酸素の濃縮あるいは工場排ガス中に含まれる各種有害成分の除去、各種ガス流体中からの目的成分の濃縮や分離など、色々な産業分野で広く用いられており、その方法にも吸着分離によるもの、分離膜を使用するもの、磁場や電場を利用したものなど様々なものがある。
【０００３】
例えば、ガス流体中からの一成分ガスの濃縮例としては、慢性気管支炎等の呼吸器疾患の患者に対して、呼吸に必要な酸素量を吸入できるようにするために、高濃度の酸素を供給する酸素濃縮装置が挙げられる。この酸素濃縮装置は、空気中に含まれる窒素を優先的に吸着しうるゼオライトなどを吸着剤として用いて、空気から酸素を濃縮するものである。この様な吸着剤による大気中からの酸素ガスの濃縮分離では、吸着筒と呼ばれる、吸着剤を充填した筒状の吸着室の第一の端部から原料となる空気を供給し、吸着筒内の圧力を上げて吸着剤に主に窒素ガスを吸着させながら、残った高濃度の酸素ガスを製品として吸着筒の第二の端部から取り出すことで、安価で効率よく高濃度の酸素ガスを得ることができるため、工業用途などで広く普及している。
【０００４】
しかしながら、ガス吸着（上記の例では、窒素ガスなど）を起こしておおむね平衡状態となった吸着剤は、それ以上の吸着反応を行わないため、再生と呼ばれる工程により、吸着した成分（窒素ガスなど）の少なくとも一部を脱離させ、再度吸着可能な状態にする必要がある。
【０００５】
この再生の手段としては、多くの吸着剤が、高圧、高濃度、あるいは、低温等の環境で吸着する量が大きく、逆に、低圧、低濃度、あるいは、高温等の環境で吸着する量が小さいという特性を有するので、この吸着剤の特性を利用する。例えば、吸着時よりもガス流体の圧力を低くしたり、あるいは、ガスを吸着した吸着剤を、吸着したガス成分の濃度より低い濃度の同じガス成分を含むガス流体で洗浄したり、あるいは、温度を上げたりすることで、吸着剤から吸着した成分の一部を脱離させる方法等が用いられる。
【０００６】
この様に吸着剤へのガス吸着と吸着剤の再生（吸着したガスの脱離など）を繰り返す方法としては、圧力スイング吸着法（ＰＳＡ）と呼ばれる方法が多く用いられている（例えば、特許文献１）。ＰＳＡ法による空気からの酸素濃縮では、ガス吸着時において圧力による窒素と酸素の吸着量の差を応用して、高い酸素濃度の製品ガスを得る方法である。すなわち、空気の圧力が高い高圧条件では、窒素ガスが酸素ガスより吸着剤に選択的にあるいは優先的に吸着するのを利用する方法である。
【０００７】
酸素濃縮装置におけるガス吸着と吸着剤の再生方法の概略は以下の通りである。まず、第一のプロセスでは、吸着筒の第一の端部から加圧手段により加圧された原料となる加圧空気が供給され、吸着筒内では加圧空気中の吸着剤に吸着されやすい窒素が選択的にあるいは優先的に吸着される。その結果、気相中には、吸着されずに酸素が残るので、残った高濃度の酸素を含むガスを製品ガスとして吸着筒の第二の端部から取り出す。
【０００８】
次に、第二のプロセスでは、吸着筒内の圧力を減圧手段により下げることにより第一のプロセスで吸着剤に吸着された窒素を吸着剤から脱離させる。そして、脱離した高濃度の窒素ガスを含むガスを吸着筒の第一の端部から排気する。
【０００９】
上記第一のプロセスと第二のプロセスを交互に数秒から数分の間隔で繰り返し行うことにより、高酸素濃度の製品ガスを例えば、０.０１リットル／分〜１０００リットル／分程度の流量で取り出すことができる。特に、医療用酸素濃縮器の場合には、０.１リットル／分〜１０リットル／分程度の流量で、高濃度の酸素ガスを含む製品ガスを取り出し、必要とする患者に供給することができる。
【００１０】
ここで、酸素濃縮器への加圧空気を給気する加圧手段としては一般的にコンプレッサが用いられる。また、酸素濃縮器から窒素ガスを排気する減圧手段としては、例えば、真空ポンプを用いる。第一と第二のプロセスの切り替え等は、酸素濃縮器の配管中に設けられた複数の弁の開閉操作によって行われるのが一般的である。この切り替えは、例えば、酸素濃縮器に予め設定されているプロセスごとの設定時間や、所定の観測点における圧力等の物理量を基準としたシミュレーション条件などによって自動的に行われる。
【００１１】
ＰＳＡ法で用いられるガス流体中の所望のガス成分を選択的に吸着する吸着剤としては、例えば、ゼオライト、活性炭、活性アルミナあるいはシリカゲル等が利用される。これらの吸着剤は、ガス流体から分離または濃縮する目的ガス成分に応じて使い分けられる。例えば、ガス流体が空気であって空気中の酸素を濃縮あるいは分離したい場合には、窒素を優先的あるいは選択的に吸着するNa-A型、Ca-A型、Na-X型、Ca-X型、あるいは、Li-X型等の合成ゼオライトが好適に用いられる。また、吸着剤は一種に限定する必要はなく異なる特性の吸着剤を組み合わせて用いられる場合もある。
【００１２】
酸素濃縮装置の一例を図９に示す（例えば、特許文献２）。この酸素濃縮装置では、装置内に取り込まれる空気は、まず、防塵フィルター１０１と吸気フィルター１０２とによりゴミが除去され、消音器１０３を介してコンプレッサ１０５で圧縮された後、冷却ファン１０４、熱交換器１０６で冷却される。次に、冷却された空気は配管流路を切替える切換弁１０７を介して、吸着剤が充填された吸着筒１０８に送り込まれる。吸着筒１０８内ではガス分離（窒素の吸着剤への優先的な吸着）によって得られる高濃度に濃縮された酸素を含むガスは一時的に製品タンク１１１に送り込まれる。その後、圧力調整器１１２と流量調節器１１５とを介して圧力とガス流量とがコントロールされ（ガス流量は流速センサ１１３で、酸素濃度は酸素濃度センサ１１４で検知する）、加湿器１１６を介して適度に加湿された後、可撓性延長チューブ１１７、カニューラ１１８等の導管を介して患者に供給されるように構成されている。１０９は圧均等弁、１１０は逆止弁、１２０は圧力センサ、１１９は窒素と水分とによる排気音を低減するための排気用消音器である。
【００１３】
図９に示す２本の吸着筒１０８で構成されている酸素濃縮装置の場合には、１本の吸着筒を酸素の濃縮に用い、他方の吸着筒では吸着剤を再生するために、切換弁１０７により２本の吸着筒１０８を切り替えて使用する。例えば、一方の吸着筒１０８には加圧空気が導入され空気中の窒素を吸着剤で吸着し、吸着されずに残った高濃度の酸素を含むガスを製品ガスとして取り出すために使用し（濃縮工程）、このとき、他方の吸着筒１０８では、吸着筒１０８内を減圧にして窒素を吸着した吸着剤から窒素を脱離させ、吸着剤が再び窒素を吸着できるように再生する（再生工程）。このとき、濃縮工程に用いる吸着筒１０８内において吸着剤の吸着破過が起こる前に切換弁１０７を用いて、他方の吸着筒１０８に切替えることを繰り返し行うことにより、連続的に高濃度に濃縮された酸素を患者に供給しながら、吸着剤を再生使用できるような構成としている。
【特許文献１】特願２００２−３１９２３１号公報
【特許文献２】特願２００３−１４２１５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上記説明したＰＳＡ法などでは、吸着筒などの吸着室とは別に吸着剤へのガス吸着を促進するためにガス流体を加圧して供給するためのコンプレッサなどの加圧手段や吸着筒を減圧にして吸着剤からのガス脱離を促進するための減圧手段を別途用意する必要があった。また、コンプレッサを使用する場合には、騒音対策が必要であった。そのため、装置の大型化や構成の複雑さが避けられなかった。
【００１５】
本発明は、上記説明した従来技術の問題点を解決することを出発点としてなされたものであり、その目的は、複数のガス成分を含むガス流体から目的とするガス成分を濃縮または分離する際に、装置の大型化や構成の複雑さを防ぎながら効率的に目的とするガス成分を濃縮または分離することができるガス濃縮装置及びその制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するための本発明のガス濃縮装置は、以下の構成を有する。すなわち、少なくとも第１ガスと第２ガスとを含むガス流体中から前記第１ガスを濃縮するガス濃縮装置であって、前記第２ガスを吸着する吸着剤を含み、前記ガス流体中の前記第１ガスを濃縮する吸着室と、前記吸着室の容積を減少させて前記吸着室に導入された前記ガス流体の圧力を増加して前記吸着剤への前記第２ガスの吸着量を増加させる圧力変更手段と、を有することを特徴とする。
【００１７】
ここで例えば、前記圧力変更手段は、前記吸着室の容積を増加させることにより前記吸着室内の圧力を減少して前記吸着剤に吸着した前記第２ガスを脱離させることが好ましい。
【００１８】
ここで例えば、前記圧力変更手段は、偏心して回転するように配置されている回転部材を有し、前記吸着室は、前記回転部材と、前記回転部材との間で密閉空間を形成する外壁部材とによって囲まれた空間からなることが好ましい。
【００１９】
ここで例えば、前記回転部材は略円筒状であり、前記外壁部材は略中空円筒状であることが好ましい。
【００２０】
ここで例えば、前記吸着室は、前記回転部材と前記外壁部材とによって囲まれる前記空間を少なくとも２つに区切った一区画であることが好ましい。
【００２１】
ここで例えば、前記吸着室は、前記回転部材と前記外壁部材とによって囲まれた前記空間を複数に区切ったそれぞれの区画であることが好ましい。
【００２２】
ここで例えば、前記圧力変更手段は、往復運動可能なピストン部材を有し、前記吸着室は、前記ピストン部材と、前記ピストン部材との間で密閉空間を形成する外壁部材とによって囲まれた空間からなることが好ましい。
【００２３】
ここで例えば、前記ピストン部材は略円筒状であり、前記外壁部材は略中空円筒状であることが好ましい。
【００２４】
ここで例えば、前記吸着室は、前記ピストン部材と前記外壁部材とによって囲まれた２つの空間のそれぞれであることが好ましい。
【００２５】
上記目的を達成するための本発明のガス濃縮装置は、以下の構成を有する。すなわち、少なくとも第１ガスと第２ガスとを含むガス流体中から前記第１ガスを濃縮するガス濃縮装置であって、前記第２ガスを吸着する吸着剤を含み、前記ガス流体中の前記第１ガスを濃縮する吸着室と、前記吸着室に導入された前記ガス流体中に圧力の高い領域と圧力の低い領域とを生成させることにより前記圧力の高い領域に接する前記吸着剤への前記第２ガスの吸着量を増加させる圧力差生成手段と、を有することを特徴とする。
【００２６】
ここで、前記圧力差生成手段は、内面に複数の羽根を有する中空状の回転部材を有することが好ましい。
【００２７】
ここで、前記吸着室は、前記吸着剤を前記回転部材と異なる速度で回転させる回転手段を有し、前記回転手段により前記第２ガスを吸着した吸着剤が前記圧力の低い領域に接することにより前記第２ガスが脱離することが好ましい。
【００２８】
ここで例えば、前記第１ガスは酸素であり、前記第２ガスは窒素であり、前記ガス濃縮装置は空気から酸素を濃縮する酸素濃縮器であることが好ましい。
【００２９】
上記目的を達成するための本発明のガス濃縮装置の制御方法は、以下の構成を有する。すなわち、少なくとも第１ガスと第２ガスとを含むガス流体の前記第２ガスを吸着する吸着剤を備え、前記ガス流体中の前記第１ガスを濃縮する吸着室を有するガス濃縮装置の制御方法であって、前記吸着室に前記ガス流体を導入する工程と、前記吸着室の容積を減少させて前記吸着室に導入された前記ガス流体の圧力を増加して前記吸着剤への前記第２ガスの吸着量を増加させる工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、複数のガス成分を含むガス流体から目的とするガス成分を濃縮または分離する際に、装置の大型化や構成の複雑さを防ぎながら効率的に目的とするガス成分を濃縮または分離することができるガス濃縮装置及びその制御方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
＜第１の実施形態＞
以下、本発明に係る好適な実施形態のガス濃縮装置について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明では、複数のガス成分を含むガス流体から目的とするガス成分を濃縮分離する例として、空気中に含まれる酸素を高濃度に濃縮して使用する酸素濃縮装置を例に取り説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、ガス流体および濃縮分離するガス成分の種類は適宜変更が可能である。また、以下に示す構成は、一例であり、本発明の技術的思想を満足するものであれば、その構成や配置は適時変更が可能である。
【００３２】
以下の説明では、まず、各実施形態の酸素濃縮装置に共通する本発明の特徴について、従来の酸素濃縮装置と比較して説明する。
【００３３】
［本発明の特徴］
従来の酸素濃縮装置では、（１）コンプレッサで加圧した空気を吸着剤を含む吸着室に導入し、吸着室では、窒素を吸着剤に吸着した後、吸着されずに高濃度に濃縮されて残った酸素を取り出して使用する（濃縮工程）、（２）次に、吸着室を真空ポンプで減圧して窒素を吸着した吸着剤から窒素を脱離して吸着剤を再生する（再生工程）。このとき濃縮された酸素を連続的に取り出すために、２つの吸着筒を使用して濃縮工程と再生工程とが交互に行われるようにする。
【００３４】
一方、本発明の酸素濃縮装置では、（１）略大気圧の空気を吸着剤を含む吸着室に導入し、続いて、吸着室の容積を減少することにより導入された空気の圧力を増加させ、吸着剤への窒素の優先的な吸着を増加させる。その後、吸着剤に吸着されずに高濃度に濃縮されて残った高圧の酸素を吸着室から取り出して使用する（濃縮工程）、（２）続いて、吸着室の容積を増加することにより、吸着室の圧力を低減して窒素を吸着した吸着剤から窒素を脱離させ、吸着剤を再生するとともに窒素ガスを排出する（再生工程）。本発明の酸素濃縮装置では、１つの吸着筒を使用して、吸着室の容積の減少（空気からの酸素の濃縮）とそれに続く吸着室の容積の増加（吸着剤の再生）を連続的に行うが、その際に、コンプレッサなどを用いる必要はない。そのため、本発明の酸素濃縮装置では、従来の酸素濃縮装置のように複数の吸着室を配置する必要はなく、コンプレッサなども不要であるので、酸素濃縮装置の大型化やその構成の複雑さを避けることができる。また、コンプレッサ使用時の騒音対策も不要である。
【００３５】
本発明の酸素濃縮装置では、連続的に容積が変化する吸着室に特徴がある。以下の説明では、まず、酸素濃縮装置の全体構成について説明し、次に、吸着室の構造とこの吸着室を用いた空気から高濃度の酸素を濃縮する方法について、説明する。
【００３６】
［酸素濃縮装置の全体構成：図１］
本実施形態の酸素濃縮装置の全体構成について図１を用いて説明する。
【００３７】
本酸素濃縮装置では、まず原料ガスである空気が、防塵フィルター１０１と吸気フィルター兼消音バッファ１０２とによりゴミが除去された後、吸着剤が充填された吸着室１５０に導入される。吸着室１５０は、吸着室の容積を変更することができるので、吸着室内に空気が導入されると、吸着室１５０内の容積を減少させる。その結果、空気の圧力は吸着室１５０内の容積の減少とともに増加し、吸着剤への窒素の優先的な吸着が進む。このとき、吸着室１５０内の空気は、冷却ファン１０４等を使用して冷却される。続いて、吸着剤に吸着されずに残った高濃度に濃縮された酸素を含むガスを吸着室から取り出して製品タンク１１１に一時的に貯蔵する。このとき、高濃度の酸素を含むガスは、その後、圧力調整器１１２と流量調節器１１５を用いて所望の圧力とガス流量とが制御され、加湿器１１６を介して適度に加湿された後、可撓性延長チューブ１１７、カニューラ１１８等の導管を介して患者に供給される。
【００３８】
一方、吸着室では、吸着室から高濃度に濃縮された酸素を取り出したのち、吸着室の容積を増加するように制御される。その結果、吸着室内の圧力が低減し、吸着剤から窒素が脱離して吸着剤が再生する。脱離した高濃度の窒素を含むガスは、吸着室外に排出される。なお、本酸素濃縮装置で使用する吸着剤は、窒素を優先的あるいは選択的に吸着させるために、Na-A型、Ca-A型、Na-X型、Ca-X型、あるいは、Li-X型等の合成ゼオライトが１種又は組み合わせて使用される。
【００３９】
［吸着室の構造：図２Ａ］
次に、本実施形態の酸素濃縮装置で使用する吸着室１５０の構造及び本吸着室を用いた高濃度の酸素を製造する方法について、吸着室の断面構成を示す図２Ａ〜２Ｅを用いて詳細に説明する。本吸着室では、偏心して回転する回転体を連続的に回転させることによってその体積を減少させることによって導入した空気の圧力を増加して窒素を吸着剤に吸着させて残った濃縮された酸素を含むガスを取り出した後（濃縮工程）、吸着室の体積を増加して吸着剤に吸着した窒素を脱離させて吸着剤を再生する（再生工程）２つの工程を交互に連続的に行うことができる。
【００４０】
図２Ａに示すように、本実施形態の吸着室１５０には、所定内径を有し中空円筒形状の密閉空間を形成する中空円筒形状の外壁部材である外壁１０３、外壁の内径よりも小さい外径を有し、外壁に接しながら外壁の中心軸１２１に対して偏心して回転速度ｖで回転方向１０９の方向に回転するように円筒状の回転部材である回転体１０２が配置されている。回転体１０２中には吸着剤１０１が埋設され、吸着剤１０１はその表面が回転体１０２の外表面の一部を形成するように設置され、回転体１０２の外面には、回転体１０２の外面に対して当接した状態が不勢されている仕切板１２０が設置されている。仕切板１２０は、図に示すようなバネ機構１２２を有するため、回転体１０２が偏心して回転したときに回転体１０２の外面に常に接して追従することができる。
【００４１】
また、吸着室１５０には、原料である空気を吸着室１５０内に導入する空気流入口１０６、高濃度に濃縮された酸素を吸着室１５０から取り出す製品ガス取出口１０８、吸着剤を再生したときに排出される高濃度に濃縮された窒素を吸着室１５０から排気する排出口１０７が設置され、空気流入口１０６、製品ガス取出口１０８、排出口１０７にはそれぞれ開閉弁Ｓ１〜Ｓ３が配置されている。なお、図には示さなかったが、本酸素濃縮装置には、回転体１０２を回転させるためのモータ制御部、本装置の各部（モータ制御部、各弁、冷却ファン、各種センサなど）を制御する制御部が設置されており、制御部は、不図示のＲＯＭに記憶された制御プログラムに基づいて、不図示のＲＡＭを作業領域として使用して以下に述べる各種制御を実行する。
【００４２】
本実施形態の吸着室の容積１０４は、外壁と、回転体と、仕切板とで囲まれた密閉空間の容積であり、この容積は回転体が回転することにより減少または増加するように構成されている。そこで、吸着室の容積変化を利用して吸着室内に導入された空気の圧力を増加して効率よく吸着剤に窒素を吸着させて濃縮した酸素を取り出した後、吸着室内の圧力を下げて吸着剤に吸着された窒素を脱離させて吸着剤を再生させることができる。
【００４３】
［空気から高濃度の酸素を濃縮する方法：図２Ａ〜２Ｅ］
図２Ａ〜２Ｅは、吸着室へ空気が導入され、高濃度の酸素を製品ガスとして取り出した後、吸着剤に吸着された窒素を脱離させて吸着剤を再生するまでの各工程における、吸着室の容積、吸着室の回転体と仕切板との位置関係の変化を説明する図である。
【００４４】
まず、高濃度の酸素を製品ガスとして取り出す工程について説明する。図２Ａにおいて、吸着室へ空気が導入される。このとき、開閉弁Ｓ１，Ｓ２を開き、ファン１３０によって空気流入口１０６から吸着室へ空気を導入したのち開閉弁Ｓ１，Ｓ２を閉じる。また、開閉弁Ｓ３は閉じている。このときの吸着室の容積１０４はＶ１であり、導入された空気の圧力はＰ１（略、大気圧）である。
【００４５】
図２Ｂは、図２Ａの状態から回転体１０２を図の矢印方向に回転させて吸着室の容積Ｖ１からＶ２に減少させ、吸着室の圧力をＰ１からＰ２に増加した状態を示している。
【００４６】
図２Ｃは、図２Ｂから回転体１０２を図の矢印方向にさらに回転させて吸着室の容積をＶ２からＶ３に減少させ、吸着室を加圧した状態を示し、図２Ｄは、図２Ｃから回転体１０２を図の矢印方向にさらに回転させて吸着室の容積がＶ４まで減少し圧力がＰ４に増加した状態である。図２Ｄの状態において、吸着剤１０１への窒素の優先的な吸着が最も進み、気相には吸着剤に吸着されずに高濃度に濃縮された酸素を含むガスが残っているので、開閉弁Ｓ３を開き、吸着室１５０から製品ガス取出口１０８を介して高濃度に濃縮された酸素を取り出して製品タンク１１１に貯蔵する。ここまでの工程が、空気から濃縮した酸素を取り出す濃縮工程である。
【００４７】
続いて、吸着剤の再生工程を説明する。図２Ｅは、図２Ｄにおいて、高濃度に濃縮された酸素を取り出した後、開閉弁Ｓ３を閉じてから回転体１０２を図の矢印方向に回転させて吸着室の容積をＶ４からＶ１に増加させ、吸着室１５０の圧力をＰ４からＰ５に減圧した状態である。この状態において、吸着剤１０１からの窒素の脱離が進む。次に、図２Ｆの状態まで吸着室の容積をＶ１からＶ２に減少させて、吸着室１５０の圧力をＰ５からＰ６（例えば、略大気圧）に増加させた後、開閉弁Ｓ２を開いて脱離した窒素を含むガスを、吸着室１５０から排出口１０７を介して排気する。その後、開閉弁Ｓ２を開いたままさらに、図２Ｇから図２Ｈの状態まで吸着室の容積をＶ２からＶ４に減少させて、吸着室１５０から排出口１０７を介して窒素を排気する。その後、開閉弁Ｓ２を閉じる。この結果、吸着剤１０１を再生することができる。本酸素濃縮装置では、上記説明した図２Ａ〜２Ｈの濃縮工程と再生工程を繰り返すことにより、１つの吸着室を使用して空気から高濃度に濃縮した酸素を連続的に取り出して使用することができる。
【００４８】
なお、吸着室の外壁１０３の半径は、例えば、１０ｍｍ〜１０００ｍｍであり、好ましくは、２０ｍｍ〜２００ｍｍであり、軸方向の高さは、例えば、１０ｍｍ〜１０００ｍｍであり、好ましくは、２０ｍｍ〜３００ｍｍである。また、回転体の回転数は、例えば、０．０１〜１００Hz程度であり、好ましくは０．１〜５０Hz程度である。製品ガスの供給流量は、例えば、０．０１リットル／分〜１００リットル／分であり、好ましくは、０．１リットル／分〜１０リットル／分である。また、吸着室内部に形成される圧力差は、０．００１ＭＰａ以上であることが好ましく、０．０１ＭＰａ以上の圧力差であることが更に好ましい。
【００４９】
なお、上記説明で使用した構成は、一例であり、本発明の技術的思想を満足するものであれば、その構成や配置は適時変更が可能である。例えば、開閉弁の代わりに逆止弁や、オリフィスなどの絞り機構を、単独で、または組み合わせて使用してもよい。また、吸着剤の形状は、適時、変更することができる。
【００５０】
＜第２実施形態＞
以下、第２の実施形態の酸素濃縮装置について説明する。本酸素濃縮装置は、その全体構成は、図１で説明した第１の実施形態の酸素濃縮装置と類似しており、吸着室の容積を連続的に減少することにより導入された空気の圧力を増加させ、吸着剤への窒素の優先的な吸着を増加させて残った濃縮された酸素を含むガスを取り出した後（濃縮工程）、吸着室の体積を増加して吸着剤に吸着した窒素を脱離させて吸着剤を再生する（再生工程）点は共通している。ただし、本実施形態の吸着室２５０は、第１の実施形態の吸着室１５０とその構造が異なる。そこで、以下の説明では、第１の実施形態の酸素濃縮装置と共通する部分の説明は、重複するので省略し、異なる点についてのみ説明する。
【００５１】
［吸着室の構造：図３］
図３に示すように、本実施形態の吸着室２５０は、所定内径を有し中空密閉空間を形成する中空円筒形状の外壁部材である外壁２０３と、外壁２０３の内径よりも小さい外径を有し、外壁２０３の中心軸に対して偏心して回転する円筒状の回転体である回転体２０２が配置されている。回転体２０２中には吸着剤２０１が埋設され、吸着剤２０１はその表面が回転体２０２の外表面の一部を形成するように回転体２０２に設置されている。また、回転体２０２には、図に示すように外壁２０３と回転体２０２の間の空間を複数に分割し、外壁２０３の内面に対して当接した状態が不勢されている複数の仕切板２２０が配置されている。仕切板２２０は、図に示すような伸縮可能なバネ機構２２２を有するため、回転体１０２が偏心して回転したときに仕切板２２０が外壁２０３の内面に常に接するように追従することができる。また、吸着室２５０には、原料である空気を吸着室２５０内に導入する空気流入口２０６、高濃度に濃縮された酸素を吸着室２５０から取り出す製品ガス取出口２０８、吸着剤を再生したときに排出される高濃度に濃縮された窒素を吸着室２５０から排気する排出口２０７が設置され、空気流入口２０６、製品ガス取出口２０８、排出口２０７にはそれぞれ開閉弁Ｓ１〜Ｓ３が配置されている。本実施形態の吸着室の容積は外壁２０３と回転体２０２と複数の仕切板２２０で囲まれ、複数に分割された各密閉空間の容積である。そこで、吸着室の各分割された容積変化を利用して吸着室内に導入された空気の圧力を増加して効率よく吸着剤に窒素を吸着させて濃縮した酸素を取り出した後、吸着室内の圧力を下げて吸着剤に吸着された窒素を脱離させて吸着剤を再生させることができる。
【００５２】
［空気から高濃度の酸素を濃縮する方法：図３］
次に、図３を用いて、吸着室２５０へ空気が導入され、高濃度の酸素を製品ガスとして取り出した後、吸着剤に吸着された窒素を脱離させて吸着剤を再生するまでの各工程における、吸着室の容積、吸着室の回転体と仕切板との位置関係の変化を説明する。
【００５３】
まず、高濃度の酸素を製品ガスとして取り出す工程について説明する。図３のＡに示す吸着室の回転体と仕切板との位置関係において、吸着室へ空気が導入される。このとき、開閉弁Ｓ１，Ｓ２が開き、ファン１３０によって空気流入口２０６から吸着室へ空気が導入されたのち開閉弁Ｓ１，Ｓ２は閉じられる。また、開閉弁Ｓ３は閉じている。このときの吸着室の容積２０４はＶ１であり、その圧力はＰ１（略、大気圧）である。
【００５４】
次に、回転体２０２を図の矢印方向に回転させることにより吸着剤を図３のＢの状態に移動する。すると、吸着室の容積２０４は、Ｖ１からＶ２に減少し、その結果、圧力がＰ１からＰ２に増加する。
【００５５】
同様にして、回転体１０２をさらに回転させることにより、吸着剤を図３のＣの状態、図３のＤの状態、図３のＥの状態へと移動する。すると、吸着室の容積２０４は、Ｖ２からＶ３、Ｖ３からＶ４、Ｖ４からＶ５へと減少し、その結果、吸着室の圧力は、Ｐ２からＰ３、Ｐ３からＰ４、Ｐ４からＰ５へと増加する。
【００５６】
次に、図３のＥ、すなわち、吸着室の容積２０４がＶ５まで減少し圧力がＰ４５増加した状態では、吸着剤２０１への窒素の優先的な吸着が進み、気相には吸着剤に吸着されずに高濃度に濃縮された酸素を含むガスが残っているので、開閉弁Ｓ３を開き、吸着室２５０から製品ガス取出口２０８を介して高濃度に濃縮された酸素を取り出して製品タンク１１１に貯蔵する。ここまでの工程が、空気から濃縮した酸素を取り出す濃縮工程である。
【００５７】
続いて、吸着剤の再生工程を説明する。次に、高濃度に濃縮された酸素を取り出した後、開閉弁Ｓ３を閉じてから回転体２０２を図の矢印方向に回転させることにより、吸着剤を図３のＥの状態から、図３のＦの状態、図３のＧの状態、図３のＨの状態、図３のＡの状態へと移動する。すると、吸着室の容積はＶ５からＶ６、Ｖ６からＶ７、Ｖ７からＶ８、Ｖ８からＶ１と増加し、その結果、吸着室の圧力は、Ｐ５からＰ６、Ｐ６からＰ７、Ｐ７からＰ８、Ｐ８からＰ９と低下する。
【００５８】
そこで、図３のＡの状態（圧力Ｐ９）の状態において、吸着剤２０１からの窒素の脱離が進むので、高濃度の窒素を含むガスを開閉弁Ｓ２を開いて、吸着室２５０から排出口２０７を介して排気する。その後、開閉弁Ｓ２を閉じる。本酸素濃縮装置では、上記説明した図３のＡ〜Ｈの各工程を繰り返すことにより、１つの吸着室を使用して空気から高濃度に濃縮した酸素を連続的に取り出して使用することができる。
【００５９】
＜第３実施形態＞
以下、第３の実施形態の酸素濃縮装置について説明する。以下の説明では、第１および第２の実施形態の酸素濃縮装置と異なる吸着室３５０の構造についてのみ説明する。
【００６０】
［吸着室の構造：図４］
本実施形態の吸着室３５０が、第２の実施形態の吸着室２５０と異なる点は、仕切板２２０によって仕切られた各吸着室の容積内の各回転体２０２上にそれぞれ吸着剤２０１が埋設されている点だけである。本実施形態のように、回転体２０２上に複数の吸着剤２０１を配置することによって各区切られた吸着室の容積を利用して、第２の実施形態に比べて高濃度の酸素ガスをより多量に供給することができる。
【００６１】
＜第４実施形態＞
以下、第４の実施形態の酸素濃縮装置について説明する。以下の説明では、第１〜第３の実施形態の酸素濃縮装置と異なる吸着室４５０の構造についてのみ説明する。
【００６２】
［吸着室の構造：図５］
本実施形態の吸着室４５０は、第３の実施形態の吸着室３５０を３段に積層したものであり、１段目の吸着室から取り出される高濃度の酸素を含むガスを２段目の吸着室の空気流入口から導入し、２段目の吸着室から取り出されるより高濃度の酸素を含むガスを３段目の吸着室の空気流入口から導入し、３段目の吸着室から取り出される製品ガスを図１の貯蔵タンク１１１に供給する構成とした点のみが異なる点である。このように、吸着室を多段構造とすることで、より高濃度の酸素ガスを供給することができる。
【００６３】
＜第５実施形態＞
以下、第５の実施形態の酸素濃縮装置について説明する。本酸素濃縮装置は、その全体構成は、図１で説明した第１の実施形態の酸素濃縮装置と類似しており、吸着室の容積を連続的に減少することにより導入された空気の圧力を増加させ、吸着剤への窒素の優先的な吸着を増加させて残った濃縮された酸素を含むガスを取り出した後（濃縮工程）、吸着室の体積を増加して吸着剤に吸着した窒素を脱離させて吸着剤を再生する（再生工程）点は共通している。ただし、本実施形態の吸着室５５０は、第１の実施形態の吸着室１５０とその構造が異なり、回転体を偏心して回転する代わりに吸着室内に設けられたピストンを利用することで、吸着室の容積を変更することにより吸着室内の圧力を変更することができる。そこで、以下の説明では、第１の実施形態の酸素濃縮装置と異なる吸着室５５０の構造と吸着室５５０を用いて空気から高濃度の酸素を濃縮する方法についてのみ説明する。
【００６４】
［吸着室の構造：図６Ａ］
本実施形態の酸素濃縮装置で使用する吸着室５５０の構造及び本吸着室を用いた高濃度の酸素を製造する方法について、吸着室の断面構成を示す図６Ａ〜６Ｇを用いて詳細に説明する。
【００６５】
図６Ａに示すように、本実施形態の吸着室５５０には、所定内径を有し、中空円筒状の密閉空間を形成する外壁部材である外壁７０２と、外壁７０２の内壁に接して配置された吸着剤７０１と、外壁７０２の内径よりも小さい外径を有し、外壁７０２の内面に接しながら外壁７０２の軸方向に往復移動可能に配置されているピストン部材７２９とが配置されている。ピストン部材７２９は軸方向に分極された強磁性体から構成されており、吸着室５５０の外部の周囲には、コイル７３１が配置されている。ピストン部材７２９は、コイル７３１に流す電流の方向を切替えることで、吸着室５５０内で移動するピストン部材７２９の移動方向を変更することができる。
【００６６】
また、吸着室５５０には、原料である空気を吸着室５５０内に導入する空気流入口７０６、高濃度に濃縮された酸素を吸着室５５０から取り出す製品ガス取出口７０８、吸着剤を再生したときに排出される高濃度に濃縮された窒素を吸着室５５０から排気する排出口７０７が設置され、空気流入口７０６、製品ガス取出口７０８、排出口７０７にはそれぞれ開閉弁Ｓ１〜Ｓ３が配置されている。なお、図には示さなかったが、本酸素濃縮装置には、ピストン部材７２９を往復移動させるためのコイル制御部、本装置の各部（コイル制御部、各種弁、冷却ファン、各種センサなど）を制御する制御部が設置されており、制御部は、不図示のＲＯＭに記憶された制御プログラムに基づいて、不図示のＲＡＭを作業領域として使用して以下に述べる各種制御を実行する。
【００６７】
本実施形態の吸着室の容積７０４は、外壁７０２の内面とピストン部材７２９と吸着剤７０１とによって囲まれた密閉空間であり、ピストン部材７２９が移動することにより、吸着室の容積７０４が減少または増加するように構成されている。そこで、この吸着室の容積変化を利用して吸着室内に導入された空気の圧力を増加して効率よく吸着剤に窒素を吸着させて濃縮した酸素を取り出した後、吸着室内の圧力を下げて吸着剤に吸着された窒素を脱離させて吸着剤を再生させることができる。
【００６８】
［空気から高濃度の酸素を濃縮する方法：図６Ａ〜６Ｆ］
図６Ａ〜６Ｆは、吸着室へ空気が導入され、高濃度の酸素を製品ガスとして取り出した後（濃縮工程）、窒素を脱離させて排気し吸着剤を再生する（再生工程）までの各工程における、吸着室の容積、吸着室の回転体と仕切板との位置関係の変化を説明する図である。以下、図６Ａ〜６Ｆを用いて、空気から高濃度の酸素を濃縮する方法について説明する。
【００６９】
まず、高濃度の酸素を製品ガスとして取り出す工程について説明する。図６Ａにおいて、吸着室へ空気が導入される。このとき、開閉弁Ｓ１を開き、吸着室へ空気を導入したのち開閉弁Ｓ１を閉じる。また、開閉弁Ｓ２，Ｓ３は閉じている。このとき、ピストン部材７２９は、図に示す位置に配置されているので、吸着室の容積７０４はＶ１で最大であり、吸着室へ導入された空気の圧力はＰ１（略、大気圧）である。
【００７０】
図６Ｂは、図６Ａの状態からピストン部材７２９を図の矢印方向７３０に移動させて吸着室の容積７０４をＶ１からＶ２に減少させ、吸着室の圧力をＰ１からＰ２に増加した状態を示している。
【００７１】
図６Ｃは、図６Ｂからピストン部材７２９を図の矢印方向７３０にさらに移動させて吸着室の容積をＶ２からＶ３に減少させ、吸着室の圧力をＰ３に増加した状態を示し、図６Ｃの状態において、吸着剤７０１への窒素の優先的な吸着が進み、気相には吸着剤に吸着されずに高濃度に濃縮された酸素を含むガスが残っている。そこで、開閉弁Ｓ３を開き、吸着室の容積７０４内に残っている高濃度に濃縮された酸素を含むガスは吸着剤７０１を通り製品ガス取出口１０８を経由して取り出されて製品タンク１１１に貯蔵する。ここまでの工程が、空気から濃縮した酸素を取り出す濃縮工程である。
【００７２】
続いて、吸着剤の再生工程を説明する。図６Ｄは、高濃度に濃縮された酸素を取り出した後、開閉弁Ｓ３を閉じてからピストン部材７２９を図６Ｃの位置から矢印方向７３０（図６Ａ〜６Ｃでのピストン部材の移動方向と反対方向）に移動させることにより図６Ｄの位置まで移動した状態である。この状態において、吸着室の容積は図６Ｃに示すＶ３の状態からＶ１まで増加し、吸着室５５０の圧力はＰ４となるので、吸着剤７０１からの窒素の脱離が進む。
【００７３】
次に、図６Ｅに示すように開閉弁Ｓ２を開いて、高濃度の窒素を含むガスを排出口１０７から排気しながら図６Ｆに示すようにさらに吸着室の体積を減らして高濃度の窒素を含むガスを排出口１０７から排気する。その後、開閉弁Ｓ２を閉じる。
【００７４】
本酸素濃縮装置では、上記説明した図６Ａ〜６Ｆの濃縮工程と再生工程を繰り返すことにより、１つの吸着筒を使用して空気から高濃度に濃縮した酸素を連続的に取り出して使用することができる。なお、上記説明で使用した構成は、一例であり、本発明の技術的思想を満足するものであれば、その構成や配置は適時変更が可能である。例えば、開閉弁の代わりに逆止弁や、オリフィスなどの絞り機構を、単独で、または組み合わせて使用してもよい。
【００７５】
［吸着室の構造の変形例：図６Ｇ］
図６Ｇの吸着室６５０は、本実施形態の吸着室５５０の製品ガス取り出し口７０８の位置を図に示すように排出口７０７に隣接するように変更した変形例の一例を示す図である。吸着室６５０のように製品ガス取り出し口７０８を配置することにより、高濃度に濃縮された酸素を含むガスを吸着剤７０１を通過させずに製品ガス取出口１０８から直接取り出して製品タンク１１１に貯蔵することができる。
【００７６】
＜第６実施形態＞
以下、第６の実施形態の酸素濃縮装置について説明する。本実施形態の吸着室７５０は、第５の実施形態の吸着室５５０の変形例であるので、以下の説明では、第５の実施形態の吸着室５５０と異なる点についてのみ説明する。
【００７７】
［吸着室の構造：図７］
図７に示す吸着室７５０は、第５の実施形態で説明した吸着室の容積変化を利用して吸着室内に導入された空気の圧力を増加して効率よく吸着剤に窒素を吸着させて濃縮した酸素を取り出した後、吸着室内の圧力を下げて吸着剤に吸着された窒素を脱離させて吸着剤を再生させる原理を応用したものであるので、その原理の説明は省略する。
【００７８】
本実施形態の吸着室７５０が第５の実施形態の吸着室５５０と異なる点は、吸着室５５０では、１つの吸着剤７０１は外壁７０２の一端に配置され、外壁７０２とピストン部材７２９で囲まれた吸着室の容積のうちの１つの容積７０４を用いていたが、本吸着室７５０では、２つの吸着剤７０１ａ、ｂが外壁７０２の両端にそれぞれ配置され、この吸着剤７０１ａ、ｂをそれぞれ含む外壁７０２とピストン部材７２９で囲まれた吸着室の容積のうちの２つの容積７０４、７０５を別々に用いる点である。本実施形態において、吸着室７５０の両端に２つの吸着剤７０１ａ、ｂを配置した理由は、吸着室５５０で説明した、１）空気を導入して窒素を吸着剤に吸着させ高濃度の酸素を取り出す濃縮工程と、２）窒素を吸着した吸着剤から窒素を脱離させて吸着剤を再生する再生工程とを、２つに分割された吸着室の容積７０４，７０５を利用して交互に行うことにより、より多くの高濃度の酸素を濃縮して供給するためである。このように、本実施形態の吸着室７５０では、２つに分割された吸着室の容積７０４，７０５を用いて交互に濃縮工程と再生工程とを行うため、それに伴い空気流入口７０６、排出口７０７の位置が図に示すように外壁７０２の中央部の変更されている。また、製品ガス取出口７０８は、各吸着剤７０１に対応して２つ用意されている。
【００７９】
＜第７実施形態＞
以下、第７の実施形態の酸素濃縮装置について説明する。本酸素濃縮装置は、その全体構成は、図１で説明した第１の実施形態の酸素濃縮装置と類似しているが、吸着室の構造及び酸素濃縮方法が異なる。すなわち、第１の実施形態の吸着室１５０では、吸着室の容積を連続的に減少することにより導入された空気の圧力を増加させ、吸着剤への窒素の優先的な吸着を増加させた。しかしながら、本実施形態の吸着室８５０は、第１の実施形態の吸着室１５０のように、吸着室の容積を変化させることで圧力差を形成するのではなく、外壁の中心軸に対して回転する回転体に複数の羽根を設け、回転体の回転によって生じる空気の流れを、回転体に設けられた複数の羽根によって制御することにより吸着室内に圧力の高い部分と低い部分を形成することにより、吸着剤への窒素の優先的な吸着を増加させるものである。そこで、以下の説明では、第１の実施形態の酸素濃縮装置と共通する部分の説明は、重複するので省略し、吸着室８５０の構造の違いと空気から高濃度の酸素を濃縮する方法についてのみ説明する。
【００８０】
［吸着室の構造：図８］
本実施形態の酸素濃縮装置で使用する吸着室８５０の構造とこれを用いる高濃度の酸素を製造する方法について、吸着室の断面構成を示す図８を用いて詳細に説明する。
【００８１】
図８に示すように、本実施形態の吸着室８５０には、所定内径を有し、中空円筒状の密閉空間を形成する外壁部材である外壁６０２と、外壁６０２の内壁に接して配置された吸着剤６０１と、外壁６０２の内径よりも小さい外径を有し、外壁６０２の中心軸を軸としてかつ外壁６０２の内面に配置された吸着剤６０１に接しないで回転する中空円筒状の回転体６０３とが配置されている。回転体６０３の中空円筒状の内壁には複数の羽根６２５ａ、６２５ｂが図の向きに配置されている。なお、本実施形態の吸着室８５０では、吸着剤６０１を含む外壁６０２も回転体６０３より遅い速度で回転することができる。
【００８２】
また、吸着室８５０には、原料である空気を吸着室８５０内に導入する空気流入口６０６、高濃度に濃縮された酸素を吸着室８５０から取り出す製品ガス取出口６０８、窒素ガスを吸着した吸着剤から窒素が脱離したときに排出される高濃度に濃縮された窒素を吸着室８５０から排気する排出口６０７が設置されている。なお、図示はしないが、本酸素濃縮装置には、回転体６０３などを回転させるためのモータ制御部、本装置の各部（モータ制御部、各種弁、冷却ファン、各種センサなど）を制御する制御部が設置されており、制御部は、不図示のＲＯＭに記憶された制御プログラムに基づいて、不図示のＲＡＭを作業領域として各種制御を実行する。
【００８３】
次に、図８を用いて吸着室８５０において、吸着室内に圧力の高い部分と低い部分を形成することにより、吸着剤への窒素の優先的な吸着を増加させる方法について説明する。図８に例示する様に、中空の回転体６０３には、その周上の一部に矢印６０９の方向の回転に伴い内側から外側に向かって空気が流れる様な形状とした羽根６２５ａを設けられ、円周上の他の部分には回転に伴って矢印６２６ｂの様に外側から内側に向かって空気が流れる様に適切な形状とした羽根６２５ｂを設けられている。
【００８４】
従って、吸着室８５０の回転体６０３の内部に点線で示す流入口６０６から空気が導入されると、吸着室８５０の外壁６０２と回転体６０３の間に設けられた吸着材６０１の各部分は、羽根６２５ａが設けられた部分が回転体６０３の回転により回ってきた時には内側から外側に向かって空気が流れるため加圧される。その結果、加圧され空気と接触する部分の吸着剤６０１ａ，６０１ｂでは窒素の吸着反応が促進される。そこで、吸着剤６０１ａに吸着されずに吸着剤６０１ａを通過したガス（高濃度に濃縮された酸素を含む）は、製品ガス取出口６０８から取り出される。一方、羽根６２５ｂの部分の場合は、上記説明とは逆に減圧される。その結果、減圧された空気と接触する部分の吸着剤では窒素の脱離反応が促進されるため内側の回転体６０３の内部方向に向けて窒素濃度の高いガスを放出することになる。そこで、点線で示す吸着室８５０の中心軸付近に設けられた排出口６０７から窒素濃度の高いガスを排出することができる。
【００８５】
なお、上記説明した各実施形態の説明では、ＰＳＡ法による空気からの酸素の濃縮を例に説明しているが、本発明は、これに限ることはなく、複数のガス成分を含むガス流体と、そのガス流体中の特定のガスを吸着する吸着剤があれば、吸着剤に吸着されない残りのガスを濃縮することができる。そのため、各種ガス成分を含むガス流体から目的とするガスの濃縮、分離精製、あるいは、ガス流体に含まれる有害成分の除去などにも利用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の第１の実施形態の酸素濃縮装置の全体構成を示す図である。
【図２Ａ】、
【図２Ｂ】、
【図２Ｃ】、
【図２Ｄ】、
【図２Ｅ】、
【図２Ｆ】、
【図２Ｇ】、
【図２Ｈ】本発明の第１の実施形態の吸着室を用いて空気から高濃度の酸素を濃縮する方法を説明する図である。
【図３】本発明の第２の実施形態の吸着室の一例を示す図である。
【図４】本発明の第３の実施形態の吸着室の一例を示す図である。
【図５】本発明の第４の実施形態の吸着室の一例を示す図である。
【図６Ａ】、
【図６Ｂ】、
【図６Ｃ】、
【図６Ｄ】、
【図６Ｅ】、
【図６Ｆ】本発明の第５の実施形態の吸着室を用いて空気から高濃度の酸素を濃縮する方法を説明する図である。
【図６Ｇ】別の吸着室の一例を示す図である。
【図７】本発明の第６の実施形態の吸着室の一例を示す図である。
【図８】本発明の第７の実施形態の吸着室の一例を示す図である。
【図９】従来の酸素濃縮装置の全体構成を示す図である。
【符号の説明】
【００８７】
１０１、２０１、６０１，７０１  吸着剤
１０２、２０２  回転体
１０３、２０３、７０２  外壁
１５０、２５０、３５０、４５０、５５０、６５０、７５０、８５０  吸着室
１０４、２０４、４０４、７０４、９０４  吸着室の容積
１０６、２０６、３０６、６０６，７０６  空気流入口
１０７、２０７、３０７、６０７、７０７  排出口
１０８、２０８、３０８、６０８、７０８  取り出し口
１０９、２０９  回転方向を示す矢印
１２０、２２０  仕切板
１２１、２２１  回転の中心軸
１２２、２２２  バネ機構
６２５  羽
６２６  羽によって制御された空気の流れを示す矢印
７２９  ピストン
７３０  ピストンの運動を示す矢印
７３１  電磁石用コイル
３３６  上行流路
３３７  下行流路
３３８  第二流入口
３３９  区画
３４０  区画間の隔壁
【図１】
2007237004.tif 000003
【図２Ａ】
2007237004.tif 000004
【図２Ｂ】
2007237004.tif 000005
【図２Ｃ】
2007237004.tif 000006
【図２Ｄ】
2007237004.tif 000007
【図２Ｅ】
2007237004.tif 000008
【図２Ｆ】
2007237004.tif 000009
【図２Ｇ】
2007237004.tif 000010
【図２Ｈ】
2007237004.tif 000011
【図３】
2007237004.tif 000012
【図４】
2007237004.tif 000013
【図５】
2007237004.tif 000014
【図６Ａ】
2007237004.tif 000015
【図６Ｂ】
2007237004.tif 000016
【図６Ｃ】
2007237004.tif 000017
【図６Ｄ】
2007237004.tif 000018
【図６Ｅ】
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【図６Ｆ】
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【図６Ｇ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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