Schema Pneumatique Generateur Haute Purete
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-
8/15/2019 Schema Pneumatique Generateur Haute Purete
1/8
United
S t a t e s
Patent [ 1 9 1
[ 1 1 ]
P a t e n t N u m b e r :
4 , 8 8 0 , 4 4 3
M i l l e r e t a l .
[ 4 5 ]
Date o f P a t e n t : N o v . 1 4 , 1 9 8 9
[ 5 4 ]
MOLECULAR
SIEVE OXYGEN
4 , 7 8 3 , 2 0 5 1 1 / 1 9 8 8 S e a r l e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 5 / 1 7 9 X
CONCENTRATOR WITHSECONDARY 4 , 8 1 3 , 9 7 9 3/1989 M i l l e r e t a 1 .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. .
55/25
OXYGEN
URIFIER FOREIGN
PATENT
DOCUMENTS
[ 7 5 ] Invenmm G°°r8e
W- M i l l e r ;
Flinn“ F - T h e i s , 3 4 0 2 5 3 3 8 / 1 9 8 5
F e d .
R e p . o f
Germany
. . . . . . . .
. .
5 5 / 2 5
b o t h
o f
S a n Antomo,
T e x .
.
.
. OTH
[ 7 3 ] A s s 1 g n e e : T h e U m t e d S t a t e s o f A m e r i c a
a s
R P I _ J B I ' _ ' I C A T I O N §
p l - m u t e d b y t h e s e c r e t a r y
o f
t h e W O 8 5 / 0 1 4 5 1 , PCT
A p p h c a t i o n o f D a n g i e r i
e t a l . , p u b
A i r F o r c e , W a s h i n g t o n ,
DC. ? s h e d
0n A P I - 1 1 ,
1 9 3 5
[ 2 1 ] A P P L
No;
2 3 3 , 3 1 5
P r i m a r y E x a m i n e r - R o b e r t S p i t z e r
A r t
.A t ,
F ‘ —B dE.F ;D
a l d J .
[ 2 2 ] F i l e d : 2 2 ’ 1988 _
s i n r g r g e y
gen o r
i r m
e r n a r r a n z o n
[ 5 1 ] I n t .
cu
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
B01D
3/04
57
“sma
[52] US. l. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 5 / 2 6 ; 5 5 / 5 8 ;
I 1
_ _
_
_
5 5 / 6 2 ; 5 5 / 6 6 ; 5 5 / 6 8 ; 5 5 / 7 4 ; 5 5 / 7 5 ; 5 5 / 1 6 2 ;
T h e a p p a r a t u s c o l p p n s q s f o u r
c y l m d n c a l a b s o r b e n t
5 5 1 7 9 ; 5 5 3 3 7 ; 5 5
3 3 9
b e d s o f s m a l l p a r t i c l e s i z e (16x40 m e s h ) m o l e c u l a r
[ 5 8 ]
F i e l d
o f swell
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 5 / 1 8 , 2 0 , 2 1 , 2 5 , 2 6 , s i e v e ,
two
w i t h z e o l i t e
and two
w i t h warbon
m o l e c u l a r
5 5 5 3 ,
5 2 , 6 6 , 6 g ,
7 4 ,
7 5 ,
1 6 1 - 1 6 3 ,
1 7 9 ’
3 3 7 ,
3 3 9
s i e v e .
The
n i t s
a r e i n t e g r a t e d
w i t h
e a c h c a r b o n b e d
i n
_
s e r i e s w i t h one of
t h e z e o l i t e b e d s ,
with v a l v i n g a t
t h e
[ 5 6 ] R e f e r e n c e s
and
i n l e t s t o t h e z e o l i t e
b e d s and
a t t h e
o u t l e t s
from t h e
U5.
PATENTDOCUMENTS c a r b o n
b e d s .
The
oxygen
p u r i t y o f
t h e g a s
i s
i n c r e a s e d
3252268
5 / 1 9 6 6
S t a r k . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 5 / 2 5 b y S e l e c t i v e l y
adsmbing
and e x h a u s t i n g t h e nitmge“
3 : 9 2 2 : l 4 9 1 1 / 1 9 7 5 R u d c r a t . "
5 5 / 2 5
X
C O I I I P O I I C I l t t h e z e o l i t e b e d s and t h e
a r g o n component
4 , 0 1 1 , 0 6 5 3 / 1 9 7 7 M i i n z n e r e t 2 1 1 5 5 / 2 5
i n
t h e
c a r b o n
b e d s . I n
a
two s t e p c y c l e , d u r i n g s t e p 1 o f
4 , 1 9 0 , 4 2 4 2 / 1 9 8 0 Armond e t a 1 5 5 / 5 8
t h e
c y c l e one p a i r
o f
b e d s
( o n e
z e o l i t e and one
c a r b o n )
4 , 2 7 2 , 2 6 5 6 / 1 9 8 1 Snyder
. . . . . .
. .
55/389 receives
high pressure ir a s feed gas which pressurizes
4 , 3 8 6 , 9 4 5 1 9 8 3 G ? l ' d l l C ‘ . .
. .
.
.
.
.
.
.
.
. .
. . 5 5 / 2 6
t h e
beds
and
e s t a b l i s h e s a product
o x y g e n
?ow_’ z g g i g g g B e H m é l l n it: 5%
;
t a n e o u s l y , t h e high p r e s s u r e
g a s
i n t h e other
p a i r
of beds
4 ’ 4 4 8 ’ 5 9 2 5 / 1 9 8 4 L i g d e e 5 5 ” , ” X i s v e n t e d t o
a
l o w e r p r e s s u r e
u s u a l l y
t h e
a m b i e n t
s u r
4 ’ 5 1 9 ’ 8 1 3 5 / 1 9 8 5 5 5 / 2 6
r o u n d i n g s ,
a n d
t h i s
d e p r e s s u r i z a t i o n s e r v es
t o
d e s o r b
4 : 5 2 9 : 4 1 ;
7 / 1 9 3 5 H a y a s h i e t
a 1
_ _ _ _
n
5 5 / 2 5 t h e n i t r o g e n and a r g o n p r e v i o u s l y a d s o r b e d d u r i n g t h e
4 , 5 3 7 , 5 0 7
3 / 1 9 3 5
R o g e r s
e t
3 1
5 5 / 1 7 9
X
h i g h
p r e s s u r e
p h a s e o f
t h e
c y c l e .
I n
s t e p
2
o f
t h e c y c l e
4 , 5 6 1 , 2 8 7 1 2 / 1 9 8 5 Rowland . . . . . .
7 3 / 2 3
the
adsorbent
beds exchange r o l e s . This constant c y
4 , 5 6 6 , 8 8 1 1 / 1 9 8 6 R i c h t e r e t a l
.
5 5 / 2 5 c l i n g r e s u l t s i n a continuous product stream of very
4 , 6 4 8 , 8 8 8 3 / 1 9 8 7 R o w l a n d
. . . . . . .
. . 5 5 / 2 5 X h i g h
p u r i t y
oxygen
( u p
t o
9 9 . 1 % ) .
The
s e p a r a t i o n
i s
‘ £ 6 6 1 , 1 2 4
: / 1 9 8 7
Hamlm
t a l 5 5 / 6 8
X c o n d u c t e d
a t a
t e m p e r a t u r e o f 2 9 7 ° K . The
s e c o n d a r y
g a m m a
:
p u r i f i e r d o e s
n o t
r e q u i r e
a
r e g e n e r a t i v e p u r g e ?ow o r
4 ’ 7 3 7 ’ 1 6 7 4 / 1 9 8 8
O m e l e t : a L ' _
5 5 / 2 6
t h e
c a r b o n
b e d s f o r e f ? c i e n t
o p e r a t i o n ,
w h i c h
m i n i g
4 , 7 3 7 , 1 7 0 4/1988 seine . . . . . . . . . . . 55/179
‘mm
he feed
gas
°°I1S“mPt1°n
4 , 7 4 4 , 8 0 3 5 / 1 9 8 8
K n a e b e l
5 5 / 2 5
4 , 7 5 6 , 7 2 3 7 / 1 9 8 8 S i r c a r . . . . . . . 5 5 / 2 5 9
Claims,
2 D r a w i n g Sheets
m/ s
.
5 1 : 3 5 5 ‘J
5 ‘
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_
i f ;
2 l I ; 3 ; c ‘ z
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5
2 J
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U
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3
N
t a r
V 2
C R B O N
M O L E C U L R S I V
1 6
0E S H
F L L T S
3
Z E O L I T E
1 60E S H
P L L T S
m
2 1
P R O G R M M B L E S O L E N O I D
C T U T O R
\ _
5 3 1 2 5 3 1 4
2 1 2
2 1 1
E X H A U S T )
1 4 4S I A )
v 4
: 1 1 :
1 1 5
A C
6 0 m
-
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2/8
US.
atent N o v .
1 4 ,
1 9 8 9 S h e e t
1
0 1 2 4 , 8 8 0 , 4 4 3
2 2 0
PRODUCT 0 2 % = 9 9 . 1
G A S ,Ar
% = o . e
#1
N
2
%=0.3
2 26
V2
2 1 4 '
‘CARBON
MOLECULAR
SIEVE
B 1 B 2
1 6
X
40 MESH
PELLETS
2 1 3
‘
|
I |
I l
\
' 3 2 s
1 0 O
ZEOLITE
MOLECULAR
SIEVE B 3
B 4
1 6 X
40 MESH
PELLETS
2 2 2
2 1 2
_
211
u 221
EXHAUST
EXHAUST
( 1 4 . 4 P S I A ) ( 1 4 . 4
P S I A )
v4
V5 V6 V7
5
2 1 °
C O M P . A I R
o 2
% = 2 o . 9 7
A \
( 4 5
p S | A ) A r %=
0 . 9 6
N
2
%=78.07
PROGRAMMABLE
SOLENOID 316
VALVE
3 1 o \
A C T U A T O R
[ D\=A= E
\ 1 1 3 2
1 1 5
V A C ?
N
6 0
\ I
\25
0 0
31 2
3 1 4 3 1
8 ___/ 23 0
COMPRESSED I R
' ( 7 5
P S I A )
F i g .
1
-
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US. atent
N o v .
1 4 , 1 9 8 9
S h e e t 2 o f 2
4 , 8 8 0 , 4 4 3
PRODUCT 02
% = 9 9 . 1
GAS A r
%=O.6
N
2
%=0.3
2 2 0
216 226
PRODUCT
0 2 %=9
' 0
V2 GAS A r %= . 7
# 2 N2
y o = 0 . 3
214
12o
v 1 1
\F
ARBON
116 126
M O L E C U L A R \ /
SIEVE
1 6
x
4 0 MESH
V9
V10
P E L L E T S
a
2 1 3 I
Q
0 0
ZEOLITE
MOLECULAR
SIEVE
B3 B4
1 6 x 40 MESH
PELLETS
‘ 222
212 I
211
0 u
221
EXHAUST
_ EXHAUST
( 1 4 . 4
P S I A )
j ( 1 4 4 P S I A )
V5 V6 V 7 5
V 4
210
C O M P . A I R o 2 % = 2 o . 9 7 A
k
( 4 5 P S I A )
A r
%=
0 - 9 6
\
N2
=7a.o7
PROGRAMMABLE
SOLENOID
1 A
vALvE
3 1 0 ;
A C T U A T O R 3 1 6 ?
g
[ \ 1 B
1 1 5 VAC
:
60m
2 \
a
2 B
3 0 0
--/
2 3 o
COMPRESSED
IR
Fig.
2
( 7 5
P S I A )
-
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4/8
4 , 8 8 0 , 4 4 3
1
MOLECULAR IEVE OXYGENCONCENTRATOR
WITH SECONDARY
OXYGEN
URIFIER
RIGHTS
THE
GOVERNMENT
The
i n v e n t i o n d e s c r i b e d
h e r e i n
may
b e m a n u f a c t u r e d
and u s e d b y o r f o r t h e Government o f t h e U n i t e d S t a t e s
f o r a l l governmental p u r p o s e s w i t h o u t t h e payment o f
a n y r o y a l t y .
RELATED
APPLICATION
T h i s a p p l i c a t i o n i s r e l a t e d
t o
a c o p e n d i n g p a t e n t a p
p l i c a t i o n b y t h e s a m e i n v e n t o r s ,
t i t l e d
“ S e c o n d a r y Oxy
g e n P u r i ? e r
f o r
a M o l e c u l a r S i e v e
Oxygen
C o n c e n t r a
t o r ” ( h e r e i n a f t e r
“ o u r s e c o n d a r y p u r i ? e r
p a t e n t ” ) , S e r .
No.
0 7 / 1 5 1 / 3 8 3 ,
? l e d
F e b . 2 , 1 9 8 8 , n o w
US.
P a t .
No.
4 , 8 1 3 , 9 7 9 ,
i s s u e d
M a r . 2 1 , 1 9 8 9 ,
w h i c h i s
h e r e b y i n c o r
p o r a t e d b y r e f e r e n c e . P r i o r i t y u n d e r 3 5 U . S .C . 1 2 0
i s
c l a i m e d ,
b o t h
a p p l i c a t i o n s
b e i n g
a s s i g n e d t o The U n i t e d
S t a t e s
o f
America
a s
r e p r e s e n t e d
by
t h e S e c r e t a r y
o f
t h e
Air
F o r c e .
BACKGROUND
OF
THE INVENTION
The
p r e s e n t
i n v e n t i o n r e l a t e s
t o a m o l e c u l a r s i e v e
oxygen c o n c e n t r a t o r
w i t h
a
s e c o n d a r y
oxygen p u r i ? e r .
M o l e c u l a r s i e v e oxygen
c o n c e n t r a t o r s have a t t r a c t e d
c o n s i d e r a b l e a t t e n t i o n r e c e n t l y
b e c a u s e t h e y
a r e c a p a
b l e o f p r o d u c i n g h i g h p u r i t y
o x y g e n
( a b o u t
95%)
i n
a
s i m p l e , c o s t - e f f e c t i v e m a n n e r .
F u r t h e r ,
t h i s oxygen
h a s
been f o u n d a c c e p t a b l e a s
a b r e a t h i n g
a s f o r p a t i e n t s
r e q u i r i n g o x y g e n
t h e r a p y
a n d f o r
a i r c r e w
h y p o x i a p r o
t e c t i o n . These c o n c e n t r a t o r s o p e r a t e on t h e
p r i n c i p l e o f
p r e s s u r e
s w i n g a d s o r p t i o n
( P S A ) ,
w h e r e b y ,
t h e
p r e s
s u r e o f
t h e
a d s o r b e n t b e d s i s c y c l e d a t a t y p i c a l r a t e o f
1 0
s e c / c y c l e .
T h i s
r a p i d
c y c l i n g i m p r o v e s
t h e
o x y g e n
1 0
n i t r o g e n s e p a r a t i o n
ef?ciency
of
t h e
concentrator r e -
s u l t i n g i n a s i g n i ? c a n t r e d u c t i o n i n t h e u n i t ’ s
w e i g h t
a n d
v o l u m e .
D u r i n g t h i s
c y c l i n g t h e n i t r o g e n c o m p o n e n t
o f
t h e a i r
i s
a d s o r b e d a t h i g h p r e s s u r e and
d e s o r b e d
a t low
p r e s s u r e
t o
t h e s u rr o u n d i n g s . C o n c e n t r a t o r s o p e r a t i n g
o n t h i s p r i n c i p l e a r e p r e s e n t onboard t h e USAF l-B
s t r a t e g i c bomber
a n d
t h e USN
V-8B ? g h t e r .
The s i m p l e s t
o x y g e n c o n c e n t r a t o r i s composed
o f
two
c y l i n d r i c a l
a b s o r b e n t b e d s
c o n t a i n i n g
a
z e o l i t e
m o l e c u l a r s i e v e ,
v a l v i n g ,
a n d a n o r i ? c e . I n a t y p i c a l
t w o - s t e p c y c l e ,
d u r i n g
s t e p
1 o f t h e c y c l e
o n e
b e d
r e
c e i v e s h i g h
p r e s s u r e
( 2 0 - 4 0 PSIG) f e e d a i r w h i c h
p r e s
s u r i z e s
t h e
b e d a n d
e s t a b l i s h e s a p r o d u c t
oxygen f l o w ,
a n d
t h e n i t r o g e n c o m p o n e n t o f t h e a i r i s removed b y
p r e f e r e n t i a l
a d s o r p t i o n
i n
t h e
z e o l i t e
m o l e c u l a r s i e v e .
S i m u l t a n e o u s l y , t h e
h i g h
p r e s s u r e
g a s i n t h e o t h e r
b e d
s
v e n t e d t o a
lower
p r e s s u r e u s u a l l y t h e a m b i e n t s u r r o u d
i n g s , a n d t h i s d e p r e s s u r i z a t i o n
s e r v e s
t o
d e s o r b
t h e n i
t r o g e n p r e v i o u s l y
a d s o r b e d
d u r i n g t h e h i g h p r e s s u r e
p h a s e o f t h e c y c l e . A l s o , a p o r t i o n o f t h e p r o d u c t
g a s
from t h e h i g h p r e s s u r e bed
i s
f e d t o t h e
low
p r e s s u r e
bed
t o
?ush
t h e
n i t r o g e n - r i c h g a s from
t h a t b e d .
The
o r i ? c e s e r v e s t o
c o n t r o l t h e ?ow
f
purge g a s .
I n
s t e p
2
o f
t h e
c y c l e
t h e a d s o r b e n t
b e d s e x c h a n g e r o l e s . T h i s
c o n s t a n t c y c l i n g
r e s u l t s i n
a c o n t i n u o u s p r o d u c t s t r e a m
of high p u r i t y oxygen.
O n e l i m i t a t i o n o f
a c o n c e n t r a t o r
c o n t a i n i n g
a
z e o l i t e
m o l e c u l a r s i e v e
i s
t h e
maximum
o x y g e n p u r i t y
o f
9 5 %
( t h e r e m a i n d e r i s a r g o n ) .
B e c a u s e t h e o x y g e n
a n d
a r g o n
m o l e c u l e s a r e s i m i l a r i n s i z e
and
a r e n o n p o l a r t h e y b o t h
a r e c o n c e n t r a t e d upon
p a s s a g e
t h r o u g h t h e b e d s
o f
z e o l i t e m o l e c u l a r
s i e v e .
2
US. p a t e n t s o f i n t e r e s t i n c l u d e US. P a t . No.
4 , 6 6 1 , 1 2 5
t o
H ar u na e t a l , which
r e l a t e s
t o a p r o c e s s f o r
p r o d u c i n g h i g h
c o n c e n t r a t i o n o x y g e n b y
a
p r e s s u r e
s w i n g
a d s o r p t i o n
m e t h o d . A c c o r d i n g
t o
t h i s p a t e n t ,
a r g o n - c o n t a i n i n g
oxygen
o b t a i n e d by a PSA method
c o n d u c t e d
i n a
? r s t s t e p a d s o r p t i o n a p p a r a t us p a c k e d
with
a
x e o l i t e
molecular
s i e v e
i s
introduced
i n t o
a
s e c
o n d s t e p
a d s o r p t i o n
a p p a r a t u s c o m p r i s i n g
t h r e e a d s o r p
t i o n c o l u m n s
e a c h
p a c k e d w i t h a c a r b o n m o l e c u l ar
s i e v e
a n d
i s
s u b j e c t e d t o a P S A
o p e r a t i o n ,
whereby
o x y g e n i s
p r e f e r e n t i a l l y
a d s o r b e d b y
t h e
c a r b o n m o l e c
u l a r s i e v e and argon
s
s e p a r a t e d
from
oxygen a s
a non
a d s o r b e d g a s . P r o d u c t i o n o f h i g h c o n c e n t r a t i o n oxygen
h a v i n g a c o n c e n t r a t i o n o f 9 9 %
o r h i g h e r i s
d i s c l o s e d .
US.
P a t . No. 4 , 5 6 6 , 8 8 1
t o
R i c h t e r
e t a l
d i s c l o s e s
a
p r o c e s s and a p p a r a t u s f o r p r o d u c i n g oxygen w i t h a low
f r i c t i o n o f
a r g o n f r o m
a i r i n v o l v i n g a
? r s t
a d s o r p t i o n
u n i t c o m p r i s i n g a t
l e a s t
two
a d s o r b e r s c o n t a i n i n g
c a r
bon m o l e c u l a r s i e v e which p r o v i d e s a n
i n t e r m e d i a t e
p r o d u c t
t h a t i s
e n r i c h e d
w i t h
o x y g e n a n d d e p l e t e d
o f
a r g o n
by
c o m p a r i s o n
t o
t h e s u p p l i e d
N2/O2/A r
g a s
m i x t u r e . T h e r e a f t e r t h e i n t e r m e d i a t e p r o d u c t i s
s u b
j e c t e d
t o
z e o l i t e
a d s o r p t i o n i n a n a d s o r p t i o n
u n i t .
T h i s
p a t e n t d i s c l o s e s t h a t when
the
method i s c a r r i e d o u t
w i t h
a
dry
and c a r b o n - d i o x i d e - f r e e
a i r ,
oxygen i s p r o
d u c e d w i t h a p l u r a l i t y
o f
9 9 . 7
v o l u m e
p e r c e n t d u r i n g
t h e a d s o r p t i o n p h a s e
o f
t h e z e o l i t e a d s o r p t i o n u n i t .
T h i s
p a t e n t
f u r t h e r d i s c l o s e s t h a t
t h e r e g e n e r a t i o n
o f
t h e
z e o l i t e - b e d
a d s o r b e r s
i s i n t e r r u p t e d w h i l e t h e
? r s t
o f
carbon-bed a b s o r b e r s a r e
r e g e n e r a t e d
b y a vacuum
p u m p
which i s u s e d
i n c o m m o n t o
r e g e n e r a t e
t h e ad
sorbers.
S i m i l a r i l y
US a t .
No.
4 , 1 9 0 , 4 2 4 t o
A rm o n d e t
a l
d i s c l o s e s
i n t e g r a t i n g t h e z e o l i t e
and
carbon s i e v e p r o -
c e s s e s t o
produce oxyg en
w i t h
a p u r i t y
b e t t e r
t h a n
t h a t
which
can b e a c h i e v e d
b y
e i t h e r o f
t h e
known
p r o c e s s e s
o p e r a t e d a l o n e .
The
o v e r a l l p e r f o r m a n c e o f h i s p r o c e s s
i s enhanced b y t h e r e c y c l i n g a s f e e d s t o c k o f
a n
oxygen
r i c h
g a s
s t r e a m from t h e second s e c t i o n t o t h e
? r s t . A
p r o d u c t s t r e a m w i t h a p r o p o r t i o n
o f
oxygen
a s
h i g h
a s
99.7% i s c i t e d f o r o n e
embodiment
( s e e c o l 3 , l i n e 3 7 ) .
US.
P a t . N o . . 4 , 5 2 9 , 4 1 2 t o Hayashi
e t
a 1 r e l a t e s t o a
p r o c e s s
f o r
o b t a i n i n g h i g h c o n c e n t r a t i o n
a r g o n
f r o m a i r
.
b y means
of p r e s s u r e - s w i n g a d s o r p t i o n ,
c h a r a c t e r i z e d
60
6 5
b y p a s s i n g a i r
t h r o u g h
a
z e o l i t e m o l e c u l a r s i e v e - p a c k e d
a d s o r p t i o n a p p a r a t u s and a c a r b o n
m o l e c u l a r
s i e v e
p a c k e d
a d s o r p t i o n
a p p a r a t u s
i n t h i s o r d e r , s u b j e c t i n g
t h e a i r
t o p r e s s u re - s w i n g - a d s o r p t i o n o p e r a t i o n i n d e p e n
d e n t l y
i n
t h e
a b o v e
p i e c e s
o f
a d s o r p t i o n
a p p a r a t u s ,
t h e r e b y
o b t a i n i n g c o n c e n t r a t e d
a r g o n
a n d h i g h p u r i t y
o x y g e n s i m u l t a n e o u s l y .
O t h e r
p a t e n t s
r e l a t i n g
t o
o x y
gen
g e n e r a t o r s o r c o n c e n t r a t o rs which r e l y o n molecu
l a r
s i e v e s i n c l u d e
4 , 5 6 1 , 2 8 7 t o
R o w l a n d ,
a n d 4 , 2 7 2 , 2 6 5
t o S n y d e r ; a n d
t h e
l a t t e r
c i t e s
a i r c r a f t a p p l i c a b i l i t y .
SUMMARYOF
THE INVENTION
An b j e c t i v e
o f t h e
i n v e n t i o n
i s
t o
i n c r e a s e
t h e
oxy
gen c o n c e n t r a t i o n
o f t h e p r o d u c t
g a s
from a z e o l i t e
molecular
s i e v e
oxygen
c o n c e n t r a t o r .
The i n v e n t i o n i s d i r e c t e d t o m o l e c u l a r s i e v e oxygen
c o n c e n t r a t o r ,
h a v i n g a n
i n t e g r a t e d
s e c o n d a r y
o x y g e n
p u r i ? e r , w h i c h
p r o v i d e s a
s i m p l e a n d c o s t - e f f e c t i v e
p r o c e s s
f o r p r o d u c i n g
c o n c e n t r a t e d oxygen
w i t h
a pn
r i t y o f more
t h a n
9 9 % from
a
compressed a i r f e e d
s t r e a m
compared
t o oxygen
c o n c e n t r a t o r s
p r o d u c i n g
9 5 %
p u r i t y o x y g e n . T h i s
i n v e n t i o n
i n v o l v e s a d e v i c e
c o m p r i s e d
o f f o u r
i n t e r d e p e n d e n t a d s o r p ti o n b e d s , t w o
o f which c o n t a i n z e o l i t e m o l e c u l a r s i e v e s
and
t h e o t h e r
-
8/15/2019 Schema Pneumatique Generateur Haute Purete
5/8
4 , 8 8 0 , 4 4 3
3
two c o n t a i n c a r b o n m o l e c u l a r s i e v e s , s i x a i r o p e r a t e d
v a l v e s , a
s o l e n o i d
a c t i v a t e d
v a l v e ,
a manual
v a l v e
and
a
programmable
s o l e n o i d
a c t u a t o r .
Each o f t h e
z e o l i t e
b e d s
i s connected
i n
s e r i e s w i t h a carbon m o l e c u l a r
s i e v e
b e d ,
s o ,
t h a t t h e g a s
?ow
m u s t
p a s s
s e q u e n t i a l l y
f rom a z e o l i t e
molecular
s i e v e b e d t o a car b on
molecu
l a r s i e v e b e d . The
v a l v e s
a r e o p e r a t e d i n h a l f c y c l e s t o
withdraw
t h e
p r o d u c t g a s from t h e c a r b o n
m o l e c u l a r
s i e v e b e d s a l t e r n a t e l y .
A
e a t u r e
o f t h e i n v e n t i o n i s t h a t
i t
u s e s a s i m p l e
process t o concentrate o x y g e n i n
a
feed a i r stream t o
a
maximum p u r i t y o f more t h a n
99%,
w h i l e comsuming
t h e same amount
of
i r
a s
p r e s e n t
o x y g e n
c o n c e n t r a t o r s .
Another f e a t u r e
i s
t h a t
a s e c o n d a r y
oxygen
p u r i ? e r
h a s
been
i n t e g r a t e d with a
z e o l i t e
m o l e c u l a r
s i e v e con
c e n t r a t o r ,
s u c h t h a t , t h e s e c o n d a r y o x y g e n p u r i ? e r d o e s
n o t o p e r a t e a s a
s e p a r a t e
d e v i c e with a
s i n g l e
i n l e t
stream
but r e c e i v e s two i n l e t s t r e a m s .
Another f e a t u r e i s t h a t
a
r e g e n e r a t i v e
p u r g e f l o w
i s
n o t r e q u i r e d f o r t h e s e c o n d a r y b e d s ,
w h i c h
m i n i m i z e s
t h e f e e d
a i r
c o n s u m p t i o n .
The
a p p a r a t u s u s e s s m a l l p a r t i c l e s i z e (16x40 m e s h )
c a r b o n
m o l e c u l a r
s i e v e t o i m p r o v e t h e e f ? c i e n c y
o f
t h e
o x y g e n - a r g o n s e p a r a t i o n .
Advantages
a r e t h a t t h e
a p p a r a t u s
consumes t h e
same
amount
o f
f e e d a i r , a n d t h e
s i z e and w e i g h t i s
a b o u t t h e
s a m e ,
a s p r e s e n t oxygen
c o n c e n t r a t o r s which
produce
95%
p u r i t y o x y g e n .
The
i n v e n t i o n
c a n b e u s e d f o r
g e n e r a t i n g
h i g h p u r i t y
o x y g e n
f o r
a i r c r a f t b r e a t h i n g s y s t e m s ,
? e l d
h o s p i t a l s ,
a n d p o r t a b l e o x y g e n t h e r a p y .
BRIEF
DESCRIPTIONOF THE DRAWING
FIG. 1 i s a s c h e m a t i c d i a g r a m s h o w i n g a m o l e c u l a r
s i e v e
oxygen
c o n c e n t r a t o r
h a v i n g a n
i n t e g r a t e d
s e c o n d
a r y
oxygen p u r i ? e r f o r
a n a i r c r a f t
oxygen g e n e r a t i n g
s y s t e m ;
FIG. 2 i s a s c h e m a t i c diagram
showing
a n a l t e r n a t e
f o r t h e c o n c e n t r a t o r o f FIG. 1 .
DETAILED
DESCRIPTION
A s
shown n FIG. 1
o f
o u r s e c o n d a r y p u r i ? e r p a t e n t ,
t h e s i m p l e s t
t y p i c a l
p r i o r a r t o x y g e n c o n c e n t r a t o r i s
c o m p o s e d o f two c y l i n d r i c a l a d s o r b e n t b e d s c o n t a i n i n g
a z e o l i t e m o l e c u l a r s i e v e ,
v a l v i n g ,
and a n o r i ? c e 1 0 ; and
o p e r a t e s i n a t w o - s t e p
c y c l e .
D u r i n g s t e p 1 o f t h e
c y c l e
o n e b e d r e c e i v e s h i g h p r e s s u r e ( 2 0 - 4 0 PSIG) f e e d a i r
which
p r e s s u r i z e s t h e
bed
a n d e s t a b l i s h e s
a
p r o d u c t
o x y g e n
f l o w .
The
n i t r o g e n
component
o f
t h e
a i r
i s
removed by
p r e f e r e n t i a l
a d s o r p t i o n i n t h e z e o l i t e mo
l e c u l r
s i e v e . S i m u l t a n e o u s l y , t h e
h i g h
p r e s s u r e g a s i n
t h e o t h e r bed i s v e n t e d t o
a
lower p r e s s u r e u s u a l l y t h e
a m b i e n t
s u r r o u n d i n g s .
An
r i ? c e
s e r v e s t o
c o n t r o l t h e
? o w o f p u r g e
g a s . I n
s t e p
2
o f t h e c y c l e t h e
a d s o r b e n t
b e d s
e x c h a n g e r o l e s .
T h i s
c o n s t an t c y c l i n g
r e s u l t s i n a
c o n t i n u o u s
p r o d u c t
s t r e a m
o f h i g h p u r i t y
o x y g e n .
A
c h e m a t i c o f
a m i n i a t u r i z e d v e r s i o n
o f
t h e a p p a r a
t u s f o r
p r a c t i c i n g
t h e i n v e n t i o n i s shown i n
FIG.
1 . The
a p p a r a t u s i s composed o f f o u r a d s o r b e n t
b e d s
B l - B 4 ,
tw o o f
which
a r e
carbon
m o l e c u l a r s i e v e
beds
B1 and
B2 e a c h
c o n t a i n i n g
a b o u t
1 7 7
grams o f 1 6 > < 4 0 mesh
p e l l e t s , and two o f which a r e
z e o l i t e
m o l e c u l a r s i e v e
b e d s
B3
and
B 4
e a c h
c o n t a i n i n g
a b o u t
2 3 0
grams o f
16X
0 mesh
e l l e t s .
Each z e o l i t e m o l e c u l a r s i e v e b e d
i s
p l a c e d i n
s e r i e s w i t h
one o f t h e c a r b o n m o l e c u l a r
s i e v e
b e d s ,
w i t h
bed B3 i n s e r i e s w i t h bed B 1 , and bed B 4 n
s e r i e s with bed B 2 ,
s o
t h a t g a s f l o w must p a s s sequen
t i a l l y
through a
z e o l i t e
m o l e c u l a r s i e v e
bed
t o a carbon
1 0
20
2 5
45
50
6 5
4
m o l e c u l a r s i e v e
b e d .
A n o r i ? c e 1 0 0 ( I D = 0 . 0 7 1 cm)
j o i n s
t h e
o u t l e t s 2 1 3 and 2 2 3 o f
t h e
two
z e o l i t e molecu
l a r s i e v e beds B 3 and B 4 . Beds B 1 and B 2 a r e con
s t r u c t e d o f
p o l y v i n y l c h l o r i d e
( P V C ) p i p e ( O D = 4 . 8 3
c m , ID=3.81 c m , l e n g t h = 2 2 . 9
cm)
a n d ? l l e d
w i t h
1 7 7
grams e a c h
o f
16x40
mesh
c a r b o n
m o l e c u l a r
s i e v e .
Beds B3
and
B 4
a r e c o n s t r u c t e d
o f
s t a i n l e s s s t e e l t u b i n g
(OD=2.54
c m , ID=2.36 c m , l e n g t h = 7 6 . 2
cm)
a n d
? l l e d w i t h 2 3 0 grams
each
of
1 6 x 4 0
mesh
SAMG
e o
l i t e m o l e c u l a r
s i e v e .
A u l l s c a l e model o f t h e a p p a r a t u s
s u i t a b l e
f o r u s e i n an a i r c r a f t o x y ge n system would
r e q u i r e g r e a t e r q u a n t i t i e s o f c a r b o n m o l e c u l a r s i e v e a n d
5AMG e o l i t e
m o l e c u l a r
s i e v e . The a p p a r a t u s a l s o
i n
c l u d e s o n e
manual
v a l v e V 1 , s i x
a i r
o p e r a t e d v a l v e s
V2-V7 ,
a s o l e n o i d
a c t u a t o r v a l v e V8, and a p r o g r am
mable s o l e n o i d a c t u a t o r u n i t 3 0 0 . Compressed a i r a t 7 5
PSIA
i s
s u p p l i e d
v i a l i n e 2 3 0
t o
t h e v a l v e V 8 . The
a p p a r a t u s was o p e r a t e d a t a n optimum c y c l e t i m e o f 1 5
s e c o n d s ,
a n i n l e t
p r e s s u r e
o f 4 5 PSIA o f c o m p r e s s e d
a i r ,
and an e x h a u s t p r e s s u r e o f 1 4 . 4
PSIA.
The a p p a r a t u s
d i d
not
have
an
o u t l e t
purge ?ow
r i ? c e
f o r
beds
B 1
and
B 2 ,
however,
beds
B 3 and B 4 had a 0 . 0 7 1
cm
iame
t e r purge o r i ? c e 1 0 0 .
D u r i n g o p e r a t i o n , v a l v e V1 i s o p e n , a n d t h e a d s o r
b e n t
b e d s
a r e a l t e r n a t e l y c y c l e d
t h r o u g h s t e p s o f a d
s o r p t i o n a n d d e s o r p t i o n .
I n
t h e ? r s t
h a l f - c y c l e
o f
o p e r a
t i o n
v a l v e s
V2,
V5, and
V7 r e
a c t i v a t e d
open f o r
a
p e r i o d o f
7 . 5 s e c o n d s
by a
1 1 5 VAC i g n a l f r o m t h e
programmable s o l e n o i d a c t u a t o r
3 0 0 which a c t i v a t e s
v a l v e V 8 , t h e r e by s u p p l y i n g 7 5 PSIA p r e s s u r e t o a c t i
v a t e t h e a i r o p e r a t o r s o n v a l v e s V 2 , V5 nd V7, w h i l e
t h e v a l v e s V 3 , V 4 , a n d V6 a r e c l o s e d . I n l e t
a i r
a t l i n e
‘ 2 1 0 v i a v a l v e V 5 a n d l i n e 2 1 2 p r e s s u r i z e s b e d s B3
and
B1 n s e r i e s , a n d e s t a b l i s h e s
a p r o d u c t
f l o w a t t h e o u t l e t
p o r t
o f
bed
B1
v i a
i n e
2 1 4 ,
v a l v e
V 2 ,
l i n e
2 1 6 ,
a n d
v a l v e
V1 o l i n e 2 2 0 .
A s
t h e a i r p a s s e s t h r o u g h t h e a d s o r b e n t
b e d s , n i t r o g e n i s p r e f e r e n t i a l l y
a d s o r b e d
i n
b e d
B3 a n d
a r g o n
i s p r e f e r e n t i a l l y a d s o r b e d i n
bed
B 1 ,
s o t h a t
o xy
gen s
c o n c e n t r a t e d . S i m u l t a n e o u s l y ,
bed B 2 s r e g e n e r
a t e d b y
p a r t i a l
d e p r e s s u r i z a t i o n i n t o
b e d
B 4 .
A l s o , b e d
B4
i s r e g e n e r a t e d b y d e p r e s s u r i z a t i o n t o t h e
a m b i e n t
p r e s s u r e v i a
l i n e 222
and
v a l v e
V7 o
l i n e
2 2 1 , a purge
?ow from t h e p r o d u c t o f
bed
B3
a t
l i n e 2 1 3 which
p a s s e s t h r o u g h t h e o r i ? c e 1 0 0 , and a
p u r g e f l o w
r e s u l t
i n g
from
t h e
p a r t i a l d e p r e s s u r i z a t i o n
o f
bed
B 2 .
T h i s
d e p r e s s u r i z a t i o n
e x h a u s t s
t h e
p r e v i o u s l y
a d s o r b e d n i
trogen
and ar gon t o
t h e ambient s u r r o u d i n g s .
D u r i n g t h e s e c o n d
h a l f - c y c l e v a l v e s
V 3 , V 3 , a n d
V6
a r e e n e r g i z e d
open
f o r
a p e r i o d
o f
7 . 5
s e c o n d s , w h i l e t h e
v a l v e s
V 2 , V 5 , a n d V 7 a r e
c l o s e d .
D u r i n g t h i s p h a s e
o f
t h e
c y c l e b e d s B4
and
B2 a r e
p r e s s u r i z e d
from i n e 2 1 0
v i a v a l v e V 6
a n d
l i n e 2 2 2 a n d p r o d u c e p r o d u c t
g a s
from
t h e o u t l e t
2 2 0
v i a
l i n e
2 2 4 , v a l v e
V 3 , l i n e 2 2 6
and v a l v e
V 1 ; w h i l e b e d s B3 and B1
a r e d e p r e s s u r i z e d
v i a
l i n e 2 1 2
a n d v a l v e V 4 t o
l i n e
2 1 1 . By r e p e a t i n g t h e s e s t e p s o f
a d s o r p t i o n
and
d e s o r p t i o n , a
c o n t i n u o u s s t r e a m o f v e r y
h i g h p u r i t y o x y g e n s p r o d u c e d . A d d i t i o n a l l y , i t s h o u l d
be n o t e d
t h a t a
p u r g e i s n o t
r e q u i r e d
f o r
r e g e n e r a t i o n
o f
t h e c a r b o n m o l e c u l a r s i e v e a d s o r b e n t b e d s B1 and B2
d u r i n g
t h e d e p r e s s u r i z a t i o n
p h a s e o f
t h e
c y c l e .
T h i s
f e a t u r e i m p r o v e e s t h e e f f i c i e n c y b y
r e d u c i n g
t h e f e e d
g a s
c o n s u m p t i o n .
A
c h e m a t i c
e l e c t r i c a l
d i a g r a m
o f
t h e
p r o g r a m m a b l e
s o l e n o i d a c t u a t o r
3 0 0 ,
w h i c h
p r o v i d e s t h e
t i m i n g
f o r
c o n t r o l l i n g t h e o p e r a t i o n
o f
t h e v a l v e s V2-V7, s
shown
i n
FIG.
3 o f o u r s e c o n d a r y p u r i ? e r p a t e n t . The u n i t
3 0 0
i s
s u p p l i e d 1 1 5
v o l t AC ower
v i a
a l i n e
3 1 0 .
There
a r e
f o u r f e m a l e o u t p u t r e c e p t a c l e s , c o m p r i s i n g a p a i r 1 A
-
8/15/2019 Schema Pneumatique Generateur Haute Purete
6/8
4 , 8 8 0 , 4 4 3
5
a n d 2 A
n
p a r a l l e l ,
a n d
a n o t h e r
p a i r 1B a n d 2B n p a r a l
l e l . The AC
ower
from l i n e 3 1 0 i s c o n n e c t e d t o t h e
r e c e p t a c l e s 1 A a n d 2 A u r i n g t h e ? r s t h a l f ~ c y c l e
o f
t h e
b e d o p e r a t i o n , a n d
t o
t h e
r e c e p t a c l e s
1 B a n d
2B d u r i n g
t h e
o t h e r
h a l f - c y c l e . There
i s a s w i t c h
3 1 2 f o r t u r n i n g
o n
t h e power,
and
a
neon
lamp 314
f o r
i n d i c a t i n g
p ow er
o n .
“ P r o g r a m m a b l e ”
r e f e r s
t o
t h e t i m i n g
b e i n g
a d j u s t
a b l e ,
a s c o n t r o l l e d
b y
a
thumbwheel
s w i t c h 316 and a
p o t e n t i o m e t e r w i t h a c o n t r o l 3 1 8 . The u n i t 3 0 0
may
b e
a n y a p p a r a t u s w h i c h p r o v i d e s f o r p r o g r a m m i n g
o f
t h e
o p e r a t i o n o f t h e v a l v e s V2-V7 n e q u a l h a l f c y c l e s , w i t h
a n a d j u s t a b l e
c y c l e
t i m e .
The v a l v e s V2-V7 a r e
a i r o p e r a t e d
v a l v e s ( W h i t n e y
model #SS-92M4~NC). T h e s e
a r e n o r m a l l y
c l o s e d
v a l v e s which a r e a c t u a t e d open upon r e c e i v i n g an i r
p r e s s u r e
s i g n a l .
C o m p r e s s e d
a i r
f o r o p e r a t i o n o f t h e
v a l v e s
V 2-V 7 s s u p p l i e d v i a
a
s o l e n o i d o p e r a t e d v a l v e
V 8 ( N u m a t i c Model MK-7
# 1 1 S A D 4 4 1 0 ) .
The
s o l e
n o i d
i s c o n n e c t e d t o
r e c e p t a c l e
1 A r 2A f
t h e
a c t u a t o r
3 0 0 .
D u r i n g o n e h a l f c y c l e , t h e
v a l v e V 8 s e n e r g i z e d t o
s u p p l y
compressed
i r
a t
7 5
P SI A
from
a
l i n e
230
t o
an
a i r
l i n e
A
o a c t u a t e t h e
v a l v e s V2,
V5 nd V 7 ;
and
d u r i n g t h e
a l t e r n a t e h a l f c y c l e s ,
when t h e v a l v e V8
s
n o t
e n e r g i z e d ,
a i r
f r o m
l i n e 2 3 0 i s s u p p l i e d from i n e 2 3 0
and
v a l v e
V8 i a a n a i r l i n e B o a c t u a t e
t h e v a l v e s
V3,
V 4 a n d V 6 . The m a n u a l v a l v e V 1 may b e Whitey
Model
# S S - 2 1 R S 4 - A .
I n t e s t i n g
i t
was f o u n d t h a t p e r f o r m a n c e
i m p r o v e d
a f t e r
l e a k s
i n
t h e
PVC e d s B1
and
B2 were
r e p a i r e d
a n d
t h e
amount o f c a r b o n m o l e c u l a r s i e v e p e l l e t s p e r
bed
was i n c r e a s e d
from 1 6 7 grams t o 1 7 7
g r a m s .
D a t a
was
t a k e n
a t
an
i n l e t p r e s s u r e o f 4 5 P SI A ( l b s / s q .
i n c h
a b s . ) and
a t e m p e r a t u r e
o f 2 9 7 K. The b e s t r e s u l t
was
f o u n d a t a n i n l e t f l o w o f
2 8 . 6 5
(SLPM),
a
p r o d u c t ?ow
o f
1 0 0
(SCCM),
a n d
a c y c l e t i m e
o f
1 5 . 0
s e c o n d s
( 7 . 5
s e c o n d s
f o r
e a c h h a l f c y c l e ) ; w h i c h p r o d u c e d p r o d u c t
g a s
a t l i n e 220 measured
a s
99.10%
0 2 ,
0.63% A r a n d .
0 . 3 1 %
N 2 .
A f t e r
t e s t i n g
s e v e r a l t y p e s o f
c a r b o n
m o l e c u l a r
s i e v e s
we
ave
d e t e r m i n e d t h a t u s e
o f
Takeda
3A, manufac
t u r e d b y T a k e d a C h e m i c a l I n d u s t r i e s , L t d . , J a p a n , r e
s u l t s i n o p t i m u m p e r f o r m a n c e o f b o t h
t h e i n v e n t i o n
c o v e r e d h e r e i n a n d
i n
t h e i n v e n t i o n
c o v e r e d
by
s a i d
r e l a t e d
c o p e n d i n g
s e c o n d a r y p u r i ? e r p a t e n t a p p l i c a
t i o n .
ALTERNATIVE
EMBODIMENT
The
a p p a r a t u s can be con?gured a s shown i n FIG. 2
i n
a
manner
t h a t
product
g a s e s
m a y
be
withdrawn
a t
l i n e 2 2 0 and/
r
l i n e 1 2 0 . The
? r s t
p r o d u c t
g a s
a t l i n e 2 2 0
i s
produced
t h e same
a s
shown
i n
FIG. 1 . The second
p r o d u c t g a s f l o w a t l i n e
1 2 0
p o s s e s s e s a
maximum oxy
g e n
c o n c e n t r a t i o n o f 95%. A i r
o p e r a t e d
v a l v e s V 9
a n d
V 1 0
a r e l i k e v a l v e s
V2
nd
V3, and
a
manual v a l v e
V 1 1
i s l i k e
v a l v e
V1. V a l v e s V9 nd V 1 0 have i n l e t s
con
n e c t e d t o l i n e s 2 1 3 and 2 2 3 r e s p e c t i v e l y a t e i t h e r end o f
t h e
o r i ? c e 1 0 0 , o u t l e t s v i a l i n e s
1 1 6
a n d 1 2 6 t o v a l v e
V 1 1 ,
a n d
c o n t r o l
i n p u t s
t o t h e
a i r l i n e s A n d B
from
t h e
v a l v e
V8. The
v a l v e
V 1 1
c o n n e c t s t h e
l i n e s 1 1 6
and
1 2 6
t o
t h e o u t l e t l i n e 1 2 0 . D u r i n g t h e
? r s t
h a l f c y c l e p r o d u c t
?ow i t h
9 5 % oxygen c o n c e n t r a t i o n may be
w i t h
drawn from bed
B3
v i a v a l v e s V 9 and
V 1 1 . During
t h e
s e c o n d
h a l f
c y c l e
t h e
p r o d u c t
f l o w
i s
w i t h d r a w n f r o m
b e d B4
h r o u g h
v a l v e s
V1 0 a n d V 1 1 . T h i s c o n ? g u r a t i o n
would b e
b e n e ? c i a l
i f
one d e s i r e d
two p r o d u c t
s t r e a m s ,
one w i t h
a b o u t
9 9 % p u r i t y and
t h e
o t h e r
w i t h
9 5 %
p u r i t y .
1 5
45
5 5
6 5
6
I t i s
u n d e r s t o o d t h a t
c e r t a i n
m o d i ? c a t i o n s
t o t h e
i n
v e n t i o n a s d e s c r i b e d m a y b e made, a s might
occur
t o
one
w i t h s k i l l
i n t h e
? e l d o f
t h e i n v e n t i o n ,
w i t h i n t h e
s c o p e o f t h e a p p e n d e d c l a i m s . T h e r e f o r e , a l l
e m b o d i
m e n t s c o n t e m p l a t e d
h e r e u n d e r
which a c h i e v e t h e o b
j e c t s o f
t h e
p r e s e n t i n v e n t i o n h a v e
n o t
b e e n shown i n
c o m p l e t e
d e t a i l .
O t h e r e m b o d i m e n t s
may
b e d e v e l o p e d
w i t h o u t
d e p a r t i n g f r o m t h e
s c o p e o f
t h e a p p e n d e d
c l a i m s .
What s c l a i m e d
i s :
1 .
A
r o c e s s
f o r
p r o d u c i n g oxygen w i t h a low p r o
p o r t i o n o f a r g o n f r o m a f e e d
g a s which
i s
c o m p r e s s e d
a i r ,
u s i n g ? r s t a n d s e c o n d
b e d s c o n t a i n i n g
1 6 X 4 0 mesh
c a r b o n m o l e c u l a r
s i e v e ,
and t h i r d and f o u r t h b e d s con
t a i n i n g 1 6 x 4 0
m e s h
z e o l i t e
m o l e c u l a r
s i e v e , o p e r a t i n g
b y
a l t e r n a t e l y
c y c l i n g
s a i d
b e d s
t h r o u g h
s t e p s
o f a d s o r p
t i o n a n d d e s o r p t i o n , e a c h c y c l e
h a v i n g
? r s t a n d
s e c o n d
h a l f
c y c l e s ,
c o m p r i s i n g :
i n e a c h
? r s t
h a l f - c y c l e o f o p e r a t i o n p a s s i n g s a i d f e e d
g a s u n d e r
p r e s s u r e
t h r o u g h t h e t h i r d
a n d
? r s t
b e d s
i n
s e r i e s
t o p r e s s u r i z e
t h e
b e d s
and
p r o v i d e
a
?ow
o f
p r o d u c t g a s
a t
a n o u t l e t p o r t t o p r e f e r e n t i a l l y
a b s o r b
n i t r o g e n i n t h e t h i r d bed
a n d
a r g o n i n t h e
? r s t bed and c o n c e n t r a t e
o x y g e n , w h i l e
s i m u l t a
n e o u s l y
t h e
s e c o n d and
f o u r t h
b e d s
a r e d e p r e s s u r
i z e d a n d
t h e n i t r o g e n a n d a r g o n a b s o r be d d u r i n g
t h e
p r e v i o u s c y c l e
a r e
d e s o r b e d
a n d - e x h a u s t e d ;
a n d
i n
e a c h
s e c o n d
h a l f - c y c l e o f o p e r a t i o n p a s s i n g
s a i d f e e d g a s u n d e r p r e s s u r e t h r o u g h t h e f o u r t h
a n d
s e c o n d b e d s i n
s e r i e s
t o p r e s s u r i z e t h e b e d s a n d
p r o v i d e a ?ow o f
p r o d u c t g a s
a t
t h e o u t l e t p o r t - t o
p r e f e r e n t i a l l y a d s o r b n i t r o g e n i n t h e f o u r t h b e d a n d
argon i n t h e
second
bed and
c o n c e n t r a t e o x y g e n ,
w h i l e s i m u l t a n e o u s l y
t h e
? r s t a n d t h i r d b e d s a r e
d e p r e s s u r i z e d a n d t h e n i t r o g e n a n d a r g o n a d s o r b e d
d u r i n g
t h e
p r e v i o u s
c y c l e
a r e
d e s o r b e d a n d e x
h a u s t e d ;
w h e r e b y
b y r e p e a t i n g t h e s e s t e p s o f a d s o r p t i o n a n d
d e s o r p t i o n , a c o n t i n u o u s s t r e a m o f oxygen i s
p r o
d u c e d h a v i n g a p u r i t y
s u b s t a n t i a l l y
g r e a t e r
t h a n
t h a t o f t h e f e e d
g a s ( u p
t o
9 9 . 1 % ) .
2 . A r o c e s s
a c c o r d i n g
t o
c l a i m 1 ,
i n which t h e r e i s no
p u r g e
f o r r e g e n e r a t i o n
o f
t h e ? r s t
a n d s e c o n d b e d s d u r i n g t h e d e p r e s s u r i z a t i o n p h a s e
o f
t h e c y c l e , b u t
o n l y f o r
t h e
t h i r d
a n d f o u r t h b e d s ,
w h e r e b y
t h e
e f ? c i e n c y i s
i m p r o v e d
b y r e d u c i n g
t h e f e e d
g a s
c o m s u m p t i o n ;
w h e r e i n t h e p r e s s u r e o f t h e
f e e d
g a s i s i n t h e r a n g e o f
2 5 -
t o
7 0
PSIA;
t h e e x h a u s t i s a t
t h e
ambient
o r lower
p r e s s u r e ; and
t h e f u l l c y c l e
t i m e ( t w o
h a l f c y c l e s ) i s
i n
t h e r a n g e o f
5 t o 2 0
s e c o n d s .
3 . A
r o c e s s a c c o r d i n g t o
c l a i m 1 ,
wherein t h e
b e d s
a t
one end
a r e a l t e r n a t e l y c o u p l e d
t o
a f e e d gas source
or
t o ambient
v i a
a i r operated
v a l v e s , and
t t h e o t h e r
end a l t e r n a t e l y
t o a p r o d u c t
g a s
o u t l e t v i a
a i r o p e r a t e d
v a l v e s , and
t h e
p r o c e s s
i n c l u d e s s e l e c t i v e l y o p e r a t i n g
s a i d
v a l v e s s o
t h a t i n
t h e
? r s t
h a l f c y c l e t h e
t h i r d
bed
s
c o n n e c t e d
t o
t h e
f e e d g a s s o u r c e
and
t h e
? r s t
bed
t o
t h e
p r o d u c t
g a s
o u t l e t , w h i l e t h e f o u r t h bed i s
c o n n e c t e d
t o ambi
e n t ; a n d i n t h e
s e c o n d
h a l f c y c l e
t h e
f o u r t h bed i s
connected
t o
t h e
f e e d g a s source
and t h e second
b e d
t o
t h e
p r o d u c t
g a s
o u t l e t ,
w h i l e
t h e
t h i r d
b e d
i s
connected
t o
a m b i e n t .
4 . A r o c e s s a c c o r d i n g
t o
c l a i m 3 ,
i n which
t h e r e i s
no purge f o r r e g e n e r a t i o n o f t h e
? r s t
a n d s e c o n d b e d s
d u r i n g t h e d e p r e s s u r i z a t i o n p h a s e
-
8/15/2019 Schema Pneumatique Generateur Haute Purete
7/8
4 , 8 8 0 , 4 4 3
7
o f
t h e
c y c l e , b u t o n l y f o r
t h e
t h i r d a n d
f o u r t h
b e d s ,
w h e r e b y t h e e f ? c i e n c y i s i m p r o v e d b y
r e d u c i n g
t h e
f e e d g a s
c o n s u m p t i o n ;
w h e r e i n t h e p r e s s u r e o f t h e f e e d
g a s
i s i n t h e r a n g e o f
2 5
t o 7 0
PSIA;
t h e e x h a u s t
i s t o t h e ambient o r lower
p r e s s u r e ; and
t h e
f u l l
c y c l e
t i m e
( t w o
h a l f c y c l e s )
i s
i n
t h e
r a n g e
o f
5
t o
20
s e c o n d s .
5 . An
p p a r a t u s
f o r
p r o d u c i n g
oxygen
w i t h a
low
p r o p o r t i o n
o f
argon from a
f e e d g a s
which i s c om
p r e s s e d
a i r ,
c o m p r i s i n g :
? r s t a n d s e c o n d b e d s c o n t a i n i n g 16x40 mesh c a r b o n
m o l e c u l a r s i e v e , and t h i r d a n d f o u r t h b e d s c o n t a i n
i n g
1 6 X 4 - 0 mesh z e o l i t e m o l e c u l a r
s i e v e ,
e a c h
b e d
h a v i n g
a
? r s t end and
a
s e c o n d
e n d , t h e
? r s t and
t h i r d b e d s b e i n g
p l a c e d
i n s e r i e s b y c o n n e c t i n g t h e
s e c o n d
end
o f t h e t h i r d bed t o t h e ? r s t
end
o f t h e
? r s t b e d ,
t h e
s e c o n d a n d
f o u r t h
b e d s
b e i n g
p l a c e d
i n s e r i e s by c o n n e c t i n g t h e s e c o n d e n d o f t h e
f o u r t h
bed
t o
t h e ? r s t end o f t h e
second
b e d , a n i n l e t p o r t
coupled
t o
a source
of
f e e d gas
under
p r e s s u r e ,
a n
o u t l e t
p o r t
f o r p r o d u c t g a s , a n
e x h a u s t p o r t which
i s
a t a s u b s t a n t i a l l y lower
p r e s s u r e
t h a n
t h e i n l e t
p o r t ;
a ? r s t
s e t
of v a l v e s
comprising
a ? r s t i n l e t v a l v e cou
p l i n g
t h e i n l e t p o r t t o t h e ? r s t
e n d
o f t h e t h i r d
b e d ,
a
? r s t o u t l e t v a l v e c o u p l i n g t h e s e c o n d end
o f
t h e
? r s t
bed
t o
t h e o u t l e t
p o r t , and
a
? r s t
e x h a u s t v a l v e
c o u p l i n g t h e
? r s t end
o f t h e f o u r t h
bed t o
t h e e x
h a u s t p o r t ;
a
second s e t o f v a l v e s comprising
a
second i n l e t v a l v e
c o u p l i n g
t h e
i n l e t
p o r t t o t h e ? r s t
end o f
t h e f o u r t h
b e d ,
a s e c o n d o u t l e t v a l v e c o u p l i n g t h e s e c o n d end
o f t h e
second
bed t o
t h e
o u t l e t p o r t , and
a second
e x h a u s t v a l v e c o u p l i n g
t h e
? r s t e n d o f
t h e
? r s t b e d
t o t h e e x h a u s t p o r t ;
t i m i n g m e a n s f o r c o n t r o l l i n g o p e r a t i o n
o f s a i d
v a l v e s
i n
r e c u r r i n g
c y c l e s h a v i n g
e q u a l
? r s t
a n d
s e c o n d
h a l f
c y c l e s , w i t h
a c t u a t i o n
means
e f f e c t i v e
d u r i n g
t h e ? r s t h a l f c y c l e
t o
a c t u a t e t h e
? r s t
s e t o f v a l v e s
open with t h e second s e t
o f v a l v e s
c l o s e d , t h e
a c t u
a t i o n
means b e i n g e f f e c t i v e d u r i n g
t h e
s e c o n d h a l f
c y c l e t o a c t u a t e t h e second s e t
o f
v a l v e s o p en with
t h e ? r s t
s e t
o f
v a l v e s
c l o s e d ;
s o
t h a t
i n
e a c h
h a l f - c y c l e o f
o p e r a t i o n s a i d
f e e d g a s
p a s s e s u n d e r
p r e s s u r e t h r o u g h t h e
t h i r d a n d
? r s t
b e d s t o
p r e s s u r i z e
t h e b e d s and p r o v i d e a f l o w o f
p r o d u c t
g a s a t t h e o u t l e t p o r t t o
p r e f e r e n t i a l l y
a b s o r b n i t r o g e n
i n
t h e t h i r d bed and a r g o n i n
t h e
? r s t
bed and
c o n c e n t r a t e
o x y g e n , w h i l e
s i m u l t a
n e o u s l y
t h e
s e c o n d and
f o u r t h
b e d s
a r e
d e p r e s s u r
i z e d a n d t h e n i t r o g e n a n d
a r g o n a d s o r b e d
d u r i n g
t h e
p r e v i o u s c y c l e a r e d e s o r b e d
a n d e x h a u s t e d ;
a n d i n e a c h s e c o n d h a l f - c y c l e o f o p e r a t i o n s a i d
f e e d
g a s p a s s e s
u n d e r p r e s s u r e
t h r o u g h
t h e f o u r t h
and
s e c o n d b e d s t o p r e s s u r i z e t h e b e d s and p r o v i d e
a
?ow
o f
p r o d u c t g a s a t
t h e o u t l e t p o r t t o
p r e f e r e n
t i a l l y a d s o r b
n i t r o g e n
i n
t h e
f o u r t h b e d a n d a r g o n
i n t h e second bed and
c o n c e n t r a t e o x y g e n , w h i l e
s i m u l t a n e o u s l y t h e
? r s t a n d t h i r d b e d s a r e d e p r e s
5
2 5
3 0
3 5
40
50
5 5
6 0
6 5
8
s u r i z e d
a n d t h e n i t r o g e n a n d a r g o n a d s o r b e d d u r :
i n g t h e p r e v i o u s
c y c l e
a r e d e s o r b e d a n d e x h a u s t e d ;
w h e r e b y b y
c y c l i c a l l y
r e p e a t i n g t h e o p e r a t i o n o f
a d s o r p t i o n
and
d e s o r p t i o n , a c o n t i n u o u s s t r e a m o f
o x y g e n i s p r o d u c e d h a v i n g a
p u r i t y
s u b s t a n t i a l l y
g r e a t e r t h a n t h a t o f t h e f e e d
g a s ( u p
t o 9 9 . 1 % ) .
6 .
A p p a r a t u s
a c c o r d i n g
t o
c l a i m
5 ,
i n c l u d i n g p u r g e means f o r r e g e n e r a t i o n
o f
t h e
t h i r d
a n d f o u r t h b e d s
d u r i n g
t h e d e p r e s s u r i z a t i o n p h a s e
o f t h e
c y c l e , b u t
no
purge means f o r t h e ? r s t and
s e c o n d
b e d s , w h e r e b y t h e
e f ? c i e n c y
i s i m p r o v e d
b y
r e d u c i n g
t h e f e e d g a s
c o n s u m p t i o n ;
w h e r e i n
t h e p r e s s u r e
o f
t h e
f e e d g a s i s i n t h e r a n g e
o f
2 5 t o 7 0 PSIA;
t h e
e x h a u s t i s
a t t h e
a m b i e n t o r
lower p r e s s u r e ; and
t h e f u l l c y c l e
t i m e ( t w o
h a l f c y c l e s ) i s i n t h e r a n g e o f
5
t o
2 0 s e c o n d s .
7 .
A p p a r a t u s
a c c o r d i n g
t o c l a i m
5 ,
wherein s a i d v a l v e s
o f t h e
? r s t
and second s e t s a r e a i r
o p e r a t e d
v a l v e s , and
t h e a c t u a t i o n means c om
p r i s e s
a
s o l e n o i d
a c t u a t e d v a l v e h a v i n g a n
i n l e t
coupled
t o
a
s o u r c e o f a i r under
p r e s s u r e ,
and hav
i n g two o u t l e t s
c o u p l e d
r e s p e c t i v e l y t o ? r s t a n d
s e c o n d v a l v e
c o n t r o l
l i n e s ,
t h e
? r s t v a l v e c o n t r o l
l i n e b e i n g c o u p l e d
t o
a c t u a t i o n means
o f e a c h o f
s a i d
v a l v e s
o f t h e ? r s t
s e t ,
t h e s e c o n d v a l v e c o n t r o l
l i n e s
b e i n g
c o u p l e d
t o a c t u a t i o n means o f
e a c h
o f
s a i d
v a l v e s
o f
t h e
s e c o n d s e t , s a i d
s o l e n o i d a c t u a t e d
v a l v e h a v i n g
a
s o l e n o i d c o u p l e d t o t h e
t i m i n g
means
t o
b e a c t u a t e d d u r i n g t h e
? r s t
h a l f c y c l e
t o
s u p p l y a i r from
s a i d
s o u r c e t o t h e ? r s t v a l v e con
t r o l l i n e t o a c t u a t e t h e v a l v e s o f t h e ? r s t s e t , and
d u r i n g t h e s e c o n d
h a l f c y c l e t o
s u p p l y a i r f r o m
s a i d
s o u r c e
t o
t h e second v a l v e c o n t r o l l i n e
t o a c t u a t e
t h e v a l v e s
o f
t h e
s e c o n d
s e t .
8 . A p p a r a t u s a c c o r d i n g t o c l a i m 7 ,
w h e r e i n s a i d o u t l e t p o r t
i s
a
? r s t
o u t l e t p o r t f o r h i g h
p u r i t y oxygen, and t h e r e i s f u r t h e r i n c l u d e d a s e c
ond
o u t l e t
p o r t
f o r
oxygen
o f
p u r i t y up t o
95%,
with
? r s t and
second manual v a l v e s a t
s a i d
? r s t
and
s e c o n d
o u t l e t p o r t s
r e s p e c t i v e l y ;
wherein s a i d
? r s t s e t
of v a l v e s
f u r t h e r i n c l u d e s a t h i r d
o u t l e t v a l v e c o u p l i n g t h e s e c o n d end
o f
t h e t h i r d
bed t o t h e second o u t l e t
p o r t ,
and s a i d
second
s e t of
v a l v e s f u r t h e r i n c l u d e s
a
f o u r t h
o u t l e t
valve cou
p l i n g t h e
s e c o n d
end o f t h e f o u r t h bed t o t h e s e c - ‘
ond
o u t l e t
p o r t .
9 .
A p p a r a t u s a c c o r d i n g
t o
c l a i m 8 ,
i n c l u d i n g
p u r g e
means
f o r
r e g e n e r a t i o n
o f
t h e
t h i r d
a n d f o u r t h b e d s d u r i n g t h e d e p r e s s u r i z a t i o n p h a s e
o f t h e
c y c l e , b u t no purge means f o r t h e ? r s t and
s e c o n d
b e d s , w h e r e b y
t h e e f ? c i e n c y
i s
i m p r o v e d
b y r e d u c i n g t h e f e e d g a s
c o n s u m p t i o n ;
w h e r e i n t h e p r e s s u r e o f
t h e
f e e d
g a s
i s i n
t h e
r a n g e
o f
2 5 t o
7 0
PSIA;
t h e e x h a u s t
i s
a t
t h e
ambient o r lower
p r e s s u r e ; and
t h e
f u l l c y c l e t i m e ( t w o h a l f c y c l e s ) i s
i n
t h e
r a n g e
o f
5 t o 20 s e c o n d s .
# * i t
*
-
8/15/2019 Schema Pneumatique Generateur Haute Purete
8/8
U NITED
STATES
P ATENT
AND
TRADEMARK
OFFICE
CERTIFICATE OF CORRECTION
PATENT
N O .
4 ,
8 8 0 , 4 4 3
D ATE D
3 November 14. 1989
George
W_
Miller
e t
3 1
i t i s
c e r t i f i e d
t h a t
e r r o r
a p p e a r s
i n t h e a b o v e - i d e n t i f i e d p a t e n t a n d t h a t s a i d L e t t e r s P a t e n t i s h e r e b y
c o r r e c t e d a s s h o w n b e l o w :
Col 1 , line 3 0 , second occurrence o f as 'should b e
g a s .
Col 1 ,
line 53-54 ,
c o r r e c t the s p elli n g of s u r r o u n d i n g s .
Col 2 , line
7,
x e o l i t e
s h o uld b e zeolite .
Col 2 , line
1 7 , f r i c t i o n
s h o uld b e f r a c t i o n .
Col 2 , line 26,
plurality
sh ould b e pur ity .
Col 4 , line
47,
c o r r e c t the spellin g of s u r r o u n d i n g s .
Col
4,
line 4 8 , V 3 , V3 and V6 should b e V 3 ,
V4,
and V6
Col
4 ,
line
61,
c o r r e c t
the
s p elli n g
of
impr o ves .
Col
5 , line 13, (W h i t n e y should b e Whitey .
Col 5, line 5 5 , Vll“
should
be V10
Col
6, claim 1,
line 1 6 ,
absorb should b e adsorb
Col 6 , claim 1 , lin e
2 3 ,
a b s o r b should
b e
adsorb }
Col
6 ,
claim 2, l i n e
6 , ‘ comsumption should
b e
consumption
Col 7 , claim 5 , line 4 5 , a f t e r e a c h i n s e r t first .
Col 7 , claim 5, line
49,
absorb should b e adso rb'I
Col 8, claim 7, line
1 0 , lines
should
b e
line
Signed and
S e a l e d t h i s
T w e n t y - f i f t h
D a y
o f D e c e m b e r , v
1 9 9 0
A r r e s t :
HARRY
.
MANBECK. R .
A r r e s t i n g
O f f i c e r C o m m i s s i o n e r o f
P a r e n t s
a n d T r a d e m a r k s ‘
