(57)【要約】      （修正有）【課題】簡単な構成で、小型化が可能な酸素濃縮装置を提供する。【解決手段】酸素不定比性酸化物（結晶構造が酸素欠損または酸素過剰となった金属酸化物）１ａに電極３ａ、３ｂを取り付けた酸素吸収放出材料１に対して前記電極を介して通電することにより、酸素を吸収および放出させる。電流の大きさの切り替えにより、酸素放出温度範囲、酸素吸収温度範囲にそれぞれ対応する、酸素放出電流範囲、酸素吸収電流範囲の電流値に切り替える。これにより、電流制御により酸素吸収放出材料からの酸素の脱着（吸収および放出）を制御する。【選択図】図１
2017056040.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素不定比性酸化物に電極を取り付けた酸素吸収放出材料に対して前記電極を介して通電することにより、酸素を吸収および放出させることを特徴とする酸素濃縮装置。
【請求項２】
前記酸素吸収放出材料による酸素の吸収および放出を、電流制御によって切換えることを特徴とする請求項１に記載の酸素濃縮装置。
【請求項３】
前記酸素吸収放出材料において、酸素の吸収が生じる酸素吸収電流範囲、酸素の放出が生じる酸素放出電流範囲との間に、前記酸素放出電流範囲と前記酸素吸収電流範囲とを明確にする中間電流範囲を有し、前記電流制御は前記酸素放出電流範囲と前記酸素吸収電流範囲を切換えることを特徴とする請求項２に記載の酸素濃縮装置。
【請求項４】
空気中から酸素を濃縮して酸素濃縮気体を排出する酸素濃縮装置であって、
空気を取り入れる吸気口と、酸素濃縮気体を排出する排気口と、酸素濃縮気体を生成する酸素濃縮部とを備え、
前記酸素濃縮部には、酸素不定比性酸化物に電極を取り付けた酸素吸収放出材料が設置されており、
前記酸素吸収放出材料に前記電極を介して通電することにより酸素を吸収および放出させることを特徴とする酸素濃縮装置。
【請求項５】
前記酸素不定比性酸化物は、ブラウンミラライト型金属酸化物であることを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の酸素濃縮装置。
【請求項６】
空気を取り入れる吸気口と酸素を濃縮する酸素濃縮部との間には電磁弁が設けられ、
前記電磁弁は、前記酸素吸収放出材料への電流制御と連動して動作することを特徴とする請求項４または５に記載の酸素濃縮装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸素濃縮技術、およびこれを用いた酸素濃縮装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸素濃縮装置としては、加圧空気に対して窒素を吸着し、減圧空気に対して窒素を放出（脱着）する性質をもつ触媒（ゼオライト等）が充填された吸着筒を用いて、加圧と減圧とを交互に繰り返しながら連続的に酸素を濃縮する方法があり、ＰＳＡ方式と呼ばれている。
【０００３】
また、空気中から酸素を収集し、酸素濃縮気体を製造する主な方法として、特許文献１に記載の技術が知られている。
【０００４】
特許文献１には、酸素吸収放出材料を利用し、温度を変化させることで、高濃度の酸素を得る技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１６９０７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＰＳＡ方式では、空気の加減圧をポンプやコンプレッサ等により行うため、加圧と減圧を繰り返すことにより装置内部で動作音が発生するという問題がある。
【０００７】
また、特許文献１では、温度制御機能を有するヒータにより酸素吸収放出材料の周囲温度を変化させて酸素吸収放出材料の温度を制御しているが、ヒータによる加熱方式を利用するため、消費電力が大きくなる傾向にあり、また、酸素吸収放出材料の周囲温度を酸素吸収放出材料の反応温度域以上の温度域まで加熱する必要がある。従って、装置が大型化し、消費電力が大きくなるといった問題がある。
【０００８】
本発明は、簡単な構成で、小型化および省電力化が可能な酸素濃縮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】
【０００９】
本発明の一観点によれば、酸素不定比性酸化物（結晶構造が酸素欠損または酸素過剰となった金属酸化物）に電極を取り付けた酸素吸収放出材料に対して前記電極を介して通電することにより、酸素を吸収および放出させることを特徴とする酸素濃縮装置が提供される。
【００１０】
酸素不定比性酸化物に電極を取り付けた酸素吸収放出材料に対して通電することにより酸素を吸収および放出させ、大気から高濃度酸素ガスを製造することができる。
【００１１】
前記酸素吸収放出材料による酸素の吸収および放出を、電流制御によって切換えることが好ましい。
【００１２】
電流の大きさの切り替えにより、酸素放出温度範囲、酸素吸収温度範囲にそれぞれ対応する、酸素放出電流範囲、酸素吸収電流範囲の電流値に切り替える。これにより、電流制御により酸素吸収放出材料からの酸素の脱着（吸収および放出）を制御する。中間温度範囲、酸素放出温度範囲、酸素吸収温度範囲にそれぞれ対応する、電流の中間電流範囲、酸素放出電流範囲、酸素吸収電流範囲が定義できる。
【００１３】
前記酸素吸収放出材料において、酸素の吸収が生じる酸素吸収電流範囲、酸素の放出が生じる酸素放出電流範囲との間に、前記酸素放出電流範囲と前記酸素吸収電流範囲とを明確にする中間電流範囲を有し、前記電流制御は前記酸素放出電流範囲と前記酸素吸収電流範囲の２つの電流領域にそれぞれ該当する電流値に切換えることを特徴とする。中間電流範囲を有することで、切換えにおける酸素の脱着に関する電流値に関するマージンを得ることができる。
【００１４】
本発明の他の観点によれば、空気中から酸素を濃縮して酸素濃縮気体を排出する酸素濃縮装置であって、空気を取り入れる吸気口と、酸素濃縮気体を排出する排気口と、酸素濃縮気体を生成する酸素濃縮部とを備え、前記酸素濃縮部には、酸素不定比性酸化物に電極を取り付けた酸素吸収放出材料が設置されており、前記酸素吸収放出材料に前記電極を介して通電することにより酸素を吸収および放出させることを特徴とする酸素濃縮装置が提供される。
【００１５】
上記において、前記酸素不定比性酸化物は、ブラウンミラライト型金属酸化物であることを特徴とする。
【００１６】
また、上記に記載の酸素濃縮装置において、空気を取り入れる吸気口と酸素を濃縮する酸素濃縮部との間には電磁弁が設けられ、前記電磁弁は、前記酸素吸収放出材料への電流制御と連動して動作することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、コンプレッサや真空ポンプ等の加減圧手段や、酸素不定比性酸化物の周囲温度調節手段を必要としない酸素濃縮装置を提供することができる。
【００１８】
従って、簡易的な構成により、酸素濃縮装置の小型化が可能であり、消費電力も小さくできるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態による酸素濃縮装置の一構成例を示す図である。
【図２】酸素濃縮装置に用いる酸素不定比性酸化物の一種であるブラウンミラライト型金属酸化物の生成工程の一例を示すフローチャート図である。
【図３】図２の製造工程により作製したブラウンミラライト型金属酸化物のＳＥＭ写真（図３（ａ））及びＸ線回折パターン例（図３（ｂ））を示す図である。
【図４】ブラウンミラライト型金属酸化物に通電して得られた電気的特性の一例を示す図であり、温度の逆数に依存し、通電による抵抗率と重量の変化を示す図である。
【図５】ブラウンミラライト型金属酸化物に通電して得られた電気的特性の一例を示す図であり、通電により変化する試料の温度変化を示す図である。
【図６Ａ】本実施の形態による酸素濃縮装置を含む酸素濃縮システムの一構成例を示す図であり、通電による温度上昇を生じさせる構成例を示す図である。
【図６Ｂ】通電による温度上昇に伴う、温度の逆数に依存する重量変化を示す図である。
【図７Ａ】本実施の形態による酸素濃縮装置を含む酸素濃縮システムの一構成例を示す図であり、通電による温度降下を生じさせる構成例を示す図である。
【図７Ｂ】通電による温度降下に伴う、温度の逆数に依存する重量変化を示す図である。
【図８】図７Ａに示す酸素濃縮システムの制御系の一構成例を示す機能ブロック図である。
【図９】本実施の形態による酸素濃縮装置の通電制御処理の流れを示すフローチャート図である。
【図１０】本実施の形態による酸素濃縮装置を用いた酸素濃縮処理の流れを示すフローチャート図である。
【図１１】本実施の形態による酸素濃縮装置を含む酸素濃縮システムにおける通電による温度上昇、温度降下サイクルを繰り返した際の、酸素濃度の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明は、酸素吸収放出材料に対して直接通電することにより、結晶構造に酸素欠陥または過剰酸素をもつ金属酸化物（酸素不定比性酸化物）に酸素を吸収および放出させることを特徴とする。酸素吸収放出材料に直接電流を流すことにより、酸素不定比性酸化物をジュール熱により直接加熱する。そのため、酸素吸収放出材料の周囲を加熱する必要がなく、簡易な構成で、装置の小型化が可能になる。
【００２１】
また、本発明は、酸素吸収放出材料による酸素の吸収および放出は電流制御によって切換えるものである。
【００２２】
発明者は、その多くが一般的には絶縁体として知られている酸素不定比性酸化物について、材料の電気的特性を検討した。
【００２３】
これにより通電が可能な電流値が求められ、酸素吸収放出材料に例えば１００ｍＡ程度の電流を流したときは酸素を吸着（吸収）し、例えば１０００ｍＡ程度の電流を流したときは酸素不定比性酸化物がジュール熱により加熱されて空気中に酸素を放出する。
【００２４】
従って、電流制御のみで酸素の吸収・放出をコントロールすることが可能な電気制御式の酸素濃縮装置の作製が可能である。従来のように周囲温度を上げたり、圧力差を生じさ
せる必要がないため装置が小型化でき、消費電力を低減することができる。
【００２５】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。本明細書において、通電とは、物質に電流を流すことであり、電子に代表される荷電粒子の移動に伴う電荷の移動（電気伝導）のことである。直流、交流（高周波）を問わない。酸素吸収放出材料とは、何らかの外部要因の変化などにより、酸素を放出したり、吸収したりする材料である。
【００２６】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態による酸素濃縮装置Ａの一構成例を示す概略図である。図１に示すように、酸素濃縮装置Ａは、酸素不定比性酸化物１ａと、例えばその両端に形成された、電気的に独立した第１の電極３ａ及び第２の電極３ｂと、からなる酸素吸収放出材料１を有する。さらに、酸素濃縮装置Ａは、第１の電極３ａと第２の電極３ｂとの間に電圧を印加することで電流を流す（通電する）ための電源、ここでは、例として直流電源５と、抵抗部７を含む配線Ｌ１とを含む閉回路により構成される。電極３ａ、３ｂの材料としては、Ａｇ、Ａｕなどの、酸化されにくい材料が好ましい。
【００２７】
酸素吸収放出材料１に通電することで、酸素吸収放出材料１は、ジュール熱により酸素を吸収したり、放出したりする。
従って、酸素濃縮装置Ａは、酸素量を増減させることができる装置である。
【００２８】
図２は、酸素不定比性酸化物１ａの一例である、ブラウンミラライト型金属酸化物を用いた酸素吸収放出材料１の生成工程の一例を示すフローチャート図である。図２に示すように、ステップＳ１で処理が開始され、ステップＳ２において、出発物質として、ＣａＣＯ３、Ａｌ２Ｏ３及びＭｎ２Ｏ３を準備する。この例では、Ｃａ:Ａｌ:Ｍｎ＝２：１：１の割合で粉末を混合する。ステップＳ３において、プロパノールを溶媒として例えば１時間の混合を行う。ステップＳ４において、例えば、赤外線ランプにより赤外線を１時間照射して乾燥させる。
【００２９】
ステップＳ５において、空気中、１１００℃、２時間の仮焼き処理を行う。ステップＳ６において、圧力４０ＭＰａで、一軸圧縮（プレス）を行い、１０ｍｍφ、厚さ２ｍｍになるように圧縮成型を行う。
【００３０】
ステップＳ７において、例えば、空気中において１２４０℃で５時間の焼結を行い、両端に電極を塗布することで、酸素吸収放出材料１（試料）を生成することができる。
【００３１】
以上の構成により生成した酸素吸収放出材料１は、Ｃａ２ＡｌＭｎＯ５＋δで表されるブラウンミラライト型酸化物である。
【００３２】
図３は、図２の工程により生成したブラウンミラライト型酸化物の物性を評価する走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による破断面の観察結果（ａ）と、Ｘ線回折法による分析結果（ｂ）を示す図である。
【００３３】
図３（ａ）より、ブラウンミラライト型酸化物の破断面をみると、微細な粒子構造を有していることがわかる。また、図３（ｂ）より、Ｘ線回折ピークを粉末Ｘ線回折データベースと比較した結果、図２の工程で生成した材料は、明らかにブラウンミラライト型酸化物であることがわかる。
【００３４】
図４は、ブラウンミラライト型金属酸化物に通電して得られた電気的特性の一例を示す図であり、通電により変化する温度の逆数に依存する抵抗率の変化と重量変化を示す図である。ブラウンミラライト型酸化物において、温度を変化させると、抵抗値は、図のように変化することがわかる。また、温度に対する重量変化をみると、温度変化に依存して、酸素の吸着と放出に伴う重量変化が見られた。
【００３５】
このことから、ブラウンミラライト型金属酸化物は、温度に依存して酸素の放出と吸収とが起こることがわかる。
【００３６】
尚、図４に示すように、酸素放出温度範囲Ｒ２（図では、５５０℃以上）と、酸素吸収温度範囲Ｒ３（図では、３５０℃以下）に加えて、３５０℃から５５０℃の温度範囲に、酸素の吸収も放出も起こりにくい中間温度範囲Ｒ１が存在することがわかる。この中間温度範囲Ｒ１が存在することで、後述する酸素濃縮処理を確実に行うことができる。
【００３７】
図５は、ブラウンミラライト型金属酸化物に通電して得られた電気的特性の一例を示す図であり、通電による温度変化を示す図である。横軸の電流量は、例えば１００ｍＡ、１０００ｍＡが、電流密度で表現すると、それぞれ、７８.５ｍＡ／ｃｍ２、７８５ｍＡ／ｃｍ２である。温度測定は、空気中で、一分間に１.２ｍＡの割合で電流を増加させながら行った。
【００３８】
図５に示すように、通電量１００ｍＡ以下では、ジュール熱による試料の温度は、３２０℃以下であり、この領域は、酸素吸収温度範囲Ｒ３ということができる。通電量１０００ｍＡ以上では、ジュール熱による試料の温度は、５５０℃以上であり、この領域は酸素放出温度範囲Ｒ２ということができる。通電量が１００ｍＡ以上１０００ｍＡ以下の範囲では、中間温度領域Ｒ１が形成されている。ここで、中間温度範囲Ｒ１、酸素放出温度範囲Ｒ２、酸素吸収温度範囲Ｒ３にそれぞれ対応する、電流の中間電流範囲、酸素放出電流範囲、酸素吸収電流範囲が定義できる。この中間温度範囲Ｒ１を定義したことにより、酸素放出温度範囲Ｒ２と酸素吸収温度範囲Ｒ３、つまり、酸素放出電流範囲、酸素吸収電流範囲が切換わる電流範囲が明確になる。
【００３９】
このように、発明者は、ブラウンミラライト型金属酸化物においては、通電の電流量により、酸素の放出と、吸収とに切り分けて制御することができることを見出した。
【００４０】
以上に説明したように、本発明の第１の実施の形態により酸素濃縮装置では、ブラウンミラライト型金属酸化物に対して通電制御を行うことで、酸素の放出、吸収を生じさせることができることがわかる。
【００４１】
（酸素不定比性酸化物について）
上記で説明したブラウンミラライト型金属酸化物は、酸素吸収材料に用いられる酸素不定比性酸化物の一種であり、酸素欠陥・過剰酸素および電気伝導性を有する金属酸化物であれば良く、以下の結晶構造をもつ金属酸化物が使用可能と推測される。
【００４２】
・ブラウンミラライト型酸化物  Ａ2Ｂ2Ｏ5+σ
（Ａ：アルカリ土類金属、Ｂ：遷移金属）
尚、ブラウンミラライト型酸化物は、以下のペロブスカイト型金属酸化物の一種である。
・ペロブスカイト型金属酸化物  ＡＢＯ3-δ
（Ａ：アルカリ土類金属、Ｂ：遷移金属）
これらの酸素不定比性酸化物材料は、その多くが一般的には絶縁体であるが、材料の電気的特性を検討することにより通電が可能な電流値があることがわかった。
【００４３】
高電流域では、ジュール熱により酸素不定比性酸化物が加熱されて酸素不定比性酸化物は結晶格子中に取り込まれている酸素を放出し、低電流域では空気中から結晶格子中に酸素を取り込むことで酸素を吸着（吸収）する。通電制御を連続的に繰り返すことにより酸素濃縮気体を排出する。
【００４４】
このように、酸素吸収放出材料に対して直接通電することにより、酸素欠陥・過剰酸素をもつ金属酸化物（酸素不定比性酸化物）に酸素を吸収および放出させることができる。
【００４５】
酸素吸収放出材料に直接電流を流すことにより、酸素欠陥・過剰酸素をもつ金属酸化物（酸素不定比性酸化物）をジュール熱により直接加熱する。従って、酸素吸収放出材料の周囲を加熱する必要がなく、簡易な構成で、酸素濃度の調整が可能になる。
【００４６】
一般的には絶縁体である酸素不定比性酸化物について、材料の電気的特性を明らかにし、酸素吸収放出材料による酸素の吸収および放出を電流制御によって切換えることができる。
【００４７】
これにより通電が可能な電流値が求められ、酸素吸収放出材料に１００ｍＡ程度の電流を流したときは酸素を吸収し、１０００ｍＡ程度の電流を流したときは酸素不定比性酸化物がジュール熱により加熱されて空気中から酸素を放出する。
【００４８】
従って、電流制御のみで酸素の吸収・放出をコントロールすることが可能な電気制御式の酸素濃縮装置を実現できる。
【００４９】
従来のように周囲温度を上げたり、圧力差を生じさせたりする必要がないため、装置を小型化することができ、消費電力を低減することができる。
【００５０】
(第２の実施の形態)
以下に、本発明の第２の実施の形態による酸素濃縮技術について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００５１】
図６Ａは、本発明の第２の実施の形態による酸素濃縮技術を用いたシステムの概略構成例を示す図である。図６Ｂは、通電量を変化させて、ブラウンミラライト型金属酸化物に対して通電制御を行うことで、酸素の放出、吸収を生じさせた様子を示す図であり、横軸は温度の逆数、縦軸は、酸素の吸収・放出に伴う重量変化量である。
制御の詳細については、後述する。
【００５２】
図６Ａに示すシステムは、図１に示した酸素濃縮装置Ａ（図６Ａ符号１０１）を利用している。ここで、符号Ｂで示す部分は、図１に示した酸素濃縮装置Ａに相当する構成を含む。酸素濃縮部（チャンバー）１１内に配置した酸素吸収放出材料１に直流電源５から１０００ｍＡを通電することで、酸素吸収放出材料１は、ジュール熱により酸素を放出し、直流電源から１００ｍＡを通電することで、酸素を吸収したりする。ここで、符号Ｂで示す部分において、抵抗部７、すなわち通電量に依存して、電磁石１５が、第１のバルブ（１）１７を開閉してチャンバー１１内に空気を導入することができるようになっている。酸素吸収放出材料１への通電と第１のバルブ（１）１７への通電を連動させるため、電源を複数設ける必要がなく、装置の小型化および省電力化が可能になる。
【００５３】
図６Ｂは、通電量を大きくすることで（矢印ＡＲ１参照）、酸素吸収放出材料１から酸素を放出することができることを示している。
【００５４】
より詳細には、本実施の形態における酸素濃縮装置１０１は、酸素不定比性酸化物１ａに電極３ａ・３ｂを取り付けた酸素吸収放出材料１（例えば、Ｃａ２ＡｌＭｎＯ５＋σ）と、これを収容し、空気（外気）を取り入れ、酸素不定比性酸化物１ａから放出された酸素を含む酸素濃縮気体を一時的に貯蔵する筐体の酸素濃縮部１１を有する。酸素不定比性酸化物１ａに取り付けられた電極３ａ・３ｂは、外部の直流電源５と接続されており、電流制御が可能になっている。
【００５５】
酸素濃縮部１１における酸素吸収放出材料１の正電極３ａ側の壁面には、空気を取り入れ、または酸素濃縮部１１内の内気を取り出す吸気管１７ａおよび吸気口１７ｂが形成されている。負電極３ｂ側の壁面には、生成された酸素濃縮気体を排出する排気管２１ａおよび排気口２１ｂを備えている。吸気口１７ｂおよび排気口２１ｂには、それぞれ吸気弁１７、排気弁２１が取り付けられている。吸気管１７ａには空気を供給するためのファン等を接続しても良く、後述する排気管２１ａには一時的に酸素を貯蔵する筐体（酸素収集容器）２３や、外気の酸素濃度を検出する酸素センサ２５を取り付けても良い。酸素センサ２５を取り付ける場合には、外気の酸素濃度に応じて酸素濃縮部や一時的に酸素を貯蔵する筐体（酸素収集容器）を開閉して酸素濃縮気体の供給量を調整するようなしくみを取ることができる。
【００５６】
吸気弁１７が電磁弁である場合、電磁弁を動作させる電磁石１５などにより、酸素吸収放出材料１への通電と連動して電磁石１５への通電が行なわれるようにすると、簡易な構成で装置を動作させることができる。尚、排気弁２１は逆止弁であることが望ましく、流出した酸素濃縮気体が酸素濃縮部１１へ戻ることを防ぐことができる。
【００５７】
１０００ｍＡの電流を酸素吸収放出材料１に通電すると、チャンバー１１内の酸素分圧として、例えば２１ｋＰａ以上の値が得られた。
【００５８】
図６Ａにおいて、酸素濃縮用のチャンバー１１には、第２のバルブ（２）２１が設けられ、酸素収集容器２３と連通している。酸素収集容器２３には、酸素濃度を測定する酸素センサ２５が設けられ、さらに、排気管２７ａにより、排気口２７ｂから第３のバルブ（３）２７を介して酸素収集容器２３内のガスを外部に供給する供給口３１も設けられている。これにより、酸素収集容器２３において酸素濃度が調整された空気を、所望の対象に供給することができる。
【００５９】
図７Ａは、本実施の形態による酸素濃縮装置を含む酸素濃縮システムの一構成例を示す図であり、１００ｍＡの通電による温度降下を生じさせる構成例を示す図である。図７Ｂは、通電による温度降下に伴う、温度の逆数に依存する重量変化を示す図である。図７Ｂに示すように、通電量を１０００ｍＡから１００ｍＡに下げることで試料の温度を低くし（矢印ＡＲ２）、酸素を試料に吸収する。その他の説明は、図６Ａ、図６Ｂと同様である。図７Ｂによると、試料の温度が下がるに伴い、試料の重量が増加している。このことから、１０００ｍＡの通電により５５０℃以上に加熱された試料の温度が３５０℃付近まで下がると、つまり通電量を１００ｍＡとすると、試料が酸素を吸着することがわかる。
【００６０】
図８は、図７Ａに示す酸素濃縮システムの制御系の一構成例を示す機能ブロック図である。
図８に示すように、本実施の形態による酸素濃縮システムにおける制御系の構成を機能的に説明すると、以下のようになる。
【００６１】
酸素濃縮システムは、図１に示した酸素濃縮装置Ａと、図６Ａに示す酸素収集容器２３とを含む。
【００６２】
酸素濃縮装置Ａに関連する制御を行う制御部は、通電部１０１−１（図６Ａの５，７等）への通電時間を計時する計時部１０１−２、通電を切り替える通電切換部１０１−３を有する。さらに、酸素収集容器２３内の酸素分圧を判定するＰＯ２判定部１０１−４を有する。
【００６３】
図９は、本実施の形態による酸素濃縮装置の通電制御処理の流れを示すフローチャート図である。図１０は、本実施の形態による酸素濃縮装置を用いた酸素濃縮処理の流れを示すフローチャート図である。図１１は、本実施の形態による酸素濃縮装置を含む酸素濃縮システムにおける通電による温度上昇、温度降下サイクルを繰り返した際の、酸素濃度の変化を示す図である。
【００６４】
酸素濃縮装置は、以下の１）から８）の流れで動作を繰り返す。まず、処理を開始する（Ｓｔａｒｔ：  ステップＳ１１）。
１）酸素吸収放出材料１への通電部１０１−１による通電（Ｉ１：  １００ｍＡ）を行い、それと連動して吸気弁１７を開放する（ステップＳ１２）。
２）吸気弁１７を開放すると酸素濃縮部１１に空気が流入する（温度が酸素吸収温度範囲まで低下する計時部１０１−２により計時された時間ｔ＞ｔ１まで待つ：  ステップＳ１３）。
３）酸素不定比性酸化物が結晶内に酸素を吸収する（ここで、ファンなどで冷却して、温度降下速度を速くするようにしても良い）。
４）通電切換部１０１−３が、酸素吸収放出材料１への電流値を切換え（ステップＳ１４：  Ｉ２：  １０００ｍＡ）、連動して吸気弁１７を閉める。
５）酸素不定比性酸化物１をジュール熱により加熱する。
６）温度が上がると酸素不定比性酸化物１から酸素が放出される。
７）酸素濃縮部内１１内の気圧が高まり、排気弁２１が開放される。
８）酸素濃縮部内１１内から酸素収集容器２３に酸素濃縮気体が流出する。酸素収集容器２３内に高濃度酸素が貯まる。（温度が酸素放出温度領域まで上昇する計時部１０１−２により計時された時間ｔ＞ｔ２まで待つ：  ステップＳ１５）。
９）ステップＳ１６で第１処理を終了する。
【００６５】
図１０に示すように、ステップＳ２１で処理が開始され（Ｓｔａｒｔ）、ステップＳ２２で、図９に示すステップ１０の処理が行われた後に、ステップＳ２３において、ＰＯ２判定部１１１−１により酸素分圧ＰＯ２を判定し、ステップＳ２４において目標以上になるまで図９のステップＳ１１からステップＳ１６までの処理を繰り返し（Ｎｏ）、目標以上になったら（Ｙｅｓ）、ステップＳ２６で処理を終了する。すなわち、上記の処理において酸素濃縮部（チャンバー）１１から酸素収集容器２３に高濃度酸素が移送される。酸素センサ２５において酸素濃度が目標値に達する。
【００６６】
以上により、供給口３１から濃縮酸素を対象装置に対して供給することができる。図１１に示すように、１０回の処理を繰り返すことで、酸素濃度を、１２.４％高くすることができた。
【００６７】
以上のように、本実施の形態によれば、酸素濃度濃縮し、高酸素濃度の空気等を対象装置等に供給することができる。
【００６８】
本発明の実施の形態に記載された酸素濃縮装置の主な用途としては以下のものが例示的に挙げられる。特に、小型化により、以下の応用が促進される可能性が高い。
（１）適用分野の例
１）農業関連：酸素濃度の調整等による植物一般の栽培、生育の促進等に利用することができる。
２）食品関連：冷蔵庫等の食品保管庫内の酸素濃度調整等に利用することができる。
３）医療、ヘルスケア：住宅内や車両内の酸素濃度維持、装置の小型化に伴って在宅酸素療法等に利用することができる。
４）工業関連：工場における熱効率の向上等に利用することができる。
【００６９】
（２）酸素不定比性酸化物について
酸素吸収材料に用いられる酸素不定比性酸化物は、酸素欠陥または過剰酸素、および電気伝導性を有する金属酸化物であれば良く、以下の結晶構造をもつ金属酸化物が使用可能と推測できる。
【００７０】
ペロブスカイト型金属酸化物  ＡＢＯ3-δ（Ａ：アルカリ土類金属、Ｂ：遷移金属）、特にブラウンミラライト型金属酸化物  Ａ2Ｂ2Ｏ5+σ（Ａ：アルカリ土類金属、Ｂ：遷移金属）。
【００７１】
これらの酸素不定比性酸化物は絶縁体であるが、上記のように、材料の電気的特性を明らかにすることにより通電が可能な電流値を求める。
【００７２】
高電流域ではジュール熱により酸素不定比性酸化物が加熱されて酸素不定比性酸化物は結晶格子中に取り込まれている酸素が放出される。低電流域では空気中から結晶格子中に酸素を取り込むことで酸素が吸着（吸収）される。
例えば、酸素の放出と吸収とを連続的に繰り返すことにより酸素濃縮気体を排出する。
【００７３】
(実施例)
ブラウンミラライト型酸化物の一種である、Ｃａ2ＡｌＭｎＯ5+σについて行った試験では、以下の条件のときに酸素の吸着・放出が確認できた。
【００７４】
Ｃａ2ＡｌＭｎＯ5+σは、ＣａＯ3，Ａｌ2Ｏ3，Ｍｎ2Ｏ3をＣａ：Ａｌ：Ｍｎが２：１：１となるように混合した粉末を出発原料として、これを１１００℃で２時間仮焼した後、プレスしてφ１０ｍｍ、厚み２ｍｍに成形する。これをさらに１２４０℃にて５時間焼成したものを、ガラス管に入れて電極を接続して試験を行なった。
【００７５】
その結果、Ｃａ2ＡｌＭｎＯ5+σは３５０℃以下となる１００ｍＡの低電流域では酸素を吸収し、５５０℃以上となる１０００ｍＡの高電流域では酸素を放出するという結果が得られた。
【００７６】
上記の実施の形態において、添付図面に図示されている構成等については、これらに限定されるものではなく、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。
【００７７】
また、本発明の各構成要素は、任意に取捨選択することができ、取捨選択した構成を具備する発明も本発明に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明は、酸素濃縮装置に利用可能である。
【符号の説明】
【００７９】
Ａ…酸素濃縮装置、Ｌ１…配線、１ａ…酸素不定比性酸化物、１…酸素吸収放出材料、３ａ…第１の電極、３ｂ…第２の電極、５…直流電源、７…抵抗部、１１…酸素濃縮部（チャンバー）、１５…電磁石、１７…第１のバルブ（１）、２３…酸素収集容器、１０１−１…通電部（図６Ａの５，７等）、１０１−２…計時部、１０１−３…通電切換部、１０１−４…ＰＯ２判定部。
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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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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