JP2024028746A - 低酸素空気供給装置及びトレーニング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】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】原料空気生成装置２６を有し、前記原料空気生成装置２６は、窒素と酸素とを分離可能な気体分離部材を有するものであって、空気導入口３０と、第１排出部３１と、第２排出部３２を有し、前記空気導入口３０から原料空気が導入され、前記第１排出部３１から前記原料空気よりも酸素濃度が低い低酸素原料空気が排出され、前記第２排出部から前記原料空気よりも酸素濃度が高い高酸素原料空気が排出されるものであり、前記低酸素原料空気と前記高酸素原料空気を混合して、前記原料空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、いずれかの位置に流量制御手段４６が設けられ、前記検知手段の検出値に基づき、前記流量制御手段４６が制御される。【選択図】図１

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を図る。
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によって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９に示す配管系統図の方法と、図１０に示す配管系統図の方法が考えられる。
図９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１０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１０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点に注目し、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。

本出願人らは、窒素と酸素とを分離可能な気体分離膜を使用して、低酸素空気を製造することとした。
即ち、気体分離膜に空気を導入して当該空気よりも酸素濃度が低い低酸素原料空気と、前記空気よりも酸素濃度が高い高酸素原料空気を調製し、低酸素原料空気に高酸素原料空気を混ぜて、所望の低酸素空気を生成することとした。
本発明者らは、この構想に基づいて低酸素空気供給装置を試作したところ、低酸素空気の酸素濃度を安定して制御することが困難な場合があるという課題に直面した。

上記した課題を解決するための態様（関連発明）は、原料空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であって、特殊空気生成装置を有し、前記特殊空気生成装置は、窒素と酸素とを分離可能な気体分離部材を有するものであって、空気導入口と、第１排出部と、第２排出部を有し、前記空気導入口から原料空気が導入され、前記第１排出部から前記原料空気よりも酸素濃度が低い低酸素原料空気が排出され、前記第２排出部から前記原料空気よりも酸素濃度が高い高酸素原料空気が排出されるものであり、前記低酸素原料空気と前記高酸素原料空気を混合して、前記原料空気よりも酸素濃度が低い低酸素混合空気を生成する混合部と、余剰の高酸素原料空気を系外に排気する排気部と、前記低酸素原料空気の酸素濃度、窒素濃度、圧力、又は流量のいずれかを検知する検知手段と、第１群のいずれかの位置に設けられた流量制御手段と、前記検知手段の検出値に基づき、前記流量制御手段を制御する制御手段と、を有することを特徴とする低酸素空気供給装置である。
第１群
（１）前記第２排出部から前記排気部までの間。
（２）前記第２排出部から前記混合部までの間。
（３）前記混合部から前記低酸素空気の供給先までの間。
（４）前記第１排出部から前記混合部までの間。

「前記第２排出部から前記排気部までの間」には、「排気部」の位置が含まれる。即ち、排気部に流量制御手段が設けられていてもよい。
「検知手段の検出値に基づき、前記流量制御手段を制御する」具体的方策として、例えば、検知手段の検出値が一定の範囲となる様に、流量制御手段を制御することが考えられる。
「検知手段の検出値が一定の範囲となる様に」とは、目標値に幅を持たせてもよいという意味であり、幅の無い目標値を否定するものではない。例えば、検知手段の検出値が特定の値となる様に流量制御手段が制御されるものであってもよい。
また、低酸素原料空気の窒素濃度、圧力、又は流量に基づいて、低酸素原料空気の酸素濃度を演算等により求め、この値が所定の範囲となる様に、流量制御手段が制御されるものであってもよい。
同様に、低酸素原料空気の酸素濃度に基づいて、低酸素原料空気の窒素濃度、圧力、又は流量を演算等により求め、この値が所定の範囲となる様に、流量制御手段が制御されるものであってもよい。
「この値が所定の範囲となる様に」とは、目標値に幅を持たせてもよいという意味であり、幅の無い目標値を否定するものではない。
本態様の低酸素空気供給装置は、特殊空気生成装置で生成された低酸素原料空気に、同じく特殊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、特殊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く、当該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、特殊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。
また本態様の低酸素空気供給装置によって生成された低酸素空気は、酸素濃度が安定する。
本発明者らは、低酸素空気の酸素濃度を安定させるための前提として、低酸素原料空気の酸素濃度を安定させることが必要であると考え、低酸素原料空気の酸素濃度を安定させることを研究課題とした。
低酸素原料空気の酸素濃度を安定させるために、低酸素原料空気の酸素濃度を直接的に監視することとした。そして低酸素原料空気の酸素濃度が安定する様に、他の位置に設けた流量制御手段を制御することとした。
また大気中における酸素と窒素の割合が一定であることから、低酸素原料空気の窒素濃度を検知することによって、低酸素原料空気の酸素濃度を間接的に検知することができる。従って、低酸素原料空気の窒素濃度に基づき他の位置に設けた流量制御手段を制御しても、低酸素原料空気の酸素濃度が安定する。
また低酸素原料空気の酸素濃度は、低酸素原料空気の圧力や、低酸素原料空気の流量と相関関係があり、これらを監視することによっても、間接的に低酸素原料空気の酸素濃度変動を知ることができることも分かった。
従って低酸素原料空気の圧力を検知し、この圧力に基づき他の位置に設けた流量制御手段を制御しても、低酸素原料空気の酸素濃度が安定する。また、低酸素原料空気の流量を検知し、この流量に基づき他の位置に設けた流量制御手段を制御しても、低酸素原料空気の酸素濃度が安定する。
本態様の低酸素空気供給装置では、低酸素原料空気の酸素濃度、窒素濃度、圧力、又は流量のいずれかを検知する検知手段の検出値に基づいて、第１群に記載の流量制御手段が制御されるので、低酸素原料空気の酸素濃度が安定する。

上記した態様において、前記検知手段は、前記第１排出部から前記混合部に至るまでの間に設けられた酸素濃度検知手段であることが望ましい。

本態様によると、低酸素原料空気の酸素濃度を検知手段で検知することができる。

上記した課題を解決するためのもう一つの態様は、原料空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であって、特殊空気生成装置を有し、前記特殊空気生成装置は、窒素と酸素とを分離可能な気体分離部材を有するものであって、空気導入口と、第１排出部と、第２排出部を有し、前記空気導入口から原料空気が導入され、前記第１排出部から前記原料空気よりも酸素濃度が低い低酸素原料空気が排出され、前記第２排出部から前記原料空気よりも酸素濃度が高い高酸素原料空気が排出されるものであり、前記低酸素原料空気と前記高酸素原料空気を混合して、前記原料空気よりも酸素濃度が低い低酸素混合空気を生成する混合部と、余剰の高酸素原料空気を系外に排気する排気部と、前記高酸素原料空気の酸素濃度、窒素濃度、圧力、又は流量のいずれかを検知する検知手段と、第１群のいずれかの位置に設けられた流量制御手段と、前記検知手段の検出値に基づき、前記流量制御手段を制御する制御手段と、を有することを特徴とする低酸素空気供給装置である。
第１群
（１）前記第２排出部から前記排気部までの間。
（２）前記第２排出部から前記混合部までの間。
（３）前記混合部から前記低酸素空気の供給先までの間。
（４）前記第１排出部から前記混合部までの間。
上記した課題を解決するための具体的態様は、原料空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であって、特殊空気生成装置を有し、前記特殊空気生成装置は、窒素と酸素とを分離可能な気体分離部材を有するものであって、空気導入口と、第１排出部と、第２排出部を有し、前記空気導入口から原料空気が導入され、前記第１排出部から前記原料空気よりも酸素濃度が低い低酸素原料空気が排出され、前記第２排出部から前記原料空気よりも酸素濃度が高い高酸素原料空気が排出されるものであり、前記低酸素原料空気と前記高酸素原料空気を混合して、前記原料空気よりも酸素濃度が低い低酸素混合空気を生成する混合部と、余剰の高酸素原料空気を系外に排気する排気部と、前記高酸素原料空気の酸素濃度、窒素濃度、圧力、又は流量のいずれかを検知する検知手段と、第１群のいずれかの位置に設けられた流量制御手段と、前記検知手段の検出値に基づき、前記流量制御手段を制御する制御手段と、を有することを特徴とする低酸素空気供給装置である。
第１群
（１）前記第２排出部から前記排気部までの間。
（２）前記混合部から前記低酸素空気の供給先までの間。
（３）前記第１排出部から前記混合部までの間。
同様の課題を解決するためのもう一つの態様は、原料空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であって、特殊空気生成装置を有し、前記特殊空気生成装置は、窒素と酸素とを分離可能な気体分離部材を有するものであって、空気導入口と、第１排出部と、第２排出部を有し、前記空気導入口から原料空気が導入され、前記第１排出部から前記原料空気よりも酸素濃度が低い低酸素原料空気が排出され、前記第２排出部から前記原料空気よりも酸素濃度が高い高酸素原料空気が排出されるものであり、前記低酸素原料空気と前記高酸素原料空気を混合して、前記原料空気よりも酸素濃度が低い低酸素混合空気を生成する混合部と、余剰の高酸素原料空気を系外に排気する排気部と、前記高酸素原料空気の酸素濃度、窒素濃度、圧力、又は流量のいずれかを検知する検知手段と、前記第２排出部から前記混合部までの間に設けられた流量制御手段と、前記検知手段の検出値に基づき、前記流量制御手段を制御する制御手段と、を有することを特徴とする低酸素空気供給装置である。

「前記第２排出部から前記排気部までの間」には、「排気部」の位置が含まれる。即ち、排気部に流量制御手段が設けられていてもよい。
「検知手段の検出値に基づき、前記流量制御手段を制御する」具体的方策として、例えば、検知手段の検出値が一定の範囲となる様に、流量制御手段を制御することが考えられる。
「検知手段の検出値が一定の範囲となる様に」とは、目標値に幅を持たせてもよいという意味であり、幅の無い目標値を否定するものではない。例えば、検知手段の検出値が特定の値となる様に流量制御手段が制御されるものであってもよい。
また、高酸素原料空気の酸素濃度、窒素濃度、圧力、又は流量に基づいて、低酸素原料空気の酸素濃度を演算等により求め、この値が所定の範囲となる様に、流量制御手段が制御されるものであってもよい。
同様に、高酸素原料空気の酸素濃度、窒素濃度、圧力、又は流量に基づいて、低酸素原料空気の酸素濃度、窒素濃度、圧力、又は流量を演算等により求め、この値が所定の範囲となる様に、流量制御手段が制御されるものであってもよい。
「この値が所定の範囲となる様に」とは、目標値に幅を持たせてもよいという意味であり、幅の無い目標値を否定するものではない。
気体分離部材によって分離された低酸素原料空気の酸素濃度は、高酸素原料空気の酸素濃度、高酸素原料空気の窒素濃度、高酸素原料空気の圧力、又は高酸素原料空気の流量、と相関があることが分かった。これらを監視して流量制御手段を制御することによっても、低酸素原料空気の酸素濃度を安定させることができることが分かった。
本態様の低酸素空気供給装置では、高酸素原料空気の酸素濃度、窒素濃度、圧力、又は流量のいずれかを検知する検知手段の検出値に基づいて、第１群に記載の流量制御手段が制御されるので、低酸素原料空気の酸素濃度が安定する。

上記した各態様において、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、前記高酸素空気流路から分岐されて前記排気部に至る排気路を有し、前記流量制御手段は、前記排気路に設けられていることが望ましい。

高酸素原料空気の排気量を増減することにより、低酸素原料空気の酸素濃度を変化させることができることが分かった。本態様は、この知見に基づくものであり、系外への排気量を調節することによって低酸素原料空気の酸素濃度を安定させることができる。

上記した各態様において、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、前記高酸素空気流路を分岐する分岐部と、前記分岐部で分岐されて前記排気部に至る排気路を有し、前記流量制御手段は、前記第２排出部と前記分岐部の間に設けられていることが望ましい。

本態様によると、高酸素原料空気の系外への排気量を増減することにより、低酸素原料空気の酸素濃度を変化させることができる。

上記した各態様において、前記低酸素原料空気に混合される前記高酸素原料空気の量を制御する混入流量制御手段を有し、前記流量制御手段の開度と前記混入流量制御手段の開度が関連付けて制御されることが望ましい。

本態様によると、低酸素原料空気の酸素濃度が変化した際、当該酸素濃度を迅速に安定化させることができる。

上記した各態様において、前記低酸素原料空気に混合される前記高酸素原料空気の量を制御する混入流量制御手段を有し、前記混入流量制御手段は、前記混合部以降の流路の酸素濃度に基づき制御されることが望ましい。

本態様によると、前記混合部以降の流路の酸素濃度を、所望の酸素濃度値に高精度に調整することができる。

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、上記した各態様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前記原料空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。

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構成図である。 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。 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。 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、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、１台の低酸素空気供給装置３と、制御装置５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。また、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。
即ちトレーニングルーム２ａ、２ｂは、図示しない温度センサーと湿度センサーを有している。また、トレーニングルーム２ａ、２ｂは、第１酸素濃度センサー１３ａ、１３ｂと第２酸素濃度センサー１５ａ、１５ｂ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２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には図示しない換気装置が設けられ、当該換気装置の下流に、二酸化炭素濃度センサー１７ａ、１７ｂが設けられている。

トレーニングルーム２ａ、２ｂ内には図示しない公知の空調装置があり、当該空調装置に温度センサーと湿度センサーの信号が入力され、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（特殊空気生成装置）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（原料空気）よりも酸素濃度の低い低酸素空気である。
酸素濃度が異なる二種類の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１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で加圧され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１、図２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。
原料空気生成装置２６の空気導入口３０から外気を導入すると、内部で、酸素濃度が低い低酸素原料空気と、酸素濃度が高い高酸素原料空気が生成される。そして低酸素原料空気が第１排出部３１から排出され、高酸素原料空気が第２排出部３２から排出される。
原料空気生成装置２６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に低酸素混合空気を供給するものであり、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１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は、主流路２３と高酸素空気流路３６を有している。主流路２３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に至る流路である。高酸素空気流路３６は、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。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、原料空気導入路３７と低酸素空気流路３８によって構成されている。原料空気導入路３７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を繋ぐ流路である。低酸素空気流路３８は、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に至る流路である。
低酸素空気流路３８であって、第１排出部３１から混合部３３ａの間には、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」と称する場合がある。

低酸素濃度監視センサー４１の下流側から混合部３３ａ側に至る間に定流量手段（ニードル弁）６１ａが設けられている。そのため、原料空気発生装置２６の第１排出部３１から排出される低酸素原料空気の流量の変動を小さくすることができる。また、当該位置に定流量手段６１ａが設けられているので、混合部３３ａの内圧が低く、高酸素原料空気が低酸素原料空気に円滑に混入される。

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。本実施形態では、高酸素空気流路３６に分岐部６５があり、排気流路（排気路）４５が分岐されている。
排気流路４５は、分岐部６５と排気部４８を繋ぐものであり、余剰の高酸素原料空気を排気部４８から系外に排気する流路である。本実施形態では、第２排出部３２から排出された高酸素原料空気の一部が、排気部４８から系外に排気されて大気中に廃棄される。
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。排気流量制御手段４６は、排気流路４５の末端に設けられていてもよい。

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様であるから、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。

前記した様に、排気流路４５に排気流量制御手段４６が設けられている。排気流量制御手段４６の開度を開き方向に変化させると、系外に排出される高酸素原料空気の量が増加し、代わって、第１排出部３１から排出される低酸素原料空気の排出量が減少傾向となり、低酸素原料空気の酸素濃度が低下する。排気流量制御手段４６の開度を絞り方向に変化させると、系外に排出される高酸素原料空気の量が減少し、代わって、第１排出部３１から排出される低酸素原料空気の排出量が増加傾向となり、低酸素原料空気の酸素濃度が上昇する。

制御装置５は、公知のコンピュータであり、本実施形態においては、酸素濃度を設定する設定手段と、低酸素原料空気の酸素濃度を制御する低酸素原料空気の濃度制御手段と、トレーニングルーム２ａ、２ｂの酸素濃度を制御する酸素濃度制御手段として機能する。
具体的に説明すると、制御装置５は、酸素濃度設定部と、低酸素原料空気制御部と、酸素濃度制御部を有している。これらはコンピュータプログラムによって実現されている。
低酸素原料空気制御部は、酸素濃度検知部（低酸素原料空気の酸素濃度検知部）と、比較部と、排気流量制御部を有している。また、酸素濃度制御部は、酸素濃度検知部（トレーニングルームの酸素濃度検知部）と、混入流量制御部を有している。

制御装置５には、全てのセンサーの信号が入力され、制御装置５によってすべての流量制御手段が制御される。
特に本態様に関連する入力信号は、図１に示す様に、低酸素濃度監視センサー４１の検知信号と、室内酸素濃度監視センサー１３の検知信号である。
また特に本態様に関連する制御対象は、排気流量制御手段４６と、混入流量制御手段４２ａ、４２ｂである。

制御装置５には、前記した様に低酸素濃度監視センサー４１の検知信号が入力され、当該低酸素濃度監視センサー４１で検知された低酸素原料空気の酸素濃度が一定値または一定の範囲に収まる様に、排気流量制御手段４６の開度が制御される。
制御装置５の低酸素原料空気制御部では、酸素濃度検知部（低酸素原料空気の酸素濃度検知部）に低酸素濃度監視センサー４１の信号が入力され、低酸素原料空気の現実の酸素濃度が認識される。
そして、比較部で、あらかじめ設定された低酸素原料空気の酸素濃度と、現実の低酸素原料空気の酸素濃度が比較され、排気流量制御部で、両者の差に応じた出力が演算される。
即ち本実施形態では、低酸素原料空気の酸素濃度が排気流量制御手段４６の開度にフィードバックされ、排気部４８から系外に廃棄される高酸素原料空気の量にフィードバックされる。

本実施形態では、低酸素濃度監視センサー４１で検知された低酸素原料空気の酸素濃度が設定値より高い場合は、排気流量制御手段４６の開度が開かれ、低酸素原料空気の酸素濃度を低下させる。
逆に、酸素濃度センサー４１で検知された低酸素原料空気の酸素濃度が設定値より低い場合は、排気流量制御手段４６の開度を小さくして、低酸素原料空気の酸素濃度を上昇させる。
低酸素原料空気の酸素濃度の設定値は、使用者が直接設定するようにしてもよい。また、低酸素原料空気の酸素濃度の設定値は、トレーニングルームの酸素濃度設定値に関連付けて自動又は手動によって設定するようにしてもよい。例えば、トレーニングルームの酸素濃度設定値から所定の値を引いた値を、低酸素原料空気の酸素濃度の設定値とすることができる。また、低酸素原料空気の酸素濃度設定値は、トレーニングルームの酸素濃度の制御量に関連付けて自動的に変更されるように制御されていてもよい。
低酸素原料空気制御部の制御は、ＰＩＤ制御であってもよい。

排気流量制御手段４６の開度を変化させることにより、原料空気生成装置２６内の流量バランスが変化し、低酸素原料空気に含まれる酸素濃度が変化する。
即ち、排気流量制御手段４６の開度が小さくなると、排気部４８から系外に廃棄される高酸素原料空気の量が減少する。
一方、第１排出部３１からの低酸素原料空気の排出量が増加傾向となる。その結果、低酸素原料空気の酸素濃度が上昇する。

逆に、排気流量制御手段４６の開度が大きくなると、排気部４８から系外に廃棄される高酸素原料空気の量が増加する。一方、第１排出部３１からの低酸素原料空気の排出量が減少傾向となる。その結果、低酸素原料空気の酸素濃度が低下する。

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、制御装置５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が低酸素濃度監視センサー４１で検知され、制御装置５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。

特に本実施形態では、制御装置５（低酸素原料空気制御部）によって、低酸素濃度監視センサー４１で検知された低酸素原料空気の酸素濃度が、排気流量制御手段４６にフィードバックされ、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が安定する。

本実施形態の低酸素空気供給装置３では、主流路２３（低酸素空気流路３８）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。

そして制御装置５（酸素濃度制御部）によって、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、制御装置５（酸素濃度制御部）の酸素濃度検知部（トレーニングルームの酸素濃度検知部）に室内酸素濃度監視センサー１３ａ、１３ｂの信号が入力され、各トレーニングルーム２ａ、２ｂの現実の酸素濃度が認識される。そして、図示しない比較部で、あらかじめ設定された各トレーニングルーム２ａ、２ｂの酸素濃度と、現実の各トレーニングルーム２ａ、２ｂの酸素濃度が比較され、混入流量制御部で、両者の差に応じた出力が演算される。
即ち本実施形態では、室内酸素濃度監視センサー１３ａ、１３ｂで監視した各トレーニングルーム２ａ、２ｂの酸素濃度が、混入流量制御手段４２ａ、４２ｂにフィードバックされる。
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の開度を大きくし、主流路２３（低酸素空気流路３８）を流れる低酸素原料空気により多くの高酸素原料空気を混入し、低酸素混合空気に含まれる酸素濃度を上昇させる。この低酸素混合空気を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の開度を大きくする。

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の開度を小さくし、主流路２３（低酸素空気流路３８）を流れる低酸素原料空気に混入する高酸素原料空気の混入量を減らして、低酸素混合空気の酸素濃度を下げる。この低酸素混合空気を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内の酸素濃度を低下させる。

このように制御装置５では、低酸素原料空気の酸素濃度が一定値または一定の範囲に収まる様に排気流量制御手段４６の開度が制御され、同時に、各トレーニングルーム２ａ、２ｂの酸素濃度が設定値となるように混入流量制御手段４２ａ、４２ｂの開度が制御される。
そして、混合部３３ａ、３３ｂに混入された高酸素原料空気と低酸素原料空気との混合は、これらの空気が混合部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進む。混合された空気は、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。
本実施形態で採用する原料空気生成装置２６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が安定するから、トレーニングルーム２ａ、２ｂに供給される低酸素混合空気の酸素濃度が安定する。また、当該安定した低酸素原料空気に高酸素原料空気が混合されるので、トレーニングルーム２ａ、２ｂに供給される低酸素混合空気の酸素濃度を所望の酸素濃度値に高精度に調整することができる。

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。
トレーニングルーム２ａ、２ｂ内には、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が設置される。
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１７ａ、１７ｂ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、主流路２３を流れる低酸素原料空気により多くの高酸素原料空気を混入する。このように、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１５ａ、１５ｂでも監視されている。最低酸素濃度監視センサー１５ａ、１５ｂ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内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１５ａ、１５ｂ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、換気装置を駆動してトレーニングルーム２ａ、２ｂ内の酸素濃度を大気状態に戻してもよい。

図１に示す実施形態では、高酸素空気流路３６に酸素濃度センサー４３が設けられているが、酸素濃度センサー４３は、設けられなくてもよい。また以下の実施形態において、酸素濃度センサー４３の検知信号を利用しない態様においても同様であり、酸素濃度センサー４３は、設けられなくてもよい。

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２を参照しつつ補足説明する。
原料空気生成装置２６は、気体分離部材として気体分離膜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（気体分離部材）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（気体分離部材）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。

以上説明した実施形態では、排気流量制御手段４６の開度が、低酸素濃度監視センサー４１で検知された低酸素原料空気の酸素濃度によって決定されるが、酸素濃度に代えて低酸素原料空気の窒素濃度を検知し、当該窒素濃度によって排気流量制御手段４６の開度を調整してもよい。
例えば、図1に示す低酸素濃度監視センサー４１に代えて、窒素濃度センサーを設け、窒素濃度センサーによって間接的に低酸素原料空気の酸素濃度を検知する。
窒素濃度センサーが検知する窒素濃度が降下傾向にある場合は、第１排出部３１から排出される低酸素原料空気の酸素濃度が上昇傾向となっている。
そのため、窒素濃度センサーが検知する窒素濃度が低下した際には、排気流量制御手段４６の開度を開き方向に変化させ、低酸素原料空気の酸素濃度を低下させる。
逆に、窒素濃度センサーが検知する窒素濃度が上昇傾向にある場合は、第１排出部３１から排出される低酸素原料空気の酸素濃度が低下傾向となっている。
そのため、窒素濃度センサーが検知する窒素濃度が上昇した際には、排気流量制御手段４６の開度を絞り方向に変化させ、低酸素原料空気の酸素濃度を上昇させる。

以上説明した実施形態では、低酸素原料空気の組成の変化を検知して、排気流量制御手段４６の開度を調整するものであるが、他の検出値によって排気流量制御手段４６の開度を調節してもよい。

例えば、低酸素原料空気の圧力を検知し、当該圧力に応じて、排気流量制御手段４６の開度を補正してもよい。
本発明者らの研究によると、低酸素原料空気の排出量が多い場合には、当該低酸素原料空気に含まれる酸素濃度が高い。逆に、低酸素原料空気の排出量が減少すると、当該低酸素原料空気に含まれる酸素濃度が低下する。
また、第１排出部３１から排出される低酸素原料空気の酸素濃度と流量は、空気導入口３０に供給される供給側空気の圧力と第１排出部３１の出口圧力の差に依存する。
第１排出部３１の出口圧力と、第２排出部３２の出口圧力は、異なるものとなる。
第２排出部３２から排出される高酸素原料空気量が増えると、第１排出部３１から排出される低酸素原料空気の排出量が減少し、当該低酸素原料空気の酸素濃度も低下する。
逆に、第２排出部３２から排出される高酸素原料空気量が減少すると、第１排出部３１から排出される低酸素原料空気の排出量が増加し、当該低酸素原料空気の酸素濃度が上昇する。
従って、低酸素原料空気の圧力を検知し、当該圧力に応じて排気流量制御手段４６の開度を補正することによっても、低酸素原料空気の酸素濃度を安定させることができる。

図３に示すトレーニング装置８２では、低酸素空気流路３８であって、第１排出部３１から混合部３３ａの間に、圧力センサー６０が設けられている。圧力センサー６０は、原料空気生成装置２６で生成された低酸素原料空気の圧力を監視するものであり、説明の都合上、「低酸素圧力監視センサー６０」と称する。本実施形態では、低酸素圧力監視センサー６０によって、原料空気生成装置２６における第１排出部３１の出口圧力が監視される。

第１排出部３１からの低酸素原料空気の排出量が多い場合には、第１排出部３１の出口圧力が低下傾向となる。この場合は、前記した様に、低酸素原料空気の酸素濃度が高い。
逆に、第１排出部３１からの低酸素原料空気の排出量が減少すると、第１排出部３１の出口圧力が上昇傾向となる。この場合には、低酸素原料空気の酸素濃度が低下する。

図３に示す配管系統においても、高酸素空気流路３６から排気流路（排気路）４５が分岐され、当該排気流路４５の排気部４８に至るまでの間に、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はモータバルブであり、開度を調整することができる。
そのため、排気流路（排気路）４５は、断面積が排気流量制御手段４６によって変わり、排気流量制御手段４６を閉じ方向に変化させると、排気流路（排気路）４５に繋がる高酸素空気流路３６の第２排出部３２の出口圧力が上昇傾向となる。即ち排気流量制御手段４６を閉じ方向に変化させると、系外に排出される高酸素原料空気の量が減少し、代わって、第１排出部３１から排出される低酸素原料空気の排出量が増加傾向となり、第１排出部３１の出口圧力は低くなる。また第１排出部３１から排出される低酸素原料空気の酸素濃度が増加する。

要点をまとめると、第１排出部３１の空気圧（出口圧力、以下同じ）と、低酸素原料空気に含まれる酸素濃度の間に相関関係があり、第１排出部３１の空気圧が上昇すると、低酸素原料空気の酸素濃度が低下傾向となり、第１排出部３１の空気圧が低下すると、低酸素原料空気の酸素濃度が上昇傾向となる。
また、低酸素原料空気を排出する第１排出部３１の圧力及び低酸素原料空気の酸素濃度と、排気流量制御手段４６の開度には相関関係があり、排気流量制御手段４６の開度を小さくすると、低酸素原料空気の酸素濃度が上昇し、排気流量制御手段４６の開度を大きくすると、低酸素原料空気の酸素濃度が低下する。

本実施形態では、低酸素圧力監視センサー６０で検知された低酸素原料空気の圧力があらかじめ設定された低酸素原料空気の圧力よりも低い場合（酸素濃度が高い場合）は、排気流量制御手段４６の開度が大きくなり、高酸素原料空気を排出する第２排出部３２の圧力が低下傾向となり、低酸素原料空気を排出する第１排出部３１の圧力が上昇して、低酸素原料空気の酸素濃度が低下する。
逆に、低酸素圧力監視センサー６０で検知された低酸素原料空気の圧力があらかじめ設定された低酸素原料空気の圧力よりも高い場合（酸素濃度が低い場合）は、排気流量制御手段４６の開度が小さくなり、高酸素原料空気を排出する第２排出部３２の圧力が上昇傾向となり、低酸素原料空気を排出する第１排出部３１の圧力が低下して、低酸素原料空気の酸素濃度が上昇する。

低酸素原料空気の圧力変化は、低酸素原料空気の酸素濃度変化に対して遅れが少ない。また低酸素原料空気の圧力は、検出が容易である。そのため、低酸素原料空気の圧力は、低酸素原料空気の酸素濃度変化を検知する指標として好適である。

図３に示す実施形態においては、低酸素濃度監視センサー４１及び高酸素濃度監視センサー４３が設けられていなくてもよい。

さらに、低酸素原料空気の圧力以外にも、低酸素原料空気の酸素濃度と相関関係にある数値があり、当該低酸素原料空気の酸素濃度と相関関係にある数値を、低酸素濃度監視センサー４１で検知された低酸素原料空気の酸素濃度に代えて採用してもよい。
例えば、以下の項目は、いずれも低酸素原料空気の酸素濃度と相関がある。
（１）高酸素原料空気の圧力。
（２）低酸素原料空気の流量。
（３）高酸素原料空気の流量。
（４）高酸素原料空気の酸素濃度。
（５）高酸素原料空気の窒素濃度。
従って、これらを前記した各実施形態の低酸素圧力監視センサー６０の検知信号に代えて、制御装置５に入力してもよい。

図４は、他の実施形態のトレーニング装置の配管系統等を示している。
図４に示すトレーニング装置８０では、高酸素空気流路３６の第２排出部３２と分岐部６５の間に、高酸素圧力監視センサー７０が設けられており、当該高酸素圧力監視センサー７０で、高酸素原料空気の圧力が検知される。
本実施形態では、高酸素圧力監視センサー７０の信号が、制御装置５に入力される。

高酸素原料空気の圧力は低酸素原料空気の酸素濃度と相関があり、低酸素原料空気の酸素濃度が上昇すると、高酸素原料空気の圧力が上昇し、逆に、低酸素原料空気の酸素濃度が低下すると、高酸素原料空気の圧力が低下する。

本実施形態では、低酸素原料空気の酸素濃度が高く、高酸素圧力監視センサー７０で検知された高酸素原料空気の圧力があらかじめ設定された高酸素原料空気の圧力よりも高い場合は、排気流量制御手段４６の開度が増大され、高酸素原料空気を排出する第２排出部３２の出口圧力が低下傾向となり、低酸素原料空気の酸素濃度が低下する。
逆に、低酸素原料空気の酸素濃度が低く、高酸素圧力監視センサー７０で検知された高酸素原料空気の圧力があらかじめ設定された高酸素原料空気の圧力よりも低い場合は、排気流量制御手段４６の開度が小さくなり、高酸素原料空気を排出する第２排出部３２の出口圧力が上昇傾向となり、低酸素原料空気の酸素濃度が上昇する。

図４に示す実施形態においては、低酸素濃度監視センサー４１及び高酸素濃度監視センサー４３が設けられていなくてもよい。

他の実施形態として、図１の実施形態の低酸素原料空気の酸素濃度を利用する形態や、図３の実施形態の低酸素原料空気の圧力を利用する形態に代えて、低酸素原料空気の流量を利用する形態としてもよい。
具体的には、トレーニング装置１において、低酸素空気流路３８の第１排出部３１と混合部３３との間に設けられた低酸素濃度監視センサー４１や低酸素圧力監視センサー６０に代えて、流量センサーを設ける実施形態としてもよい。当該実施形態では、流量センサーで、原料空気生成装置２６から排出される低酸素原料空気の流量が検知される。
本実施形態では、流量センサーの信号が、制御装置５の酸素濃度検知部や圧力検知部に代えて流量検知部に入力される。

低酸素原料空気の流量は低酸素原料空気の酸素濃度と相関があり、低酸素原料空気の酸素濃度が上昇すると、低酸素原料空気の流量が増加傾向となる。逆に、低酸素原料空気の酸素濃度が低下すると、低酸素原料空気の流量が減少傾向となる。

本実施形態では、流量センサーで検知された低酸素原料空気の流量があらかじめ設定された流量よりも多い場合（低酸素原料空気の酸素濃度が高い場合）は、排気流量制御手段４６の開度が大きくなり、低酸素原料空気の酸素濃度が低下する。
逆に、流量センサーで検知された低酸素原料空気の流量があらかじめ設定された流量よりも少ない場合（低酸素原料空気の酸素濃度が低い場合）は、排気流量制御手段４６の開度が小さくなり、低酸素原料空気の酸素濃度が上昇する。

また高酸素原料空気の流量は低酸素原料空気の酸素濃度と相関があり、低酸素原料空気の酸素濃度が上昇すると、高酸素原料空気の流量が減少し、逆に、低酸素原料空気の酸素濃度が低下すると、高酸素原料空気の流量が増加する。
この現象を利用した他の実施形態として、図４の実施形態の高酸素原料空気の圧力を利用する形態に代えて、高酸素原料空気の流量を利用する形態としてもよい。
具体的には、トレーニング装置８０において、高酸素空気流路３６の第２排出部３２と分岐部６５の間に設けられた高酸素圧力監視センサー７０に代えて、流量センサーを設ける実施形態としてもよい。当該実施形態では、流量センサーで高酸素原料空気の流量が検知される。
本実施形態では、流量センサーの信号が、制御装置５の圧力検知部に代えて図示しない流量検知部に入力される。

本実施形態では、流量センサーで検知された高酸素原料空気の流量があらかじめ設定された流量より少ない場合（低酸素原料空気の酸素濃度が高い場合）は、排気流量制御手段４６の開度が大きくなり、高酸素原料空気の流量が増加傾向となり、低酸素原料空気の酸素濃度が低下する。
逆に、流量センサーで検知された高酸素原料空気の流量が多い場合（低酸素原料空気の酸素濃度が低い場合）は、排気流量制御手段４６の開度が小さくなり、高酸素原料空気の流量が減少傾向となり、低酸素原料空気の酸素濃度が上昇する。

さらに他の実施形態として、低酸素原料空気の酸素濃度に代えて、高酸素原料空気の酸素濃度を利用してもよい。
低酸素原料空気の酸素濃度が高い場合は、高酸素原料空気の酸素濃度が低くなり、低酸素原料空気の酸素濃度が低い場合は、高酸素原料空気の酸素濃度が高くなる。
高酸素原料空気の酸素濃度を利用する場合は、高酸素空気流路３６に設けられた酸素濃度センサー４３の信号が、制御装置５に入力される。

本実施形態では、酸素濃度センサー４３で検知された高酸素原料空気の酸素濃度があらかじめ設定された酸素濃度よりも低い場合は、排気流量制御手段４６の開度が大きくなり、高酸素原料空気の酸素濃度が上昇傾向となり、低酸素原料空気の酸素濃度が低下する。
逆に、酸素濃度センサー４３で検知された高酸素原料空気の酸素濃度があらかじめ設定された酸素濃度よりも高い場合は、排気流量制御手段４６の開度が小さくなり、高酸素原料空気の酸素濃度が低下傾向となり、低酸素原料空気の酸素濃度が上昇する。

高酸素原料空気の酸素濃度に代えて、高酸素原料空気の窒素濃度を利用してもよい。
即ち、上記した実施形態では、排気流量制御手段４６の開度が、高酸素空気流路３６に設けられた酸素濃度センサー４３で検知された高酸素原料空気の酸素濃度によって決定されるが、酸素濃度に代えて高酸素原料空気の窒素濃度を検知し、当該窒素濃度によって排気流量制御手段４６の開度を調整してもよい。
例えば、図１に示す高酸素空気流路３６に設けられた酸素濃度センサー４３に代えて、窒素濃度センサーを設け、窒素濃度センサーによって間接的に高酸素原料空気の酸素濃度を検知する。
高酸素空気流路３６に設けられた窒素濃度センサー（図示せず）が検知する窒素濃度が低下傾向にある場合は、第１排出部３１から排出される低酸素原料空気の酸素濃度が低下傾向となっている。
そのため、高酸素空気流路３６に設けられた窒素濃度センサーが検知する窒素濃度があらかじめ設定された窒素濃度よりも低下した際には、排気流量制御手段４６の開度を小さくする方向に変化させ、低酸素原料空気の酸素濃度を上昇させる。
逆に、高酸素空気流路３６に設けられた窒素濃度センサーが検知する窒素濃度が上昇傾向にある場合は、第１排出部３１から排出される低酸素原料空気の酸素濃度が上昇傾向となっている。
そのため、高酸素空気流路３６に設けられた窒素濃度センサーが検知する窒素濃度があらかじめ設定された窒素濃度よりも上昇した際には、排気流量制御手段４６の開度を大きくし、低酸素原料空気の酸素濃度を低下させる。

以上説明した実施形態では、排気流量制御手段４６の開度が、低酸素濃度監視センサー４１等で検知された低酸素原料空気の酸素濃度等によって決定されるが、他の要素を加味して排気流量制御手段４６の開度を補正してもよい。

例えば、排気流量制御手段４６の開度と混入流量制御手段４２ａ、４２ｂの開度が、関連付けられて制御されるものであってもよい。
具体的には、前記した低酸素濃度監視センサー４１で検知された低酸素原料空気の酸素濃度による排気流量制御手段４６の開度調節を行う。さらに、混入流量制御手段４２ａ、４２ｂの開度が大きくなると、排気流量制御手段４６が絞られる様に排気流量制御手段４６の開度が補正される。また、混入流量制御手段４２ａ、４２ｂの開度が小さくなると、排気流量制御手段４６を開く様に排気流量制御手段４６の開度が補正される。
即ち、排気流量制御手段４６の開度を、低酸素濃度監視センサー４１で検知された低酸素原料空気の酸素濃度に加え、混入流量制御手段４２ａ、４２ｂの開度によっても制御する。

例えば、排気流量制御手段４６の開度を決定するための演算項目として、低酸素原料空気の酸素濃度に基づく制御量と、混入流量制御手段４２ａ、４２ｂの開度に基づく制御量があり、両者の合計によって、排気流量制御手段４６の開度が決定される。
混入流量制御手段４２ａ、４２ｂの開度に基づく排気流量制御手段４６の開度の制御量は、混入流量制御手段４２ａ、４２ｂの開度に対して反比例的に増減する。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の開度が開く方向に変化する。
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。

低酸素原料空気の窒素濃度、低酸素原料空気の圧力、低酸素原料空気の流量、高酸素原料空気の圧力、高酸素原料空気の流量、高酸素原料空気の酸素濃度、高酸素原料空気の窒素濃度等によって排気流量制御手段４６を調整する場合も同様であり、他の要素を加味して排気流量制御手段４６の開度を補正してもよい。

以上説明した各実施形態は、いずれも、余剰の高酸素原料空気を系外に排気するものであり、高酸素原料空気の排気量を増減することによって、低酸素原料空気の酸素濃度を調節するものである。以上説明した各実施形態では、高酸素原料空気の排気量を調節する手段として、排気流路４５に排気流量制御手段４６が設けられている。
本発明は、この構成に限定されるものではなく、低酸素原料空気の酸素濃度と相関関係にある他の流路に流量制御手段を設けることも可能である。
例えば、以下の部位の流量は、いずれも低酸素原料空気の酸素濃度と相関がある。
（１）第２排出部３２から混合部３３ａ、３３ｂまでの間。
（２）混合部３３ａ、３３ｂから低酸素空気の供給先（トレーニングルーム２ａ、２ｂ）までの間。
（３）第１排出部３１から混合部３３ａ、３３ｂまでの間。

図５は、第２排出部３２から混合部３３ａ、３３ｂまでの間であって、第２排出部３２から分岐部６５までの間に、流量制御手段７５を設けた例である。
図５に示すトレーニング装置８３では、流量制御手段７５の開度を調節すると、第２排出部３２の出口圧力が変化し、低酸素原料空気の酸素濃度が変わる。
図５に示す実施形態では、混入流量制御手段４２ａ、４２ｂ及び排気流量制御手段４６よりも上流側に流量制御手段７５があるので、混入流量制御手段４２ａ、４２ｂ及び排気流量制御手段４６の開度に影響を受けることなく、第２排出部３２の出口圧力を調整することができる。よって、低酸素原料空気の酸素濃度や圧力を安定させることができる。

図６は、第２排出部３２から混合部３３ａ、３３ｂまでの間であって、分岐部６５から混入流量制御手段４２ａ、４２ｂまでの間に、流量制御手段７６を設けた例である。
図６に示すトレーニング装置８５では、流量制御手段７６の開度を調節すると、第２排出部３２の圧力が変化し、低酸素原料空気の酸素濃度が変わる。
図６に示す実施形態では、混入流量制御手段４２ａ、４２ｂよりも上流側に流量制御手段７６があるので、混入流量制御手段４２ａ、４２ｂの開度に影響を受けることなく、第２排出部３２の出口圧力を調整することができる。よって、低酸素原料空気の酸素濃度や圧力を安定させることができる。

図７は、混合部３３ａ、３３ｂから低酸素空気の供給先（トレーニングルーム２ａ、２ｂ）までの間に、流量制御手段７７ａ、７７ｂを設けた例である。
図７に示すトレーニング装置８６では、流量制御手段７７ａ、７７ｂの開度を調節すると、低酸素原料空気の酸素濃度が変わる。

図８は、第１排出部３１から混合部３３ａ、３３ｂまでの間に、流量制御手段７８を設けた例である。
図８に示すトレーニング装置８７では、流量制御手段７８の開度を調節すると、低酸素原料空気の酸素濃度が変わる。
図８に示す実施形態では、低酸素空気流路３８であって、二つのトレーニングルーム２ａ、２ｂに分岐される前の位置に、共通の流量制御手段７８が設けられているが、分岐後の位置に、それぞれ個別に流量制御手段７８を設けてもよい。

図５乃至図８には、高酸素濃度監視センサー４３が図示されているが、高酸素濃度監視センサー４３は無くてもよい。

図５乃至図８に示す実施形態では、低酸素原料空気の酸素濃度を低酸素濃度監視センサー４１で直接的に検知したが、以下のような低酸素原料空気の酸素濃度と相関関係にある数値を、低酸素濃度監視センサー４１の検知濃度に代えて利用してもよい。
（１）低酸素原料空気の圧力。
（２）高酸素原料空気の圧力。
（３）低酸素原料空気の流量。
（４）高酸素原料空気の流量。
（５）高酸素原料空気の酸素濃度。
（６）低酸素原料空気の窒素濃度。
（７）高酸素原料空気の窒素濃度。

上記した番号（１）乃至（７）のいずれかの検出値を利用して低酸素原料空気の酸素濃度を調整する場合には、他の検知手段は無くてもよい。例えば、上記した番号（１）乃至（７）のいずれかの検出値を利用して低酸素原料空気の酸素濃度を調整する場合には、低酸素濃度監視センサー４１は設けられなくてもよい

図５乃至図８に示す実施形態及びこれの変形例の構成を採用する場合には、排気流路４５に排気流量制御手段４６が設けられていなくてもよい。ただし、排気部４８を完全に開放状態とすることは好ましくないので、手動式の絞りの様な開度を変更可能な部材を設けることが望ましい。排気部４８に固定式の絞りを設けてもよい。

流量制御手段７５、７６、７７ａ、７７ｂ、７８を図５乃至図８に示す位置に配置した場合においても、当該流量制御手段７５、７６、７７ａ、７７ｂ、７８の開度を、混入流量制御手段４２ａ、４２ｂの開度に関連付けて制御してもよい。
例えば、前記した低酸素濃度監視センサー４１で検知された低酸素原料空気の酸素濃度によって排気流量制御手段７５、７６、７７ａ、７７ｂ、７８の開度調節を行う。さらに、混入流量制御手段４２ａ、４２ｂの開度に応じて、排気流量制御手段７５、７６、７７ａ、７７ｂ、７８の開度が補正される。
即ち、排気流量制御手段７５、７６、７７ａ、７７ｂ、７８の開度を、低酸素濃度監視センサー４１等で検知された情報に加え、混入流量制御手段４２ａ、４２ｂの開度によっても制御する。

以上説明した実施形態では、検知手段（低酸素濃度監視センサー４１、窒素濃度センサー、圧力センサー６０、高酸素濃度監視センサー４３、高酸素圧力監視センサー７０、流量センサー等）が検知した検出値が、一定値または一定の範囲に収まる様に、流量制御手段（排気流量制御手段４６、流量制御手段７５、流量制御手段７６、流量制御手段７７ａ、７７ｂ、流量制御手段７８等）の開度が制御される。即ち上記した実施形態では、検知手段の検出値をそのまま利用し、当該検出値が一定値または一定の範囲に収まる様に、流量制御手段の開度が制御される。
しかしながら、本発明はこの構成に限定されるものではなく、特定の検知手段で検知された物理量から他の物理量を演算または推定し、この値が一定値または一定の範囲に収まる様に、流量制御手段の開度が制御されてもよい。
例えば、圧力センサー６０で検知される低酸素原料空気の圧力（検知された物理量）に基づいて、低酸素原料空気の酸素濃度（他の物理量）を演算し、この値が一定値または一定の範囲に収まる様に、流量制御手段の開度が制御されるものであってもよい。

以上説明した実施形態では、低酸素空気流路３８に定流量手段（ニードル弁）６１ａ、６１ｂが設けられているが、定流量手段（ニードル弁）６１ａ、６１ｂは、設けられなくてもよい。また、定流量手段はニードル弁に限らず開度調整可能なダンパ等であってもよい。また、定流量手段は、二つのトレーニングルーム２ａ、２ｂに分岐した配管にそれぞれ備えられているがこれに限定されず、分岐前の配管に一つ設けられていてもよい。

以上説明した実施形態では、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に混入流量制御手段４２ａ、４２ｂを設け、排気流路４５に排気流量制御手段４６を設けて、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に混合するものと系外に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６５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。

また低酸素空気供給装置３に二酸化炭素除去装置を設けてもよい。二酸化炭素除去装置は、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。

１、８０、８２、８３、８５、８６、８７ トレーニング装置
２ａ 第１トレーニングルーム
２ｂ 第２トレーニングルーム
３ 低酸素空気供給装置
５ 制御装置
１３ 室内酸素濃度監視センサー
２６ 原料空気生成装置（特殊空気生成装置）
３０ 空気導入口
３１ 第１排出部
３２ 第２排出部
３３ａ、３３ｂ 混合部
３６ 高酸素空気流路
３８ 低酸素空気流路
４１ 低酸素濃度監視センサー
４２ａ 混入流量制御手段
４２ｂ 混入流量制御手段
４３ 高酸素濃度監視センサー
４５ 排気流路
４６ 排気流量制御手段
４８ 排気部
５１ 気体分離膜（気体分離部材）
６０ 低酸素圧力監視センサー
６５ 分岐部
７０ 高酸素圧力監視センサー
７５ 流量制御手段
７６ 流量制御手段
７７ａ、７７ｂ 流量制御手段
７８ 流量制御手段

Claims (7)

1. 原料空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であって、
   特殊空気生成装置を有し、
   前記特殊空気生成装置は、窒素と酸素とを分離可能な気体分離部材を有するものであって、空気導入口と、第１排出部と、第２排出部を有し、前記空気導入口から原料空気が導入され、前記第１排出部から前記原料空気よりも酸素濃度が低い低酸素原料空気が排出され、前記第２排出部から前記原料空気よりも酸素濃度が高い高酸素原料空気が排出されるものであり、
   前記低酸素原料空気と前記高酸素原料空気を混合して、前記原料空気よりも酸素濃度が低い低酸素混合空気を生成する混合部と、
   余剰の高酸素原料空気を系外に排気する排気部と、
   前記高酸素原料空気の酸素濃度、窒素濃度、圧力、又は流量のいずれかを検知する検知手段と、
   第１群のいずれかの位置に設けられた流量制御手段と、
   前記検知手段の検出値に基づき、前記流量制御手段を制御する制御手段と、を有することを特徴とする低酸素空気供給装置。
   第１群
   （１）前記第２排出部から前記排気部までの間。
   （２）前記混合部から前記低酸素空気の供給先までの間。
   （３）前記第１排出部から前記混合部までの間。
2. 原料空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であって、
   特殊空気生成装置を有し、
   前記特殊空気生成装置は、窒素と酸素とを分離可能な気体分離部材を有するものであって、空気導入口と、第１排出部と、第２排出部を有し、前記空気導入口から原料空気が導入され、前記第１排出部から前記原料空気よりも酸素濃度が低い低酸素原料空気が排出され、前記第２排出部から前記原料空気よりも酸素濃度が高い高酸素原料空気が排出されるものであり、
   前記低酸素原料空気と前記高酸素原料空気を混合して、前記原料空気よりも酸素濃度が低い低酸素混合空気を生成する混合部と、
   余剰の高酸素原料空気を系外に排気する排気部と、
   前記高酸素原料空気の酸素濃度、窒素濃度、圧力、又は流量のいずれかを検知する検知手段と、
   前記第２排出部から前記混合部までの間に設けられた流量制御手段と、
   前記検知手段の検出値に基づき、前記流量制御手段を制御する制御手段と、を有することを特徴とする低酸素空気供給装置。
3. 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、
   前記高酸素空気流路から分岐されて前記排気部に至る排気路を有し、
   前記流量制御手段は、前記排気路に設けら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。
4. 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、
   前記高酸素空気流路を分岐する分岐部と、
   前記分岐部で分岐されて前記排気部に至る排気路を有し、
   前記流量制御手段は、前記第２排出部と前記分岐部の間に設けら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。
5. 前記低酸素原料空気に混合される前記高酸素原料空気の量を制御する混入流量制御手段を有し、
   前記流量制御手段の開度と前記混入流量制御手段の開度が関連付けて制御されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の低酸素空気供給装置。
6. 前記低酸素原料空気に混合される前記高酸素原料空気の量を制御する混入流量制御手段を有し、
   前記混入流量制御手段は、前記混合部以降の流路の酸素濃度に基づき制御され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。
7. 人が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前記原料空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。

Images