JP2023011599A

JP2023011599A - トレーニング装置

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Publication number: JP2023011599A
Application number: JP2022161702A
Authority: JP
Inventors: 剛之乾; Takeshi Inui; 寿泰嶋; Hisayasu Shima
Original assignee: Espec Corp
Current assignee: Espec Corp
Priority date: 2019-02-20
Filing date: 2022-10-06
Publication date: 2023-01-24
Anticipated expiration: 2039-02-20
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Abstract

【課題】従来に比べて小型化が可能な低酸素空気供給装置を提供することを課題とするものである。【解決手段】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、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原料空気生成装置２６と、混合部３３を有している。混合部３３で低酸素原料空気と高酸素原料空気を混合して酸素濃度を調節し、外気よりも酸素濃度が低い低酸素混合空気を生成する。【選択図】図２

Description

本発明は、空気を原料とし、外気よりも酸素濃度が低い低酸素空気を生成し、当該低酸素空気を他の機器に供給する低酸素空気供給装置に関するものである。また本発明は、模擬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装置に関するものである。

通常の室内環境や、通常の屋外環境とは異なる環境を人工的に作り、その環境下でトレーニングを行うトレーニング装置が知られている。例えば高地を模した低酸素環境を創成し、その中でトレーニングを行うことによって持久力増強や心肺機能の向上が図られる。
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。

また特許文献２には高酸素濃度の第１特殊環境室と、低酸素濃度の第２特殊環境室を備えた空気供給装置が開示されている。
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。

特許第４７２１１５０号公報特開２０１８－２９７５０号公報

トレーニングルーム内を低酸素環境にする方策として、例えば高分子分離膜方式の原料空気生成装置を使用する方法がある。高分子分離膜方式の原料空気生成装置は、窒素ガスを生成する装置として使用されることが多い装置であり、コンプレッサー等で空気を加圧し、当該加圧した空気を導入することによって酸素を分離し、外気に比べて窒素の割合が高い気体を生成するものである。
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。

酸素濃度を調整する方策として、図７に示す配管系統図の方法と、図８に示す配管系統図の方法が考えられる。
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。

図８に示す方策は、エアーコンプレッサーで加圧して原料空気生成装置に導入する流路を分岐し、原料空気生成装置で生成される低酸素原料空気に前記分岐流路を流れる空気を混入する方法である。即ち図８に示す方策は、コンプレッサーで加圧後の空気を分岐し、原料空気生成装置の二次側流路に導入するものである。

前者の別途の送風機を使用する方策は、エアーコンプレッサーとは別に送風機を設置する必要がある。また当該方策は、外気を取り込むダクト配管が必須である。
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。

後者の原料空気生成装置の一次側流路を分岐して原料空気生成装置の二次側に空気を流す方策は、原料空気生成装置に導入する空気と二次側に導入する空気の双方を一台のエアーコンプレッサーで供給するので、エアーコンプレッサーの負担が大きくなることがある。
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。

なお特許文献２に開示された空気供給装置では、後者の原料空気生成装置に導入する一次側流路を分岐して原料空気生成装置の二次側に空気を流す方策が採用されている。
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。

本発明は、従来技術の上記した問題に注目し、従来に比べて小型化が可能な低酸素空気供給装置を提供することを課題とするものである。
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。

上記した課題を解決するための関連発明の態様は、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である。
上記した課題を解決するための関連発明の具体的態様は、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、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、前記混合部は、前記低酸素原料空気に対して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り、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と、当該高酸素空気流路に配置される混入流量制御手段と、余剰の高酸素原料空気を排気する排気路と、排気流量制御手段とを有し、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るものであり、前記排気流量制御手段が前記混入流量制御手段に対して反比例的に調整されることを特徴とする低酸素空気供給装置である。

本態様の低酸素空気供給装置は、原料空気生成装置で生成された低酸素原料空気に、同じく原料空気生成装置で生成された高酸素原料空気を混合して酸素濃度を調節する。
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。

上記した態様において、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るものであり、さらに余剰の高酸素原料空気を排気する排気路を備えることが望ましい。

本態様の低酸素空気供給装置では、高酸素空気流路に流量制御手段があって混合部に導入される高酸素原料空気の流量が制御される。そのため低酸素混合空気の酸素濃度を調節することができる。
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。

上記した各態様において、前記混合部は管路によって構成されていることが望ましい。

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。

上記した各態様において、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が望ましい。

気体分離膜を採用した空気生成装置は、小型でありながら効率よく酸素と窒素を分離することができる。
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。

上記した各態様において、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ってもよい。
即ち上記した各態様において、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含み、ＰＳＡ機構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ってもよい。

本態様は、大容量の低酸素空気供給装置としても好適である。

上記した各態様において、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していることが望ましい。

本態様によると、高酸素原料空気に含まれる二酸化炭素を予め減らすことができ、生成された低酸素混合空気の二酸化炭素濃度を低下させることができる。

トレーニング装置の態様は、人が内部で運動可能なトレーニングルームと、上記した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前記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である。

本態様によると、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できる。
上記した課題を解決するための具体的態様は、人が内部で運動可能なトレーニングルームを備えるトレーニング装置であって、原料空気生成装置と、低濃度酸素流路と、高酸素空気流路と、混合部を有し、前記原料空気生成装置は、空気を原料とし、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、前記空気を導入する空気導入口と、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、前記低濃度酸素流路は、前記第１排出部から前記トレーニングルームに至る流路であり、前記高酸素空気流路は、前記第２排出部から前記混合部に至る流路であり、前記高酸素空気流路に、開度を調整することができる流量制御手段が配置され、当該流量制御手段によって前記第２排出部から排出された前記高酸素原料空気が流量調整されるものであり、前記混合部は、前記低濃度酸素流路において前記低酸素原料空気に対して前記流量調節された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り、前記低酸素混合空気を前記トレーニングルームに供給することで前記トレーニングルーム内を前記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である。
上記した課題を解決するためのもう一つの具体的態様は、人が内部で運動可能なトレーニングルームを備えるトレーニング装置であって、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、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、前記空気を導入する空気導入口と、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、前記混合部は、前記原料空気生成装置により生成された前記低酸素空気と前記高酸素空気を混合して、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り、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開度を調整することができる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ものであり、前記原料空気生成装置で生成された高酸素原料空気のうち前記低酸素原料空気に混合する量と排気する量を制御して、高酸素原料空気のいくらかを前記低酸素原料空気に混合し、前記低酸素原料空気に混合されない高酸素原料空気を排気し、前記混合部で生成された低酸素混合空気を前記トレーニングルームに供給することで前記トレーニングルーム内を前記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である。
上記した態様において、前記流量制御手段は、前記高酸素空気流路と前記排気路の分岐部又は当該分岐部から前記混合部の間に設けられていることが望ましい。
上記した態様において、前記原料空気生成装置で生成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所定の水準で安定する様に、前記原料空気生成装置に導入される空気の量や圧力が調節されることが望ましい。

本発明によると、低酸素空気供給装置を従来に比べて小型化することが可能である。また本発明によると、トレーニング装置を従来に比べて小型化することができる。

本発明の実施形態のトレーニング装置の斜視図である。図１のトレーニング装置の構成図である。図１のトレーニング装置の低酸素空気供給装置で採用される原料空気生成装置の断面図である。本発明の他の実施形態のトレーニング装置の構成図である。本発明のさらに他の実施形態のトレーニング装置の構成図である。本発明のさらに他の実施形態のトレーニング装置の構成図である。従来技術のトレーニング装置の構成図である。他の従来技術のトレーニング装置の構成図である。

以下さらに本発明の実施形態について説明する。
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。

具体的には、トレーニングルーム２ａ、２ｂ内の温度と湿度を調節することができる。特に本実施形態では、トレーニングルーム２ａ、２ｂ内の酸素濃度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。

トレーニングルーム２ａ、２ｂには換気装置１６が設けられている。換気装置１６の下流に、二酸化炭素濃度センサー１７が設けられている。

トレーニングルーム２ａ、２ｂ内には公知の空調装置２０があり、当該空調装置２０に温度センサー１１と湿度センサー１２の信号が入力され、トレーニングルーム２ａ、２ｂ内の温度及び湿度が所望の環境となる様に空調装置２０が制御される。

本実施形態のトレーニング装置１では、一台の低酸素空気供給装置３があり、一台の低酸素空気供給装置３によって二つのトレーニングルーム２ａ、２ｂに低酸素空気が供給される。
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。

低酸素空気供給装置３は、図２の様にエアーコンプレッサー２５と原料空気生成装置２６を有している。
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。

原料空気生成装置２６は、図２、図３の様に、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。
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。

トレーニング装置１は、前記した様に一台の低酸素空気供給装置３で二つのトレーニングルーム２ａ、２ｂに低酸素混合空気が供給されるものであり、配管が途中から２系統に分岐しているが、分岐配管の構成は同じである。そのため代表してエアーコンプレッサー２５から一方のトレーニングルーム２ａに至る流路について説明する。
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。

低酸素空気供給装置３では、エアーコンプレッサー２５から原料空気生成装置２６に入り、原料空気生成装置２６の第１排出部３１から混合部３３ａを経て第１トレーニングルーム２ａに至る主流路２３と、原料空気生成装置２６の第２排出部３２から混合部３３ａに至る高酸素空気流路３６を有している。混合部３３ａは、主流路２３と高酸素空気流路３６との合流部及びその下流側の管路である。

主流路２３は、エアーコンプレッサー２５と原料空気生成装置２６の空気導入口３０を繋ぐ原料空気導入路３７と、原料空気生成装置２６の第１排出部３１からトレーニングルーム２ａに至る低濃度酸素流路３８によって構成されている。
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。

高酸素空気流路３６は、前記した様に原料空気生成装置２６の第２排出部３２から混合部３３ａに至る流路である。高酸素空気流路３６には、混入流量制御手段４２ａが設けられている。混入流量制御手段４２ａ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。
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。

高酸素空気流路３６には、さらに排気流路（排気路）４５が設けられている。排気流路４５は、原料空気生成装置２６の第２排出部３２に繋がるものであり、余剰の高酸素原料空気を排気するものである。
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。

第２トレーニングルーム２ｂに至る配管系統は、前記した第１トレーニングルーム２ａに至る配管系統と同一であるから、同一の部材に同一の数字を付し、且つ両者を区別するために符番ｂを付すことによって重複する説明を省略する。

次にトレーニング装置１及び低酸素空気供給装置３の機能について説明する。
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。

即ち大気中の酸素割合は、約２１パーセントであるが、原料空気生成装置２６を通過させることによって酸素割合が約８パーセントに低下した低酸素原料空気が第１排出部３１から排出され、酸素濃度が３８パーセント程度に上昇した高酸素原料空気が第２排出部３２から排出される。

低酸素原料空気の酸素濃度は低酸素濃度監視センサー４１で検知され、図示しない制御装置に入力される。同様に高酸素原料空気の酸素濃度は高酸素濃度監視センサー４３で検知され、図示しない制御装置に入力される。
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。

本実施形態の低酸素空気供給装置３では、主流路２３を流れる低酸素原料空気に、高酸素空気流路３６を通過する原料空気生成装置２６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。

そして各トレーニングルーム２ａ、２ｂ内の酸素濃度が設定値となる様に、混入流量制御手段４２ａ、４２ｂの開度が制御される。
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。

逆に各トレーニングルーム２ａ、２ｂ内の酸素濃度が設定値よりも高い場合には、混入流量制御手段４２ａ、４２ｂの開度を絞り、高酸素原料空気の混入量を減らして低酸素混合空気に含まれる酸素濃度を下げてトレーニングルーム２ａ、２ｂに供給し、トレーニングルーム２ａ、２ｂ内の酸素濃度を降下させる。

また排気流量制御手段４６の開度は、混入流量制御手段４２ａ、４２ｂの開度に対して反比例的に調整される。即ち混入流量制御手段４２ａ、４２ｂの開度が開き方向に変化すると、排気流量制御手段４６の開度は閉じ方向に変化し、混入流量制御手段４２ａ、４２ｂの開度が閉じ方向に変化すると、排気流量制御手段４６の開度が開く。
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。

混合部３３ａ、３３ｂに混入された高酸素原料空気は、混合部３３ａ、３３ｂからトレーニングルーム２ａ、２ｂに至るまでの配管を通過する内に低酸素原料空気と混合が進み、略均一の濃度の低酸素混合空気となってトレーニングルーム２ａ、２ｂに入る。

本実施形態のトレーニング装置１では、トレーニングルーム２ａ、２ｂ内を低酸素状態とし、例えば標高２０００ｍから６０００ｍといった高地と同等の環境を人工的に創出することができる。
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内の二酸化炭素濃度は、二酸化炭素濃度センサー１７で監視されている。トレーニングルーム２ａ、２ｂ内の二酸化炭素濃度が過度に上昇した場合には、混入流量制御手段４２ａ、４２ｂ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、２ｂ内の酸素濃度を上昇させる。

トレーニングルーム２ａ、２ｂの酸素濃度は、最低酸素濃度監視センサー１５でも監視されている。最低酸素濃度監視センサー１５は安全装置の一つであり、何らかの事情によってトレーニングルーム２ａ、２ｂ内の酸素濃度が健康を害するおそれがある程度まで低下すると、図示しない報知手段で報知する。
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。

本実施形態では、管路内で高酸素原料空気と低酸素原料空気を混合したが、より容積の大きい混合部を設け、混合部内に高酸素原料空気と低酸素原料空気を導入してもよい。
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。

以上説明した実施形態では、高酸素空気流路３６及び排気流路４５に混入流量制御手段４２ａ、４２ｂと排気流量制御手段４６を設け、原料空気生成装置２６で生成された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た。
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。

上記した実施形態では、低酸素空気供給装置３からの低酸素混合空気の供給先は、トレーニングルーム２ａ、２ｂの二箇所であるが、一つのトレーニングルーム２だけに低酸素混合空気を供給してもよく、より多くのトレーニングルーム２に低酸素混合空気を供給してもよい。
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は、エアーコンプレッサー２５等の加圧装置を空気導入装置として利用し、原料空気生成装置２６に空気を導入している。本実施形態の低酸素空気供給装置３では、エアーコンプレッサー２５に要求される空気供給能力は、原料空気生成装置２６が必要とする空気量で足り、混合用の空気を加圧する必要はない。そのためエアーコンプレッサー２５の容量は小さいもので足りる。
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。

次に、原料空気生成装置２６の構造について図３を参照しつつ補足説明する。
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。

気体分離膜５１は、空気から窒素と酸素とを分離可能な分離膜であり、高分子を用いた有機膜と、無機材料を用いた無機膜が知られている。
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。

上記した実施形態では、気体分離膜５１を利用して低酸素原料空気と高酸素原料空気を生成する原料空気生成装置２６を採用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＰＳＡ機構を採用するものであってもよい。

図４は、ＰＳＡ機構を採用した原料空気生成装置６０を使用したトレーニング装置５５の構成図である。
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、第１吸着塔１０１及び第２吸着塔１０２の各々において、吸着工程、第１均圧工程、脱着工程、第２均圧工程を１サイクルとする工程が繰り返され、高酸素原料空気と低酸素原料空気がそれぞれ生成される。
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。

原料空気生成装置６０では、空気槽１００には、空気導入口３０と空気流出路部１０５が接続されている。先の実施形態と同様に、エアーコンプレッサー２５から空気導入口３０に空気が供給され、供給された空気は空気槽１００に一旦貯留される。そして貯留した原料空気を空気流出路部１０５に流出させる。空気流出路部１０５には、開閉弁１０６が設けられた第１導入流路部１０７が第１吸着塔１０１との間に接続され、開閉弁１０８が設けられた第２導入流路部１１０が第２吸着塔１０２との間に接続されている。

第１吸着塔１０１及び第２吸着塔１０２には特定の気体に対して高い吸着能力を有する吸着剤が充填されている。吸着剤としては、例えば、窒素に対する吸着能を有するゼオライトや、酸素に対する吸着能を有する活性炭などの、多孔質の吸着剤を挙げることができる。
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。

一方、活性炭は、原料空気から酸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酸素の吸着能が増大する。このため活性炭が充填された第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酸素を多く吸着して低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酸素を脱着して高酸素原料空気を流出する。

第１吸着塔１０１には、開閉弁１１５が設けられ、高酸素原料空気を流出させる第１高酸素濃度空気流出路１１１と、開閉弁１１２が設けられ、低酸素原料空気を流出させる第１低酸素濃度空気流出路１１３とが接続されている。また、第２吸着塔１０２には、開閉弁１２０が設けられ、高酸素原料空気を流出させる第２高酸素濃度空気流出路１２１と、開閉弁１２３が設けられ、低酸素原料空気を流出させる第２低酸素濃度空気流出路１２５とが接続されている。
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。

第１吸着塔１０１及び第２吸着塔１０２の各々において、吸着工程、第１均圧工程、脱着工程、第２均圧工程を１サイクルとする工程を繰り返す。高酸素原料空気及び低酸素原料空気をそれぞれ生成するに際しては、第１吸着塔１０１及び第２吸着塔１０２に充填される吸着剤の窒素又は酸素に対する吸着性に応じて、開閉弁１０６、１０８、１１５、１２０、１１２、１２３の開閉動作が制御される。

本実施形態においても、第１排出部３１はトレーニングルーム２に至る主流路２３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。

また図５、図６に示すように、低酸素空気供給装置３に二酸化炭素除去装置６１を設けてもよい。二酸化炭素除去装置６１は、図５、図６に示すように高酸素空気流路３６に設けることが望ましい。本実施形態によると、高酸素原料空気から二酸化炭素を除去し、二酸化炭素量を低減することができる。
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。

１、５５、６２、６３トレーニング装置
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
４２ａ４２ｂ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

人が内部で運動可能なトレーニングルームを備えるトレーニング装置であって、
原料空気生成装置と、低濃度酸素流路と、高酸素空気流路と、混合部を有し、
前記原料空気生成装置は、空気を原料とし、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、前記空気を導入する空気導入口と、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、
前記低濃度酸素流路は、前記第１排出部から前記トレーニングルームに至る流路であり、
前記高酸素空気流路は、前記第２排出部から前記混合部に至る流路であり、
前記高酸素空気流路に、開度を調整することができる流量制御手段が配置され、当該流量制御手段によって前記第２排出部から排出された前記高酸素原料空気が流量調整されるものであり、
前記混合部は、前記低濃度酸素流路において前記低酸素原料空気に対して前記流量調節された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り、
前記低酸素混合空気を前記トレーニングルームに供給することで前記トレーニングルーム内を前記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。
人が内部で運動可能なトレーニングルームを備えるトレーニング装置であって、
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、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、前記空気を導入する空気導入口と、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、
前記混合部は、前記原料空気生成装置により生成された前記低酸素空気と前記高酸素空気を混合して、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り、
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開度を調整することができる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ものであり、
前記原料空気生成装置で生成された高酸素原料空気のうち前記低酸素原料空気に混合する量と排気する量を制御して、高酸素原料空気のいくらかを前記低酸素原料空気に混合し、前記低酸素原料空気に混合されない高酸素原料空気を排気し、
前記混合部で生成された低酸素混合空気を前記トレーニングルームに供給することで前記トレーニングルーム内を前記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。
前記流量制御手段は、前記高酸素空気流路と前記排気路の分岐部又は当該分岐部から前記混合部の間に設けられていることを特徴とする請求項２に記載のトレーニング装置。
前記原料空気生成装置で生成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所定の水準で安定する様に、前記原料空気生成装置に導入される空気の量や圧力が調節され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トレーニング装置。