JPH0475841B2 - - Google Patents
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- JPH0475841B2 JPH0475841B2 JP14814786A JP14814786A JPH0475841B2 JP H0475841 B2 JPH0475841 B2 JP H0475841B2 JP 14814786 A JP14814786 A JP 14814786A JP 14814786 A JP14814786 A JP 14814786A JP H0475841 B2 JPH0475841 B2 JP H0475841B2
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Landscapes
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Description
[発明の利用分野]
本発明は、窒素より大きい速度で酸素を透過さ
せることができる選択性酸素透過膜を用いて、空
気から酸素の富化された空気を安定して効率よく
得るための酸素富化器に関するものである。特に
本発明は、中空糸状の選択性酸素透過膜を用いた
改良された酸素富化器を提供するものである。
[従来技術]
近年ぜんそく、肺気腫症、慢性気管支炎等の呼
吸気系器官の疾患に苦しむ患者が多く、その最も
効果的な治療法の一つとして酸素吸入法がある。
また手術後やスポーツの後の体力回復にも酸素の
吸入法が有効である。
しかしこの酸素吸入法における酸素濃度は長時
間吸入する際により安全である50%以下が一般に
用いられることが多い。
かかる酸素濃度が50%以下の酸素富化空気を長
時間供給するための言わゆる酸素富化器として、
窒素より大きい速度で酸素を透過させることがで
きる選択性酸素透過膜を用いた膜法による富化器
が提案されている。
この膜法による酸素富化器の特徴は、一般に膜
の酸素と窒素の選択性は2〜5の範囲にあること
から一般の空気分離で得られる酸素濃度は50%以
下であること、一般に酸素及び窒素より水蒸気の
透過の方が大きいため膜を透過して得られる富化
空気は加湿されてでてくるため特に酸素富化空気
吸入時に加湿を必要としないこと、膜自体が超微
細なフイルターとしても機能するためゴミや細菌
などの全くない清浄空気として得られること、さ
らに操作圧を減圧するだけすなわち真空ポンプを
使用した場合騒音の小さな富化器ができることな
どにあり、減圧タイプの膜型酸素富化器は医療用
として最適な富化器と言える。
ところで、膜法による酸素富化空気の吸入量は
患者によつて異なるが、一般に2/mm以上と比
較的大きく、そのため選択性酸素透過膜の表面積
も大きくとることが必要で装置もやや大きくなり
やすいために、その膜モジユールを出来るだけコ
ンパクトにする必要がある。またかかる膜型酸素
富化器では、通常選択性酸素透過膜の表面側に空
気を供給するだけではなくて、真空ポンプ等の減
圧手段を冷却するための大量の冷却風が必要であ
り、その大量の冷却用空気流れを膜モジユールに
流す際の流動抵抗が大きくなりやすい欠点があつ
た。特に膜モジユールが中空糸状選択性酸素透過
膜からなる中空糸束を用いたものである場合に
は、その空気流れの流動抵抗が非常に大きく、大
型のフアンを必要としエネルギー消費や騒音が大
きくその改善が強く望まれていた。
[発明の目的及び構成]
本発明の目的は、膜型酸素富化器におけるこの
様な欠点を解決することにあり、特に中空糸状選
択性酸素透過膜を用いた酸素富化器であつてエネ
ルギー消費が少なくコンパクトで低騒音のものを
提供することである。
かかる目的を達成するために鋭意研究した結
果、膜面側を通過しないバイパスを設けて、膜面
側に空気の流れを生じせしめるための送風手段と
別に、少なくともバイパスに空気流れを生じさせ
るためのもう1つの送風手段を用いることが有効
であることを見い出して本発明に到達した。
即ち本発明は、選択性酸素透過膜を具備した分
離機能部の多数の配列を有する膜モジユールと、
該膜モジユールにおける該膜の一面側をある程度
の真空に保ち且つそこから酸素富化空気を取り出
すための減圧手段を具備した酸素富化器におい
て、該膜モジユールにおける該膜の他面側に空気
の流れを生じさせるための第1送風手段、該膜の
他面側を通過しない空気バイパス手段及び少なく
とも該バイパス手段において空気の流れを生じさ
せるための第2送風手段を備えたことを特徴とす
る酸素富化器を提供するものである。
以下、本発明について図面を用いながらさらに
詳細に説明する。第1図〜第6図は、本発明にお
ける酸素富化器の実施態様例を概略フローシート
で示したものである。第1図において、1は選択
性酸素透過膜10を具備した分離機能部の多数の
配列を有する膜モジユールを模式的に示してお
り、2は該膜モジユール中の選択性酸素透過膜の
一面側の空間を示し、その空間をある程度の真空
に保つための減圧手段4の吸引側に連結されてい
る。また3は膜モジユール中の該膜の他面側の空
間を示し、第1送風手段えの下流側に位置してい
る。6は第2送風手段であり、富化器の入口部か
ら流入した空気を第1送風手段に送ることによつ
て第1送風手段の能力を高めると共に、バイパス
7に空気を流入せしめるものである。バイパス7
を通過した空気は、膜モジユール1からの酸素貧
化空気と合流し、真空ポンプ等の減圧手段を冷却
するためにその周囲を通過した後富化器外に排出
されるものである。他方選択性酸素透過膜10を
透過した酸素富化空気は減圧手段4により取り出
されて使用に供されるようになつている。
第2〜6図における番号は第1図と同様のもの
を意味する。第2図は、第2送風手段6をバイパ
ス7への空気送風専用とした特徴を有する。第3
図は、第1送風手段5及び第2送風手段6を下流
側に備えて吸引タイプとしたことを特徴とする。
また第4図は、第1送風手段5を膜モジユールの
上流側に置いて押込みタイプとし、第2送風手段
6を下流側に置いて吸引タイプとしたことを特徴
とする。第5図は、第1送風手段を吸引タイプと
し第2送風手段6を押込みタイプとしたものであ
る。さらに第6図は減圧手段4の周囲を通過した
後の空気を第1送風手段5と第2送風手段6によ
り流通せしめるようにしたことを特徴としてい
る。尚本発明の酸素富化器は、これら第1〜6図
に限定されるものではないことは言うまでもな
い。
この様に本発明の酸素富化器は、膜モジユール
に収納された分離機能部における原料気体流通側
(以下膜表面側という)の空間に空気を導入する
以外に、空気のバイパス手段を有することを特徴
としている。尚該バイパス手段は膜モジユール内
の空間の一部に設けることも可能である。また本
発明の酸素富化器では、酸素富化空気を除いて富
化器外に排出される気体の流れ全体(即ち膜モジ
ユールから酸素貧化空気及びバイパスを通過した
空気)あるいは富化器に流入した空気の流れ全体
を用いて減圧手段を冷却することを特徴としてい
る。
本発明の酸素富化器では、膜表面での濃度分極
をできるだけ小さくし分離効率を高めるために膜
表面側に送入する空気量が多いほど好ましいが、
膜表面側の空間をも小さくしたコンパクトな膜モ
ジユール、特に中空糸を選択性透過膜に用いた膜
モジユールでは中空糸内等の膜表面側での流動抵
抗が大きくなり、そのための送風手段として能力
の大きなものが必要となり騒音や電力消費の増大
をもたらす不利な面がある。その場合の膜表面側
への供給空気量は、酸素富化空気量の3倍以上50
倍以下、好ましくは4倍以上40倍以下、更に好ま
しくは5倍乃至30倍である。
またかかる酸素富化器では、減圧手段を冷却す
るための風量が膜表面側への供給空気量よりも大
きいことが必要であり、その多い分の冷却用風量
の流路を確保するためにバイパス手段を設けたも
のである。そのバイパス手段を流れる空気流量
VBと減圧手段の冷却用風量VCの比VB/VCとして
は、0.3〜0.95が好ましく、更には0.5〜0.90の範
囲にあることが望ましく、特に0.65以上が良好で
ある。尚かかるVB/VCは、同一の圧力と温度に
おける各々の流量の比を意味する。本発明の酸素
富化器は、VB/VCをこの様な範囲にすることに
よつて膜表面側への適正な空気の供給が容易であ
り、且つ減圧手段の冷却用風量も非常に容易に実
現できるものである。
さらに本発明の酸素富化器は、かかるVB/VC
の範囲の空気流量を確保するために、膜表面側に
空気の流れを生じさせるための第1送風手段の他
に、少なくしもバイパス手段において空気の流れ
を生じさせ得る第2送風手段を備えたことを特徴
としている。かかる第2送風手段はバイパス手段
のみにおいて空気の流れを生じさせるようにした
ものであつてもよく、それに加えて第1補充する
ように膜表面側に空気の流れも生じさせるもので
あつてもよい。この第1送風手段及び第2送風手
段は、各々の機能を発揮すればいかなる形式で位
置していてもよいが、特に第4図又は第5図に記
載する如くその一方を押込みタイプに位置させ他
方を吸引タイプにする形式の方が膜表面側での空
気の流れを大きくしやすく、また富化器全体がコ
ンパクトになり騒音も小さくしやすい利点があ
る。尚該送風手段として、フアン、ブロアー等の
いずれであつてもよく、具体例としてはシロツ
コ・ターボフアン、軸流フアン等があげられる。
さらに本発明の酸素富化器の特徴は膜モジユー
ルの膜表面側の空間に流入する空気中に含まれる
塵埃等を除去するためフイルター手段を、該膜表
面側の空間に流入する空気のみが通過するように
設けられていることにある。かかるフイルター手
段の好ましい設置場所としては、該モジユールの
入口近くがあげられる。かかるフイルターの性能
としては大気中の塵埃をできるだけ除去するため
塵埃の補集率の高いものでが好ましいが、一般に
補集率が高くなると圧損が大きくなり、前述のフ
アンの能力増強を図らなければならず、騒音や消
費電力の増大が差れられず、好ましくない。フイ
ルターの性能としては、日本空気清浄協会の第2
性能試験方法に準拠して、JISZ8901に規定され
た8種の粉塵を用いてテストし、その補集効率が
70%以上、好ましくは80%以上、更に好ましくは
95%以上のものが用いられる。70%以下の補集効
率であると膜の流量は急激に低下する。尚、かか
るフイルター手段の他に、該富化器の空気取入口
にも比較的目の粗いフイルター手段を設けてもよ
い。
第7図は、本発明の酸素富化器の好ましい実施
態様を模式的に例示したものであつて前記した如
き特徴を備えている。即ち中空糸状選択透過性質
21の集束体を収納しその両端部を接着剤層22
により接着シールし且つ中空糸を開口せしめた膜
モジユール23を備えている。この中空糸膜の中
空部に空気を供給され、中空糸の外側間隙部が減
圧手段24によつてある程度の真空に保持される
ことによつて、空気の一部が膜壁を透過して酸素
富化空気が得られる導管手段25等を介して取り
出される。この膜モジユールの下流側には中空糸
束の中空部から酸素貧化空気を吸引する第1送風
手段26が設けられており、それからの該酸素貧
化空気は減圧手段の冷却用に用いることができる
ようになつてい。また該膜モジユールの上流側に
はフイルター手段27を備え、さらにその上流に
は第2送風手段28を備えている。この第2送風
手段からの空気の一部はフイルター手段27を通
過した後膜モジユールに導入され、その他の空気
はバイパス手段29を通して減圧手段の冷却用に
用いられるようになつている。
本発明の酸素富化器において用いられる選択性
酸素透過膜の形状は中空糸状、管状、平膜状等の
いかなるものであつてもよく、特に中空糸状膜が
好ましい。尚これらの膜を用いた膜モジユールの
形態としては、例えば中空糸型、チユーブラー
型、平板積層型、スパイラル型等があり、中で中
空糸型、スパイラル型が本発明に適しており、特
に中空糸型が好ましい。また例えば医療用等の場
合には好ましくは30%以上、更に好ましくは35%
以上の酸素濃度の富化空気が必要とされ、そのた
めの該膜の酸素/窒素の選択性(酸素透過速度/
窒素透過速度)は少なくとも3、好ましくは3.5
以上、更に好ましくは3.8以上である。
本発明の富化器はコンパクトであることにその
特徴があるが、これを達成するには膜の透過性が
重要である。即ち本発明の膜の酸素透過速度は20
℃で測定し少なくとも2×10-5c.c./cm2・sec・cm
Hg、好ましくは5×10-5c.c./cm2・sec・cmHg以
上、更に好ましくは1×10-4c.c./cm2・sec・cmHg
である。
酸素透過速度が2×10-5c.c./cm2・sec・cmHg未
満の場合、透過性が小さいため富化器として必要
な富化空気量を得るには、膜面積を大きくせざる
を得ず、中空糸状膜形態であつてもモジユールの
容積は大きくなりコンパクトにはならない。
尚中空糸状膜の場合には、その中空糸の膜壁全
体が選択透過性能を有していてもよく、その内表
面又は該表面機能するようにしたものであつても
よい。特に内表面にその選択性能を付与した内面
膜の場合には、例えば界面重合膜のように高性能
が形成できて且つそれが破損しにくい利点があ
る。この様に中空部に原料空気を流通せしめるも
のであれば、中空部での圧力損失を低くおさえら
れる点でその内径として100μ以上、更には300μ
以上の範囲にあることが好ましい。
本発明において用いられる減圧手段は分離機能
部の裏面側空間部を減圧にし分離の駆動力となる
とともに、取出し口及び導管手段を通して酸素富
化空気を取出し、減圧手段の吐出ガスとして富化
空気を送出す働きをもつ。該減圧手段としては通
常電動機付の真空ポンプが好ましいが、場合によ
つてはブロアー等を用いることもできる。ポンプ
の種類としては、人の吸入に使うため、オイルな
どの微細粒子の混入しないものがよく、オイルレ
スタイプのポンプで、しかも騒音も小さく、耐久
性のあるものが好ましい。ポンプの能力として
は、必要とする富化空気量、酸素濃度、分離膜の
性能によつて大きく違つてくるが、例えば医療用
として酸素濃度35%以上、富化空気量6/分以
上分離膜としてその酸素、窒素の選択性が3.5の
場合のとき、絶対圧力270mmHgで6/分の流量
がでる性能以上のポンプが必要となる。
また本発明の酸素富化器において、温まつたポ
ンプを経て出てくる富化空気を冷却する手段を備
えていることが好ましく、その冷却手段としては
熱交換器を用いることができる。熱交換器におけ
る冷却媒体としては取り入れ空気が利用でき、富
化空気をとり入れ空気の温度近くまで冷却するに
は、コイル状のパイプ等の該熱交換器をとり入れ
空気のとり入れ口のすぐそばに置くのが好まし
く、その囲りが、真空ポンプの熱により温められ
にくいことが必要である。
さらに該酸素富化器では、この冷却手段により
冷却されて、酸素富化空気中の過剰の水分が凝縮
して発生した水を分離するため例えば円管状等の
水分離手段を有していることが望ましい。ここで
分離された水は、上記した冷却用のコイル状熱交
換器の表面に付したガーゼ等の水分保持機能部に
供給して、そこでた蒸発せしめることによつて冷
却効果を高めるのがよい。
さらに該酸素富化器においては、富化空気中の
NOx、SOx等の有害ガスや悪臭を除去するため
の例えば活性炭を充填したカラム、あるいは、富
化空気中の細菌を除くための除菌フイルターを設
置してもよく、これらは休止中に富化空気の導管
部分に細菌が入ることを防ぐ効果もある。また運
転時の異常を検知し、知らせる警報器類、時間
計、流量計、圧力計等の付属部品が設置されてい
てもよい。
また本発明の酸素富化器では、減圧手段と第
1、第2送風手段を1つの防音ボツクス内に収納
し、該富化器の外殻に設けられた空気の取入口か
ら該防音ボツクスの空気入口部までの流入空気の
流路と、該防音ボツクスの空気出口部から該富化
器の外殻に設けられた排出口までの排出空気の流
路の各々において1回以上、更に好ましくは3回
以上、特に好ましくは5回以上の屈曲回数を設け
ることや、その流路の内面に吸音材等をはりつけ
ることが騒音の発生を防ぐうえで望まれる。また
取入れる大気の温度が低い場合には、ヒーターの
取付や、ポンプの排熱を利用して空気を暖めた
り、暖められた排出すべき空気の一部を再び循環
利用して膜モジユールへ導入する空気の温度を一
定温度以上に保つようにしてもよい。
本発明の酸素富化器は、医療用あるいは体力回
復のため人の吸入に使用されるものであるが、こ
れに限らず、観賞用にも供し得る魚の飼育用水槽
への酸素の供給などその用途は広い。
[実施例]
第7図において示した如く、内径が700μ、外
径が1000μ、長さが約25cmの酸素選択透過性中空
糸膜7300本の集束体を収納した膜モジユールと第
1、第2のフアン、真空ポンプおよびフイルター
を備えた酸素富化器を組み立てた。尚その第1フ
アン及び第2フアンとして能力の異なるものを用
いて、第1表の条件になるようにして運転して、
そのフアン2基全体の消費電力を評価して第1表
の如き結果を得た。さらに比較例としてバイパス
を用いずにその流路をふさぎ且つ第1フアンを用
いずに第2フアンのみを押込み形式で用いた場合
について評価を行なつて得られた結果合わせて第
1表に示す。
[Field of Application of the Invention] The present invention uses a selective oxygen permeable membrane that allows oxygen to permeate at a higher rate than nitrogen. It concerns enrichers. In particular, the present invention provides an improved oxygen enricher using a hollow fiber selective oxygen permeable membrane. [Prior Art] In recent years, many patients have been suffering from respiratory system diseases such as asthma, emphysema, and chronic bronchitis, and oxygen inhalation is one of the most effective treatments for these diseases.
Oxygen inhalation is also effective for recovering physical strength after surgery or sports. However, the oxygen concentration used in this oxygen inhalation method is generally 50% or less, which is safer for long-term inhalation. As a so-called oxygen enricher for supplying oxygen-enriched air with an oxygen concentration of 50% or less for a long time,
A membrane enrichment device using a selective oxygen permeable membrane that allows oxygen to permeate at a higher rate than nitrogen has been proposed. The characteristics of oxygen enrichers using this membrane method are that the oxygen and nitrogen selectivity of the membrane is generally in the range of 2 to 5, so the oxygen concentration obtained by general air separation is 50% or less; Also, since the permeation of water vapor is greater than that of nitrogen, the enriched air obtained by passing through the membrane comes out humidified, so humidification is not required especially when inhaling oxygen-enriched air, and the membrane itself is an ultra-fine filter. The membrane type is a pressure reducing type. Oxygen enrichers can be said to be the best enrichers for medical use. By the way, the amount of oxygen-enriched air inhaled by the membrane method varies depending on the patient, but it is generally relatively large at 2/mm or more, and therefore the surface area of the selective oxygen permeable membrane needs to be large, making the device somewhat large. For ease of use, it is necessary to make the membrane module as compact as possible. In addition, such a membrane-type oxygen enricher usually requires not only air to be supplied to the surface side of the selective oxygen permeable membrane, but also a large amount of cooling air to cool the pressure reducing means such as a vacuum pump. The drawback is that flow resistance tends to increase when a large amount of cooling air flows through the membrane module. In particular, when the membrane module uses a hollow fiber bundle consisting of a hollow fiber selective oxygen permeable membrane, the air flow resistance is extremely large, requiring a large fan, resulting in large energy consumption and noise. Improvement was strongly desired. [Object and Structure of the Invention] The object of the present invention is to solve the above-mentioned drawbacks in membrane-type oxygen enrichers, and in particular, to provide an oxygen enricher using a hollow fiber-like selective oxygen permeable membrane with low energy consumption. The purpose is to provide a product that consumes less, is compact, and has low noise. As a result of intensive research to achieve this purpose, we have found that in addition to providing a bypass that does not pass through the membrane side and creating an air flow on the membrane side, we have also developed a method to at least create an air flow on the bypass. The present invention was achieved by discovering that it is effective to use another blowing means. That is, the present invention provides a membrane module having a plurality of arrays of separation functional parts each equipped with a selective oxygen permeable membrane;
In an oxygen enricher that maintains one side of the membrane in the membrane module at a certain degree of vacuum and is equipped with a depressurizing means for taking out oxygen-enriched air from there, air is placed on the other side of the membrane in the membrane module. Oxygen characterized by comprising a first blowing means for generating a flow, an air bypass means that does not pass through the other side of the membrane, and a second blowing means for generating a flow of air at least in the bypass means. It provides an enricher. Hereinafter, the present invention will be explained in more detail using the drawings. FIGS. 1 to 6 are schematic flow sheets showing embodiments of the oxygen enricher according to the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 schematically shows a membrane module having a large number of arrays of separation function parts equipped with a selective oxygen permeable membrane 10, and 2 represents one side of the selective oxygen permeable membrane in the membrane module. It is connected to the suction side of a pressure reducing means 4 for keeping the space at a certain level of vacuum. Further, 3 indicates a space on the other side of the membrane in the membrane module, and is located downstream of the first air blowing means. Reference numeral 6 denotes a second blowing means, which increases the capacity of the first blowing means by sending the air flowing in from the inlet of the enricher to the first blowing means, and also causes the air to flow into the bypass 7. . Bypass 7
The air that has passed through is combined with the oxygen-depleted air from the membrane module 1, passes around a pressure reducing means such as a vacuum pump in order to cool it, and is then discharged to the outside of the enricher. On the other hand, the oxygen-enriched air that has passed through the selective oxygen permeable membrane 10 is taken out by the pressure reducing means 4 and made available for use. The numbers in FIGS. 2-6 have the same meanings as in FIG. 1. FIG. 2 has a feature in which the second blowing means 6 is used exclusively for blowing air to the bypass 7. Third
The figure is characterized in that the first air blowing means 5 and the second air blowing means 6 are provided on the downstream side and are of a suction type.
Further, FIG. 4 is characterized in that the first air blowing means 5 is placed on the upstream side of the membrane module to be a push-in type, and the second air blowing means 6 is placed on the downstream side to be a suction type. In FIG. 5, the first blowing means is a suction type and the second blowing means 6 is a push type. Furthermore, FIG. 6 is characterized in that the air after passing around the pressure reducing means 4 is made to flow through the first blowing means 5 and the second blowing means 6. It goes without saying that the oxygen enricher of the present invention is not limited to those shown in FIGS. 1 to 6. As described above, the oxygen enricher of the present invention has an air bypass means in addition to introducing air into the space on the raw material gas distribution side (hereinafter referred to as the membrane surface side) in the separation function section housed in the membrane module. It is characterized by Note that the bypass means can also be provided in a part of the space within the membrane module. In addition, in the oxygen enricher of the present invention, the entire gas flow (i.e., the oxygen-depleted air and the air that has passed through the bypass from the membrane module) excluding the oxygen-enriched air or the entire gas flow discharged outside the enricher, excluding the oxygen-enriched air, It is characterized in that the entire flow of incoming air is used to cool the pressure reducing means. In the oxygen enricher of the present invention, in order to minimize concentration polarization on the membrane surface and increase separation efficiency, it is preferable that the amount of air fed to the membrane surface side is large.
A compact membrane module with a small space on the membrane surface side, especially a membrane module that uses hollow fibers as a selective permeation membrane, has a large flow resistance on the membrane surface side such as inside the hollow fibers, so it is difficult to use as a means of blowing air. This has the disadvantage that a large amount of noise is required, resulting in increased noise and power consumption. In that case, the amount of air supplied to the membrane surface side should be at least three times the amount of oxygen-enriched air50
It is preferably 4 times or more and 40 times or less, more preferably 5 times to 30 times. In addition, in such an oxygen enricher, it is necessary that the air volume for cooling the depressurizing means be larger than the air volume supplied to the membrane surface side, and in order to secure a flow path for the large amount of cooling air volume, a bypass is required. This means that a means has been established. Air flow rate through the bypass means
The ratio V B /V C between V B and the cooling air volume V C of the pressure reducing means is preferably 0.3 to 0.95, more preferably 0.5 to 0.90, and particularly preferably 0.65 or more. Incidentally, V B /V C means the ratio of the respective flow rates at the same pressure and temperature. By setting V B /V C within such a range, the oxygen enricher of the present invention can easily supply an appropriate amount of air to the membrane surface side, and the cooling air volume of the pressure reducing means is also very large. This is something that can be easily achieved. Furthermore, the oxygen enricher of the present invention has such a V B /V C
In order to ensure an air flow rate in the range of , in addition to the first blowing means for generating an air flow on the membrane surface side, a second blowing means capable of generating an air flow at least in the bypass means is provided. It is characterized by The second blowing means may be one that generates an air flow only in the bypass means, or may also be one that generates an air flow on the membrane surface side in order to supplement the first air flow. good. The first blowing means and the second blowing means may be positioned in any manner as long as they perform their respective functions, but in particular, one of them may be positioned in a push-in type as shown in FIG. 4 or FIG. The other type having the suction type has the advantage that it is easier to increase the flow of air on the membrane surface side, and the entire enrichment device can be made more compact, making it easier to reduce noise. The blowing means may be a fan, a blower, etc., and specific examples include a sirotsko turbo fan, an axial flow fan, and the like. Furthermore, a feature of the oxygen enricher of the present invention is that only the air flowing into the space on the membrane surface side passes through a filter means to remove dust, etc. contained in the air flowing into the space on the membrane surface side of the membrane module. That's what it's all about. A preferred location for such filter means is near the inlet of the module. As for the performance of such a filter, it is preferable to have a high dust collection rate in order to remove as much dust from the atmosphere as possible, but generally speaking, the higher the collection rate, the greater the pressure drop, so it is necessary to increase the capacity of the fan described above. This is undesirable because the noise and power consumption increase unavoidably. The performance of the filter is rated 2nd by the Japan Air Cleaning Association.
In accordance with the performance test method, tests were conducted using eight types of dust specified in JISZ8901, and the collection efficiency was evaluated.
70% or more, preferably 80% or more, more preferably
95% or more is used. When the collection efficiency is less than 70%, the flow rate of the membrane decreases rapidly. In addition to this filter means, a relatively coarse filter means may also be provided at the air intake port of the enricher. FIG. 7 schematically illustrates a preferred embodiment of the oxygen enricher of the present invention, which has the features described above. That is, a bundle of hollow fiber-like permselective properties 21 is housed, and both ends thereof are covered with an adhesive layer 22.
The membrane module 23 is adhesively sealed and has hollow fibers opened. Air is supplied to the hollow part of this hollow fiber membrane, and the outer gap part of the hollow fiber is maintained at a certain degree of vacuum by the pressure reducing means 24, so that a part of the air permeates through the membrane wall and becomes oxygen. Enriched air is removed via conduit means 25 or the like from which it is obtained. A first blowing means 26 is provided downstream of the membrane module for sucking oxygen-depleted air from the hollow part of the hollow fiber bundle, and the oxygen-depleted air can be used for cooling the pressure reducing means. I'm starting to be able to do it. Further, a filter means 27 is provided on the upstream side of the membrane module, and a second blowing means 28 is further provided upstream thereof. A part of the air from this second blowing means is introduced into the membrane module after passing through a filter means 27, and the other air passes through a bypass means 29 and is used for cooling the pressure reducing means. The selective oxygen permeable membrane used in the oxygen enricher of the present invention may have any shape such as hollow fiber, tubular, or flat membrane, and hollow fiber membranes are particularly preferred. The forms of membrane modules using these membranes include, for example, hollow fiber type, tubular type, flat plate laminated type, spiral type, etc. Among them, hollow fiber type and spiral type are suitable for the present invention. Thread type is preferred. For example, for medical purposes, it is preferably 30% or more, more preferably 35%.
Enriched air with a higher oxygen concentration is required, and the membrane's oxygen/nitrogen selectivity (oxygen permeation rate/
nitrogen permeation rate) of at least 3, preferably 3.5
above, more preferably 3.8 or above. The enricher of the present invention is characterized by its compactness, and to achieve this, the permeability of the membrane is important. That is, the oxygen permeation rate of the membrane of the present invention is 20
At least 2×10 -5 cc/cm 2・sec・cm measured in °C
Hg, preferably 5×10 -5 cc/cm 2・sec・cmHg or more, more preferably 1×10 −4 cc/cm 2・sec・cmHg
It is. If the oxygen permeation rate is less than 2×10 -5 cc/cm 2・sec・cmHg, the permeability is low, so in order to obtain the amount of enriched air necessary for an enricher, the membrane area must be increased. Even if the membrane is in the form of a hollow fiber, the volume of the module will be large and it will not be compact. In the case of a hollow fiber membrane, the entire membrane wall of the hollow fiber may have selective permeation performance, or the inner surface or the surface may have the function. In particular, in the case of an inner surface film that has selective properties on the inner surface, it has the advantage of being able to form a high performance film, such as an interfacial polymerized film, and being less likely to be damaged. If the material air is allowed to flow through the hollow part in this way, the inner diameter should be 100μ or more, or even 300μ, since the pressure loss in the hollow part can be kept low.
It is preferable to fall within the above range. The depressurizing means used in the present invention depressurizes the space on the back side of the separation function section and serves as the driving force for separation, and also takes out oxygen-enriched air through the outlet and the conduit means, and uses the enriched air as the discharge gas of the depressurizing means. It has the function of sending out. As the pressure reducing means, a vacuum pump with an electric motor is usually preferred, but a blower or the like may be used in some cases. As for the type of pump, it is preferable to use one that does not contain fine particles such as oil since it is used for human inhalation, and it is preferable to use an oil-less type pump that is low in noise and durable. The capacity of the pump varies greatly depending on the required amount of enriched air, oxygen concentration, and performance of the separation membrane. When the selectivity of oxygen and nitrogen is 3.5, a pump with a performance that can produce a flow rate of 6/min at an absolute pressure of 270 mmHg is required. Further, the oxygen enricher of the present invention preferably includes a means for cooling the enriched air coming out through the warm pump, and a heat exchanger can be used as the cooling means. Intake air can be used as a cooling medium in a heat exchanger, and in order to cool the enriched air to a temperature close to that of the intake air, the heat exchanger, such as a coiled pipe, should be placed right next to the intake air intake. It is preferable that the surrounding area is not easily heated by the heat of the vacuum pump. Furthermore, the oxygen enricher has a water separation means, such as a circular pipe, for separating water generated by condensation of excess moisture in the oxygen-enriched air cooled by the cooling means. is desirable. The water separated here is preferably supplied to a moisture retention function such as gauze attached to the surface of the above-mentioned coiled heat exchanger for cooling, and is evaporated there to enhance the cooling effect. . Furthermore, in the oxygen enricher,
For example, a column filled with activated carbon may be installed to remove harmful gases such as NOx and SOx and bad odors, or a sterilization filter may be installed to remove bacteria from the enriched air. It also has the effect of preventing bacteria from entering the air conduit. Further, accessory parts such as an alarm device, a time meter, a flow meter, a pressure gauge, etc., may be installed to detect and notify abnormalities during operation. Further, in the oxygen enricher of the present invention, the pressure reducing means and the first and second air blowing means are housed in one soundproof box, and the air intake port provided in the outer shell of the enricher is connected to the soundproof box. More preferably, at least once in each of the inflow air flow path to the air inlet and the discharge air flow path from the air outlet of the soundproof box to the outlet provided in the outer shell of the enricher. In order to prevent noise generation, it is desirable to bend the tube three or more times, particularly preferably five or more times, and to affix a sound-absorbing material or the like to the inner surface of the channel. In addition, if the temperature of the air being taken in is low, you can install a heater or use the exhaust heat of the pump to warm the air, or recirculate and reuse part of the warmed air that should be exhausted before introducing it into the membrane module. The temperature of the air used may be kept above a certain temperature. The oxygen enricher of the present invention is used for medical purposes or for human inhalation to recover physical strength, but is not limited to this, and can also be used for purposes such as supplying oxygen to fish tanks that can be used for ornamental purposes. It has a wide range of uses. [Example] As shown in Fig. 7, a membrane module containing a bundle of 7300 oxygen selectively permeable hollow fiber membranes each having an inner diameter of 700μ, an outer diameter of 1000μ, and a length of about 25cm, and the first and second An oxygen enricher was assembled with a fan, a vacuum pump and a filter. In addition, the first fan and the second fan have different capacities, and are operated under the conditions shown in Table 1.
The power consumption of the two fans as a whole was evaluated and the results shown in Table 1 were obtained. Furthermore, as a comparative example, we evaluated the case where the flow path was blocked without using a bypass and only the second fan was used in a push-in type without using the first fan, and the results obtained are shown in Table 1. .
【表】
[発明の効果]
本発明の酸素富化器は、真空ポンプ等の減圧手
段を冷却が確実に行なうことができるのでその減
圧手段の加熱の危険性が非常に少なく安全性に優
れている。また本発明では高流量の酸素富化空気
が容易に得られ、その運転時における消費電力が
少なくてすみ、また騒音の発生も防止しやすく、
さらに富化器全体をコンパクトにしやすい優れた
効果が得られる。[Table] [Effects of the Invention] The oxygen enricher of the present invention can reliably cool the pressure reducing means such as a vacuum pump, so there is very little risk of the pressure reducing means being heated, and it is highly safe. There is. In addition, in the present invention, a high flow rate of oxygen-enriched air can be easily obtained, the power consumption during operation is small, and the generation of noise can be easily prevented.
Furthermore, an excellent effect can be obtained in which the entire enrichment device can be easily made compact.
第1図〜第6図は本発明に係る酸素富化器の実
施態様を概略フローシートで例示したものであ
り、第7図は、本発明酸素富化器の特に好ましい
実施態様の1例を模式的に示したものである。
1 to 6 are schematic flow sheets illustrating embodiments of the oxygen enricher according to the present invention, and FIG. 7 shows an example of a particularly preferred embodiment of the oxygen enricher according to the present invention. It is shown schematically.
Claims (1)
数の配列を有する膜モジユールと、該膜モジユー
ルにおける該膜の一面側をある程度の真空に保ち
且つそこから酸素富化空気を取り出すための減圧
手段を具備した酸素富化器おいて、該膜モジユー
ルにおける該膜の他面側に空気の流れを生じさせ
るための第1送風手段、該膜の他面側を通過しな
い空気バイパス手段及び少なくとも該バイパス手
段において空気の流れを生じさせるための第2送
風手段を備えたことを特徴とする酸素富化器。 2 該膜の他面側を流通して生じた酸素富化空気
と該バイパス手段を流通した空気流れにより該減
圧手段を冷却するようにした特許請求の範囲第1
項記載の酸素富化器。 3 該膜の他面側に流入すべき空気流れと該バイ
パス手段に流入すべき空気流れにより該減圧手段
を冷却するようにした特許請求の範囲第1項記載
の酸素富化器。 4 該減圧手段を冷却するための空気の流量VC
に対する該バイパス手段を流通する空気流量VB
の比VB/VCが0.3〜0.95である特許請求の範囲第
1項記載の酸素富化器。 5 該膜モジユールの入口近くにフイルター手段
を備えた特許請求の範囲第1項記載の酸素富化
器。 6 分離機能部が、選択性酸素透過中空糸膜を用
いたものである特許請求の範囲第1項記載の酸素
富化器。[Claims] 1. A membrane module having a large number of arrays of separation functional parts each equipped with a selective oxygen permeable membrane, and one side of the membrane in the membrane module maintained at a certain degree of vacuum, and oxygen-enriched air is supplied from there. In an oxygen enricher equipped with a depressurizing means for taking out the membrane, a first blowing means for generating an air flow on the other side of the membrane in the membrane module, and a first air blowing means for generating an air flow on the other side of the membrane in the membrane module; An oxygen enricher comprising a bypass means and a second blowing means for producing an air flow at least in the bypass means. 2. Claim 1, wherein the pressure reducing means is cooled by the oxygen-enriched air flowing through the other side of the membrane and the air flowing through the bypass means.
Oxygen enricher as described in section. 3. The oxygen enricher according to claim 1, wherein the pressure reducing means is cooled by the air flow that should flow into the other side of the membrane and the air flow that should flow into the bypass means. 4 Flow rate of air for cooling the pressure reducing means V C
The air flow rate flowing through the bypass means for V B
The oxygen enricher according to claim 1, wherein the ratio V B /V C is 0.3 to 0.95. 5. An oxygen enricher according to claim 1, comprising filter means near the inlet of said membrane module. 6. The oxygen enricher according to claim 1, wherein the separation function section uses a selective oxygen permeable hollow fiber membrane.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14814786A JPS638204A (en) | 1986-06-26 | 1986-06-26 | Oxygen enriching apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14814786A JPS638204A (en) | 1986-06-26 | 1986-06-26 | Oxygen enriching apparatus |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS638204A JPS638204A (en) | 1988-01-14 |
| JPH0475841B2 true JPH0475841B2 (en) | 1992-12-02 |
Family
ID=15446314
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14814786A Granted JPS638204A (en) | 1986-06-26 | 1986-06-26 | Oxygen enriching apparatus |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS638204A (en) |
Families Citing this family (4)
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| US4881953A (en) * | 1988-09-15 | 1989-11-21 | Union Carbide Corporation | Prevention of membrane degradation |
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-
1986
- 1986-06-26 JP JP14814786A patent/JPS638204A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS638204A (en) | 1988-01-14 |
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