CN1708345A - 气体富化装置及具备该富化装置的送风装置 - Google Patents

Abstract

一种气体富化装置，它考虑气体富化装置的透过膜的温度特性，能够更稳定地确保期望的富化空气供给量。该装置设置作为使特定气体有选择地透过的选择性气体透过膜的富氧膜(2a)、使在透过特定气体一侧产生压力差，输送富氧之后的空气的容量可变的泵(3)、检测出富氧膜附近温度的温度检测传感器(5)，根据温度检测传感器(5)检测出的温度，控制泵(3)的运转容量为可变。

Description

气体富化装置及具备该富化装置的送风装置

技术领域

本发明涉及具备气体富化机构的气体富化装置及具备该富化装置的送风装置，其中气体富化机构具有可控制富化气体供给量的特征。

背景技术

作为现有的富化装置，在特开平2-136631号公报中公开了一种设置对氧气进行富化的氧富化空气供给装置的空调机，它具备加热、冷却需要调节的空气的空调机构、分离空气中的氧气与氮气的空气分离机构。空气分离机构设置分离氧气与氮气，并且有选择地使氧气透过的功能膜、设置在该功能膜的氧气透过的一侧，并使功能膜产生压力差的减压泵、向功能膜的氧气无法透过的一侧排出氮气的送风机构。

空气分离机构进行如下动作。即如果泵开始运转，则作为功能膜的富氧膜在泵侧的空气被减压，作为来自上游空气的被富化的特定气体，多选用氧气，氧气浓度相对较高的空气被排出至需要空气调节的空间，从而增加需要空气调节空间的氧气浓度。

但是，上述富氧膜这种选择性气体透过膜，一般具有如下特性。即，如果使减压泵的运转容量也就是产生的真空度大体一定，则选择性气体透过膜的温度升高，其透过流量增大，但是，作为膜透过之后的特定气体的氧气浓度降低。反之，如果温度降低，则特定气体的浓度上升，但是透过流量减少。因此，如果作为透过选择性气体透过膜的特定气体的氧气的供给量按照如下公式：

特定气体供给量＝(膜透过之后的特定气体浓度)×(透过膜的特定气体被富化之后的富化气体的透过流量)

进行评价，则通常情况下，特定气体的供给量存在温度越低其供给量越少的倾向。

因此，使用这种选择性气体透过膜，为了在温度较低的条件下也供给规定量的特定气体，必然需要增大选择性气体透过膜或者增大减压泵的泵能力。因此，导致气体富化装置的成本增加以及体积增大，另一方面还会在温度较高的条件下，出现特定气体的供给过多等问题。

发明内容

本发明的目的在于针对上述课题而提供一种气体富化装置，该装置不受这种选择性气体透过膜的温度特性的影响，能够确保期望的特定气体的供给量。

本发明的气体富化装置具备，至少使包含在流入的流入气体内的特定气体富化的气体富化机构、在气体富化机构中产生差压的同时，引导流入气体至气体富化机构的差压产生机构，根据气体富化机构的配置环境信息，对由被气体富化机构而富化的特定气体的浓度与流量决定的特定气体的供给量进行控制。

根据这种构造，则可以不受设置气体富化机构的条件的影响，不仅能够稳定特定气体的供给量，还能够创造出成为用户期待的特定气体条件的最佳空间。

附图说明

图1是本发明的实施方式1中气体富化装置构造的截面图。

图2是该气体富化装置中泵的运转容量一定的情况下，富氧膜的温度与透过之后的氧气浓度的关系特性图。

图3是该气体富化装置中泵的运转容量一定的情况下，富氧膜的温度与透过流量的关系特性图。

图4是该气体富化装置中富氧膜的温度与富化空气供给量的关系特性图。

图5是本发明的实施方式1中泵的控制系统的方块图。

图6是本发明的实施方式1中泵的控制方法的流程图。

图7是本发明的实施方式2中富氧膜的温度与富化空气供给量及泵的运转率的关系特性图。

图8是相对于本发明实施方式2中温度检测传感器的温度的泵运转状态的时间图。

图9是使用本发明的实施方式3中气体富化装置的空调机的室外机的截面图。

图10是使用该气体富化装置的空调机的室内机侧面图。

图11是使用该气体富化装置的其它空调机的室外机的截面图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的实施方式进行说明。在本发明的实施方式中，将对用于特定气体是氧气的氧气富化装置进行具体的说明。但是，本发明并非局限于氧气富化，例如也适用于使用氮气或碳酸气体等装置、空间等，根据其需要可以设定特定气体，从而可以适用于各种用途。

(实施方式1)

首先，使用图1～图6对本发明的实施方式1进行说明。

图1是本发明的实施方式1中气体富化装置的构造截面图。在图1中，在气体富化装置1的内部，设置着使用空气作为流入的流入气体，并以该空气中的氧气作为特定气体，用于有选择地对其进行分离的气体富化机构的富氧膜构件2、使在富氧膜构件2中产生差压，作为使空气导向氧气富化构件2的差压发生机构的容量可变的泵3。富氧膜构件2，例如使用由硅材料制成的选择性气体透过膜而构成的富氧膜2a被多层层压。泵3是容量可变型减压泵，它通过连接软管4的富氧膜构件侧连接部4b与富氧膜构件2连接，通过排出侧连接部4a与泵3的排出侧连接。而在富氧膜构件2的附近，设置着检测配置环境信息为温度的温度检测传感器5、根据温度检测传感器5检测出的温度，进行泵3的驱动、控制的控制构件7。此外，在富氧膜构件2的吸入部2c，设置着用于排出滞留在富氧膜2a附近的氮气被富化的空气的送风扇6。

下面对这种构造的气体富化装置1的操作进行说明。根据来自控制构件7的运转开始指令，泵3开始运转，于是富氧膜构件2的富氧膜2a之间的空间2b被减压，从吸入部2c吸入空气6a，容易透过富氧膜2a的氧气根据该压力差而透过富氧膜2a。透过富氧膜2a，氧气浓度相对增加的富化空气经由泵3，通过连接软管4被排出侧连接部4a排出。另一方面，难以透过富氧膜2a的氮气被送风扇6排出而不会滞留在富氧膜构件2附近。

下面，对这种选择性气体透过膜的特征进行阐述。图2至图4表示作为流入富氧膜2a的空气中所包含的特定气体的氧气透过特性。图2是泵3的运转容量一定时，富氧膜2a的温度与透过之后的氧气浓度的关系特性图。如图2所示，它表示随着富氧膜2a温度的上升，透过的氧气富化状态的空气中氧气的浓度相对下降。反之，随着温度的下降而浓度上升这种特性。而图3是泵3的运转容量一定时，富氧膜2a的温度与透过富氧膜2a的空气的透过流量的关系特性图。如图3所示，它表示随着温度上升透过流量上升，随着温度下降透过流量下降这种温度特性。图4是根据图2、图3的特性而确定的温度与富化空气供给量的关系特性图。

下面，对根据旋转数控制泵3的运转容量的情况下，在标准的富氧膜附近的温度ta1的条件下，标准的旋转数为R1时，以氧气浓度c1、透过流量q1满足目标氧富化空气供给量的情况进行说明。

如图2所示，由温度检测传感器5检测出的富氧膜2a附近的温度，如果是低于标准温度ta1的ta3，则富氧膜2a的出口一侧，即透过之后的富化空气的氧浓度变成高于c1的c3。例如，当ta1是20℃时，c1变为32％，当ta3时0℃时，c3增加至33.5％。

但是，如图3所示，富化空气的透过流量相对于温度降低，如果q1为100则q3下降至约60。其结果如图4所示，富化空气供给量的温度是ta3时，与作为标准温度ta1时相比，从w1下降至w3。

在本发明实施方式1的气体富化装置1中，根据温度检测传感器5检测出的温度来控制泵3的运转容量。图5是表示容量可变的泵3的控制系统的方块图。控制系统由交流电源8、对交流电源8输出的电流进行整流，并向各个电路供给直流的电源供给电路9、作为控制机构的微处理器10、泵驱动电路15构成。微处理器10由输入电路11、中央计算处理装置(以下简称CPU)12、内存13及输出电路14构成。此处，内存13是存储预先设定的温度的设定温度存储机构。泵3根据电路14发出的信号，被泵驱动电路15驱动控制。

下面，参照图6对其运转控制进行说明。图6是本发明实施方式1中泵3的控制方法的流程图。如图4所示，由选择性气体透过膜构成的富氧膜2a根据其温度，富化空气的透过流量与作为透过之后的特定气体的氧气的浓度发生变化，由透过流量与其氧气浓度之积决定的富化空气供给量发生变化。此处，使用旋转数设定为可变，并对其运转容量进行控制的泵3，当以规定旋转数R1旋转时，如果富氧膜2a附近的温度Ta为ta1，则能够获得目标富化空气供给量。下面对其进行说明。

如图6所示进入步骤16，气体富化装置1以泵旋转数R1开始运转之后，温度检测传感器5检测出的作为配置环境信息的温度Ta，通过输入电路11被CPU12读取。然后进入步骤17，对在步骤16中读取的温度Ta与预先设定在内存13中的第1设定温度ta1进行比较，如果Ta＜ta1则进入步骤18，如果Ta≥ta1则进入步骤19。如果Ta＜ta1，由于氧气浓度较高而透过流量较小，因此，整个富化空气供给量减少。因此，在步骤18中，泵3的旋转数设定为大于规定旋转数R1的旋转数R3，并使富化空气供给量增大，在运转一段时间之后返回步骤16。另一方面，在步骤19中，对温度Ta与预先设定在内存13内的第1设定温度ta1、第2设定温度ta2进行比较，如果ta1≤Ta＜ta2，则进入步骤20，如果Ta≥ta2，则进入步骤21。在温度ta2条件下，由于氧气浓度较低，而透过流量较大。因此，氧富化空气的供给量过大。因此，在步骤20中，使泵3的旋转数减少为小于规定旋转数R1的旋转数R2，并减少富化空气供给量，在运转一段时间之后返回步骤16。此外，在步骤21中，使泵3的运转停止从而返回步骤16。于是，就可以控制为预期的富化空气供给量。

此外，本发明也可以根据预先设定的特定气体的供给量，使泵3的运转容量控制为可变以满足其供给量。换言之，图4所示的富化空气供给量可以通过富氧膜2a的温度或者通过富氧膜2a的空气温度以及设置富氧膜的装置筐体的周围温度，根据其温度特性进行推测，如果根据装置设计或者用户的要求水平，设定富化空气的需要供给量，只要控制泵的运转容量使其接近该数值即可。

例如，通过设定富化空气供给量设定值可变旋钮等供给量的设定机构，设定特定气体的富化空气供给水平为可调整，根据该设定机构所设定的供给量，只要使泵的运转容量可变控制，用户在能够设定的范围内，可以使其控制为用户预期的特定气体的浓度。通过设定机构进行设定，“高”、“中”、“低”这样相对的设定范围既简便又便于使用。

此外，在实施方式1中，如图1所示，作为配置环境信息的温度，使用流入富氧膜构件2的吸入部2c附近的空气温度。因此，间接地推定富氧膜2a的温度，无需使这些温度检测传感器5直接装在富氧膜构件2内，对于温度检测传感器5的设置和固定方法等，可以根据设计的自由度而进行选定。

此外，作为富氧膜2a的配置环境信息而使用这种吸入空气温度等的情况下，由于其温度难以推定为直接的膜的温度，因此，也可以根据装置的构造、配置等，加上规定的温度修改，推定富氧膜2a的温度。

此外，也可以检测层积配置的富氧膜2a的空间2b的空气温度，如果利用富氧膜2a本身的温度，能够更严密地把握富氧膜2a的特性，从而易于控制。还可以使用构成氧气富化构件2的筐体部的温度。

此外，在上述实施方式中，对通过切换R1、R2、R3三档的旋转数而进行了说明，当然也可以使用变换器的驱动装置而使其连续变化。在上述实施方式中，作为泵根据其旋转来控制运转容量的情况进行了阐述，但是对于不根据旋转而往复式运转的情况、控制其往复式运转的频率的情况也适用。

此外，在本实施方式中，对通过控制使用AC电源的变换器而进行泵3的旋转数控制的例子进行了说明，但是，也可以使用DC发动机，通过控制外加在该DC发动机的电压来控制泵3的运转容量，从而使其构造简化。

(实施方式2)

下面，参照图7、图8对本发明的实施方式2进行说明。在实施方式1中，对根据配置环境信息使泵的运转容量的旋转数等可变，从而控制规定的富化空气供给量的例子进行了阐述。在实施方式2中，将对使泵的旋转数一定，而使其运转率可变，从而控制富化空气供给量的例子进行说明。此处所说的运转率是指，使泵进行开启-关闭的间歇运转时，在规定时间内开启时间的比例，运转率也定义为广义的运转容量。

在实施方式2中，使用实施方式1中所述的气体富化装置1，由于仅泵3的运转状态不同，因此对于相同的构成要素而使用相同的符号。图7是实施方式1中所述图4的温度条件下富化空气供给量的特性，以及该温度条件下与泵3的运转率的关系特性的特性图。如图7所示，如果泵3的旋转数一定，则富化空气供给量随着温度上升而增加。因此，在实施方式2中，根据温度使运转率可变，当温度较低时运转率增大，而当温度较高时运转率减小。

例如，当处于规定温度ta4时，以运转率MR3而得到规定的富化空气供给量，当温度小于ta4的条件下，运转率为大于MR3的MR1、MR2，反之，当温度大于ta4的条件下，运转率为小于MR3的MR4、MR5。

此处，MR1＞MR2＞MR3＞MR4＞MR5，例如，MR1为运转率100％的连续开启运转，MR5为运转率0％的连续关闭运转。因此，通过根据温度使运转率可变，则可以如图7的斜线区域A所示，使富化空气供给量大体一定。此外，在图7中，在不同的温度条件下运转率的变化呈阶梯状，但是，也可以采用更多的阶梯数，使其接近连续的变化。

图8是在实施方式2中，设置在图1所示的富氧膜构件2的吸入部2c内的温度检测传感器5的温度条件下，泵3的运转状态的时间图。在图8所示的例子中，运转率被定义为三个阶段，即当温度小于ta9的情况下，以连续运转的MR9运转，当温度大于ta9小于ta10的情况下，以运转率MR10运转，在大于此温度的条件下，以运转率MR11运转。如图8所示，对于气体富化装置1的运转，即使由于外界温度的变化吸入空气6a的温度发生变化，根据该温度使泵3的运转率可变，这样，不仅能够使富化空气供给量大体一定，特别是在外界温度较低的情况下，还能够连续运转提高运转容量。

此外，决定必要富化空气供给量的运转率的数值，可以根据构成气体富化装置的构成要素的特性而任意决定，例如，在冬季外界气温较低时，通过连续运转可以确保必要的富化空气供给量，也可以在高于该温度的条件下任意改变运转率。

此外，与实施方式1中所述的相同，温度检测传感器5不仅可以使用富氧膜2a的温度，还可以使用富氧膜构件2的筐体部温度。

(实施方式3)

下面参照图9、图10、图11对本发明的实施方式3进行说明。图9是使用气体富化装置的空调机的室外机的截面图、图10是该空调机的室内机的侧面图。

如图9所示，室外机22具备室外热交换器24、压缩机25、送风扇26，由富氧膜2a构成的富氧膜构件2被设置在室外机22的送风回路内。在富氧膜2a上产生压力差，用于输送氧气的容量可变式泵3与富氧膜构件2连接，向室内输送富氧之后的空气的软管4从富氧膜构件2经由泵3，直至室内机23的部分相连。在富氧膜构件2的附近，设置着检测出富氧膜2a附近温度的温度检测传感器5。

如图10所示，在室内机23内设置着软管4，它从设置在室外机22内的富氧膜构件2延伸而设置，在由设置在室内机23内的送风扇(图中未示)而形成的送风回路内氧气排出口4a开口。因此，被富氧膜构件2气体富化的氧气浓度较高的空气被排出至需要空气调节的空间的室内。

下面对使用上述构造的气体富化装置的空调机的操作进行说明。被室外机22的送风扇26吹至富氧膜构件2附近的空气，根据容量可变式泵3的压力差而流入富氧膜2a内。由于富氧膜2a具有氧气容易透过的特性，因此，氧气浓度相对较高的被富氧的空气，经由泵3、软管4从位于室内机23内部的氧气排出口4a而吹至室内。与此相反，难以透过富氧膜2a的氮气，通过送风扇26而排出至室外机22的外部。

此处，作为气体富化装置而使用实施方式1以及实施方式2中所述的气体富化装置，通过温度检测传感器5而检测出作为气体富化机构的富氧膜2a附近的配置环境信息即温度，从而控制表示容量可变式泵3的旋转数和运转时间的运转率。因此，不仅可以控制向室内机23的送风回路内送出的富化空气供给量，还可以提供一种送风装置，它通过设置在室内机23内的送风扇，向作为需要空气调节空间的室内送出氧气量被控制之后的风。

此外，在本实施方式中如图9所示，在被送风扇26吸入的外界空气通过室外热交换器24之后的送风回路内，设置着温度检测传感器5，但是采用下面的构造也可以获得同样的效果。即如图11所示，兼用温度检测传感器5与室外机22的吸入温度传感器27，根据空调机的运转模式和压缩机的运转容量等，推测通过室外热交换器24而流入富氧膜构件2内的空气或者富氧膜2a的温度，从而控制泵3的运转容量。

此外，如实施方式3所示，把作为气体富化机构的富氧膜构件2设置在屋外能够实现本发明的效果。换言之，与设置在室内的情况相比，富氧膜2a的温度变化较大，因此，富化空气供给量变动较大。但是，如本发明所述，通过控制泵3的运转容量，向室内供给稳定的氧气量，则能够实现舒适的空气调节目的。

工业上的可利用性

如上所述，根据本发明的气体富化装置以及送风装置，考虑选择性气体透过膜的温度特性，控制作为差压产生机构的泵的运转容量，从而能够不受外界空气温度等条件影响稳定地供给氧富化空气，尤其对于需要空气调节空间供给最佳空气的空调机等非常有用。

Claims (16)

1.一种气体富化装置，其特征在于，至少具备使包含在流入的流入气体内的特定气体富化的气体富化机构、以及在使所述气体富化机构产生差压的同时，引导所述流入气体至所述气体富化机构的差压产生机构，

根据所述气体富化机构的配置环境信息，对通过所述气体富化机构而富化的所述特定气体的浓度和流量所决定的特定气体的供给量进行控制。

2.如权利要求1所述的气体富化装置，其特征在于，特定气体的供给量控制差压产生机构的运转容量使其可变。

3.如权利要求1或权利要求2所述的气体富化装置，其特征在于，差压产生机构是减压机构。

4.如权利要求1或权利要求2所述的气体富化装置，其特征在于，气体富化机构是选择性气体透过膜。

5.如权利要求1所述的气体富化装置，其特征在于，配置环境信息是气体富化机构的温度。

6.如权利要求1所述的气体富化装置，其特征在于，配置环境信息是气体富化机构附近的大气温度。

7.如权利要求1所述的气体富化装置，其特征在于，配置环境信息是流入气体富化机构内的流入气体的温度。

8.如权利要求2所述的气体富化装置，其特征在于，根据预先设定的特定气体的供给量，控制差压产生机构的运转容量。

9.如权利要求2所述的气体富化装置，其特征在于，它具备设定特定气体的供给量的设定机构，根据由所述设定机构设定的供给量，控制差压产生机构的运转容量。

10.如权利要求5至权利要求7任一项所述的气体富化装置，其特征在于，当作为配置环境信息的温度在规定温度以下时，控制差压产生机构的运转容量使其增大。

11.一种送风装置，其特征在于，至少具备送风扇、使包含在流入的流入气体内的特定气体富化的气体富化机构、以及在使所述气体富化机构产生差压的同时，引导所述流入气体至所述气体富化机构的差压产生机构，

对被所述气体富化机构富化的所述特定气体的供给量进行控制，使其大于规定供给量，同时供给至需要送风的空间。

12.如权利要求11所述的送风装置，其特征在于，特定气体的供给量控制差压产生机构的运转容量使其可变。

13.如权利要求11或权利要求12所述的送风装置，其特征在于，差压产生机构是减压机构。

14.如权利要求11或者权利要求12所述的送风装置，其特征在于，气体富化机构是选择性气体透过膜。

15.如权利要求12所述的送风装置，其特征在于，根据气体富化机构的配置环境信息控制差压产生机构的运转容量。

16.如权利要求15所述的送风装置，其特征在于，气体富化装置设置在室外，配置环境信息是室外空气温度，气体富化之后的气体被排至作为需要空气调节空间的室内。

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