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JP7519149B1 - Gas Concentrator - Google Patents

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JP7519149B1
JP7519149B1 JP2024048024A JP2024048024A JP7519149B1 JP 7519149 B1 JP7519149 B1 JP 7519149B1 JP 2024048024 A JP2024048024 A JP 2024048024A JP 2024048024 A JP2024048024 A JP 2024048024A JP 7519149 B1 JP7519149 B1 JP 7519149B1
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concentration
adsorption tank
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JP2024048024A
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京 池上
健太 伊與木
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Planet Savers
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  • Separation Of Gases By Adsorption (AREA)

Abstract

【課題】気体から1段階の気体濃縮過程により二酸化炭素を回収する場合と比較して、より高濃度の二酸化炭素を回収することを可能とする。【解決手段】気体濃縮装置1は、気体を取り入れる気体取入部10と、取り入れられた前記気体から二酸化炭素の濃度を高めた第1濃縮ガスを生成する第1濃縮部2と、前記第1濃縮ガスから更に二酸化炭素の濃度を高めた第2濃縮ガスを生成する第2濃縮部5と、外部へ前記第2濃縮ガスを排気するガス排気部70と、を備える。【選択図】図1[Problem] To recover carbon dioxide at a higher concentration than when recovering carbon dioxide from a gas through a one-stage gas concentration process. [Solution] A gas concentration device 1 comprises a gas intake section 10 for taking in gas, a first concentration section 2 for generating a first concentrated gas with an increased carbon dioxide concentration from the taken in gas, a second concentration section 5 for generating a second concentrated gas with an even higher carbon dioxide concentration from the first concentrated gas, and a gas exhaust section 70 for exhausting the second concentrated gas to the outside. [Selected Figure] Figure 1

Description

本発明は、大気中からの気体濃縮装置に関する。 The present invention relates to a device for concentrating gas from the atmosphere.

従来から、気体中の気体成分を濃縮する装置が知られていた。 Devices for concentrating gas components in a gas have been known for some time.

例えば、特許文献1には、二酸化炭素を含む原料ガス(気体)から、1段階の気体濃縮過程を経て、高濃度の二酸化炭素を回収する気体濃縮装置が記載されている。 For example, Patent Document 1 describes a gas concentration device that recovers high-concentration carbon dioxide from a raw gas (gas) containing carbon dioxide through a one-stage gas concentration process.

特開2022-127000号公報JP 2022-127000 A

しかしながら、特許文献1に記載の技術では、気体の濃度に応じて濃縮可能な気体濃度に限度があり、ごく低濃度の大気中からより高濃度の二酸化炭素を直接回収することは出来なかった。 However, the technology described in Patent Document 1 has a limit to the gas concentration that can be concentrated depending on the gas concentration, and it is not possible to directly recover higher concentrations of carbon dioxide from very low concentrations in the atmosphere.

上記課題に鑑み、本発明は、気体から1段階の気体濃縮過程により二酸化炭素を回収する場合と比較して、より高濃度の二酸化炭素を回収することを可能とする気体濃縮装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention aims to provide a gas concentration device that can recover carbon dioxide at a higher concentration than when carbon dioxide is recovered from a gas through a one-stage gas concentration process.

上記課題を解決するために、本発明の第1態様によれば、以下の気体濃縮装置が提供される。この気体濃縮装置は、気体を取り入れる気体取入部と、取り入れられた前記気体から二酸化炭素の濃度を高めた第1濃縮ガスを生成する第1濃縮部と、前記第1濃縮ガスから更に二酸化炭素の濃度を高めた第2濃縮ガスを生成する第2濃縮部と、外部へ前記第2濃縮ガスを排気するガス排気部と、を備える。 In order to solve the above problem, according to a first aspect of the present invention, the following gas concentration device is provided. This gas concentration device includes a gas intake section that takes in gas, a first concentration section that generates a first concentrated gas from the taken-in gas with an increased concentration of carbon dioxide, a second concentration section that generates a second concentrated gas from the first concentrated gas with an even increased concentration of carbon dioxide, and a gas exhaust section that exhausts the second concentrated gas to the outside.

また、本発明の第2態様に係る気体濃縮装置では、前記第1濃縮部は、前記気体から二酸化炭素を吸脱着し前記第1濃縮ガスを生成する第1吸着部を有し、前記第2濃縮部は、前記第1濃縮ガスから二酸化炭素を吸脱着し前記第2濃縮ガスを生成する第2吸着部を有し、前記第1濃縮部内の圧力及び前記第2濃縮部内の圧力を調整可能に構成されるポンプと、前記ポンプを制御し、前記第1濃縮部内の圧力及び前記第2濃縮部内の圧力を調整する制御装置と、を更に備える。 In addition, in the gas concentration device according to the second aspect of the present invention, the first concentration section has a first adsorption section that adsorbs and desorbs carbon dioxide from the gas to generate the first concentrated gas, and the second concentration section has a second adsorption section that adsorbs and desorbs carbon dioxide from the first concentrated gas to generate the second concentrated gas, and further includes a pump configured to adjust the pressure in the first concentration section and the pressure in the second concentration section, and a control device that controls the pump and adjusts the pressure in the first concentration section and the pressure in the second concentration section.

また、本発明の第3態様に係る気体濃縮装置では、前記第1濃縮部は、前記気体の給気先を切り替え可能に構成される第1切替部を有し、前記第1吸着部は、第1吸着タンクと、第2吸着タンクと、を有し、前記第2濃縮部は、前記第1濃縮ガスの給気先を切り替え可能に構成される第2切替部を有し、前記第2吸着部は、第3吸着タンクと、第4吸着タンクと、を有し、前記制御装置は、前記第1切替部を制御し、前記気体の給気先を切り替え、前記第2切替部を制御し、前記第1濃縮ガスの給気先を切り替える。 In addition, in the gas concentration device according to the third aspect of the present invention, the first concentration section has a first switching section configured to be able to switch the supply destination of the gas, the first adsorption section has a first adsorption tank and a second adsorption tank, the second concentration section has a second switching section configured to be able to switch the supply destination of the first concentrated gas, the second adsorption section has a third adsorption tank and a fourth adsorption tank, and the control device controls the first switching section to switch the supply destination of the gas and controls the second switching section to switch the supply destination of the first concentrated gas.

また、本発明の第4態様に係る気体濃縮装置では、前記第1濃縮部内の気体の容積と、前記第2濃縮部内の気体の容積と、が異なる。 In addition, in the gas concentration device according to the fourth aspect of the present invention, the volume of gas in the first concentration section is different from the volume of gas in the second concentration section.

また、本発明の第5態様に係る気体濃縮装置では、前記第3吸着タンクの容積又は前記第4吸着タンクの容積は、前記第1吸着タンクの容積又は前記第2吸着タンクの容積よりも小さい。 In addition, in the gas concentration device according to the fifth aspect of the present invention, the volume of the third adsorption tank or the volume of the fourth adsorption tank is smaller than the volume of the first adsorption tank or the volume of the second adsorption tank.

また、本発明の第6態様に係る気体濃縮装置では、前記第3吸着タンクの容積又は前記第4吸着タンクの容積は、前記第1吸着タンクの容積又は前記第2吸着タンクの容積の4分の3以下且つ2分の1以上である。 In addition, in the gas concentration device according to the sixth aspect of the present invention, the volume of the third adsorption tank or the volume of the fourth adsorption tank is less than three-quarters and more than half the volume of the first adsorption tank or the second adsorption tank.

また、本発明の第7態様に係る気体濃縮装置では、前記第1濃縮部は、前記第1濃縮部内の圧力変動を緩和する第1バッファタンクを有し、前記第2濃縮部は、前記第2濃縮部内の圧力変動を緩和する第2バッファタンクを有し、前記第2バッファタンクの容積は、前記第1バッファタンクの容積よりも小さい。 In addition, in the gas concentration device according to the seventh aspect of the present invention, the first concentration section has a first buffer tank that reduces pressure fluctuations within the first concentration section, and the second concentration section has a second buffer tank that reduces pressure fluctuations within the second concentration section, and the volume of the second buffer tank is smaller than the volume of the first buffer tank.

また、本発明の第8態様に係る気体濃縮装置では、前記第1濃縮ガスの流量を調整可能に構成される絞り弁を更に備える。 The gas concentration device according to the eighth aspect of the present invention further includes a throttle valve configured to adjust the flow rate of the first concentrated gas.

また、本発明の第9態様に係る気体濃縮装置では、前記第1濃縮部は、前記第1濃縮ガスを排気する第1排気弁を有し、前記第2濃縮部は、前記第2濃縮ガスを排気する第2排気弁を有し、前記制御装置は、前記第1切替部と前記第1排気弁を連動して制御して、前記気体の排気及び前記第1濃縮ガスの排気のタイミングを調整し、且つ、前記第2切替部と前記第2排気弁を連動して制御して、前記第1濃縮ガスの排気及び前記第2濃縮ガスの排気のタイミングを調整する。 In addition, in the gas concentration device according to the ninth aspect of the present invention, the first concentration section has a first exhaust valve that exhausts the first concentrated gas, the second concentration section has a second exhaust valve that exhausts the second concentrated gas, and the control device controls the first switching section and the first exhaust valve in conjunction with each other to adjust the timing of exhausting the gas and the first concentrated gas, and controls the second switching section and the second exhaust valve in conjunction with each other to adjust the timing of exhausting the first concentrated gas and the second concentrated gas.

また、本発明の第10態様に係る気体濃縮装置では、前記第1濃縮部は、前記第1濃縮ガスをフィルタリングする第1フィルタを有し、前記第2濃縮部は、前記第2濃縮ガスをフィルタリングする第2フィルタを有する。 In addition, in the gas concentration device according to the tenth aspect of the present invention, the first concentration section has a first filter that filters the first concentrated gas, and the second concentration section has a second filter that filters the second concentrated gas.

本発明に係る気体濃縮装置によれば、気体から1段階の気体濃縮過程により二酸化炭素を回収する場合と比較して、より高濃度の二酸化炭素を回収することを可能とする。 The gas concentration device of the present invention makes it possible to recover carbon dioxide at a higher concentration than when carbon dioxide is recovered from a gas through a one-stage gas concentration process.

本発明の実施形態に係る気体濃縮装置の全体構成の一例を概略的に示す図である。1 is a diagram illustrating an example of the overall configuration of a gas concentrating device according to an embodiment of the present invention. 図1の気体濃縮装置の第1濃縮部における処理の流れの一例を示すタイミングチャートである。2 is a timing chart showing an example of a process flow in a first concentrating section of the gas concentrating device of FIG. 1 . 時間T11における第1濃縮部内の気体の流れを示す図である。FIG. 11 is a diagram showing the flow of gas in the first concentrating section at time T11. 時間T14における第1濃縮部内の気体の流れを示す図である。FIG. 11 is a diagram showing the flow of gas in the first concentrating section at time T14. 図1の気体濃縮装置の第2濃縮部における処理の流れの一例を示すタイミングチャートである。4 is a timing chart showing an example of a process flow in a second concentrating section of the gas concentrating device of FIG. 1 .

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the attached drawings. In order to facilitate understanding of the description, the same components in each drawing are denoted by the same reference numerals as much as possible, and duplicate descriptions will be omitted.

<実施形態>
まず、本発明の実施形態に係る気体濃縮装置1について説明する。
<Embodiment>
First, a gas concentrating device 1 according to an embodiment of the present invention will be described.

<全体構成>
図1は、本発明の実施形態に係る気体濃縮装置1の全体構成の一例を概略的に示す図である。
<Overall composition>
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of the overall configuration of a gas concentrating device 1 according to an embodiment of the present invention.

図1に示すように、気体濃縮装置1は、気体取入部10と、ポンプ9と、除水タンク12と、第1濃縮部2と、第2濃縮部5と、制御装置8とを備える。なお、気体濃縮装置1としての具体的構成は図1に限定されない。 As shown in FIG. 1, the gas concentration device 1 includes a gas intake section 10, a pump 9, a water removal tank 12, a first concentration section 2, a second concentration section 5, and a control device 8. Note that the specific configuration of the gas concentration device 1 is not limited to that shown in FIG. 1.

気体濃縮装置1は、気体濃縮装置1外から気体を取り入れ、二酸化炭素の濃度を高めた第2濃縮ガスを生成する。なお、気体濃縮装置1で濃度を高めることが出来る気体成分は二酸化炭素に限られず、窒素、酸素、水素、又は一酸化炭素等を含んでもよい。 The gas concentration device 1 takes in gas from outside the gas concentration device 1 and generates a second concentrated gas with an increased concentration of carbon dioxide. Note that the gas components whose concentration can be increased by the gas concentration device 1 are not limited to carbon dioxide, but may include nitrogen, oxygen, hydrogen, carbon monoxide, etc.

まず、気体取入部10について説明する。気体取入部10は、気体濃縮装置1外から気体濃縮装置1内へ気体を取り入れる。具体的には、気体取入部10は、気体濃縮装置1外から、エアーポンプ11へ気体を給気する。取り入れる気体は、大気であってもよく、別に用意した原料ガスであってもよい。 First, the gas intake section 10 will be described. The gas intake section 10 takes in gas from outside the gas concentration device 1 into the gas concentration device 1. Specifically, the gas intake section 10 supplies gas to the air pump 11 from outside the gas concentration device 1. The gas taken in may be the atmosphere or a separately prepared raw gas.

次にポンプ9について説明する。ポンプ9は、第1濃縮部2内の圧力及び第2濃縮部5内の圧力を調整可能に構成される。具体的には、ポンプ9として気体濃縮装置1は、エアーポンプ11と、第1減圧ポンプ25と、第1昇圧ポンプ27と、第2減圧ポンプ55と、第2昇圧ポンプ57と、を有する。エアーポンプ11は、気体取入部10から吸気した気体を、除水タンク12へ給気する。 Next, the pump 9 will be described. The pump 9 is configured to be able to adjust the pressure in the first concentration section 2 and the pressure in the second concentration section 5. Specifically, the gas concentration device 1 as the pump 9 has an air pump 11, a first pressure reduction pump 25, a first boost pump 27, a second pressure reduction pump 55, and a second boost pump 57. The air pump 11 supplies the gas sucked in from the gas intake section 10 to the water removal tank 12.

次に、除水タンク12について説明する。除水タンク12は、エアーポンプ11から吸気した気体から水分を除去し、気体中の水分量を抑制する。水分量を抑制された気体は、第1入口部20へ給気される。 Next, the water removal tank 12 will be described. The water removal tank 12 removes moisture from the gas sucked in from the air pump 11, and reduces the moisture content in the gas. The gas with reduced moisture content is supplied to the first inlet 20.

次に、第1濃縮部2について説明する。第1濃縮部2は、第1入口部20と、第1切替部21と、第1吸着部22と、第1圧力センサ29と、第1排気部30と、第1フィルタ31と、第1逆止弁33と、第1絞り弁35と、第2絞り弁37と、第1排気弁39と、第1バッファタンク41と、第1出口部40と、を備える。第1濃縮部2は、気体濃縮装置1外から取り入れた気体から二酸化炭素の濃度を高めた第1濃縮ガスを生成する。 Next, the first concentration section 2 will be described. The first concentration section 2 includes a first inlet section 20, a first switching section 21, a first adsorption section 22, a first pressure sensor 29, a first exhaust section 30, a first filter 31, a first check valve 33, a first throttle valve 35, a second throttle valve 37, a first exhaust valve 39, a first buffer tank 41, and a first outlet section 40. The first concentration section 2 generates a first concentrated gas with an increased concentration of carbon dioxide from the gas taken in from outside the gas concentration device 1.

第1入口部20は、第1濃縮部2外から気体を第1濃縮部2内へ取り入れる取入口である。具体的には、除水タンク12から、第1切替部21へ気体を給気する。 The first inlet section 20 is an intake port that takes in gas from outside the first concentration section 2 into the first concentration section 2. Specifically, gas is supplied from the water removal tank 12 to the first switching section 21.

第1切替部21は、第1入口部20から給気された、気体の給気先を切り替え可能に構成される。第1切替部21は、第1電磁弁21A、第1電磁弁21B、第1電磁弁21C、及び第1電磁弁21Dを備える。各電磁弁の開状態(OPEN)と閉状態(CLOSE)とを切り替えることで、気体の流路を制御し、気体の給気先を切り替える。また、各電磁弁は給気側から吸気側への逆流を防止し、INと表示されている側が吸気側である。具体的には、第1電磁弁21Aは、除水タンク12から、第1吸着タンク23への気体の給気を制御する電磁弁である。第1電磁弁21Bは、除水タンク12から、第2吸着タンク24への気体の給気を制御する電磁弁である。第1電磁弁21Cは、第1吸着タンク23から、第1フィルタ31への気体の給気を制御する電磁弁である。第1電磁弁21Dは、第2吸着タンク24から、第1フィルタ31への気体の給気を制御する電磁弁である。 The first switching unit 21 is configured to be able to switch the supply destination of the gas supplied from the first inlet 20. The first switching unit 21 includes a first solenoid valve 21A, a first solenoid valve 21B, a first solenoid valve 21C, and a first solenoid valve 21D. The gas flow path is controlled by switching between the open state (OPEN) and the closed state (CLOSE) of each solenoid valve, and the supply destination of the gas is switched. In addition, each solenoid valve prevents backflow from the supply side to the intake side, and the side marked IN is the intake side. Specifically, the first solenoid valve 21A is a solenoid valve that controls the supply of gas from the water removal tank 12 to the first adsorption tank 23. The first solenoid valve 21B is a solenoid valve that controls the supply of gas from the water removal tank 12 to the second adsorption tank 24. The first solenoid valve 21C is a solenoid valve that controls the supply of gas from the first adsorption tank 23 to the first filter 31. The first solenoid valve 21D is a solenoid valve that controls the supply of gas from the second adsorption tank 24 to the first filter 31.

第1吸着部22は、気体濃縮装置1外から取り入れられた気体から二酸化炭素を吸脱着し第1濃縮ガスを生成する。第1吸着部22は、第1吸着タンク23と、第2吸着タンク24と、から構成される。第1吸着タンク23及び第2吸着タンク24は、第1切替部21から気体が給気され、気体から二酸化炭素を吸着するタンクである。第1吸着タンク23及び第2吸着タンク24には、交互に気体が給気される。第1吸着タンク23又は第2吸着タンク24に吸着した二酸化炭素を脱離させることで二酸化炭素濃度を高めた第1濃縮ガスが生成される。生成された第1濃縮ガスは、第1フィルタ31へ給気される。また、二酸化炭素が吸着され、二酸化炭素濃度が低くなった第1排気ガスは、第1逆止弁33A又は第1逆止弁33Bと第1絞り弁35とを通して、気体濃縮装置1外へ排気される。第1吸着タンク23及び第2吸着タンク24は、ゼオライトを用いた二酸化炭素の吸着材を有する。なお、第1吸着タンク23及び第2吸着タンク24は、二酸化炭素の吸着材と代えて、例えば酸素、水素、一酸化炭素又は窒素等の吸着材を有してもよい。 The first adsorption section 22 adsorbs and desorbs carbon dioxide from the gas taken in from outside the gas concentration device 1 to generate a first concentrated gas. The first adsorption section 22 is composed of a first adsorption tank 23 and a second adsorption tank 24. The first adsorption tank 23 and the second adsorption tank 24 are tanks to which gas is supplied from the first switching section 21 and which adsorb carbon dioxide from the gas. Gas is alternately supplied to the first adsorption tank 23 and the second adsorption tank 24. A first concentrated gas with an increased carbon dioxide concentration is generated by desorbing the carbon dioxide adsorbed in the first adsorption tank 23 or the second adsorption tank 24. The generated first concentrated gas is supplied to the first filter 31. In addition, the first exhaust gas with a lowered carbon dioxide concentration due to the adsorption of carbon dioxide is exhausted to the outside of the gas concentration device 1 through the first check valve 33A or the first check valve 33B and the first throttle valve 35. The first adsorption tank 23 and the second adsorption tank 24 have a carbon dioxide adsorbent using zeolite. Note that the first adsorption tank 23 and the second adsorption tank 24 may have an adsorbent of, for example, oxygen, hydrogen, carbon monoxide, or nitrogen instead of the carbon dioxide adsorbent.

第1フィルタ31は、第1濃縮ガスをフィルタリングする。例えば、第1フィルタ31は、第1吸着タンク23及び第2吸着タンク24から脱離した吸着材をフィルタリングする。第1フィルタ31でフィルタリングされた気体は、第1減圧ポンプ25へ給気される。 The first filter 31 filters the first concentrated gas. For example, the first filter 31 filters the adsorbent desorbed from the first adsorption tank 23 and the second adsorption tank 24. The gas filtered by the first filter 31 is supplied to the first pressure reduction pump 25.

第1減圧ポンプ25は、第1吸着タンク23及び第2吸着タンク24の気体を減圧するポンプである。第1減圧ポンプ25から第1昇圧ポンプ27へ気体は給気される。 The first decompression pump 25 is a pump that decompresses the gas in the first adsorption tank 23 and the second adsorption tank 24. Gas is supplied from the first decompression pump 25 to the first boost pump 27.

第1昇圧ポンプ27は、バッファタンク41、第2濃縮部5の第3吸着タンク53及び第4吸着タンク54へ向かう気体を加圧するポンプである。 The first boost pump 27 is a pump that pressurizes the gas flowing to the buffer tank 41, the third adsorption tank 53, and the fourth adsorption tank 54 of the second concentration section 5.

第1逆止弁33は、給気又は排気側から吸気側への逆流を防止する弁である。第1逆止弁33として、第1逆止弁33A、第1逆止弁33B、第1逆止弁33Cが第1濃縮部2内に設けられている。第1逆止弁33Aは、第1絞り弁35側から、第1吸着タンク23側への気体の逆流を防止する。第1逆止弁33Bは、第1絞り弁35側から、第2吸着タンク24側への気体の逆流を防止する。第1逆止弁33Cは、第1バッファタンク41側から、第1昇圧ポンプ27側への気体の逆流を防止する。 The first check valve 33 is a valve that prevents backflow from the supply or exhaust side to the intake side. As the first check valve 33, the first check valve 33A, the first check valve 33B, and the first check valve 33C are provided in the first concentration section 2. The first check valve 33A prevents backflow of gas from the first throttle valve 35 side to the first adsorption tank 23 side. The first check valve 33B prevents backflow of gas from the first throttle valve 35 side to the second adsorption tank 24 side. The first check valve 33C prevents backflow of gas from the first buffer tank 41 side to the first boost pump 27 side.

第1バッファタンク41は、気体を一時的に貯留するタンクであり、第1濃縮部2内の圧力変動や流量変動を緩和する。具体的には、第1バッファタンク41は、第1吸着タンク23又は第2吸着タンク24で生成された第1濃縮ガスを一時的に貯留し、第2絞り弁37へ給気する。 The first buffer tank 41 is a tank that temporarily stores gas and reduces pressure fluctuations and flow rate fluctuations within the first concentration section 2. Specifically, the first buffer tank 41 temporarily stores the first concentrated gas generated in the first adsorption tank 23 or the second adsorption tank 24 and supplies it to the second throttle valve 37.

第1圧力センサ29は、圧力を測定するセンサである。第1圧力センサ29として第1圧力センサ29A、第1圧力センサ29B、第1圧力センサ29Cが第1濃縮部2内に設けられている。第1圧力センサ29Aは、第1吸着タンク23内の圧力を測定し、第1圧力センサ29Bは、第2吸着タンク24内の圧力を測定し、第1圧力センサ29Cは、第1バッファタンク41内の圧力を測定する。 The first pressure sensor 29 is a sensor that measures pressure. As the first pressure sensor 29, a first pressure sensor 29A, a first pressure sensor 29B, and a first pressure sensor 29C are provided in the first concentration section 2. The first pressure sensor 29A measures the pressure in the first adsorption tank 23, the first pressure sensor 29B measures the pressure in the second adsorption tank 24, and the first pressure sensor 29C measures the pressure in the first buffer tank 41.

第1絞り弁35及び第2絞り弁37は、第1排気ガス及び第1濃縮ガスの流量を調整可能に構成される絞り弁である。また、第1絞り弁35及び第2絞り弁37は、第1排気ガス及び第1濃縮ガスの流量を調節することで圧力を調整する弁である。具体的には、第1絞り弁35は、第1吸着タンク23及び第2吸着タンク24から排気される第1排気ガスの流量を調節し気体濃縮装置1外へ排気する。第2絞り弁37は、第1バッファタンク41から給気される第1濃縮ガスの流量を調節し第2濃縮部5へ給気する。前述の第1逆止弁33において、給気又は排気側と吸気側との差圧が小さいほど、給気又は排気側から吸気側への逆流が起こり易い。第1絞り弁35又は第2絞り弁37において流量を制限し、給気又は排気側の圧力を高く維持することで、逆流の発生を抑制することが出来る。具体的には、第1絞り弁35により、第1逆止弁33A又は第1逆止弁33Bにおける排気側の圧力を高く維持することで、第1排気ガスの第1吸着タンク23側及び第2吸着タンク24側への逆流を防止する。 The first throttle valve 35 and the second throttle valve 37 are throttle valves configured to adjust the flow rate of the first exhaust gas and the first concentrated gas. The first throttle valve 35 and the second throttle valve 37 are valves that adjust the pressure by adjusting the flow rate of the first exhaust gas and the first concentrated gas. Specifically, the first throttle valve 35 adjusts the flow rate of the first exhaust gas exhausted from the first adsorption tank 23 and the second adsorption tank 24 and exhausts it outside the gas concentration device 1. The second throttle valve 37 adjusts the flow rate of the first concentrated gas supplied from the first buffer tank 41 and supplies it to the second concentration section 5. In the first check valve 33 described above, the smaller the pressure difference between the supply or exhaust side and the intake side, the more likely it is that backflow will occur from the supply or exhaust side to the intake side. By limiting the flow rate in the first throttle valve 35 or the second throttle valve 37 and maintaining the pressure on the supply or exhaust side high, it is possible to suppress the occurrence of backflow. Specifically, the first throttle valve 35 keeps the exhaust side pressure of the first check valve 33A or the first check valve 33B high, thereby preventing the first exhaust gas from flowing back to the first adsorption tank 23 and the second adsorption tank 24.

また、第2絞り弁37は、第1濃縮部2から第2濃縮部5へ給気される第1濃縮ガスの流量を一定に保つ。第2濃縮部5の気体濃縮過程において濃縮される第1濃縮ガスの流量が一定に保たれることで、気体濃縮プロセスが安定し、第2濃縮部5外へ排気される第2濃縮ガスの流量も安定する。また、流量が一定に保たれることで、第2濃縮部5において、吸着材の表面に二酸化炭素が均等に接触し、吸着効率が向上する。 The second throttle valve 37 also keeps the flow rate of the first concentrated gas supplied from the first concentrator 2 to the second concentrator 5 constant. By keeping the flow rate of the first concentrated gas concentrated in the gas concentration process in the second concentrator 5 constant, the gas concentration process is stabilized and the flow rate of the second concentrated gas exhausted outside the second concentrator 5 is also stabilized. By keeping the flow rate constant, carbon dioxide comes into even contact with the surface of the adsorbent in the second concentrator 5, improving the adsorption efficiency.

第1排気部30は、第1絞り弁35で流量を調節された第1排気ガスを気体濃縮装置1外へ排気する排気口である。 The first exhaust section 30 is an exhaust port that exhausts the first exhaust gas, the flow rate of which is adjusted by the first throttle valve 35, outside the gas concentration device 1.

第1排気弁39は、第1濃縮ガスを排気する弁である。第1排気弁39は、第1昇圧ポンプ27の下流、第1逆止弁33Cの上流に設けられる。 The first exhaust valve 39 is a valve that exhausts the first concentrated gas. The first exhaust valve 39 is provided downstream of the first boost pump 27 and upstream of the first check valve 33C.

第1出口部40は、第2絞り弁37で流量を調整された第1濃縮ガスを第1濃縮部2から給気する出口部である。 The first outlet 40 is an outlet through which the first concentrated gas, the flow rate of which has been adjusted by the second throttle valve 37, is supplied from the first concentration section 2.

次に、第2濃縮部5について説明する。第2濃縮部5は、第2入口部50と、第2切替部51と、第2吸着部52と、第2圧力センサ59と、第2排気部60と、第2フィルタ61と、第3フィルタ62と、第2逆止弁63と、第3絞り弁65と、第2排気弁69と、第2バッファタンク71と、減圧弁73と、流量計75と、定流量弁77と、ガス排気部70と、を備える。第2濃縮部5は、第1濃縮ガスから更に二酸化炭素の濃度を高めた第2濃縮ガスを生成する。 Next, the second concentrating section 5 will be described. The second concentrating section 5 includes a second inlet section 50, a second switching section 51, a second adsorption section 52, a second pressure sensor 59, a second exhaust section 60, a second filter 61, a third filter 62, a second check valve 63, a third throttle valve 65, a second exhaust valve 69, a second buffer tank 71, a pressure reducing valve 73, a flowmeter 75, a constant flow valve 77, and a gas exhaust section 70. The second concentrating section 5 generates a second concentrated gas with a higher carbon dioxide concentration from the first concentrated gas.

第2濃縮部5の各構成要素の内、第1濃縮部2と同様の構成要素については、重複する説明を適宜省略する。すなわち、第2切替部51は、第1切替部21と、第3吸着タンク53及び第4吸着タンク54は、第1吸着タンク23及び第2吸着タンク24と、第2圧力センサ59は、第1圧力センサ29と、第2排気部60は、第1排気部30と、第2フィルタ61は、第1フィルタ31と、第2逆止弁63は、第1逆止弁33と、第3絞り弁65は、第1絞り弁35と、第2排気弁69は、第1排気弁39と、第2バッファタンク71は、第1バッファタンク41と、各々同様の構成が採用可能であるため、重複する説明は適宜省略する。 Of the components of the second concentration section 5, those that are the same as those of the first concentration section 2 will be omitted from the description as appropriate. That is, the second switching section 51 is the first switching section 21, the third adsorption tank 53 and the fourth adsorption tank 54 are the first adsorption tank 23 and the second adsorption tank 24, the second pressure sensor 59 is the first pressure sensor 29, the second exhaust section 60 is the first exhaust section 30, the second filter 61 is the first filter 31, the second check valve 63 is the first check valve 33, the third throttle valve 65 is the first throttle valve 35, the second exhaust valve 69 is the first exhaust valve 39, and the second buffer tank 71 is the first buffer tank 41. Since each of these components can have the same configuration, the description as above will be omitted as appropriate.

第2入口部50は、第1出口部40から給気された第1濃縮ガスを第2濃縮部5内へ給気する取入口である。 The second inlet section 50 is an intake port through which the first concentrated gas supplied from the first outlet section 40 is supplied into the second concentration section 5.

第2減圧ポンプ55は、第3吸着タンク53及び第4吸着タンク54の気体を減圧するポンプである。第1減圧ポンプ25から第1昇圧ポンプ27へ気体は給気される。 The second pressure reduction pump 55 is a pump that reduces the pressure of the gas in the third adsorption tank 53 and the fourth adsorption tank 54. Gas is supplied from the first pressure reduction pump 25 to the first boost pump 27.

第2昇圧ポンプ57は、第2濃縮ガスを加圧し、気体濃縮装置1外へ排気するためのポンプである。 The second boost pump 57 is a pump for pressurizing the second concentrated gas and discharging it outside the gas concentration device 1.

第1濃縮部2内の気体の容積と、第2濃縮部5内の気体の容積と、は異なる。具体的には、第2濃縮部5内の気体の容積は、第1濃縮部2内の気体の容積より小さい。第2濃縮部5内の気体の容積が第1濃縮部2内の気体の容積より小さいことにより、圧力制御を要する気体の容積が小さくなるため、第1濃縮部2内の圧力制御を行う各ポンプ9の出力を抑えることが出来る。 The volume of gas in the first concentration section 2 is different from the volume of gas in the second concentration section 5. Specifically, the volume of gas in the second concentration section 5 is smaller than the volume of gas in the first concentration section 2. Because the volume of gas in the second concentration section 5 is smaller than the volume of gas in the first concentration section 2, the volume of gas that requires pressure control is smaller, and the output of each pump 9 that controls the pressure in the first concentration section 2 can be reduced.

第2吸着部52は、第1濃縮ガスから二酸化炭素を吸脱着し第2濃縮ガスを生成する。第2吸着部52は、第3吸着タンク53と、第4吸着タンク54と、を有する。第3吸着タンク53の容積又は第4吸着タンク54の容積は、第1吸着タンク23の容積又は第2吸着タンク24の容積よりも小さい。例えば、第3吸着タンクの容積又は第4吸着タンクの容積は、第1吸着タンクの容積又は第2吸着タンクの容積の2分の1、3分の2、3分の1、4分の3、5分の4、又は3分の4でもよく,好ましくは、5分の4以下且つ5分の1以上でもよい。更に好ましくは、第3吸着タンクの容積又は第4吸着タンクの容積は、第1吸着タンクの容積又は第2吸着タンクの容積の4分の3以下且つ2分の1以上である。第1濃縮ガスは、第1濃縮部2で気体濃縮装置1外から吸気された気体と比べ、より二酸化炭素の濃度が高く、つまり特定の体積当たりの二酸化炭素の分子数が多い。そのため、第1濃縮ガスを第3吸着タンク53又は第4吸着タンク54において気体濃縮する際に必要とされる容積は、気体濃縮装置1外から吸気された気体を第1吸着タンク23又は第2吸着タンク24において気体濃縮する際に必要とされる容積よりも小さい。タンク容積が小さいほど、タンク容積が大きい場合よりもタンクそのもののコストダウンが可能であり、また圧力制御を要する気体の容積が小さくなるため、各ポンプの出力を抑えることが出来る。つまり、第2減圧ポンプ55の出力は、第1減圧ポンプ25の出力と比して小さくてもよい。 The second adsorption section 52 adsorbs and desorbs carbon dioxide from the first concentrated gas to generate a second concentrated gas. The second adsorption section 52 has a third adsorption tank 53 and a fourth adsorption tank 54. The volume of the third adsorption tank 53 or the volume of the fourth adsorption tank 54 is smaller than the volume of the first adsorption tank 23 or the volume of the second adsorption tank 24. For example, the volume of the third adsorption tank or the volume of the fourth adsorption tank may be half, two-thirds, one-third, three-quarters, four-fifths, or four-thirds of the volume of the first adsorption tank or the second adsorption tank, and preferably, it may be four-fifths or less and one-fifth or more. More preferably, the volume of the third adsorption tank or the fourth adsorption tank is three-quarters or less and half or more of the volume of the first adsorption tank or the second adsorption tank. The first concentrated gas has a higher carbon dioxide concentration than the gas sucked in from outside the gas concentration device 1 in the first concentration section 2, that is, the number of carbon dioxide molecules per specific volume is greater. Therefore, the volume required to concentrate the first concentrated gas in the third adsorption tank 53 or the fourth adsorption tank 54 is smaller than the volume required to concentrate the gas sucked in from outside the gas concentration device 1 in the first adsorption tank 23 or the second adsorption tank 24. The smaller the tank volume, the lower the cost of the tank itself can be compared to when the tank volume is large, and since the volume of gas that requires pressure control is smaller, the output of each pump can be reduced. In other words, the output of the second pressure reduction pump 55 may be smaller than the output of the first pressure reduction pump 25.

第3フィルタ62は、第2濃縮ガスをフィルタリングする。例えば、第3フィルタ62は、バッファ内の粉塵等をフィルタリングする。第3フィルタ62でフィルタリングされた気体は、減圧弁73へ給気される。 The third filter 62 filters the second concentrated gas. For example, the third filter 62 filters out dust particles and the like in the buffer. The gas filtered by the third filter 62 is supplied to the pressure reducing valve 73.

第2バッファタンク71の容積は、第1バッファタンク41の容積よりも小さい。例えば、第2バッファタンク71の容積は、第1バッファタンク41の容積の2分の1、3分の2、3分の1、4分の3、5分の4、又は3分の4でもよく、好ましくは、5分の4以下且つ5分の1以上でもよい。更に好ましくは、第2バッファタンク71の容積は、第1バッファタンク41の容積の4分の3以下且つ2分の1以上である。タンク容積が小さいほど、タンク容積が大きい場合よりもタンクそのもののコストダウンが可能であり、また圧力制御を要する気体の容積が小さくなるため、各ポンプの出力を抑えることが出来る。 The volume of the second buffer tank 71 is smaller than the volume of the first buffer tank 41. For example, the volume of the second buffer tank 71 may be half, two-thirds, one-third, three-quarters, four-fifths, or four-thirds of the volume of the first buffer tank 41, and preferably is less than four-fifths and more than one-fifth. More preferably, the volume of the second buffer tank 71 is less than three-quarters and more than half the volume of the first buffer tank 41. The smaller the tank volume, the lower the cost of the tank itself can be compared to a case where the tank volume is large, and since the volume of gas requiring pressure control is smaller, the output of each pump can be reduced.

減圧弁73は、第2濃縮ガスを減圧する。減圧弁73は、その開度が調節可能な電子膨張弁であっても、電磁弁であってもよい。減圧弁73が電磁弁である場合、減圧弁73は、全開状態と、第2濃縮ガスを減圧するように開度を小さくする状態と、に切り換えることが可能である。減圧弁73で減圧された第2濃縮ガスは、流量計75へ給気される。 The pressure reducing valve 73 reduces the pressure of the second concentrated gas. The pressure reducing valve 73 may be an electronic expansion valve whose opening is adjustable, or a solenoid valve. When the pressure reducing valve 73 is a solenoid valve, it can be switched between a fully open state and a state in which the opening is reduced so as to reduce the pressure of the second concentrated gas. The second concentrated gas reduced in pressure by the pressure reducing valve 73 is supplied to the flow meter 75.

流量計75は、第2濃縮ガスの流量を検出する。流量計75で流量を検出された第2濃縮ガスは、定流量弁77へ給気される。 The flow meter 75 detects the flow rate of the second concentrated gas. The second concentrated gas whose flow rate is detected by the flow meter 75 is supplied to the constant flow valve 77.

定流量弁77は、通過する第2濃縮ガスの最大流量を制限する。定流量弁77から第2濃縮ガスは、ガス排気部70へ給気される。 The constant flow valve 77 limits the maximum flow rate of the second concentrated gas passing through. The second concentrated gas is supplied from the constant flow valve 77 to the gas exhaust section 70.

ガス排気部70は、気体濃縮装置1内から気体濃縮装置1外へ第2濃縮ガスを排気する。排気された第2濃縮ガスはタンク等に保管されてもよく、適宜使用されてもよい。 The gas exhaust unit 70 exhausts the second concentrated gas from within the gas concentration device 1 to the outside of the gas concentration device 1. The exhausted second concentrated gas may be stored in a tank or the like, or may be used as appropriate.

次に、制御装置8について説明する。制御装置8は、気体濃縮装置1の各部を制御する。制御装置8は、その一部又は全部がアナログ回路で構成されるか、デジタルプロセッサ又はメモリで構成される。この制御装置8は、機能ブロックとして、通信部81と、制御部83と、記憶部85と、を備える。 Next, the control device 8 will be described. The control device 8 controls each part of the gas concentration device 1. The control device 8 is composed of a part or the whole of an analog circuit, or a digital processor or memory. The control device 8 has the following functional blocks: a communication unit 81, a control unit 83, and a memory unit 85.

制御装置8の通信部81は、信号の送受信を行う。通信部81は、例えば、気体濃縮装置1の外部と信号を送受信し、又は各圧力センサ29及び59、流量計75等の気体濃縮装置1内の構成要素と信号を送受信する。制御装置8の制御部83は、気体濃縮装置1が外部若しくは内部から受信した信号や、記憶部85に記憶された流量や圧力等の測定値若しくは制御目標値、又は種々の制御パラメータに基づいて種々の制御を行う。制御パラメータは、例えば、第1切替部21若しくは第2切替部51の各電磁弁の開閉状態、第1排気弁39及び第2排気弁69の開閉状態等を含む。制御装置8の記憶部85は、測定値若しくは制御目標値、又は種々の制御パラメータを記憶する。 The communication unit 81 of the control device 8 transmits and receives signals. For example, the communication unit 81 transmits and receives signals to and from the outside of the gas concentration device 1, or transmits and receives signals to and from components within the gas concentration device 1, such as the pressure sensors 29 and 59 and the flow meter 75. The control unit 83 of the control device 8 performs various controls based on signals received by the gas concentration device 1 from the outside or inside, measured values or control target values such as flow rate and pressure stored in the memory unit 85, or various control parameters. The control parameters include, for example, the open/closed state of each solenoid valve of the first switching unit 21 or the second switching unit 51, the open/closed state of the first exhaust valve 39 and the second exhaust valve 69, etc. The memory unit 85 of the control device 8 stores the measured values or control target values, or various control parameters.

制御装置8の制御部83は、ポンプ9を制御し、第1濃縮部2内の圧力及び第2濃縮部5内の圧力を調整する。具体的には、制御部83は、第1減圧ポンプ25とエアーポンプ11とを制御し、第1濃縮部2内の圧力を調整する。また、制御部83は、第2減圧ポンプ55と第1昇圧ポンプ27と第2昇圧ポンプ57とを制御し、第2濃縮部5内の圧力を調整する。また、制御部83は、第1切替部を制御し気体の給気先を切り替え、第2切替部を制御し第1濃縮ガスの給気先を切り替える。具体的には、制御部83は、第1切替部21の第1電磁弁21A、第1電磁弁21B、第1電磁弁21C、第1電磁弁21Dの開閉状態を制御する。制御部83は、各電磁弁の開閉状態を制御することで、第1吸着タンク23若しくは第2吸着タンク24への気体の給気又は第1吸着タンク23若しくは第2吸着タンク24からの気体の給気を制御する。また、制御部83は、同様に第2切替部51の第2電磁弁51A、第2電磁弁51B、第2電磁弁51C、第2電磁弁51Dの弁の開閉状態を制御することで、第3吸着タンク53又は第4吸着タンク54の気体の給気先を制御する。更に、制御部83は、第1切替部21及び第1排気弁39を連動して制御して、気体の排気及び第1濃縮ガスの排気のタイミングを調整する。具体的には、制御部83は、第1切替部21の各電磁弁と第1排気弁39の弁の開閉状態を制御することで、気体の排気及び第1濃縮ガスの排気のタイミングを調整する。また、制御部83は、同様に第2切替部51と第2排気弁69を連動して制御して、第1濃縮ガスの排気及び第2濃縮ガスの排気のタイミングを調整する。 The control unit 83 of the control device 8 controls the pump 9 to adjust the pressure in the first concentration unit 2 and the pressure in the second concentration unit 5. Specifically, the control unit 83 controls the first pressure reduction pump 25 and the air pump 11 to adjust the pressure in the first concentration unit 2. The control unit 83 also controls the second pressure reduction pump 55, the first boost pump 27, and the second boost pump 57 to adjust the pressure in the second concentration unit 5. The control unit 83 also controls the first switching unit to switch the supply destination of the gas, and controls the second switching unit to switch the supply destination of the first concentrated gas. Specifically, the control unit 83 controls the opening and closing states of the first solenoid valve 21A, the first solenoid valve 21B, the first solenoid valve 21C, and the first solenoid valve 21D of the first switching unit 21. The control unit 83 controls the opening and closing states of each solenoid valve to control the supply of gas to the first adsorption tank 23 or the second adsorption tank 24, or the supply of gas from the first adsorption tank 23 or the second adsorption tank 24. Similarly, the control unit 83 controls the opening and closing states of the second solenoid valves 51A, 51B, 51C, and 51D of the second switching unit 51 to control the supply destination of the gas to the third adsorption tank 53 or the fourth adsorption tank 54. Furthermore, the control unit 83 controls the first switching unit 21 and the first exhaust valve 39 in cooperation with each other to adjust the timing of exhausting the gas and the first concentrated gas. Specifically, the control unit 83 controls the opening and closing states of each solenoid valve of the first switching unit 21 and the first exhaust valve 39 to adjust the timing of exhausting the gas and the first concentrated gas. Similarly, the control unit 83 controls the second switching unit 51 and the second exhaust valve 69 in cooperation with each other to adjust the timing of exhausting the first concentrated gas and the second concentrated gas.

<動作例>
気体の濃縮は、例えば下記のように行われる。エアーポンプ11によって気体濃縮装置1外から吸気された気体は、第1吸着タンク23へ給気される。第1吸着タンク23中の二酸化炭素の吸着材は、第1吸着タンク23へ給気された気体から、二酸化炭素を吸着する。二酸化炭素が吸着され二酸化炭素濃度が低くなった第1排気ガスは、第1排気部30を通じて気体濃縮装置1外へ排気される。次に、第1吸着タンク23内の気体の圧力を第1減圧ポンプ25により減圧することで、第1吸着タンク23中の二酸化炭素の吸着材から二酸化炭素を脱離させる。吸着材から二酸化炭素が脱離するため、当該吸着材は、再び二酸化炭素を吸着することが出来る。すなわち、二酸化炭素の吸着材は、二酸化炭素の脱離により再生される。第1吸着タンク23から脱離した二酸化炭素を含む気体は気体濃縮装置1外から給気された気体よりも二酸化炭素濃度が高い第1濃縮ガスである。第1濃縮ガスは、第1昇圧ポンプ27で加圧され、第2濃縮部5へ給気される。第2濃縮部5内へ導入された第1濃縮ガスは第3吸着タンク53へ給気される。第3吸着タンク53中の二酸化炭素の吸着材は、第3吸着タンク53へ給気された気体から、二酸化炭素を吸着する。二酸化炭素が吸着され二酸化炭素濃度が低くなった第2排気ガスは、第2排気部60を通じて気体濃縮装置1外へ排気される。次に第3吸着タンク53内の気体の圧力を、第2減圧ポンプ55により減圧することで、第3吸着タンク53内の二酸化炭素を脱離させる。第3吸着タンク53から脱離した二酸化炭素を含む気体は、第1濃縮部2から給気された第1濃縮ガスよりも二酸化炭素濃度が高い第2濃縮ガスである。この第2濃縮ガスは、第2昇圧ポンプ57で加圧され、気体濃縮装置1外へ排気される。上記二酸化炭素の吸着と脱離は、第1吸着タンク23と第2吸着タンク24との間で交互に、また第3吸着タンク53と第4吸着タンク54との間で交互に行われる。
<Example of operation>
Concentration of gas is performed, for example, as follows. The gas sucked in from outside the gas concentration device 1 by the air pump 11 is supplied to the first adsorption tank 23. The carbon dioxide adsorbent in the first adsorption tank 23 adsorbs carbon dioxide from the gas supplied to the first adsorption tank 23. The first exhaust gas in which carbon dioxide has been adsorbed and the carbon dioxide concentration has been reduced is exhausted to the outside of the gas concentration device 1 through the first exhaust section 30. Next, the pressure of the gas in the first adsorption tank 23 is reduced by the first pressure reducing pump 25, thereby desorbing carbon dioxide from the carbon dioxide adsorbent in the first adsorption tank 23. Since carbon dioxide is desorbed from the adsorbent, the adsorbent can adsorb carbon dioxide again. That is, the carbon dioxide adsorbent is regenerated by desorption of carbon dioxide. The gas containing carbon dioxide desorbed from the first adsorption tank 23 is a first concentrated gas having a higher carbon dioxide concentration than the gas supplied from outside the gas concentration device 1. The first concentrated gas is pressurized by the first boost pump 27 and supplied to the second concentrating section 5. The first concentrated gas introduced into the second concentrating section 5 is supplied to the third adsorption tank 53. The carbon dioxide adsorbent in the third adsorption tank 53 adsorbs carbon dioxide from the gas supplied to the third adsorption tank 53. The second exhaust gas in which carbon dioxide has been adsorbed and the carbon dioxide concentration has been reduced is exhausted to the outside of the gas concentrating device 1 through the second exhaust section 60. Next, the pressure of the gas in the third adsorption tank 53 is reduced by the second decompression pump 55, thereby desorbing the carbon dioxide in the third adsorption tank 53. The gas containing carbon dioxide desorbed from the third adsorption tank 53 is a second concentrated gas having a higher carbon dioxide concentration than the first concentrated gas supplied from the first concentrating section 2. This second concentrated gas is pressurized by the second boost pump 57 and exhausted to the outside of the gas concentrating device 1. The adsorption and desorption of carbon dioxide is carried out alternately between the first adsorption tank 23 and the second adsorption tank 24 and alternately between the third adsorption tank 53 and the fourth adsorption tank 54 .

<処理の流れ>
図2は、図1の気体濃縮装置1の第1濃縮部2における処理の流れの一例を示すタイミングチャートである。図2は、第1切替部21の第1電磁弁21A、第1電磁弁21B、第1電磁弁21C、第1電磁弁21Dの弁の開閉状態(OPEN又はCLOSE)、第1排気弁39の弁の開閉状態(OPEN又はCLOSE)を時系列ごとに示している。図2は、第1吸着タンク23及び第2吸着タンク24が吸着、均圧、又は脱離のいずれの段階であるか、も時系列ごとに示している。また、図3は、時間T11における第1濃縮部2内の気体の流れを示す図である。また、図4は、時間T14における第1濃縮部2内の気体の流れを示す図である。図1、図2、図3及び図4を参照しながら、第1吸着タンク23と第2吸着タンク24との間で交互に行われる二酸化炭素の吸着と脱離のフローについて説明する。
<Processing flow>
FIG. 2 is a timing chart showing an example of the flow of the process in the first concentrating section 2 of the gas concentrating device 1 of FIG. 1. FIG. 2 shows the open/closed states (OPEN or CLOSE) of the first solenoid valve 21A, the first solenoid valve 21B, the first solenoid valve 21C, and the first solenoid valve 21D of the first switching section 21, and the open/closed state (OPEN or CLOSE) of the first exhaust valve 39, in time series. FIG. 2 also shows which stage the first adsorption tank 23 and the second adsorption tank 24 are in, that is, adsorption, pressure equalization, or desorption, in time series. FIG. 3 is a diagram showing the flow of gas in the first concentrating section 2 at time T11. FIG. 4 is a diagram showing the flow of gas in the first concentrating section 2 at time T14. The flow of carbon dioxide adsorption and desorption alternately performed between the first adsorption tank 23 and the second adsorption tank 24 will be described with reference to FIGS. 1, 2, 3, and 4.

時間T11において、第1電磁弁21Aは開状態、第1電磁弁21Bは閉状態、第1電磁弁21Cは閉状態、第1電磁弁21Dは開状態であって、第1吸着タンク23は吸着状態、第2吸着タンク24は脱離状態である。図3に示すように、エアーポンプ11によって気体濃縮装置1外から吸気された気体は。第1吸着タンク23へ給気される。第1吸着タンク23は、給気された気体から二酸化炭素を吸着する。二酸化炭素が吸着され、二酸化炭素濃度が低くなった第1排気ガスは、第1排気部30を通じて気体濃縮装置1外へ排出される。一方、第2吸着タンク24内の気体の圧力を第1減圧ポンプ25により減圧することで、第2吸着タンク24中の二酸化炭素の吸着材から二酸化炭素を脱離させて第1濃縮ガスを生成する。第1濃縮ガスは、第1出口部40を通じて第2濃縮部5へ給気される。二酸化炭素の脱離により、第2吸着タンク24内の二酸化炭素の吸着材は、再生される。 At time T11, the first solenoid valve 21A is open, the first solenoid valve 21B is closed, the first solenoid valve 21C is closed, and the first solenoid valve 21D is open, the first adsorption tank 23 is in an adsorption state, and the second adsorption tank 24 is in a desorption state. As shown in FIG. 3, the gas sucked in from outside the gas concentration device 1 by the air pump 11 is supplied to the first adsorption tank 23. The first adsorption tank 23 adsorbs carbon dioxide from the supplied gas. The first exhaust gas in which carbon dioxide has been adsorbed and the carbon dioxide concentration has been reduced is discharged outside the gas concentration device 1 through the first exhaust section 30. Meanwhile, the pressure of the gas in the second adsorption tank 24 is reduced by the first pressure reduction pump 25, thereby desorbing carbon dioxide from the carbon dioxide adsorbent in the second adsorption tank 24 to generate a first concentrated gas. The first concentrated gas is supplied to the second concentration section 5 through the first outlet section 40. By desorption of carbon dioxide, the carbon dioxide adsorbent in the second adsorption tank 24 is regenerated.

図2に戻って、時間t111において、第1電磁弁21Bは、開状態に切り替わり、第1電磁弁21Dは、閉状態に切り替わる。時刻T12において、第1吸着タンク23と第2吸着タンク24とは、均圧状態である。エアーポンプ11によって気体濃縮装置1外から吸気された気体が、第1吸着タンク23及び第2吸着タンク24に給気される。また、第1吸着タンク23内の気体が、時間T11において減圧状態にあった第2吸着タンク24へと流入し、第1吸着タンク23内の圧力と第2吸着タンク24内の圧力とが等しくなる。ここで、第1電磁弁21Cと第1電磁弁21Dとが閉状態であるため、第2濃縮部5側へ気体は給気されず、第1排気部30から気体が排気される。 Returning to FIG. 2, at time t111, the first solenoid valve 21B switches to an open state, and the first solenoid valve 21D switches to a closed state. At time T12, the first adsorption tank 23 and the second adsorption tank 24 are in an equal pressure state. The gas sucked in from outside the gas concentration device 1 by the air pump 11 is supplied to the first adsorption tank 23 and the second adsorption tank 24. In addition, the gas in the first adsorption tank 23 flows into the second adsorption tank 24, which was in a reduced pressure state at time T11, and the pressure in the first adsorption tank 23 and the pressure in the second adsorption tank 24 become equal. Here, since the first solenoid valve 21C and the first solenoid valve 21D are in a closed state, the gas is not supplied to the second concentration section 5 side, and the gas is exhausted from the first exhaust section 30.

時刻t112において、第1電磁弁21Aは、閉状態に切り替わり、第1電磁弁21Cは、開状態に切り替わる。時間T13において、第1吸着タンク23は脱離状態、第2吸着タンク24は吸着状態である。時間T11における各タンクの吸着と脱離の状態が入れ替わり、第1吸着タンク23から第1フィルタ31側へ、第1濃縮ガスが給気される。また、時刻t112において、第1排気弁39も開状態に切り替わる。第1排気弁39が開くことにより、第1逆止弁33Cの吸気側の気体が排気され、その圧力が下がる。第1逆止弁33の吸気側の圧力が下がることにより、第1逆止弁33Cの吸気側と給気側との差圧が、給気側がより高い状態に維持されるため、第1逆止弁33Cにおいて給気側から吸気側への気体の逆流を防止することが出来る。上記排気により、各タンクの吸着と脱離の状態が入れ替わる際の圧力の変動により上記逆流が起こることを防止することができる。 At time t112, the first solenoid valve 21A switches to a closed state, and the first solenoid valve 21C switches to an open state. At time T13, the first adsorption tank 23 is in a desorption state, and the second adsorption tank 24 is in an adsorption state. The adsorption and desorption states of each tank at time T11 are switched over, and the first concentrated gas is supplied from the first adsorption tank 23 to the first filter 31 side. Also, at time t112, the first exhaust valve 39 also switches to an open state. By opening the first exhaust valve 39, the gas on the intake side of the first check valve 33C is exhausted, and its pressure drops. By lowering the pressure on the intake side of the first check valve 33, the differential pressure between the intake side and the supply side of the first check valve 33C is maintained in a state where the supply side is higher, so that the first check valve 33C can prevent backflow of gas from the supply side to the intake side. This exhaust helps prevent backflow caused by pressure fluctuations when the adsorption and desorption states of each tank switch.

時刻t113において、第1排気弁39が閉状態に切り替わり、排気が止まる。時刻T14においても、引き続き第1吸着タンク23は脱離状態、第2吸着タンク24は吸着状態である。図4に示すように、エアーポンプ11によって気体濃縮装置1外から吸気された気体は、第2吸着タンク24へ給気される。第2吸着タンク24は、給気された気体から二酸化炭素を吸着する。二酸化炭素が吸着され、二酸化炭素濃度が低くなった第1排気ガスは、第1排気部30を通じて気体濃縮装置1外へ排出される。一方、第1吸着タンク23内の気体の圧力を第1減圧ポンプ25により減圧することで、第1吸着タンク23中の二酸化炭素の吸着材から二酸化炭素を脱離させて第1濃縮ガスを生成する。第1濃縮ガスは、第1出口部40を通じて第2濃縮部5へ給気される。二酸化炭素の脱離により、第1吸着タンク23内の二酸化炭素の吸着材は、再生される。 At time t113, the first exhaust valve 39 is switched to a closed state, and exhaust stops. At time T14, the first adsorption tank 23 continues to be in a desorption state, and the second adsorption tank 24 continues to be in an adsorption state. As shown in FIG. 4, the gas sucked in from outside the gas concentration device 1 by the air pump 11 is supplied to the second adsorption tank 24. The second adsorption tank 24 adsorbs carbon dioxide from the supplied gas. The first exhaust gas, in which carbon dioxide has been adsorbed and the carbon dioxide concentration has been reduced, is discharged outside the gas concentration device 1 through the first exhaust section 30. Meanwhile, the pressure of the gas in the first adsorption tank 23 is reduced by the first pressure reduction pump 25, so that carbon dioxide is desorbed from the carbon dioxide adsorbent in the first adsorption tank 23 to generate a first concentrated gas. The first concentrated gas is supplied to the second concentration section 5 through the first outlet section 40. The carbon dioxide adsorbent in the first adsorption tank 23 is regenerated by the desorption of carbon dioxide.

図2に戻って、時刻t114において、第1電磁弁21Aは、開状態に切り替わり、第1電磁弁21Cは、閉状態に切り替わる。時刻T15において、第1吸着タンク23と第2吸着タンク24とは、均圧状態である。エアーポンプ11によって気体濃縮装置1外から吸気された気体が、第1吸着タンク23及び第2吸着タンク24に給気される。また、第2吸着タンク24内の気体が、時間T11において減圧状態にあった第1吸着タンク23へと流入し、第1吸着タンク23内の圧力と第2吸着タンク24内の圧力とが等しくなる。ここで、第1電磁弁21Cと第1電磁弁21Dとが閉状態であるため、第2濃縮部5側へ気体は、給気されず、第1絞り弁35側から気体が排気される。 Returning to FIG. 2, at time t114, the first solenoid valve 21A switches to an open state, and the first solenoid valve 21C switches to a closed state. At time T15, the first adsorption tank 23 and the second adsorption tank 24 are in an equal pressure state. The gas sucked in from outside the gas concentration device 1 by the air pump 11 is supplied to the first adsorption tank 23 and the second adsorption tank 24. In addition, the gas in the second adsorption tank 24 flows into the first adsorption tank 23, which was in a reduced pressure state at time T11, and the pressure in the first adsorption tank 23 and the pressure in the second adsorption tank 24 become equal. Here, since the first solenoid valve 21C and the first solenoid valve 21D are in a closed state, the gas is not supplied to the second concentration section 5 side, and the gas is exhausted from the first throttle valve 35 side.

時刻t115において、第1電磁弁21Bは、閉状態に切り替わり、第1電磁弁21Dは、開状態に切り替わる。時間T16において、第1吸着タンク23は吸着状態、第2吸着タンク24は脱離状態である。時間T14における各タンクの吸着と脱離の状態が入れ替わり、第2吸着タンク24から第1濃縮ガスが第1フィルタ31側へ給気される。また、時刻t115において、第1排気弁39も開状態に切り替わる。 At time t115, the first solenoid valve 21B switches to the closed state, and the first solenoid valve 21D switches to the open state. At time T16, the first adsorption tank 23 is in the adsorption state, and the second adsorption tank 24 is in the desorption state. The adsorption and desorption states of each tank at time T14 are switched, and the first concentrated gas is supplied from the second adsorption tank 24 to the first filter 31 side. Also, at time t115, the first exhaust valve 39 switches to the open state.

時刻t116において、第1排気弁39が閉状態に切り替わり、排気が止まる。ここで、T11の場合と同様、第1電磁弁21Aは開状態、第1電磁弁21Bは閉状態、第1電磁弁21Cは、閉状態、第1電磁弁21Dは開状態であって、第1吸着タンク23は吸着状態、第2吸着タンク24は脱離状態となる。 At time t116, the first exhaust valve 39 switches to the closed state, and exhaust stops. Here, as in the case of T11, the first solenoid valve 21A is open, the first solenoid valve 21B is closed, the first solenoid valve 21C is closed, and the first solenoid valve 21D is open, the first adsorption tank 23 is in the adsorption state, and the second adsorption tank 24 is in the desorption state.

上記の工程を繰り返し、第1濃縮部2の第1吸着タンク23及び第2吸着タンク24において、二酸化炭素の吸着と脱離が互いに交互に実行され、第1濃縮ガスが生成される。ここで、上記二酸化炭素の吸着と脱離は、第1切替部21の切り替え及びエアーポンプ11と第1減圧ポンプ25とによる気体濃縮装置1内の圧力調整により制御される。 By repeating the above process, carbon dioxide adsorption and desorption are alternately performed in the first adsorption tank 23 and the second adsorption tank 24 of the first concentration section 2, and the first concentrated gas is generated. Here, the adsorption and desorption of carbon dioxide is controlled by switching the first switching section 21 and adjusting the pressure inside the gas concentration device 1 by the air pump 11 and the first pressure reduction pump 25.

図5は、図1の気体濃縮装置1の第2濃縮部5における処理の流れの一例を示すタイミングチャートである。図5は、第2切替部51の第2電磁弁51A、第2電磁弁51B、第2電磁弁51C、第2電磁弁51Dの弁の開閉状態(OPEN又はCLOSE)、第2排気弁69の弁の開閉状態(OPEN又はCLOSE)を時系列ごとに示している。図5は、第3吸着タンク53及び第4吸着タンク54が吸着、均圧、又は脱離のいずれの段階であるか、も時系列ごとに示している。 Figure 5 is a timing chart showing an example of the process flow in the second concentrating section 5 of the gas concentrating device 1 of Figure 1. Figure 5 shows the open/closed states (OPEN or CLOSE) of the second solenoid valves 51A, 51B, 51C, and 51D of the second switching section 51, and the open/closed state (OPEN or CLOSE) of the second exhaust valve 69, in chronological order. Figure 5 also shows which stage the third adsorption tank 53 and the fourth adsorption tank 54 are in, adsorption, pressure equalization, or desorption, in chronological order.

図5に示す第2濃縮部5における二酸化炭素の吸着と脱離のフローの内、第1濃縮部2における二酸化炭素の吸着と脱離のフローと重複する内容については説明を適宜省略する。第2濃縮部5の各構成要素を、第1濃縮部2と対応する各構成要素に読み替えることが出来る。すなわち、エアーポンプ11は第1昇圧ポンプ27、第1吸着タンク23は第3吸着タンク53、第2吸着タンク24は第4吸着タンク54、第1電磁弁21Aは第2電磁弁51A、第1電磁弁21Bは第2電磁弁51B、第1電磁弁21Cは第2電磁弁51C、第1電磁弁21Dは第2電磁弁51D、第1逆止弁33Cは第2逆止弁63C、第1排気弁39は第2排気弁69、時間T11~T16は各々時間T21~T26、時刻t100~t126は各々時刻t200~226、と同様の構成が採用可能であるため、重複する説明は適宜省略する。 5, the flow of carbon dioxide adsorption and desorption in the second concentrator 5 overlaps with the flow of carbon dioxide adsorption and desorption in the first concentrator 2, and the description thereof will be omitted as appropriate. Each component of the second concentrator 5 can be replaced with each component corresponding to the first concentrator 2. That is, the same configuration can be adopted as the air pump 11 as the first boost pump 27, the first suction tank 23 as the third suction tank 53, the second suction tank 24 as the fourth suction tank 54, the first solenoid valve 21A as the second solenoid valve 51A, the first solenoid valve 21B as the second solenoid valve 51B, the first solenoid valve 21C as the second solenoid valve 51C, the first solenoid valve 21D as the second solenoid valve 51D, the first check valve 33C as the second check valve 63C, the first exhaust valve 39 as the second exhaust valve 69, times T11 to T16 as times T21 to T26, and times t100 to t126 as times t200 to t226, so duplicated explanations will be omitted as appropriate.

第1濃縮部2と同様に、第2濃縮部5の第3吸着タンク53及び第4吸着タンク54において、二酸化炭素の吸着と脱離が互いに交互に実行され、第2濃縮ガスが生成される。ここで、第2濃縮部5の第2吸着部52における二酸化炭素の吸着と脱離は、第2切替部51の切り替え及び第1昇圧ポンプ27と第2減圧ポンプ55とによる第2濃縮部5内の圧力調整により制御される。 Similar to the first concentration section 2, carbon dioxide adsorption and desorption are alternately performed in the third adsorption tank 53 and the fourth adsorption tank 54 of the second concentration section 5 to generate a second concentrated gas. Here, the adsorption and desorption of carbon dioxide in the second adsorption section 52 of the second concentration section 5 is controlled by switching the second switching section 51 and adjusting the pressure in the second concentration section 5 by the first boost pump 27 and the second pressure reduction pump 55.

<作用効果>
以上、本実施形態に係る気体濃縮装置1は、気体を取り入れる気体取入部10と、取り入れられた気体から二酸化炭素の濃度を高めた第1濃縮ガスを生成する第1濃縮部2と、第1濃縮ガスから更に二酸化炭素の濃度を高めた第2濃縮ガスを生成する第2濃縮部5と、外部へ第2濃縮ガスを排気するガス排気部70と、を備える。
<Action and effect>
As described above, the gas concentration device 1 of this embodiment comprises a gas intake section 10 that takes in gas, a first concentration section 2 that generates a first concentrated gas having an increased concentration of carbon dioxide from the taken-in gas, a second concentration section 5 that generates a second concentrated gas having an even higher concentration of carbon dioxide from the first concentrated gas, and a gas exhaust section 70 that exhausts the second concentrated gas to the outside.

この構成によれば、2段階で気体濃縮が行われるため、気体から1段階の気体濃縮過程により二酸化炭素を回収する場合と比較して、より高濃度の二酸化炭素を回収することを可能とする。 With this configuration, gas concentration is performed in two stages, making it possible to recover carbon dioxide at a higher concentration than when carbon dioxide is recovered from gas through a single-stage gas concentration process.

また、気体濃縮装置1では、第1濃縮部2は、気体から二酸化炭素を吸脱着し第1濃縮ガスを生成する第1吸着部22を有し、第2濃縮部5は、第1濃縮ガスから二酸化炭素を吸脱着し第2濃縮ガスを生成する第2吸着部52を有し、第1濃縮部2内の圧力及び第2濃縮部5内の圧力を調整可能に構成されるポンプ9と、ポンプ9を制御し、第1濃縮部2内の圧力及び第2濃縮部5内の圧力を調整する制御装置8と、を更に備える。 In addition, in the gas concentration device 1, the first concentration section 2 has a first adsorption section 22 that adsorbs and desorbs carbon dioxide from the gas to generate a first concentrated gas, and the second concentration section 5 has a second adsorption section 52 that adsorbs and desorbs carbon dioxide from the first concentrated gas to generate a second concentrated gas, and further includes a pump 9 that is configured to adjust the pressure in the first concentration section 2 and the pressure in the second concentration section 5, and a control device 8 that controls the pump 9 and adjusts the pressure in the first concentration section 2 and the pressure in the second concentration section 5.

この構成によれば、熱制御により気体濃縮が行われる場合と比較して、より高速で二酸化炭素を含む気体を得ることが出来る。 This configuration allows gas containing carbon dioxide to be obtained more quickly than when gas concentration is performed by thermal control.

また、気体濃縮装置1では、第1濃縮部2は、気体の給気先を切り替え可能に構成される第1切替部21を有し、第1吸着部22は、第1吸着タンク23と、第2吸着タンク24と、を有し、第2濃縮部5は、第1濃縮ガスの給気先を切り替え可能に構成される第2切替部51を有し、第2吸着部52は、第3吸着タンク53と、第4吸着タンク54と、を有し、制御装置8は、第1切替部21を制御し、気体の給気先を切り替え、第2切替部51を制御し、第1濃縮ガスの給気先を切り替える。 In addition, in the gas concentration device 1, the first concentration section 2 has a first switching section 21 configured to be able to switch the supply destination of the gas, the first adsorption section 22 has a first adsorption tank 23 and a second adsorption tank 24, the second concentration section 5 has a second switching section 51 configured to be able to switch the supply destination of the first concentrated gas, the second adsorption section 52 has a third adsorption tank 53 and a fourth adsorption tank 54, and the control device 8 controls the first switching section 21 to switch the supply destination of the gas and controls the second switching section 51 to switch the supply destination of the first concentrated gas.

この構成によれば、各濃縮部が1つの吸着タンクしか有しない場合と比較して、各濃縮部の2つの吸着タンクにおいて交互に気体濃縮が可能であるため、より高効率に気体濃縮が可能である。 With this configuration, gas can be concentrated alternately in the two adsorption tanks of each concentration section, making gas concentration more efficient than when each concentration section has only one adsorption tank.

また、気体濃縮装置1では、第1濃縮部2内の気体の容積と、第2濃縮部5内の気体の容積と、が異なる。 In addition, in the gas concentration device 1, the volume of gas in the first concentration section 2 is different from the volume of gas in the second concentration section 5.

この構成によれば、第2濃縮部内の気体の容積が第1濃縮部内の気体の容積と同じ場合と比較して、第2濃縮部内の気体の容積が第1濃縮部内の気体の容積より大きい場合、より多くの第2濃縮ガスを得ることが出来、第2濃縮部内の気体の容積が第1濃縮部内の気体の容積より小さい場合、装置のサイズを小さくしコストを抑えることができる。 According to this configuration, when the volume of gas in the second concentration section is larger than the volume of gas in the first concentration section, a larger amount of second concentrated gas can be obtained compared to when the volume of gas in the second concentration section is the same as the volume of gas in the first concentration section, and when the volume of gas in the second concentration section is smaller than the volume of gas in the first concentration section, the size of the device can be reduced and costs can be reduced.

また、気体濃縮装置1では、第3吸着タンク53の容積又は第4吸着タンク54の容積は、第1吸着タンク23の容積又は第2吸着タンク24の容積よりも小さい。 In addition, in the gas concentration device 1, the volume of the third adsorption tank 53 or the volume of the fourth adsorption tank 54 is smaller than the volume of the first adsorption tank 23 or the volume of the second adsorption tank 24.

この構成によれば、吸着タンクの容積が大きい場合と比較して、タンクそのもののコストダウンが可能であり、圧力の制御が必要な気体の体積も少ないため、圧力制御に用いるポンプの出力を低くすることも可能である。 With this configuration, compared to when the adsorption tank has a large volume, it is possible to reduce the cost of the tank itself, and because the volume of gas that requires pressure control is also small, it is also possible to reduce the output of the pump used for pressure control.

また、気体濃縮装置1では、第3吸着タンク53の容積又は第4吸着タンク54の容積は、第1吸着タンク23の容積又は第2吸着タンク24の容積の4分の3以下且つ2分の1以上である。 In addition, in the gas concentration device 1, the volume of the third adsorption tank 53 or the volume of the fourth adsorption tank 54 is less than three-quarters and more than half the volume of the first adsorption tank 23 or the second adsorption tank 24.

この構成によれば、吸着タンクの容積が大きい場合と比較して、タンクそのもののコストダウンが可能であり、圧力の制御が必要な気体の体積も少ないため、圧力制御に用いるポンプの出力を低くすることも可能である。 With this configuration, compared to when the adsorption tank has a large volume, it is possible to reduce the cost of the tank itself, and because the volume of gas that requires pressure control is also small, it is also possible to reduce the output of the pump used for pressure control.

また、気体濃縮装置1では、第1濃縮部2は、第1濃縮部2内の圧力変動を緩和する第1バッファタンク41を有し、第2濃縮部5は、第2濃縮部5内の圧力変動を緩和する第2バッファタンク71を有し、第2バッファタンク71の容積は、第1バッファタンク41の容積よりも小さい。 In addition, in the gas concentration device 1, the first concentration section 2 has a first buffer tank 41 that reduces pressure fluctuations within the first concentration section 2, and the second concentration section 5 has a second buffer tank 71 that reduces pressure fluctuations within the second concentration section 5, and the volume of the second buffer tank 71 is smaller than the volume of the first buffer tank 41.

この構成によれば、バッファタンクの容積が大きい場合と比較して、バッファタンクの自体のコストダウンが可能であり、圧力の制御が必要な気体の体積も少ないため、圧力制御に用いるポンプの出力を低くすることも可能である。 With this configuration, compared to when the volume of the buffer tank is large, it is possible to reduce the cost of the buffer tank itself, and because the volume of gas that requires pressure control is also small, it is also possible to reduce the output of the pump used for pressure control.

また、気体濃縮装置1では、第1濃縮ガスの流量を調整可能に構成される絞り弁を更に備える。 In addition, the gas concentration device 1 further includes a throttle valve that is configured to adjust the flow rate of the first concentrated gas.

この構成によれば、第1濃縮ガスの流量が不安定に変動する場合と比較して、第2濃縮部における気体濃縮過程が安定し、第2濃縮部外へ排気される第2濃縮ガスの流量も安定する。 With this configuration, the gas concentration process in the second concentration section is stable, and the flow rate of the second concentrated gas exhausted outside the second concentration section is also stable, compared to when the flow rate of the first concentrated gas fluctuates unstably.

また、気体濃縮装置1では、第1濃縮部2は、第1濃縮ガスを排気する第1排気弁39を有し、第2濃縮部5は、第2濃縮ガスを排気する第2排気弁69を有し、制御装置8は、第1切替部21と第1排気弁39を連動して制御して、気体の排気及び第1濃縮ガスの排気のタイミングを調整し、且つ、第2切替部51と第2排気弁69を連動して制御して、第1濃縮ガスの排気及び第2濃縮ガスの排気のタイミングを調整する。 In addition, in the gas concentration device 1, the first concentration section 2 has a first exhaust valve 39 that exhausts the first concentrated gas, and the second concentration section 5 has a second exhaust valve 69 that exhausts the second concentrated gas, and the control device 8 controls the first switching section 21 and the first exhaust valve 39 in conjunction with each other to adjust the timing of exhausting the gas and the first concentrated gas, and controls the second switching section 51 and the second exhaust valve 69 in conjunction with each other to adjust the timing of exhausting the first concentrated gas and the second concentrated gas.

この構成によれば、排気が行われない場合と比較して、気体濃縮装置内の圧力変動を緩和することが出来る。 This configuration can reduce pressure fluctuations within the gas concentration device compared to when exhaust is not performed.

また、気体濃縮装置1では、第1濃縮部2は、第1濃縮ガスをフィルタリングする第1フィルタ31を有し、第2濃縮部5は、第2濃縮ガスをフィルタリングする第2フィルタ61を有する。 In addition, in the gas concentration device 1, the first concentration section 2 has a first filter 31 that filters the first concentrated gas, and the second concentration section 5 has a second filter 61 that filters the second concentrated gas.

この構成によれば、フィルタがない場合と比較して、脱離した吸着材等が回収ガスに混入することを抑制出来る。 This configuration makes it possible to prevent desorbed adsorbents and other substances from being mixed into the collected gas, compared to when there is no filter.

<変形例>
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。すなわち、上述した具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。また、上記実施形態及び下記変形例が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることが出来、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
<Modification>
The present invention is not limited to the above-described embodiment. In other words, the above-described specific example may be modified by a person skilled in the art as appropriate, and the modifications may be included within the scope of the present invention as long as they include the features of the present invention. In addition, the elements of the above-described embodiment and the following modifications may be combined to the extent technically possible, and the combination of these may be included within the scope of the present invention as long as they include the features of the present invention.

例えば、実施形態では2段階で気体濃縮を行う気体濃縮装置1を一例としたが、気体濃縮装置1は、3段階で気体濃縮を行う構成としてもよい。例えば、気体濃縮装置1は、第2濃縮ガスから二酸化炭素濃度を高めた第3濃縮ガスを生成する第3濃縮部を更に備えてもよい。このとき、2段階で気体濃縮する場合と比較して、より濃い濃度の二酸化炭素を含む気体を得ることが出来る。 For example, although the embodiment has been described as an example of a gas concentration device 1 that performs gas concentration in two stages, the gas concentration device 1 may also be configured to perform gas concentration in three stages. For example, the gas concentration device 1 may further include a third concentration section that generates a third concentrated gas with an increased carbon dioxide concentration from the second concentrated gas. In this case, a gas containing a higher concentration of carbon dioxide can be obtained compared to the case of gas concentration in two stages.

また、実施形態では気体濃縮を並列した吸着タンクの圧力制御により行う方式を採用したが、気体濃縮の方法は、他の化学吸着法、化学吸収法、膜分離法、深冷分離法等を用いてもよい。例えば熱制御による気体濃縮を2段階で行ってもよい。 In the embodiment, gas concentration is performed by controlling the pressure of parallel adsorption tanks, but other methods of gas concentration, such as chemical adsorption, chemical absorption, membrane separation, and cryogenic separation, may also be used. For example, gas concentration by thermal control may be performed in two stages.

また、実施形態では第3吸着タンク53の容積又は第4吸着タンク54の容積は、第1吸着タンク23の容積又は第2吸着タンク24の容積よりも小さい構成を一例としたが、第3吸着タンク53の容積又は第4吸着タンク54の容積は、第1吸着タンク23の容積又は第2吸着タンク24の容積と同じであってもよいし、より大きくてもよい。第3吸着タンク53の容積又は第4吸着タンク54の容積が大きい場合、二酸化炭素の吸着と脱離の1サイクルでより多くの第2濃縮ガスを得ることが出来る。 In addition, in the embodiment, the volume of the third adsorption tank 53 or the volume of the fourth adsorption tank 54 is smaller than the volume of the first adsorption tank 23 or the volume of the second adsorption tank 24, but the volume of the third adsorption tank 53 or the volume of the fourth adsorption tank 54 may be the same as the volume of the first adsorption tank 23 or the volume of the second adsorption tank 24, or may be larger. When the volume of the third adsorption tank 53 or the volume of the fourth adsorption tank 54 is large, more second concentrated gas can be obtained in one cycle of carbon dioxide adsorption and desorption.

また、第2濃縮部5における吸着及び脱離の時間T21、T23、T24又はT26は、第1濃縮部2における吸着及び脱離の時間T11、T13、T24、T26と比して、より長い時間でもよく、同じ時間でもよく、より短い時間でもよい。例えば、第3吸着タンク53が脱離状態となる時刻T24は、第1吸着タンク23が脱離状態となる時間T14に比べて、長くてもよいし、短くてもよく、同じであってもよい。例えば、各時間T11~T16をより短く設定することにより、より高速での気体濃縮が可能となる。例えば、大気中の二酸化炭素濃度から所望の二酸化炭素濃度を得るための、1段階で吸着破過に至るまでの時間と、2段階に分けて第1濃縮ガスと、第2濃縮ガスとが、各々二酸化炭素の吸着破過に至るまでの合計時間と、を比較したときにより後者が高速となり得る。また、第1濃縮部2において制御される圧力と、第2濃縮部5において制御される圧力と、は同じ圧力であってもよいし、異なる圧力であってもよい。例えば、第3吸着タンク53が脱離状態となる時刻T24における第3吸着タンク53内の圧力は、第1吸着タンク23が脱離状態となる時間T14における第1吸着タンク23内の圧力と比べて、高圧であっても、低圧であってもよく、同圧であってもよい。更に、例えば、第1濃縮部2のT11~T16までの総時間である第1周期は、第2濃縮部5のT21~T26までの総時間である第2周期に比べて、長くてもよいし、短くてもよく、同じであってもよい。上記の時間、圧力、周期等は所望の二酸化炭素濃度、収量、収率の安定性等に合わせて調整されてよい。また、第1排気弁39又は第2排気弁69の開閉による排気のタイミングも上記の時間、圧力の変化に合わせて調整されてよい。排気のタイミングが調整されることで、気体濃縮装置1内の圧力バランスを安定させることが出来る。 In addition, the adsorption and desorption times T21, T23, T24, or T26 in the second concentration section 5 may be longer, the same, or shorter than the adsorption and desorption times T11, T13, T24, and T26 in the first concentration section 2. For example, the time T24 at which the third adsorption tank 53 is in a desorption state may be longer, shorter, or the same as the time T14 at which the first adsorption tank 23 is in a desorption state. For example, by setting each of the times T11 to T16 shorter, gas concentration can be performed at a higher speed. For example, when comparing the time required to reach adsorption breakthrough in one stage to obtain a desired carbon dioxide concentration from the carbon dioxide concentration in the atmosphere and the total time required for the first concentrated gas and the second concentrated gas to reach adsorption breakthrough in two stages, the latter may be faster. In addition, the pressure controlled in the first concentration section 2 and the pressure controlled in the second concentration section 5 may be the same pressure or different pressures. For example, the pressure in the third adsorption tank 53 at time T24 when the third adsorption tank 53 is in the desorption state may be higher, lower, or the same as the pressure in the first adsorption tank 23 at time T14 when the first adsorption tank 23 is in the desorption state. Furthermore, for example, the first cycle, which is the total time from T11 to T16 of the first concentrating section 2, may be longer, shorter, or the same as the second cycle, which is the total time from T21 to T26 of the second concentrating section 5. The above time, pressure, cycle, etc. may be adjusted according to the desired carbon dioxide concentration, yield, yield stability, etc. In addition, the timing of exhaust by opening and closing the first exhaust valve 39 or the second exhaust valve 69 may also be adjusted according to the above time and pressure changes. By adjusting the exhaust timing, the pressure balance in the gas concentrating device 1 can be stabilized.

また、第1濃縮ガスの流量を調整する第2絞り弁37が第1濃縮部2内に設けられる構成を一例としたが、第2絞り弁37は、第2濃縮部5に設けられてもよく、第1濃縮部2及び第2濃縮部5と独立して設けられてもよい。また、上記第1切替部21、第2切替部51の開閉の切り替え、ポンプ9による圧力の変化に応じて、流量を変化させてもよい。 In addition, while the second throttle valve 37 for adjusting the flow rate of the first concentrated gas is provided in the first concentration section 2 as an example, the second throttle valve 37 may be provided in the second concentration section 5, or may be provided independently of the first concentration section 2 and the second concentration section 5. In addition, the flow rate may be changed in response to the opening and closing of the first switching section 21 and the second switching section 51, and the change in pressure caused by the pump 9.

また、制御部83が第1濃縮部2内の圧力と第2濃縮部5内の圧力とを独立したタイミングで制御する例を一例としたが、2段階の気体濃縮のタイミングを連動して制御してもよい。 In addition, while the control unit 83 controls the pressure in the first concentration unit 2 and the pressure in the second concentration unit 5 at independent timings, the timings of the two stages of gas concentration may be controlled in conjunction with each other.

また、第1吸着タンク23の容積と、第2吸着タンク24の容積と、は同一であってもよく、いずれかがより大きくてもよい。また、第3吸着タンク53の容積と、第4吸着タンク54の容積と、は同一であってもよく、いずれかがより大きくてもよい。 The volume of the first adsorption tank 23 and the volume of the second adsorption tank 24 may be the same, or one of them may be larger. The volume of the third adsorption tank 53 and the volume of the fourth adsorption tank 54 may be the same, or one of them may be larger.

また、本実施形態では、第1濃縮部2及び第2濃縮部5に各々2つの吸着タンクを備える構成を一例としたが、各濃縮部における吸着タンクの数は、1つであってもよいし、3つ以上であってもよい。例えば、第1濃縮部2が吸着タンクを3つ備え、第2濃縮部5が吸着タンクを4つ備える構成であってもよい。 In addition, in this embodiment, the first concentration section 2 and the second concentration section 5 each have two adsorption tanks as an example, but the number of adsorption tanks in each concentration section may be one or three or more. For example, the first concentration section 2 may have three adsorption tanks, and the second concentration section 5 may have four adsorption tanks.

また、第2濃縮部5内の気体の容積が第1濃縮部2内の気体の容積より小さい構成を一例としたが、第2濃縮部5内の気体の容積は、第1濃縮部2内の気体の容積と比較して、大きくてもよく、同じであってもよい。第2濃縮部5内の気体の容積が第1濃縮部2内の気体の容積より大きい場合、二酸化炭素の吸着と脱離の1サイクルでより多くの第2濃縮ガスを得ることが出来る。また、各吸着タンク23、24、53、及び54並びに各バッファタンク41及び71の容積が異なる構成を一例としたが、例えば、気体濃縮装置1内の流路を構成する部材の容積が異なってもよい。例えば、気体濃縮装置1内の流路を構成するチューブ、ホース、コネクタの口径等によって気体容積が異なってもよい。 In addition, although the configuration in which the volume of gas in the second concentrator 5 is smaller than the volume of gas in the first concentrator 2 has been shown as an example, the volume of gas in the second concentrator 5 may be larger than or the same as the volume of gas in the first concentrator 2. If the volume of gas in the second concentrator 5 is larger than the volume of gas in the first concentrator 2, more second concentrated gas can be obtained in one cycle of carbon dioxide adsorption and desorption. In addition, although the configuration in which the volumes of the adsorption tanks 23, 24, 53, and 54 and the buffer tanks 41 and 71 are different has been shown as an example, for example, the volumes of the members constituting the flow paths in the gas concentration device 1 may be different. For example, the gas volume may be different depending on the diameter of the tubes, hoses, connectors constituting the flow paths in the gas concentration device 1.

また、流量計75は、例えば第1絞り弁35、第2絞り弁37、第3絞り弁65の前後に設けられてもよい。制御装置8は、測定された流量に基づき、各電磁弁又は各ポンプの制御を行い、気体濃縮装置1内の圧力や気体又は各濃縮ガスの給気先を調整してもよい。 Furthermore, the flow meter 75 may be provided, for example, before or after the first throttle valve 35, the second throttle valve 37, and the third throttle valve 65. The control device 8 may control each solenoid valve or each pump based on the measured flow rate, and adjust the pressure within the gas concentration device 1 and the supply destination of the gas or each concentrated gas.

1 :気体濃縮装置
2 :第1濃縮部
5 :第2濃縮部
10 :気体取入部
70 :ガス排気部
1: Gas concentrator 2: First concentrator 5: Second concentrator 10: Gas intake section 70: Gas exhaust section

Claims (7)

気体を取り入れる気体取入部と、
取り入れられた前記気体から二酸化炭素の濃度を高めた第1濃縮ガスを生成する第1濃縮部と、
前記第1濃縮ガスから更に二酸化炭素の濃度を高めた第2濃縮ガスを生成する第2濃縮部と、
外部へ前記第2濃縮ガスを排気するガス排気部と、
前記第1濃縮部内の圧力及び前記第2濃縮部内の圧力を調整可能に構成されるポンプと、
前記ポンプを制御し、前記第1濃縮部内の圧力及び前記第2濃縮部内の圧力を調整する制御装置と、
前記第1濃縮部から前記第2濃縮部に給気される前記第1濃縮ガスの流量を調整可能に構成される絞り弁と、
を備え、
前記第1濃縮部は、第1吸着タンク及び第2吸着タンクを有し前記気体から二酸化炭素を吸脱着し前記第1濃縮ガスを生成する第1吸着部と、前記気体の給気先を切り替え可能に構成される第1切替部とを有し、
前記第2濃縮部は、第3吸着タンク及び第4吸着タンクを有し前記第1濃縮ガスから二酸化炭素を吸脱着し前記第2濃縮ガスを生成する第2吸着部と、前記第1濃縮ガスの給気先を切り替え可能に構成される第2切替部とを有し、
前記制御装置は、前記第1切替部を制御し、前記気体の給気先を切り替え、前記第2切替部を制御し、前記第1濃縮ガスの給気先を切り替える、
気体濃縮装置。
A gas intake section for taking in gas;
a first concentration section for generating a first concentrated gas having an increased concentration of carbon dioxide from the introduced gas;
a second concentration section for generating a second concentrated gas having a further increased concentration of carbon dioxide from the first concentrated gas;
a gas exhaust section that exhausts the second concentrated gas to the outside;
A pump configured to be able to adjust the pressure in the first concentration section and the pressure in the second concentration section;
a control device that controls the pump and adjusts the pressure in the first concentration section and the pressure in the second concentration section;
a throttle valve configured to adjust a flow rate of the first concentrated gas supplied from the first concentration section to the second concentration section;
Equipped with
the first concentration unit includes a first adsorption unit having a first adsorption tank and a second adsorption tank, which adsorbs and desorbs carbon dioxide from the gas to generate the first concentrated gas, and a first switching unit configured to be able to switch a supply destination of the gas,
the second concentration unit includes a second adsorption unit having a third adsorption tank and a fourth adsorption tank, which adsorbs and desorbs carbon dioxide from the first concentrated gas to generate the second concentrated gas, and a second switching unit configured to be able to switch a supply destination of the first concentrated gas;
The control device controls the first switching unit to switch the supply destination of the gas, and controls the second switching unit to switch the supply destination of the first concentrated gas.
Gas concentrator.
前記第1濃縮部内の気体の容積と、前記第2濃縮部内の気体の容積と、が異なる、
請求項に記載の気体濃縮装置。
The volume of the gas in the first concentration section is different from the volume of the gas in the second concentration section.
The gas concentrating device according to claim 1 .
前記第3吸着タンクの容積又は前記第4吸着タンクの容積は、前記第1吸着タンクの容積又は前記第2吸着タンクの容積よりも小さい、
請求項に記載の気体濃縮装置。
The volume of the third adsorption tank or the volume of the fourth adsorption tank is smaller than the volume of the first adsorption tank or the volume of the second adsorption tank.
3. The gas concentrating device according to claim 2 .
前記第3吸着タンクの容積又は前記第4吸着タンクの容積は、前記第1吸着タンクの容積又は前記第2吸着タンクの容積の4分の3以下且つ2分の1以上である、
請求項に記載の気体濃縮装置。
The volume of the third adsorption tank or the volume of the fourth adsorption tank is equal to or less than three-quarters and equal to or more than one-half of the volume of the first adsorption tank or the second adsorption tank.
The gas concentrating device according to claim 3 .
前記第1濃縮部は、前記第1濃縮部内の圧力変動を緩和する第1バッファタンクを有し、
前記第2濃縮部は、前記第2濃縮部内の圧力変動を緩和する第2バッファタンクを有し、
前記第2バッファタンクの容積は、前記第1バッファタンクの容積よりも小さい、
請求項に記載の気体濃縮装置。
the first enrichment section has a first buffer tank that reduces pressure fluctuations in the first enrichment section,
the second enrichment section has a second buffer tank that reduces pressure fluctuations in the second enrichment section,
The volume of the second buffer tank is smaller than the volume of the first buffer tank.
The gas concentrating device according to claim 1 .
前記第1濃縮部は、前記第1濃縮ガスを排気する第1排気弁を有し、
前記第2濃縮部は、前記第2濃縮ガスを排気する第2排気弁を有し、
前記制御装置は、前記第1切替部と前記第1排気弁を連動して制御して、前記気体の排気及び前第1濃縮ガスの排気のタイミングを調整し、且つ、前記第2切替部と前記第2排気弁を連動して制御して、前記第1濃縮ガスの排気及び前記第2濃縮ガスの排気のタイミングを調整する、
請求項に記載の気体濃縮装置。
the first concentrating section has a first exhaust valve that exhausts the first concentrated gas,
the second concentrating section has a second exhaust valve that exhausts the second concentrated gas,
The control device controls the first switching unit and the first exhaust valve in cooperation with each other to adjust the timing of exhaust of the gas and the exhaust of the first concentrated gas, and controls the second switching unit and the second exhaust valve in cooperation with each other to adjust the timing of exhaust of the first concentrated gas and the exhaust of the second concentrated gas.
The gas concentrating device according to claim 1 .
前記第1濃縮部は、前記第1濃縮ガスをフィルタリングする第1フィルタを有し、
前記第2濃縮部は、前記第2濃縮ガスをフィルタリングする第2フィルタを有する、
請求項に記載の気体濃縮装置。
the first concentration section has a first filter that filters the first concentrated gas,
The second concentration section has a second filter that filters the second concentrated gas.
The gas concentrating device according to claim 1 .
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