JP2005111399A - ガス富化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】任意の空間から所定のガス富化空気が得られ、かつ結露水の発生、凍結が少ないガス富化装置を提供する。
【解決手段】酸素を富化する室内側酸素富化膜２ｂ、室外側酸素富化膜２ａと、前記室内・室外側酸素富化膜２ｂ、２ａの一側を減圧する減圧ポンプ３と、前記減圧手段３と前記室内・室外側酸素富化膜２ｂ、２ａとの連通を切り替える流路切替手段８を有するもので、空調時に流路替手段８を室外側に切り替えると、室外側から高濃度ガスを取得して室内側に供給し、流路替手段８を室内側に切り替えると、使用者は安全な空気から高濃度ガスを得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気中の所定のガスの濃度を他のガスに対して相対的に向上させるガス富化装置に関するものである。

従来より、ガス透過膜を用いて特定のガス濃度を相対的に向上させる酸素富化装置や窒素富化装置などが、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用に種々の発明がなされている。

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、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というものがあった。

しかし、ガス透過膜のひとつである酸素富化膜を用いて行う酸素富化操作では、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を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、酸素富化膜を透過した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、酸素富化膜の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。

そこで、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、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するようにしたものもある(例えば、特許文献１参照)。

このようにガス透過膜や、ＰＳＡ法など吸着材などを用いてするガス富化操作では酸素に限らず、分離装置の２次側では必然的に相対湿度が上がり、即ち空気の露点が上昇するために結露を発生しやすくなる傾向がある。

また、ユーザのニーズとして、酸素富化された空気を吸引して身体のリフレッシュを図ろうとして、酸素富化された空気を鼻や口の周辺で局所的に放出させる酸素富化装置が提案されている。このような提案では、局所の吹出しには酸素富化装置から送気チューブを介してオーディオのヘッドホンのような局所吹出しのための道具を人体に装着するようにしているものやノズル部を延長して酸素富化された空気を吸引する例もある。
特開平５−１１３２２７号公報

しかしながら、従来のガス富化装置には、次のような課題があった。

第一に少なくともガス透過膜の２次側において富化空気の輸送流路が低温化に暴露される場合（例えば、輸送流路が屋外大気に暴露され、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という問題があった
。

また、第二に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ようとする際に「コポコポ」や「コンコン」というような空気脈動や破裂音のようなものが発生してしまうことがあり、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ていた。更に、この結露水が減圧ポンプに逆流して流入すると、内部部品の寿命に影響を及ぼすと共に、万一減圧ポンプが結露水を多量に圧縮すると、液圧縮により圧縮機構が破損するという問題もあった。

また、使用者が酸素富化された空気を吸引する場合、室外側の空気から高濃度酸素を得る時に、室外側の空気に車の排気ガス等が多量に含まれていると、高濃度の酸素と同時にＮＯｘガス等の有害ガスも通過してしまい、その空気を直接人が吸引してしまうこととなる。このような場合、室内側での吹き出し部に有害ガスを除去する構成が必要となり、装置が非常に高額なものになってしまうという問題があった。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、所定のガスが富化された空気の輸送流路中において結露水の発生を極力低減させ、低外気温でも凍結させずに運転できると共に、任意の空間から所定のガスが富化された空気が得られるガス富化装置を提供することを目的とするものである。

上記従来の課題を解決するために、本発明のガス富化装置は、所定ガスの濃度を富化する複数のガス透過膜と、前記ガス透過膜の一側を減圧する減圧手段と、前記減圧手段と任意の前記ガス透過膜との連通を切り替える流路切替手段を有するもので、例えばガス透過膜を室外側と室内側に設け、流路替手段で前記ガス透過膜を切り替えるようにすれば、空調時に室外側から高濃度ガスを取得して室内側へ供給でき、使用者が高濃度ガスを吸引する場合には、室内側のガス透過膜に切り替えることで安全な空気から高濃度ガスを吸引することができる。

本発明のガス富化装置は、任意の空間から所定のガスが富化された空気が得られとともに、ガスが富化された空気の輸送流路中において結露水の発生、低外気温下での凍結もないガス富化装置を提供することができる。

第１の発明は、所定ガスの濃度を富化する複数のガス透過膜と、前記ガス透過膜の一側を減圧する減圧手段と、前記減圧手段と任意の前記ガス透過膜との連通を切り替える流路切替手段を有するもので、例えばガス透過膜を室外側と室内側に設け、流路替手段で前記ガス透過膜を切り替えるようにすれば、空調時に室外側から高濃度ガスを取得して室内側へ供給でき、使用者が高濃度ガスを吸引する場合には、室内側のガス透過膜に切り替えることで安全な空気から高濃度ガスを吸引することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の減圧手段が配置されている空間と別の空間にガス透過膜を配置するもので、例えば減圧手段を室内側に配すれば、室外側にガス透過膜を設けていても、前記ガス透過膜と連通する流路内が減圧されるので流路内での結露の発生や凍結がなく、屋外から屋内へ高濃度のガスを供給できる。また、室内側ににガス透過膜を配しても、それらは、外気に曝されないので、勿論、結露、凍結は発生しない。

第３の発明は、特に第１又は第２の発明のガス透過膜を室外空間に配し、ガス富化運転時に、前記ガス透過膜と減圧手段とを連通する流通路を減圧状態にするもので、大気温度
が低温になってきた場合でも、流通路が真空状態で減圧されているので、結露水の発生や凍結の発生は回避され、凍結防止に対する装置や部品を追加する必要がない。また、結露水の発生が抑制される事から、流通路内の結露水のはじける等の異音の発生がなく、結露水による減圧ポンプへの水侵入も回避できる。

第４の発明は、特に第１又は第２の発明の室内空間に室内側ガス透過膜を配し、室外または別の空間に前記室内側ガス透過膜に較べガス通過量が少ない室外側ガス透過膜を配したもので、使用者がガス透過膜を通過した空気を吸引するときは、酸素量より高濃度のガスを吸引できる方を選択できるようにして高濃度酸素の効果を得られるようにする。

第５の発明は、特に第１又は第２の発明の室内空間に室内側ガス透過膜を配し、室外または別の空間に前記室内側ガス透過膜に較べガス通過量が多い室外側ガス透過膜を配したもので、室内の酸素濃度を自然界と同じようにするため、酸素量が最大となるように酸素濃度より流量を増やす運転を行い複数の在室に対する酸素量の低下を防ぐ効果が得られる。

第６の発明は、特に、第１〜５の発明のいずれか１つの発明の使用者の運転操作または、使用者の近傍で使用される富化ガスの吹き出し部から発信される運転切替信号で流路切替手段を動作させるもので、使用者が富化ガスを吸引する操作を行う場合に流路切替手段を切り替えることで簡単に空調用から使用者の吸引用に切り替えることができる。

第７の発明は、特に、第１〜６の発明のいずれか１つの発明の減圧手段に連通するとともにその下流側に設けられた第２の流路切替弁と、前記第２の流路切替弁に連通するとともにガス富化空気が吸引できる吹き出し部を備えたもので、使用者が第２の流路切替弁を切り替えることで、空調用のガス富化運転と、使用者のガス吸引用のガス富化運転との切替が簡単にできる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
以下に、本発明の第１の実施の形態について図１を用いて説明する。

図１は、本実施の形態におけるガス富化装置を組み込んだ空気調和機の略図である。

図において、空気調和機は室内機１１と室外機１より構成され、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。室内機１１にはファン１３と、減圧手段の減圧ポンプ３と、室内側空気に高濃度の酸素を富化するガス透過膜すなわち室内側酸素富化膜２ｂと、流路切替弁８が具備され、一方室外機１には圧縮機２０と、熱交換器２２と、ファン２１と、室外側空気に高濃度の酸素を富化すガス透過膜である室外側酸素富化膜２ａが具備されている。

室内機１１の減圧ポンプ３は、屋外側と通気ができるように連結する酸素供給主管４ａ、室内側と通気ができるように連結する酸素供給主管４ｂがあり、酸素供給主管４ａは室外機１に具備された室外側酸素富化膜２ａが接続され、酸素供給主管４ｂには室内機１１に具備された室内側酸素富化膜２ｂが接続されている。

室内機１１では、減圧ポンプ３から吐出される酸素富化された空気が通過する吐出主管６が設けられている。なお、室内側酸素富化膜２ｂ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、減圧ポンプ３の運転に連
動して動作させるとよい。

また、室外側酸素富化膜２ａの配置構成を室外機１の送風回路内に配置し、ファン２１を共用させて、室外側酸素富化膜２ａの１次側の窒素富化空気を掃気するようにしてもよい。また室外側酸素富化膜２ａは、枠体に装着固定されてユニットとして構成しても良い。

また吐出主管６を介して酸素富化された空気が室内機１１の筐体内部またはその付近で吹き出される吐出口７を具備しており、室内機１１の筐体内の送風回路に面して吐出口７が配置された場合には、ファン１３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１４より被空調空間に送出される。

上記構成による動作、作用は以下の通りである。

なお、空気調和機の冷凍サイクルの構成及び動作については、従来のものと同じで、しかも本発明に直接関連しないため詳細な説明は省略する。

減圧器ポンプ３が運転された時に、流路切替弁８が仮に屋外側に連通する酸素供給主管４ａに切り替わっている場合、屋外の空気が矢印１５ａで示す様に室外側酸素富化膜２ａを通過して酸素供給主管４ａを通過して減圧ポンプ３に吸い込まれ、酸素富化された空気が吐出主管６を介して吐出口７より室内機１１に送出される。

この場合には、酸素供給主管４ａの内部は、減圧され、真空状態になるため水分の蒸発から酸素供給主管４ａ内部に結露が発生しにくい状態となり、屋外で酸素供給主管４ａが引き回されても結露水の凍結による酸素供給主管４ａ内部で閉塞状態に至ることがない。

次に、減圧ポンプ３が運転され、流路切替弁８が室内側に連通する酸素供給主管４ｂに切り替わっている場合、室内の空気が矢印１５ｂで示す様に室内側酸素富化膜２ｂを通過して酸素供給主管４ｂを通過して減圧ポンプ３に吸い込まれ、酸素富化された空気が吐出主管６、吐出口７を介して室内機１１に送出される。

この場合には、酸素供給主管４ｂ、吐出主管６が屋内にあるため低外気温度による結露の発生は少なく、結露水が発生しても結露水の凍結による管路内部の閉塞状態には至らない。

なお、ガス透過膜として、高濃度ガス用のもの、大流量用ものを使用すれば、高濃度ガスを利用する場合には高濃度ガスが吸引できるガス透過膜を、酸素量が欲しい場合には大流量が確保できるガス透過膜を流路切替弁にて切り替えて選択できるようにすれば、簡単に特定のガスの濃度と流量の操作ができるものである。

また、ガス透過膜を複数設け、それぞれを別の空間に配置するようにすれば、屋外屋内または屋内の別の空間とのガス透過膜を選択でき、透過膜の性能を空間別に選択できる効果がある。

（実施の形態２）
次に本発明の第２の実施の形態について、図２〜４を用いて説明する。なお、上記第１の実施の形態と同一部分については、同一符号を付してその説明を省略する。

本実施の形態は、第１の実施の形態のものとは、減圧ポンプ３の下流側の構成のみ異なるものである。

すなわち、室内機１１において、減圧ポンプ３から吐出される酸素富化された空気が通過する吐出主管６の下流側に第２の流路切替弁９が設けられ、その第２の流路切替弁９の吹き出し側は、吹出分岐主管６ｂ、６ｃに連通されている。なお、室内側酸素富化膜２ｂ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、減圧ポンプ３の運転に連動して動作させるとよい。

また吐出主管６を介して酸素富化された空気が室内機１１の筐体内部またはその付近で吹き出される吐出口７ｂ、７ｃを具備しており、室内機１１の筐体内の第２の流路切替弁９の切替により、吐出分岐主管６ｂに減圧ポンプ２の吹き出された空気が通過する場合は、吐出口７ｂより吐出された空気はファン１３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１４より被空調空間に送出される。また第２の流路切替弁９の切替により、吐出分岐主管６ｃに減圧ポンプ３の吹き出された空気が通過する場合は、空気は吐出口７ｃ、吸引主管１９を経て、使用者１８の近傍に設けた高濃度の酸素を吹き出す吹き出し部１６に送られる。

次に上記構成による動作、作用を説明する。なお、基本的なガス富化運転は第１の実施の形態と同一なので、その説明を省略し、第２の流路切替弁９の動作、作用について述べる。

図３は、本実施の形態において、酸素富化空気を室外側から得る場合と、室内側から得る場合の切り換えを示すタイムチャートで、まず空調用として室外から高濃度の酸素を得る酸素富化運転が開始され、次に使用者による遠隔操作により、室内空気からの高濃度酸素の摂取に切り替わる制御動作を示している。

次に、図２を用いて使用者が高濃度の酸素を吸引する場合についてのべる。

使用者１８が遠隔装置１７または吹き出し部１６の操作により制御信号を送ると、流路切替弁８および第２の流路切替弁９が切り替わり、室内空気から高濃度酸素を取得するように矢印１５ｂで示すように室内側酸素富化膜２ｂを通過した空気が酸素供給主管４ｂを通過して減圧ポンプ３に吸い込まれ、酸素富化された空気が吐出分岐主管６ｃを介して吸引部主管１９を通過して吹き出し部１６から高濃度酸素が吹き出される。

この制御信号は、使用者の操作以外に、吹き出し部１６の人体装着による信号送信や複数の検知信号からの判断により流路切替弁８、第２の流路切替弁９を制御するようにしても良い。

図４は本実施の形態での制御動作を示すタイムチャートである。まず空調用としての酸素富化運転が運転され、使用者操作による遠隔操作により吹き出し部１６からの高濃度酸素の摂取に切り替わる制御動作を示す。

なお、上記流路切替手段８、第２の流路切替手段９は、３方弁で流路を切り替えるものや複数設けられた室内側、室外側酸素富化膜４ｂ、４ａに応じて二方弁を配置して、二方弁の開閉操作で流路を切り替えることができるものでもよい。

また、上記実施の形態では、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機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機等に用いた場合はもとより、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に適用しても同様の効果を奏するものである。
以上のように、本発明にかかるガス富化装置は、任意の空間からガス富化空気が得られ
るとともに、結露水の発生、凍結が少ないので、空気調和機に限らず、車両用空気調和機、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にも適用可能なものである。

本発明の第１の実施の形態を示すガス富化装置を具備した空気調和機の構成概念図 本発明の第２の実施の形態を示すガス富化装置を具備した空気調和機の構成概念図 同ガス富化装置の制御例を示す示すタイムチャート 同ガス富化装置の他の制御例を示す示すタイムチャート

符号の説明

１ 室外機
２ａ 室外側酸素富化膜(室外側ガス透過膜)
２ｂ 室内側酸素富化膜(室内側ガス透過膜)
３ 減圧ポンプ(減圧手段)
４ａ 酸素供給主管（室外側)
４ｂ 酸素供給主管（室内側）
６ 吐出主管
７ｂ 吹出口
７ｃ 吹出口
８ 流路切替弁(流路切替手段)
９ 第２の流路切替弁(第２の流路切替手段)
１１ 室内機
１６ 吹き出し部
１７ 遠隔装置

Claims (7)

1. 所定ガスの濃度を富化する複数のガス透過膜と、前記ガス透過膜の一側を減圧する減圧手段と、前記減圧手段と任意の前記ガス透過膜との連通を切り替える流路切替手段を有することを特徴とするガス富化装置。
2. 減圧手段が配置されている空間と別の空間にガス透過膜を配置することを特徴とする請求項１記載のガス富化装置。
3. ガス透過膜を室外空間に配し、ガス富化運転時に、前記ガス透過膜と減圧手段とを連通する流路を減圧状態にすることを特徴とする請求項１又は２記載のガス富化装置。
4. 室内空間に室内側ガス透過膜を配し、室外または別の空間に前記室内側ガス透過膜に較べガス通過量が少ない室外側ガス透過膜を配したことを特徴とする請求項１又は２項記載のガス富化装置。
5. 室内空間に室内側ガス透過膜を配し、室外または別の空間に前記室内側ガス透過膜に較べガス通過量が多い室外側ガス透過膜を配したことを特徴とする請求項１又は２記載のガス富化装置。
6. 使用者の運転操作または、使用者の近傍で使用される富化ガスの吹き出し部から発信される運転切替信号で流路切替手段を動作させることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載のガス富化装置。
7. 減圧手段に連通するとともにその下流側に設けられた第２の流路切替弁と、前記第２の流路切替弁に連通するとともにガス富化空気が吸引できる吹き出し部を備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載のガス富化装置。

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