新型コロナウイルス感染症のパンデミックが始まってから1年の間に多くのことが起こったと言うのは、壮大な出来事の控えめな表現であり、大量生産されたPPE（個人用保護具）を使ったハードウェアハッカーコミュニティの初期の頃や、自家製人工呼吸器などを思い出すのは難しいほどです。しかし、初期の拡大段階で、このDIY酸素濃縮器を製作しようとする試みがあまり多くなかったことは、あまり覚えていません。
OxiKitと呼ばれるこの設計のシンプルさと有効性を考えると、このような装置がもっと普及していないのは不思議に思える。OxiKitは、分子ふるいとして使用できる多孔質鉱物であるゼオライトを使用している。この小さなビーズは、ホームセンターで購入したPVCパイプと継手で作られた円筒に詰められ、複数の電磁弁で制御される空気圧弁を介してオイルフリーの空気圧縮機に接続されている。銅管コイルで冷却された圧縮空気は、窒素を優先的に保持し、酸素を通過させるゼオライトカラムを通過するように強制される。酸素の流れは分割され、一方はバッファタンクに入り、もう一方は2番目のゼオライトタワーの出口に入り、そこで強制的に吸着された窒素が放出される。Arduinoはバルブを制御し、ガスを交互に往復させることで、毎分15リットルの96%純度の酸素を生成する。
OxiKitは市販の酸素発生器のように最適化されていないため、特に静音ではありません。しかし、市販品よりもはるかに安価で、ほとんどのハッカーにとって簡単に組み立てることができます。OxiKitの設計はすべてオープンソースですが、ツールキットや、ゼオライトなどの入手困難な部品や消耗品も販売しています。この技術は非常に優れているため、私たちもこのようなものを作ってみようと思っています。高流量の酸素源を用意しておくのも良いアイデアです。
毎分15リットルというのは非常に素晴らしい数値だ。規模で言えば、通常の状況下で7人分の生命維持に必要な量に相当する（1人あたり毎分2リットル）。
私はずっと、これらがどのように機能するのか知りたかったのです。興味深いですね。熱力学の法則に反しているように見えますが、そうではないようです。
これほど大量の酸素が生成されるとなると、これを車のエンジンに取り付けたり、サイズを大きくしたりしたらどうなるのか知りたい。亜硝酸塩のようなものになるかもしれない。生成された「純粋な」酸素はどこかに貯蔵されるのではなく、エンジンのすぐ近くで消費されるように設定できるので、かなり安全だろう。ただし、まずは車の調整が必要だ。逆効果だ…「まずいことになるだろう。」
これは、酸素/プロパン、酸素/水素、または酸素/アセチレンの溶接/ろう付け/切断に適していると思います。
はい、このビデオを見た後、YouTube で Dalbor Farny の O2 濃縮器に関する提案ビデオが表示されました。目的は、ガラス吹き旋盤に必要な酸素燃料トーチを提供することです。独自のカスタマイズされたデジタルチューブを製造します。実際、6 個を組み合わせると、毎分 30 l2 の O2 を生成します。
数千回転/分で回転する2リッターエンジンなら、15リッターエンジンを1分ではなくそれ以上消費するかもしれない。しかし、これで吸気中の酸素濃度を十分なレベルまで上げられるだろうか？本当に分からない。
亜硝酸塩は、分解された亜酸化窒素分子1つにつき窒素分子1つを放出するため（酸素が消費されても体積は維持される）、エネルギー源となり得る。これは、有効酸素濃度を高める効果もある（放出時に熱も発生する）。純粋な酸素を注入しても体積は減少し、エンジンブロックの発火といった問題に対処しなければならないため、それほど有益ではない。
スケールを大幅に上げる必要があります。2リットルの自動車エンジンは、回転数2500rpmで毎分約2.5立方メートルの空気（酸素濃度21%）を「吸い込みます」。これは、安静時の人間の約600倍です。人間の呼吸による酸素消費量は約25%ですが、自動車の呼吸による酸素消費量は約90%にもなります…。
また、非常に高温になり、ピストンが溶けてしまう。混合燃料を傾けることで、実際にはどんなエンジンでもより多くの出力を得ることができる。しかし、熱の上昇によりピストンが溶けてしまう。酸素含有量が低いと、金属が溶けるのを防ぐことができる。
一般的な自動車エンジンは空気の流れによって制限されるため、空気中の酸素をすべて燃焼させたときに最大の出力を発揮します。これは、混合気をわずかに濃くすることで実現され、その結果、一部のガソリンは燃焼されません。最大の出力が必要でない限り、自動車エンジンは通常、わずかに燃料を濃くした状態で運転されます。これは、燃料を濃くすると燃費が悪化し、炭化水素による大気汚染が増加するためです。
この機能を使って出力を向上させたい場合は、エンジンコンピューターをだまして、一定の割合の燃料を同時に供給させる方法が必要です。
空燃比を一定に保つことができれば、スロットルをほんの数パーセント開けるのとほぼ同じ効果が得られます。
しかし、「数パーセント」（意図的に曖昧にしています…）を超えると、ECU がどれだけの空気が流入するか、どれだけの燃料が流出するか、または使用している速度と空気流量に関係なく正しい点火タイミングを設定する能力の限界に達する可能性があります。
生命維持に必要な流量は、患者の状態によって大きく異なります。2リットル/分は比較的単純な流量ですが、集中治療を必要とする多くの患者は15リットル/分を必要とします。
酸素が不足しないように注意してください。高濃度の酸素は多くのものを可燃性にし、多くの油や潤滑油の自然発火を促進します。これが、オイルフリーコンプレッサーが使用される理由です。
それだけでなく、他にも「直感的に理解しにくい」酸素処理方法の多くも、特に圧力が上昇する状況下では、体に害を及ぼす可能性がある。
酸素ダイビングをする場合は、Vance Harlow著のOxygen Hacker's Companionを使用できます（ナイトロックスダイバーは既にこのコンパニオンを持っているかもしれません）：http://www.airspeedpress.com/newoxyhacker.html
その本については存じ上げません。チューナーではなく、ユーザー側の問題です。とはいえ、ご紹介いただきありがとうございます。フォームが有効になり次第、すぐに注文させていただきます！
はい、お伝えしておきます。PVC製圧縮空気管の故障モードは破片爆発です。そのため、圧力定格には十分注意してください。パイプの直径が大きくなるにつれて、圧力定格は低下します。
1980年代初頭、私はデビルビス社製の酸素発生器のリースと保守を行う医療機器リース会社で働いていました。当時、これらの装置は小型のビール冷蔵庫ほどの大きさしかありませんでした。内部構造が「ハードウェア収納」のような造りだったことをはっきりと覚えています。ふるい床は4インチのPVCパイプとカバーで作られていたことも覚えています。ですから、このプロジェクトで説明されている構造は、過去の（しかし明らかに実用的な）技術と一致していると言えるでしょう。
このコンプレッサーは二重振動ピストン／ダイヤフラム式なので、圧縮空気にはオイルが含まれていません。コンプレッサーヘッドのバルブは薄いステンレス鋼製のリードバルブです。
ストリームの選別は機械式タイマーによって行われ、Arduinoは不要です。タイマーには同期機構（クロックギアモーター）があり、複数のカムホイールを備えたシャフトを駆動します。カムに取り付けられたマイクロスイッチがソレノイドバルブを作動させ、ガスを移動させます。
これらの機械にとって最大の敵は高湿度です。水分子の吸着によって篩床が破壊されてしまうのです。
私が会社を辞める直前、デビルビスの競合他社（今は名前が思い出せない）から濃縮機の調達を始めたのですが、その会社は目覚ましい進歩を遂げていました。小型で静音性の高い新型濃縮機に加え、同社はアルミニウム管を使用した篩床も開発しました。管はOリング用の溝が加工されたプレートで覆われています。アセンブリを連結する全ネジ式のサポート機構を思い浮かべると、この設計の利点は、必要に応じて篩床を分離し、篩材を交換できることです。また、機械式タイマーを廃止し、シンプルな電子部品とSSR（ソリッドステートリレー）を用いてソレノイドをトリガーする方式を採用しました。
SCH40配管（定格圧力260psi@3インチ）の使用が必要で、PVCに圧力をかける前に40psiの安全弁と20～30psiのレギュレーターが装備されているため、安全係数は十分です。酸素にどうさらされるかは不明です。強度を変更してください。
SCH40 の破裂圧力は、直径にもよりますが、定格圧力の何倍にもなります。3 インチのパイプは約 850 psi、6 インチのパイプは約 500 psi です。1/2 インチは 2000 psi 近くになります。SCH80 の 2 倍です。これが、PVC テニス ランチャーが爆発しない理由です。爆発する数が多すぎるのです。燃焼室を 6 インチまたは 8 インチに拡大すると、爆発する可能性が高まります。しかし一般的に、ハッカー コミュニティはプラスチック パイルの強度を過小評価する傾向があります。https://www.pvcfittingsonline.com/resource-center/strength-of-pvc-pipe-with-strength-chart/
私はアマチュアが花火を使用する能力（そしておそらくは純度）を低下させることに興味があります。趣味の市場では通常、使用済みの医療用酸素ボンベが買い取られます。それが私の最初のアイデアでしたが、キットと部品表のコストが使用済み医療用ボンベの価格をはるかに上回っていました。
2リットルの自動車エンジンは、高速運転時に毎分9,000リットルの酸素を消費するため、毎分15リットルの酸素は、約600分の1の消費量になります。これはクールな装置です。毎分5リットルの再生酸素濃縮器を300ドルでいくつか購入しました（価格は上昇しているようです）。毎分5リットルを生成します。数百ワットが使用されるため、毎分9,000リットル（娯楽目的のみ）には約360 kW（480 hp）が必要であると推測されます。
なぜなら、そのアルゴリズムはベルリンのバンドによって書かれたものだからだ。（一つ計算すれば金星がもらえる。）
会社のウェブサイトをチェックしてみてください…まあ、ストアの仕様は少し曖昧ですが、5ポンドを75ドルで販売しています。では、GitHubを見てみましょう。やめておきましょう。そこにはBOMがありません。
弊社には、どのように組み立てるかは教えてくれるが、どのように部品を詰めるかは教えてくれない、オープンソースの電気機械設計図があります。私はこれを、重要な情報が欠落している箇所と呼んでいます。まるで登場人物が眉を上げるようなもので…実に興味深いですね。
OxiKitは、彼らの動画の1つ（私が記事でリンクした動画、確かそうだったと思います）のコメントで、これはナトリウムゼオライトだと述べていました。
他の分子ふるいと同様に、メーカーには用途を伝えるのであって、本来の用途を伝えるわけではありません。なぜなら、両者は同じものですが、開口部の形状が異なるからです。
酸素濃縮器には通常、13Xゼオライト（0.4mm～0.8mm）またはJLOX 101ゼオライトが使用されますが、後者の方が高価です。Craigslistで購入した酸素濃縮器を修理する際、私は13Xを使用しました。緑色のランプが常に点灯しているので、酸素の純度は少なくとも94%です。

https://catalysts.basf.com/files/literature-library/BASF_13X-Molecular-Sieve_Datasheet_Rev.08-2020.pdf

5A（5オングストローム）の分子ふるいも使用できます。窒素に対する選択性は劣ると思いますが、それでも使用可能です。
Wikipediaには、この装置の動作原理を直感的に理解するのに役立つ優れたアニメーションがあります。https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/76/Pressure_swing_adsorption_principle.svg I 圧縮空気入力 A 吸着 O 酸素 出力 D 脱着 E 排気
ゼオライトカラムが窒素でほぼ満杯になると、すべてのバルブを反転させて、カラムに吸着された窒素を放出する。
簡潔なご説明をありがとうございました。窒素発生器は、自宅での窒素溶接のDIYプロジェクトに使えるのか、ずっと疑問に思っていました。酸素濃縮器の排ガスが基本的に窒素であるということは、まさに理想的です。鉛フリーはんだ付けステーションで活用させていただきます。
確かに、アマチュアにとって、空気をほぼ純粋な酸素とほぼ純粋な窒素に変換できることは非常に便利です。そこで質問なのですが、「ほぼ窒素」を溶接時のシールドガスとして使用できるでしょうか？
TIG溶接（GTAWとも呼ばれる）の場合、プラズマプルームが非常に敏感なため、正確な流量は分かりません。主にアルゴンガスが使用され、アルミニウムやチタンなどの材料への浸透性を高めるために少量のヘリウムガスが使用されることもあります。流量は約6～8リットル/分で、標準的なコンプレッサーでは大きすぎる可能性があります。
溶接に関しては、主要な溶接ステーションメーカーはすべてRoHS対応の窒素シールドガスを販売していますが、キットの価格は1,000～2,000ユーロです。流量は約1リットル/分で、分子ふるいには非常に適しています。それでは、ハードウェアを組み立てて、自宅でフラックスフリー・鉛フリーのはんだ付けをしてみましょう！
溶接工はシールドガスとして純窒素を使いたいと考えている。アルゴンや、より安価なヘリウムよりも安価だからだ。しかし残念ながら、アークが発生する温度では窒素は反応性が高く、溶接部に望ましくない窒化物を生成する傾向がある。
溶接シールドガスとして使用されるが、少量でも溶接部の特性を変化させる可能性がある。
レーザー溶接に利用することは明らかに可能だが、設備が整った製造工場であっても、この機能を備えていない可能性がある。
したがって、理論的には、少なくとも1つのPSAを使用して窒素を還元し、次に別のPSA（別のゼオライトを使用）を使用して酸素を還元することで、酸素でも窒素でもない物質の濃度を高めることができる。
あなたの考えが正しければ、その時点で空気を凝縮させ、蒸留して必要なガスと不要なガスを分離することをお勧めします。
@Foldi-A エネルギー入力とガス出力の観点から折り畳みポイントですね。蒸発を利用して予冷できるため、大規模化すれば効率がはるかに高くなるという点には全く同意します。
しかし、ごく小規模なシステムであれば、コンプレッサー1台、ゼオライトタワー4基、多数の電子圧力弁、そして安価なコントローラー（「ブレイン」）の初期費用だけで済み、その費用はもっと少なくて済むと思います。
@irox は類推すれば確かにそう言えるかもしれませんが、酸素を 2 リットル使用している人が酸素を与えられずにすぐに死亡したり、容態が悪化したりすることはありません。比較のために、COVID による二次的な高流量酸素療法を受けている集中治療室 (ICU) の患者は、FIO2 が 60～90% のときに 45～55L の酸素を投与されます。これらは「安定した」患者です。高流量酸素療法がなければ、容態は確実に急速に悪化しますが、挿管が必要になるほど重篤な状態にはならないでしょう。他の ARDS 患者や、従来の鼻カニューラよりも大きな鼻カニューラを必要とするほとんどの状況では、同様またはそれ以上の数値が見られるでしょう。
私にとって、この機器の使用はニッチな分野です。6～8Lの圧力で2人の患者を適切に維持することができ、これは従来の鼻カニューラやNIPPVよりも高流量の領域と言えます。酸素供給が限られている小規模病院にとって非常に効果的であり、短期的な緊急事態において慢性疾患患者に医療サービスを提供できると確信しています。
患者は1分間に6リットル（または45～55リットル）の酸素を消費しているのか、それとも一部は環境中に呼気として排出されるなどして失われているのか？
私の経歴／経験は、健康な人向けの限定的な生命維持システム（二酸化炭素を除去し、1人あたり毎分約2リットルの二酸化炭素を添加する）に関するものだけなので、医療用途の多さを知ると、目から鱗が落ちる思いです！
酸素吸入中は肺が非常に圧迫されるため、酸素吸入が必要であることを忘れてはなりません。そのため、人体の理論的な必要量と比較すると、実際に吸入できる人数が非常に少ないため、コストは非常に高くなります。
話した人が設計者かどうかはわかりませんが、これは彼が説明した方法とは一致しません。分子ふるいやゼオライトはN2を捕捉しませんが、O2を捕捉できます。N2を捕捉するには、窒素吸収装置が必要で、これは全く別のものです。ふるいは圧力下でO2を捕捉し、窒素は通過し続けます。これは正しいはずです。圧力を解放してN2を別のカラムに排出する場合、N2でN2を除去しようとするのは意味がありません。これらは圧力スイング吸着装置（PSA）で、O2を捕捉することで機能します。圧力が高く、シリンダーが大きいほど効率が高くなります（4つのシリンダーで最大85%の効率が得られます）。これはO2を凝縮しますが、彼が言うように（または記事が言うように）機能しません。
13Xおよび5Aゼオライト分子ふるいにはN2を確実に吸着できるため、要求された情報源を提示する必要があります。http://www.phys.ufl.edu/REU/2008/reports/magee.pdf
WikipediaのPSA記事でも、ゼオライトが窒素を吸収することが確認されています。https://en.wikipedia.org/wiki/Pressure_swing_adsorption#Process
「しかし、市販品よりはるかに安価です。」部品表の費用が1,000ドルを超えるため、この主張を裏付けるのは難しいです。家庭用（非携帯型）業務用酸素濃縮器の部品表の費用は3分の1程度で、入手も容易で、人件費もかかりません。17LPMは確かに素晴らしいですが、病院以外でこれほどの流量を要求する人はいません。そのような要求をする人は、退院間近か挿管される直前でしょう。
確かにこれは素晴らしいプロジェクトですが、費用対効果はある程度無視できるレベルです。オーストラリアでは、新しい10リットル/分の装置はわずか1500豪ドル程度です。1000ドルを米ドルと仮定すると、新しい装置を購入するコストは大幅に削減されます。
パンデミック前に、eBayで1分間に1.5リットルの流量で98%のものを約160ポンドで購入しました。そして、これはこれよりもずっと静かです！こうすれば、本当にぐっすり眠れます。
とはいえ、これは大変な作業です。騒音や爆発の危険を避けるため、長いパイプの隣の部屋に設置してください。
保護環境下や溶接作業において、ほぼ純粋な窒素源として使用することは可能でしょうか？
窒素充填タイヤはどうでしょう。このサービスの料金を考えると、窒素はかなり高価なはずです…。
次のステップは興味深いかもしれません。この濃縮器の出力から、95% O2 + 5% Arの混合ガスを分離します。これは、PSAシステム内のCMS分子ふるいを用いた速度論的分離によって行うことができます。次に、150バールのポンプを設置してアルゴンボンベを充填します。
あとは、自宅でリンデ法を実行する人がいれば、本当に爆発的な楽しみが味わえるだろう。
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