JP2008115029A - 酸素富化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的に簡単な構造の磁界発生手段で、酸素分子を収率良く捕捉吸引出来ると共に小容量から大容量まで又は高濃度酸素含有の酸素富化空気を製造する酸素富化装置とすることを課題とする
【解決手段】 磁極に対して、常磁性体の酸素分子は反対極に磁化して磁極に吸引され反磁性体である窒素分子は同極に磁化して磁極から排斥される性質があことと、強磁性の四角柱状リターンヨークと該四角柱状リターンヨークの内面中央位置に磁界発生手段及び磁路ギャップを有する強磁性の反対磁化磁極対を配設した磁界発生手段とし、取入外気下流側であって前記反対磁化磁極対側面に密着すると共に前記磁路ギャップに開口部を有する非磁性の酸素富化空気取入手段と該酸素富化空気取入手段に連通接続する酸素富化空気供給手段と前記反対磁化磁極対の取入外気下流側に窒素富化空気排出手段を配設する。
【選択図】 図６

Description

本発明は、磁界を利用した酸素富化空気を作る酸素富化装置に関する。

標準大気圧における空気中に含まれる酸素ガスの重量百分率濃度は、約21パーセントであってヘンリーの法則に従った酸素ガスの分圧に比例して水中に溶解することは広く知られており、有機性廃水の活性汚泥法その他の好気性生物処理法における曝気処理には大量の空気を必要とするので、従来多大な曝気用動力費を必要としていた。さらに、高濃度有機性廃水を活性汚泥法その他の好気性生物処理法により処理する上で、酸素の溶解度及び溶解速度に限界があるために処理可能な有機質濃度にもおのずと限界があった。高濃度有機性廃水を好気性生物酸化処理を可能とすると共に多大な電力消費を低減する方法として超深層曝気方式が考案されたが、空気中には約7９%の窒素を含むため活性汚泥等の浮遊粒子に窒素ガス微粒子が付着することによる生物処理液輸送及び固液分離操作への障害の原因となっていた。そこで、液体酸素による酸素ガスを曝気に使用することが行われていたが、空気から液体酸素を製造するためには空気を約２００気圧程度での数段回の圧縮と放熱を繰り返し行うことが必要であると共に製造工場立地から消費地への輸送を必要としており、多大の動力費と輸送費を必要としている。又、燃焼装置及び内燃機関の技術分野においては、空気中の含有酸素濃度が２１％よりも上昇すれば、送風機の大きさもより小型化すると共に動力費も低減すると共に二酸化炭素排出量も低減出来る。又、液体酸素及び液体窒素製造においても同様である。そこで、燃焼用空気供給手段で超電動コイルにより酸素と窒素の磁化率の違いを利用して酸素富化空気が作られることを開示している（例えば、特許文献１参照。）。又、ローターを内蔵したケーシングの内部空間に磁界を発生する磁界発生手段を設けていることが開示されている（例えば、特許文献２参照。）。又、燃焼機器の空気取り入れ部に電磁コイルを設けた酸素富化装置を接続していることが開示されている (例えば、特許文献３参照。)。又、リング状磁石の同軸中心位置に導磁材を配設して酸素富化空気を作る方法が開示されている（例えば、特許文献４参照。）。又、酸素富化膜で形成した箱状体又は袋状体に電磁石を収納して酸素富化空気を作る方法が開示されている(例えば、特許文献５参照。)。そして又、有機性廃水を好気性生物酸化処理する技術分野において、電磁石又は永久磁石を用いて、酸素及び窒素分子の物理的特性を利用した装置が出願されている（例えば、特許文献６）。

特開平１−２２８５６３ 特開平９−１９４２０１ 特開２０００−０５４９２２ 特開２００１−３４８２０８ 特開２００３−１１２９０８ 特開２００５−１１８７３１

標準大気圧における空気中に含まれる酸素ガスの重量百分率濃度は約21パーセントであるが、好気性生物処理における曝気操作又は各種燃焼における給気操作において空気中の酸素ガスの含有割合を大きくすることが出来れば、前記曝気操作においては消費電力費の低減、酸素溶解度の向上および処理効率の向上と、前記給気操作においては消費電力費の低減、燃焼効率の向上が期待できる。そこで、空気中の含有成分の大部分を占める窒素と酸素の磁気的性を有効に利用することが課題である。

又、酸素富化装置の空気流路抵抗を低減することも課題である。

又、比較的に簡単な構造で高磁束密度分布の磁界発生手段とすることも課題である。

又、電磁石コイルの冷却を効率良くすることも課題である。

又、酸素富化空気を収率良く捕捉することも課題である。

又、大容量の要求に対応出来ることも課題である。

又、高濃度酸素を含有する酸素富化空気を製造することも課題である。

そして又、製造費を低減することも課題である。

本発明は、上記目的を達成するため、以下に記載されるような技術構成とする。本発明に係る第一の態様は、リターンヨークと該リターンヨークの内面中央位置に電磁コイル及び磁路ギャップを有する強磁性の反対磁化磁極対を配設した磁界発生手段とし、取入外気下流側であって前記反対磁化磁極対側面に密着すると共に前記磁路ギャップに開口部を有する非磁性の酸素富化空気取入手段と該酸素富化空気取入手段に連通接続する酸素富化空気供給手段と前記反対磁化磁極対の取入外気下流側に窒素富化空気排出手段を配設する。尚、前記磁界発生手段及び磁路ギャップを有する強磁性の反対磁化磁極対を配設した磁界発生手段の配設位置は前記リターンヨークの内面中央位置とすることが機能面では最良であるが偏った位置に配設することも可能である。

又、前記酸素富化空気取入手段の酸素富化空気取入口を四角断面形状とする。

又、磁界発生手段と酸素富化空気供給手段を空気流の前後に配設した組合せを二組以上並列に配設して酸素富化空気合流手段に連通接続する。

又、本発明に係る第二の態様は、同一の磁界発生手段を用いた反対磁化磁極対においては磁極距離が小さい程磁力は大きいく、反対に磁極距離が大きい程磁力は小さいので、磁力低減による磁路ギャップ域からの酸素富化空気の離脱を容易にするために磁路ギャップを有する四角状断面反対磁化磁極対の空気流下流側へ向かって該四角状断面反対磁化磁極対における磁路ギャップの所要の割合をテーパー拡大磁路ギャップとすることにより磁束密度分布を漸減すると共に磁束分布低減域において窒素富化空気の流入を防ぐために前記四角状断面反対磁化磁極対空気流下流側面に密着して配設する四角状断面酸素富化空気流入口の外縁に前記テーパー拡大磁路ギャップを有する磁極対面を被覆する。

又、本発明に係る第三の態様は、より高い酸素含有濃度の酸素富化空気の要求に対して、四角柱状のリターンヨークの空気流下流側開口部を非磁性の板状蓋で密閉したものを第一段目の単位酸素富化装置とし、空気流上下流側開口部を非磁性の板状蓋で密閉したものを第二段目以降の単位酸素富化装置として所要の段数で直列接続した酸素富化装置であって、第一段目の酸素富化空気取入手段を第二段目の空気流上流側の前記板状蓋に連通接続し、所要の段数に応じて順次同様に連通接続し、最終段目の酸素富化空気取入手段を酸素富化空気供給手段に連通接続し、前記各単位酸素富化装置の空気流下流側開口部の前記板状蓋に窒素富化空気排出手段を配設する。

又、本発明に係る第四の態様は、第三の態様と同様に、より高い酸素含有濃度の酸素富化空気の要求に対して、強磁性のコの字状、C字状又は馬蹄形状リターンヨークの両端にお互い反対に磁化した四角状断面磁極と磁界発生手段を配設したもの二組で二組の磁路ギャップを形成すると共に、該磁路ギャップを形成して相対する磁極はお互いに反対に磁化された磁極対としていて、空気流上流側の前記磁極対と磁界発生手段を密閉するために空気流上流側を開口した箱体を配設すると共に空気流下流側の前記磁極対と磁界発生手段を密閉するために箱体を配設した二段直列接続酸素富化装置であって、第一段目の酸素富化空気取入手段を第二段目の空気流上流側の前記板状蓋に連通接続し、二段目の酸素富化空気取入手段を酸素富化空気供給手段に連通接続し、前記箱体の前記板状蓋に窒素富化空気排出手段を連通接続する。

又、本発明に係る第五の態様は、流入空気で電磁石の電磁コイルを冷却するために、酸素富化装置設置室の外気取入口から磁界発生手段位置まで外気導入ダクトを配設することも出来る。

そして又、本発明に係る第六の態様は、磁界発生手段を電磁石とした二台以上の単位酸素富化装置を並列接続した酸素富化装置において、各電磁石の電源を所定の順番及び所要の時間間隔で入り切りする各スイッチと各単位酸素富化装置の各酸素富化空気取入手段に前記スイッチの入り切りに連動して開閉する酸素富化空気流路開閉手段を配設することも出来る。

そして又、本発明に係る第七の態様は、磁界発生手段を永久磁石とした二台以上の単位酸素富化装置を並列接続した酸素富化装置において、各単位酸素富化装置の各酸素富化空気取入手段に所定の順番及び所要の時間間隔で開閉する酸素富化空気流路開閉手段を配設することも出来る。

そして又、本発明に係る第八の態様は、強磁性のリターンヨークと該リターンヨークの内面中央位置に電磁コイル及び磁路ギャップを有する強磁性の反対磁化磁極対を配設すると共に前記リターンヨークの両端位置に電磁コイルを配設した磁界発生手段とすることにより、全電磁コイルの合計中心軸方向巻き数を大きくすることが出来るので半径方向巻き数が小さくなる。そして、取入外気下流側であって前記反対磁化磁極対側面に密着すると共に前記磁路ギャップに開口部を有する非磁性の酸素富化空気取入手段と該酸素富化空気取入手段に連通接続する酸素富化空気供給手段と前記反対磁化磁極対の取入外気下流側に窒素富化空気排出手段を配設する
（作用）

上記課題解決手段の第一の態様による作用は次のようである。即ち、強磁性のリターンヨークと該リターンヨークの内面中央位置に電磁コイル及び磁路ギャップを有する強磁性の反対磁化磁極対を配設した磁界発生手段とし、取入外気下流側であって前記反対磁化磁極対側面に密着すると共に前記磁路ギャップに開口部を有する非磁性の酸素富化空気取入手段と該酸素富化空気取入手段に連通接続する酸素富化空気供給手段と前記反対磁化磁極対の取入外気下流側に窒素富化空気排出手段を配設する。前記磁路ギャップを有する反対磁化磁極対と前記リターンヨークで構成する磁路において磁力線はN極から前記磁路ギャップを経てS極へ向い前記リターンヨークを通り前記N極へ戻る。前記磁力線の循環作用は絶えず常に生起している。又、強磁性体に求められる特性としては高透磁率で飽和磁束密度が高く電気抵抗が高いことが求められる。又、飽和磁束密度に達することを回避する為には磁極及びリターンヨークの断面積は出来るだけ大きい程効果的である。そして、磁極の直近に来た常磁性体の酸素分子は磁界発生手段の磁極と対向した側が磁極と反対の磁極に磁化して前記磁界発生手段の磁極方向に吸引力を受けると共に反磁性体である窒素分子は前記磁界発生手段の磁極と対向した側が磁極と同じ磁極に磁化して前記磁界発生手段の磁極の反対方向に反発力を受ける。

酸素富化空気取入手段の酸素富化空気取入口を四角断面形状とすることにより、磁路ギャップを通過する酸素富化空気のほとんど全てが前記酸素富化空気取入口に流入する。

又、大容量の酸素富化装置とするためには、磁界発生手段と酸素富化空気取入手段を空気流の前後に所要の間隔とした組合せを二組以上並列に配設してマニホールドチャンバーを経由してブロワー等に通連接続することにより、各単位酸素富化装置間の流量差を小さくする。

磁界発生手段としては、電磁石、超伝導型電磁石又は永久磁石の何れでも使用出来るが、高濃度の酸素富化空気を得るためには超電導電磁石が最も効果的で次に電磁石が良く、永久磁石が最も劣る。しかし、これらの選択に当たっては必要度と経済性を考慮すべきである。

又、上記課題解決手段の第二の態様による作用は次のようである。即ち、平行で比較的に磁束密度が大きな磁路ギャップによって捕捉した酸素分子はテーパー拡大する磁路ギャップによって、磁路ギャップからの酸素分子の離脱を容易にして酸素富化空気流入口へ容易に流入する。又、前記四角状断面反対磁化磁極対空気流下流側面に密着して配設する四角状断面酸素富化空気流入口の外縁に前記テーパー拡大磁路ギャップを有する磁極対面を被覆することにより、磁束分布低減域において窒素富化空気の流入を防ぐ。

又、上記第三の課題解決手段による作用は次のようである。単位酸素富化装置を直列接続することにより、第一段目の単位酸素富化装置に流入するのは外気であるが第二段目の単位酸素富化装置に流入するのは前記第一段目の酸素富化空気である為に第二段目の酸素富化空気取入手段へ流入する酸素富化空気の酸素含有濃度は第一段目の酸素富化空気取入手段へ流入する酸素富化空気の酸素含有濃度よりも大きくなる。従って、第三段目以降においては酸素富化空気取入手段へ流入する酸素富化空気の酸素含有濃度はさらに大きくなる。

又、上記第四の課題解決手段による作用は第三の課題解決手段による作用と同様である。

又、上記第五の課題解決手段による作用は、外気吸入口から導入された新鮮外気は外気導入ダクトで酸素富化装置の磁界発生手段位置まで送気される。

又、上記第六の課題解決手段による作用は、磁界発生手段を電磁石とした二台以上の単位酸素富化装置を並列接続した酸素富化装置において、第一単位酸素富化装置の電磁石電源を「入り」にすると磁路ギャップ及び磁極付近には酸素分子が磁力吸引され、窒素分子は磁力排斥される。前記第一単位酸素富化装置の電磁石電源が「入り」のタイミングでは第二単位酸素富化装置の電磁石電源は「切り」の状態で、酸素富化空気流路開閉手段は前記第一単位酸素富化装置においては「閉」の状態で前記第二単位酸素富化装置においては「開」の状態となっている。又、第二単位酸素富化装置の電磁石電源を「入り」にすると磁路ギャップ及び磁極付近には酸素分子が磁力吸引され、窒素分子は磁力排斥される。前記第二単位酸素富化装置の電磁石電源が「入り」のタイミングでは第一単位酸素富化装置の電磁石電源は「切り」の状態で、酸素富化空気流路開閉手段は前記第二単位酸素富化装置においては「閉」の状態で前記第一単位酸素富化装置においては「開」の状態となっている。従って、電磁石電源が「切り」の状態で酸素富化空気流路開閉手段が「開」の状態にある単位酸素富化装置の磁路ギャップ及び磁極付近に存在する酸素富化空気は、酸素富化空気供給手段で吸引され酸素富化空気取入口から取り入れられる。上記説明では二台の単位酸素富化装置で説明したが、さらに第三、第四、第五 ------単位酸素富化装置を並列接続して各酸素富化空気流路開閉手段を各タイミングで「開」にする台数及び「閉」にする台数の選択は任意とすることが出来る。

又、上記第七の課題解決手段による作用は、磁界発生手段を永久磁石とした二台以上の単位酸素富化装置を並列接続した酸素富化装置において、単位酸素富化装置の磁路ギャップ及び磁極付近には酸素分子が磁力吸引され、窒素分子は磁力排斥される。そこで、第一単位酸素富化装置の酸素富化空気流路開閉手段を「開」の状態とし、第二、第三、 ------単位酸素富化装置の酸素富化空気流路開閉手段を「閉」の状態としたタイミングでは、前記第一単位酸素富化装置の磁路ギャップ及び磁極付近に在った高濃度酸素富化空気が酸素富化空気取入手段へ流入するが、次第に低濃度酸素富化空気となるタイミングで第二単位酸素富化装置の酸素富化空気流路開閉手段を「開」の状態とし、第三、第四、 ------第一単位酸素富化装置の酸素富化空気流路開閉手段を「閉」の状態とする。このように順次所要の順序及び所定の時間間隔で酸素富化空気流路開閉手段を「開」、「閉」することにより高濃度酸素富化空気を酸素富化空気取入手段へ常時流入させることが出来る。上記においては各タイミングにおける「開」の状態にある単位酸素富化装置の酸素富化空気流路開閉手段は一台で説明したが、必要に応じて二台以上とすることも出来ると共に各タイミングにおける「閉」の状態にある単位酸素富化装置の酸素富化空気流路開閉手段は一台で説明したが、必要に応じて二台以上とすることも出来る。

又、上記第八の課題解決手段による作用は、強磁性のリターンヨークと該リターンヨークの内面中央位置に電磁コイル及び磁路ギャップを有する強磁性の反対磁化磁極対を配設すると共に前記リターンヨークの両端位置に電磁コイルを配設した磁界発生手段とし、取入外気下流側であって前記反対磁化磁極対側面に密着すると共に前記磁路ギャップに開口部を有する非磁性の酸素富化空気取入手段と該酸素富化空気取入手段に連通接続する酸素富化空気供給手段と前記反対磁化磁極対の取入外気下流側に窒素富化空気排出手段を配設する。前記磁路ギャップを有する反対磁化磁極対と前記リターンヨークで構成する磁路において磁力線はN極から前記磁路ギャップを経てS極へ向い前記リターンヨークを通り前記N極へ戻る。前記磁力線の循環作用は絶えず常に生起している。そして、磁極の直近に来た常磁性体の酸素分子は磁界発生手段の磁極と対向した側が磁極と反対の磁極に磁化して前記磁界発生手段の磁極方向に吸引力を受けると共に反磁性体である窒素分子は前記磁界発生手段の磁極と対向した側が磁極と同じ磁極に磁化して前記磁界発生手段の磁極の反対方向に反発力を受ける。

本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を発揮する。

第一の態様による効果は、酸素富化空気取入口を磁路ギャップに開口すると共に窒素富化空気流域の流路断面積を十分確保出来るので空気抵抗又は動力損失を低減出来る。

又、強磁性体の四角柱状のリターンヨークと磁路ギャップを有する反対磁極対で磁気回路を構成することにより、漏れ磁束を少なくすると共に前記強磁性体の四角柱状リターンヨークの中を磁化線が通り易くなり、該強磁性体の四角柱状リターンヨークを通った磁化線が再び磁極に導かれ、磁界発生手段が電磁石の場合は、反対磁極対間の磁束密度を増幅して大きくする効果を発揮する。

又、磁界発生手段が電磁石の場合は、電磁コイルの冷却手段を特に配設することなく、酸素富化空気供給手段と窒素富化空気排気手段による吸入外気により空冷出来るので、省エネルギー効果を発揮する。

又、構造が簡単であると共にブロワ―、燃焼炉、ボイラー、エンジン、液体酸素製造装置又は液体窒素製造装置等に簡単に連通接続することが出来る。

又、二台以上の単位酸素富化装置の酸素富化空気供給管をマニホールドチャンバーに連通接続することで、大容量酸素富化空気供給の要求に簡単に応じられる。

第二の態様による効果は、磁路ギャップを形成する反対磁化磁極対の距離は、酸素分子吸引力を大きくするためには小さい程効果的であるが、磁路ギャップから酸素分子を離脱し易くする為には大きい程効果的である。ところが、磁路ギャップをテーパー拡大すると酸素富化空気流入口へテーパー拡大磁路ギャップの周囲窒素富化空気が流入するので前記テーパー拡大磁路ギャップを被覆することにより周囲窒素富化空気が流入を防止することが出来る。

第三の態様による効果は、単位酸素富化装置を簡単に直列接続することにより高濃度酸素富化装置とすることが出来る。

第四の態様による効果は、単位酸素富化装置自体が直列接続形態の酸素富化装置であって、第一の態様と同様の効果を発揮すると共に直列接続形態であるために高濃度酸素富化装置とする事が出来る。そして、前記単位酸素富化装置を直列接続することにより、さらに高濃度酸素富化装置とすることが出来る．

第五の態様による効果は、酸素富化装置設置室の外気取入口から酸素富化空気取入口まで外気導入ダクトを配設することにより、電磁石の電磁コイルを必然的に空気流に配置することが出来るので、他に冷却手段を求めることなく前記電磁コイルを冷却することが出来る。

第六の態様による効果は、酸素分子が磁力吸引される磁力抵抗が無い状態で酸素富化空気を酸素富化空気取入口へ取り入れることが出来るので酸素濃度の高い酸素富化空気とすることが出来る。

第七の態様による効果は、永久磁石においては磁路ギャップ及び磁極付近に酸素分子を吸引する磁力及び窒素分子を排斥する磁力が弱いが、各単位酸素富化装置の磁路ギャップ及び磁極付近を所要の時間空気流が無い状態にすることにより前記磁路ギャップ及び磁極付近では高濃度酸素富化空気とすることが出来る。

第七の態様による効果は、同一電圧及び同一コイル線径において、同一磁束密度とするに必要な電磁コイルの外径を小さくすることが出来るので電磁コイルの温度上昇は小さくすることが出来るので装置の耐用年数を長くすることが出来る。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図１３に基づいて説明する。

第一の実施例を示す図１、図２、図３において、酸素富化装置１の構成を説明する。２は酸素富化空気を吸引するブロワー、３は窒素富化空気を排出する排風機、４は外気吸入口で、非磁性体の酸素富化空気供給管５は両端に酸素富化空気流入口６と酸素富化空気送出口７を有し、該酸素富化空気送出口７はブロワー吸気口８に接続されている。又、前記酸素富化空気流入口６の空気流上流側には、同一方向に磁化する２台の電磁コイル９A、９Bと１台の強磁性四角柱状のリターンヨーク１０及び２個の強磁性四角断面で互いに反対に磁化した磁極１１A、１１Bを所要間隔で配設して成る磁路ギャップ１２とで構成した電磁石１３A、１３Bの磁極側面１１Aa、１１Baに前記酸素富化空気流入口６を密着すると共に前記磁路ギャップ１２に開口して配設している。又、前記電磁コイル９A、９Bは非磁性フランジ付円筒状のボビン１４A、１４Bに所要の巻数で巻かれている。又、前記磁極１１A、１１Bは前記ボビン１４A、１４Bの円筒内に挿入貫通して前記リターンヨーク１０の側面板１５A、１５Bにボルト１６で固着されている。又、前記リターンヨーク１０は前記側面板１５A、１５Bと上面板１７及び下面板１８をボルト１９で固着して構成している。磁気漏れを出来るだけ防止するためには前記酸素富化空気流入口６は非磁性材質のものを選択することが好ましいが、磁性材質のものを選択することを妨げない。そして、外気中の塵埃を除去するために、前記外気吸入口４に連通接続するか又はブロワ―２に前置してフイルターを連通接続することを必要に応じて配設することが出来る。又、前記電磁石１３A、１３Bの代替としては、超伝導電磁石又はC型永久磁石も使用出来る。

以下、上記構成の動作を説明する。前記排風機３とブロワー２によって空気流入口２０から前記リターンヨーク１０内に吸入された空気は、前記磁路ギャップ１２に生起した磁力の作用を受け、流入空気中の酸素分子は磁力吸引されて前記磁路ギャップ１２を経て酸素富化空気となると共に前記酸素富化空気流入口６へ流入して前記ブロワー２に供給される。一方、窒素分子は磁力排斥されて窒素富化空気となると共に窒素富化空気流域２１を経て前記排風機３で排出される。該排風機３で排出される窒素富化空気中には前記リターンヨーク１０を通過した空気以外の空気も一緒に排出される。

図１、図２及び図３においては酸素富化空気供給管５の酸素富化空気流入口６は円筒状あるが、図４及び図５においては酸素富化空気供給管２２の酸素富化空気流入口２３を四角筒状断面としている。このように四角筒状断面とすることにより、磁路ギャップ１２に前記酸素富化空気流入口２３の大部分を有効に開口することが出来る。

図６においては、図１で窒素富化空気流域２１を経て排風機３で排出されていた磁気排斥された窒素分子を多く含有する窒素富化空気の排出を次のようにしている。即ち、リターンヨーク１０の後面に非磁性の密閉板２４を小ねじ２５で固着すると共に該密閉板２４を酸素富化空気供給管５が貫通している。又、非磁性の窒素富化空気排出管２６の一端である窒素富化空気流入口２７を前記密閉板２４に連通接続すると共に他端である窒素富化空気排出口２８に排風機２９を連通接続して酸素富化装置３０としている。

以下、上記構成の動作を説明する。前記排風機３とブロワー２によって空気流入口２０から前記リターンヨーク１０内に吸入された空気は、前記磁路ギャップ１２に生起した磁力の作用を受け、流入空気中の酸素分子は磁力吸引されて前記磁路ギャップ１２を経て酸素富化空気となると共に前記酸素富化空気流入口６へ流入して前記ブロワー２に供給される。一方、窒素分子は磁力排斥されて窒素富化空気となると共に前記窒素富化空気排出管２６を経て前記排風機２９で排出される。該排風機２９で排出される窒素富化空気中には前記リターンヨーク１０を通過した空気以外の空気は含有しないので図１の酸素富化装置１に比較して図６の前記酸素富化装置３０の方が効率は良い。

図７においては、第一の実施例における図１において一台の酸素富化装置１を配設していたが、二台の酸素富化装置１を並列接続して配設すると共に二本の酸素富化空気供給管３１をマニホールドチャンバー３２に連通接続して、さらに合流酸素富化空気供給管３３をブロワー２に連通接続した酸素富化装置３４としている。本実施例においては二台の酸素富化装置を並列に配設しているが必要に応じて三台以上を並列接続して配設することも出来る。

以下、上記構成の動作を説明する。一台の酸素富化装置１では所要の酸素富化空気が得られない場合、二台以上の酸素富化装置１三台以上の各酸素富化空気供給管３１を通過した酸素富化空気は前記マニホールドチャンバー３２に流入混合して各酸素富化装置１間の流量差を小さくする効果がある。そして、前記マニホールドチャンバー３２に流入混合した酸素富化空気は前記合流酸素富化空気供給管３３を経てブロワ―２に吸引される。

第二の態様を示す図８及び図９においは、第一の態様における図４及び図５において磁路ギャップ１２に面する磁極端１１Ab、１１Bbは全面がお互いに平行であったが、磁極３５A、３５Bの磁極端３５Ab、３５Bbをお互い平行な途中から酸素富化空気流入口２２側へ向かってテーパー拡大加工することにより磁路ギャップ３６を途中から拡大して磁束密度を減少させている。又、前記酸素富化空気流入口２２の外縁にコの字形フランジ３７を固着すると共に該コの字形フランジ３７及び前記酸素富化空気流入口２２を前記磁極３５A、３５Bの磁極側面３５Aa、３５Baに密着して配設している。

以下、上記構成の動作を説明する。前記磁路ギャップ３６が平行な領域では前記磁極端３５Abと磁極端３５Bbとの距離が近いので強力で略一様な磁束密度分布となるが、一方、前記磁路ギャップ３６がテーパー拡大する領域では前記磁極端３５Abと磁極端３５Bbとの距離が拡大するので磁束密度分布は次第に小さくなる。従って、酸素富化空気流入口２２への酸素富化空気の流入が容易になる。又、前記磁路ギャップ３６がテーパー拡大する領域においては酸素分子を磁力吸引する力と窒素分子を磁力排斥する力が小さくなるが、前記酸素富化空気流入口２２の外縁にコの字形フランジ３７を固着することにより、酸素分子含有量の低い酸素富化空気の流入を防止することが出来る。

第三の態様を示す図１０においては、第一の態様を示す図６における酸素富化装置１を一段目とし、リターンヨーク１０の前後面に非磁性の密閉板３８A、３８Bを固着した酸素富化装置３９を第二段目に配設して第一酸素富化空気供給管４０と第二酸素富化空気供給管４１及び窒素富化空気排出管４２を連通接続している。そして、前記第一酸素富化空気供給管４０の酸素富化空気流入口４３は第一実施例の図１における酸素富化空気流入口６と同様に配設しているが本実施例の酸素富化空気送出口４４は前記密閉板３８Aに連通接続している。又、前記第二酸素富化空気供給管４０は前記密閉板３８Bを貫通しているが前記酸素富化空気流入口４３及び酸素富化空気送出口４４の配設方法及び機能は第一実施例の酸素富化空気流入口６及び酸素富化空気送出口７と同様である。そして又、前記窒素富化空気排出管４２の一端である窒素富化空気流入口４５を前記密閉板３８Bに連通接続すると共に他端である窒素富化空気排出口４６を排風機２９に連通接続した酸素富化装置４７としている。

以下、上記構成の動作を説明する。前記排風機２９とブロワー２によって第一段目の酸素富化装置１の空気流入口２０から前記リターンヨーク１０内に吸入された空気は、磁路ギャップ１２に生起した磁力の作用を受け、流入空気中の酸素分子は磁力吸引されて前記磁路ギャップ１２を経て酸素富化空気となると共に前記ブロワー２で吸引されて前記酸素富化空気流入口６へ流入する。

第四の態様を示す図１１においては磁界発生手段として、両端において互いに反対に磁化する磁極４８A、４８Bと電磁コイル４９A、４９Bを配設した強磁性コの字形のリターンヨーク５０で成る電磁石５１Aと、さらに該電磁石５１Aと同様の構造であるが反対に磁化した電磁石５１Bとで二つの磁路ギャップ５２A、５２Bを構成すると共に、図１０に示したリターンヨーク１０と密閉板３８A、３８Bで構成する代替として非磁性の四角柱状枠５３に密閉板５４A、５４Bを小ねじ５５で固着して酸素富化装置５６としている。そして、本実施例の第一酸素富化空気供給管４０と第二酸素富化空気供給管４１及び窒素富化空気排出管４２の構造及び機能は図１０と同様である。

図１２においては、図１１における電磁石５０A、５０Bの代替としてコの字形の永久磁石５７A、５７Bを配設した酸素富化装置５８としている。

第五の態様を示す図１３においては、フイルター５９を連通接続した外気吸入口６０に外気導入ダクト６１を連通接続した酸素富化装置６２としている。

第六の態様を示す図１４においては、異種磁極対で形成する第一磁路ギャップ１−６３、第二磁路ギャップ２−６３、第三磁路ギャップ３−６３、第四磁路ギャップ４−６３と第一リターンヨーク１−６４、第二リターンヨーク２−６４、第三リターンヨーク３−６４、第四リターンヨーク４−６４、と第一電磁コイル１−６５A、１−６５B、第二電磁コイル２−６５A、２−６５B、第三電磁コイル３−６５A、３−６５B、第四電磁コイル４−６５A、４−６５Bを主要な構成要素とした第一電磁石１−６６A、１−６６B、第二電磁石２−６６A、２−６６B、第三電磁石３−６６A、３−６６B、第四電磁石４−６６A、４−６６B、を配設した第一単位酸素富化装置１−６７、第二単位酸素富化装置２−６７、第三単位酸素富化装置３−６７及び第四単位酸素富化装置４−６７を酸素富化空気供給管６８で並列接続した酸素富化装置６９において、前記各単位酸素富化装置１−６７、２−６７、３−６７、４−６７の前記第一電磁石１−６６A、１−６６B、第二電磁石２−６６A、２−６６B、第三電磁石３−６６A、３−６６B、第四電磁石４−６６A、４−６６B、の電源を所要の時間間隔で入り切りする図示していない各継電器と前記酸素富化空気供給管６８に前記継電器の入り切りに連動して開閉する第一電磁弁１−７０、第二電磁弁２−７０、第三電磁弁３−７０、第四電磁弁４−７０を配設している。前記第一電磁石１−６６A、１−６６Bの電源が「切り」の状態で前記第一電磁弁１−７０は「開」の状態においては、前記第二電磁石２−６６A、２−６６B、第三電磁石３−６６A、３−６６B、第四電磁石４−６６A、４−６６Bの電源が「入り」の状態で、前記第二電磁弁２−７０、第三電磁弁３−７０、第四電磁弁４−７０は「閉」の状態となっていて、このタイミングにおいては、前記第一電磁石１−６６A、１−６６Bの電源が「入り」であった直前のタイミングにおいて前記第一磁路ギャップ１−６３に磁力吸引された酸素分子を含有する酸素富化空気を前記酸素富化空気供給管６８を通してブロワ―で吸引している。そして、次のタイミングにおいては前記第二電磁石２−６６A、２−６６Bの電源が「切り」の状態で前記第二電磁弁２−７０は「開」の状態においては、前記第三電磁石３−６６A、３−６６B、第四電磁石４−６６A、４−６６B、第一電磁石１−６６A、１−６６Bの電源が「入り」の状態で、前記第三電磁弁３−７０、第四電磁弁４−７０、第一電磁弁１−７０は「閉」の状態となっていて、このタイミングにおいては、前記第二電磁石２−６６A、２−６６Bの電源が「入り」であった直前のタイミングにおいて前記第二磁路ギャップ２−６３に磁力吸引された酸素分子を含有する酸素富化空気を、前記酸素富化空気供給管６８を通してブロワ―で吸引している。このようにして、電磁石の「入り」、「切り」と電磁弁の「開」、「閉」が順次操作される。前記第一電磁石１−６６A、１−６６B、第二電磁石２−６６A、２−６６B、第三電磁石３−６６A、３−６６B、第四電磁石４−６６A、４−６６B、の代替としては、超伝導電磁石も選択出来る。

図１５に示す実施例では、図１４における窒素富化空気は各単位酸素富化装置１−６７、２−６７、３−６７、４−６７の各窒素富化空気排出管１−７１，２−７１、３−７１，４−７１毎に排出していたが、窒素富化空気排出管７２をマニホールドチャンバー７３に連通接続して合流窒素富化空気排出管７４を経て排風機７５で窒素富化空気を排出して酸素富化装置６９としている。

第七の態様を示す図１６においては、コの字形の永久磁石５７A、５７Bを二台配設して異種磁極対で形成した二箇所の磁路ギャップ７６A、７６Bと酸素富化空気供給管７７で直列接続した三台の第一単位直列接続酸素富化装置１−７8、第二単位直列接続酸素富化装置２−７8、第三単位直列接続酸素富化装置３−７8を並列接続すると共に第一単位直列接続酸素富化空気供給管１−79、第二単位直列接続酸素富化空気供給管２−79、第三単位直列接続酸素富化空気供給管３−79の途中に各々第一電磁弁１−７０、第二電磁弁２−７０及び第三電磁弁３−７０を挿入している。そして、マニホールドチャンバー８０を合流酸素富化空気供給管８１でブロワー２に連通接続した酸素富化装置８２としている。前記第一電磁弁１−７０が所要の時間間隔で「開」のタイミングにおいては前記第二電磁弁２−７０及び第三電磁弁３−７０は「閉」となり、次に前記第二電磁弁２−７０が所要の時間間隔で「開」のタイミングにおいては前記第三電磁弁３−７０及び第一電磁弁１−７０は「閉」となる。このように順次所定の時間間隔で各電磁弁を「開」及び「閉」する。

第八の態様を示す図１７においては、対面する強磁性の側板８３Aと側板８３Bの中央位置に、強磁性の磁極８４Aと磁極８４Bを固着していて、該磁極８４Aと磁極８４Bにはそれぞれ電磁コイル８５Aを外挿した電磁石８６Aと電磁コイル８５Bを外挿した電磁石８６Bを配設して磁路ギャップ８７を形成している。又、前記側板８３Aと側板８３Bの両端位置に電磁コイル８８Aと電磁コイル８８Bを外挿した強磁性の導磁体８９Aと強磁性の導磁体８９Bを固着して電磁石９A、９０Bいる。そして、前記側板８３Aと側板８３Bの前記強磁性の磁極８４Aと強磁性の磁極８４Bの両側位置に前記側板８３Aと側板８３Bを補強するために非磁性の補強材９１Aと補強材９１Bを固着して配設している。

第一の態様を示す実施例の酸素富化装置の斜視図である。 図１における磁極付近の拡大平面図である。 図２におけるA―A側面図である。 酸素富化空気流入口を四角筒状とした磁極付近の拡大平面図である。 図４におけるB―B側面図である。 第一の態様を示す実施例の酸素富化装置の斜視図である。 第一の態様を示す実施例の酸素富化装置の斜視図である。 第二の態様を示す実施例の磁極付近の拡大平面図である。 図８におけるC―C側面図である。 第三の態様を示す実施例の酸素富化装置の斜視図である。 第四の態様を示す実施例の酸素富化装置の斜視図である。 第四の態様を示す実施例の酸素富化装置の斜視図である。 第五の態様を示す実施例の酸素富化装置の斜視図である。 第六の態様を示す実施例の酸素富化装置の斜視図である。 第六の態様を示す実施例の酸素富化装置の斜視図である。 第七の態様を示す実施例の酸素富化装置の斜視図である。 第八の態様を示す実施例の酸素富化装置の斜視図である。

符号の説明

１、３０、３４、３９、４７、５６、５８、６２、６９、８２ 酸素富化装置
２ ブロワ―
３、２９、７５ 排風機
４、６０ 外気吸入口
５、２２、３１、６８、７７ 酸素富化空気供給管
６、２３、４３ 酸素富化空気流入口
７、４４ 酸素富化空気送出口
８ ブロワー吸気口
９A、９B、４７A、４７B、８５A、８５B、８８A、８８B 電磁コイル
１０、５０ リターンヨーク
１１A、１１B、３５A、３５B、４９A、４９B、８４A、８４B 磁極
１２、３６、５２A、５２B、７６A，７６B、８７ 磁路ギャップ
１３A、１３B、５１A、５１B、８６A、８６B、９０A、９０B 電磁石
１１Aa、１１Ba、３５Aa、３５Ba 磁極側面
１４A、１４B ボビン
１５A、１５B 側面板
１６、１９ ボルト
１７ 上面板
１８ 下面板
２０ 空気流入口
２１ 窒素富化空気流域
２４、３８A、３８B、５４A、５４B 密閉板
２５、５５ 小ねじ
２６、４０、４２、７２ 窒素富化空気排出管
２７、４５ 窒素富化空気流入口
２８、４６ 窒素富化空気排出口
１１Ab、１１Bb、３５Ab、３５Bb 磁極端
３７ コの字形フランジ
３２、７３、８０ マニホールドチャンバー
３３、８１ 合流酸素富化空気供給管
４０ 第一酸素富化空気供給管
４１ 第二酸素富化空気供給管
５３ 四角柱状枠
５２A、５２B
５３ 小ねじ
５７A、５７B 永久磁石
５９ フイルター
６１ 外気導入ダクト
１−６３ 第一磁路ギャップ
２−６３ 第二磁路ギャップ
３−６３ 第三磁路ギャップ
４−６３ 第四磁路ギャップ
１−６４ 第一リターンヨーク
２−６４ 第二リターンヨーク
３−６４ 第三リターンヨーク
４−６４ 第四リターンヨーク
１−６５ 第一電磁コイル
２−６５ 第二電磁コイル
３−６５ 第三電磁コイル
４−６５ 第四電磁コイル
１−６６ 第一電磁石
２−６６ 第二電磁石
３−６６ 第三電磁石
４−６６ 第四電磁石
１−６７ 第一単位酸素富化装置
２−６７ 第二単位酸素富化装置
３−６７ 第三単位酸素富化装置
４−６７ 第四単位酸素富化装置
１−７０ 第一電磁弁
２−７０ 第二電磁弁
３−７０ 第三電磁弁
４−７０ 第四電磁弁
１−７１ 第一窒素富化空気排出管
２−７１ 第二窒素富化空気排出管
３−７１ 第三窒素富化空気排出管
４−７１ 第四窒素富化空気排出管
７４ 合流窒素富化空気排出管
１−７８ 第一単位直列接続酸素富化装置
２−７８ 第二単位直列接続酸素富化装置
３−７８ 第三位直列接続酸素富化装置
１−７９ 第一単位直列接続酸素富化空気供給管
２−７９ 第二単位直列接続酸素富化空気供給管
３−７９ 第三単位直列接続酸素富化空気供給管
８９A、８９B 導磁体
９１A、９１B 補強材

Claims (8)

1. 強磁性のリターンヨークと該リターンヨークの内面中央位置に電磁コイル及び磁路ギャップを有する強磁性の反対磁化磁極対を配設した磁界発生手段とし、取入外気下流側であって前記反対磁化磁極対側面に密着すると共に前記磁路ギャップに開口部を有する非磁性の酸素富化空気取入手段と該酸素富化空気取入手段に連通接続する酸素富化空気供給手段と前記反対磁化磁極対の取入外気下流側に窒素富化空気排出手段を配設することを特徴とする酸素富化装置。
2. 磁路ギャップを有する四角状断面反対磁化磁極対の空気流下流側へ向かって該四角状断面反対磁化磁極対における磁路ギャップの所要の割合をテーパー拡大磁路ギャップとすることにより磁束密度分布を漸減すると共に前記四角状断面反対磁化磁極対空気流下流側面に密着して配設する四角状断面酸素富化空気流入口の外縁に前記テーパー拡大磁路ギャップを有する磁極対面を被覆することを特徴とする請求項１記載の酸素富化装置。
3. リターンヨークの空気流下流側開口部を非磁性の板状蓋で密閉したものを第一段目の単位酸素富化装置とし、空気流上下流側開口部を非磁性の板状蓋で密閉したものを第二段目以降の単位酸素富化装置として所要の段数で直列接続した酸素富化装置であって、第一段目の酸素富化空気取入手段を第二段目の空気流上流側の前記板状蓋に連通接続し、所要の段数に応じて順次同様に連通接続し、最終段目の酸素富化空気取入手段を酸素富化空気供給手段に連通接続し、前記各単位酸素富化装置の空気流下流側開口部の前記板状蓋に窒素富化空気排出手段を配設することを特徴とする請求項１記載の酸素富化装置。
4. 強磁性のコの字状、C字状又は馬蹄形状リターンヨークの両端にお互い反対に磁化した磁極と磁界発生手段を配設したもの二組で二組の磁路ギャップを形成すると共に、該磁路ギャップを形成して相対する磁極はお互いに反対に磁化された磁極対としていて、空気流上流側の前記磁極対と磁界発生手段を密閉するために空気流上流側を開口した箱体を配設すると共に空気流下流側の前記磁極対と磁界発生手段を密閉するために箱体を配設した二段直列接続酸素富化装置であって、第一段目の酸素富化空気取入手段を第二段目の空気流上流側の前記板状蓋に連通接続し、二段目の酸素富化空気取入手段を酸素富化空気供給手段に連通接続し、前記箱体の前記板状蓋に窒素富化空気排出手段を連通接続することを特徴とする請求項１、又は３記載の酸素富化装置。
5. 流入空気で電磁石の電磁コイルを冷却するために、外気取入口手段から酸素富化空気取入口までの空気流路を形成した外気導入ダクトを少なくとも配設していることを特徴とする請求項１、３又は４記載の酸素富化装置。
6. 磁界発生手段を電磁石とした二台以上の単位酸素富化装置を並列接続した酸素富化装置において、各電磁石の電源を所定の順番及び所要の時間間隔で入り切りする各スイッチと各単位酸素富化装置の各酸素富化空気取入手段に前記スイッチの入り切りに連動して開閉する酸素富化空気流路開閉手段を配設することを特徴とする請求項１、３又は５記載の酸素富化装置。
7. 磁界発生手段を永久磁石とした二台以上の単位酸素富化装置を並列接続した酸素富化装置において、各単位酸素富化装置の各酸素富化空気取入手段に所定の順番及び所要の時間間隔で開閉する酸素富化空気流路開閉手段を配設することを特徴とする請求項１、３、４又は５記載の酸素富化装置。
8. 強磁性の側枠対と該側枠対の内面中央位置に電磁コイル及び磁路ギャップを有する強磁性の反対磁化磁極対を配設すると共に前記側枠の両端位置に電磁コイルを配設した磁界発生手段と前記反対磁化磁極対方向磁力に対抗する補強手段を前記側枠対間に配設していて、取入外気下流側であって前記反対磁化磁極対側面に密着すると共に前記磁路ギャップに開口部を有する非磁性の酸素富化空気取入手段と該酸素富化空気取入手段に連通接続する酸素富化空気供給手段と前記反対磁化磁極対の取入外気下流側に窒素富化空気排出手段を配設することを特徴とする請求項１記載の酸素富化装置。

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