JP2005087937A

JP2005087937A - Ｐｓａガス分離装置

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Publication number: JP2005087937A
Application number: JP2003327331A
Authority: JP
Inventors: Kazukiyo Takano; 和潔高野
Original assignee: Sanyo Electronic Industries Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electronic Industries Co Ltd
Priority date: 2003-09-19
Filing date: 2003-09-19
Publication date: 2005-04-07
Anticipated expiration: 2023-09-19
Also published as: JP4409240B2

Abstract

【課題】 PSAガス分離装置の部品点数を削減し、組立工数の低減を図り、組立て性を改善する。
【解決手段】空気ポンプ9により送られるガスを吸着筒で濃縮して製品ガスを製品タンク23に得るPSAガス分離装置において、該製品タンクおよびガスを導通する複数のガス導通管をパターン化して内部に形成すると共に、該ガス導通管の一端を共通する側に導出して接続部を有するようにブロー成形により形成した合成樹脂製の平板状の樹脂構造体7を備え、この樹脂構造体のガス導通管の一端に吸着筒21,22、空気ポンプ9を接続すると共に、かつ空気ポンプや吸着筒に対するガスの流れを切替えるための切替え機構を有するユニット化されたガス流路切替器1をこの樹脂構造体7のガス導通管が集結した部分に接続して構成する。
【選択図】図2

Description

本発明は医療用酸素濃縮装置のようなPSAガス分離装置に係り、特にPSAガス分離装置の組立て、実装構造、及び組立て方法に関するものである。

空気を原料として酸素又は窒素を分離し、それを製品ガスとして利用するPSAガス分離装置が実用化されている。最近ではとりわけ、家庭用の医療酸素濃縮装置やポータブル式の酸素濃縮装置の用途が拡大している。
一般に、従来から周知のPSA方式酸素濃縮装置は、例えば特開昭59-199503号公報(特許文献1)に開示されているように、複数の吸着搭に原料である空気を導入し、夫々の吸着搭で加圧工程と吸着工程を順次繰り返して製品ガスを得る。この酸素濃縮装置には、複数の吸着搭の間、及び吸着搭と製品タンクの間を連結する配管に電磁弁を取り付け、この電磁弁により吸着搭へのガスの吸入や排出、及び製品タンクへの供給を制御している。

特開昭59-199503号公報

通常、酸素濃縮装置を組み立てるには、構成部品である吸着搭や製品タンク等を装置のフレームに固定すると共に、これらの部品を配管で連結し、また、配管の所望の箇所に電磁弁を付ける為の作業を行う必要がある。
しかしながら、配管を目的の場所に案内するための配管工数や、配管をこれらの部品の取付け作業にも工数がかかり、作業効率は良くなかった。また、吸着搭や製品タンク等の連結のために継ぎ手やエルボ等を用いるため部品点数も多くなっていた。また、部品への接続先となる配管の配置場所も集合化していないので、接続のための作業性も悪かった。
本発明の目的は、部品点数を削減し、組立工数の低減を図り、組立て性を改善したPSAガス分離装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、ガスの導通管及び部品をできだけ一体化し、かつマニホールド化を実現したPSAガス分離装置及び部品の実装構造体を提供することにある。

本発明は、空気ポンプにより送られるガスを吸着筒で濃縮して製品ガスを製品タンクに得るPSAガス分離装置に実装して用いられる樹脂構造体を例えばブロー成形により一体成形する。
好ましい例において、この樹脂構造体は、少なくとも該空気ポンプ及び吸着筒に対するガスの流れを切替えるための切替え機構を有するユニット化されたガス流路切替器を取り付けるための接続部と、少なくとも空気ポンプおよび吸着筒を取り付けるための接続口と、この接続部及び該接続口に連結し、配置された複数のガス導通管を内部の中空パターンとして設けた構成を成す。
この樹脂構造体に内蔵される部品として、好ましくは製品タンク及び消音器も併せて一体化して成形される。

この樹脂構造体は、好ましくはブロー成形により形成された合成樹脂製の平板状部材であり、上記接続部及び接続口は平板状部材の一方の面側に集合するようにガス導通管のパターンを案内して設けることにより、マニホールド化が実現される。吸着筒は、平板状の該樹脂構造体の一方の面側に垂直に取り付けられる。このように構成することにより、吸着筒やガス流路切替器などの部品を一方の面から取り付けることができるため、作業性が向上する。
上記ガス流路切替器は、樹脂構造体に設けられた接続部に対向する側にあってガスの流路を構成するガスポート部と、このガスポート部に取り付けられ、ガスの流路を切替える機構を備える可動機構部とを有する。一例では、この可動機構部は複数の電磁弁を有して構成される。

上記構成を持つ樹脂構造体を用いたPSAガス分離装置の組み立て製造方法は、ガスを導通する複数のガス導通管をパターン化して内部に形成すると共に、該ガス導通管の一端を、共通する側に導出して接続端を形成した平板状の樹脂構造体を用意するステップと、樹脂構造体のガス導通管の一端に吸着筒を接続するステップと、樹脂構造体のガス導通管の一端に空気ポンプを接続するステップと、少なくとも空気ポンプ及び吸着筒に対するガスの流れを切替えるための切替え機構を有するユニット化されたガス流路切替器を、樹脂構造体のガス導通管が集結した部分に接続するステップとを有して実現される。

本発明の他の好ましい構成において、樹脂構造体は、少なくとも1つの吸着筒と、製品タンクと、該吸着筒及び製品タンクに対するガスを送る複数のガス導通管とを内蔵して一体的に形成された平板状の樹脂構造体であって、この樹脂構造体の共通する面側には、吸着筒及び製品タンクに対するガスの流れを切替えるための切替え機構を有するユニット化されたガス流路切替器を接続するためにガス導通管が案内された接続部と、空気ポンプに接続するためのガス導通管の接続口とを備える。

この樹脂構造体を用いたPSAガス分離装置の組み立て製造方法は、上記の構成をした樹脂構造体を用意するステップと、樹脂構造体のガス導通管の一端に空気ポンプを接続するステップと、少なくとも空気ポンプと吸着筒に対するガスの流れを切替えるための切替え機構を有するユニット化されたガス流路切替器を、樹脂構造体のガス導通管が集結した部分に接続するステップとを有して実現される。
この例の樹脂構造体は、吸着筒や製品タンクまで内蔵して一体化しているので、部品点数を更に低減でき、装置の組立て工数が一層減り、作業性が向上する。

本発明によれば、PSAガス分離装置の部品点数を削減し、組立工数の低減を図り、組立て性が改善される。

図1は、本発明の一実施例が適用されるPSAガス分離装置の概略的な構成を示すフローシート図である。
図1において、PSAガス分離装置は、吸着剤を充填した2つの吸着筒21、22と、製品タンク23と、吸着筒21,22に混合ガスを供給するための空気ポンプ9と、消音器24を有する。そしてこれらの空気ポンプ9、吸着筒21,22の出口と入口、及び製品タンク23の入口、及び消音器とを接続してガスを流通する導通管5を備える。また、ガス導通管5の集結した場所にはガス流路切替器1が設けられる。ガス流路切替器1については、図4〜6を参照して後で詳細に説明されるが、主に複数の電磁弁41〜46を備えて構成される。31'〜37'はガス導通管5とそれぞれの電磁弁の接続端を示す。

矢印Xは混合ガスの供給方向、Yは製品ガスの取り出し方向、Zは排気ガスの排出方向を示す。PSAガス分離装置は減圧再生時、吸着筒から排気ガスを放出するとき騒音を発生するので消音器を接続する。
例えば、医療用酸素濃縮装置として使用される場合、空気から窒素を吸着して濃縮酸素を発生するために、吸着筒21,22には吸着剤として結晶ゼオライトを充填する。

図2は、一実施例によるPSAガス分離装置の分解斜視図を示す。図3に示す横断面図も併せて参照する。
この実施例においては、主に樹脂構造体7の構成に特徴がある。この樹脂構造体7は、ブロー成形により構成された合成樹脂製の平板状の樹脂構造体であり、その構成部品として、製品タンク23及び消音器24を一体的に成形する。またこれらの内部の構成部品及び外部の部品との間のガスの導通を行うために、複数のガス導通管51〜58がパターン化されて設けられる。樹脂構造体7には、外部の部品である吸着筒21,22及び空気ポンプ9と接続するために、ガス導通管51、53〜56、58の一端は接続口123〜128が形成される。更に、ガス流路切替器1と接続するために、ガス導通管51〜57の一端の接続口31'〜37'が共通の場所に集結してガス流路切替接続部30が形成される。即ち樹脂構造体7は、ガス導通管51〜57、製品タンク23、及び消音器24の部分が中空な平板状の樹脂構成体である。

この樹脂構造体7は、外部部品を搭載して接続するための実装支持体として機能する。
即ち、吸着筒21,22は、その接続口113,114が、樹脂構造体7に設けられた接続口123,124に直接差込んで接続され、その他方の接続口115,116はホース61,63を介して接続口125,126に接続される。図3からも理解されるように、吸着筒21,22は平板状の樹脂構造体7に垂直に立てて取り付けられる。空気ポンプ9は、その接続口111と樹脂構造体7の接続口121との間をホース64により接続して結合される。ホース64を適当に案内することにより空気ポンプ9を最適な場所に配置できる。また、製品タンク23からのガス導通管58の接続口128には、ホース62が接続され、利用者に供給される。

外部部品である吸着筒21,22、空気ポンプ9、及びガス流路切替器1等と接続するための接続口123〜128及び接続部30は平板状の樹脂構造体の一方の側に共通して設けられている。特にガス流路切替器1と接続するために関係するガス導通管の一端は接続部30に集中している。このため、外部部品をこの樹脂構造体7に取り付ける場合、樹脂構造体7の一方の面側からこれらの部品の取付け作業を行うことができ、作業性が向上する。

また、樹脂構造体7は、ブロー成形により内部の構成部品を一度に成形できるので生産性が向上する。更にガス導通管と製品タンク23や消音器24との連結も樹脂構造体7内で一括して成形されるので、従来それら連結に用いられた継ぎ手等の部品も不要となり、部品点数の削減もできる。

次に図4〜6を参照してガス流路切替器1の構成について説明する。
ガス流路切替器1は、吸着筒21,22、製品タンク23、空気ポンプ9、及び廃棄ガスを排出する消音器24間のガスの流れを切替える機能を有するものである。
この実施例では、ガスの流れを切替えるための複数の電磁弁41〜46及びガスポート部3を1つのユニットに集約して、ガス流路切替器1をユニット単位として樹脂構造体7の接続部30に取り付けられるような構成にした。

図5に示すように、電磁弁41〜46はガスポート部3にシール材60を介して固定される。各電磁弁41〜46は、電磁石コイル47、スプリング48、プランジャー49から構成され、これらのプランジャー49の可動により弁座40がガス流路の開閉を制御し、ガスの流れが切替えられる。
ガスの流路を切替える電磁弁41〜46を含む機構(駆動機構)に対して、ガスポート部3は、言わばステータ部である。図6に示すように、ガスポート部3には、図1のガス流路切替接続部30に示す接続口31'〜36'と対向する位置に孔31〜36が形成される。また、点線で示すように、関連する先の電磁弁と対応する位置のガスポート部の位置にはガスの流路(ガス導通管)が形成される。

この様に構成されたガス流路切替器1は、そのガスポート部3がシール材60(図3)を介して樹脂構造体7の接続部30に気密に取付け、固定される。尚、ここで、樹脂構造体7の上側面にある接続部30に対向する位置(樹脂構造体7の下側面)39の構成を内側に凹にした部分を設けたのは、接続部30の構造を強化し、樹脂構造体7の接続口とガスポート部3の間の気密性を良くするためである。

このように、樹脂構造体7に固定されたガス流路切替器1の電磁弁を適宜駆動することにより関連するガス導通管のガス流路が切替えられる。例えば図3に示すように、ガスポート部3および対応する電磁弁43、44の駆動により、ガス導通管53と57の間のガスの流路が切替え制御される。

上記したように、ガス流路切替器1をユニット化して樹脂構造体7に取り付ける構成とすることにより、電磁弁41〜46を各ガス導通管51〜57へ連結するための作業性を向上させることができる。
上述の様に構成された樹脂構造体7を用いてPSAガス分離装置の組立てに際しては、既にガス吸着材が充填された吸着筒21,22の接続口113,114を樹脂構造体7の接続口123,124に接合し、他端の115,116からホース61,63により接続口125,126に接続する。また、空気ポンプ9の接続口111はホース64を介して接続口121に接続する。樹脂構造体7の接続部30には、上述の構成のガス流路切替器1を接合する。製品タンク23から導かれるガス導通管58の接続口128にはホース62が接続され、利用者に供される。
この様に、樹脂構造体7に種々の部品が搭載された組立体は、装置の筐体に図示しないネジ機構により固定されて、装置が完成する。尚、空気ポンプ9も筐体の適当な場所に固定されることは言うまでもない。

図7は他の実施例によるPSAガス分離装置の構成を示す分解斜視図を示す。この例における樹脂構造体7は、吸着筒21,22までも含めて樹脂構造体7をブロー成形にて一体形成される。樹脂構造体7は上面と下面を有するほぼ平板状と言っても良く、上面と下面との間に中空部分を形成することにより、吸着筒21,22、製品タンク23、ガス導通管51〜58、消音器24を形成する。蓋25,26を取り付けるために、吸着筒21,22にはネジ溝27,28が形成される。

尚、接続部30に接続されるガス流路切替器1は、前述した図4〜6の構成と同様であるので説明は省略する。空気ポンプ9の接続も前述と同様である。
この例によれば、吸着筒21,22まで含めて内部部品化して樹脂構造体7に一体化したので、図1に示す吸着筒21,22の接続口113,123及び114,124が省略でき、また図2に示した吸着筒21,22の組立て作業が不要になる。

また、実質的にPSA分離装置を構成する吸着筒21,22および製品タンク23等を樹脂構造体7の平面に沿って形成しているので、装置全体が一層コンパクトになる。即ち図2に示す例では吸着筒21,22は樹脂構造体7の面に対して垂直に立てて実装されるので、装置の体積が大きくなるが、図7の例ではそれに比べて装置の体積は減る。

この樹脂構造体7のPSAガス分離装置としての組立ては、吸着筒21,22にガス吸着材を充填した後、蓋25,26を取付け、吸着筒21,22の接続口115,116にホース61,63を接続し、そのホースの他端を接続口125,126に接続して行われる。この様に構成した樹脂構造体7を装置の筐体に固定して組み立て作業は完了する。尚、ガス流路切替器1及び空気ポンプ9の接続は前述した例と同様である。
以上、好ましい実施例について説明したが、本発明は上記の例に限定されず、種々変形して実施され得る。
例えば図2の例で、ガス導通管51〜58の配管方向や長さ、消音器24や製品タンク23の大きさやその配置の位置を種々変更して実施し得る。

また、ガス流路切替器1はユニット化されていて、ユニット毎に樹脂構造体7に取り付けられることが重要であるが、このガス流路切替器1自体の構成は、図4〜6に示したものに限定されずに種々変形され得る。電磁弁の数の多い実施例であれば、ガス流路切替器1のユニットを複数に分割してもよい。ガスの流路を切替え制御するために、電磁弁を用いているが、電磁弁以外の他の駆動機構によりガスの流路の開閉制御ができるものがあれば、それを用いてもよい。
さらに、図2に他の変形例がある。図2の例では、製品タンク23及び消音器24を、樹脂構造体7に内蔵される部品として形成した。しかし本発明の権利範囲を逃れるために、これらの部品のうち一方または両方とも内蔵させずに外付けの部品として構成するかも知れない。この場合、外付けの部品点数は増え、組立て作業性は悪くなるが、本発明の趣旨の範囲内である。

さらに、図7の変形例に関しても、同様にガス導通管51〜58の配管方向や長さ、吸着筒21,22、消音器24や製品タンク23の大きさやその配置の位置を種々変更して実施し得る。
また、図2及び7の例では、吸着筒を2つ設ける例について説明したが、吸着筒の数はこれに限定されず、3個以上でもよい。また、装置のコンパクト化及び低価格化の要望に応えるために、吸着筒を1つにしても良い。

上記のPSAガス分離装置は、医療用の酸素濃縮装置に適用されるだけでなく他の用途に供される。この場合、吸着筒に充填するガス吸着材を用途に応じて変える。

一実施例によるPSAガス分離装置のフローシートを示す図一実施例によるPSAガス分離装置の構成を示す分解斜視図一実施例による構成を示す断面図一実施例によるガス流路切替器の斜視図一実施例によるガス流路切替器の断面図一実施例によるガス流路切替器のポート部のガス流路関係を示す図他の実施例によるPSAガス分離装置の構成を示す分解斜視図

符号の説明

1 ガス流路切替器
3 ガスポート部
4 ガス導通部
5 ガス導通管
7 樹脂構造体
8 モータ
9 空気ポンプ
21,22 吸着筒
23 製品タンク
24 消音器
25,26 蓋
27,28 ネジ
29 吸着剤
30 ガス流路切替接続部
40 弁座
41〜46 電磁弁
47 電磁石コイル
48 スプリング
49 プランジャー
50 継ぎ手
51〜57 導通管
60 シール材
61〜64 ガス導通管(ホース)

Claims

空気ポンプにより送られるガスを吸着筒で濃縮して製品ガスを製品タンクに得るPSAガス分離装置において、該空気ポンプ、該吸着筒に対するガスの流れを切替えるための切替え機構を有するユニット化されたガス流路切替器と、ガスを導通する複数のガス導通管を形成した樹脂構造体であって、該ガス導通管の一端は、少なくとも該空気ポンプ、該吸着筒、及び該ガス流路切替器を接続するための接続部を該構造体の共通する側に導かれて形成されることを特徴とするPSAガス分離装置。
前記樹脂構造体は、内部にガス導通管がパターン化して配置された平板状の支持体であり、ブロー成形によりより形成された合成樹脂製の樹脂構造体であることを特徴とする請求項1記載のPSAガス分離装置。
複数の吸着筒が、平板状の該樹脂構造体の一方の面側に垂直に取り付けられることを特徴とする請求項1又は2記載のPSAガス分離装置。
該樹脂構造体には、該ガス導通管に接続されて消音器が設けられることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のPSAガス分離装置。
該樹脂構造体には、該ガス導通管に接続されて製品タンクが設けられることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のPSAガス分離装置。
前記ガス流路切替器は、該樹脂構造体に設けられた接続部に対向する側にあってガスの流路を構成するガスポート部と、該ガスポート部に取り付けられ、ガスの流路を切替える機構を備える可動機構部とを有することを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載のPSAガス分離装置。
前記可動機構部は、複数の電磁弁を有して構成さけることを特徴とする請求項6記載のPSAガス分離装置。
空気ポンプにより送られるガスを吸着筒で濃縮して製品ガスを製品タンクに得るPSAガス分離装置の実装に用いられる樹脂構造体であって、少なくとも該空気ポンプ及び該吸着筒に対するガスの流れを切替えるための切替え機構を有するユニット化されたガス流路切替器を取り付けるための接続部と、少なくとも該空気ポンプおよび該吸着筒を取り付けるための接続口と、該接続部及び該接続口に連結し、配置された複数のガス導通管を内部の中空パターンとして設けたことを特徴とする合成樹脂製の樹脂構造体。
前記樹脂構造体は平板状の構造体であり、前記接続部及び接続口が平板状の一方の面側に集合するように該ガス導通管のパターンを案内して設け、更に該ガス導通管に接続された製品タンクを内蔵して構成されることを特徴とする請求項8記載の樹脂構造体。
前記樹脂構造体は平板状の構造体であり、前記接続部及び接続口が平板状の一方の面側に集合するように該ガス導通管のパターンを案内して設け、更に該ガス導通管に接続された消音器を含んで構成されることを特徴とする請求項8又は9記載の樹脂構造体。
空気ポンプにより送られるガスを吸着筒で濃縮して製品ガスを製品タンクに得るPSAガス分離装置において、少なくとも1つの吸着筒と、製品タンクと該吸着筒及び製品タンクに対するガスを送る複数のガス導通管とを内蔵して形成された平板状の樹脂構造体であって、該樹脂構造体の共通する面側には、該吸着筒及び製品タンクに対するガスの流れを切替えるための切替え機構を有するユニット化されたガス流路切替器を接続するために該ガス導通管が案内された接続部と、空気ポンプに接続するための該ガス導通管の接続口とを備え、かつ、該樹脂構造体のガス導通管の接続口に接続される空気ポンプと、該樹脂構造体の接続部に接続されるガス流路切替器とを有することを特徴とするPSAガス分離装置
前記樹脂構造体は、ブロー成形により形成された合成樹脂の構造であることを特徴とする請求項11記載のPSAガス分離装置。
該樹脂構造体には、更に該ガス導通管に接続されて消音器が形成されることを特徴とする請求項11又は12記載のPSAガス分離装置。
空気ポンプにより送られるガスを吸着筒で濃縮して製品ガスを製品タンクに得るPSAガス分離装置の実装に用いられる樹脂構造体であって、少なくとも1つの吸着筒と、製品タンクと、該吸着筒及び製品タンクに対するガスを送る複数のガス導通管とを内蔵して一体的に形成された平板状の構造体であって、該樹脂構造体の共通する面側には、該吸着筒及び製品タンクに対するガスの流れを切替えるための切替え機構を有するユニット化されたガス流路切替器を接続するために該ガス導通管が案内された接続部と、空気ポンプに接続するための該ガス導通管の接続口とをそなえることを特徴とする樹脂構造体。
空気ポンプにより送られるガスを吸着筒で濃縮して製品ガスを製品タンクに得るPSAガス分離装置の組み立て製造方法において、ガスを導通する複数のガス導通管をパターン化して内部に形成すると共に、該ガス導通管の一端を、共通する側に導出して接続端を形成した平板状の樹脂構造体を用意するステップと、該樹脂構造体のガス導通管の一端に吸着筒を接続するステップと、該樹脂構造体のガス導通管の一端に空気ポンプを接続するステップと、少なくとも該空気ポンプ及び該吸着筒に対するガスの流れを切替えるための切替え機構を有するユニット化されたガス流路切替器を、該樹脂構造体のガス導通管が集結した部分に接続するステップとを有することを特徴とするPSAガス分離装置の組み立て方法。
更に製品タンクおよび消音器を内蔵の部品として備える前記樹脂構造体を用意することを特徴とする請求項15記載の組み立て製造方法。
空気ポンプにより送られるガスを吸着筒で濃縮して製品ガスを製品タンクに得るPSAガス分離装置の組み立て製造方法において、少なくとも1つの吸着筒と、製品タンクとを内蔵すると共に、該吸着筒及び製品タンクに対するガスを送る複数のガス導通管をパターン化して内蔵し、該ガス導通管の一端は共通する側に導出して接続端を形成した平板状の樹脂構造体を用意するステップと該樹脂構造体のガス導通管の一端に空気ポンプを接続するステップと該空気ポンプ、該吸着筒に対するガスの流れを切替えるための切替え機構を有するユニット化されたガス流路切替器を、該樹脂構造体のガス導通管が集結した部分に接続するステップとを有することを特徴とするPSAガス分離装置の組み立て製造方法。