特開 2024-116771 酸素濃縮装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024116771

(43)【公開日】2024-08-28

(54)【発明の名称】酸素濃縮装置

(51)【国際特許分類】

   B01D 53/047 20060101AFI20240821BHJP

   C01B 13/02 20060101ALI20240821BHJP

【ＦＩ】

B01D53/047

C01B13/02 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023022571

(22)【出願日】2023-02-16

(71)【出願人】

【識別番号】306022513

【氏名又は名称】日鉄エンジニアリング株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】506000128

【氏名又は名称】日鉄環境エネルギーソリューション株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100145012

【弁理士】

【氏名又は名称】石坂 泰紀

(74)【代理人】

【識別番号】100153969

【弁理士】

【氏名又は名称】松澤 寿昭

(72)【発明者】

【氏名】山本 孝樹

(72)【発明者】

【氏名】村山 健吾

(72)【発明者】

【氏名】上野 大

(72)【発明者】

【氏名】山平 祐貴

【テーマコード（参考）】

4D012

4G042

【Ｆターム（参考）】

4D012BA01

4D012BA02

4D012CA01

4D012CA05

4D012CB16

4D012CD07

4D012CE02

4D012CF02

4D012CF05

4D012CG01

4D012CJ03

4D012CJ07

4D012CK08

4D012CK10

4G042BA15

4G042BB02

(57)【要約】

【課題】本開示は、吸着槽内への水分の侵入を抑制することが可能な酸素濃縮装置を説明する。
【解決手段】酸素濃縮装置は、酸素よりも窒素を優先的に吸着する吸着材が収容された吸着槽と、吸着槽の下部から吸着槽に原料空気を供給するように構成された空気供給部と、吸着槽で生成された酸素を吸着槽の上部から排出するように構成された排出部とを備える。排出部は、吸着槽の上部に接続され且つ吸着槽で生成された酸素が流通する配管と、配管に設けられた開閉バルブとを含む。開閉バルブは、弁軸と、弁軸が挿通される挿通孔が設けられた本体部と、弁軸のうち本体部から露出した第２の部分に接続され且つ弁軸を動作させるように構成された駆動部と、弁軸の第２の部分を覆い且つ当該第２の部分を外部空間から隔絶するように、本体部と駆動部との間に配置された、封鎖部材とを含む。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

酸素よりも窒素を優先的に吸着する吸着材が収容された吸着槽と、
前記吸着槽の下部から前記吸着槽に原料空気を供給するように構成された空気供給部と、
前記吸着材に吸着された窒素を前記吸着材から脱着して、前記吸着槽の下部から排気するように構成された排気部と、
前記吸着槽で生成された酸素を前記吸着槽の上部から排出するように構成された排出部とを備え、
前記排出部は、
前記吸着槽の上部に接続され且つ前記吸着槽で生成された酸素が流通する配管と、
前記配管に設けられた開閉バルブとを含み、
前記開閉バルブは、
弁軸と、
前記弁軸が挿通される挿通孔が設けられた本体部と、
前記本体部内に配置され且つ前記弁軸のうち前記本体部内に位置する第１の部分と接続された弁と、
前記弁軸のうち前記本体部から露出した第２の部分に接続され且つ前記弁軸を動作させるように構成された駆動部と、
前記弁軸の第２の部分を覆い且つ当該第２の部分を外部空間から隔絶するように、前記本体部と前記駆動部との間に配置された、封鎖部材とを含む、酸素濃縮装置。

【請求項2】

酸素よりも窒素を優先的に吸着する吸着材が収容された吸着槽と、
前記吸着槽の下部から前記吸着槽に原料空気を供給するように構成された空気供給部と、
前記吸着材に吸着された窒素を前記吸着材から脱着して、前記吸着槽の下部から排気するように構成された排気部と、
前記吸着槽で生成された酸素を前記吸着槽の上部から排出するように構成された排出部と、
ドライガスを供給するように構成されたガス供給部を備え、
前記排出部は、
前記吸着槽の上部に接続され且つ前記吸着槽で生成された酸素が流通する配管と、
前記配管に設けられた開閉バルブとを含み、
前記開閉バルブは、
弁軸と、
前記弁軸が挿通される挿通孔が設けられた本体部と、
前記本体部内に配置され且つ前記弁軸のうち前記本体部内に位置する第１の部分と接続された弁と、
前記弁軸のうち前記本体部から露出した第２の部分に接続され且つ前記弁軸を動作させるように構成された駆動部と、
前記弁軸の第２の部分を覆うように、前記本体部と前記駆動部との間に配置された、カバー部材とを含み、
前記ガス供給部は、前記カバー部材の内外の空間を連通するように前記カバー部材に設けられた連通部を通じて、前記ドライガスを前記カバー部材の内部空間に供給するように構成されている、酸素濃縮装置。

【請求項3】

前記挿通孔を通じた前記本体部内への外気の流入を検出するように構成された検出部と、
制御部とをさらに備え、
前記制御部は、前記検出部による外気の流入量が所定の閾値を超えたと判断した場合に、所定の報知を行うように構成されている、請求項１又は２に記載の装置。

【請求項4】

前記排出部から排出された酸素の濃度を測定するように構成された測定部と、
制御部とをさらに備え、
前記制御部は、前記測定部による酸素の濃度が所定の閾値以下であると判断した場合に、所定の報知を行うように構成されている、請求項１又は２に記載の装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、酸素濃縮装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、圧力スイング吸着型の酸素濃縮装置を開示している。当該酸素濃縮装置は、酸素よりも窒素を優先的に吸着する吸着材が収容された２つの吸着槽と、これらの吸着槽に原料空気を供給するように構成された供給部と、吸着材に吸着された窒素を吸着材から脱着して吸着槽の外部に排出するように構成された排気部とを備える。当該酸素濃縮装置では、一方の吸着槽において、供給部によって供給された原料空気の窒素を吸着材で吸着して、原料空気から酸素を分離する処理と、他方の吸着槽において、吸着材に吸着された窒素を排気部によって脱着する処理とが、２つの吸着槽で交互に繰り返される。これにより、高濃度の酸素が連続的に生成される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００９－００６２５６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示は、吸着槽内への水分の侵入を抑制することが可能な酸素濃縮装置を説明する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

酸素濃縮装置の一例は、酸素よりも窒素を優先的に吸着する吸着材が収容された吸着槽と、吸着槽の下部から吸着槽に原料空気を供給するように構成された空気供給部と、吸着槽で生成された酸素を吸着槽の上部から排出するように構成された排出部とを備える。排出部は、吸着槽の上部に接続され且つ吸着槽で生成された酸素が流通する配管と、配管に設けられた開閉バルブとを含む。開閉バルブは、弁軸と、弁軸が挿通される挿通孔が設けられた本体部と、本体部内に配置され且つ弁軸のうち本体部内に位置する第１の部分と接続された弁と、弁軸のうち本体部から露出した第２の部分に接続され且つ弁軸を動作させるように構成された駆動部と、弁軸の第２の部分を覆い且つ当該第２の部分を外部空間から隔絶するように、本体部と駆動部との間に配置された、封鎖部材とを含む。

【発明の効果】

【0006】

本開示に係る酸素濃縮装置によれば、吸着槽内への水分の侵入を抑制することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、酸素濃縮装置の一例を示す概略図である。

【図2】図２は、下流側バルブの一例を部分的に破断して示す斜視図である。

【図3】図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図である。

【図4】図４は、図１の酸素濃縮装置の動作を説明するための概略図である。

【図5】図５は、図１の酸素濃縮装置の動作を説明するための概略図である。

【図6】図６は、図１の酸素濃縮装置の動作を説明するための概略図である。

【図7】図７は、図１の酸素濃縮装置の動作を説明するための概略図である。

【図8】図８は、下流側バルブの他の例を、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線で破断した様子を示す断面図である。

【図9】図９は、下流側バルブにおけるリークを検出する様子を説明するための斜視図である。

【図10】図１０は、酸素濃縮装置において製造された酸素の濃度の経時変化を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下の説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。なお、本明細書において、図の上、下、右、左というときは、図中の符号の向きを基準とすることとする。

【0009】

［酸素濃縮装置の構成］
まず、図１を参照して、酸素濃縮装置１の構成について説明する。酸素濃縮装置１は、図１に例示されるように、圧力スイング吸着型である。酸素濃縮装置１は、２つの吸着槽１０Ａ，１０Ｂと、供給部２０（空気供給部）と、排気部３０と、排出部４０と、コントローラＣｔｒ（制御部）とを備える。

【0010】

２つの吸着槽１０Ａ，１０Ｂは、図１の例において、左右に並んで配置されている。図１の例では、吸着槽１０Ａが左側に位置し、吸着槽１０Ｂが右側に位置している。以下では、２つの吸着槽１０Ａ，１０Ｂをまとめて、単に「吸着槽１０」と称することがある。吸着槽１０は、本体１１と、本体１１内に収容された吸湿剤１２、吸着材１３及び押さえ部材１４とを含む。

【0011】

本体１１は、筒状を呈しており、両端部が閉塞されている。吸湿剤１２は、本体１１内の下部に収容されている。吸湿剤１２は、例えば、酸化アルミニウム（アルミナ）であってもよい。吸湿剤１２の形態は、例えば、粒状、塊状、繊維状、球状などであってもよい。

【0012】

吸着材１３は、本体１１内に収容されており、吸湿剤１２上に配置されている。吸着材１３は、酸素よりも窒素を優先的に吸着するように構成されている。そのため、吸着槽１０の下部から原料空気が供給されると、原料空気に含まれる窒素は吸着材１３に吸着されるが、原料空気に含まれる酸素は、吸着材１３にほとんど又は全く吸着されず、吸着槽１０の上部から排出される。

【0013】

吸着材１３は、例えば、天然物系吸着材であってもよいし、合成物系吸着材であってもよい。天然物系吸着材は、例えば、天然ゼオライトなどを含んでいてもよい。合成物系吸着材は、例えば、合成ゼオライト、モレキュラーシーブなどを含んでいてもよい。吸着材１３の形態は、例えば、粒状、塊状、繊維状、球状などであってもよい。

【0014】

押さえ部材１４は、本体１１内に収容されており、吸着材１３上に配置されている。押さえ部材１４は、吸湿剤１２及び吸着材１３が本体１１内において飛散しないように、これらに対して上方から荷重を付与するように構成されている。押さえ部材１４は、例えば、セラミックスであってもよい。押さえ部材１４の形態は、例えば、粒状、塊状、繊維状、球状などであってもよい。

【0015】

供給部２０は、吸着槽１０の下部から吸着槽１０に原料空気を供給するように構成されている。供給部２０は、供給源２１と、ブロワ２２と、２つのバルブＶ２１，Ｖ２２と、配管Ｄ２１～Ｄ２５とを含む。

【0016】

供給源２１は、原料空気の供給源である。ブロワ２２は、コントローラＣｔｒからの動作信号に基づいて動作し、供給源２１から吸引した原料空気を、２つのバルブＶ２１，Ｖ２２及び配管Ｄ２１～Ｄ２５を介して、吸着槽１０Ａ，１０Ｂのそれぞれに送気するように構成されている。バルブＶ２１，Ｖ２２は、コントローラＣｔｒからの動作信号に基づいて開閉するように構成されている。

【0017】

配管Ｄ２１は、上流側から順に、供給源２１及びブロワ２２を接続している。配管Ｄ２１の下流端は、配管Ｄ２２の上流端及び配管Ｄ２４の上流端に接続されている。配管Ｄ２２には、バルブＶ２１が設けられている。配管Ｄ２２の下流端は、配管Ｄ２３の上流端に接続されている。配管Ｄ２３は、配管Ｄ２２と、吸着槽１０Ａの下部とを接続している。

【0018】

配管Ｄ２４には、バルブＶ２２が設けられている。配管Ｄ２４の下流端は、配管Ｄ２５の上流端に接続されている。配管Ｄ２５は、配管Ｄ２４と、吸着槽１０Ｂの下部とを接続している。

【0019】

排気部３０は、吸着材１３に吸着された窒素を吸着材１３から脱着して、吸着槽１０の下部から排気するように構成されている。排気部３０は、真空ポンプ３１と、２つのバルブＶ３１，Ｖ３２と、配管Ｄ３１～Ｄ３３とを含む。

【0020】

真空ポンプ３１は、コントローラＣｔｒからの動作信号に基づいて動作し、配管Ｄ３１～Ｄ３３及び２つのバルブＶ３１，Ｖ３２を介して、吸着槽１０Ａ，１０Ｂのそれぞれから気体を排出するように構成されている。バルブＶ３１，Ｖ３２は、コントローラＣｔｒからの動作信号に基づいて開閉するように構成されている。

【0021】

配管Ｄ３１には、バルブＶ３１が設けられている。配管Ｄ３１の一端は、配管Ｄ２２の下流端及び配管Ｄ２３の上流端に接続されている。配管Ｄ３２には、バルブＶ３２が設けられている。配管Ｄ３２の一端は、配管Ｄ２４の下流端及び配管Ｄ２５の上流端に接続されている。配管Ｄ３１の他端と配管Ｄ３２の他端とは、互いに接続されている。配管Ｄ３３には真空ポンプ３１が設けられている。配管Ｄ３３の上流端は、配管Ｄ３１の他端及び配管Ｄ３２の他端と接続されている。

【0022】

排出部４０は、吸着槽１０で生成された酸素を吸着槽１０の上部から排出するように構成されている。排出部４０は、貯留槽４１と、ブロワ４２と、センサ４３（測定部）と、４つのバルブＶ４１～Ｖ４４（開閉バルブ）と、配管Ｄ４１～Ｄ４７とを含む。

【0023】

貯留槽４１は、吸着槽１０において生成された製品酸素を一時的に貯留するための容器である。貯留槽４１は、吸着槽１０において酸素が生成されていない間においても、貯留している製品酸素を下流側に供給することが可能とされている。

【0024】

ブロワ４２は、コントローラＣｔｒからの動作信号に基づいて動作し、貯留槽４１から吸引した製品酸素を、配管Ｄ４４を介して外部に送気するように構成されている。センサ４３は、ブロワ４２によって配管Ｄ４３を流れる製品酸素の酸素濃度を経時的に測定するように構成されている。センサ４３によって測定された酸素濃度のデータは、コントローラＣｔｒに送信される。バルブＶ４１～Ｖ４４は、コントローラＣｔｒからの動作信号に基づいて開閉するように構成されている。

【0025】

配管Ｄ４１の一端は、吸着槽１０Ａの上部に接続されている。配管Ｄ４１の他端は、配管Ｄ４２の一端と接続されている。配管Ｄ４２の他端は、配管Ｄ４３の一端と接続されている。配管Ｄ４３の他端は、配管Ｄ４４の上流端と接続されている。配管Ｄ４３には、バルブＶ４１が設けられている。

【0026】

配管Ｄ４５の一端は、吸着槽１０Ｂの上部に接続されている。配管Ｄ４５の他端は、配管Ｄ４６の一端と接続されている。配管Ｄ４６の他端は、配管Ｄ４７の一端と接続されている。配管Ｄ４７の他端は、配管Ｄ４３の他端及び配管Ｄ４４の上流端と接続されている。配管Ｄ４７には、バルブＶ４２が設けられている。

【0027】

配管Ｄ４８の一端は、配管Ｄ４２の他端及び配管Ｄ４３の一端と接続されている。配管Ｄ４８の他端は、配管Ｄ４６の他端及び配管Ｄ４７の一端と接続されている。配管Ｄ４８には、バルブＶ４３が設けられている。

【0028】

配管Ｄ４９の一端は、配管Ｄ４１の他端及び配管Ｄ４２の一端と接続されている。配管Ｄ４９の他端は、配管Ｄ４５の他端及び配管Ｄ４６の一端と接続されている。配管Ｄ４９には、バルブＶ４４が設けられている。

【0029】

コントローラＣｔｒは、酸素濃縮装置１を全体的に制御するように構成されている。コントローラＣｔｒは、例えば、記録媒体（図示せず）に記録されているプログラム又はオペレータからの操作入力等に基づいて、酸素濃縮装置１の各部を動作させるための指示信号を生成し、それらに当該指示信号をそれぞれ送信する。

【0030】

［バルブの詳細］
続いて、図２及び図３を参照して、バルブＶ２１，Ｖ２２，Ｖ３１，Ｖ３２，Ｖ４１～Ｖ４４の構成について説明する。以下では、これらのバルブをまとめて、単に「バルブＶ」と称することがある。

【0031】

バルブＶは、図２及び図３に例示されるように、ハウジング５１（本体部）と、軸受部５２，５３と、フランジ５４（本体部）と、弁５５と、弁軸５６と、駆動部５７と、封鎖部材５８とを含む。

【0032】

ハウジング５１は、筒状を呈しており、水平方向に沿って延びている。ハウジング５１は、内側空間において弁５５を保持するように構成されている。ハウジング５１は、図２に例示されるように、円筒形状を呈していてもよい。ハウジング５１の内周面には、弁５５と接することでハウジング５１の内側空間を封止するシール部材（図示せず）が取り付けられている。シール部材は、リング状を呈していてもよい。シール部材は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）で構成されていてもよい。

【0033】

軸受部５２は、ハウジング５１の下部に設けられている。軸受部５２は、筒状を呈しており、上下方向に沿って延びている。すなわち、軸受部５２には、弁軸５６が挿通可能な挿通孔（図示せず）が設けられている。軸受部５２は、当該挿通孔に挿通された弁軸５６の下端部を、ラジアルベアリング（図示せず）を介して回転可能に保持するように構成されている。

【0034】

軸受部５３（本体部）は、ハウジング５１の上部に設けられている。軸受部５３は、筒状を呈しており、上下方向に沿って延びている。すなわち、図３に例示されるように、軸受部５３には、弁軸５６が挿通可能な挿通孔Ｈが設けられている。軸受部５３は、図２及び図３に例示されるように、挿通孔Ｈに挿通された弁軸５６の中間部を、ラジアルベアリング（図示せず）を介して回転可能に保持するように構成されている。

【0035】

フランジ５４は、軸受部５３の上端に設けられている。フランジ５４は、封鎖部材５８が接続される接続部として機能し、封鎖部材５８を支持するように構成されている。フランジ５４の中央部には、軸受部５３の挿通孔Ｈが連続的に設けられている。図３の例において、フランジ５４及び軸受部５３の上端と、弁軸５６との間には、シール部材ＳＬが配置されている。

【0036】

シール部材ＳＬは、ハウジング５１の内側空間への外気の流入と、ハウジング５１の内側空間からの気体の流出とを防ぐように構成されている。シール部材ＳＬは、例えば、Ｏリングであってもよいし、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）で構成されていてもよい。

【0037】

弁５５は、図２に例示されるように、ハウジング５１の内側空間において開閉動作をするように構成されている。弁５５が開放位置にある場合、ハウジング５１の前後（上流側及び下流側）の空間が流体的に連通する。一方、弁５５が閉塞位置にある場合、ハウジング５１の前後（上流側及び下流側）の空間が流体的に塞がれる。

【0038】

弁軸５６は、図２及び図３の例において、軸受部５２の挿通孔と、軸受部５３及びフランジ５４の挿通孔Ｈに挿通された状態で、上下方向に延びている。弁軸５６のうちハウジング５１の内部空間を通過する部分５６ａ（第１の部分）は、弁５５と接続されている。弁軸５６のうちフランジ５４よりも上方に位置する部分５６ｂ（第２の部分）は、ハウジング５１の内側空間から露出している。

【0039】

駆動部５７は、コントローラＣｔｒからの動作信号に基づいて動作し、弁軸５６を回転駆動させるように構成されている。駆動部５７は、弁軸５６の上端部と接続されている。駆動部５７が弁軸５６を回転動作させることに伴い、弁５５の姿勢が、ハウジング５１の内側空間において開放位置と閉塞位置との間で変更される。

【0040】

封鎖部材５８は、図２及び図３に例示されるように、フランジ５４と駆動部５７との間に配置されている。封鎖部材５８は、本体部５８ａと、一対の蓋部５８ｂとを含む。

【0041】

本体部５８ａは、駆動部５７を支持するように構成されている。本体部５８ａは、筒状を呈しており、水平方向に沿って延びている。そのため、本体部５８ａの両側方は開口している。図３に特に例示されるように、本体部５８ａの下壁部はフランジ５４と接続されており、本体部５８ａの上壁部は駆動部５７の外壁と接続されている。そのため、本体部５８ａの内側には、弁軸５６の部分５６ｂが位置している。

【0042】

一対の蓋部５８ｂは、本体部５８ａの各開口を覆うように本体部５８ａに取り付けられている。図２及び図３に例示されるように、一対の蓋部５８ｂは、本体部５８ａの各開口を完全に覆っている。そのため、封鎖部材５８の内部空間は、外部空間から隔絶されている。換言すれば、封鎖部材５８は、弁軸５６の部分５６ｂを覆い、且つ、弁軸５６の部分５６ｂを外部空間から隔絶している。そのため、封鎖部材５８の内部空間に外気が侵入し難くなっている。ただし、本体部５８ａと弁軸５６の部分５６ｂとの間にわずかな隙間が設けられていてもよく、本明細書ではこの場合も、封鎖部材５８の内部空間が外部空間から隔絶されている状態というものとする。なお、蓋部５８ｂは、板状を呈していてもよい。蓋部５８ｂは、例えば、金属製（鉄など）であってもよいし、樹脂製（アクリルなど）であってもよい。

【0043】

［酸素濃縮装置の動作］
続いて、図４～図７を参照して、酸素濃縮装置１の動作の一例について説明する。なお、図４～図７において、太線は、気体が流れている配管を示している。

【0044】

まず、コントローラＣｔｒがブロワ２２及び真空ポンプ３１に指示して、ブロワ２２及び真空ポンプ３１を動作させる。この状態で、図４（ａ）に例示されるように、コントローラＣｔｒがバルブＶに指示して、バルブＶ２１，Ｖ３２，Ｖ４１を開放させると共に、バルブＶ２２，Ｖ３１，Ｖ４２～Ｖ４４を閉塞させる。これにより、配管Ｄ２１～Ｄ２３を介して、原料空気がブロワ２２によって吸着槽１０Ａに供給される。吸着槽１０Ａに原料空気が供給されると、原料空気に含まれる水分が吸湿剤１２に吸湿された後、原料空気に含まれる窒素が酸素よりも優先して吸着材１３に吸着される。これにより、原料空気から製品酸素が生成される。吸着槽１０Ａにおいて生成された製品酸素は、吸着槽１０Ａの上部から、配管Ｄ４１～Ｄ４４を介して、貯留槽４１に供給される。その後は、コントローラＣｔｒからの指示に基づき、貯留槽４１内の製品酸素がブロワ４２によって配管Ｄ４４を介して外部に送気される。

【0045】

一方、真空ポンプ３１の動作に伴い、吸着槽１０Ｂ内が負圧となるので、吸着槽１０Ｂの吸着材１３に吸着されている窒素が脱着される。脱着された窒素は、真空ポンプ３１により、配管Ｄ２５，Ｄ３２，Ｄ３３を介して外部に排気される。なお、この後、コントローラＣｔｒがバルブＶ４４に指示してバルブＶ４４を開放させ、吸着槽１０Ａにおいて生成された製品酸素の一部を、吸着槽１０Ｂにも供給してもよい。この場合、吸着槽１０Ｂ内が製品酸素によって洗浄される。

【0046】

次に、図４（ｂ）に例示されるように、ブロワ２２及び真空ポンプ３１が動作している状態で、コントローラＣｔｒがバルブＶに指示して、バルブＶ４３を開放させると共に、バルブＶ２１，Ｖ４１を閉塞させる。このとき、吸着槽１０Ｂの吸着材１３に吸着されている窒素が引き続き脱着される。また、吸着槽１０Ｂ内が負圧となっているので、吸着槽１０Ａにおいて生成された製品酸素の全量が、吸着槽１０Ｂに供給される。そのため、吸着槽１０Ｂ内が製品酸素によって洗浄される。なお、このとき、吸着槽１０から貯留槽４１への製品酸素の供給が一時的に中断されるが、貯留槽４１に貯留されている製品酸素がブロワ４２によって配管Ｄ４４を介して外部に送気される。

【0047】

次に、図５（ａ）に例示されるように、ブロワ２２及び真空ポンプ３１が動作している状態で、コントローラＣｔｒがバルブＶに指示して、バルブＶ３１を開放させると共に、バルブＶ３２を閉塞させる。これにより、吸着槽１０Ａの吸着材１３に吸着されている窒素の脱着が開始される。脱着された窒素は、真空ポンプ３１により、配管Ｄ２３，Ｄ３１，Ｄ３３を介して外部に排気される。

【0048】

次に、図５（ａ）に例示されるように、ブロワ２２及び真空ポンプ３１が動作している状態で、コントローラＣｔｒがバルブＶに指示して、バルブＶ２２を開放させる。これにより、配管Ｄ２１，Ｄ２４，Ｄ２５を介して、原料空気が吸着槽１０Ｂに供給される。また、前のステップ（図４（ａ），（ｂ）参照）において、吸着槽１０Ｂ内が負圧となっているので、吸着槽１０Ａにおいて生成された製品酸素の全量が、引き続き、吸着槽１０Ｂに供給される。こうして、吸着槽１０Ｂ内が昇圧される。なお、このときも、吸着槽１０から貯留槽４１への製品酸素の供給が一時的に中断されるが、貯留槽４１に貯留されている製品酸素がブロワ４２によって配管Ｄ４４を介して外部に送気される。

【0049】

次に、図５（ｂ）に例示されるように、ブロワ２２及び真空ポンプ３１が動作している状態で、コントローラＣｔｒがバルブＶに指示して、バルブＶ４３を閉塞させる。これにより、引き続き、配管Ｄ２１，Ｄ２４，Ｄ２５を介して、原料空気が吸着槽１０Ｂに供給される。このため、吸着槽１０Ｂ内の昇圧が進行する。

【0050】

一方、真空ポンプ３１の動作の継続により、吸着槽１０Ａ内が負圧となるので、吸着槽１０Ａの吸着材１３に吸着されている窒素が引き続き脱着される。なお、このとき、吸着槽１０から貯留槽４１への製品酸素の供給が一時的に中断されるが、貯留槽４１に貯留されている製品酸素がブロワ４２によって配管Ｄ４４を介して外部に送気される。

【0051】

次に、図６（ａ）に例示されるように、ブロワ２２及び真空ポンプ３１が動作している状態で、コントローラＣｔｒがバルブＶに指示して、バルブＶ４２を開放させる。これにより、配管Ｄ２１，Ｄ２４，Ｄ２５を介して、原料空気がブロワ２２によって吸着槽１０Ｂに供給される。吸着槽１０Ｂに原料空気が供給されると、原料空気に含まれる水分が吸湿剤１２に吸湿された後、原料空気に含まれる窒素が酸素よりも優先して吸着材１３に吸着される。これにより、原料空気から製品酸素が生成される。吸着槽１０Ｂにおいて生成された製品酸素は、吸着槽１０Ｂの上部から、配管Ｄ４５～Ｄ４７，Ｄ４４を介して、貯留槽４１に供給される。その後は、コントローラＣｔｒからの指示に基づき、貯留槽４１内の製品酸素がブロワ４２によって配管Ｄ４４を介して外部に送気される。

【0052】

一方、真空ポンプ３１の動作の継続により、吸着槽１０Ａ内が負圧となるので、吸着槽１０Ａの吸着材１３に吸着されている窒素が引き続き脱着される。なお、この後、コントローラＣｔｒがバルブＶ４４に指示してバルブＶ４４を開放させ、吸着槽１０Ｂにおいて生成された製品酸素の一部を、吸着槽１０Ａにも供給してもよい。この場合、吸着槽１０Ａ内が製品酸素によって洗浄される。

【0053】

次に、図６（ｂ）に例示されるように、ブロワ２２及び真空ポンプ３１が動作している状態で、コントローラＣｔｒがバルブＶに指示して、バルブＶ４３を開放させると共に、バルブＶ２２，Ｖ４２を閉塞させる。このとき、吸着槽１０Ａの吸着材１３に吸着されている窒素が引き続き脱着される。また、吸着槽１０Ａ内が負圧となっているので、吸着槽１０Ｂにおいて生成された製品酸素の全量が、吸着槽１０Ａに供給される。そのため、吸着槽１０Ａ内が製品酸素によって洗浄される。なお、このとき、吸着槽１０から貯留槽４１への製品酸素の供給が一時的に中断されるが、貯留槽４１に貯留されている製品酸素がブロワ４２によって配管Ｄ４４を介して外部に送気される。

【0054】

次に、図７（ａ）に例示されるように、ブロワ２２及び真空ポンプ３１が動作している状態で、コントローラＣｔｒがバルブＶに指示して、バルブＶ３２を開放させると共に、バルブＶ３１を閉塞させる。これにより、吸着槽１０Ｂの吸着材１３に吸着されている窒素の脱着が開始される。脱着された窒素は、真空ポンプ３１により、配管Ｄ２５，Ｄ３２，Ｄ３３を介して外部に排気される。

【0055】

次に、図７（ａ）に例示されるように、ブロワ２２及び真空ポンプ３１が動作している状態で、コントローラＣｔｒがバルブＶに指示して、バルブＶ２１を開放させる。これにより、配管Ｄ２１，Ｄ２２，Ｄ２３を介して、原料空気が吸着槽１０Ａに供給される。また、前のステップ（図６（ａ），（ｂ）参照）において、吸着槽１０Ａ内が負圧となっているので、吸着槽１０Ｂにおいて生成された製品酸素の全量が、引き続き、吸着槽１０Ａに供給される。こうして、吸着槽１０Ａ内が昇圧される。なお、このときも、吸着槽１０から貯留槽４１への製品酸素の供給が一時的に中断されるが、貯留槽４１に貯留されている製品酸素がブロワ４２によって配管Ｄ４４を介して外部に送気される。

【0056】

次に、図７（ｂ）に例示されるように、ブロワ２２及び真空ポンプ３１が動作している状態で、コントローラＣｔｒがバルブＶに指示して、バルブＶ４３を閉塞させる。これにより、引き続き、配管Ｄ２１，Ｄ２２，Ｄ２３を介して、原料空気が吸着槽１０Ａに供給される。これにより、吸着槽１０Ａ内の昇圧が進行する。

【0057】

一方、真空ポンプ３１の動作の継続により、吸着槽１０Ｂ内が負圧となるので、吸着槽１０Ｂの吸着材１３に吸着されている窒素が引き続き脱着される。なお、このとき、吸着槽１０から貯留槽４１への製品酸素の供給が一時的に中断されるが、貯留槽４１に貯留されている製品酸素がブロワ４２によって配管Ｄ４４を介して外部に送気される。酸素濃縮装置１では、以上の動作が繰り返されることにより、製品酸素が継続的に外部に送気される。そのため、各バルブＶは頻繁に（例えば、１分～数分に１回程度）開閉動作をする。

【0058】

［作用］
ところで、バルブＶにおいて、シール部材ＳＬによるシールは必ずしも完全なものではない。例えば、真空ポンプ３１の動作により吸着槽１０内が真空状態となると、配管Ｄ４１，Ｄ４２，Ｄ４５，Ｄ４６，Ｄ４８，Ｄ４９を介して吸着槽１０と流体的に連通するバルブＶ４１～Ｖ４４のハウジング５１内も負圧となる。そのため、シール部材ＳＬが変形し、ハウジング５１の内側空間に外気が流入することがある。

【0059】

しかしながら、以上の例によれば、封鎖部材５８が、弁軸５６の部分５６ｂを覆い且つ当該部分５６ｂを外部空間から隔絶するように、フランジ５４と駆動部５７との間に配置されている。そのため、排気部３０の動作に伴い、排出部４０が負圧となったとしても、封鎖部材５８の外部空間から空気が弁軸５６とフランジ５４との間（挿通孔Ｈ）を通じてハウジング５１内に極めて侵入し難くなる。したがって、吸着槽１０内への水分の侵入を抑制することが可能となる。

【0060】

［変形例］
本明細書における開示はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特許請求の範囲及びその要旨を逸脱しない範囲において、以上の例に対して種々の省略、置換、変更などが行われてもよい。

【0061】

（１）図８に例示されるように、バルブＶは、封鎖部材５８に代えて、カバー部材５９を含んでいてもよい。カバー部材５９は、フランジ５４と駆動部５７との間に配置されている。カバー部材５９は、本体部５９ａと、一対の蓋部５９ｂとを含む。

【0062】

本体部５９ａは、本体部５８ａと同様に構成されている。そのため、本体部５９ａの内側には、弁軸５６の部分５６ｂが位置している。

【0063】

一対の蓋部５９ｂは、本体部５９ａの各開口を部分的に覆うように、本体部５９ａに取り付けられている。蓋部５９ｂは、本体部５９ａの開口の８０％以上を覆っていてもよいし、本体部５９ａの開口の９０％以上を覆っていてもよいし、本体部５９ａの開口の９５％以上を覆っていてもよい。図８の例では、一対の蓋部５９ｂは、本体部５９ａの開口の上部を塞いでいない。そのため、本体部５９ａの開口の上部には、開口部５９ｃ（連通部）が形成されている。したがって、カバー部材５９の内部空間は、外部空間から隔絶されていない。換言すれば、カバー部材５９は、弁軸５６の部分５６ｂを覆っているが、カバー部材５９の内外の空間を連通している。なお、一対の蓋部５９ｂは、本体部５９ａの開口を完全に塞がないように構成されていてもよい。すなわち、開口部５９ｃは、本体部５９ａに対して任意の位置に形成されていてもよい。

【0064】

一対の蓋部５９ｂの少なくとも一方には、貫通孔５９ｄ（連通部）が設けられている。そのため、カバー部材５９は、貫通孔５９ｄによっても、カバー部材５９の内外の空間が連通されている。なお、蓋部５９ｂは、板状を呈していてもよい。蓋部５９ｂは、例えば、金属製（鉄など）であってもよいし、樹脂製（アクリルなど）であってもよい。

【0065】

図８に例示されるように、酸素濃縮装置１は、供給部６０をさらに備えていてもよい。供給部６０は、貫通孔５９ｄを通じて、カバー部材５９の内部空間にドライガスを供給するように構成されている。供給部６０は、例えば、供給源６１と、配管Ｄ６１とを含む。

【0066】

供給源６１は、ドライガスの供給源である。ドライガスは、例えば、乾燥空気（水分を含まない空気）であってもよいし、酸素濃縮装置１において製造された製品酸素であってもよいし、不活性ガス（窒素など）であってもよい。配管Ｄ６１は、供給源６１と貫通孔５９ｄとを接続している。

【0067】

供給源６１に貯留されているドライガスは、カバー部材５９の内部空間よりも高い圧力に昇圧されていてもよい。この場合、カバー部材５９の内部空間にドライガスが継続して供給されるので、当該内部空間がドライガスで満たされると、ドライガスは、開口部５９ｃから排出される。そのため、排気部３０の動作に伴い、排出部４０が負圧となったとしても、水分をほとんど又は全く保持しないドライガスが、弁軸５６とフランジ５４との間（挿通孔Ｈ）を通じてハウジング５１内に侵入するにすぎない。したがって、吸着槽１０内への水分の侵入を抑制することが可能となる。

【0068】

（２）図９に例示されるように、センサＳＥ（検出部）を用いて、挿通孔Ｈを通じたハウジング５１内への外気の流入を検出してもよい。センサＳＥは、例えば、超音波式のリーク検出器であってもよい。センサＳＥは、バルブＶの挿通孔Ｈの周囲における流入音を検出して、当該流入音のデータをコントローラＣｔｒに送信してもよい。なお、図９に例示されるように、センサＳＥは、バルブＶの挿通孔Ｈの周囲における流入音が通常とは異なる箇所を検出した場合に、当該箇所を異常箇所Ｒとして表示させるディスプレイＳＥａを含んでいてもよい。異常箇所Ｒは、検知した流入音と通常の流入音との乖離が大きいほど視覚的に目立つように、ディスプレイに表示されてもよい。なお、視覚的に目立つ表示とは、例えば、当該乖離が大きいほど色の濃度が濃くなる一方で当該乖離が小さいほど色の濃度が薄くなるような表示であってもよいし、当該乖離が大きいほど赤色に近くなる一方で当該乖離が小さいほど青色に近くなるような表示であってもよい。

【0069】

コントローラＣｔｒは、センサＳＥから受信した流入音のデータを所定の閾値と比較して、当該データが当該閾値を超えているか否かを判断してもよい。コントローラＣｔｒは、当該データが当該閾値を超えていると判断した場合、挿通孔Ｈを通じたハウジング５１内への外気の流入を検出したと判定して、外部に所定の報知を行ってもよい。所定の報知としては、例えば、挿通孔Ｈを通じたハウジング５１内への外気の流入を検出した旨をディスプレイＳＥａに表示したり、スピーカ（図示せず）から警告音や警告音声を流すことであってもよい。この場合、所定の報知により、バルブＶのメンテナンスを作業者等が直ちに実行することが可能となる。

【0070】

（３）図１０に例示されるように、センサ４３によって製品酸素の酸素濃度を測定し、当該測定値のデータをコントローラＣｔｒに送信してもよい。ここで、センサ４３によって測定される製品酸素の酸素濃度が所定の閾値以上の場合は、酸素濃縮装置１が製品酸素を不具合なく生成していることが示唆される。一方、センサ４３によって測定される製品酸素の酸素濃度が所定の閾値未満である場合は、酸素濃縮装置１による製品酸素の生成に不具合が生じていることが示唆される。この場合、一例として、挿通孔Ｈを通じたハウジング５１内への外気の流入量が所定の閾値を超えたことにより吸着材が劣化して、製品酸素への窒素等の混在が増加していることが示唆される。

【0071】

コントローラＣｔｒは、センサ４３から受信した酸素濃度のデータを所定の閾値と比較して、当該データが当該閾値以下であるか否かを判断してもよい。図１０の例では、コントローラＣｔｒは、当該データが例えば８０％以下であるか否かを判断してもよい。この場合、一例として、コントローラＣｔｒは、挿通孔Ｈを通じたハウジング５１内への外気の流入量が所定の閾値を超えているか否かを判断しうる。コントローラＣｔｒは、センサ４３から受信した酸素濃度のデータが所定の閾値を超えていると判断した場合、外部に所定の報知を行ってもよい。所定の報知としては、例えば、挿通孔Ｈを通じたハウジング５１内への外気の流入を検出した旨をディスプレイ（図示せず）に表示したり、スピーカ（図示せず）から警告音や警告音声を流すことであってもよい。この場合、所定の報知により、バルブＶのメンテナンスを作業者等が直ちに実行することが可能となる。

【0072】

（４）図１の例では、本体１１は、上下方向に延びているが、水平方向に延びていてもよい。本体１１が水平方向に延びている場合も、本体１１が上下方向に延びている図１の例と同様に、吸湿剤１２、吸着材１３及び押さえ部材１４が下から順に配置されていてもよい。

【0073】

（５）バルブＶのうちバルブＶ２１，Ｖ２２，Ｖ３１，Ｖ３２は、吸着槽１０内への水分の侵入を抑制するための要素（封鎖部材５８、カバー部材５９、供給部６０）を含んでいなくてもよい。すなわち、少なくとも、吸着槽１０と貯留槽４１との間に配置されるバルブＶ４１～Ｖ４４が、吸着槽１０内への水分の侵入を抑制するための要素（封鎖部材５８、カバー部材５９、供給部６０）を含んでいてもよい。

【0074】

［他の例］
例１．酸素濃縮装置の一例は、酸素よりも窒素を優先的に吸着する吸着材が収容された吸着槽と、吸着槽の下部から吸着槽に原料空気を供給するように構成された空気供給部と、吸着材に吸着された窒素を吸着材から脱着して、吸着槽の下部から排気するように構成された排気部と、吸着槽で生成された酸素を吸着槽の上部から排出するように構成された排出部とを備える。排出部は、吸着槽の上部に接続され且つ吸着槽で生成された酸素が流通する配管と、配管に設けられた開閉バルブとを含む。開閉バルブは、弁軸と、弁軸が挿通される挿通孔が設けられた本体部と、本体部内に配置され且つ弁軸のうち本体部内に位置する第１の部分と接続された弁と、弁軸のうち本体部から露出した第２の部分に接続され且つ弁軸を動作させるように構成された駆動部と、弁軸の第２の部分を覆い且つ当該第２の部分を外部空間から隔絶するように、本体部と駆動部との間に配置された、封鎖部材とを含む。

【0075】

ところで、開閉バルブにおいて、通常は、弁軸は、シール部材によってシールされた状態で、本体部の挿通孔に対して挿通されている。しかしながら、弁軸は弁を開閉させるために回転するので、弁軸が回転する余地のために、弁軸と本体部との間は、シール部材によって完全には閉塞されない。加えて、排気部が作動すると、吸着材に吸着された窒素を脱着するために吸着槽内が負圧となる。そのため、吸着槽に接続されている排出部（配管及び開閉バルブ）も負圧となる。この際、外部の空気が弁軸と本体部との間を通じて本体部内に侵入して吸着槽に到達し、空気に含まれる水分が吸着材に吸着されてしまうことがある。吸着材に吸着された水分は、吸着材から脱着することが極めて困難であるので、水分の吸着に伴い、吸着材による窒素の吸着量が低下し、吸着材の劣化につながる。

【0076】

しかしながら、例１の装置によれば、封鎖部材が、弁軸の第２の部分を覆い且つ当該第２の部分を外部空間から隔絶するように、本体部と駆動部との間に配置されている。そのため、排気部の動作に伴い、排出部が負圧となったとしても、封鎖部材の外部空間から空気が弁軸と本体部との間を通じて本体部内に極めて侵入し難くなる。したがって、吸着槽内への水分の侵入を抑制することが可能となる。

【0077】

例２．酸素濃縮装置の他の例は、酸素よりも窒素を優先的に吸着する吸着材が収容された吸着槽と、吸着槽の下部から吸着槽に原料空気を供給するように構成された空気供給部と、吸着材に吸着された窒素を吸着材から脱着して、吸着槽の下部から排気するように構成された排気部と、吸着槽で生成された酸素を吸着槽の上部から排出するように構成された排出部と、ドライガスを供給するように構成されたガス供給部を備える。排出部は、吸着槽の上部に接続され且つ吸着槽で生成された酸素が流通する配管と、配管に設けられた開閉バルブとを含む。開閉バルブは、弁軸と、弁軸が挿通される挿通孔が設けられた本体部と、本体部内に配置され且つ弁軸のうち本体部内に位置する第１の部分と接続された弁と、弁軸のうち本体部から露出した第２の部分に接続され且つ弁軸を動作させるように構成された駆動部と、弁軸の第２の部分を覆うように、本体部と駆動部との間に配置された、カバー部材とを含む。ガス供給部は、カバー部材の内外の空間を連通するようにカバー部材に設けられた連通部を通じて、ドライガスをカバー部材の内部空間に供給するように構成されている。この場合、カバー部材の内部にはドライガスが供給されている。そのため、排気部の動作に伴い、排出部が負圧となったとしても、水分をほとんど又は全く保持しないドライガスが、弁軸と本体部との間を通じて本体部内に侵入するにすぎない。したがって、例１の装置と同様に、吸着槽内への水分の侵入を抑制することが可能となる。

【0078】

例３．例１又は例２の装置は、挿通孔を通じた本体部内への外気の流入を検出するように構成された検出部と、制御部とをさらに備え、制御部は、検出部による外気の流入量が所定の閾値を超えたと判断した場合に、所定の報知を行うように構成されていてもよい。この場合、万が一、本体部内に外気が流入しても、その旨が作業者等に報知される。そのため、本体部内への外気の流入量が所定量を超えたときに、開閉バルブのメンテナンスを作業者等が直ちに実行することが可能となる。

【0079】

例４．例１～例３のいずれかの装置は、排出部から排出された酸素の濃度を測定するように構成された測定部と、制御部とをさらに備え、制御部は、測定部による酸素の濃度が所定の閾値以下であると判断した場合に、所定の報知を行うように構成されていてもよい。この場合、例３と同様の作用効果が得られる。

【符号の説明】

【0080】

１…酸素濃縮装置、１０，１０Ａ，１０Ｂ…吸着槽、２０…供給部（空気供給部）、３０…排気部、４０…排出部、４３…センサ（測定部）、５１…ハウジング（本体部）、５３…軸受部（本体部）、５４…フランジ（本体部）、５５…弁、５６…弁軸、５６ａ…部分（第１の部分）、５６ｂ…部分（第２の部分）、５７…駆動部、５８…封鎖部材、５９…カバー部材、５９ｃ…開口部（連通部）、５９ｄ…貫通孔（連通部）、６０…供給部（ガス供給部）、Ｃｔｒ…コントローラ（制御部）、Ｄ４１～Ｄ４９…配管、Ｈ…挿通孔、ＳＥ…センサ（検出部）、Ｖ，Ｖ４１～Ｖ４２…バルブ（開閉バルブ）。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】