JPH03186313A - Oxygen enrichment device - Google Patents
Oxygen enrichment deviceInfo
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- JPH03186313A JPH03186313A JP32463889A JP32463889A JPH03186313A JP H03186313 A JPH03186313 A JP H03186313A JP 32463889 A JP32463889 A JP 32463889A JP 32463889 A JP32463889 A JP 32463889A JP H03186313 A JPH03186313 A JP H03186313A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は、ガソリン、灯油、軽油9重油、 LNG(液
化天然ガス)、LPG(液化石油ガス)。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention applies to gasoline, kerosene, light oil, 9 heavy oil, LNG (liquefied natural gas), and LPG (liquefied petroleum gas).
都市ガスなどの燃料を、空気と混合して可燃混合気体と
して燃焼させる自動車、航空機などの内燃機関や、セメ
ントなどキルンやボイラー(汽缶)、家庭用ガスレンジ
などの燃焼装置に、酸素富化空気を送り燃焼効率を上げ
るための酸素富化空気製造用デバイス、あるいは慢性気
管支炎・肺気腫・肺結核後遺症等の低酸素血症患者に対
して行う酸素吸入療法等に有用な酸素供給源のための酸
素富化空気製造用デバイスに関する。Oxygen-enriched air is used in internal combustion engines such as automobiles and aircraft that mix fuel such as city gas with air and burn it as a combustible gas mixture, as well as in combustion devices such as cement kilns, boilers, and household gas ranges. Devices for producing oxygen-enriched air to increase combustion efficiency, or oxygen supply sources useful for oxygen inhalation therapy performed on hypoxemic patients with chronic bronchitis, emphysema, sequelae of pulmonary tuberculosis, etc. Relating to a device for producing enriched air.
[従来の技術]
従来、このような酸素富化空気の製造法として、有機高
分子薄膜を利用する方法が知られている。この方法は、
有機高分子薄膜を通過する気体の透過性の差を利用して
、空気中の酸素を濃縮し酸素濃縮空気を生成しようとす
るもので、大気中の酸素濃度(21%)を30〜40%
に増加できれば、燃焼装置に用いることにより、燃料消
費量の減少が図れるので省エネルギーが可能となり、ま
た医療用途の酸素供給源として使用することができる。[Prior Art] Conventionally, as a method for producing such oxygen-enriched air, a method using an organic polymer thin film is known. This method is
This is an attempt to generate oxygen-enriched air by concentrating the oxygen in the air by utilizing the difference in gas permeability that passes through organic polymer thin films, increasing the oxygen concentration in the atmosphere (21%) by 30 to 40%.
If it can be used in a combustion device, it will be possible to reduce fuel consumption and save energy, and it can also be used as an oxygen supply source for medical purposes.
従来の酸素製造法である深冷空気分離法が空気を圧縮・
冷却したのち沸点の差を利用して分留操作を行うため、
膨大な電気エネルギーを消費するのに比べ、酸素富化膜
による酸素富化空気の製造は、膜の一方の面に1 at
mの空気を送り、膜の他方の面を0.1stm程度に減
圧して、酸素濃度の高い空気を発生させるという簡単な
仕組みのため、安価な方法として注目されている。The conventional oxygen production method, cryogenic air separation, compresses and
After cooling, fractional distillation is performed using the difference in boiling points.
Compared to consuming huge amounts of electrical energy, the production of oxygen-enriched air using an oxygen-enriched membrane requires only 1 at.
This method is attracting attention as an inexpensive method because of its simple mechanism, in which air with a high concentration of oxygen is sent through the membrane, and the pressure on the other side of the membrane is reduced to about 0.1 stm, thereby generating air with a high oxygen concentration.
現在までに発表されている酸素富化膜としては、ジメチ
ルポリシロキサン−ポリカーボネートブロック共重合体
膜(米国GE社)、ポリヒドロキシスチレン−ジメチル
ポリシロキサン−ポリカーボネートブロック共重合体膜
(検子電器産業)などがある。Oxygen enrichment membranes that have been announced so far include dimethylpolysiloxane-polycarbonate block copolymer membrane (GE Corp., USA) and polyhydroxystyrene-dimethylpolysiloxane-polycarbonate block copolymer membrane (Kenko Denki Sangyo). and so on.
しかし、従来のこのような膜は気体透過量が小さく、医
療用の小型酸素吸入器に応用例がある程度で、大量の空
気を使用する燃焼装置(例えば、自動車の場合、エンジ
ンに供給する空気と燃料の重量比、すなわち空燃比は約
15で、燃費10km/βで40 k m / h r
定速走行するとすると、この燃焼に要する空気の量は、
40/l0X15=60℃/ h rとなる。)への応
用は研究段階に過ぎない。However, conventional membranes of this type have a small amount of gas permeation, and are only applicable to small oxygen inhalers for medical use. The fuel weight ratio, that is, the air-fuel ratio is approximately 15, and the fuel consumption is 10 km/β and 40 km/hr.
Assuming that the vehicle is traveling at a constant speed, the amount of air required for this combustion is:
40/l0X15=60℃/hr. ) is only at the research stage.
【発明が解決しようとする課題]
高分子膜の性状は、一般に酸素・窒素分離係数(以下P
。、/ p 、、と標記。)の大きい高分子膜は、薄膜
成膜が容易であるにも拘わらず、気体透過係数が小さく
、また気体透過係数の大きい高分子膜は、薄膜成膜が困
難でかつP。*/PHmが小さい傾向がある。即ち、酸
素透過係数(以下P oxと標記。)が従来から知られ
ている高分子中最大値(3,52X 10−”Cm”°
cra/cta”−sea−cmHg;以下、単位を省
略して示す。)を示すオルガノポリシロキサンは、PG
!/P□が1.94と低く、薄膜成膜性は20〜30μ
mが極限であり、またP。!I/Plが高分子膜中最大
値(7,03)を示すポリ酢酸ビニルは、1μm以下の
製膜が可能にも拘わらず、P 02は2.25X10−
” という3桁も小さい値を示す。このため、薄膜成膜
性の観点からオルガノポリシロキサンにその他の樹脂を
共重合させるなど、気体透過係数を犠牲にして折合いを
つけているのが現状である。[Problems to be solved by the invention] The properties of polymer membranes are generally determined by the oxygen/nitrogen separation coefficient (hereinafter referred to as P
. , / p , , marked. Although it is easy to form a thin film with a polymer film with a large ), the gas permeability coefficient is small, and a polymer film with a large gas permeability coefficient is difficult to form a thin film with P. */PHm tends to be small. That is, the oxygen permeability coefficient (hereinafter referred to as P ox) is the maximum value among conventionally known polymers (3,52X 10-"Cm"°
cra/cta"-sea-cmHg (hereinafter, the unit is omitted) is PG
! /P□ is as low as 1.94, and thin film formability is 20-30μ
m is the limit and P. ! Polyvinyl acetate, which has the highest I/Pl value (7,03) among polymer films, has a P 02 of 2.25X10- even though it is possible to form a film with a thickness of 1 μm or less.
”, which is three orders of magnitude smaller. Therefore, from the viewpoint of thin film formation, the current practice is to make compromises by sacrificing the gas permeability coefficient, such as by copolymerizing organopolysiloxane with other resins. be.
本発明者らは、オルガノポリシロキサンを母材樹脂とし
て、これに種々の粉末材料を充填することにより、Po
1lをオルガノポリシロキサンの数倍〜数十倍に高め、
薄膜成膜性能を補う研究を進めていたが、その過程で膜
材料の開発だけでは限界があり、酸素富化デバイスの開
発の必要性を知ったのである。The present inventors used organopolysiloxane as a base resin and filled it with various powder materials to produce Po
1 liter is increased several times to several tens of times that of organopolysiloxane,
They were conducting research to supplement thin film deposition performance, but in the process they realized that there were limits to developing film materials alone, and that they needed to develop an oxygen-enriching device.
本発明者らは、高分子膜素材による酸素富化膜がP。t
、P、、/P□、薄膜成膜性能の3つの折り合いを付け
る点で限界があることに着目し、それらの膜を用いてデ
バイス化することにより、限界を克服できることを見出
した。The present inventors have discovered that an oxygen-enriched membrane made of a polymer membrane material is P. t
, P, , /P□, and found that there is a limit in terms of balancing the thin film formation performance, and found that the limit can be overcome by creating a device using these films.
従って、本発明の目的は大量の空気を処理できる酸素富
化デバイスを提供することにある。Therefore, it is an object of the present invention to provide an oxygen enrichment device capable of processing large volumes of air.
[課題を解決するための手段]
上記目的を達成するために、本発明の酸素富化デバイス
においては、酸素透過係数が1×1o−10以上の酸素
・窒素分離膜と、平行配列線材とを、交互に積層一体化
して成り、相隣接する上記分離膜同士が互いに離間し、
かつ該線材の配列方向が上下層間で実質的に直交するよ
うに形成してなるものであり、また、前記分離膜が、高
シリカゼオライトを充填したオルガノポリシロキサンか
ら成ることを特徴とするものである。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the oxygen enrichment device of the present invention includes an oxygen/nitrogen separation membrane having an oxygen permeability coefficient of 1×1o-10 or more and parallel array wires. , the separation membranes are formed by alternately stacking and integrating, and the adjacent separation membranes are separated from each other,
and the wires are formed so that the arrangement direction is substantially orthogonal between the upper and lower layers, and the separation membrane is made of organopolysiloxane filled with high silica zeolite. be.
本発明の酸素富化デバイスを、添付図面に基づいて説明
する。The oxygen enrichment device of the present invention will be explained based on the accompanying drawings.
第1図は、本発明の酸素富化デバイスの一例の模式的斜
視図であり、第2図は、本発明の酸素富化デバイスを使
用した酸素富化システムを示す模式図である。FIG. 1 is a schematic perspective view of an example of the oxygen enrichment device of the present invention, and FIG. 2 is a schematic diagram showing an oxygen enrichment system using the oxygen enrichment device of the present invention.
第1図には、空気供給層と酸素富化空気吸引層がそれぞ
れ3層ずつ7枚の酸素・窒素分離膜で構成されたデバイ
スlが描かれている。FIG. 1 depicts a device 1 consisting of seven oxygen/nitrogen separation membranes with three layers each for the air supply layer and the oxygen-enriched air suction layer.
酸素・窒素分離膜2はZ軸方向に積層されており、酸素
・窒素分離膜2間には、平行配列線材3が挟持一体化さ
れ、かつこれら平行配列線材は各層毎に交互にX軸方向
とY軸方向に配列されている。これらの線材層は各層毎
に直交させる必要があるが、これは幾何学的に厳密に9
0度である必要はなく、実質的に直交していればよく、
80度〜100度の範囲がよい。The oxygen/nitrogen separation membranes 2 are laminated in the Z-axis direction, and parallel array wires 3 are sandwiched and integrated between the oxygen/nitrogen separation membranes 2, and these parallel array wires are alternately stacked in the X-axis direction for each layer. and are arranged in the Y-axis direction. These wire layers need to be orthogonal to each other, but this is strictly geometrically 9
It doesn't have to be 0 degrees, it just needs to be substantially orthogonal,
A range of 80 degrees to 100 degrees is preferable.
この線材層を下から順にX1層IYI層、 X層層、Y
層層、X8層、ys層とすれば、1 atmの空気をY
軸方向からY層へ送って、減圧ポンプによってX層をX
軸方向へ吸引すると、酸素・窒素分離膜を通過した酸素
富化空気は、X3層、 X2層+Xs層から取出される
。このようにすると透過流量は暦数に比例して増大し、
大量の酸素富化空気を得ることができる。These wire layers are arranged in order from the bottom: X1 layer, IYI layer, X layer, Y layer.
If we have layer layer, X8 layer, and ys layer, 1 atm of air becomes Y
It is sent from the axial direction to the Y layer, and the X layer is
When suctioned in the axial direction, the oxygen-enriched air that has passed through the oxygen/nitrogen separation membrane is taken out from the X3 layer, X2 layer + Xs layer. In this way, the permeation flow rate increases in proportion to the number of calendars,
A large amount of oxygen-enriched air can be obtained.
なお第1図では、X軸方向の酸素富化空気流出面の反対
端面の密封の図示を省略したが、該端面を密封して用い
るのは当然である。また、Y軸方向は両面とも解放され
ているので膜を通しての空気の流入と、不要になった窒
素富化空気の排気を同時に行うことができる。In FIG. 1, sealing of the end surface opposite to the oxygen-enriched air outflow surface in the X-axis direction is not illustrated, but it is natural that the end surface is sealed for use. Furthermore, since both sides are open in the Y-axis direction, air can flow in through the membrane and unnecessary nitrogen-enriched air can be exhausted at the same time.
このような酸素富化空気の製造は、例えば第2図で示す
一例の酸素富化システムによって効果的に製造できる。Such oxygen-enriched air can be effectively produced using, for example, an oxygen enrichment system shown in FIG.
すなわち、送風ファン4によって、送られた空気は濾過
フィルター5を通過して清浄化され、配管系6より本発
明の酸素富化デバイス1のY層内に送り込まれる。また
、該デバイス1のX層は減圧ポンプ7によって吸引され
、酸素・窒素分離膜を通過し、酸素富化空気は配管系8
を通って上記減圧ポンプから取り出され、上記分離膜を
通過しない窒素富化空気は、上記デバイスのY層の、通
常配管系6の反対側より排気される。That is, the air sent by the ventilation fan 4 is purified by passing through the filtration filter 5, and is sent into the Y layer of the oxygen enrichment device 1 of the present invention through the piping system 6. Further, the X layer of the device 1 is sucked by a vacuum pump 7 and passes through an oxygen/nitrogen separation membrane, and the oxygen-enriched air is passed through a piping system 8.
Nitrogen-enriched air which is removed from the vacuum pump through the membrane and which does not pass through the separation membrane is exhausted from the Y-layer of the device, usually on the opposite side of the piping system 6.
本発明に係る酸素・窒素分離膜としては、ポリ[1−(
トリメチルシリル)−1−プロピン](Pog=7.7
3X 10−’ Pot/PHx= 1.55;以下
、P o−、P ox/ P−を省略して()内に数値
をこの順に記載する。)、オルガノポリシロキサン(3
,52X10−”、1.94)、天然ゴム(2,34X
10−”、2.46)、ポリブタジェン(1,9X10
−”、2.95)、エチルセルロース(1,47X10
−’、3.32)、エチレン−酢酸ビニル共重合体(8
,OX 10−”2.76)、低密度ポリエチレン(2
,89X10−”、2.98)、ポリスチレン(2,0
1X 10−” 6.38)、ポリカーボネート(1
,4X10−” 4.67)、ブチルゴム(1,3X
10−” 、4.0)などがある。この中で、オルガノ
ポリシロキサンは、p O−/ p ntが低いが、P
o2が1桁ないし2桁高い点で酸素・窒素分離膜として
は格段に優れているので、オルガノポリシロキサンの使
用が最も好ましい。As the oxygen/nitrogen separation membrane according to the present invention, poly[1-(
trimethylsilyl)-1-propyne] (Pog=7.7
3X 10-'Pot/PHx=1.55; Hereinafter, P o- and P ox/ P- will be omitted and the numerical values will be written in parentheses in this order. ), organopolysiloxane (3
, 52X10-”, 1.94), natural rubber (2,34X
10-”, 2.46), polybutadiene (1,9X10
-”, 2.95), ethylcellulose (1,47X10
-', 3.32), ethylene-vinyl acetate copolymer (8
, OX 10-”2.76), low density polyethylene (2
, 89X10-”, 2.98), polystyrene (2,0
1X 10-” 6.38), polycarbonate (1
, 4X10-” 4.67), butyl rubber (1,3X
10-”, 4.0), etc. Among these, organopolysiloxane has a low p O-/p nt, but
It is most preferable to use organopolysiloxane because it is extremely superior as an oxygen/nitrogen separation membrane in that its o2 is one to two orders of magnitude higher.
オルガノポリシロキサンの基本系であるジメチルポリシ
ロキサンについては、本発明者らが気体透過率測定装置
によりP。z+ P ox/ P siを実測したとこ
ろ、それぞれ(3〜7)xlO−”、1.8〜2.1で
あった。Regarding dimethylpolysiloxane, which is the basic system of organopolysiloxane, the present inventors measured P using a gas permeability measuring device. When z+Pox/Psi was actually measured, they were (3 to 7)xlO-'' and 1.8 to 2.1, respectively.
オルガノポリシロキサンよりP。8が1桁高いポリ[1
−(トリメチルシリル)−1−プロピン]は、P ox
の経時による低下が激しく、実用化が遅れているが、こ
れが解決されれば本発明に係る有力な酸素・窒素分離膜
になると思われる。P from organopolysiloxane. 8 is one digit higher than poly [1
-(trimethylsilyl)-1-propyne] is Pox
However, if this problem is solved, it will become a promising oxygen/nitrogen separation membrane according to the present invention.
気体透過膜は薄いほど透過流量が多くなるが、上記した
ようにジメチルポリシロキサンは単独での薄膜成膜性に
劣り20〜30μmが極限とされるため、これを多孔質
支持膜にコーティングして薄膜成膜して使用するのが好
ましい。この多孔質支持膜としては、ポリプロピレン、
ポリサルホン、ポリイミド、芳香族ポリエステルなどか
ら成る多孔質フィルムが挙げられる。The thinner the gas permeable membrane is, the higher the permeation flow rate, but as mentioned above, dimethylpolysiloxane has poor thin film forming properties on its own, and the maximum thickness is 20 to 30 μm. It is preferable to use it by forming a thin film. This porous support membrane includes polypropylene,
Examples include porous films made of polysulfone, polyimide, aromatic polyester, and the like.
また、本発明者らの研究によると、このジメチルポリシ
ロキサンに高シリカゼオライトを配合充填した薄膜は、
ジメチルポリシロキサン膜の数倍〜数十倍のP。3を得
ることができるので、この薄膜の使用がより好ましい。In addition, according to the research of the present inventors, a thin film made by blending and filling this dimethylpolysiloxane with high silica zeolite,
Several times to several tens of times more P than dimethylpolysiloxane film. The use of this thin film is more preferable since it is possible to obtain 3.
ゼオライトは、組成式が例えば天然産のモルデナイトは
NaO” Ag* Os’l OS i 016H*O
1合或ゼオライトA型はNag 0−AQz Os・2
SiOi ・4.5H* 0で示され、S i O4四
面体と(A I!、04)−四面体が3次元網目状に結
合し、径約1nmの細孔を無数に持つ多孔性結晶体で、
特異な吸着性能を示すため脱水剤、乾燥剤、モレキュラ
ーシーヴ(分子u)、吸着剤、触媒、イオン交換剤など
に用いられている。高シリカゼオライドはZSM−5型
ゼオライトとも呼ばれS i Ox /A12m Os
比が15以上から無限大という大きな値を示すものであ
る。この中で、S i Ot /AQx Osが無限大
のゼオライトとして著名なものに米国UCC社製のシリ
カライト8【示性式(Stow)。]がある。このシリ
カライト結晶の細孔構造は、径が0.57X0.51n
mの楕円形の酸素原子10員環直線チヤンネルと、径0
.54nmのほぼ円形の酸素原子10員環ジグザグチヤ
ンネルとが組み合わされた構造を持っており、本発明者
らは、これをジメチルポリシロキサンに60重量%以上
充填するとP。2を数倍〜数十倍に増加させることがで
きることを実験的に確かめている。The composition formula of zeolite is, for example, naturally occurring mordenite is NaO''Ag* Os'l OS i 016H*O
1 go or zeolite type A is Nag 0-AQz Os・2
SiOi 4.5H* 0 is a porous crystal body in which SiO4 tetrahedrons and (A I!, 04)-tetrahedrons are combined in a three-dimensional network, and has countless pores with a diameter of approximately 1 nm. in,
Because it exhibits unique adsorption performance, it is used in dehydrating agents, desiccants, molecular sieves, adsorbents, catalysts, ion exchange agents, etc. High silica zeolide is also called ZSM-5 type zeolite and is S i Ox /A12m Os
The ratio shows large values ranging from 15 or more to infinity. Among these, Silicalite 8 [Stow] manufactured by UCC in the United States is famous as a zeolite with infinite S i Ot /AQx Os. ] There is. The pore structure of this silicalite crystal has a diameter of 0.57×0.51n.
m elliptical 10-membered ring straight channel of oxygen atoms and a diameter of 0
.. It has a structure in which a zigzag channel of a 54 nm approximately circular 10-membered oxygen atom ring is combined, and the present inventors believe that when dimethylpolysiloxane is filled with 60% by weight or more of this, P. It has been experimentally confirmed that 2 can be increased several times to several tens of times.
すなわち、気体透過率測定装置を用いたP。2は実測値
によると、ジメチルポリシロキサン単独膜は4.0X1
0−” シリカライト60重量%充填ジメチルポリシ
ロキサン膜は15X10−’〜20XIO−” シリ
カライト80重量%充填ジメチルポリシロキサン膜は4
0X10−s、シリカライト90重量%充填ジメチルポ
リシロキサン膜は135X10−’という高い値を得る
ことができる。That is, P using a gas permeability measuring device. 2 is based on actual measurements, dimethylpolysiloxane single film is 4.0X1
0-" Dimethylpolysiloxane membrane filled with 60% silicalite is 15X10-'~20XIO-" Dimethylpolysiloxane membrane filled with 80% silicalite is 4
0.times.10-s, 90% by weight silicalite filled dimethylpolysiloxane membrane can obtain values as high as 135.times.10-'.
これらの膜のP。*/ p 、、実測値は、1.8〜2
゜1の範囲であった。P of these membranes. */ p,, actual value is 1.8 to 2
It was in the range of 1°.
以上の高シリカゼオライト充填ジメチルポリシロキサン
膜は、ジメチルシロキサンの薄膜成膜性の低さをP。を
高くすることによってカバーする方法で、薄膜成膜性に
ついては20〜30umが限界であることには変わりな
いが、本発明者らの研究によれば、ジメチルポリシロキ
サンに前記ポリ[1−()−リメチルシリル)−1−プ
ロピン]とをブレンドすることにより、薄膜成膜性を向
上させることができ、ジメチルポリシロキサン単独膜の
数倍のPOIを得ることができることを見い出した。本
発明者らの成膜実験によれば、これらを50対50の割
合でブレンドした場合、約2〜3μmの成膜が可能で、
この時のP。2実測値はぐ20〜30)xlO−’で、
P 、、/ P 、、実測値は1.8であった。The above-mentioned high-silica zeolite-filled dimethylpolysiloxane membrane has poor thin film forming properties of dimethylsiloxane. However, according to the research of the present inventors, the above-mentioned poly[1-( )-limethylsilyl)-1-propyne], it was found that thin film formability could be improved and a POI several times higher than that of dimethylpolysiloxane alone could be obtained. According to the film-forming experiments conducted by the present inventors, when these are blended at a ratio of 50:50, it is possible to form a film of approximately 2 to 3 μm.
P at this time. 2 Actual value is 20~30)xlO-',
P,,/P,, the actual value was 1.8.
本発明に係る酸素・窒素分離膜の成膜方法としては、溶
液流延(キャスティング)法、Tダイ、押出し法、イン
フレーション法、カレンダーロール圧延法、l軸または
2軸延伸法等が挙げられる。Examples of the method for forming the oxygen/nitrogen separation membrane according to the present invention include a solution casting method, a T-die method, an extrusion method, an inflation method, a calender roll method, an l-axis or biaxial stretching method, and the like.
また、支持体フィルムへの成膜方法としては、グラビヤ
ロールコーティング、メイヤーバーコーティング、ドク
ターナイフコーティング、リバースロールコーティング
、エアーナイフコーティング、マイクログラビアコーテ
ィング等が挙げられる。Further, examples of the method for forming a film on the support film include gravure roll coating, Meyer bar coating, doctor knife coating, reverse roll coating, air knife coating, microgravure coating, and the like.
この酸素・窒素分離膜の厚さは、大量の空気を処理する
点ではピンホールを生じない範囲で薄いほど好ましいが
、多孔質支持膜との複合膜としない場合には、膜の取り
扱いのしやすさの点から1μm以上とするのが望ましい
。多孔質支持膜との複合膜とする場合にはピンホールを
生じない範囲でサブミクロン厚さの膜とするのが好まし
い。膜厚の上限は空気処理量の点で1100u、望まし
くは30um程度である。The thinner the oxygen/nitrogen separation membrane is, the better it is to the extent that it does not cause pinholes when processing a large amount of air. However, if it is not a composite membrane with a porous support membrane, handling From the viewpoint of ease of use, it is desirable that the thickness be 1 μm or more. When forming a composite membrane with a porous support membrane, it is preferable to use a membrane with a submicron thickness within a range that does not cause pinholes. The upper limit of the film thickness is 1100 μm, preferably about 30 μm in terms of air throughput.
本発明に係る配列線材としては、ステンレス鋼、ニッケ
ル、銅、洋白、黄銅、りん青銅等から成る金属ワイヤー
または、ポリエステル、ポリアミド、芳香族ポリアミド
などの高分子線状体が挙げられるが、配線製造上の都合
から強度的に優れ、また伸縮しない金属ワイヤーの使用
がより好ましい。Examples of the array wire according to the present invention include metal wires made of stainless steel, nickel, copper, nickel silver, brass, phosphor bronze, etc., or polymer linear bodies such as polyester, polyamide, aromatic polyamide, etc. For manufacturing reasons, it is more preferable to use a metal wire that has excellent strength and does not expand or contract.
配列線材の径は、細すぎると、分離膜相互の間隔が狭く
なって空気の流入を妨げ、また太すぎると、分離膜相互
の間隔が大きくなって分離膜積層密度が小さくなり酸素
富化空気の生成量が小さく不利となるので、通常、径φ
10um〜φ3mmのものが用いられる。好ましくはφ
50μm〜φ1mmの範囲である。If the diameter of the array wire is too small, the spacing between the separation membranes will become narrow and air will not be able to flow in. If it is too thick, the spacing between the separation membranes will become large and the stacking density of the separation membranes will decrease, resulting in oxygen-enriched air. The diameter φ is usually disadvantageous because the amount of φ produced is small.
Those with a diameter of 10 um to φ3 mm are used. Preferably φ
It is in the range of 50 μm to φ1 mm.
平行配列線の配列ピッチは、小さすぎると空気の流入を
阻害し、大きすぎると相隣接する分離膜同士の離間が妨
げられ空気の流入を阻害するので、通常、0.5〜50
111の範囲のものが用いられる。特に1〜2mmの範
囲とするのが望ましい。The arrangement pitch of the parallel arrangement lines is usually 0.5 to 50, because if it is too small, it will impede the inflow of air, and if it is too large, it will prevent the separation between adjacent separation membranes and impede the inflow of air.
A range of 111 is used. In particular, a range of 1 to 2 mm is desirable.
配列線材と分離膜との接着方法は、未硬化状態の分離膜
をブライマー処理済みの配列線材に積層した後、これを
型プレスによって接着一体化する方法や、硬化済みの分
離膜に接着剤をコーティングした配列線材を積層した後
、型プレスによって接着一体化する方法があるが、薄膜
の取り扱いや多孔質支持体にコーティングした薄膜を扱
う事などを考慮すると、後者の方が実際的である。The method of adhering the array wire and the separation membrane is to laminate the uncured separation membrane to the brimer-treated array wire and then bond them together using a die press, or to apply an adhesive to the cured separation membrane. There is a method of laminating the coated array wires and then bonding them together using a die press, but the latter method is more practical considering the handling of thin films and the handling of thin films coated on porous supports.
[作用]
上記のように構成された酸素富化デバイスによれば、送
り込まれた空気は、配列線材を介して多段に積層された
多数の酸素・窒素分離膜を通過し、多量の酸素富化空気
となって効率よく取出され、上記分離膜を通過しない窒
素富化空気は容易に排出される。[Function] According to the oxygen enrichment device configured as described above, the injected air passes through a large number of oxygen/nitrogen separation membranes stacked in multiple stages via array wires, and is enriched with a large amount of oxygen. The nitrogen-enriched air, which is efficiently extracted as air and does not pass through the separation membrane, is easily discharged.
[実施例]
、・ 、 の ゛6
粘度60 P a−sの液状ジメチルポリシロキサン、
KE1935A/B (信越化学工業■製、商品名)4
0重量%に、高シリカゼオライト、シリカライト”
(UCC社製、商品名)60重量%を配合し、これをト
ルエン/ケロシン混合溶媒に溶かした粘度50Pa−s
の溶液として、マイクログラビアコーターI″(康井精
機■、商品名)を用いてテフロン” TFE (E、1
.Dupont社製商品名)セパレーター上にコーティ
ングし、100℃X 10 secの条件で溶媒揮散後
、180℃×30分の条件で架橋させ゛て、厚さ25μ
−の膜体を得た。[Example] Liquid dimethylpolysiloxane with a viscosity of 60 Pa-s,
KE1935A/B (manufactured by Shin-Etsu Chemical, trade name) 4
0% by weight, high silica zeolite, silicalite”
(Manufactured by UCC, trade name) 60% by weight and dissolved in toluene/kerosene mixed solvent, viscosity 50Pa-s
As a solution, Teflon" TFE (E, 1
.. Coated on a separator (product name manufactured by Dupont), evaporated the solvent at 100°C for 10 seconds, and crosslinked at 180°C for 30 minutes to a thickness of 25 μm.
- A membrane body was obtained.
この高シリカゼオライト充填ジメチルポリシロキサン膜
をセパレーターから剥離して、加圧式気体透過率測定装
置、ガスバーム’−100(日本分光工業■製、商品名
)を使用して測定したところ、Potは20X10−”
でジメチルポリシロキサンの約5倍であり、P os/
P Mlはジメチルポリシロキサン相当の2.0であ
った。When this high-silica zeolite-filled dimethylpolysiloxane membrane was peeled off from the separator and measured using a pressurized gas permeability measuring device, Gas Balm'-100 (manufactured by JASCO Corporation, trade name), the Pot was 20X10- ”
is about 5 times that of dimethylpolysiloxane, and P os/
P Ml was 2.0, which corresponds to dimethylpolysiloxane.
、 デバイスの ゛
PPM配線装置(信越ポリマー■製、透明タッチパネル
製造装置)を用いて、シラン系ブライマーを処理したφ
0.2mmの5US−304ワイヤーを、配線ピッチ1
.0mmで配列し、この配線の表裏面に2液RTVシリ
コーンゴム、TSE−3360(東芝シリコーン■製、
商品名)を塗布して、上記の高シリカゼオライト充填ジ
メチルポリシロキサン膜を、上下層ごとに配線方向が実
質的に直交するようにして多重積層し、プレス型枠にい
れてプレス成形一体化した。, φ which was treated with silane-based brimer using the device's ゛PPM wiring equipment (manufactured by Shin-Etsu Polymer ■, transparent touch panel manufacturing equipment)
0.2mm 5US-304 wire, wiring pitch 1
.. 0mm, and two-component RTV silicone rubber, TSE-3360 (manufactured by Toshiba Silicone ■,
The high silica zeolite-filled dimethylpolysiloxane film described above was laminated in multiple layers so that the wiring directions were substantially perpendicular to each other for each upper and lower layer, and then placed in a press mold and integrated by press molding. .
次に、この端面を研磨処理して、縦(X軸方向)300
mmx横(Y軸方向)300mmX高さ(Z軸方向)3
00mmの積層ブロック状体とし、X軸方向の富化空気
流出方向の反対面をシリコーンエポキシ樹脂で封止した
。Next, this end face is polished to a vertical (X-axis direction)
mm x horizontal (Y-axis direction) 300 mm x height (Z-axis direction) 3
A laminated block with a thickness of 0.00 mm was formed, and the surface opposite to the enriched air outflow direction in the X-axis direction was sealed with silicone epoxy resin.
このようにして製造したデバイスを用い、前記第2図に
示した酸素富化システムを製作して試験したところ、酸
素濃度計、広漠度域酸素分析計FCX−SW (藤倉電
線■製、商品名)による酸素濃度測定値が約35%の酸
素富化空気を、流量100 Q / h rで得ること
ができた。Using the device manufactured in this way, we manufactured and tested the oxygen enrichment system shown in Figure 2 above. It was possible to obtain oxygen-enriched air with a measured oxygen concentration of approximately 35% by a flow rate of 100 Q/hr.
[発明の効果]
本発明の酸素富化デバイスによれば、ジメチルポリシロ
キサン膜やジメチルポリシロキサンと他樹脂との共重合
体膜などの従来知られている酸素・窒素分離膜や、さら
には高シリカゼオライト充填ジメチルポリシロキサン膜
などの酸素・窒素分離膜を使用し、これを平行配列線材
と組み合わせて多重積層するだけの構造で、大量の空気
を一度に分離処理できる酸素富化デバイスを安価に提供
することができる。また、その構造上、小型化できるの
で、医療用などの少量の酸素富化空気製造用としてだけ
でなく、これを自動車などに搭載して燃焼用に用いるこ
とが可能になる。[Effects of the Invention] According to the oxygen enrichment device of the present invention, conventionally known oxygen/nitrogen separation membranes such as dimethylpolysiloxane membranes and copolymer membranes of dimethylpolysiloxane and other resins, as well as high By using an oxygen/nitrogen separation membrane such as a silica zeolite-filled dimethylpolysiloxane membrane, combining it with parallel wires, and simply stacking it in multiple layers, you can create an inexpensive oxygen enrichment device that can separate and process a large amount of air at once. can be provided. Furthermore, because of its structure, it can be miniaturized, so it can be used not only for producing small amounts of oxygen-enriched air for medical purposes, but also for combustion by being mounted on an automobile.
第1図は、本発明の酸素富化デバイスの模式図。第2図
は、本発明の酸素富化デバイスを使用した酸素富化シス
テムを示す模式図である。
1・・・酸素富化デバイス
2・・・酸素・窒素分離膜
3・・・平行配列線材
4・・・送風ファン
5・・・濾過フィルター
6.8・・・配管系
7・・・減圧ボンブFIG. 1 is a schematic diagram of the oxygen enrichment device of the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram showing an oxygen enrichment system using the oxygen enrichment device of the present invention. 1...Oxygen enrichment device 2...Oxygen/nitrogen separation membrane 3...Parallel array wire 4...Blower fan 5...Filtration filter 6.8...Piping system 7...Reducing pressure bomb
Claims (1)
m/cm^2・sec・cmHg以上の酸素・窒素分離
膜と、平行配列線材とを、交互に積層一体化して成り、
相隣接する上記分離膜同士が互いに離間し、かつ該線材
の配列方向が上下層間で実質的に直交するように形成さ
せたことを特徴とする酸素富化デバイス。 2、酸素・窒素分離膜が、高シリカゼオライトを充填し
たオルガノポリシロキサンから成ることを特徴とする請
求項1に記載の酸素富化デバイス。[Claims] 1. Oxygen permeability coefficient is 1×10^-^1^0cm^3・c
It is made by laminating and integrating oxygen/nitrogen separation membranes of m/cm^2・sec・cmHg or more and parallel array wires,
An oxygen enrichment device characterized in that the adjacent separation membranes are formed so as to be spaced apart from each other and the arrangement directions of the wires are substantially orthogonal between the upper and lower layers. 2. The oxygen enrichment device according to claim 1, wherein the oxygen/nitrogen separation membrane is made of organopolysiloxane filled with high silica zeolite.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32463889A JPH03186313A (en) | 1989-12-14 | 1989-12-14 | Oxygen enrichment device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32463889A JPH03186313A (en) | 1989-12-14 | 1989-12-14 | Oxygen enrichment device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03186313A true JPH03186313A (en) | 1991-08-14 |
| JPH0570486B2 JPH0570486B2 (en) | 1993-10-05 |
Family
ID=18168065
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32463889A Granted JPH03186313A (en) | 1989-12-14 | 1989-12-14 | Oxygen enrichment device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03186313A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5275726A (en) * | 1992-07-29 | 1994-01-04 | Exxon Research & Engineering Co. | Spiral wound element for separation |
| EP0726226A1 (en) * | 1995-02-09 | 1996-08-14 | Normalair-Garrett (Holdings) Limited | Oxygen generating device |
| WO1997007053A1 (en) * | 1995-08-16 | 1997-02-27 | Normalair-Garrett (Holdings) Limited | Oxygen generating device |
| CN103868061A (en) * | 2014-03-28 | 2014-06-18 | 中材装备集团有限公司 | Environment-friendly oxygen-enriched combustion method applied to cement kiln and device thereof |
-
1989
- 1989-12-14 JP JP32463889A patent/JPH03186313A/en active Granted
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5275726A (en) * | 1992-07-29 | 1994-01-04 | Exxon Research & Engineering Co. | Spiral wound element for separation |
| EP0726226A1 (en) * | 1995-02-09 | 1996-08-14 | Normalair-Garrett (Holdings) Limited | Oxygen generating device |
| WO1997007053A1 (en) * | 1995-08-16 | 1997-02-27 | Normalair-Garrett (Holdings) Limited | Oxygen generating device |
| CN103868061A (en) * | 2014-03-28 | 2014-06-18 | 中材装备集团有限公司 | Environment-friendly oxygen-enriched combustion method applied to cement kiln and device thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0570486B2 (en) | 1993-10-05 |
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