JP2005265370A - 酸素富化装置及び空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】結露水が少なく、その凍結もない酸素富化装置及び空気調和機を提供する。
【解決手段】酸素の濃度を富化する酸素富化膜２と、前記酸素富化膜２の一側を減圧する減圧ポンプ３と、前記酸素富化膜２と減圧ポンプ３とを連通する流通路４とを有し、前記減圧ポンプ３を酸素の濃度が富化された空気を放出する室内機１０内に配置するもので、酸素富化膜２から減圧ポンプ３までの間は減圧され真空状態となることから、流通路４が屋外で引き回されても結露水の発生が抑えられ、冬期などに屋外が低温になるときでも凍結で流路が閉塞してしまうことがない。
【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酸素富化装置並びにそれを組みこんだ空気調和機に関するものである。

従来より、酸素富化装置や窒素富化装置など酸素富化手段を用いて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に応用されてきている。

例えば酸素濃度を向上させる酸素富化手段を、分離型空気調和機の室外機に設け、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、室内側にそれを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る。

しかし、酸素富化手段のひとつである酸素富化膜を用いた酸素富化操作では、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よく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次側の流路中でしばしば結露水が発生する。

この結露水が空気調和機の室内機から不用意に放散されて、室内を濡らしたりしないようにするために、室内機側の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発明が開示されている（例えば特許文献１参照）。
特開平５−１１３２２７号公報

しかしながら、上記従来の酸素富化装置では、少なくとも酸素富化手段の２次側において、富化空気の輸送流路が低温に暴露されると（例えば、輸送流路が屋外大気に暴露され、その大気温度が低くなった場合）輸送流路の内部で結露水が凍結して流路を閉塞してしまい、酸素富化された空気が室内に十分搬送できなくなる可能性があるという課題がある。

また、輸送流路中に結露水が発生すると、それが富化空気の流れによって流路内で「コポコポ」、「コンコン」というような空気脈動や破裂音のようなものを発生させ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るという課題もある。

更に、この結露水が逆流し、酸素富化装置内の減圧ポンプに流入すると、内部の部品の寿命に大きな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しやすくなるという課題もある。

本発明は、上記課題を解決するもので、酸素富化手段の２次側における結露水の発生を抑制し、また結露水の凍結が発生しにくい酸素富化装置およびそれを用いた空気調和機を
提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明の酸素富化装置及び空気調和機は、所定ガスの濃度を富化する酸素富化手段と、前記酸素富化手段の一方の側を減圧する減圧手段と、前記酸素富化手段と前記減圧手段とを連通する流通路とを有し、前記減圧手段は所定ガスの濃度が富化された空気を放出する第１の空間内に配置されている一方、前記酸素富化手段は所定ガスの濃度が富化された空気を放出する空間と隔てられた第２の空間に配置したことを特徴としている。

そしてこの構成によれば、酸素富化手段から減圧ポンプまでの間は減圧され真空状態となることから、簡単な構成で酸素富化膜と減圧ポンプの流通路が屋外で引き回されても結露水の発生が抑えられ、流通路内の結露水のはじける音の発生がなく、かつ冬期などの屋外が低温になるときでも凍結して流通路を閉塞させるまでに至ることがないようにすることができる。

即ち、結露水による減圧ポンプへの水侵入がなくなり減圧ポンプの破損回避にもなり、また凍結予防のための別部品が不要なので、安価な酸素富化装置を提供できる。

本発明の酸素富化装置および空気調和機では、結露水の発生が少なく、結露水が凍結して流通路を閉塞させたり、異音を発生させることがないため、好適である。

本願発明は、所定ガスの濃度を富化する酸素富化手段と、前記酸素富化手段の一側を減圧する減圧手段と、前記酸素富化手段と前記減圧手段とを連通する流通路とを有し、前記減圧手段を所定ガスの濃度が富化された空気を放出する空間内に配置するようにしたもので、酸素富化膜から減圧ポンプまでの間は減圧され真空状態となることから、酸素富化膜と減圧ポンプの流通路が屋外で引き回されても結露水の発生が抑えられ、流通路内の結露水のはじける音の発生がなく、かつ冬期などの屋外が低温になるときでも凍結することがない。したがって、結露水による減圧ポンプへの水侵入がなくなり減圧ポンプの破損回避にもなる。また凍結予防のための別部品が不要なので、安価な酸素富化装置を提供できる。

また第２の空間を屋外とすれば、特に夏季で比較的低温の場合などのように高湿の空気を吸いこんでも流路内で結露水の発生が少なく、異音の発生による不具合の確率を低減することができる。また、新鮮な外気より高濃度の酸素を得ることができる。

また、上記のような構成を空気調和機に適用し、室外空間に配置される室外機に酸素富化手段を、室内空間に配置される室内機に減圧手段をそれぞれ配置するとよい。結露水の少ない酸素富化装置により、故障もすくなく、また、室内機、室外機に内蔵されたファンを共用することで、効率良く、ガスの濃度を富化できる空気調和機を提供することができる。

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）
以下、本発明の第１の実施の形態における酸素富化装置を図１を用いて説明する。

図１は、酸素富化装置３０を組みこんだ空気調和機１を示すもので、空気調和機１は、第１の空間例えば室内に配置された室内機１１と、第２の空間たとえが室外に配置され前記室内機１１と冷媒ガスを循環させるための接続配管（図示せず）で接続された室外機１０から構成され、室内機１１はファン１３、吹出し口１４を、室外機１０は、圧縮機２０、熱交換器２２、前記熱交換機２２に風を送るファン２１をそれぞれ内蔵している。

酸素富化装置３０は、室内機１１に内蔵され減圧手段である減圧ポンプ３と、室外機１０に内蔵され高濃度の酸素を富化するガス透過膜すなわち酸素富化膜２から構成され、前記減圧ポンプ３と酸素富化膜２の二次側は、通気可能な流通路４で連結されている。

６は、室内機１１に内蔵され、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で、その先端には、酸素富化された空気を室内機１１の筐体内部またはその付近に吹き出すための吐出口７が備えられている。

なお、酸素富化膜２の１次側（大気側）に、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、酸素富化装置３０の運転に連動して動作させるようにしても良い。また、酸素富化膜２の配置構成を室外機１の送風回路内に配置し、ファン２１で、酸素富化膜２の１次側に発生する窒素富化空気を掃気するようにしてもよい。また酸素富化膜２は、室外機１０の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、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。

空気調和機１の冷凍サイクルの動作については、従来のものと同一でかつ本願発明に直接関連しないため詳細な説明は省略する。

減圧ポンプ３が運転されると矢印１５ａで示すように、外気が酸素富化膜２に流入し、酸素富化膜２を通過して酸素が富化された空気が流通路４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の内部に排出される。

以上のように、本実施の形態によれば、減圧ポンプ３が室内機１１側に設けてあるので、流通路４の内部は、運転中常に減圧され、真空状態になるため水分の蒸発が促進され、流通路４内部の結露が発生しにくい状態となり、屋外に流通路４が引き回され、外気温度が０℃以下になっても、結露水が凍結したり、凍結により管路内部が閉塞状態になることもない。したがって凍結防止に対する装置や部品を追加する必要がない。

また流通路４が折れ曲がったり、ゴミで多少塞がれても、真空で引いているので酸素富化運転が可能となり、配管工事の多少の不備に対しても問題が発生しにくい構成となる。

上記実施の形態では、酸素富化装置を、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、空気清浄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、透過膜が配置されるユニットを減圧手段が配置されているユニットと同等空間におけない場合、たとえばトイレ空間などに適用しても同様の効果を奏するものである。

（実施の形態２）
次に、本発明の第２の実施の形態における酸素富化装置を図２、３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。

図において、室外機１０には、一室を隔して酸素富化装置３０が設けられている。酸素富化装置３０は、酸素富化膜２と、減圧ポンプ３と、前記酸素富化膜２と減圧ポンプ３とを通気可能に連結する流通路４と、前記流通路４から分岐して設けられ大気を導入する大気導入部となる大気導入管５とから構成されている。なお、酸素富化膜２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、酸素富化装置３０の運転に連動して動作させるとよい。また、酸素富化膜２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、酸素富化膜２の１次側の窒素富化空気を掃気するようにしてもよい。また酸素富化膜２は、室外機１０の枠体に装着固定されてユニットとして構成しても良い。

そして、大気導入管５には更に、開閉手段として例えば電磁２方弁などからなる開閉弁８と、例えばキャピラリチューブなどの減圧器９が直列に接続されている。そして、開閉弁８の開閉は、室外機１０または室内機１１からの制御信号を受信して動作する制御装置１２によって制御される。

次に上記構成における動作、作用について説明する。

上記構成において、減圧ポンプ３が運転されると矢印１５ａで示す様に、外気が酸素富化膜２に流入し、酸素富化膜２を通過した空気が流通路４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を経て室内機１１内に送出される。

次に流通路４に設けられた大気導入管５に介装された開閉弁８の動作について説明する。開閉弁８は運転開始時の状態では閉状態になっている。減圧ポンプ３が運転され酸素富化操作が行われると、制御装置１２は、室内機１１および室外機１０からの制御信号を受けて開閉弁８を開き、矢印１５ｂで示されるように外気が開閉弁８を通過する。

開閉弁８が開くと、酸素富化運転時の流通路の内径にもよるがおよそ５倍以上の空気流量の外気が確保できることで、外気空気の供給ができることや減圧ポンプ３が配置されている室内機１１と、酸素富化膜２が配置されている室外機１０との接続確認を風速感および音ですることができる。

この制御信号は、複数の検知信号からの判断により開閉弁８を制御するものや、使用者の操作により、リモコンなどの操作手段（図示せず）から制御信号を出力して開閉弁８を制御する場合もある。

図３は本実施の形態における各部の制御状態を示すタイムチャートである。まず酸素富化運転が指示されると、運転開始の制御信号が発信され、減圧ポンプ３が運転されるとともに開閉弁８が開動作する。この開閉弁８の開動作は、使用者が外気導入ボタン（図示せず）を操作することで動作することを示す。

酸素富化運転開始時は、制御信号により開閉弁８が開操作されるが、予め設定された所定時間だけは開状態が維持され、その後閉止される。しかし使用者がリモコン（図示せず）から開信号を送信すれば、開閉弁８を再び開状態とすることができる。

開閉手段としては、上記開閉弁８のように電磁二方弁のような流路に対して開閉を行う
ものの他に、流路等に設けられた孔を開閉するものでも、更には二方弁を組み合わせたり、三方弁のようなもので酸素富化膜２から減圧ポンプ３への通気と、大気から減圧ポンプ３への通気とを切り替えることができるものであればよい。

また、大気導入管５に連通する大気吸込み口の位置は、室外機１０の外部でも内部でもよい。酸素富化膜２が屋外に配置されている場合には風雨をしのげて直接水滴がかからないような位置であったり、室内に導入するに不適当なガス（例えばＮＯｘ、ＳＯｘ、二酸化炭素など）を吸込む可能性がある場所などは避けるべきである。

また減圧ポンプ３が配置されている空間が室内の場合には、使用者の操作により、開閉弁８を開いて、室外の空気の供給を受けることができる。

また、屋内に配置される室内機１１に減圧ポンプ３が配置されているので、冬期に低外気温で起動負荷が増大し、起動不良を発生させることもなく安定的な起動ができる。また開閉弁８を減圧ポンプ３の起動時に開制御することで起動負荷が低くなりさらに運転しやすく開閉弁８を動作させるモータ（図示せず）のトルクも小さくできることから安価に構成ができることになる。

以上のように、本発明にかかる酸素富化装置は、結露水の発生が少なく、流通路での凍結による閉塞の可能性もほとんどない。従って、屋外等の低温環境に流通路がさらされ得る車両用空気調和機、燃焼機器用酸素富化装置、など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酸素富化装置を具備した空気調和機の構成概略図 本発明の第２の実施の形態を示す酸素富化装置を具備した空気調和機の構成概略図 同酸素富化装置の制御方法を示すタイムチャート

符号の説明

１ 空気調和機
２ 酸素富化膜（酸素富化手段）
３ 減圧ポンプ（減圧手段）
４ 流通路
５ 大気導入管（大気導入部）
６ 吐出主管
８ 開閉弁（開閉手段）
９ 減圧器
１０ 室外機
１１ 室内機

Claims (4)

1. 酸素富化手段と、前記酸素富化手段の一方の側を減圧して酸素富化空気を発生させる減圧手段と、前記酸素富化手段と前記減圧手段とを連通する流通路とを有し、前記減圧手段は所定ガスの濃度が富化された空気を放出する第１の空間内に配置されている一方、前記酸素富化手段は所定ガスの濃度が富化された空気を放出する空間と隔てられた第２の空間に配置したことを特徴とする酸素富化装置。
2. 室外空間に配置される室外機と、室内空間に配置される室内機とを有して構成されるとともに、酸素富化手段と、前記酸素富化手段の一方の側を減圧して酸素富化空気を発生させる減圧手段と、前記酸素富化手段と前記減圧手段とを連通する流通路とを有し、前記室外機に前記酸素富化手段を、前記室内機に前記減圧手段をそれぞれ配置したことを特徴とする空気調和機。
3. 第２の空間は屋外空間であることを特徴とする請求項１に記載の酸素富化装置。
4. 第２の空間は屋外空間であることを特徴とする請求項２に記載の空気調和機。

Images