JP2005155990A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】締め切られた室内においても酸素濃度を向上させることができるものである。
【解決手段】空気中の酸素分子を優先的に通過させる酸素富化膜２と、この酸素富化膜２を介して空気を吸引し得られた酸素富化空気を排気する減圧ポンプ３と、空気を加圧し酸素富化膜２へ供給する加圧ポンプ４とを具備しており、減圧ポンプ３から排気された酸素富化空気を室内に供給される。これによって、減圧ポンプに高い性能を要求することなく、事務所などの広い空間に酸素富化された空気を安定して供給できるものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気調和機に関し、より詳細には、締め切られた室内においても酸素濃度を向上させることができる空気調和機に関するものである。

従来、空気調和機を運転して室内の空気調和を行う場合、その室内の居住者の呼吸や喫煙などによって生じる酸素欠乏、炭酸ガスの増加を防止する手段として、従来から、室内空気の一部を室外へ送り出し、別の経路から室外空気を取り入れる、いわゆる換気が行われている。

この換気装置としては、一般に、ファンを使用した換気扇が用いられている。

ところが、換気を行うと、空気調和機によって好適な温度に保持された室内空気が室外へ放出されることになり、熱効率が悪くなるという欠点があった。

そこで、排出する空気量を極力減少し、しかも室内の空気中の酸素濃度を適正に維持するため、酸素富化膜を取付けている（例えば、特許文献１参照）。

図５は、特許文献１に記載された従来の空気調和機を示すものである。図５に示すように室内機２５および室外機２６を有した空気調和機において、空気吸込口２７と室外排気口２８とを有する空気流通路２９に、酸素富化膜３０を介して空気吸込室３１の反対側に減圧室３２を形成するようにした酸素濃縮機３３と、前記空気吸込口２７からの空気を前記酸素富化膜３０へ導き、酸素富化された空気を前記減圧室３２から室内機２５の室内ファン３４へ吐出する送風ブロア３５と、前記酸素濃縮機３３の前記室外排気口２８側に位置し室外熱交換器３６を介して前記室外排気口２８から吸気する室外ファン３７とを備え、前記室外ファン３７の運転時に、前記酸素濃縮機３３の前記酸素富化膜３０表面の空気を流動させるようにして、前記送風ブロア３５により酸素富化された空気を室内機２５に送出していた。
特公平７−１０９３１３号公報

しかしながら、上記従来の構成では、所定の酸素濃度を所定の空気流量で排気するための減圧室３２性能は、酸素富化膜３０と送風ブロア３５の能力で決定し、減圧室３２の圧力は低いほど、高酸素濃度は得られるが、比例して流量が落ち、また、流量を多くするために減圧室３２の圧力を高くすると酸素濃度が下がるため、特に事務所などの広い空間に酸素富化された空気を供給するには、送風ブロア３５に高い性能を要求しなければならないという課題を有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、酸素富化能力を低下させることなく、事務所などの広い空間に、所定の酸素濃度で所定の空気流量を供給することができる、コンパクト、省スペースで、かつ経済的な空気調和機を提供するものである。

上記課題を解決するため、本発明の空気調和機は、空気中の酸素分子を優先的に通過させる酸素富化膜と、この酸素富化膜を介して空気を吸引し得られた酸素富化空気を排気する減圧ポンプと、空気を加圧し前記酸素富化膜へ空気を供給する加圧ポンプとを具備して
おり、前記減圧ポンプから排気された酸素富化空気を室内に供給されるようになっている。

この構成によって、減圧ポンプに高い性能を要求することなく、事務所などの広い空間に酸素富化された空気を安定して供給することができる。

本発明の空気調和機は、加圧ポンプにより加圧した空気を、減圧ポンプにより酸素富化膜を介して酸素富化空気にして排気し、室内に供給するものである。

また、本発明の空気調和機は、前記減圧ポンプから排気された前記酸素富化空気を室内に供給する室内供給配管を備えているものである。

また、本発明の空気調和機は、前記酸素富化膜と前記減圧ポンプとを連結する吸引連結管には外気を導入する手段を有しており、前記酸素富化空気と外気とが室内に供給されるものである。

また、本発明の空気調和機は、前記減圧ポンプから排気された前記酸素富化空気と同時に排出される水分が過飽和となって発生する水滴を受ける受け皿を兼ねる水分離箱を備えているものである。

また、本発明の空気調和機は、空気を吸引する吸引接続口と、前記酸素富化膜に供給され酸素が減少された前記酸素富化膜を透過しなかった排気空気を排出する排出接続口と、前記減圧ポンプから排気された前記酸素富化空気を取出す酸素接続口とを装備する酸素富化ユニットを備えているものである。

第１の発明は空気中の酸素分子を優先的に通過させる酸素富化膜と、前記酸素富化膜を介して空気を吸引し得られた酸素富化空気を排気する減圧ポンプと、空気を加圧し前記酸素富化膜へ空気を供給する加圧ポンプとを具備することにより、酸素富化膜を通過して減圧ポンプから排出される空気は、前記酸素富化膜により、酸素に富んだ空気となって室内に供給されるので、その室内の居住者の呼吸や喫煙などによって生じる酸素欠乏を防止することができる。また、前記酸素富化膜は、その表面から窒素分子、酸素分子、ヘリウム原子、メタン分子、水分子といった比較的小さな分子を透過させるものの、大きな分子はほとんど透過できない無孔質性であるので、屋外空気を取り込んだ場合でも、その異臭やチリが室内に漂うこともない。

また、前記酸素富化膜は、減圧室と加圧室との圧力差で、空気中の各分子の透過率を決定するが、前記加圧ポンプにより、前記加圧室を大気圧に比べ高くすることで、前記減圧室の圧力を高くすることができ、前記減圧ポンプの性能を小さくすることができる。さらに、前記減圧ポンプは、吸引圧力を小さくすることにより吸引流量を増加させることができることは、承知の事実であり、このことにより、酸素富化空気の流量を増大させることができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の前記減圧ポンプから排気された前記酸素富化空気を室内に供給する室内供給配管を備えることにより、前記酸素富化膜、前記減圧ポンプ、前記加圧ポンプ、および、それらを接続する吸引連結管、加圧連結管の置場所の制約をなくすことができ、屋外等に設置することができる。また、前記減圧ポンプ、前記加圧ポンプを屋外に設置することにより、ポンプ特有の運転音が室内に届かない。という防音効果を出すことができる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明の前記酸素富化膜と前記減圧ポンプとを連結する吸引連結管には外気を導入する手段を有することにより、酸素富化空気の供給と、通常の空気の供給とを切り替えることができる。そのため、酸素富化空気と同時に発生する水分子、および、水分子が過飽和となって発生した水滴が付着する前記減圧ポンプ内部や吸引連結管内面および、室内供給配管内面の乾燥手段として、通常の空気を供給する乾燥運転に切り替えることができる。なお二方切換弁の切換手段としては、時限制御する二方切換弁を使用することが考えられる。

第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明の前記減圧ポンプから排気された前記酸素富化空気と同時に排出される水分が過飽和となって発生する水滴を受ける受け皿を兼ねる水分離箱を備えることにより、前記水分離箱に導入された酸素富化空気は、前記水分離箱内で急減圧されて酸素富化空気と同時に発生する水分子が過飽和となって水滴が生成されが、前記水分離箱内下面で保持される。そして、気体の状態である酸素富化空気は、酸素富化空気接続口を経由して空気調和機に供給することができる。

第５の発明は、特に、第１〜４のいずれか１つの発明の空気を吸引する吸引接続口と、前記酸素富化膜に供給され酸素が減少された前記酸素富化膜を透過しなかった排気空気を排出する排出接続口と、前記減圧ポンプから排気された前記酸素富化空気を取出す酸素接続口とを装備する酸素富化ユニットを備えることにより、吸引接続口から導入された空気を前記加圧ポンプの一端より吸引し、前記加圧ポンプの他端に連結された加圧連結管を介して加圧室に加圧された空気として送り込まれ、そして、酸素富化膜に供給され酸素が減少された酸素富化膜を透過しなかった排気空気が、排出接続口より排出され、また、酸素接続口からは、酸素富化膜を介して得られた、減圧ポンプの他端より排出される酸素富化空気を供給することができるため、空気調和機とは別の設置場所に据え付けることができる。しかも、酸素富化膜と、減圧ポンプと、加圧ポンプと、それらを連結する連結管類の構成だけなので、容量に見合ったコンパクトな大きさで、造ることができる。

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）
図１は、本発明の実施の形態１における空気調和機の概要を示す図である。図１に示される空気調和機１は、空気中の酸素分子を優先的に通過させる酸素富化膜２と、この酸素富化膜２を介して空気を吸引すると共に、この吸引により得られた酸素富化空気を排気する減圧ポンプ３と、空気を加圧し酸素富化膜２へ供給する加圧ポンプ４とを具備している。そして、酸素富化膜２と減圧ポンプ３との間は酸素富化膜２の減圧室５に吸引連結管６によって連結されている。また、加圧ポンプ４は酸素富化膜２の加圧室７に加圧連結管８によって連結されている。

減圧ポンプ３は酸素富化膜２を介して空気を吸引しようとするため、減圧室５は、減圧ポンプ３の一端９に連結された吸引連結管６を介して減圧状態となる。また、加圧ポンプ４は一端１０を大気に開放しており、この一端１０から導入された空気を圧縮して加圧ポンプ４の他端１１に排出し、この他端１１に連結された加圧連結管８を介して加圧室７は、加圧状態となる。

酸素富化膜２は、減圧室５と加圧室７の圧力差により、その表面から窒素分子、酸素分子、ヘリウム原子、メタン分子、水分子といった比較的小さな分子を透過させて吸引連結管６にそれら分子を排出するが、これらの分子が酸素富化膜２を透過する際の速度が各分子により異なっている。一例を挙げると、１単位質量の窒素分子が酸素富化膜２を通過す
る間に、約２．５単位質量の酸素分子および約２２単位質量の水分子が酸素富化膜２を通過する。という酸素富化膜２が、松下電器産業株式会社から商品名「気体分離膜」として入手することができる。

この酸素富化膜２を通過した酸素富化空気が、吸引連結管６より減圧ポンプ３の一端９に吸引され、減圧ポンプ３の他端１２より排出される。この他端１２は、空気調和機１の室内空気吸込み経路に接続されており、空気調和機１より温調された酸素富化空気を室内に供給する。

このように、本発明においては、空気調和機１に送り込まれ、酸素富化膜２を通過して減圧ポンプ３から排出される空気は、酸素富化膜２により、酸素に富んだ空気となって室内に供給されるので、その室内の居住者の呼吸や喫煙などによって生じる酸素欠乏を防止することができる。また、酸素富化膜２は、その表面から窒素分子、酸素分子、ヘリウム原子、メタン分子、水分子といった比較的小さな分子を透過させるものの、大きな分子はほとんど透過できない無孔質性であるので、屋外空気を取り込んだ場合でも、その異臭やチリが室内に漂うこともない。

また、酸素富化膜２は、減圧室５と加圧室７との圧力差で、空気中の各分子の透過率を決定するが、加圧ポンプ４により、加圧室７を大気圧に比べ高くすることで、減圧室５の圧力を高くすることができ、減圧ポンプ３の性能を小さくすることができる。さらに、減圧ポンプ３は、吸引圧力を小さくすることにより吸引流量を増加させることができることは、承知の事実であり、このことにより、酸素富化空気の流量を増大させることができる。

（実施の形態２）
図１は、本発明の実施の形態２における空気調和機の概要を示す図である。同図において、実施の形態１で説明した部分については同じ符号を用い説明を省略する。

減圧ポンプ３の他端１２と空気調和機１の室内空気吸込み経路との間は、室内供給配管１３によって連結されている。

室内供給配管１３から空気調和機１に供給される酸素富化空気は、空気調和機１の室内空気吸込み経路より空気調和機１の熱交換器（図示せず）を経て室内に吹出されるため、温調された酸素富化空気を室内に供給することができる。

このように、本発明においては、減圧ポンプ３の他端１２と空気調和機１の室内空気吸込み経路は室内供給配管１３で連結されているので、酸素富化膜２、減圧ポンプ３、加圧ポンプ４、および、それらを接続する吸引連結管６、加圧連結管８の置場所の制約をなくすことができ、屋外等に設置することができる。また、減圧ポンプ３、加圧ポンプ４を屋外に設置することにより、ポンプ特有の運転音が室内に届かない。という防音効果を出すことができる。

（実施の形態３）
図２は、本発明の実施の形態３における空気調和機の概要を示す図である。同図において、実施の形態１および２で説明した部分については同じ符号を用い説明を省略する。

酸素富化膜２と減圧ポンプ３とを連結する吸引連結管６の途中には、二方切換弁１４が接続されている。この二方切換弁１４の集合端１５は、減圧ポンプ３の一端９に連結されている。また、二方切換弁１４の分岐側端の一方である酸素端１６は、酸素富化膜２の減圧室５に連結されている。また、二方切換弁１４の分岐側端の他方である外気端１７は、
空気を直接外気から採り入れる外気採り入れ口になっている。

二方切換弁１４は、通常、集合端１５と酸素端１６が導通している。この時には、集合端１５と外気端１７との間は閉じられている。つまり、減圧ポンプ３と酸素富化膜２が導通状態で連結されており、外気端１７は閉じている。この状態で減圧ポンプ３が空気を吸引した場合、酸素富化膜２を介して空気を吸引するため、酸素富化膜２を通過した酸素富化空気が、吸引連結管６より減圧ポンプ３の一端９に吸引され、減圧ポンプ３の他端１２より排出される。

また、二方切換弁１４は、切換手段の操作により、集合端１５と外気端１７が導通となる。この時には、集合端１５と酸素端１６との間は閉じられる。つまり、減圧ポンプ３と外気採り入れ口である外気端１７が導通状態で連結されており、酸素端１６は閉じている。この状態で減圧ポンプ３が空気を吸引した場合、外気端１７から直接外気を吸引するため、通常の空気が、吸引連結管６より減圧ポンプ３の一端９に吸引され、減圧ポンプ３の他端１２より排出される。

このように、本発明においては、酸素富化膜２と減圧ポンプ３とを連結する吸引連結管６の途中に、二方切換弁１４の集合端１５を減圧ポンプ３に、二方切換弁１４の酸素端１６を酸素富化膜２に、二方切換弁１４の外気端１７は外気に接続されているので、二方切換弁１４の切換手段の操作により、酸素富化空気の供給と、通常の空気の供給とを切り替えることができる。そのため、前述した如く、酸素富化空気と同時に発生する水分子、および、水分子が過飽和となって発生した水滴が付着する減圧ポンプ３内部（図示せず）や吸引連結管６内面および、室内供給配管１３内面の乾燥手段として、通常の空気を供給する乾燥運転に切り替えることができる。なお、二方切換弁１４の切換手段としては、時限制御する二方切換弁を使用することが考えられる。

（実施の形態４）
図３は、本発明の実施の形態４における空気調和機の概要を示す図である。同図において、実施の形態１および２で説明した部分については同じ符号を用い説明を省略する。

減圧ポンプ３の他端１２に連結された室内供給配管１３は、水分離箱１８に導入されている。この水分離箱１８は小部屋になっていて、減圧ポンプ３の他端１２から排出される酸素富化空気が大気圧に急膨張する箱である。また、この水分離箱１８の下面１９は、水を保持できる構造になっている。そして、この水分離箱１８の下面以外の少なくとも１面には、酸素富化空気接続口２０が設けられており、空気調和機１の室内空気吸込み経路に接続して、酸素富化空気を室内に供給する。

水分離箱１８に導入された酸素富化空気は、水分離箱１８内で急減圧することにより、酸素富化空気と同時に発生する水分子が過飽和となって水滴が生成される。この水滴は、水分離箱１８内下面１９で保持される。そして、気体の状態である酸素富化空気は、酸素富化空気接続口２０を経由して空気調和機１に供給される。

このように、本発明においては、室内供給配管１３に接続した小部屋状の水分離箱１８によって、酸素富化空気と同時に発生する水分子を、過飽和状態の水滴に生成し、分離、保持することができる。

（実施の形態５）
図４は、本発明の実施の形態５における空気調和機の概要を示す図である。同図において、実施の形態１および２で説明した部分については同じ符号を用い説明を省略する。

加圧ポンプ４の一端１０に連結された空気取入れ用の吸引接続口２１と、酸素富化膜２に供給され酸素が減少された酸素富化膜２を透過しなかった排気空気を排出する排出接続口２２と、減圧ポンプ３の他端１２に連結され、減圧ポンプ３より排出される酸素富化空気を取出す酸素接続口２３とを有し、内部に酸素富化膜２と、減圧ポンプ３と、加圧ポンプ４と具備している酸素富化ユニット２４を装備している。

酸素富化ユニット２４は、吸引接続口２１から導入された空気を加圧ポンプ４の一端１０より吸引し、加圧ポンプ４の他端１１に連結された加圧連結管８を介して加圧室７に加圧された空気として送り込まれる。そして、酸素富化膜２に供給され酸素が減少された酸素富化膜２を透過しなかった排気空気が、排出接続口２２より排出される。また、酸素接続口２３からは、酸素富化膜２を介して得られた、減圧ポンプ３の他端１２より排出される酸素富化空気を供給している。

このように、本発明においては、酸素富化空気を酸素富化ユニット２４で作るため、空気調和機とは別の設置場所に据え付けることができる。しかも、酸素富化膜２と、減圧ポンプ３と、加圧ポンプ４と、それらを連結する連結管類の構成だけなので、容量に見合ったコンパクトな大きさで、造ることができる。

以上のように、本発明にかかる空気調和機は、酸素富化空気を供給することが可能となるので、酸素健康器具・焼却炉・燃料電池等の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１および２における空気調和機の概要図 本発明の実施の形態３における空気調和機の概要図 本発明の実施の形態４における空気調和機の概要図 本発明の実施の形態５における空気調和機の概要図 従来の空気調和機における概略構成図

符号の説明

２ 酸素富化膜
３ 減圧ポンプ
４ 加圧ポンプ
１３ 室内供給配管
１４ 二方切換弁
１８ 水分離箱
２１ 吸引接続口
２２ 排出接続口
２３ 酸素接続口
２４ 酸素富化ユニット

Claims (5)

1. 空気中の酸素分子を優先的に通過させる酸素富化膜と、前記酸素富化膜を介して空気を吸引し得られた酸素富化空気を排気する減圧ポンプと、空気を加圧し前記酸素富化膜へ空気を供給する加圧ポンプとを具備しており、前記減圧ポンプから排気された前記酸素富化空気を室内に供給することを特徴とする空気調和機。
2. 減圧ポンプから排気された酸素富化空気を室内に供給する室内供給配管を備えていることを特徴とする、請求項１に記載の空気調和機。
3. 酸素富化膜と減圧ポンプとを連結する吸引連結管には外気を導入する手段を有しており、酸素富化空気と外気とが室内に供給されることを特徴とする、請求項１または２に記載の空気調和機。
4. 減圧ポンプから排気された酸素富化空気と同時に排出される水分が、過飽和となって発生する水滴を受ける受け皿を兼ねる水分離箱を備えていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の空気調和機。
5. 空気を吸引する吸引接続口と、酸素富化膜に供給され酸素が減少された酸素富化膜を透過しなかった排気空気を排出する排出接続口と、減圧ポンプから排気された酸素富化空気を取出す酸素接続口とを装備する酸素富化ユニットを備えていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の空気調和機。

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