(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のふるい床を備え、各々のふるい床が一サイクルの吸着充填相において供給ガス内の非生成ガスを吸着すると共に、前記サイクルの脱着再生相において先に吸着した前記非生成ガスを脱着するように機能する、供給ガスから生成ガスを分離する方法において、
前記生成ガス内の所望成分濃度を決定する段階と、
各前記吸着充填相において各々の前記ふるい床から第一出口手段へ前記生成ガスを搬送する段階と、
各前記脱着再生相において各々の前記ふるい床から第二出口手段へ前記非生成ガスを搬送する段階と、
前記生成ガス内の成分濃度を感知する段階と、そして、
前記複数のふるい床の作動期間中に濃度が変化する、前記生成ガス内の成分濃度を前記生成ガス内の所望成分濃度に近づけるように、前記複数のふるい床を制御する段階であって、
前記吸着充填相と前記脱着再生相との間で各々の前記ふるい床を切り換える段階、
前記作動期間中で各々の前記ふるい床の各サイクルのサイクル時間をほぼ一定に維持する段階、及び
前記生成ガス内の前記成分濃度の前記所望成分濃度からのそれの感知に応答して、各々の前記ふるい床の一定のサイクル時間である各サイクル中における前記吸着充填相の前記持続時間を前記脱着再生相の前記持続時間に相対させて変化させる段階、
を備える前記複数のふるい床を制御する段階と、
を備える供給ガスから生成ガスを分離する方法。
【請求項２】
前記複数のふるい床を制御する段階は、さらに、
前記作動期間中に前記複数のふるい床の内の少なくとも一つのふるい床を常に前記吸着充填相に維持する段階を備える、請求項１に記載の供給ガスから生成ガスを分離する方法。
【請求項３】
前記複数のふるい床を制御する段階は、さらに、
前記吸着充填相と前記脱着再生相との間で各々の前記ふるい床を切り換えるために複数の弁を作動させる段階と、そして
前記複数の弁の内の少なくとも１を調節弁にすることによって、（ａ）前記供給ガス、前記生成ガスまたは前記非生成ガスの１つを前記ふるい床に流入または流出させる前記調整弁の開閉程度を調節可能にし、または、（ｂ）前記調整弁を開閉状態間で切り換える割合を可変にする、ように前記調節弁を作動させる段階と、を備える、請求項１に記載の供給ガスから生成ガスを分離する方法。
【請求項４】
前記複数のふるい床を制御する段階は、さらに、
前記脱着再生相の終わりで且つ次の前記吸着充填相の前に、前記生成ガスを前記複数のふるい床の内の少なくとも一つのふるい床を収納するコンテナへ導入して、残留する前記非生成ガスを前記コンテナから追い出す段階を備える、請求項１に記載の供給ガスから生成ガスを分離する方法。
【請求項５】
前記複数のふるい床を制御する段階は、さらに、
前記吸着充填相と前記脱着再生相との間で、前記複数のふるい床の内の少なくとも一つのふるい床を収納するコンテナに流入または流出する前記供給ガス、前記生成ガスまたは前記非生成ガスが最小限であるかまたは全くない休止相に、前記複数のふるい床の内の少なくとも一つのふるい床を切り替える段階を備える、請求項１に記載の供給ガスから生成ガスを分離する方法。
【請求項６】
前記複数のふるい床を制御する段階は、さらに、
少なくとも一部の前記吸着充填相と前記脱着再生相との間で、（ａ）前記ふるい床への前記供給ガスの供給、（ｂ）前記ふるい床からの前記生成ガスの供給、および（ｃ）前記ふるい床からの前記非生成ガスの供給、の内の少なくとも２つが同時に発生する重複相に、前記複数のふるい床の内の少なくとも一つのふるい床を切り替える段階を備える、請求項１に記載の供給ガスから生成ガスを分離する方法。
【請求項７】
さらに、
各々の前記ふるい床によって窒素ガスを吸着する段階を備え、
前記生成ガス内の成分濃度を感知する段階は、前記生成ガス内の成分として酸素を感知する段階であり、
前記複数のふるい床を制御する段階の中の前記吸着充填相の前記持続時間を前記脱着再生相の前記持続時間に相対させて変化させる段階は、前記生成ガス内の前記酸素の濃度の所望濃度からのそれの感知に応答して、各々の前記ふるい床の一定のサイクル時間である各サイクル中における前記吸着充填相の前記持続時間を前記脱着再生相の前記持続時間に相対させて変化させる段階である、請求項１に記載の供給ガスから生成ガスを分離する方法。
【請求項８】
供給ガスから生成ガスを分離するための分子ふるい型ガス分離装置であって、
一サイクルの吸着充填相において前記供給ガス内の前記非生成ガスを吸着すると共に、前記サイクルの脱着再生相において先に吸着した前記非生成ガスを脱着する少なくとも二つのふるい床と、
各前記吸着充填相において各々の前記ふるい床から生成ガスが送られる第一出口手段と、
各前記脱着再生相において各々の前記ふるい床から前記非生成ガスが送られる第二出口手段と、
前記生成ガス内の成分の濃度を感知するセンサと、
前記生成ガス内において作動期間中に変化する所望成分濃度を生成するように前記少なくとも二つのふるい床を制御する制御手段と、を備え、
該制御手段は、
前記吸着充填相と前記脱着再生相との間で各々の前記ふるい床を切り換え、
前記作動期間中で各々の前記ふるい床の各サイクルのサイクル時間をほぼ一定に維持し、
前記生成ガス内の前記成分濃度の前記所望成分濃度からのそれを感知する前記センサに応答して、各々の前記ふるい床の一定のサイクル時間である各サイクル中における前記吸着充填相の持続時間を前記脱着再生相の前記持続時間に相対させて調節する、ように構成されている、
供給ガスから生成ガスを分離するための分子ふるい型ガス分離装置。
【請求項９】
前記制御手段は、前記ふるい床の内の少なくとも一つのふるい床が常に前記吸着充填相で作動するように、前記吸着充填相と前記脱着再生相との間で各々の前記ふるい床を切り換えるように構成されている請求項８に記載の分子ふるい型ガス分離装置。
【請求項１０】
さらに、
前記少なくとも二つのふるい床の内の少なくとも一つのふるい床を収容したコンテナと、
該コンテナへ前記供給ガスを供給し、前記第一出口手段へ前記生成ガスを搬送し、そして、前記第二出口手段へ前記非生成ガスを搬送するように配設された複数の弁と、を備え、
前記弁の内の少なくとも一つを調節弁にすることによって、前記供給ガス、前記生成ガスまたは前記非生成ガスの１つを前記コンテナに流入または流出させる前記調節弁の開閉程度を調節可能にし、および／または、前記調節弁を開閉状態間で切り換える割合を可変にすることができる請求項８に記載の分子ふるい型ガス分離装置。
【請求項１１】
さらに、
前記少なくとも二つのふるい床の内の少なくとも一つのふるい床を収容したコンテナを備えており、
前記ふるい床の前記脱着再生相の終わりで且つ次の前記吸着充填相の前に、前記生成ガスを前記コンテナ内へ導入して、残留する前記非生成ガスを前記コンテナから追い出すようにした請求項８に記載の分子ふるい型ガス分離装置。
【請求項１２】
少なくとも二つのふるい床の個数は、Ｎ個であり、
前記制御手段は、一定のサイクル時間である各サイクル中における各々の前記ふるい床の前記吸着充填相の持続時間を前記脱着再生相の前記持続時間に相対させて制御することにより、各々の前記ふるい床における総サイクル時間に対する前記吸着充填相の前記持続時間の比率が少なくとも１：Ｎになるように作動する請求項８に記載の分子ふるい型ガス分離装置。
【請求項１３】
さらに、
前記少なくとも二つのふるい床の内の少なくとも一つのふるい床を収容したコンテナを備えており、
前記吸着充填相と前記脱着再生相との間で、前記コンテナに流入または流出する前記供給ガス、前記生成ガスまたは前記非生成ガスが最小限であるかまたは全くない休止相を含む請求項８に記載の分子ふるい型ガス分離装置。
【請求項１４】
さらに、
前記少なくとも二つのふるい床の内の少なくとも一つのふるい床を収容したコンテナを備えており、
前記吸着充填相と前記脱着再生相との間で、前記コンテナへの前記供給ガスの供給、前記コンテナからの前記生成ガスの供給及び前記コンテナからの前記非生成ガスの供給、の内の少なくとも２つが同時に発生する重複相を含む請求項８に記載の分子ふるい型ガス分離装置。
【請求項１５】
前記生成ガス中の前記所望成分は酸素であり、
各々の前記ふるい床が窒素ガスを吸着できるふるい床材を含むことによって前記ふるい床を酸素が通過し、前記生成ガスを呼吸用に使用できるようにした請求項８に記載の分子ふるい型ガス分離装置。
【請求項１６】
生成ガス内の酸素濃度を制御するために、供給空気から非生成ガスを分離するための分子ふるい型ガス分離装置であって、
一サイクルの吸着充填相において前記供給空気内の前記非生成ガスを吸着すると共に、前記サイクルの脱着再生相において先に吸着した前記非生成ガスを脱着する複数のふるい床と、
各前記吸着充填相において前記複数のふるい床から生成ガスが送られる第一出口手段と、
各前記脱着再生相において前記複数のふるい床から前記非生成ガスが送られる第二出口手段と、
前記生成ガス内の酸素濃度を感知するセンサと、
前記生成ガス内において作動期間中に変化する所望酸素濃度を生成するように、各々の前記ふるい床の吸着充填相／脱着再生相を制御する制御手段と、を備え、
該制御手段は、
前記複数のふるい床の内の少なくとも一つのふるい床が常に前記吸着充填相で作動するように、前記吸着充填相と前記脱着再生相との間で各々の前記ふるい床を切り換え、
前記作動期間中で各々の前記ふるい床の各サイクルのサイクル時間をほぼ一定に維持し、
前記生成ガス内の前記酸素濃度の前記所望酸素濃度からのそれを感知する前記センサに応答して、各々の前記ふるい床の一定のサイクル時間である各サイクル中における前記吸着充填相の持続時間を前記脱着再生相の前記持続時間に相対させて調節するように構成されている、
分子ふるい型ガス分離装置。
【請求項１７】
複数のふるい床の個数は、Ｎ個であり、
前記制御手段は、一定のサイクル時間である各サイクル中における各々の前記ふるい床の前記吸着充填相の持続時間を前記脱着再生相の前記持続時間に相対させて制御することにより、各々の前記ふるい床における総サイクル時間に対する前記吸着充填相の前記持続時間の比率が少なくとも１：Ｎになるように作動する請求項１６に記載の分子ふるい型ガス分離装置。
【請求項１８】
さらに、
前記複数のふるい床の内の少なくとも一つのふるい床を収容したコンテナと、
該コンテナへ前記供給ガスを供給し、前記第一出口手段へ前記生成ガスを搬送し、そして、前記第二出口手段へ前記非生成ガスを搬送するように配設された複数の弁と、を備え、
前記弁の内の少なくとも一つを調節弁にすることによって、前記供給空気、前記生成ガスまたは前記非生成ガスの１つを前記コンテナに流入または流出させる前記調節弁の開閉程度を調節可能にし、および／または、前記調節弁を開閉状態間で切り換える割合を可変にすることができる請求項１６に記載の分子ふるい型ガス分離装置。
【請求項１９】
さらに、
前記複数のふるい床の内の少なくとも一つのふるい床を収容したコンテナを備えており、
前記ふるい床の前記脱着再生相の終わりで且つ次の前記吸着充填相の前に、前記生成ガスを前記コンテナ内へ導入して、残留する前記非生成ガスを前記コンテナから追い出すようにした請求項１６に記載の分子ふるい型ガス分離装置。
【請求項２０】
さらに、
前記複数のふるい床の内の少なくとも一つのふるい床を収容したコンテナを備えており、
前記吸着充填相と前記脱着再生相との間で、前記コンテナに流入または流出する前記供給空気、前記生成ガスまたは前記非生成ガスが最小限であるかまたは全くない休止相を含む請求項１６に記載の分子ふるい型ガス分離装置。
【請求項２１】
さらに、
前記複数のふるい床の内の少なくとも一つのふるい床を収容したコンテナを備えており、
前記吸着充填相と前記脱着再生相との間で、前記コンテナへの前記供給空気の供給、前記コンテナからの前記生成ガスの供給及び前記コンテナからの前記非生成ガスの供給、の内の少なくとも２つが同時に発生する重複相を含む請求項１６に記載の分子ふるい型ガス分離装置。
【請求項２２】
各々の前記ふるい床が窒素ガスを吸着できるふるい床材を含むことによって、前記非生成ガスは窒素からなる請求項１６に記載の分子ふるい型ガス分離装置。
【請求項２３】
作動期間中に呼吸ガス内の酸素濃度が変化する航空機の航空機搭乗員へ呼吸ガスを供給する航空機に配設された分子ふるい型ガス分離装置であって、前記呼吸ガス内の前記酸素濃度を制御するために、供給空気から窒素を分離する該分子ふるい型ガス分離装置において、
一サイクルの吸着充填相において前記供給空気内の前記窒素を吸着すると共に、前記サイクルの脱着再生相において先に吸着した前記窒素を脱着する複数のふるい床と、
各前記吸着充填相において前記複数のふるい床から呼吸ガスが送られる第一出口手段と、
各前記脱着再生相において前記複数のふるい床から前記窒素が送られる第二出口手段と、
前記呼吸ガス内の酸素濃度を感知するセンサと、
前記呼吸ガス内において作動期間中に変化する所望酸素濃度を生成するように、各々の前記ふるい床の吸着充填相／脱着再生相を制御する制御手段と、を備え、
該制御手段は、
前記複数のふるい床の内の少なくとも一つのふるい床が常に前記吸着充填相で作動するように、前記吸着充填相と前記脱着再生相との間で各々の前記ふるい床を切り換え、
前記作動期間中で各々の前記ふるい床の各サイクルのサイクル時間をほぼ一定に維持し、
前記呼吸ガス内の前記酸素濃度の前記所望酸素濃度からのそれを感知する前記センサに応答して、各々の前記ふるい床の一定のサイクル時間である各サイクル中における前記吸着充填相の持続時間を前記脱着再生相の前記持続時間に相対させて調節する、
ように構成されている、分子ふるい型ガス分離装置。
【請求項２４】
吸着した前記窒素は、前記第二出口手段を介して前記航空機の外部へ流出する請求項２３に記載の分子ふるい型ガス分離装置。
【請求項２５】
制御手段は、さらに、前記供給空気内の前記酸素濃度に依存して、作動期間中に変化する前記呼吸ガス内の前記所望酸素濃度を生成するように、各々の前記ふるい床の前記吸着充填相／前記脱着再生相を制御するように構成されている請求項２３に記載の分子ふるい型ガス分離装置。
【請求項２６】
前記航空機は、様々な高度に到達し、
制御手段は、さらに、前記航空機の前記高度に依存して、作動期間中に変化する前記呼吸ガス内の前記所望酸素濃度を生成するように、各々の前記ふるい床の前記吸着充填相／前記脱着再生相を制御するように構成されている請求項２３に記載の分子ふるい型ガス分離装置。
【請求項２７】
さらに、
前記複数のふるい床の内の少なくとも一つのふるい床を収容したコンテナと、
該コンテナへ前記供給空気を供給し、前記第一出口手段へ前記呼吸ガスを搬送し、そして、前記第二出口手段へ前記窒素を搬送するように配設された複数の弁と、を備え、
前記弁の内の少なくとも一つを調節弁にすることによって、前記供給空気、前記呼吸ガスまたは前記窒素の１つを前記コンテナに流入または流出させる前記調節弁の開閉程度を調節可能にし、および／または、前記調節弁を開閉状態間で切り換える割合を可変にすることができる請求項２３に記載の分子ふるい型ガス分離装置。
【請求項２８】
さらに、
前記複数のふるい床の内の少なくとも一つのふるい床を収容したコンテナを備えており、
前記ふるい床の前記脱着再生相の終わりで且つ次の前記吸着充填相の前に、前記生成ガスを前記コンテナ内へ導入して、残留する前記窒素を前記コンテナから追い出すようにした請求項２３に記載の分子ふるい型ガス分離装置。
【請求項２９】
さらに、
前記複数のふるい床の内の少なくとも一つのふるい床を収容したコンテナを備えており、
前記吸着充填相と前記脱着再生相との間で、前記コンテナへの前記供給空気の供給、前記コンテナからの前記呼吸ガスの供給及び前記コンテナからの前記窒素の供給、の内の少なくとも２つが同時に発生する重複相を含む請求項２３に記載の分子ふるい型ガス分離装置。
【請求項３０】
さらに、
前記複数のふるい床の内の少なくとも一つのふるい床を収容したコンテナを備えており、
前記吸着充填相と前記脱着再生相との間で、前記コンテナに流入または流出する前記供給空気、前記呼吸ガスまたは前記窒素が最小限であるかまたは全くない休止相を含む請求項２３に記載の分子ふるい型ガス分離装置。
【請求項３１】
複数のふるい床の個数は、Ｎ個であり、
前記制御手段は、一定のサイクル時間である各サイクル中における各々の前記ふるい床の前記吸着充填相の持続時間を前記脱着再生相の前記持続時間に相対させて制御することにより、各々の前記ふるい床における総サイクル時間に対する前記吸着充填相の前記持続時間の比率が少なくとも１：Ｎになるように作動する請求項２３に記載の分子ふるい型ガス分離装置。
【発明の詳細な説明】
発明の説明
本発明は、ガス流から生成ガスを分離するための分子ふるい型ガス分離装置に関する。先行技術の分子ふるい型ガス分離装置の１例が、ヨーロッパ特許明細書第０１２９３０４号に記載されており、この例では、３つのふるい床が設けられており、これらのふるい床は、窒素及び他のガスを供給ガスから吸着する一方、この例では酸素を含む生成ガスを装置から通過させて、例えば飛行機の乗組員用の酸素吸入システムに使用できるようにする材料を各々含んでいる。
先行のヨーロッパ特許明細書第０１２９３０４号には、各ふるい床の作動が周期的である装置が記載されている。各サイクルにおいて、各ふるい床は、主に窒素をふるい床で吸着する吸着充填相と、非生成ガスである窒素をふるい床から脱着する脱着再生相に置かれる。これは、当該技術では公知であるように、吸着充填相において供給ガスを第１圧力下でふるい床に導入し、脱着再生相においては、第１圧力より低圧の第２圧力をふるい床に加えることによって行われる。
飛行機乗組員のために、高度の上昇に伴って呼吸用の生成ガス内の酸素濃度を増加させる必要がある。先行のヨーロッパ特許明細書第０１２９３０４号では、吸着充填相と脱着再生相との相対持続時間をほぼ一定に保ちながら、各ふるい床の全サイクル時間を調節することによって、生成ガス内の酸素濃度を変化させる。
先行技術の装置は、実際に満足に作動しているが、装置をもっと効率的にする必要がある。
ふるい床の作動実験から、各サイクル中の脱着再生相の持続時間を増加させることによって、吸着材から吸着ガスをよく洗浄できることがわかっている。
本発明の第１の態様によれば、一サイクルの吸着充填相において、供給ガス内の非生成ガスを吸着すると共に、サイクルの脱着再生相において、先に吸着した非生成ガスを脱着する少なくとも１つのふるい床を備えており、さらに、吸着充填相において生成ガスを送る出口手段と、脱着再生相において非生成ガスを排出する出口手段と、生成ガス内の成分の濃度に反応するセンサ手段と、ふるい床の作用を吸着充填相と脱着再生相との間で切り換えるための制御手段とを備えており、該制御手段は、各サイクル中の吸着充填相の持続時間を脱着再生相の持続時間に相対させて調節することができることを特徴とする、供給ガスから生成ガスを分離するための分子ふるい型ガス分離装置を提供する。
このため、出願人は、ふるい床（あるいは複数のふるい床）の各サイクル中における吸着充填相の持続時間を、脱着再生相の持続時間に相対させて調節することによって、生成ガス内における所望成分の濃度の制御を向上させることができることを発見した。
先行のヨーロッパ特許明細書第０１２９３０４号では、吸着充填相と脱着再生相との相対持続時間をほぼ一定に維持しながら、作動期間中にサイクル時間を変化させるが、本発明の装置では、各サイクルの吸着充填相と脱着再生相との相対持続時間を調節する一方、作動期間中は各ふるい床の全サイクル時間をほぼ一定に維持する。
本発明は、様々な利点を提供する。特に、生成ガス内における所望成分の濃度の所望レベルからのずれは、一般的に大幅に減少し、そのために生成ガス内の所望成分の許容濃度より低濃度または高濃度の生成ガスを生じる危険が大幅に減少する。
さらに、特に生成ガス内の所望成分を低濃度にしたい場合、脱着再生相の持続時間を短くすればよく、すなわち装置に供給する必要がある供給ガスの全量を減少させることができることを意味し、これにより効率が向上する。
好適な構造では、本装置は、複数のふるい床を備えており、これらのふるい床を制御手段によって互いにずらして作動させることによって、使用中には、少なくとも１つの床が常に吸着充填相で作動し、従って生成ガスを発生しているようにする。
従って、同じサイクル時間内にＮ個のふるい床を吸着充填相と脱着再生相との間で互いにずらして切り換える場合、各床における全サイクル時間に対する吸着充填相の持続時間の比率が常に１：Ｎよりも大きくなるように装置が作動することが好ましい。
吸着充填相と脱着再生相とを切り換えるため、装置の各床は、吸着充填相の間では供給ガスの導入及び生成ガスの送り出しを、また脱着再生相の間では非生成ガスの排出を行うために、制御手段によって開閉可能に連動した弁を備えることができる。
本装置は、各ふるい床を収容したコンテナを備えることができ、各弁は、適当なガスをコンテナに流入または流出させる単純な開閉弁でもよいが、必要ならば、少なくとも１つの弁を能動弁にすることによって、供給ガスまたは生成ガスまたは非生成ガスをコンテナに流入または流出させる弁の開閉程度を調節可能にすると共に、弁を開閉位置間で切り換える割合を可変にするか、そのいずれかにしてもよい。
各床の脱着再生相の端において、次の吸着充填相の前に、必要に応じて生成ガスを装置に導入して、残存している非生成ガスをコンテナから追い出してもよい。
少なくとも一部の吸着充填相と脱着再生相との間に、コンテナに流入または流出する供給ガス、生成ガスまたは非生成ガスが最小限ある、またはまったくない休止相を設けてもよい。
少なくとも一部の吸着充填相と脱着再生相との間に、床への供給ガスの供給、床からの生成ガスの供給及び床からの非生成ガスの供給の少なくとも２つが同時に発生する時に、重複相を設けてもよい。
本発明は、排他的ではないが特にいわゆる酸素濃縮器に適用でき、その場合、生成ガス中の所望の監視成分は酸素であり、各ふるい床が窒素ガスを吸着できるふるい床材を含むことによって、生成ガスを飛行機の乗組員等の呼吸に使用することができる。このため、制御手段は、生成ガスの酸素濃度を高度に伴って変化する目標濃度に近づけることができるように、装置を作動させることができる。
本発明の第２態様によれば、本発明の第１態様に従ったガス分離装置を有する飛行機が提供される。
本発明の第３態様によれば、本発明の第１態様に従ったガス分離装置を作動させるために、生成ガス内の成分の濃度を感知する段階と、生成ガス内の成分の濃度を所定範囲内に保持するように、各ふるい床の各サイクル中における吸着充填相の持続時間を脱着再生相の持続時間に相対させて調節する段階とを有する方法が提供される。
次に、添付の図面を参照しながら本発明を説明する。
図１は、本発明の主題によるガス分離装置の説明図である。
図２は、呼吸ガス用の、高度に応じて異なる酸素濃度必要量がいかに変化するかを示すグラフである。
図３は、従来の制御方法で生成ガスの酸素濃度がいかに変化するかを示すグラフである。
図３ａは、従来の装置を作動させることによる酸素濃度の周期変化を示すグラフである。
図４は、本発明に従った装置を作動させることによって、生成ガスの酸素濃度がいかに変化するかを示すグラフである。
図４ａは、本発明に従った装置を作動させることによる酸素濃度の周期変化を示すグラフである。
図１を参照すると、分子ふるい型ガス分離装置１０が示されており、本実施例では、飛行機の乗組員に酸素濃縮ガス（生成ガス）を供給することを目的としている。
本実施例では、分離装置１０は、飛行機のエンジンの圧縮機段等の供給源１４から供給空気（ガス）を受け取って、そして酸素を濃縮した空気の形の生成ガスを出口管１８へ送るように適当に収容且つ配置された３つの分子ふるい床１１、１２及び１３を備えている。
分離装置１０へ送る前に、供給空気１４を濾過してもよく、また供給空気が所定圧力で送られるように、供給空気（ガス）の圧力を調整することができる。
生成ガスは、床１１乃至１３の各々から出口管１８を通って、適当な要求流量調整手段へ流れ、この調整手段は、本発明の構成部分ではなく図示されていないが、この調整手段よって飛行機乗組員は、生成ガス単独で、または空気等の他のガスと混合した生成ガスで呼吸することができる。
床１１乃至１３の各々は、床１１乃至１３へ送られた供給空気１４から主に窒素ガスを吸着するように構成されており、そのため「ゼオライト（zeolite）」として知られている分子ふるい材を含むことができ、この分子ふるい材は、酸素を透過させるため、出口管１８へ送られる生成ガスは、酸素濃縮空気である。本発明に従って分離装置１０を作動させることによって、生成ガス内の酸素濃度を、例えば様々な要件に合わせて変化させることができる。
図２を参照すると、呼吸ガス内の所望酸素濃度が高度に伴っていかに変化するかを示すグラフであり、このグラフは、高度の増加に伴った快適な呼吸用の酸素における最大及び最小所望濃度の両方を表している。高度が低いと、生成ガス内の必要な酸素濃度が大きく低下し、地表面で得られなければならない最小値は、大気中の天然酸素濃度（２１％）であることがわかるであろう。
再び図１を参照すると、分離装置１０は、２０で示された制御手段によって制御される。床１１乃至１３の各々は、それぞれ対応の供給空気入口弁２１、２２及び２３と、それぞれ（一方向）生成ガス出口弁２８、２９及び３０を備えている。
各床は、周期的に作動し、各サイクルに設けられた吸着充填相では、適当な供給空気入口弁２１乃至２３と、生成ガス出口弁２８乃至３０が開いて、コンテナ内に収容されている床１１乃至１３に流入した空気から非生成ガスが床１１乃至１３の素材によって吸着されて分離される一方、生成ガスは、床の上方及び床の中の両方またはいずれか一方を通り、床１１乃至１３のコンテナから出口弁２８乃至３０を通過して出口管１８へ流れて分離装置１０から出る。吸着充填相において、ふるい床１１乃至１３の素材に非生成ガスが漸増的に充填されていく。
脱着再生相においては、適当な供給空気弁２１乃至２３と生成ガス出口弁２８乃至３０とが閉じる一方、床１１乃至１３からの適当な各々の通気弁２５、２６及び２７が開くことによって、床１１乃至１３が通気管３１を介して供給空気１４よりも低圧である大気圧に通じる。このため、非生成ガスは、床１１乃至１３の浄化及び再生を行うために、それぞれの床１１〜１３から脱着され、それぞれのコンテナから通気出口管３１を通って飛行機の外部等へ流出する。
供給空気弁２１乃至２３、生成ガス出口弁２８乃至３０及び通気弁２５乃至２７の作動は、制御手段２０によって制御される。
脱着再生相の端に向かって、床１１乃至１３の圧力が十分に低くなった時、生成ガス弁２８乃至３０が閉じているにもかかわらず、生成ガスは、床１１乃至１３のコンテナの中へ、それぞれのパージ弁即ちオリフィス３２乃至３４を介して送り戻される。パージ弁３２乃至３４は、床１１乃至１３から残留非生成ガスを追い出すために、少量の生成ガスを床１１乃至１３に送り戻すことができるだけである。
３つの床１１乃至１３の吸着充填相と脱着再生相とを互いにずらすことによって、床１１乃至１３の少なくとも１つが常に吸着充填相で作動して生成ガスを発生するように、分離装置１０は、作動させられる。
生成ガス内の酸素濃度を感知するため、生成ガス出口管１８内に、酸素センサ３６が設けられている。センサ３６の出力を制御手段２０が利用して、床１１乃至１３の作動を制御することにより、生成ガスの酸素濃度を変化させて、酸素濃度を所定範囲内に維持できるようになっている。
図３は、先行技術の装置において、サイクル時間の変化に伴って、生成ガス内の実際の酸素濃度がいかに変化するかをグラフで示している。従来より、ヨーロッパ特許明細書第０１２９３０４号に記載されているような装置は、２つの固定サイクル時間だけ、例えば９または３０秒間作動する。図３に示されている平均酸素濃度は、様々な高度において呼吸ガスに望ましい生成ガスの酸素濃度である。示された最大及び最小酸素濃度は、制御の不正確さによる平均からの周期的ずれを示している。
従来の方法では、センサ３６で感知した生成ガス出口管１８内の酸素濃度が変化すると、各床のサイクル時間は、生成ガス内で必要な酸素を少なくすべきか、多くすべきかに応じて、９秒から３０秒の間で切り換えられる。例えば、分離装置の各床が９秒の固定サイクル時間で作動しており、酸素濃度が特定の高度に望ましい最高濃度付近まで上昇したことを生成ガス出口管１８内のセンサ３６が決定した場合、サイクル時間は、３０秒に切り換えられ、生成ガスの酸素濃度を低下させる。
このサイクル時間の切り換えは、サイクル中、サイクルの開始時または終了時に行うことができる。
図３ａには、特定の所望（平均）酸素濃度に対して感知された実際の酸素濃度を示しており、これから、出口管１８での生成ガスにおける実際の酸素濃度は、平均すなわち所望の酸素濃度レベルを中心に、最大及び最小酸素濃度レベル間を変動することがわかる。この変動は、図示のように周期的の場合もあるが、もっと一般的には、所望の平均酸素濃度を中心に不規則に変動するであろう。
もちろん、例えば飛行機において、高度が絶えず変化し、乗組員の呼吸率が変化するため、実際には決して図３ａに示されているような定常状態に達することはない。従って、高度の変化に伴って酸素の必要量は変化するので、出口管１８における実際の酸素濃度の変動は、大きくなる可能性がある。
次に図４を参照すると、図３に示されているグラフと同様であるが、本発明に従った分離装置１０を作動させた結果を示すグラフが示されている。やはり出口管１８内の生成ガスの最大、平均及び最小酸素濃度がグラフ表示されているが、分離装置１０における各々の床１１乃至１３の単一サイクル時間について表示するのではなく、床１１乃至１３の吸着充填相及び脱着再生相の全サイクル時間に対する吸着充填相の相対持続時間の増加に対比した酸素濃度をグラフ表示している。本例では、実際のサイクル時間は、固定で、約７．２秒であり、このサイクル時間がグラフでは、１８単位に分割されている。
グラフの左側で、酸素濃度が最大（ほぼ実際に可能な最大値である生成ガスの９４％に近い）である時、ふるい床１１乃至１３は、それぞれの吸着充填相及び脱着再生相の全サイクル時間に対する吸着充填相の相対持続時間が６：１８になるように作動し、この相対持続時間は、グラフの右側で１８：１８になるまで順次増加し、１８：１８の時点では、ふるい床１１〜１３は、実質的に脱着再生相でまったく作動しないため、床は非生成ガスで飽和されるようになるので、生成ガスに可能な最大酸素濃度は、大気中に天然に生じる濃度、すなわち約２１％である。
本発明によれば、所望の酸素濃度を得るように、生成ガス用の出口管１８内の酸素センサ３６からの出力に応じて、各サイクル中の脱着再生相に対する吸着充填相の相対持続時間が変化するように、分離装置１０が作動する。図４からわかるように、最大及び最小酸素濃度間の隔たりを、第３図に示されるようにサイクル時間の変化によって分離装置を作動させる場合よりもはるかに小さくすることができる。
その結果、図４ａに示されているように、実際の酸素濃度は、やはり特定の高度における平均すなわち所望酸素濃度（所望酸素濃度）を中心に変動するが、その変動量は、実際のサイクル時間が変化する図３ａの構造に較べてはるかに小さい。
もちろん、３つのふるい床を有する構造では、床１１乃至１３の少なくとも１つが常に生成ガスを生じている、すなわち吸着充填相で作動しているように、床を互いにずらして作動させることが望ましい。好ましくは、各床の吸着充填相及び脱着再生相の全サイクル時間に対する吸着充填相の相対持続時間が決して１：３（６：１８）より短くならないように、一般的に言うと、Ｎ個の床の場合、脱着再生相に対する吸着充填相の相対持続時間が１：Ｎより短くならないようにし、これによって床１１乃至１３の１つが常に生成ガスを発生している。
図４ａから、出口管１８における実際の酸素濃度の変動は、先行技術の構造よりも平均を中心として小さくなるため、許容酸素濃度よりも低いか、あるいは高い濃度の生成ガスを送り出す危険性は、相当に低減することが認められる。さらに、先行技術の構造のように、脱着再生相の持続時間が固定されてはいないので、全体的に、少なくとも複数サイクルにわたって測定した時、脱着再生相の実際の全持続時間が従来の構造の場合よりも短くなるため、分離装置１０に送り込む必要がある供給空気の量が減少し、分離装置の効率が上昇する。
可変サイクル時間を使用して分離装置１０を作動させることによって、酸素濃度を十分に低い所望レベルまで低下させることができないため、呼吸すべき生成ガスを所望の低酸素濃度にするように、生成ガスを逃がす必要があるが、本発明の構造では、吸着充填相及び脱着再生相の全サイクル時間に対する吸着充填相の持続時間が１：１に近づくように準備することによって、非常に低レベルの酸素濃度を得ることが可能である。
発明の範囲内で様々な改良が可能である。
図１は、本発明に従った装置の一例にすぎず、多くの変化を加えることが可能であることは理解されるであろう。
一般的な構造では、弁２１乃至２３および２５乃至２７の各々は、ソレノイド弁であることが好ましいが、代替的な適当な構造にすることもできる。弁２８乃至３０は、簡単な機械式制御型逆止め弁でもよいが、図面に示されるように、制御手段２０の制御下で作動するようにしてもよい。必要であれば、パージ弁３２乃至３４は、図示のように単純なオリフィスでもよいが、図１に点線で示されるように、制御手段２０で制御される逆止め弁またはソレノイドまたは他の弁でもよい。弁は、線形可動スプールまたは回転式弁部材を備えた弁でもよい。弁は、単純に全開及び全閉位置間で切り換えてもよいが、少なくとも一部の弁の開閉程度を制御して、別の弁が完全または部分開放している間に、供給ガス、生成ガスまたは非生成ガスの１つがふるい床１１乃至１３を含むコンテナに流入または流出できるようにすると共に、１つまたは複数の弁の開閉を切り換える割合を可変にするか、そのいずれか一方にすることもできる。このようにして、分離装置１０の床１１乃至１３のいずれかが吸着充填相から脱着再生相に切り換わった時に、分離装置１０が受ける衝撃を軽減することができる。これにより、出口管１８での酸素濃度の周期的変動は、さらに低減させられるであろう。
さらに、吸着充填相と脱着再生相とを急に切り換えるよりも、望ましく有用であることがわかれば、少なくとも一部の吸着充填相と脱着再生相との間に、ふるい床１１乃至１３を収容しているコンテナに流入または流出する供給ガス、生成ガスまたは非生成ガスが最小限であるか、またはまったくない休止相、および／または、少なくとも一部の吸着充填相と脱着再生相との間に、床１１乃至１３への供給ガスの供給、床１１乃至１３からの生成ガスの供給、及び床１１乃至１３からの非生成ガスの供給の少なくとも２つが同時に発生する重複相を含むように、分離装置１０を作動させてもよい。
ふるい床１１乃至１３は、最も有用で有効であることがわかっている活性ふるい床材を収容した矩形、円筒形または他の形状のコンテナを含むことができる。互いにずれて作動する３つの活性ふるい床１１乃至１３を有する分離装置１０を説明してきたが、いずれの数のふるい床を有する分離装置１０を設けてもよく、必要に応じてそれらの少なくとも一部を同期して作動させてもよい。
以上に、飛行機での呼吸用に、酸素濃縮生成ガスを生成するための装置に関して本発明を説明してきたが、ガス分離装置１０は、必要に応じて他の用途で他のガスの分離に使用することもできる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図３ａ】
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【図４】
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【図４ａ】
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