JP3891935B2

JP3891935B2 - 酸素富化空気を供給可能な空気調和機

Info

Publication number: JP3891935B2
Application number: JP2002567750A
Authority: JP
Inventors: チョイ、ヨング・ホーン; パーク、クワン・チョウル; キム、サング・ミン
Original assignee: デーウー・エレクトロニクス・コーポレイション
Priority date: 2001-02-28
Filing date: 2001-09-29
Publication date: 2007-03-14
Anticipated expiration: 2021-09-29
Also published as: CN1492983A; JP2004527717A; ES2271073T3; US6427484B1; WO2002068878A1; EP1364167B1; US20020116946A1; EP1364167A1; CN1220002C; AR030883A1; AU2001292427B2

Description

本発明は、空気調和機に関し、さらに詳しくは、酸素富化空気を室内に供給できる酸素富化装置を有する空気調和機に関する。

空気調和機が広く使用されるに従い、密閉された室内で生活する場合が多くなっている。しかし、室内が長時間密閉された状態で維持されると、これによる呼吸困難、頭痛、記憶力減退などの多様な副作用が発生する可能性がある。

このような問題を解決するための努力として室内に酸素を供給できる酸素富化空気分離システムが開発されてきた。一般に、酸素富化空気分離システムは、酸素に対する選択的透過性を有する分離膜を使用している。図１は、従来の酸素富化空気分離機を示す。

図１に示すように、酸素富化空気分離機は、中空本体１０及び前記本体に設けられた多数の円筒状分離膜２０を含む。本体１０の内部は、分離膜２０により２つの空間１１ａ、１１ｂに分けられる。第１空間１１ａと第２空間１１ｂの差圧により第１空間１１ａに流入された空気は分離膜２０に浸透し、第２空間１１ｂに移動される。分離膜２０は、酸素に対する高い選択的透過性を有するので、第２空間１１ｂに移動された空気は、約３０〜４５％の高い酸素濃度を有するようになる（以下、酸素富化空気と呼ぶ）。一方、第１空間１１ａに残る空気（この空気は比較的に窒素濃度が高いので、窒素富化空気と呼ぶ）は、本体１０の一面に設けられた窒素富化空気出口１７を通して排気される。

しかし、このような従来の酸素富化空気分離機は、窒素富化空気（即ち、酸素が分離された後、残った空気）が排気される時、大きい騒音が発生されるという問題を有している。これは、窒素富化空気出口が単に１つの開口端であるからであろうと思われる。

さらに、分離膜の酸素に対する選択的透過性が温度変化に敏感であり、温度の低い冬には容易に悪化するので、酸素富化空気分離機の効率が冬には大きく減少する。

本発明の目的は、第１空間と第２空間との間の差圧が大きく維持できる酸素富化空気分離機を提供することにある。

本発明の他の目的は、外部温度に関係なく、分離膜の酸素に対する優れた選択的透過性が維持できる酸素富化空気分離機を提供することにある。

本発明の一実施例は、空気調和機において、熱交換媒体を外部空気と熱交換させる室外熱交換器を含む室外ユニットと、室内空気を熱交換媒体と熱交換させる室内熱交換器を含む室内ユニットと、圧縮空気を供給する空気圧縮機、前記圧縮空気を酸素富化空気と窒素富化空気に分離する酸素富化空気分離機、及び前記酸素富化空気分離機から供給された酸素富化空気を前記室内ユニットに供給する給気管からなる酸素富化空気供給器とを含み、前記酸素富化空気分離機は、本体と、前記給気管を通して前記酸素富化空気を排気する酸素富化空気出口と、室外に前記窒素富化空気を排気する窒素富化空気出口と、前記圧縮空気を前記酸素富化空気及び前記窒素富化空気に分離する分離膜（ここで、前記本体の内部は前記窒素富化空気出口と連通する第１空間及び前記酸素富化空気出口と連通する第２空間に分けられる）と、第１空間と第２空間との間の差圧を予め定められたレベルより大きく維持するための圧力維持装置とを含む。

本発明の他の実施例は、空気調和機において、熱交換媒体を外部空気と熱交換させる室外熱交換器を含む室外ユニットと、室内空気と熱交換媒体を熱交換させる室内熱交換器を含む室内ユニットと、圧縮空気を供給する空気圧縮機、前記圧縮空気を酸素富化空気と窒素富化空気に分離する酸素富化空気分離機、及び前記酸素富化空気分離機から供給された酸素富化空気を前記室内ユニットに供給する給気管からなる酸素富化空気供給器とを含み、前記酸素富化空気分離機は、本体と、前記給気管を通して前記室内ユニットに連結された酸素富化空気出口と、室外に前記窒素富化空気を排気させる窒素富化空気出口と、前記圧縮された空気を前記酸素富化空気と前記窒素富化空気に分離する分離膜（ここで、前記本体の内部は、前記窒素富化空気出口と連通する第１空間と前記酸素富化空気出口と連通される第２空間に分けられる）と、前記分離膜の酸素に対する選択的透過性を向上させるために予め定められた温度まで分離膜を加熱する加熱手段とを含む。

図２は、本発明による空気調和機を示す。空気調和機は、室内ユニット１００、室外ユニット２００及び酸素富化空気供給器を有する。図３は、図２に示す酸素富化空気供給器の概略図である。

図２及び図３を参照すれば、酸素富化空気供給器は、空気圧縮機３１０、酸素富化空気分離機３２０、第１及び第２フィルター・アセンブリ３３０、３４０、消音器３５０、酸素センサ３６０及び制御部（図示せず）を含む。

空気圧縮機３１０は、外部から流入された空気を圧縮するために室外ユニット２００の一側に設けられている。

酸素富化空気分離機３２０は、１つの入口及び２つの出口を有しており、その内部に分離膜が設けられている。酸素富化空気分離機３２０の入口は、空気圧縮機３１０と連通されている。酸素富化空気分離機３２０の２つの出口のうち１つは窒素富化空気出口３２６であり、他の１つは酸素富化空気出口である。ここで、窒素富化空気出口は室外に連通され、酸素富化空気出口は酸素富化空気流入パイプ３０４を通して室内に連通される。さらに、分離膜は酸素に対する選択的透過性が高く、好ましくは、例えば、ポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）で作られる。しかし、分離膜の材料はポリイミドに限らず、トリアセテート（ｔｒｉａｃｅｔａｔｅ）、ポリスルホン（ｐｏｌｙｓｕｌｆｏｎｅ）、ポリオレフィン（ｐｏｌｙｏｌｅｆｉｎｅ）などの酸素に対する選択的透過性を有する物質であれば良い。

第１及び第２フィルター・アセンブリ３３０、３４０は、空気圧縮機３１０により圧縮された空気中に含まれている不純物を除去するために、空気圧縮機３１０と酸素富化空気分離機３２０との間の連結管３０２に設けられる。さらに、第１フィルター・アセンブリ３３０は、空気圧縮機３１０で生成された圧縮空気の脈動圧を除去し、第２フィルター・アセンブリ３４０は圧縮空気から凝縮水を除去し、第２フィルター・アセンブリ内に設けられた排出弁３４２を通して凝縮水を排出する。

消音器３５０は、その中に積層された複数の騒音減少物質を有しており、外部空気が空気圧縮機３２０に流入される時発生する騒音を減少させるために、空気圧縮機３２０の吸入部の近くに設けられている。望ましくは、消音器３５０は、空気中に含まれた不純物を除去する。

室内ユニットの一面に設けられた酸素センサ３６０は、室内空気中の酸素濃度を検出し、その測定値を制御部に入力する。

制御部は、酸素センサ３６０から入力された酸素濃度に従い、室内環境が最適の状態に維持されるように空気圧縮機３１０をオン／オフ（ｏｎ／ｏｆｆ）させ、酸素富化空気供給器の動作を制御する。同時に、空気調和機の室内ユニット及び室外ユニットの全体的な動作を制御する。

一方、二酸化炭素センサを酸素センサ３６０と一緒に使用することもでき、または酸素センサの代わりに使用することもできる。さらに、ＣＯセンサ、ＮＯ_ｘセンサ、ＳＯ_ｘセンサなどを室内環境に従って酸素センサとは独立的に使用することもできる。さらにまた、このようなセンサだけでなくタイマーを使用することもでき、この場合はユーザーが設定した時間の間のみ作動できるように、制御部が空気圧縮機を制御する。

酸素富化空気供給器の作動は、酸素富化空気供給機能が手動操作モードで選択された時、開始される。他方、自動操作モードでは、酸素センサ３６０により室内空気の酸素濃度が予め定められたレベル以下に検出された時、制御部が酸素富化空気供給器の作動を開始する。

酸素富化空気の供給は、空気圧縮機３１０の作動により開始される。室外空気は、消音器３５０を通過した後、空気圧縮機３１０に流入され、圧縮される。空気が圧縮機３１０に流入される時発生する騒音は、消音器３５０に設けられた騒音減少物質を通過する際に大きく減少される。さらに、流入された空気に含まれる不純物も消音器３５０を通過する際に除去される。不純物が除去された空気は、高圧及び高温で空気圧縮機３１０により圧縮される。その後、圧縮された空気は、連結管３０２を通して酸素富化空気分離機３２０に流入される。圧縮空気が連結管３０２を通過する間、空気圧縮機３１０と酸素富化空気分離機３２０の間にそれぞれ設けられた第１及び第２フィルター・アセンブリ３３０、３４０は、圧縮空気から不純物及び凝縮水を除去する。

酸素富化空気分離機３２０は、その内部に設けられた選択的に酸素を透過させることのできる分離膜を用い、流入された空気を通常の空気より酸素濃度の高い酸素富化空気と、通常の空気より比較的に低い酸素濃度を有する窒素富化空気に分離する。酸素富化空気の酸素濃度は、約３０〜４５％である。しかし、このような酸素濃度は、酸素富化空気分離機３２０に流入される圧縮空気の圧力または流量を変化させるか２つ以上の酸素富化空気分離機を直列に設けることにより５０％まで増加させることができる。

分離された酸素富化空気は、酸素富化空気出口に連結された酸素富化空気流入パイプ３０４を通して空気調和機の室内ユニット１００に流入され、酸素富化空気流入チューブ３０４の端部にある酸素富化空気吐出口３０５を通して室内に排気される。一方、分離された窒素富化空気は、窒素富化空気出口３２６を通して室外に排気される。

酸素富化空気が室内に連続的に供給され、センサ３６０により検出される室内の酸素濃度が予め定められたレベル（例えば、２２〜２３％）以上になるか（または二酸化炭素センサにより二酸化炭素の濃度が１８％以下に検出される時）、または手動操作モードで作動停止信号が入力されれば、制御部は空気圧縮機３１０の作動を停止することにより酸素富化空気の供給を遮断する。

図４は、本発明の第１実施例に係る酸素富化空気分離機を示す。

酸素富化空気分離機は、本体１１０、分離膜１２０及び圧力維持装置を含む。本体１１０は中空の円筒状部材であり、複数の分離膜１２０は一対のバルクヘッド１１２により本体１１０の内部に収容されている。ここで、前記分離膜は両端部が開放された円筒状のチューブである。分離膜１２０は、空気中の複数の元素のうち酸素に対する選択的透過性の高い材料、例えばポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）で作られる。本体１１０の内部は、バルクヘッド１１２及び分離膜１２０により、分離膜１２０の内部と連通される第１空間１１１ａと分離膜１２０の外部と連通される第２空間１１１ｂに分けられる。

本体１１０の入口１１４及び窒素富化空気出口１１７は第１空間１１１ａと連通され、酸素富化空気出口１１６は第２空間１１１ｂと連通される。ここで用いられる圧力維持装置は、窒素富化空気出口１１７に設けられた細管１３０であり、好ましくは螺旋状に設けられる。

圧縮空気の一部分は、入口１１４を通して酸素富化空気分離機に流入された後、分離膜１２０を通過して第１空間１１１ａから第２空間１１１ｂに移動され、残りの空気は窒素富化空気出口１１７に設けられた細管１３０を通して排気される。窒素富化空気の吐出し量及び吐出し圧力は、予め定められたレベルに常に維持されることができ、これは窒素富化空気が排気される細管１３０が高い流動抵抗を有しているからである。

従って、第１空間１１１ａに流入された空気は、通常の場合のように早い速度で窒素富化空気出口１１７を通して外部に排気されないので、第１空間１１１ａと第２空間１１１ｂとの間の差圧は、予め定められたレベルに維持されることができ、酸素富化空気分離工程の効率は大きく向上され得る。また、細管１３０を通して外部に排気された窒素富化空気と室外空気との間の差圧は、細管１３０の長さを調整することにより最小化することができる。その結果、窒素富化空気の排気時に生じる騒音も同様にして最小化され得る。

図５は、本発明の第２実施例に係る酸素富化空気分離機を示す。

第２実施例によると、酸素富化空気分離機は、第２実施例の酸素富化空気分離機の圧力維持装置が第１実施例の細管１３０の代わりに弁１３０'であることを除いては、図２に示される第１実施例と同じ構成を有する。

弁１３０'は、窒素富化空気出口１１７の流路断面積を一定に維持させることにより、窒素富化空気出口１１７を通して排気される空気の吐出し量が少なくなるように制御する。従って、第１実施例と同じ効果を得ることができる。さらに、窒素富化空気の吐出し量及び吐出し圧力を弁１３０'の開度を制御して調節することもできる。

図６は、本発明の第３実施例に係る酸素富化空気分離機を示す。

酸素富化空気分離機は、本体１１０、分離膜１２０、電熱線１３２と電源スイッチ（図示せず）とを有する加熱部１３０、温度センサ１３４及び外部ケース１３６を含む。加熱部は、本体１１０を取り囲むように本体１１０の外部に設けられる。電熱線１３２は、本体１１０の周りに配置されており、電源スイッチを通して電源と連結されている。好ましくは、電熱線１３２は本体１１０の外部表面に螺旋状に巻き付けられる。温度センサ１３４は、本体１１０の第１空間１１１ａまたは第２空間１１１ｂに設けられる。電源スイッチは、温度センサ１３４により検出される温度に従って電熱線１３４に電源を供給するか遮断する。外部ケース１３６は、電熱線１３２が外部に露出することを防止するために、本体１１０と本体１１０の周りに配置された電熱線１３２とを全て収容している。

若し、温度センサ１３４により検出される本体１１０の温度が基準値、例えば１０℃を超えれば、電源スイッチはオフ状態に維持される。しかし、若し本体の温度が基準値以下に測定されれば、電源スイッチはオン状態になり、電源が電熱線１３２に供給可能になる。その後、電熱線１３２から熱が発生し、本体１１０及び本体１１０内に設けられた分離膜１２０を加熱する。若し、分離膜１２０が酸素に対する選択的透過性を示すことができるように十分に加熱されれば、即ち、本体の温度が約６０℃まで上がれば、電源スイッチは再びオフ状態になる。従って、本発明による酸素富化空気分離機は、外部温度に係らず、室内に酸素を効果的に供給することができる。

上記したように、好適な実施例を用いて本発明を説明してきたが、本発明の請求の範囲を逸脱することなく種々の改変が可能であることは当業者には明らかであろう。

従来の空気調和機の断面図。本発明による空気調和機の斜視図。本発明の第１実施例による酸素富化空気供給器の模式図。本発明の第１実施例による酸素富化空気供給器の側方向断面図。本発明の第２実施例による酸素富化空気供給器の側断面図。本発明の第３実施例による酸素富化空気分離機を示す図。

Claims

空気調和機であって、
熱交換媒体と外部空気との間の熱交換を実行する室外熱交換器を含む室外ユニットと、
室内空気と前記熱交換媒体との間の熱交換を実行する室内熱交換器を含む室内ユニットと、
圧縮空気を供給する空気圧縮機、前記圧縮空気を酸素富化空気と窒素富化空気とに分離する酸素富化空気分離機、及び前記酸素富化空気分離機から供給された前記酸素富化空気を前記室内ユニットに供給する給気管からなる酸素富化空気供給器とを含み、
前記酸素富化空気分離機は、
本体と、
前記酸素富化空気を前記給気管へ給気する酸素富化空気出口と、
前記窒素富化空気を室外へ排気する窒素富化空気出口と、
前記圧縮空気を前記酸素富化空気と前記窒素富化空気とに分離し、前記本体の内部を、前記窒素富化空気出口と連通する第１空間と、前記酸素富化空気出口と連通する第２空間とに隔てる分離膜と、
前記窒素富化空気出口に設けられ、該窒素富化空気出口の排気量を少量に制限することによって、前記第１空間と前記第２空間との間の圧差を所定のレベル以上に維持する圧力維持装置とを含むことを特徴とする空気調和機。
前記圧力維持装置は、前記窒素富化空気出口から室外に空気を排出する経路をなす細管であることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
前記細管は螺旋状に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の空気調和機。
前記圧力維持装置は、前記窒素富化空気出口に設けられた弁であることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
空気調和機であって、
熱交換媒体と外部空気との間の熱交換を実行する室外熱交換器を含む室外ユニットと、
室内空気と前記熱交換媒体との間の熱交換を実行する室内熱交換器を含む室内ユニットと、
圧縮空気を供給する空気圧縮機、前記圧縮空気を酸素富化空気と窒素富化空気に分離する酸素富化空気分離機、及び前記酸素富化空気分離機から供給された前記酸素富化空気を前記室内ユニットに供給する給気管からなる酸素富化空気供給器とを含み、
前記酸素富化空気分離機は、
本体と、
前記酸素富化空気を前記給気管へ排気する酸素富化空気出口と、
前記窒素富化空気を室外へ排気する窒素富化空気出口と、
前記圧縮空気を前記酸素富化空気と前記窒素富化空気とに分離する分離膜であって、前記本体の内部を、前記窒素富化空気出口と連通する第１空間と、前記酸素富化空気出口と連通する第２空間とに隔てる分離膜と、
前記分離膜の酸素に対する選択的透過性を向上させるために、前記分離膜の温度を所定の範囲に保つ加熱手段とを含むことを特徴とする空気調和機。
前記加熱手段は、
前記本体の周りに配置された電熱線と、
前記本体の内部温度または外部温度を検出する温度センサと、
前記電熱線に供給される電力を制御するスイッチとを含み、
前記温度センサで検出された温度が第１基準値以下の場合は前記スイッチをオンにし、前記検出された温度が前記第１基準値よりも高い値である第２基準値を超えた場合は前記スイッチをオフにするように構成されていることを特徴とする請求項５に記載の空気調和機。
前記酸素富化空気供給器は、
前記圧縮空気に含まれる不純物を除去し、前記圧縮空気の脈動圧を減少させるために、前記空気圧縮機と前記酸素富化空気分離機との間の連結管に設けられた第１フィルター・アセンブリと、
前記圧縮空気に含まれる不純物及び凝縮水を除去するために、前記空気圧縮機と前記酸素富化空気分離機との間の連結管に設けられた第２フィルター・アセンブリとを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
前記第２フィルター・アセンブリは、
前記分離された凝縮水を排出する排出弁を含むことを特徴とする請求項７に記載の空気調和機。
前記酸素富化空気供給器は、
室内環境を検出するセンサと、
前記センサで検出された室内環境に従って、前記室内ユニット、前記室外ユニット及び前記空気圧縮機の作動を制御する制御部とを含むことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
前記センサは、前記室内空気の酸素濃度を測定する酸素センサであることを特徴とする請求項９に記載の空気調和機。
前記センサは、前記室内空気の二酸化炭素濃度を測定する二酸化炭素センサであることを特徴とする請求項９に記載の空気調和機。
前記酸素富化供給器は、
前記空気圧縮機の吸入部の近傍に設けられた消音器を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。