JPH02254283A - 酸素濃縮装置 - Google Patents
酸素濃縮装置Info
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- JPH02254283A JPH02254283A JP1075482A JP7548289A JPH02254283A JP H02254283 A JPH02254283 A JP H02254283A JP 1075482 A JP1075482 A JP 1075482A JP 7548289 A JP7548289 A JP 7548289A JP H02254283 A JPH02254283 A JP H02254283A
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- Japan
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- air
- oxygen
- vessel
- drain pipe
- cooling section
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- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
- F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
- F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
- F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
- F25J3/04278—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using external refrigeration units, e.g. closed mechanical or regenerative refrigeration units
-
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- F25J3/04866—Construction and layout of air fractionation equipments, e.g. valves, machines
- F25J3/04975—Construction and layout of air fractionation equipments, e.g. valves, machines adapted for special use of the air fractionation unit, e.g. transportable devices by truck or small scale use
- F25J3/04981—Construction and layout of air fractionation equipments, e.g. valves, machines adapted for special use of the air fractionation unit, e.g. transportable devices by truck or small scale use for portable medical or home use
-
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- F25J2215/00—Processes characterised by the type or other details of the product stream
- F25J2215/50—Oxygen or special cases, e.g. isotope-mixtures or low purity O2
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2270/00—Refrigeration techniques used
- F25J2270/90—External refrigeration, e.g. conventional closed-loop mechanical refrigeration unit using Freon or NH3, unspecified external refrigeration
- F25J2270/908—External refrigeration, e.g. conventional closed-loop mechanical refrigeration unit using Freon or NH3, unspecified external refrigeration by regenerative chillers, i.e. oscillating or dynamic systems, e.g. Stirling refrigerator, thermoelectric ("Peltier") or magnetic refrigeration
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
この発明は、空気中の酸素を濃縮して供給する装置に関
するものである。
するものである。
［従来の技術］
高濃度の酸素を得る装置としては、例えば内田秀雄編「
冷凍機械工学ハンドブック」（昭和４０年１月３０日初
版発行）朝倉書店、ｐＰ、５６４〜５７５に示されるよ
うな空気分離装置が用いられる。これは、空気を低温で
液化精留し、酸素、窒素、アルゴンなどを分離する装置
で、小形空気分離装置の代表的なものとして、クロード
式及び全低圧式がある。第４図にクロード式の空気分離
装置の系統図を示す。
冷凍機械工学ハンドブック」（昭和４０年１月３０日初
版発行）朝倉書店、ｐＰ、５６４〜５７５に示されるよ
うな空気分離装置が用いられる。これは、空気を低温で
液化精留し、酸素、窒素、アルゴンなどを分離する装置
で、小形空気分離装置の代表的なものとして、クロード
式及び全低圧式がある。第４図にクロード式の空気分離
装置の系統図を示す。
図中、（１）は空気圧縮機、（２） （３）は熱交換器
。
。
（４）は膨張機、（５）は精留塔、（６）は精留塔（５
）の中央部に設けられた凝縮器、（７）は精留塔（５）
の底部に貯留する液体空気、（８）〜（１０）は膨張弁
、 （１１）は空気、（１２）は酸素、（］３）は窒素
である。
）の中央部に設けられた凝縮器、（７）は精留塔（５）
の底部に貯留する液体空気、（８）〜（１０）は膨張弁
、 （１１）は空気、（１２）は酸素、（］３）は窒素
である。
従来の空気分離装置は上記のように構成され、原料空気
（１）は空気圧縮機（１）で１３〜４０ｋｇ／ａＪに圧
縮され、熱交換器（２）で−１００℃程度に予冷された
後、その大部分は膨張機（４）に供給され、残りは更に
熱交換器（３）で冷却され、膨張弁（８）で膨張して精
留塔（５）に供給され、その底部に液体空気（７）が貯
留する。液体空気（７）は膨張弁（９）を介して精留塔
（５）の上塔中部に入り精留されて凝縮器（６）に液体
酸素となって貯留する。下塔を上昇した窒素ガスは凝縮
器（６）の液体酸素で冷却されて液体窒素となり、膨張
弁（１０）を介して上塔頂部に入り、還流液となる。こ
れで、凝縮器（６）から酸素（Ｉ２）が、上塔頂部から
窒素（１３）がそれぞれ取り出される。
（１）は空気圧縮機（１）で１３〜４０ｋｇ／ａＪに圧
縮され、熱交換器（２）で−１００℃程度に予冷された
後、その大部分は膨張機（４）に供給され、残りは更に
熱交換器（３）で冷却され、膨張弁（８）で膨張して精
留塔（５）に供給され、その底部に液体空気（７）が貯
留する。液体空気（７）は膨張弁（９）を介して精留塔
（５）の上塔中部に入り精留されて凝縮器（６）に液体
酸素となって貯留する。下塔を上昇した窒素ガスは凝縮
器（６）の液体酸素で冷却されて液体窒素となり、膨張
弁（１０）を介して上塔頂部に入り、還流液となる。こ
れで、凝縮器（６）から酸素（Ｉ２）が、上塔頂部から
窒素（１３）がそれぞれ取り出される。
［発明が解決しようとする課題］
上記のような従来の空気分離装置では、空気を圧縮し、
予冷し、膨張させて酸素を分離するようにしているため
、装置が複雑となり、工業用の空気分離装置としては適
しているが、家庭用として手軽に使用するには不適当で
あるという問題点がある。
予冷し、膨張させて酸素を分離するようにしているため
、装置が複雑となり、工業用の空気分離装置としては適
しているが、家庭用として手軽に使用するには不適当で
あるという問題点がある。
この発明は上記問題点を解決するためになされたもので
、医療用、家庭における保健用として、手軽に高濃度の
酸素を供給できるようにした酸素濃縮装置を提供するこ
とを目的とする。
、医療用、家庭における保健用として、手軽に高濃度の
酸素を供給できるようにした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］
この発明に係る酸素濃縮装置は、ヘリウム冷凍機の冷却
部を断熱容器に収納し、この冷却部の近傍に開口して容
器外に導出される空気排出管と、容器の底部に開口して
容器外に導出される液体空気排出管とを設けたものであ
る。
部を断熱容器に収納し、この冷却部の近傍に開口して容
器外に導出される空気排出管と、容器の底部に開口して
容器外に導出される液体空気排出管とを設けたものであ
る。
［作 用コ
この発明においては、断熱容器にヘリウム冷凍機の冷却
部を収納したため、供給空気は冷却されて液化し、容器
底部に貯留する。そして、容器底部に開口する液体空気
排出管により、酸素含有量の多い液体空気が吸入され、
供給空気と熱交換して気化し、酸素リッチ空気が供給さ
れる。
部を収納したため、供給空気は冷却されて液化し、容器
底部に貯留する。そして、容器底部に開口する液体空気
排出管により、酸素含有量の多い液体空気が吸入され、
供給空気と熱交換して気化し、酸素リッチ空気が供給さ
れる。
［実施例］
第１図〜第３図はこの発明の一実施例を示す図で、第１
図は縦断面図、第２図は窒素・酸素系の状Ｓ図、第３図
は使用例の説明図であり、従来装置と同様な部分は同一
符号で示す。
図は縦断面図、第２図は窒素・酸素系の状Ｓ図、第３図
は使用例の説明図であり、従来装置と同様な部分は同一
符号で示す。
第１図中、（２１）は透明なアクリル樹脂で形成された
外箱で、上部に空気の供給口（２２）を有している。
（２３）は上方が開口した魔法びんのような断熱容器で
、外箱（２１）内に設けられ断熱材（２４）で断熱され
ている。 （２５）は断熱容器（２３）内に収納された
ギフオード・マクマホン（以下ＧＭという）冷凍機の冷
却部で、ＧＭ冷凍機は冷媒としてヘリウムガスを用いた
極低温用の小形の蓄熱形冷凍機として知られており、そ
の改良機では、１段式のもので１２′Ｋを発生すること
ができ、更拳こ３部分で室温（〜２８０”Ｋ）から極低
温の１２”Ｋまで冷却することが可能になっている。
（２７）は冷却部（２５）の周囲に巻回配置され一端は
断熱容器（２３）の底部に開口し他端が断熱容器（２３
）外に導出された液体空気排出管、（２８）は冷却部（
２５）の周囲に巻回配置され冷却部（２５）と液体空気
排出管（２７）の間に配設された空気排出管、（２９）
（３０）はそれぞれ排出管（２７）（２８）に設けら
れた排気ポンプである。
外箱で、上部に空気の供給口（２２）を有している。
（２３）は上方が開口した魔法びんのような断熱容器で
、外箱（２１）内に設けられ断熱材（２４）で断熱され
ている。 （２５）は断熱容器（２３）内に収納された
ギフオード・マクマホン（以下ＧＭという）冷凍機の冷
却部で、ＧＭ冷凍機は冷媒としてヘリウムガスを用いた
極低温用の小形の蓄熱形冷凍機として知られており、そ
の改良機では、１段式のもので１２′Ｋを発生すること
ができ、更拳こ３部分で室温（〜２８０”Ｋ）から極低
温の１２”Ｋまで冷却することが可能になっている。
（２７）は冷却部（２５）の周囲に巻回配置され一端は
断熱容器（２３）の底部に開口し他端が断熱容器（２３
）外に導出された液体空気排出管、（２８）は冷却部（
２５）の周囲に巻回配置され冷却部（２５）と液体空気
排出管（２７）の間に配設された空気排出管、（２９）
（３０）はそれぞれ排出管（２７）（２８）に設けら
れた排気ポンプである。
上記のように構成された酸素濃縮装置において。
ＧＭ冷凍機が運転され、冷却部（２５）の温度が空気の
液化温度に達すると、供給口（２２）から供給された空
気は液化を開始する。液化が始まると、一定時間後、断
熱容器（２３）の底部に液体空気（７）が貯留して行く
、ここで、空気は約２０％ （体積比、以下同じ）のｍ
索と、約８部の窒素を含有する気体であり、これを冷却
して行くと、第２図に示すように状態が変化し、その温
度と酸素温度は、気相線Ａ及び液相線Ｂとの交点で示さ
れる。すなわち、酸素濃度２０％の空気は、−１９１，
５℃付近で液化を開始し、このときの酸素濃度は約５０
％となり、断熱容器（２３）の底部には、酸素リッチな
液体空気（７）が貯留されて行くことになる。
液化温度に達すると、供給口（２２）から供給された空
気は液化を開始する。液化が始まると、一定時間後、断
熱容器（２３）の底部に液体空気（７）が貯留して行く
、ここで、空気は約２０％ （体積比、以下同じ）のｍ
索と、約８部の窒素を含有する気体であり、これを冷却
して行くと、第２図に示すように状態が変化し、その温
度と酸素温度は、気相線Ａ及び液相線Ｂとの交点で示さ
れる。すなわち、酸素濃度２０％の空気は、−１９１，
５℃付近で液化を開始し、このときの酸素濃度は約５０
％となり、断熱容器（２３）の底部には、酸素リッチな
液体空気（７）が貯留されて行くことになる。
排気ポンプ（２９） （３０）が運転されると、液体空
気排気管（２７）は液体空気（７）を吸入し、これを断
熱容器（２３）外へ導出するが、その途中で液体空気（
７）は供給空気と熱交換し、液体から気体へと変化し。
気排気管（２７）は液体空気（７）を吸入し、これを断
熱容器（２３）外へ導出するが、その途中で液体空気（
７）は供給空気と熱交換し、液体から気体へと変化し。
排気ポンプ（２９）付近に来たときは、はぼ常温になっ
ている。これで、ｍ素すッチ空気が供給される。
ている。これで、ｍ素すッチ空気が供給される。
一方、空気排出管（２８）は冷却部（２５）付近の窒素
リッチ空気を吸入し、途中で供給空気と熱交換し。
リッチ空気を吸入し、途中で供給空気と熱交換し。
常温となった窒素リッチ空気が排出される。この空気排
出管（２８）は供給空気の液化により、冷却部（２５）
付近の空気の酸素濃度が低下しないようにするためのも
のである。すなわち、第２図から明らかなように１ｍ素
濃度が２部よりも低い空気を冷却したとすると、第２図
の鎖線は図の左方へ推移し、液化温度は下がり、これに
伴って液体空気（７）中のｒＩｉ素濃広濃度下してしま
うからである。このようにして、二つの排出管（２７）
（２８）の中を通る気体（一部液体）は、上記のよう
に供給空気との間で熱交換が行われ、常温付近まで温度
上昇すると共に、供給空気は冷却部（２５）付近に到達
する前に、上記熱交換によりかなり温度が低下している
。このため、少しの熱エネルギーにより酸素濃縮が可能
となる。
出管（２８）は供給空気の液化により、冷却部（２５）
付近の空気の酸素濃度が低下しないようにするためのも
のである。すなわち、第２図から明らかなように１ｍ素
濃度が２部よりも低い空気を冷却したとすると、第２図
の鎖線は図の左方へ推移し、液化温度は下がり、これに
伴って液体空気（７）中のｒＩｉ素濃広濃度下してしま
うからである。このようにして、二つの排出管（２７）
（２８）の中を通る気体（一部液体）は、上記のよう
に供給空気との間で熱交換が行われ、常温付近まで温度
上昇すると共に、供給空気は冷却部（２５）付近に到達
する前に、上記熱交換によりかなり温度が低下している
。このため、少しの熱エネルギーにより酸素濃縮が可能
となる。
ここで、−１９０℃に冷却された空気中のガス及び空気
に含まれる有害ガスの状態を示す。
に含まれる有害ガスの状態を示す。
この表から明らかなように、−１９０℃では酸素及びア
ルゴンだけが液化しており、他は気体又は固体となって
いるため、液体空気（７）には有害ガスは含まれていな
いことが分かる。
ルゴンだけが液化しており、他は気体又は固体となって
いるため、液体空気（７）には有害ガスは含まれていな
いことが分かる。
第３図はこの装置を空気清浄機として使用した一例であ
り、６畳（３０ｓ＋３）の部屋に酸素濃縮装置からなる
空気清浄機（３６）を設置した場合を示し、（３７）は
外気で、第１図の供給口（２２）に入る供給空気に相当
し、（３８）は有害ガスで、詳細は省略するが別に設け
られた排出管により吸引排出される。
り、６畳（３０ｓ＋３）の部屋に酸素濃縮装置からなる
空気清浄機（３６）を設置した場合を示し、（３７）は
外気で、第１図の供給口（２２）に入る供給空気に相当
し、（３８）は有害ガスで、詳細は省略するが別に設け
られた排出管により吸引排出される。
（３９）は精製空気で、第１図の液体空気排出管（２７
）からの酸素リッチ空気に相当する。（４０）は自然換
気である。今、自然換気（４０）の址と同程度の精製空
気（３９）を常時供給するものとすると、精製空気（３
９）の供給量は、自然換気量を０．２回／時（高気密住
宅）と仮定すると。
）からの酸素リッチ空気に相当する。（４０）は自然換
気である。今、自然換気（４０）の址と同程度の精製空
気（３９）を常時供給するものとすると、精製空気（３
９）の供給量は、自然換気量を０．２回／時（高気密住
宅）と仮定すると。
となる。冷凍機入力は、酸素濃度４餡の空気０．００７
ｍ３７分を供給するために必要な入力は２３５Ｗである
と試算（詳細省Ｎ）できるから、この値力１ら０．１ｍ
ｊ／分の精製空気（３９）を得るためには。
ｍ３７分を供給するために必要な入力は２３５Ｗである
と試算（詳細省Ｎ）できるから、この値力１ら０．１ｍ
ｊ／分の精製空気（３９）を得るためには。
０．００７
となる。
なお、上記実施例では、ヘリウム冷凍機としてＧＭ冷凍
機を用いるものとしたが、−２００℃以下に冷却できる
ものであれば、他のヘリウム冷凍機でもよいことは明白
である。
機を用いるものとしたが、−２００℃以下に冷却できる
ものであれば、他のヘリウム冷凍機でもよいことは明白
である。
［発明の効果コ
以上説明したとおりこの発明では、ヘリウム冷凍機の冷
却部を断熱容器に収納し、この冷却部の近傍に開口して
容器外に導出される空気排出管と、容器の底部に開口し
て容器外に導出される液体空気排出管とを設けたので、
供給空気は冷却されて液化し、容器底部に貯留し、これ
が液体空気１ト出管により吸入され、供給空気と熱交換
して気化することにより、酸素リッチ空気を排出するこ
とができ、家庭用としても手軽に使用できる酸素濃縮機
を構成できる効果がある。また、排出される酸素リッチ
空気は空気中の有害ガスが除去されており、空気清浄機
としても適用できる効果がある。
却部を断熱容器に収納し、この冷却部の近傍に開口して
容器外に導出される空気排出管と、容器の底部に開口し
て容器外に導出される液体空気排出管とを設けたので、
供給空気は冷却されて液化し、容器底部に貯留し、これ
が液体空気１ト出管により吸入され、供給空気と熱交換
して気化することにより、酸素リッチ空気を排出するこ
とができ、家庭用としても手軽に使用できる酸素濃縮機
を構成できる効果がある。また、排出される酸素リッチ
空気は空気中の有害ガスが除去されており、空気清浄機
としても適用できる効果がある。
第１図〜第３図はこの発明による酸素濃縮装置の一実施
例を示す図で、第１図は縦断面図、第２図は窒素・酸素
系の状態図、第３図は使用例の説明図、第４図は従来の
酸素濃縮装置を示すクロード式空気分離装置の系統図で
ある。 図中、（７）は液体空気、（２３）は断熱容器、（２５
）はヘリウム冷凍機（ＧＭ冷凍機）の冷却部、 （２７
）は液体空気排出管、 （２８）は空気排出管である。 なお、図中同一符号は同一部分を示す。
例を示す図で、第１図は縦断面図、第２図は窒素・酸素
系の状態図、第３図は使用例の説明図、第４図は従来の
酸素濃縮装置を示すクロード式空気分離装置の系統図で
ある。 図中、（７）は液体空気、（２３）は断熱容器、（２５
）はヘリウム冷凍機（ＧＭ冷凍機）の冷却部、 （２７
）は液体空気排出管、 （２８）は空気排出管である。 なお、図中同一符号は同一部分を示す。
Claims (1)
- 断熱容器内に収納されヘリウムを冷媒として動作し上記
断熱容器に供給される空気を冷却して液化させるヘリウ
ム冷凍機の冷却部と、この冷却部の近傍に開口しこの部
分の空気を吸入して上記供給空気と熱交換して上記容器
外に導出する空気排出管と、上記容器の底部に貯留され
る液体空気中に開口しこれを吸入して上記供給空気と熱
交換して上記容器外に導出する液体空気排出管とを備え
てなる酸素濃縮装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1075482A JPH02254283A (ja) | 1989-03-28 | 1989-03-28 | 酸素濃縮装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1075482A JPH02254283A (ja) | 1989-03-28 | 1989-03-28 | 酸素濃縮装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02254283A true JPH02254283A (ja) | 1990-10-15 |
Family
ID=13577554
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1075482A Pending JPH02254283A (ja) | 1989-03-28 | 1989-03-28 | 酸素濃縮装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02254283A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008509372A (ja) * | 2004-08-03 | 2008-03-27 | サンパワー・インコーポレーテッド | エネルギー効率的、低価格、携帯可能、家庭使用可能な周囲空気からの酸素抽出 |
-
1989
- 1989-03-28 JP JP1075482A patent/JPH02254283A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008509372A (ja) * | 2004-08-03 | 2008-03-27 | サンパワー・インコーポレーテッド | エネルギー効率的、低価格、携帯可能、家庭使用可能な周囲空気からの酸素抽出 |
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