JPH0790135B2

JPH0790135B2 - 電源周波数による自動切替装置付気体濃縮器

Info

Publication number: JPH0790135B2
Application number: JP2118559A
Authority: JP
Inventors: 勝正藤井
Original assignee: 佐藤重雄
Priority date: 1990-05-10
Filing date: 1990-05-10
Publication date: 1995-10-04
Anticipated expiration: 2010-10-04
Also published as: JPH0416212A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は圧力変動吸着（Pressure Swing Adsorption.以
下PSAという）法によって気体を分離する気体濃縮器の
改良に係る。

（従来の技術）空気を原料として気体を分離濃縮する方法の一つにPSA
法がある。このPSA法は加圧供給する原料空気の主とし
て特定の気体を選択的に吸着しやすい吸着剤を充填した
複数の吸着塔により、これらを一定のサイクルで交番的
に順次切替えて特定の吸着されにくい気体を吐出して製
品気体とすることにより気体を分離濃縮するものであ
る。また一旦気体等を吸着した吸着剤を減圧するととも
に、製品気体の一部をパージガスとして吸着剤を脱着、
浄化、再生して次のサイクルに備えるようにしたもので
ある。

PSA法による気体の分離濃縮を実施する場合に、前記サ
イクルの切替時間（吸着時間・脱着時間）によって気体
の濃縮効率が異なることが公知となっている。（例えば
「圧力スイング吸着技術集成」工業技術会発行参照）。

我が国における一般的電源（購入電源）は、地域によっ
てその周波数が50H_Zと60H_Zがあり、PSA法による気体濃
縮器の原料空気を加圧供給するモータと直結したコンプ
レッサーの能力は、電源電圧が一定であっても、その周
波数が異なればモーターの回転数やトルクが異なるの
で、その能力すなわち吐出空気量も変化することが一般
に知られている。

このように電源周波数によってコンプレッサーの能力が
変化する場合に、前記パージガスの流量を電源周波数の
異なる地域によって、任意に選択してPSA法による気体
濃縮器の効率を改善する試みがなされてきた（例えば実
公昭62−739号公報参照）。

（発明が解決しようとする課題） PSA法による酸素濃縮器の場合に、吐出する製品ガスの
濃度（体積比・以下同じ）と酸素流量等の関係の一例を
次表に示す。第１表は、電源周波数が60H_Zにおいて最適
な条件（オリフィスと切替操作圧）に調整したもので、
第２表は、前記の60H_Zにおいて調整した条件で、電源周
波数のみを50H_Zにした場合である。第３表は、前記の60
H_Zにおいて調整したものを電源周波数を50H_Zにしてあら
たにオリフィスのみを調整したものである。

また第４表は、電源周波数50H_Zにおいてあらたに最適な
条件（オリフィスと切替操作圧）に調整したものであ
る。

なお、各サイクルにおける吸着塔の切替えは、その操作
圧を一定値にして行っている。

この表によって明らかなように、酸素濃縮器が吐出する
酸素ガス濃度は、電源周波数によって異なるので、その
差を改善するためにパージガス通気路のオリフィス断面
積を任意に選択しようとするものが前記公報に開示され
る考案である。

本発明は、電源周波数が50H_Zあるいは60H_Zになったこと
を自動的に検出して、前記オリフィスの細孔断面積を選
択的に切替えるとともに、前記各サイクルにおける切替
時間も同時に切替えて、PSA法による気体濃縮器の効率
を一層高めるものであり、また、この気体濃縮器が医療
用の酸素濃縮器の場合には、その流通形態の多くがいわ
ゆるレンタルによる貸出しであり、同一装置を電源周波
数の異なる地域でレンタルの対象とした場合においても
それぞれ最適な条件を自動的に選択可能とすることを目
的とするものである。

（課題を解決するための手段）本発明は、供給する原料空気の主として特定の易吸着性
気体を選択的に吸着する吸着剤を充填した複数の吸着塔
を有し、これらの吸着塔を交番的に切替えて特定の難吸
着性気体を濃縮して製品気体を得る圧力変動吸着法によ
る気体濃縮器において、交流電源からコンプレッサーを
駆動するために該コンプレッサーへ供給する交流電源の
電源周波数の変化を制御回路で検出して、前記吸着剤を
浄化再生するパージガスの通気路に付設したオリフィス
の細孔断面積を選択的に切替えるとともに、前記吸着塔
を交番的に切替える切替時間も選択的に切替えるよう構
成したことを特徴とする電源周波数による自動切替装置
付気体濃縮器にある。

（作用）以下図面について、本発明の実施の一例態様を説明す
る。

第１図は本発明の電源周波数の自動切換装置の概略フロ
ー系統図、第２図は、制御回路のブロックダイヤグラ
ム、第３図は、電源周波数の違いによって作動するリレ
ーに対応する、電磁弁、オリフィスの切替えを示すタイ
ムチャートである。

第２図において、16は周波数弁別用のIC（本実施例では
LM567）と23の定数で電源周波数が60H_Zの時のみリレー1
7を作動させるもので（第３図参照）、このリレーによ
り次のような制御を行う。

前記パージガスの通気路に付設したオリフィスを50
H_Z用と60H_Z用の異なった細孔断面積のものを選択的に切
替える（第３図のオリフィス１とオリフィス２との切替
えに当る）。

前記各サイクルにおける切替時間を50H_Z用と60H_Z用
の異なった時間を選択的に切替える（第３図のt₁,t₂とt
₁′,t₂′に当る。）。

本発明は次のように作用する。気体濃縮器の電源周波数
が50H_Zであるか60H_Zであるかを検出する構成は次のとお
りである。

第２図において、制御回路に設けた定数23のコンデンサ
ーＣと、電気抵抗Ｒとによて定まる固有の定数と各電源
周波数における位相差を電子制御デバイスICによって検
出するものである。この検出結果により、リレーを駆動
してそのリレーの接点により３方電磁弁を作動させて、前記オリフィスの通気路
を選択的に切替える（第３図の３方弁、オリフィス1,2
を参照）。

制御回路の前記各サイクルにおける切替時間に関す
る定数を選択的に切替えるものである。この切替時間
は、フリップフロップデバイスであるIC（後述の実施例
ではLM4538,LM4077）で構成し、５方弁の切替えは22の
ソリッドステートリレーを駆動し行うものである。また
同ICの切替時間を決定する定数は同ICに接続するコンデ
ンサーＣ、電気抵抗Ｒで定まるので、この抵抗R,R′を
前記リレーにより所望の切替時間になるように選択する
ものである。なお、この電源周波数の違いを検出する手
段は、前記構成にかかわらず他の方法によって検出する
ことも可能である。例えば電気的なフィルター回路を通
すことにより、電源周波数の違いを検出する方法、電源
周波数を分周し、その周期の違いを検出する方法等が採
用できる。

（実施例）本発明の実施例はPSA法により酸素ガスを製品とする装
置であり、以下に図面を参照して説明する。

第１図は、本発明を実施したPSA法による装置の安全装
置や警報装置を省略したフローを示す系統図であり、第
２図は、同装置を制御するための制御回路の電気系のブ
ロックダイヤグラムである。

第１図において、１は交流電源で、この電源によりコン
プレッサー３が動作し、加圧空気を吸着塔５又は５′に
供給するとともに制御回路10に交流電源を供給するもの
である。

一方、原料空気を供給していない側の吸着塔は、減圧脱
着して吸着剤を浄化再生する。15は前記交流電源から直
流電流を得て制御回路10を駆動するものである。

5,5′は窒素を選択的に吸着するゼオライト系の吸着剤
を充填したもので、吸着されにくい酸素ガスと若干のア
ルゴンガス等をバッファタンク９を経て減圧弁11により
所望の圧力に減圧し、製品気体出口14より製品ガスとし
て取出すように構成したものである。また、19は５方弁
を電源周波数が50H_Zと60H_Zでは、異なった切替時間で制
御する５方弁制御信号で、20は同じく50H_Zと60H_Zではオ
リフィスを６又は６′に切替える３方弁７を制御する３
方弁制御信号である。

なお、２は吸入フィルター、13は流量調節弁兼流量計、
8,8′は１方弁、21はサイレンサーである。

さらに詳しくは第２図において、16は電源周波数が50H_Z
が60H_Zかを検出するための周波数弁別器で、前項でも説
明したように50H_Zと60H_Zでは位相が異なる点をICにより
検出してリレー17を駆動するようにしたもので、本実施
例では電源周波数が60H_Zの場合のみリレー17が作動する
ようにしたものである。その作動範囲は58.5H_Z〜61.5H_Z
である。18は吸着塔を各サイクルで異なった切替時間に
なるように５方弁制御信号19を得るための時間切替器で
ある。なお、20は３方弁制御信号である。この実施例に
用いた気体流路の切替弁は３方弁と５方弁でありそれぞ
れの概略構造図は第４図及び第５図に示す通りである。

第４図又は第５図において、24は駆動コイル、25はスプ
リング、26は鉄芯、27はスプールである。そして、第４
図の３方弁においては入口28に対して出口29,29′を設
け、第５図の５方弁においては、入口28に対して出口2
9,29′及び排気口30,30′を設けてある。

次に本発明を実施した場合と従来の技術を実施した場合
における、製品ガスの定格吐出量が同一の場合の、PSA
法による酸素濃縮器の吸着塔と同装置の寸法等について
の比較を第５表に示す。（製品ガス濃度は、50H_Zと60H_Z
の電源で駆動した値の内、下位の数値である）本実施例では、吸着塔に主として窒素を選択的に吸着す
るゼオライト系の吸着剤を充填して、製品気体として酸
素ガスを吐出するように構成したが、本実施例に限ら
ず、別の吸着剤を用いて別の製品気体を得ることも可能
である。例えば主として酸素を選択的に吸着する活性炭
系の吸着剤を充填し、製品気体として窒素ガスを吐出す
るように構成することも可能である。また吸着塔中で、
吸着剤に加え、若干量の吸湿剤を充填することも、吸着
剤の劣化防止のうえで有効である。

（発明の効果） PSA法による気体濃縮器において従来の技術では電源周
波数が50H_Zあるいは60H_Zと異なった場合に、同装置の性
能が劣る方の電源周波数（一般に50H_Z）であっても所望
の性能が得られる必要があるために、外形信奉、重量と
もに大きくなる傾向があった。

また電源周波数に対応して前記オリフィスを任意に選択
する試みもなされたが、前記各サイクルの切替時間につ
いてはその対象外であった。

本発明を実施することにより電源周波数が50H_Z,60H_Zと
異なった場合でも、自動的にその周波数の異なりを検出
して前記オリフィスを選択するとともに、前記各サイク
ルの切替時間も選択するので同装置の対電源周波数性能
を一層高めることができ、その結果次のような効果があ
る。

前記のいずれの電源であっても自動的に同装置の動
作条件（オリフィス及びサイクル切替時間）を最適に保
てるので例えば電源周波数の異なる地域を対象とした同
装置の全国的なレンタルあるいはリース等のいわゆる貸
出し業でも効率的に運営ができる。

従来技術による同装置に比較して、電源周波数が異
なっても高効率な気体濃縮ができるので、製品吐出流量
が同じ場合に、外形寸法、重量とも格段に小さくするこ
とが可能となる新規な効果を有する（本実施例では、外
形体積比で約1/2,重量比で1/1.3）。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するのに好適なPSA法による気体
濃縮器の、安全装置や警報装置を省略したフローを示す
系統図、第２図は同気体濃縮器の制御回路のブロックダイヤグラ
ム、第３図はリレーに対応する電磁弁、オリフィスの切替え
を示すタイムチャート、第４図は３方弁の概略構造図、第５図は５方弁の概略構造図である。１……交流電源２……吸入フィルター３……コンプレッサー４……５方弁 5,5′……吸着塔 6,6′……オリフィス７……３方弁 8,8′……１方弁９……バッファタンク 10……制御回路 11……減圧弁 13……流量調節弁兼流量計 14……製品気体出口 15……直流電源 16……周波数弁別器 17……リレー 18……時間切替器 19……５方弁制御信号 20……３方弁制御信号 21……サイレンサー 22……ソリッドステートリレー 23……CR定数 24……駆動コイル 25……スプリング 26……鉄芯 27……スプール 28……入口 29,29′……出口 30,30′……排気口

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原料空気を、交流電源（１）の電力で駆動
するコンプレッサー（３）で圧縮加圧して、この加圧空
気を吸着塔（５）又は別の吸着塔（５′）に供給して、
該原料空気の主として特定の易吸着性気体を選択的に吸
着する吸着剤を充填した複数の吸着塔を有し、これらの
吸着塔を５方弁（４）で交番的に切替えて特定の難吸着
性気体を濃縮して製品気体を得る圧力変動吸着法による
気体濃縮器において、前記の交流電源（１）から、該コ
ンプレッサー（３）を駆動するために該コンプレッサー
（３）へ供給する電源の電源周波数を制御回路（10）で
検出して、前記吸着剤を浄化再生するパージガスの通気
路に付設したオリフィスの細孔断面積を選択的に切替え
るとともに、前記の吸着塔を交番的に切替える切替時間
も選択的に切替えることを特徴とする電源周波数による
自動切替装置付気体濃縮器。