酸素濃縮器について

酸素濃縮器に使用されているゼオライトの種類は？

酸素濃縮器は、窒素を選択的に除去することにより、供給ガス（通常は周囲の空気）から酸素を濃縮し、酸素リッチな製品を供給する装置である。小型の高圧酸素ボンベや小型の極低温液体酸素システムに代わるものとして開発され、医療用酸素療法を受ける患者が自宅で治療を受けられるようにした。酸素濃縮器は、空気圧縮機、ゼオライト・ペレットまたはビーズを充填した2本のボンベ、均圧リザーバー、多数のバルブとチューブで構成されている。

市販されている分子ふるいには、主にナトリウム型とリチウム型の2種類がある。リチウム型ゼオライト分子ふるいは、ナトリウム型ゼオライト分子ふるいよりも効率が高く、酸素濃縮器を大幅に小型化でき、持ち運びにも便利である。リチウム型ゼオライト分子篩はナトリウム型ゼオライト分子篩よりはるかに高価であるため、ナトリウム型酸素分子篩もほとんどの場面で市場に普及している。

ゼオライトが酸素濃縮器に使われる理由

ゼオライトは酸素濃縮器の真髄である。酸素濃縮装置は、ゼオライトからなる分子ふるいを使って大気中の窒素を吸着し、その後排出する。したがって、この種の吸着システムは機能的には窒素スクラバーであり、他の大気ガスは通過させることができる。このため、酸素が主な残存ガスとして残る。高圧下では、多孔質ゼオライトは、その大きな表面積と化学的性質により、大量の窒素を吸着する。その後、酸素やその他の遊離成分が回収され、圧力が下がって窒素が脱離する。控えめな言い方をすれば、ゼオライトは窒素分子のフィルターとして機能する。

ゼオライトは、異なるガスを区別する能力と大きな比表面積により、PSAシステムで広く使用されている。さらに、その多孔性は吸着プロセスにおいて重要な役割を果たしている。SiO4とAlO4の四面体構造から構成される細孔と空洞（微細孔）の規則的な配列により、ある分子は微細孔に選択的に吸着され、他の分子は立体効果や親和性の違いによって拒絶される。

PSA酸素濃縮器とVPSA酸素濃縮器の違いは何ですか？

PSA技術とVPSA技術は、モレキュラーシーブなどのゼオライト分子ふるいを使用する酸素製造の2つの一般的な方法である。可変圧力により、空気中の窒素と酸素を吸着・脱着工程で分離し、高純度の酸素を得る。PSA装置は、VPSA酸素発生装置と比較して、初期投資が少ない反面、エネルギー消費量が多く、その後のメンテナンスコストが高い。酸素需要が大きい場合PSA装置は面積が大きく、エネルギー消費量も大きいため、経済的なメリットはありません。

厳密には、VPSA酸素発生装置もPSA酸素発生装置の "亜種 "であり、両者の酸素発生原理はほぼ同じである。PSA酸素発生装置がモレキュラーシーブを用いて、異なるガス分子の "吸着 "によって混合ガスを分離するのに対し、VPSA酸素発生装置は真空条件下で、吸着された飽和モレキュラーシーブを脱着する。

どちらも空気を原料としており、酸素の生成原理は似ている。しかし、よく比べてみると、次のような違いがある。

まず、PSA方式の酸素発生装置では、空気の供給にエアコンプレッサーを使用するが、VPSA方式の酸素発生装置では、送風機を使って本物の空気を得て加圧する。

第二に、ゼオライト分子篩の選択において、PSA酸素発生器はナトリウム分子篩を使用し、VPSA酸素発生器は.ゼオライト分子篩を使用する。

また、吸着圧力については、PSA型酸素発生装置が通常0.6～0.8Mpaであるのに対し、VPSA型酸素発生装置は0.05Mpaである。

さらに、単一機械によるガス生産では、PSAは200〜300Nm/hに達することができ、VPSAは7500〜9000Nm/hに達することができる。

最後に、PSAと比較して、VPSAはエネルギー消費量が比較的少なく（酸素1立方あたりの電力消費量は0.5kW以下）、環境に優しくグリーンである。