JP2005532165A - 酸素富化空気供給装置 - Google Patents

Abstract

酸素富化空気を供給するための装置は、互いに離隔されその周囲の空気を酸素富化空気及び窒素富化空気に分離するための中空膜ユニットと、分離膜ユニットを通して周囲の空気を吸入して内部に吸い込み、前記酸素富化空気を提供するための真空ポンプと、酸素富化空気を吐出するための酸素富化空気吐出ユニットとを含む。各々の中空分離膜ユニットは、大体薄い立方体形状であり、真空ポンプ及び酸素富化空気吐出ユニットは互いに連通している。

Description

本発明は、酸素富化空気供給装置に関し、特に、空気調和機、空気清浄器などのような空気処理機構に適宜な酸素富化空気供給装置に関する。

空気処理機構、例えば空気調和機は、密閉された部屋で空気を処理するために広く用いられている。しかし、部屋が密閉された状態で長時間維持されると、多用な副作用、例えば呼吸困難、頭痛、記憶力減退などが室内の人々に発生することがある。

このような問題を改善するために、室内に酸素富化空気を供給する装置が開発されている。この内一つが米国特許登録番号６，４２７，４８４「酸素富化機構を備えた空気調和機」に開示されている。

図１及び２を参照すれば、従来の酸素富化空気供給機の概略図及び酸素富化空気供給機に含まれる分離機５０の横断面図が示される。

図１に示すように、酸素富化空気供給機は、空気圧縮機１０と、消音器２０と、第１及び第２フィルタ組立体３０、４０と、酸素富化空気分離機５０と、空気圧縮機１０、消音器２０、第１及び第２フィルタ組立体３０、４０、酸素富化空気分離機５０を互いに連結するための連結管６０と、酸素富化空気排出管７０とを含む。

空気圧縮機１０は、空気調和機（図示せず）の室外ユニット（図示せず）の一側に取り付けられて、室外から流入される空気を圧縮する。

消音器２０は、空気圧縮機２０の吸入ユニット（図示せず）の近くに提供され、外部空気が空気圧縮機１０に流入される時に生成される騒音を減少させる。

第１及び第２フィルタ組立体３０、４０は、空気圧縮機１０と酸素富化空気分離機５０との間に位置する連結管６０に取り付けられて、空気圧縮機１０によって圧縮された空気に含まれた不純物を取り除く。さらに、第１フィルタ組立体３０は空気圧縮機１０から生成された圧縮空気の脈動圧を除去し、第２フィルタ組立体４０は圧縮された空気から凝縮水を除去する。

図２を参照すれば、酸素富化空気分離機５０は、本体５１、複数の分離膜５７及び圧力維持手段として作動する毛細管５８を含む。本体５１は、中空のシリンダー状の部材であり、分離膜５７は一対の隔壁８０を用いて本体５１内に収容される。それぞれの分離膜５７は、二つの開放端を有するシリンダー状のチューブである。本体５１の内部は、隔壁８０及び分離膜５７によって、分離膜５７の内部と連通された第１空間５２及び分離膜５７の外部と連通される第２空間５３に分けられる。さらに、本体５１は、それぞれ第１空間５２と連通する酸素富化空気入口５４及び窒素富化空気出口５５、並びに第２空間５３と連通する酸素富化空気出口５６を有する。接続口５４、５５、５６は、それぞれ連結管６０、毛細管５８及び酸素富化空気排出管７０に連結される。

酸素富化空気供給機は、手動作動モードまたは自動作動モードで酸素富化空気供給機能が選択されると起動する。

酸素富化空気の供給は、空気圧縮機１０の作動によって始まる。室外から空気が消音器２０を通過した後、空気圧縮機１０に流入して圧縮される。この間、消音器２０は、空気が空気圧縮機１０に流入される際に生成する騒音を減少させる。圧縮された空気が連結管６０を通して酸素富化空気分離機５０に流入される。圧縮された空気が連結管６０を通過する間、第１及び第２フィルタ組立体３０、４０は、圧縮された空気から不純物及び凝縮水を除去する。

従って、不純物が除去された空気が酸素富化空気分離機５０に酸素富化空気入口５４を通じて流入される。その後、流入された空気は、第１空間５２の一側から他側に移動する。この間、空気の一部が分離膜５７を通過し、第１空間５２から第２空間５３に移動する。そして、残りの空気は第１空間５２に留まる。分離膜５７を通過する空気は酸素富化空気であり、第１空間に残る空気は窒素富化空気である。酸素富化空気は、酸素富化空気出口５６及び酸素富化空気排出管７０を通して室内に排出されるが、窒素富化空気は、窒素富化空気出口５５及び毛細管５８を通して室外に排気される。

このような酸素富化装置において、分離作動の駆動力としての圧縮機が分離機の導入部側に配置されているため、普通の空気の酸素富化空気への分離効率が低い。

また、分離機は複雑な構造だけでなく、シリンダー状を有しているため、分離機の製造が難しい。また、隔壁と本体との間及び／又は隔壁と分離膜との間にシーリングを行うことが複雑で、非効率的である。

米国特許登録番号６，４２７，４８４

従って、本発明の主な目的は、大気から酸素富化空気を分離する分離効率が向上された酸素富化供給装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、簡単に製造できる分離機を有する酸素富化供給装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の一様態によると、互いに離隔されており、その周囲の空気を酸素富化空気及び窒素富化空気に分離するための一つ以上の中空膜ユニットと、前記一つ以上の分離膜ユニットを通して前記周囲の空気を吸い込んで前記酸素富化空気を提供するための酸素富化空気吸入手段と、前記酸素富化空気を吐出するための酸素富化空気吐出ユニットとを含む酸素富化空気を供給するための装置が提供される。

図３及び図４によると、本発明による酸素富化空気を供給するための装置の概略図及び図３の「A」の拡大図がそれぞれ図示される。

図３に示すように、本発明の酸素富化空気供給装置は、分離機１１０、分離機１１０と連結された真空ポンプ１２０、及び真空ポンプ１２０と連通する酸素富化空気吐出ユニット１３０を含む。

分離機１１０は、周囲の空気を酸素富化空気と窒素富化空気に分離するための一つ以上の中空分離膜ユニット１１１、及び分離膜ユニット１１１を真空ポンプ１２０に連結させるための連結空間１１３を含む。薄い立方体状の分離膜ユニット１１１は、互いに平行に離隔されており、空気中の他の元素に比べて酸素の選択的透過性の高い材料、例えばシリコン系、オレフィン系、フッ素系又はフェニレンエーテル系ポリマーから作られる。図４に示すように、各々の分離膜ユニット１１１は、開放端１１１ａ及び閉鎖端１１１ｂを有し、連結空間１１３は開放端１１１ａを通して分離膜ユニット１１１の内部空間と連通する。図３に戻ると、分離機１１０は分離膜ユニット１１１によって分離された窒素富化空気を除去し、そこに新鮮な空気を供給するための送風機１１５、及び分離膜ユニット１１１に取り付けられた枠１１７をさらに含むことができる。送風機１１５は、枠１１７を通して、分離膜ユニット１１１に取り付けられて分離膜ユニット１１１の近くの窒素富化空気を除去する。

第１酸素富化空気通路１１９を通して連結空間１１３と連通する真空ポンプ１２０は、分離膜ユニット１１１を通してその周囲の空気を吸入して内部に吸い込み、周囲の空気から分離された酸素富化空気を提供する。

酸素富化空気吐出ユニット１３０は、第２酸素富化空気通路１２１を通して真空ポンプ１２０と連通する。酸素富化空気吐出ユニット１３０は、酸素富化空気を所望の場所で吐出する役割を果たす。

本発明は、真空ポンプ１２０によって誘発された振動を減衰するための振動減衰機構１４０をさらに含むことができる。振動減衰機構１４０は、真空ポンプ１２０と酸素富化空気吐出ユニット１３０との間の第２酸素富化空気通路１２１に取り付けられる。また、図５に示すように、振動減衰機構１４０は、一対の振動減衰管１４１及びこの間に提供された連結チューブ１４６を含む。各々の振動減衰管１４１は、４つの連続的な直径部１４２〜１４５を有し、直径部１４３〜１４５はその直径が互いに異なる。すなわち、第１直径部１４２は第２酸素富化空気通路１２１の直径より大きい直径を有し、第２直径部１４３は第１直径部１４２の直径より小さい直径を有し、第３直径部１４４は第２直径部１４３の直径と第１直径部１４２の直径との間の範囲にある直径を有し、第４直径部１４５は第２直径部１４３の直径より小さい直径を有する。連結チューブ１４６は第４直径部１４５の直径より小さい直径を有し、振動減衰管１４１の第４直径部１４５の間に配置される。このような直径の漸進的な変化は振動の減衰効果を高めることができ、また振動減衰機構への損傷を最小化することができる。

前記説明において、振動減衰パイプ１４１は、円形のものをもって説明したが、多角形状でも良い。

本発明は、所望の位置に芳香物質を選択的に提供するための芳香物質添加ユニット１５０を含む。この場合、芳香物質添加ユニット１５０は、以下に説明するような第４酸素富化空気通路１７０（図３参照）と連通する。

芳香物質添加ユニット１５０は、第２酸素富化空気通路１２１と酸素富化空気吐出ユニット１３０との間に取り付けられる。図６Ａに示すように、芳香物質添加ユニット１５０は、酸素富化空気と混合される芳香物質を内包する物質１５３を有する芳香ケーシング１５１、選択的に酸素富化空気を芳香ケーシング１５１に流入するための選択的コミュニケータ１５５、例えばオンオフ弁或いは電磁弁、及び酸素富化空気と酸素富化空気吐出ユニット１３０に提供される芳香物質との混合物の量を調節、又は制御するための調節器１５７を含む。芳香物質添加ユニット１５０は、第１及び第２カップリング１６１及び１６５をさらに含む。第１カップリング１６１は、３つのポートを有し、第１、第２及び第３ポート１６２〜１６４は、それぞれ第２酸素富化空気通路１２１、以下に説明されるような第３酸素富化空気通路１５９の一端、及び芳香ケーシング１５１の一端と連通する。同様に、第２カップリング１６５は３つのポートを有し、第４、第５及び第６ポート１６６〜１６８は、それぞれ芳香ケーシング１５１の他端、第３酸素富化空気通路１５９の他端、そして酸素富化空気吐出機構に連結された第４酸素富化通路１７０と連通する。選択的コミュニケータ１５５及び調節器１５７は、それぞれ第３ポート１６４と芳香ケーシング１５１との間に、そしてケーシング１５１と第４ポート１６６との間に提供される。選択的コミュニケータ１５５が作動されると、第２酸素富化空気通路１２１は芳香ケーシング１５１と連通する。もしそうではなければ、第２酸素富化空気通路１２１は芳香ケーシング１５１と連通しない。芳香物質内蔵物質１５３は、例えばＮｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｕ−Ｚｎ合金などのような多孔物質を芳香性物質に浸漬することによって製造される。

酸素富化供給装置の作動について説明する。

真空ポンプ１２０が作動を始めると、分離膜ユニット１１１の周囲の空気が分離膜ユニット１１１を通して吸入されて、窒素富化空気及び酸素富化空気に分離される。窒素富化空気は分離膜ユニット１１１の近くに残る。必要であれば、窒素富化空気が送風機１１５の稼動によって除去される。酸素富化空気は、分離膜ユニット１１１の開放端１１１ａと連通する連結空間１１３及び第１酸素富化空気通路１１９を通して、真空ポンプ１２０に吸い込まれる。次に、酸素富化空気は、第２酸素富化空気通路１２１を通して芳香物質添加ユニット１５０に流れていく。この間、真空ポンプ１２０による振動は、第２酸素富化空気通路１２１に配置された振動減衰機構１４０によって減衰される。特に、振動減衰機構１４０に提供された直径部は、多様な直径を有しているので、効果的に振動を減衰することができる。

続いて、酸素富化空気は、第２酸素富化空気通路１２１と連通する第１カップリング１６１の第１ポート１６２を通して芳香物質添加ユニット１５０に流れていく。この間、若し、酸素富化空気のみが流れるように意図されると、選択的コニュニケータ１５５は作動しない。従って、酸素富化空気は、第１カップリング１６１の第２ポート１６３に連結された第３酸素富化空気通路１５９、第３酸素富化空気通路１５９に連結された第２カップリング１６５の第５ポート１６７、及び第２カップリング１６５の第６部に連結された第４酸素富化空気通路１７０を、このような順に通過して酸素富化空気吐出ユニット１３０に流れていく。一方、酸素富化空気及び芳香物質の混合物が求められる時、選択的コミュニケータ１５５が作動し、第２酸素富化空気通路１２１が芳香ケーシング１５１と連通するようにする。この場合、酸素富化空気は、芳香ケーシング１５１に流れ込み、物質１５３に内蔵された芳香物質と混合される。その結果、酸素富化空気と芳香物質の混合物は、芳香ケーシング１５１に連結された第２カップリング１６５の第４ポート１６６、第４酸素富化空気通路１７０に連結された第２カップリング１６５の第６ポート１６８を、このような順に通過して、酸素富化空気吐出ユニット１３０に流れていく。この間、酸素富化空気吐出ユニット１３０に流れる酸素富化空気の量は、第２カップリング１６５の第４ポート１６６と芳香ケーシング１５１との間に取り付けられた調節器１５７によって制御される。

最後に、酸素富化空気吐出ユニット１３０内にある酸素富化空気、或いは酸素富化空気と芳香物質の混合物は、所望の位置に吐出される。

分離作動の駆動力として機能する真空ポンプが、分離膜ユニットの近くに残る窒素富化空気を除去するための送風機だけでなく、分離機の出口側に配置されるため、普通の空気の酸素富化空気への分離効率が非常に向上する。

その上に、分離機に組み込まれる分離膜ユニットは、シリンダー状ではなく、立方体状であるので、分離機の製造が容易である。また、分離部材、例えば隔壁または複雑で非効率的な作業、例えば分離機を製造するためのシーリングが不要である。

上記において、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明の請求範囲を逸脱することなく、当業者は種々の改変をなし得るであろう。

従来の酸素富化空気供給機の概略図である。 図１に示す酸素富化空気供給機に含まれた分離膜の横断面図である。 本発明に係る酸素富化空気供給装置の概略図である。 本発明に係る酸素富化空気供給装置に含まれる分離機の構造を示す図である。 本発明に係る酸素富化空気供給装置に含まれる振動減衰機構の構造を示す図である。 本発明の酸素富化空気供給装置に含まれる芳香物質添加ユニット内の酸素富化空気の流れを示す図である。 本発明の酸素富化空気供給装置に含まれる芳香物質添加ユニット内の酸素富化空気の流れを示す図である。

Claims (16)

1. 酸素富化空気を供給するための装置であって、
   互いに離隔されており、その周囲の空気を酸素富化空気及び窒素富化空気に分離するための一つ以上の中空膜ユニットと、
   前記一つ以上の分離膜ユニットを通して前記周囲の空気を吸入して内部に吸い込み、前記酸素富化空気を提供するための酸素富化空気吸入手段と、
   前記酸素富化空気を吐出するための酸素富化空気吐出ユニットとを含むことを特徴とする酸素富化空気を供給するための装置。
2. 前記一つ以上の中空分離膜ユニットは、それぞれ開放端を有する大体薄い立方体状であり、前記開放端を通して前記酸素富化空気を吸い込むことを特徴とする請求項１に記載の酸素富化空気を供給するための装置。
3. 各々の分離膜ユニットは、ポリマーから成ることを特徴とする請求項１に記載の酸素富化空気を供給するための装置。
4. 前記ポリマーは、シリコン系、オレフィン系、フッ素系、及びフェニレンエーテル系ポリマーから構成されたグループから選ばれることを特徴とする請求項３に記載の酸素富化空気を供給するための装置。
5. 前記酸素富化空気吸入手段は真空ポンプであり、前記真空ポンプは前記酸素富化空気吐出ユニットと連通することを特徴とする請求項１に記載の酸素富化空気を供給するための装置。
6. 前記真空ポンプと前記酸素富化空気吐出ユニットとの間に提供され、真空ポンプによって誘発される振動を減衰するための振動減衰機構をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の酸素富化空気を供給するための装置。
7. 前記振動減衰機構は、一対の振動減衰管及びこれらの間に提供される連結チューブを含み、前記各々の振動減衰管は、酸素富化空気が流れていく複数の断面を有し、前記複数の断面はそれらの断面積が互いに異なることを特徴とする請求項６に記載の酸素富化空気を供給するための装置。
8. 前記断面は第１〜４断面部を含み、前記第２断面部の断面積は前記第１断面部の断面積より小さく、前記第３断面部の断面積は前記第２断面部の断面積と前記第１断面部の断面積との間の範囲であり、前記第４断面部は前記第２断面部の断面積より小さく、前記連結チューブの断面積は前記第４断面部の断面積より小さいことを特徴とする請求項７に記載の酸素富化空気を供給するための装置。
9. 前記断面部は、多角形であることを特徴とする請求項８に記載の酸素富化空気を供給するための装置。
10. 前記断面部は、円形であることを特徴とする請求項８に記載の酸素富化空気を供給するための装置。
11. 選択的に芳香物質を前記酸素富化空気吐出ユニットに供給するための、芳香物質添加ユニットをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の酸素富化空気を供給するための装置。
12. 前記芳香物質添加ユニットは、
    前記酸素富化空気の一部を選択的に流入するための選択的コミュニケータと、
    その内部に芳香物質が内包された物質を有し、前記流入された一部の酸素富化空気を前記芳香物質と混合するための芳香ケーシングと、
    前記芳香ケーシングと前記酸素富化空気吐出ユニットとの間に提供され、前記酸素富化空気吐出機構に提供される前記芳香物質及び前記酸素富化空気の混合物の量を制御するための調節器とを含むことを特徴とする請求項１１に記載の酸素富化空気を供給するための装置。
13. 前記選択的コミュニケータは、オンオフ弁又は電磁弁であることを特徴とする請求項１２に記載の酸素富化空気を供給するための装置。
14. 前記芳香物質添加ユニットは、
    前記酸素富化空気が通過するようにするための通路と、
    前記通路とそれぞれ連通する一対のカップリングとを含み、
    前記カップリングの一方は、前記酸素富化空気を流入するための第１ポートと、前記通路及び前記芳香ケーシングとそれぞれ連結される第２及び第３ポートを含み、他方のカップリングは前記芳香ケーシング及び前記通路と各々連結される第４及び第５ポートと、酸素富化空気及び酸素富化空気と芳香物質の混合物をガイドするための第６ポートを含むことを特徴とする請求項１２に記載の酸素富化空気を供給するための装置。
15. 前記一つ以上の分離膜ユニットによって分離された前記窒素富化空気を除去し、そこに新鮮な空気を供給するための手段をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の酸素富化空気を供給するための装置。
16. 前記窒素富化空気除去手段は、送風機であることを特徴とする請求項１６に記載の酸素富化空気を供給するための装置。
    

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