JP2004148243A

JP2004148243A - 選択性ガス富化装置

Info

Publication number: JP2004148243A
Application number: JP2002318132A
Authority: JP
Inventors: Yoshikazu Nishihara; 義和西原; Yasuhiro Nakamura; 康裕中村; Tokuya Asada; 徳哉浅田; Ikuo Akamine; 育雄赤嶺; Shinichi Sato; 新一佐藤
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-10-31
Filing date: 2002-10-31
Publication date: 2004-05-27

Abstract

【課題】ポンプから吐出口に至る通風路での結露水の発生を極力低減させ、また発生した結露水を速やかに吐出口から排出することで、凍結を防止し異常音の発生を防止すること。
【解決手段】所定のガス成分の濃度を高める機能を有するガス富化ユニットと、前記ガス成分を送出するポンプと、前記ポンプから送出した前記ガス成分を吐出する吐出口とを備えた選択性ガス富化装置であって、前記ガス富化ユニットから前記吐出口に至る通風路に風速検知手段を配置し、前記風速検知手段からの信号によって前記ポンプの運転を制御する制御装置を設けたことを特徴とする選択性ガス富化装置。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定のガス成分の濃度を高める機能を備えた選択性ガス富化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、選択性ガス透過膜を用いた酸素富化装置や窒素富化装置など、特定のガス濃度を相対的に向上させる装置が医療用の酸素富化装置、空気調和機、空気清浄機などの機器として提案されている。
例えば酸素濃度を向上させるものとして、分離型空気調和機の室外機に酸素富化手段を設け、その酸素が富化された空気を、送出配管を介して室内機に送り、室内側に放出して被空調空間である室内の酸素濃度を向上させて、居住者の快適性の用に供するものがある（例えば特許文献１）。
一方、特許文献１においても課題として取り上げられているように、酸素富化膜を用いた酸素富化装置では、酸素富化膜は空気成分の大半を占める窒素と分離させ選択的に酸素を透過させるものの、現在実用化されている酸素富化膜は酸素と同時に少なくとも空気中の水分も透過させる特徴を持っている。
即ち、酸素富化膜の１次側の空気に対して、膜を透過した２次側では窒素が分離された分だけ相対的に湿度が高くなり露点が１次側の空気に比べて上昇するため、膜の２次側配管中でしばしば結露水を発生させてしまうことが知られている。
上記結露水が空気調和機の室内機で放散されて、室内を濡らしたり、ユーザに降りかかって不快感を与えたりしないように特許文献１では、室内機において、酸素富化空気の輸送流路に酸素富化空気を冷却して含有水分を結露させる熱交換器とその後流側に水分離器を介装して、水分が室内に飛散するのを未然に防止している。
このように選択性ガス透過膜や、ＰＳＡ法など吸着材を用いた選択性ガス富化装置では、分離装置の２次側では必然的に相対湿度が上がり、空気の露点が上昇するために結露を発生しやすい。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−１１３２２７号公報（図１等）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術では、次のような課題が発生する可能性がある。
即ち、まず第一に少なくとも選択性ガス透過膜の２次側において富化空気の輸送流路が低温雰囲気に暴露される場合（例えば、輸送流路が屋外大気に暴露されており、大気温度が低くなる場合）、輸送流路の内部で結露水が凍結して酸素富化した空気が室内に搬送できなくなる可能性がある。また、第二には輸送流路中に結露水が発生し、それが富化空気の流れによって室内に運ばれる際に「コポコポ」や「コンコン」というような空気脈動や破裂音が発生することがあり、それがユーザの居住する室内側に伝播してユーザに不快感を与える可能性がある。更にはこの結露水が減圧ポンプに逆流すると、内部部品の寿命に影響を及ぼすと共に、万一ポンプが結露水を多量に圧縮すれば、液圧縮により圧縮機構が破損する可能性もある。
【０００５】
そこで本発明は、ポンプから吐出口に至る通風路での結露水の発生を極力低減させ、また発生した結露水を速やかに吐出口から排出することで、凍結を防止し異常音の発生を防止することを目的とする。
また本発明は、ガス富化ユニットやポンプなどの異常を早急に検知し、これらの機器の損傷を防止することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明の選択性ガス富化装置は、所定のガス成分の濃度を高める機能を有するガス富化ユニットと、前記ガス成分を送出するポンプと、前記ポンプから送出した前記ガス成分を吐出する吐出口とを備えた選択性ガス富化装置であって、前記ガス富化ユニットから前記吐出口に至る通風路に風速検知手段を配置し、前記風速検知手段からの信号によって前記ポンプの運転を制御する制御装置を設けたことを特徴とする。
請求項２記載の本発明は、請求項１に記載の選択性ガス富化装置において、前記風速検知手段によって風速が所定値以下となったことを検知した場合には、前記ポンプの運転を停止することを特徴とする。
請求項３記載の本発明は、請求項１に記載の選択性ガス富化装置において、前記通風路が配設された空間の温度を検出する温度検知手段を備え、前記風速検知手段によって風速が所定値以下となったことを検知し、更に前記温度検知手段によって温度が所定値以下となったことを検知した場合には、前記ポンプの運転を停止することを特徴とする。
請求項４記載の本発明は、請求項１に記載の選択性ガス富化装置において、前記ポンプの上流側に外気導入管と、前記外気導入管への外気の導入を制御する制御弁とを備え、前記風速検知手段によって風速が所定値以下となったことを検知した場合には、前記制御弁を開いて外気を導入することを特徴とする。
請求項５記載の本発明は、請求項４に記載の選択性ガス富化装置において、前記制御弁を開放してから所定時間経過後の前記風速検知手段の信号を検知し、風速が所定値を越えない場合には、前記ポンプの運転を停止することを特徴とする。
請求項６記載の本発明は、請求項１に記載の選択性ガス富化装置において、前記吐出口側に拡管部を設けたことを特徴とする。
請求項７記載の本発明は、請求項１に記載の選択性ガス富化装置において、前記風速検知手段を前記ポンプの上流側に設けたことを特徴とする。
請求項８記載の本発明は、請求項１に記載の選択性ガス富化装置において、前記風速検知手段を前記ポンプから前記吐出口に至る通風路に設けたことを特徴とする。
請求項９記載の本発明は、請求項１に記載の選択性ガス富化装置において、前記ガス富化ユニットを、空気中の酸素を優先的に通過させる酸素富化膜によって構成したことを特徴とする。
請求項１０記載の本発明は、請求項１に記載の選択性ガス富化装置において、前記ガス富化ユニットと前記ポンプとを室外空間に配置し、前記吐出口を室内空間に配置したことを特徴とする。
請求項１１記載の本発明の空気調和装置は、請求項１から請求項１０のいずれかに記載の選択性ガス富化装置を備え、室外ユニットと室内ユニットから構成される空気調和装置であって、前記ガス富化ユニットと前記ポンプとを前記室外ユニットに配置し、前記吐出口を前記室内ユニットに配置したことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態による選択性ガス富化装置は、ガス富化ユニットから吐出口に至る通風路に風速検知手段を配置し、風速検知手段からの信号によってポンプの運転を制御する制御装置を設けたものである。本実施の形態によれば、通風路の風速変化から、ガス富化ユニットやポンプの状態や、通風路内の状態を把握し、例えばガス富化ユニットの障害や通風路の閉塞を風速の低下から判断してポンプを停止したり、あるいは通風路内の結露水などを吐出させるためにポンプを強運転したりすることができる。
本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態による選択性ガス富化装置において、風速検知手段によって風速が所定値以下となったことを検知した場合には、ポンプの運転を停止するものである。本実施の形態によれば、通風路の風速低下から、ガス富化ユニットの障害や通風路の閉塞を判断してポンプを停止することでポンプに過度の負荷が加わることを未然に防止することができる。
本発明の第３の実施の形態は、第１の実施の形態による選択性ガス富化装置において、風速検知手段によって風速が所定値以下となったことを検知し、更に温度検知手段によって温度が所定値以下となったことを検知した場合には、ポンプの運転を停止するものである。本実施の形態によれば、通風路内の結露水が凍結したことを予測でき、ポンプを停止することでポンプに過度の負荷が加わることを未然に防止することができる。
本発明の第４の実施の形態は、第１の実施の形態による選択性ガス富化装置において、風速検知手段によって風速が所定値以下となったことを検知した場合には、制御弁を開いて外気を導入するものである。本実施の形態によれば、通風路内に結露水が発生したことを予測でき、外気を導入することで通風路内の風速を高めることができるので、発生した結露水を吐出口から吐出させることができる。
本発明の第５の実施の形態は、第４の実施の形態による選択性ガス富化装置において、制御弁を開放してから所定時間経過後の風速検知手段の信号を検知し、風速が所定値を越えない場合には、ポンプの運転を停止するものである。本実施の形態によれば、通風路内の結露水を吐出できないか、あるいはガス富化ユニットの目詰まりと判断してポンプを停止することでポンプに過度の負荷が加わることを未然に防止することができる。
本発明の第６の実施の形態は、第１の実施の形態による選択性ガス富化装置において、吐出口側に拡管部を設けたものである。本実施の形態によれば、結露水を拡管部に貯留することができ、吐出口から結露水が飛散することを防止できる。
本発明の第７の実施の形態は、第１の実施の形態による選択性ガス富化装置において、風速検知手段をポンプの上流側に設けたものである。ポンプの上流側は減圧状態であり結露しにくい状態であるので、本実施の形態のように風速検知手段をポンプの上流側に設けることで風速検知手段は結露水の影響を受けることがない。
本発明の第８の実施の形態は、第１の実施の形態による選択性ガス富化装置において、風速検知手段をポンプから吐出口に至る通風路に設けたものである。本実施の形態によれば、例えば通風管の亀裂等による漏れをあわせて検出することができる。
本発明の第９の実施の形態は、第１の実施の形態による選択性ガス富化装置において、ガス富化ユニットを、空気中の酸素を優先的に通過させる酸素富化膜によって構成したものである。本実施の形態によれば、他の方式に比較してポンプへの負担が小さく、低コストで酸素富化の空気を取り出すことができる。
本発明の第１０の実施の形態は、第１の実施の形態による選択性ガス富化装置において、ガス富化ユニットとポンプとを室外空間に配置し、吐出口を室内空間に配置したものである。本実施の形態によれば、室外から酸素富化の空気を取り出し、室内にこの酸素富化の空気を放出することができるので室内を酸素富化の状態とすることができる。
本発明の第１１の実施の形態は、第１から第１０の実施の形態による選択性ガス富化装置を備え、室外ユニットと室内ユニットから構成される空気調和装置であって、ガス富化ユニットとポンプとを室外ユニットに配置し、吐出口を室内ユニットに配置したものである。本実施の形態によれば、空気調和機能に酸素富化の機能を追加した空気調和装置を実現することができる。
【０００８】
【実施例】
以下、本発明の一実施例による選択性ガス富化装置を、室外ユニットと室内ユニットから構成される空気調和装置に適用した場合について説明する。
図１は本実施例による空気調和装置の構成図である。
同図において、空気調和装置は室外ユニット１０と室内ユニット２０から構成され、冷媒ガスが循環するように接続配管（図示せず）で接続されている。室外ユニット１０は、圧縮機１１、熱交換器１２、及びファン１３を有するとともに、一室を隔してガス富化ユニット３１、減圧ポンプ３２等の選択性ガス富化装置の主な構成部材が設けられている。室内ユニット２０は、ファン２１や熱交換器２２を有するとともに、選択性ガス富化装置の吐出口３３が設けられている。
【０００９】
選択性ガス富化装置は、選択性ガス透過膜である酸素富化膜を備えたガス富化ユニット３１と、ガス富化ユニット３１の二次側を減圧する減圧ポンプ３２と、ガス富化ユニット３１と減圧ポンプ３２とを通気可能に連結する酸素供給主管３４と、酸素供給主管３４に接続された大気導入管３５と、減圧ポンプ３２の吐出側に連結された吐出主管３６と、大気導入管３５への大気の導入を制御する制御弁３７と、減圧ポンプ３２と制御弁３７とを制御する制御装置３８を備えている。
また選択性ガス富化装置は、風速センサ（風速検知手段）３９Ａと温度センサ（温度検知手段）３９Ｂとを備えている。ここで風速センサ３９Ａは、ガス富化ユニット３１から吐出口３３に至る通風路に設けるが、本実施例では酸素供給主管３４に設けている。また温度センサ３９Ｂは、通風路が配設された空間の温度を検出するものであり、本実施例では室外の外気温度を検出する。風速センサ３９Ａと温度センサ３９Ｂからの信号は制御装置３８に入力される。
送風管４０は、吐出主管３６と吐出口３３とを接続する配管であり、室外ユニット１０から導出し室内ユニット２０内に導入されている。
なお、ガス富化ユニット３１の１次側（大気側）には、滞留する窒素富化空気を掃気するためのファン（図示せず）を配置しておき、選択性ガス富化装置の運転に連動して動作させるとよい。また、ガス富化ユニット３１を、室外ユニット１０のファン１３を有する送風回路内に配置し、ファン１３の送風によってガス富化ユニット３１の１次側の窒素富化空気を掃気するようにしてもよい。またガス富化ユニット３１、減圧ポンプ３２、酸素供給主管３４、大気導入管３５、吐出主管３６、制御弁３７、及び制御装置３８は、独立したユニットとして構成して、室外ユニット１０の枠体に装着する構成としてもよい。
また大気導入管３５は、その一部に例えばキャピラリチューブなどの減圧器を直列に設けている。
【００１０】
一方、吐出口３３は、室内ユニット２０の筐体内部またはその付近に配置され、室内ユニット２０内の送風回路中に配置される場合には、ファン２１の動作により吹き出される送風に酸素富化空気が添加されて吹出し口より室内空間に送出される。また吐出口３３は、その近傍に拡管部を有することが好ましく、本実施例では吐出口３３を拡管部とした構成を示している。このように拡管部を設けることで、押し出された氷結や結露水を吐出口３３からまき散らすことなく、拡管部で一旦受けることで融解・蒸発を促すことができる。なお本実施例に示すように、熱交換器２２の風回路の上流側で、熱交換器２２の上方に吐出口３３を設けることでも結露水などの飛散を防止することができる。
【００１１】
上記構成において、減圧ポンプ３２が運転されると、ガス富化ユニット３１内で酸素富化膜を通過した空気は、酸素供給主管３４を通過して減圧ポンプ３２に吸い込まれ、酸素富化された空気が吐出主管３６、送風管４０を順次通過して吐出口３３から室内ユニット２０内に送出される。
なお、制御弁３７が開の状態では、ガス富化ユニット３１を通過する場合よりも大気導入管３５を通過する場合のほうが流通抵抗は小さくなるように構成されている。従って、制御弁３７を開状態にすれば、大気はガス富化ユニット３１側ではなく大気導入管３５側から優先的に導入される。更には、抵抗が小さい分ガス富化ユニット３１を通過する場合よりもより多量の空気が導入可能であるため、吐出主管３６などに滞留する結露水は風速向上により、吐出口３３側に押し出されやすくなるとともに、風速向上で蒸発量も向上するため結露水の低減を図ることができる。更には、万一結露水が経路内で結露してしまう場合でも、相当風速で氷結を吐出口３３に押し出すこともできる。
【００１２】
次に、本発明の他の実施例による空気調和装置について説明する。
図２は本実施例による空気調和装置の構成図である。なお同一機能同一構成の部材には同一番号を付して説明を省略する。
本実施例においては、大気導入管３５を減圧ポンプ３２自体の吸入側経路に直接接続している。このように導入口を形成しやすい減圧ポンプ３２に大気導入管３５を設けて加工することで、ガス富化ユニット３１から減圧ポンプ３２までの間の酸素供給主管３４に分岐の加工をすることが不要になる。一方、減圧ポンプ３２の生産時において大気導入管３５を備えたユニットとすることで、結露水抑制機能のついた減圧ポンプ３２として生産できる。
また本実施例においては、風速センサ３９Ａを、減圧ポンプ３２から吐出口３３に至る通風路、特に室内ユニット２０内の吐出口３３に近い位置に設けている。本実施例のように減圧ポンプ３２よりも下流側通風路であって、特に吐出口３３近傍に設けることで、ガス富化ユニット３１の目詰まりや減圧ポンプ３２の故障だけでなく、吐出主管３６や送風管４０の通風路の亀裂などの故障も検出することが可能となる。
【００１３】
次に上記実施例で示した制御装置３８の制御動作について図３を用いて説明する。
図３は本実施例による制御装置３８の制御動作を示す説明図である。同図において、「風速」は風速センサ３９Ａによって検知した風速を示しており、Ｖを所定値としている。また「外気温」は温度センサ３９Ｂによって検知した温度を示しており、Ｔを所定値としている。
まず、風速センサ３９Ａからの入力信号だけで減圧ポンプ３２と制御弁３７を制御する場合について説明する。
モードＡは正常状態を示しており、所定値以上の風速を検知している場合には制御弁３７は閉として減圧ポンプ３２を動作させる。
モードＢは、風速が所定値を下回った場合であり、減圧ポンプ３２を停止する。
モードＣは、同じく風速が所定値を下回った場合であり、減圧ポンプ３２の運転を継続したまま制御弁３７を開とする。もし結露水などによって通風路が閉塞されかかっている場合には、制御弁３７の解放によって外気が導入され、通風路内の風速が増加し結露水を吐出口３３から吐出させることができる。しかしこのモードＣの状態で所定時間経過しても風速が所定値以上に復帰しない場合には、モードＢとして減圧ポンプ３２を停止する。
【００１４】
次に、風速センサ３９Ａと温度センサ３９Ｂからの入力信号で減圧ポンプ３２と制御弁３７を制御する場合について説明する。
モードＤは正常状態を示しており、所定値以上の風速及び外気温を検知している場合には、制御弁３７は閉として減圧ポンプ３２を動作させる。
モードＥは外気温が所定値を下回った場合であり、結露水が凍結する可能性があるため、制御弁３７を開として通風路内の風速を増加させ、凍結の防止を図る。
モードＦは、外気温は所定値よりも高いが、風速が所定値を下回った場合であり、減圧ポンプ３２の運転を継続したまま制御弁３７を開とする。もし結露水などによって通風路が閉塞されかかっている場合には、制御弁３７の解放によって外気が導入され、通風路内の風速が増加し結露水を吐出口３３から吐出させることができる。しかしこのモードＦの状態で所定時間経過しても風速が所定値以上に復帰しない場合、又は外気温が所定値を下回った場合にはモードＧに移行して減圧ポンプ３２を停止する。
モードＧは、外気温も風速も所定値を下回った場合であり、この場合には凍結による閉塞の可能性が高いため減圧ポンプ３２を停止する。このモードＧの場合には制御弁３７を開とすることが好ましい。通風路内の湿度を低下させるためである。
【００１５】
なお、本実施例のように、大気導入管３５に減圧器を設けることで圧力変動が小さく音対策に効果がある。この減圧器は、ガス富化ユニット３１よりも空気通過抵抗が小さいもので構成する。
また、大気温度とは関係なく所定時間などに基づいて間欠的に制御弁を操作することにより、新鮮な大気の室内への導入と酸素富化空気の送気とを切り替えて行うこともでき、換気扇のような根本的な換気効果は期待できないものの、準換気的な機能をもたせることも可能である。
また、本実施例では減圧ポンプを、運転又は停止で制御した場合を示したが、強弱運転などの能力制御を行ってもよい。例えば、風速が低下した場合に減圧ポンプの運転を強運転としたり、制御弁の開動作と連動させて減圧ポンプの運転を強運転とすることもできる。
【００１６】
なお、本実施例で説明した温度センサを空気調和装置の冷凍装置の制御やファン１３、２１の制御に共用することもできる。また制御装置３８は、空気調和装置の制御装置に組み込んで配置してもよい。
また本実施例では、風速センサ３９Ａを用いて説明したが、この風速センサ３９Ａに代えて、又はこの風速センサ３９Ａとともに、例えば減圧ポンプ３２にかかる負荷を電流で検知して、結露水の発生や凍結による流路閉塞を判断して動作させてもよい。
また、本実施例では、選択性ガス富化装置を居住空間の空気調和に用いる分離型の空気調和装置に適用した場合について説明したが、例えば車両用空気調和装置、一体形空気調和装置に用いてもよく、その他空気清浄機や医療用酸素富化装置、携帯用酸素富化装置、燃焼機器用酸素富化装置、冷蔵庫など鮮度保持に用いる窒素富化装置などに適用してもよい。
また、本実施例では酸素富化膜を用いたガス富化ユニットを用いて説明したが、例えば中空糸膜などの酸素富化を実現できる機能を有すればよく、この場合には、減圧ポンプに代えて加圧ポンプを用い、又は送風装置をポンプとして用いることもできる。
【００１７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、減圧ポンプから吐出口に至る通風路での結露水の発生を極力低減させ、また発生した結露水を速やかに吐出口から排出することで、凍結を防止し異常音の発生を防止することができる。
また本発明によれば、ガス富化ユニットや減圧ポンプなどの異常を早急に検知し、これらの機器の損傷を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による空気調和装置の構成図
【図２】本発明の他の実施例による空気調和装置の構成図
【図３】本実施例による制御装置３８の制御動作を示す説明図
【符号の説明】
１０室外ユニット
２０室内ユニット
３１ガス富化ユニット
３２減圧ポンプ
３３吐出口
３４酸素供給主管
３５大気導入流路
３６吐出主管
３７制御弁
３８制御装置
３９Ａ風速センサ
３９Ｂ温度センサ
４０送風管

Claims

所定のガス成分の濃度を高める機能を有するガス富化ユニットと、前記ガス成分を送出するポンプと、前記ポンプから送出した前記ガス成分を吐出する吐出口とを備えた選択性ガス富化装置であって、前記ガス富化ユニットから前記吐出口に至る通風路に風速検知手段を配置し、前記風速検知手段からの信号によって前記ポンプの運転を制御する制御装置を設けたことを特徴とする選択性ガス富化装置。
前記風速検知手段によって風速が所定値以下となったことを検知した場合には、前記ポンプの運転を停止することを特徴とする請求項１に記載の選択性ガス富化装置。
前記通風路が配設された空間の温度を検出する温度検知手段を備え、前記風速検知手段によって風速が所定値以下となったことを検知し、更に前記温度検知手段によって温度が所定値以下となったことを検知した場合には、前記ポンプの運転を停止することを特徴とする請求項１に記載の選択性ガス富化装置。
前記ポンプの上流側に外気導入管と、前記外気導入管への外気の導入を制御する制御弁とを備え、前記風速検知手段によって風速が所定値以下となったことを検知した場合には、前記制御弁を開いて外気を導入することを特徴とする請求項１に記載の選択性ガス富化装置。
前記制御弁を開放してから所定時間経過後の前記風速検知手段の信号を検知し、風速が所定値を越えない場合には、前記ポンプの運転を停止することを特徴とする請求項４に記載の選択性ガス富化装置。
前記吐出口側に拡管部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の選択性ガス富化装置。
前記風速検知手段を前記ポンプの上流側に設けたことを特徴とする請求項１に記載の選択性ガス富化装置。
前記風速検知手段を前記ポンプから前記吐出口に至る通風路に設けたことを特徴とする請求項１に記載の選択性ガス富化装置。
前記ガス富化ユニットを、空気中の酸素を優先的に通過させる酸素富化膜によって構成したことを特徴とする請求項１に記載の選択性ガス富化装置。
前記ガス富化ユニットと前記ポンプとを室外空間に配置し、前記吐出口を室内空間に配置したことを特徴とする請求項１に記載の選択性ガス富化装置。
請求項１から請求項１０のいずれかに記載の選択性ガス富化装置を備え、室外ユニットと室内ユニットから構成される空気調和装置であって、前記ガス富化ユニットと前記ポンプとを前記室外ユニットに配置し、前記吐出口を前記室内ユニットに配置したことを特徴とする空気調和装置。