JP2020131121A - 低酸素空気供給装置及びトレーニング装置 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1に開示された低酸素ルームは、人工的に作り出した低酸素環境下でトレーニングを行うことができるものである。
特許文献2の図4には、一つの特殊環境室内を高酸素濃度の環境と低酸素濃度の環境に切り換える構成が開示されている。
ここで原料空気生成装置で生成される低酸素空気は、高地トレーニング用としては酸素濃度が低すぎることがあり、外気を混入して酸素濃度を調整した上でトレーニングルームに供給する場合がある。
図7に示す方策は、別途の送風機等で外気を取り込み、原料空気生成装置で生成される低酸素空気(以下、低酸素原料空気と称する場合がある)に外気を混入する方法である。
そのためこの方策では、トレーニングルームを含むシステムが大型になることが多い。
そのため大型のエアーコンプレッサーを採用しなければならず、トレーニングルームを含むシステムが大型になる場合がある。
特許文献2の図4に開示された空気供給装置では、特殊環境室内を低酸素濃度にする場合、原料空気生成装置の二次側に一次側流路から分岐した外気が導入される。
特許文献2の空気供給装置では、特殊環境室内に低酸素原料空気と、原料空気生成装置で生成された酸素濃度が高い高酸素空気(以下 高酸素原料空気と称する場合がある)が同時に供給されることはない。
また本発明は、従来技術に比べてトレーニングルームに付属する低酸素空気供給装置を小型化することが可能なトレーニング装置を提供することを課題とする。
そのため原料空気生成装置に原料たる空気を供給するエアーコンプレッサー等の上流側装置の負担が小さい。そのためエアーコンプレッサー等の上流側装置を小型化することができる。
また本態様の低酸素空気供給装置では、原料空気生成装置に原料空気を供給する装置の他に、送風機やエアーコンプレッサー等を設ける必要がない。
そのため本態様の低酸素空気供給装置は、従来のものに比べて小型化することが可能である。
本態様の低酸素空気供給装置は、原料たる空気に比べると少ない酸素量の低酸素混合空気を生成するものであるので、高酸素原料空気の一部だけが低酸素原料空気に混入される。本態様の低酸素空気供給装置では、余剰となった高酸素原料空気が排気路から排気されるので、原料空気生成装置に悪影響を与えない。
そのため本態様によると、低酸素空気供給装置をより小型化することができる。
本実施形態のトレーニング装置1は、2室のトレーニングルーム2a、2bと、一台の低酸素空気供給装置3を有している。
2室のトレーニングルーム2a、2bは、同じ構造である。トレーニングルーム2a、2bは、数名の者が運動するに足る容積を持った部屋である。本実施形態で採用するトレーニングルーム2a、2bは、内部の環境を任意に調節することができる。
即ち図1の様にトレーニングルーム2a、2b内には温度センサー11、湿度センサー12、第1酸素濃度センサー13、第2酸素濃度センサー15を有している。
第1酸素濃度センサー13は、トレーニングルーム2a、2b内の酸素濃度の制御用に使用するものであり、説明の都合上、「室内酸素濃度監視センサー13」と称する。
第2酸素濃度センサー15は、トレーニングルーム2内の酸素濃度が過度に低下していないことを監視するものであり、説明の都合上、「最低酸素濃度監視センサー15」と称する。
なお後記する様に、低酸素空気供給装置3の原料空気生成装置26によって酸素濃度を低下させた低酸素空気が生成され、その後に酸素量の多い空気が混合されて酸素濃度が調整されるが、混合後の空気は外気よりも酸素濃度の低い低酸素空気である。
二種類の酸素濃度が異なる低酸素空気を区別するため、原料空気生成装置26で生成される低酸素空気を「低酸素原料空気」と称し、混合後の低酸素空気を「低酸素混合空気」と称する。
原料空気生成装置26は、公知の高分子分離膜方式の窒素ガス発生装置であり、エアーコンプレッサー25で加圧した空気を導入することによって酸素を分離し、導入された空気に比べて窒素の割合が高い低酸素原料空気と、導入された空気に比べて酸素の割合が高い高酸素原料空気を排出するものである。
低酸素空気供給装置3の具体的構造については後記する。
図2では、第1トレーニングルーム2aに至る流路を太線で示し、第2トレーニングルーム2bに至る流路は細線で示している。
原料空気導入路37には一酸化炭素濃度センサー40が設けられている。
また低濃度酸素流路38であって、第1排出部31から混合部33aの間に酸素濃度センサー41が設けられている。酸素濃度センサー41は、原料空気生成装置26で生成される低酸素原料空気の酸素濃度を監視するものであり、説明の都合上、「低酸素濃度監視センサー41」と称する。
また高酸素空気流路36には、酸素濃度センサー43が設けられている。酸素濃度センサー43は、原料空気生成装置26で生成される高酸素原料空気の酸素濃度を監視するものであり、説明の都合上、「高酸素濃度監視センサー43」と称する。
排気流路45には、排気流量制御手段46が設けられている。排気流量制御手段46は具体的にはモータバルブであり、開度を調整することができる。
トレーニング装置1の使用に先立って、図示しない制御装置に、各トレーニングルーム2a、2b内の酸素濃度が設定される。
低酸素空気供給装置3では、エアーコンプレッサー25で加圧された空気が、原料空気導入路37を経由して原料空気生成装置26の空気導入口30に導入される。
原料空気生成装置26の内部で酸素と窒素が分離され、第1排出部31から酸素濃度が8パーセント程度の低酸素原料空気が排出される。
また第2排出部32からは酸素濃度が38パーセント程度の高酸素原料空気が排出される。
本実施形態では、原料空気生成装置26から排出される低酸素原料空気の酸素濃度と、高酸素原料空気の酸素濃度が概ね上記した水準で安定する様に、上流側のエアーコンプレッサー25から原料空気生成装置26に導入される空気の量や圧力が図示しない制御弁等によって調節される。
具体的には、室内酸素濃度監視センサー13で各トレーニングルーム2a、2b内の酸素濃度を監視し、その値を混入流量制御手段42a、42bにフィードバックする。
仮にトレーニングルーム2a内の酸素濃度が設定値を下回っておれば、混入流量制御手段42aの開度を開き、より多くの高酸素原料空気を主流路23を流れる低酸素原料空気に混入し、低酸素混合空気に含まれる酸素濃度を上げてトレーニングルーム2aに供給し、トレーニングルーム2a内の酸素濃度を上昇させる。
トレーニングルーム2b内の酸素濃度が設定値を下回っておれば、混入流量制御手段42bの開度を開く。
その結果、余剰の高酸素原料空気が排気流路45から適度に排気され、原料空気生成装置26内に掛かる背圧が適度に制御される。
本実施形態では、トレーニングルーム2a、2b内にトレッドミル(ランニングマシン)等のトレーニングマシン47が設置されている。
使用者は、トレーニングルーム2a、2b内に入り、低酸素環境下でトレーニングマシン47を使用し、擬似的な高地トレーニングを行うことができる。
トレーニングルーム2a、2bの酸素濃度が過度に低下したことが最低酸素濃度監視センサー15で検知された場合は、安全を確保するために低酸素空気供給装置3を停止し、換気装置16を駆動してトレーニングルーム2内の酸素濃度を大気状態に戻してもよい。
またトレーニングルーム2a、2b内に高酸素原料空気と低酸素原料空気を個別に導入し、トレーニングルーム2a、2b内で高酸素原料空気と低酸素原料空気を混合してもよい。即ちトレーニングルーム2a、2bを混合部として利用してもよい。
他の方策として、高酸素空気流路36と排気流路45の分岐部に開度を調整可能なダンパー(流量制御手段)等を設け、高酸素原料空気を主流路23に混合するものと排気するものに振り分けてもよい。
以上説明した実施形態は、低酸素空気供給装置3の使用例としてトレーニングルーム2a、2bに低酸素混合空気を供給するものであるが、低酸素混合空気の供給先はトレーニングルーム2a、2bに限定されるものではない。例えば吸引マスクや試験装置に低酸素混合空気を供給してもよい。
本実施形態の低酸素空気供給装置3では、別途のエアーコンプレッサー等を設置する必要はない。
そのため本実施形態の低酸素空気供給装置3は、同規模の容量を有する従来のものに比べて、小型化することができる。
原料空気生成装置26は、気体分離膜51を内蔵するものであり、窒素ガス発生装置としても使用されるものである。
原料空気生成装置26は、容器状の本体部50を有し、その内部に気体分離膜51で作られた複数の管路53が内蔵されている。
本体部50の内部空間では、互いに間隔をあけて一対の支持部52が配置され、その一対の支持部52によって管路53が支持されている。また本体部50には空気導入口30と、低酸素原料空気を排出する第1排出部31と、高酸素原料空気を排出する第2排出部32が設けられている。
本体部50の空気導入口30は管路53に繋がっており、本体部50内に導入された空気は、管路53を流れ、その間に高酸素原料空気と低酸素原料空気に分離される。
本実施形態では、高分子有機膜が採用されている。気体分離膜の種類や原理は公知であるから詳細な説明を省略する。
原料空気生成装置60は、大型の設備であり、空気導入口30と、低酸素原料空気を排出する第1排出部31と、高酸素原料空気を排出する第2排出部32を有している。
原料空気生成装置60は、空気槽100と、第1吸着塔101及び第2吸着塔102とを備えている。また原料空気生成装置60には、第1吸着塔101と第2吸着塔102を切り換える切り替え弁群がある。
原料空気生成装置60では、一方の吸着塔が吸着工程に付されている間、他方の吸着塔は脱着工程が実行され、一方の吸着塔が第1均圧工程に付されている間、他方の吸着塔は第2均圧工程に付される。
ゼオライトは、原料空気から窒素を選択的に吸着する性質を有しており、高圧条件下において窒素の吸着能が増大する。このためゼオライトが充填された第1吸着塔101及び第2吸着塔102は、加圧下の吸着工程において窒素を多く吸着して高酸素原料空気を流出し、その後、減圧下の脱着工程において窒素を脱着して低酸素原料空気を流出する。
なお、第1高酸素濃度空気流出路111及び第2高酸素濃度空気流出路121は合流して高酸素原料空気を排出する第2排出部32に接続されている。また第1低酸素濃度空気流出路113及び第2低酸素濃度空気流出路125は合流し、低酸素原料空気を排出する第1排出部31に接続されている。
また第2排出部32は、混合部33に至る高酸素空気流路36と接続され、主流路23を流れる低酸素原料空気に、高酸素原料空気が混合される。
本実施形態においても、主流路23を流れる低酸素原料空気に、原料空気生成装置60で生成された高酸素原料空気が混合されて適度の酸素濃度に調整された低酸素混合空気が作られ、各トレーニングルーム2a、2bに供給される。
図5に示すトレーニング装置62は、図2に示すトレーニング装置1に二酸化炭素除去装置61を追加した実施形態であり、トレーニング装置1と共通する部材に同一の数字を付すことによって重複する説明を省略する。
図6に示すトレーニング装置63は、図4に示すトレーニング装置55に二酸化炭素除去装置61を追加した実施形態であり、トレーニング装置55と共通する部材に同一の数字を付すことによって重複する説明を省略する。
2a、2b トレーニングルーム
3 低酸素空気供給装置
25 エアーコンプレッサー
26 原料空気生成装置
30 空気導入口
31 第1排出部
32 第2排出部
33 混合部
36 高酸素空気流路
42a 42b 混入流量制御手段
45 排気流路
46 排気流量制御手段
60 原料空気生成装置
61 二酸化炭素除去装置
Claims (7)
- 外気よりも酸素濃度が低い低酸素空気を供給する低酸素空気供給装置において、
原料空気生成装置と、混合部を有し、
前記原料空気生成装置は空気を原料とし、前記外気よりも酸素濃度が低い低酸素原料空気と前記外気よりも酸素濃度が高い高酸素原料空気を生成するものであり、
前記混合部は、前記低酸素原料空気と前記高酸素原料空気を混合して、前記外気よりも酸素濃度が低い低酸素混合空気を生成するものであることを特徴とする低酸素空気供給装置。 - 前記原料空気生成装置は、空気導入口と、前記低酸素原料空気を排出する第1排出部と、前記高酸素原料空気を排出する第2排出部を有し、
前記原料空気生成装置の前記第2排出部から前記混合部に至る高酸素空気流路を有し、当該高酸素空気流路に流量制御手段があって前記混合部に導入される前記高酸素原料空気の流量が制御され、さらに前記第2排出部に排気路が接続されており、余剰の高酸素原料空気が前記排気路から排気されることを特徴とする請求項1に記載の低酸素空気供給装置。 - 前記混合部は管路によって構成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の低酸素空気供給装置。
- 前記原料空気生成装置は、窒素と酸素とを分離可能な気体分離膜を有し、当該気体分離膜によって前記空気を前記低酸素原料空気と前記高酸素原料空気に分離するものであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の低酸素空気供給装置。
- 前記原料空気生成装置は、特定の気体に対して高い吸着能力を有する吸着剤を有するものであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の低酸素空気供給装置。
- 前記高酸素原料空気から二酸化炭素を除去する二酸化炭素除去装置を有することを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の低酸素空気供給装置。
- 人を収容して内部で運動可能なトレーニングルームと、請求項1乃至6のいずれかに記載の低酸素空気供給装置を有し、前記トレーニングルーム内を外気よりも酸素濃度が低い低酸素環境にすることが可能であることを特徴とするトレーニング装置。
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