JP6630647B2 - 空気供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、原料空気から窒素と酸素とを分離して高酸素濃度の空気や低酸素濃度の空気などの特殊組成の空気を生成し、その生成した特殊組成の空気を所定の空気被供給部に供給する空気供給装置に関する。

従来から、大気中の空気（原料空気）に対し特殊な酸素濃度を有する特殊組成の空気を、トレーニングルーム等の特殊環境室に供給する空気供給装置が知られている。この種の空気供給装置が、特許文献１に開示されている。特許文献１に開示された空気供給装置は、圧力変動吸着機構又はポリイミド中空糸膜からなる気体分離膜を備えた空気生成部によって高酸素濃度及び低酸素濃度の特殊組成の空気をそれぞれ生成し、その生成した特殊組成の空気を特殊環境室に供給するよう構成されている。

空気供給装置により高酸素濃度の空気が供給された特殊環境室は、疲労回復、運動後や病後のリハビリテーション等の施設として利用することができる。また、空気供給装置により低酸素濃度の空気が供給された特殊環境室は、スポーツの高地トレーニング等を疑似的に体験可能な施設として利用することができる。

特許第３２４５３８７号公報

ところで、特殊環境室内での人の活動を考慮すると、当該特殊環境室に特殊組成の空気を供給する空気供給装置は、高い安全性が確保された装置である必要がある。この点に鑑みると、空気供給装置の空気生成部により生成される高酸素濃度及び低酸素濃度のいずれかの特殊組成の空気には、当該空気生成部における二酸化炭素の分離能に応じて、二酸化炭素が大気中の空気よりも高濃度に含まれる。

高濃度の二酸化炭素を含む空気を人が吸引すると、頭痛等の危惧すべき症状が現れるおそれがある。このような問題に対し、特許文献１に開示された技術では、特殊組成の空気が供給される特殊環境室に二酸化炭素除去装置を付設し、当該特殊環境室内の二酸化炭素濃度を低減する対策が採られている。

ただし、上記の対策を採用した場合であっても、特殊環境室において特殊組成の空気が流入する流入口付近では依然として二酸化炭素が高濃度であり、当該流入口付近で長時間滞在するなど特殊環境室の特殊な利用状況によっては、上記の頭痛等の危惧すべき症状の発現を確実に抑止できない可能性がある。従って、特殊組成の空気を供給する空気供給装置においては、高い安全性を確保するために、更なる改善の余地がある。

そこで、本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、特殊組成の空気を供給する空気供給装置において、高い安全性を確保することが可能な空気供給装置を提供することにある。

本発明の一の局面に係る空気供給装置は、所定の空気被供給部に特殊組成の空気を供給する空気供給装置であって、原料空気を導出する原料空気導出部と、前記原料空気導出部により導出される前記原料空気から窒素と酸素とを分離し、当該原料空気よりも高酸素濃度及び低酸素濃度の空気をそれぞれ生成する空気生成部と、前記空気生成部により生成された空気が前記空気被供給部に向かって一方向に流れる流路部であって、前記高酸素濃度の空気が流れる第１流路部、及び、前記低酸素濃度の空気が流れる第２流路部と、前記空気生成部における二酸化炭素の分離能に基づいて、前記第１流路部及び前記第２流路部の少なくともいずれか一方の流路部に配置され、当該流路部を一方向に流れる空気から二酸化炭素を除去する二酸化炭素除去部と、を備える。

この空気供給装置によれば、空気生成部は、原料空気を２分して、高酸素濃度及び低酸素濃度の特殊組成の空気をそれぞれ生成する。この空気生成部により生成された特殊組成の空気のうち、高酸素濃度の空気は第１流路部を流れて空気被供給部に供給され、低酸素濃度の空気は第２流路部を流れて空気被供給部に供給される。ここで、空気供給装置は、二酸化炭素除去部を備える。この二酸化炭素除去部は、空気生成部における二酸化炭素の分離能に基づいて、第１流路部及び第２流路部の少なくともいずれか一方の流路部に配置される。これにより、二酸化炭素の濃度が低減された特殊組成の空気を空気被供給部に供給することができる。このため、空気被供給部において高濃度の二酸化炭素を含む空気が存在する領域部分をなくすことができる。従って、空気被供給部において特殊組成の空気を吸引した人に、頭痛等の危惧すべき症状が現れてしまうことを確実に抑止することができ、高い安全性を確保することが可能な空気供給装置となる。

上記の空気供給装置は、前記第１流路部を流れる前記高酸素濃度の空気と、前記第２流路部を流れる前記低酸素濃度の空気とをそれぞれ、前記原料空気導出部により導出される前記原料空気の一部と混合し、その混合された混合空気を前記空気被供給部に向けて流出させる混合部を、更に備える構成としてもよい。

この態様では、空気被供給部に供給される空気は、混合部から流出された混合空気となる。この混合部は、空気生成部により生成された特殊組成の空気と、原料空気導出部により導出された原料空気の一部とを混合することによって、空気被供給部に供給すべき混合空気を調製する。これにより、所望の酸素濃度値に高精度に調整された混合空気を空気被供給部に供給することができる。また、原料空気導出部により導出された原料空気の一部が流入される混合部を備えた構成とすることによって、空気生成部が何らかの異常によって停止した場合であっても、当該原料空気の一部を混合部を介して空気被供給部に供給することができる。このため、空気生成部の異常停止時においても、空気被供給部を利用する人の安全性が確保される。

上記の空気供給装置において、前記二酸化炭素除去部は、前記混合部に対して空気の流れ方向上流側に配置されることが望ましい。

この態様では、空気生成部により生成された特殊組成の空気が混合部に流入される前に、当該特殊組成の空気に高濃度に含まれる二酸化炭素を、二酸化炭素除去部によって除去することができる。このため、二酸化炭素除去部による二酸化炭素の除去効率を向上することができる。

上記の空気供給装置において、前記空気生成部は、前記原料空気から窒素と酸素とを分離可能な気体分離膜を含み、当該気体分離膜により、前記高酸素濃度の空気と前記低酸素濃度の空気とをそれぞれ生成する構成としてもよい。

この態様では、気体分離膜を備えた簡単化された構成で、空気生成部における特殊組成の空気を生成するための構成を実現することができる。

上記の空気供給装置において、前記気体分離膜は、窒素に対する酸素及び二酸化炭素の選択透過性を有し、前記二酸化炭素除去部は、前記第１流路部に配置される構成としてもよい。

窒素に対する酸素及び二酸化炭素の選択透過性を有する気体分離膜によって特殊組成の空気を生成する場合、高酸素濃度の空気に二酸化炭素が高濃度に含まれることになる。このような場合、高酸素濃度の空気が流れる第１流路部に二酸化炭素除去部が配置される構成とすることによって、高酸素濃度の空気から二酸化炭素を効率よく除去することができる。

上記の空気供給装置において、前記気体分離膜は、ポリイミドからなる中空糸膜である構成としてもよい。

ポリイミドからなる中空糸膜は、窒素に対して酸素及び二酸化炭素の透過速度が速く、窒素に対する酸素及び二酸化炭素の選択透過性が優れた分離膜である。このようなポリイミドからなる中空糸膜を気体分離膜として用いることによって、高酸素濃度及び低酸素濃度の特殊組成の空気を効率よく生成することができる。

上記の空気供給装置において、前記空気被供給部は、人を収容可能な収容空間を画定する第１特殊環境室及び第２特殊環境室を含む。そして、前記第１流路部を流れる前記高酸素濃度の空気は、前記第１特殊環境室に供給され、前記第２流路部を流れる前記低酸素濃度の空気は、前記第２特殊環境室に供給される構成としてもよい。

この態様では、空気生成部により生成された高酸素濃度及び低酸素濃度の特殊組成の空気をそれぞれ、第１特殊環境室及び第２特殊環境室の各々に供給することができる。高酸素濃度の空気が供給された第１特殊環境室は、疲労回復、運動後や病後のリハビリテーション等の施設として利用することができる。また、低酸素濃度の空気が供給された第２特殊環境室は、スポーツの高地トレーニング等を疑似的に体験可能な施設として利用することができる。

本発明によれば、所定の空気被供給部に特殊組成の空気を供給する空気供給装置において、高い安全性を確保することが可能な空気供給装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る空気供給装置の構成を概略的に示す図である。 空気供給装置に備えられる空気生成部の第１例の構成を示す図である。 空気供給装置に備えられる空気生成部の第２例の構成を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る空気供給装置の構成を概略的に示す図である。

以下、本発明の一実施形態に係る空気供給装置について図面に基づいて説明する。本実施形態に係る空気供給装置は、大気中の空気とは酸素濃度が異なる特殊組成の空気を、所定の空気被供給部に供給するための装置である。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る空気供給装置１の構成を概略的に示す図である。空気供給装置１は、人を収容可能な収容空間を画定する第１特殊環境室１００Ａ及び第２特殊環境室１００Ｂからなる空気被供給部に特殊組成の空気を供給可能に構成されている。

第１特殊環境室１００Ａ及び第２特殊環境室１００Ｂは、恒久的な建造物であってもよいし、パネル組立式又はテント式のような可動もしくは仮設的な構造物であってもよい。第１特殊環境室１００Ａ及び第２特殊環境室１００Ｂは、耐圧性や耐真空性を有するものである必要はないが、収容空間内の空気組成が維持できるよう、ある程度の気密性を有していることが望ましい。

空気供給装置１は、原料空気導出部２と、空気生成部３と、二酸化炭素除去部４と、混合部５とを備える。

原料空気導出部２は、大気中の空気を原料空気として加圧下にて導出するものであり、例えば空気圧縮機によって実現される。原料空気導出部２は、原料空気吸入口２１と原料空気導出口２２とを含む。原料空気吸入口２１には、原料空気吸入流路部２１Ａが接続されている。この原料空気吸入流路部２１Ａは、原料空気吸入口２１から原料空気導出部２に吸入される原料空気が流れる流路を形成する。また、原料空気導出口２２には、原料空気導出流路部２２Ａが接続されている。この原料空気導出流路部２２Ａは、原料空気導出口２２から導出される原料空気が流れる流路を形成する。

原料空気導出部２は、原料空気吸入流路部２１Ａを流れて原料空気吸入口２１から吸入される原料空気を圧縮し、その圧縮した原料空気を所定の吐出流量及び吐出圧力の加圧下にて原料空気導出口２２から導出する。原料空気導出部２により原料空気導出口２２から導出される原料空気の吐出流量及び吐出圧力は、後述の空気生成部３において原料空気から特殊組成の空気の生成が可能であり、且つ、後述の混合部５において原料空気を用いた混合空気の調製が可能となるように、設定される。

原料空気導出部２の原料空気導出口２２から導出された原料空気は、原料空気導出流路部２２Ａを流れる。この原料空気導出流路部２２Ａには、第１開閉弁７１と第１流量計８Ａ１とが設けられている。

第１開閉弁７１は、原料空気導出流路部２２Ａの流路を開閉するものであり、例えば電動弁によって実現される。第１開閉弁７１は、原料空気導出流路部２２Ａを流れる原料空気の流量の調整が可能となるように、開度調整可能である。第１流量計８Ａ１は、原料空気導出流路部２２Ａを流れる原料空気の流量を検出するためのものである。原料空気導出流路部２２Ａを流れる原料空気の流量が所定の流量値で一定に保持されるように、第１流量計８Ａ１による検出データに基づいて、第１開閉弁７１の開度が調整される。なお、原料空気導出流路部２２Ａを流れる原料空気の流量値は、後述の空気生成部３により生成される特殊組成の空気の酸素濃度が所定の濃度値となるように、設定される。

空気生成部３は、原料空気導出部２により導出される原料空気から窒素と酸素とを分離して当該原料空気を２分し、原料空気よりも高酸素濃度の空気（以下、「高酸素濃度空気」という）と、原料空気よりも低酸素濃度の空気（以下、「低酸素濃度空気」という）との特殊組成の空気をそれぞれ生成する。空気生成部３における特殊組成の空気を生成するための構造としては、例えば、気体分離膜を用いた構造と、圧力変動吸着（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｗｉｎｇ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ；略称ＰＳＡ）機構を用いた構造とを挙げることができる。

まず、図１に加えて図２を参照して、気体分離膜を用いた構造の空気生成部３における具体的な構成を説明する。図２は、空気供給装置１に備えられる空気生成部３の第１例として、気体分離膜３３を含んで構成される空気生成部３を示す図である。図２に示す空気生成部３は、本体部３１と、一対の支持部３２と、気体分離膜３３とを含む。

空気生成部３において、本体部３１は、内部空間を有する容器状に形成されている。この本体部３１の内部空間に、互いに間隔をあけて一対の支持部３２が配置され、その一対の支持部３２によって気体分離膜３３が支持されている。また、本体部３１は、その内部空間と外部とを連通するように開口した、原料空気流入口３１１と、高酸素濃度空気流出口３１２と、低酸素濃度空気流出口３１３とを有する。

本体部３１の原料空気流入口３１１には、原料空気導出流路部２２Ａが接続されている。原料空気導出流路部２２Ａを流れる原料空気は、原料空気流入口３１１から本体部３１の内部空間に流入する。原料空気流入口３１１から本体部３１の内部空間に原料空気が流入すると、一対の支持部３２に支持された気体分離膜３３によって、高酸素濃度及び低酸素濃度の特殊組成の空気（高酸素濃度空気及び低酸素濃度空気）がそれぞれ生成される。気体分離膜３３によって生成される特殊組成の空気においては、原料空気の酸素濃度が例えば２０．９％であるのに対し、高酸素濃度空気の酸素濃度が例えば４６．３％であり、低酸素濃度空気の酸素濃度が例えば１０．０％である。気体分離膜３３の詳細については後述する。

本体部３１の高酸素濃度空気流出口３１２には、第１流路部３１２Ａが接続されている。この第１流路部３１２Ａは、気体分離膜３３によって生成された高酸素濃度空気が第１特殊環境室１００Ａに向かって流れる流路を形成する流路部である。第１流路部３１２Ａには、第２開閉弁７２と第２流量計８Ａ２とが設けられている。

第２開閉弁７２は、第１流路部３１２Ａの流路を開閉するものであり、例えば電動弁によって実現される。第２開閉弁７２は、第１流路部３１２Ａを流れる高酸素濃度空気の流量の調整が可能となるように、開度調整可能である。第２流量計８Ａ２は、第１流路部３１２Ａを流れる高酸素濃度空気の流量を検出するためのものである。この第２流量計８Ａ２は、第１流路部３１２Ａにおいて、第２開閉弁７２に対して高酸素濃度空気の流れ方向下流側に配置されている。第１流路部３１２Ａを流れる高酸素濃度空気の流量が所定の流量値で一定に保持されるように、第２流量計８Ａ２による検出データに基づいて、第２開閉弁７２の開度が調整される。

本体部３１の低酸素濃度空気流出口３１３には、第２流路部３１３Ａが接続されている。この第２流路部３１３Ａは、気体分離膜３３によって生成された低酸素濃度空気が第２特殊環境室１００Ｂに向かって流れる流路を形成する流路部である。第２流路部３１３Ａには、第３開閉弁７３と第３流量計８Ａ３とが設けられている。

第３開閉弁７３は、第２流路部３１３Ａの流路を開閉するものであり、例えば電動弁によって実現される。第３開閉弁７３は、第２流路部３１３Ａを流れる低酸素濃度空気の流量の調整が可能となるように、開度調整可能である。第３流量計８Ａ３は、第２流路部３１３Ａを流れる低酸素濃度空気の流量を検出するためのものである。この第３流量計８Ａ３は、第２流路部３１３Ａにおいて、第３開閉弁７３に対して低酸素濃度空気の流れ方向下流側に配置されている。第２流路部３１３Ａを流れる低酸素濃度空気の流量が所定の流量値で一定に保持されるように、第３流量計８Ａ３による検出データに基づいて、第３開閉弁７３の開度が調整される。

ここで、空気生成部３に備えられる気体分離膜３３について説明する。気体分離膜３３は、原料空気から窒素と酸素とを分離可能な分離膜である。気体分離膜３３は、高分子を用いた有機膜と、無機材料を用いた無機膜とに大別される。

無機膜の気体分離膜３３を構成する無機材料としては、ゾル−ゲル法によるシリカやアルミナ、水熱合成法によるゼオライト、分相法による多孔質ガラスなどを挙げることができる。無機膜の気体分離膜３３は、サブナノメートルサイズの細孔を有し、この細孔に対する気体分子の透過性の差を利用して、原料空気から窒素と酸素とを分離する。無機膜の気体分離膜３３による気体分子の分離機構は、クヌーセン拡散、表面拡散、毛管凝縮またはミクロポアフィリング、分子篩の分離機構に分類され、大きな分離性は、細孔中での気体分子の表面拡散、毛管凝縮またはミクロポアフィリング、あるいは分子篩機構で発現する。

無機膜の気体分離膜３３における細孔に対する気体分子の透過性は、その気体分子の分子直径によって大きく影響される。窒素、酸素及び二酸化炭素の分子直径は、酸素、窒素、二酸化炭素の順に大きい。このため、気体分子の分子直径の観点では、酸素、窒素、二酸化炭素の順に、細孔に対する透過性が低くなる。従って、無機膜の気体分離膜３３は、気体分子の分子直径の観点では、窒素に対して酸素を選択的に透過させて高酸素濃度空気とし、非透過分を低酸素濃度空気とする。このとき、分子直径が窒素よりも大きい二酸化炭素は、低酸素濃度空気側に高濃度に含まれることになる。但し、無機膜の気体分離膜３３における細孔に対する気体分子の透過性は、気体分子の分子直径のみによって決定されるものではないから、高酸素濃度空気及び低酸素濃度空気のいずれの空気に二酸化炭素が高濃度に含まれるかを、実験的に予め検証しておく必要がある。

有機膜の気体分離膜３３を構成する高分子としては、酢酸セルロース、ポリスルホン、ポリカーボネート、ポリイミドなどを挙げることができる。有機膜の気体分離膜３３の気体透過挙動は溶解拡散モデルで説明され、透過係数は溶解度係数と拡散係数の積で表される。気体分子は、気体分離膜３３中へ溶解し、高分子鎖の熱運動で生じる間隙を高圧側から低圧側に拡散する。すなわち、有機膜の気体分離膜３３は、気体分子の溶解度及び膜中の拡散速度差を利用して、原料空気から窒素と酸素とを分離する。なお、気体分子の気体分離膜３３に対する透過係数は、気体分離膜３３を構成する高分子の構造によって決定される。有機膜の気体分離膜３３は、窒素に対して酸素を選択的に透過させて高酸素濃度空気とし、非透過分を低酸素濃度空気とする。このとき、高酸素濃度空気及び低酸素濃度空気のいずれの空気に二酸化炭素が高濃度に含まれるかを、実験的に予め検証しておけばよい。また、有機膜の気体分離膜３３は、平膜又は中空糸膜である。例えば特開平６−２５４３６７号公報に記載されるポリイミドからなる中空糸膜は、気体分離膜３３として好適である。

また、上記の無機材料にポリイミドなどの高分子前駆体を熱処理した分子篩炭素膜や、ポリイミドを熱処理した炭素膜を、気体分離膜３３として用いてもよい。例えば特許第２６２６８３７号公報に記載される、ポリイミドからなる中空糸膜を熱処理して作製される中空糸炭素膜を、気体分離膜３３として用いることができる。

本実施形態では、空気生成部３の気体分離膜３３によって生成され、高酸素濃度空気流出口３１２から流出されて第１流路部３１２Ａを流れる高酸素濃度空気は第１特殊環境室１００Ａに供給され、低酸素濃度空気流出口３１３から流出されて第２流路部３１３Ａを流れる低酸素濃度空気は第２特殊環境室１００Ｂに供給される。すなわち、本実施形態では、空気生成部３により生成された高酸素濃度空気及び低酸素濃度空気からなる特殊組成の空気をそれぞれ、第１特殊環境室１００Ａ及び第２特殊環境室１００Ｂの各々に供給することができる。高酸素濃度空気が供給された第１特殊環境室１００Ａは、疲労回復、運動後や病後のリハビリテーション等の施設として利用することができる。また、低酸素濃度空気が供給された第２特殊環境室１００Ｂは、スポーツの高地トレーニング等を疑似的に体験可能な施設として利用することができる。

次に、図１に加えて図３を参照して、ＰＳＡ機構を用いた構造の空気生成部３の変形例における具体的な構成を説明する。図３は、空気供給装置１に備えられる空気生成部３の第２例として、ＰＳＡ機構を含んで構成される空気生成部３を示す図である。図３に示す空気生成部３は、空気槽３０Ａと、第１吸着塔３０Ｂ１及び第２吸着塔３０Ｂ２と、を含む。

空気生成部３は、第１吸着塔３０Ｂ１及び第２吸着塔３０Ｂ２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し、空気槽３０Ａを通過して流入する原料空気から高酸素濃度空気及び低酸素濃度空気をそれぞれ生成する。その際、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に、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。

空気生成部３において、空気槽３０Ａには、原料空気導出流路部２２Ａと空気流出流路部３０Ｃが接続されている。空気槽３０Ａは、原料空気導出流路部２２Ａを流れて流入される原料空気を一旦貯留し、その貯留した原料空気を空気流出流路部３０Ｃに流出させる。空気流出流路部３０Ｃには、開閉弁３０Ｃ１１が設けられた第１導入流路部３０Ｃ１が第１吸着塔３０Ｂ１との間に接続され、開閉弁３０Ｃ２１が設けられた第２導入流路部３０Ｃ２が第２吸着塔３０Ｂ２との間に接続されている。

第１吸着塔３０Ｂ１及び第２吸着塔３０Ｂ２には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、原料空気から窒素及び二酸化炭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及び二酸化炭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３０Ｂ１及び第２吸着塔３０Ｂ２は、加圧下の吸着工程において窒素及び二酸化炭素を多く吸着して高酸素濃度空気を流出し、その後、減圧下の脱着工程において窒素及び二酸化炭素を脱着して低酸素濃度空気を流出する。すなわち、ゼオライトが充填された第１吸着塔３０Ｂ１及び第２吸着塔３０Ｂ２においては、低酸素濃度空気に二酸化炭素が高濃度に含まれることになる。

一方、活性炭は、原料空気から酸素及び二酸化炭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及び二酸化炭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３０Ｂ１及び第２吸着塔３０Ｂ２は、加圧下の吸着工程において酸素及び二酸化炭素を多く吸着して低酸素濃度空気を流出し、その後、減圧下の脱着工程において酸素及び二酸化炭素を脱着して高酸素濃度空気を流出する。すなわち、活性炭が充填された第１吸着塔３０Ｂ１及び第２吸着塔３０Ｂ２においては、高酸素濃度空気に二酸化炭素が高濃度に含まれることになる。

第１吸着塔３０Ｂ１には、開閉弁３０Ｄ１１が設けられ、高酸素濃度空気を流出させる第１高酸素濃度空気流出流路部３０Ｄ１と、開閉弁３０Ｅ１１が設けられ、低酸素濃度空気を流出させる第１低酸素濃度空気流出流路部３０Ｅ１とが接続されている。また、第２吸着塔３０Ｂ２には、開閉弁３０Ｄ２１が設けられ、高酸素濃度空気を流出させる第２高酸素濃度空気流出流路部３０Ｄ２と、開閉弁３０Ｅ２１が設けられ、低酸素濃度空気を流出させる第２低酸素濃度空気流出流路部３０Ｅ２とが接続されている。なお、第１高酸素濃度空気流出流路部３０Ｄ１及び第２高酸素濃度空気流出流路部３０Ｄ２は、第１流路部３１２Ａに接続され、第１低酸素濃度空気流出流路部３０Ｅ１及び第２低酸素濃度空気流出流路部３０Ｅ２は、第２流路部３１３Ａに接続されている。

第１吸着塔３０Ｂ１及び第２吸着塔３０Ｂ２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ことにより、高酸素濃度空気及び低酸素濃度空気をそれぞれ生成するに際しては、第１吸着塔３０Ｂ１及び第２吸着塔３０Ｂ２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３０Ｃ１１、３０Ｃ２１、３０Ｄ１１、３０Ｄ２１、３０Ｅ１１、３０Ｅ２１の開閉動作が制御される。

空気生成部３の第１吸着塔３０Ｂ１及び第２吸着塔３０Ｂ２によって生成され、第１高酸素濃度空気流出流路部３０Ｄ１及び第２高酸素濃度空気流出流路部３０Ｄ２のいずれかの流路部から流出されて第１流路部３１２Ａを流れる高酸素濃度空気は第１特殊環境室１００Ａに供給され、第１低酸素濃度空気流出流路部３０Ｅ１及び第２低酸素濃度空気流出流路部３０Ｅ２のいずれかの流路部から流出されて第２流路部３１３Ａを流れる低酸素濃度空気は第２特殊環境室１００Ｂに供給される。

次に、図１を参照して、空気供給装置１に備えられる二酸化炭素除去部４について説明する。二酸化炭素除去部４は、空気生成部３における二酸化炭素の分離能に基づいて、第１流路部３１２Ａ及び第２流路部３１３Ａの少なくともいずれか一方の流路部に配置され、当該流路部を流れる特殊組成の空気から二酸化炭素を除去する。二酸化炭素除去部４は、第１流路部３１２Ａ及び第２流路部３１３Ａのうち、二酸化炭素が原料空気よりも高濃度に含まれる特殊組成の空気が流れる流路部に配置される。ここで、二酸化炭素を除去するとは、空気生成部３によって生成された特殊組成の空気の二酸化炭素濃度を、原料空気の二酸化炭素濃度以下とすることである。例えば、原料空気の二酸化炭素濃度が０．０３％である場合、二酸化炭素除去部４は、特殊組成の空気の二酸化炭素濃度が０．０３％以下となるように、二酸化炭素を除去する。

空気生成部３に用いられる第１吸着塔３０Ｂ１及び第２吸着塔３０Ｂ２に充填される吸着剤、又は気体分離膜３３が、高酸素濃度空気に二酸化炭素が高濃度に含まれる特性を有する場合には、高酸素濃度空気が流れる第１流路部３１２Ａに二酸化炭素除去部４が配置される。また、空気生成部３に用いられる第１吸着塔３０Ｂ１及び第２吸着塔３０Ｂ２に充填される吸着剤、又は気体分離膜３３が、低酸素濃度空気に二酸化炭素が高濃度に含まれる特性を有する場合には、低酸素濃度空気が流れる第２流路部３１３Ａに二酸化炭素除去部４が配置される。更に、空気生成部３により生成された高酸素濃度空気及び低酸素濃度空気においてより一層、二酸化炭素濃度を低下させるために、第１流路部３１２Ａ及び第２流路部３１３Ａの両方の流路部に二酸化炭素除去部４が配置されてもよい。

二酸化炭素除去部４は、特殊組成空気流入口４１と空気流出口４２とを含む。二酸化炭素除去部４は、第１流路部３１２Ａ及び第２流路部３１３Ａの少なくともいずれか一方の流路部を流れて特殊組成空気流入口４１から流入される特殊組成の空気から、二酸化炭素除去剤によって二酸化炭素を除去し、その二酸化炭素が除去された空気を空気流出口４２から流出させる。

二酸化炭素除去部４において用いられる二酸化炭素除去剤としては、二酸化炭素を化学反応によって吸収する性質を有するアルカリ性物質や、二酸化炭素を吸着する性質を有する吸着剤を挙げることができる。アルカリ性物質としては、例えば、炭酸カリウム、水酸化リチウム、水酸化カルシウム、水酸化バリウム、アミンなどを挙げることができ、溶液として用いてもよいし、粒剤として用いてもよい。また、吸着剤としては、例えば、ゼオライトや活性炭などの多孔質の吸着剤を挙げることができる。

なお、二酸化炭素除去剤としてアルカリ性物質を用いた場合、二酸化炭素を吸収した後のアルカリ性物質は、加熱することにより二酸化炭素を放出させて再生することができる。また、二酸化炭素除去剤として吸着剤を用いた場合、高圧下で二酸化炭素を吸着した後の吸着剤は、減圧下で二酸化炭素を脱着させて再生することができる。空気供給装置１による特殊組成の空気の供給動作を継続しつつ、上記のような二酸化炭素除去剤の再生処理を実施するために、少なくとも２つの二酸化炭素除去部４を並列配置するよう構成してもよい。

空気生成部３によって生成された特殊組成の空気に二酸化炭素が高濃度に含まれ、このような空気が第１特殊環境室１００Ａ及び第２特殊環境室１００Ｂに供給されると、その空気を意図せず直接的に吸引した人には、頭痛等の危惧すべき症状が現れてしまう可能性がある。そこで、本実施形態に係る空気供給装置１は、第１特殊環境室１００Ａ及び第２特殊環境室１００Ｂに供給される前に特殊組成の空気から二酸化炭素を除去する二酸化炭素除去部４を備える。この二酸化炭素除去部４は、上述の如く、空気生成部３における二酸化炭素の分離能に基づいて、第１流路部３１２Ａ及び第２流路部３１３Ａの少なくともいずれか一方の流路部に配置される。これにより、二酸化炭素の濃度が低減された特殊組成の空気を第１特殊環境室１００Ａ及び第２特殊環境室１００Ｂに供給することができる。このため、第１特殊環境室１００Ａ及び第２特殊環境室１００Ｂにおいて高濃度の二酸化炭素を含む空気が存在する領域部分をなくすことができる。従って、第１特殊環境室１００Ａ及び第２特殊環境室１００Ｂにおいて特殊組成の空気を吸引した人に、頭痛等の危惧すべき症状が現れてしまうことを確実に抑止することができ、高い安全性を確保することが可能な空気供給装置１となる。

本実施形態では、気体分離膜３３を含んで構成される空気生成部３において、当該気体分離膜３３は、窒素に対する酸素及び二酸化炭素の選択透過性を有する分離膜とし、具体的にはポリイミドからなる中空糸膜とする。ポリイミドからなる中空糸膜は、窒素に対して酸素及び二酸化炭素の透過速度が速く、窒素に対する酸素及び二酸化炭素の選択透過性が優れた分離膜である。このようなポリイミドからなる中空糸膜を気体分離膜３３として用いることによって、空気生成部３において高酸素濃度空気及び低酸素濃度空気からなる特殊組成の空気を、効率よく生成することができる。

ポリイミドからなる中空糸膜を用いた気体分離膜３３によって生成される特殊組成の空気における酸素濃度及び二酸化炭素濃度の一例を示すと、原料空気流入口３１１から空気生成部３の本体部３１に流入する原料空気が酸素濃度２０．９％、二酸化炭素濃度０．０３％であるのに対し、高酸素濃度空気が酸素濃度４６．４％、二酸化炭素濃度０．１３％であり、低酸素濃度空気が酸素濃度１０．０％、二酸化炭素濃度０．００５％である。このように、窒素に対する酸素及び二酸化炭素の選択透過性を有する、ポリイミドからなる中空糸膜を気体分離膜３３として用い、この気体分離膜３３によって特殊組成の空気を生成する場合、高酸素濃度空気に二酸化炭素が高濃度に含まれることになる。

このような場合、図１に示すように、高酸素濃度空気が流れる第１流路部３１２Ａに、二酸化炭素除去部４が配置される構成とする。具体的には、二酸化炭素除去部４は、第１流路部３１２Ａにおいて、第２開閉弁７２に対して高酸素濃度空気の流れ方向上流側に配置される。これにより、高酸素濃度空気から二酸化炭素を効率よく除去することができる。

次に、図１を参照して説明すると、空気供給装置１は、混合部５を備える構成としてもよい。混合部５は、第１流路部３１２Ａを流れる高酸素濃度空気と、第２流路部３１３Ａを流れる低酸素濃度空気とをそれぞれ、原料空気導出部２の原料空気導出口２２から導出される原料空気の一部と混合する。そして、混合部５は、その混合された混合空気をそれぞれ、第１特殊環境室１００Ａ及び第２特殊環境室１００Ｂの各々に向けて流出させる。本実施形態では、混合部５は、第１混合部５１と第２混合部５２とを含む。

第１混合部５１には、原料空気導出流路部２２Ａから分岐した第１原料空気分岐流路部２２Ｂと、第１流路部３１２Ａと、第１混合空気流出流路部５１Ａとが接続されている。第１原料空気分岐流路部２２Ｂは、原料空気導出部２の原料空気導出口２２から導出される原料空気の一部が流れる流路を形成する。第１混合空気流出流路部５１Ａは、第１混合部５１による混合により調製され、当該第１混合部５１から流出される混合空気が、第１特殊環境室１００Ａに向けて流れる流路を形成する。第１混合部５１は、第１流路部３１２Ａを流れる高酸素濃度空気と、第１原料空気分岐流路部２２Ｂを流れる原料空気とを混合し、その混合された混合空気を、第１混合空気流出流路部５１Ａを介して第１特殊環境室１００Ａに向けて流出させる。

第１原料空気分岐流路部２２Ｂには、第４開閉弁７４と、第４流量計８Ａ４と、第１濃度計８Ｂ１とが設けられている。第１濃度計８Ｂ１は、第１原料空気分岐流路部２２Ｂを流れる原料空気に含まれる一酸化炭素の濃度を検出するためのものである。この第１濃度計８Ｂ１による一酸化炭素の検出データに基づいて、原料空気導出部２の運転状態が監視される。なお、原料空気導出部２の運転状態を監視するための第１濃度計８Ｂ１は、第１原料空気分岐流路部２２Ｂに配置されることに限定されるものではなく、原料空気が流れる流路部となる、原料空気導出流路部２２Ａや、後述の第２原料空気分岐流路部２２Ｃに配置されていてもよい。

第４開閉弁７４は、第１原料空気分岐流路部２２Ｂの流路を開閉するものであり、例えば電動弁によって実現される。第４開閉弁７４は、第１原料空気分岐流路部２２Ｂを流れる原料空気の流量の調整が可能となるように、開度調整可能である。第４流量計８Ａ４は、第１原料空気分岐流路部２２Ｂを流れる原料空気の流量を検出するためのものである。この第４流量計８Ａ４は、第１原料空気分岐流路部２２Ｂにおいて、第４開閉弁７４に対して原料空気の流れ方向下流側に配置されている。第１原料空気分岐流路部２２Ｂを流れる原料空気の流量が所定の流量値で一定に保持されるように、第４流量計８Ａ４による検出データに基づいて、第４開閉弁７４の開度が調整される。なお、第１原料空気分岐流路部２２Ｂを流れる原料空気の流量値と、第１流路部３１２Ａを流れる高酸素濃度空気の流量値とは、第１混合部５１により調製され、第１特殊環境室１００Ａに供給すべき混合空気の組成が所望の組成となるように、設定される。

また、第１混合部５１には、第２濃度計８Ｂ２が設けられている。第２濃度計８Ｂ２は、第１混合部５１により調製された混合空気の組成を検出するためのものである。第２濃度計８Ｂ２は、第１混合部５１により調製された混合空気において、主として酸素濃度及び二酸化炭素濃度を検出する。この第２濃度計８Ｂ２による検出データに基づいて、空気生成部３及び二酸化炭素除去部４の運転状態が監視される。

第２混合部５２には、原料空気導出流路部２２Ａから分岐した第２原料空気分岐流路部２２Ｃと、第２流路部３１３Ａと、第２混合空気流出流路部５２Ａとが接続されている。第２原料空気分岐流路部２２Ｃは、原料空気導出部２の原料空気導出口２２から導出される原料空気の一部が流れる流路を形成する。第２混合空気流出流路部５２Ａは、第２混合部５２による混合により調製され、当該第２混合部５２から流出される混合空気が、第２特殊環境室１００Ｂに向けて流れる流路を形成する。第２混合部５２は、第２流路部３１３Ａを流れる低酸素濃度空気と、第２原料空気分岐流路部２２Ｃを流れる原料空気とを混合し、その混合された混合空気を、第２混合空気流出流路部５２Ａを介して第２特殊環境室１００Ｂに向けて流出させる。

第２原料空気分岐流路部２２Ｃには、第５開閉弁７５と第５流量計８Ａ５とが設けられている。

第５開閉弁７５は、第２原料空気分岐流路部２２Ｃの流路を開閉するものであり、例えば電動弁によって実現される。第５開閉弁７５は、第２原料空気分岐流路部２２Ｃを流れる原料空気の流量の調整が可能となるように、開度調整可能である。第５流量計８Ａ５は、第２原料空気分岐流路部２２Ｃを流れる原料空気の流量を検出するためのものである。この第５流量計８Ａ５は、第２原料空気分岐流路部２２Ｃにおいて、第５開閉弁７５に対して原料空気の流れ方向下流側に配置されている。第２原料空気分岐流路部２２Ｃを流れる原料空気の流量が所定の流量値で一定に保持されるように、第５流量計８Ａ５による検出データに基づいて、第５開閉弁７５の開度が調整される。なお、第２原料空気分岐流路部２２Ｃを流れる原料空気の流量値と、第２流路部３１３Ａを流れる低酸素濃度空気の流量値とは、第２混合部５２により調製され、第２特殊環境室１００Ｂに供給すべき混合空気の組成が所望の組成となるように、設定される。

また、第２混合部５２には、第３濃度計８Ｂ３が設けられている。第３濃度計８Ｂ３は、第２混合部５２により調製された混合空気の組成を検出するためのものである。第３濃度計８Ｂ３は、第２混合部５２により調製された混合空気において、主として酸素濃度及び二酸化炭素濃度を検出する。この第３濃度計８Ｂ３による検出データに基づいて、空気生成部３の運転状態が監視される。

上記の混合部５を備えた空気供給装置１では、第１特殊環境室１００Ａ及び第２特殊環境室１００Ｂにそれぞれ供給される空気は、混合部５を構成する第１混合部５１及び第２混合部５２の各々から流出された混合空気となる。この混合部５は、空気生成部３により生成された特殊組成の空気と、原料空気導出部２から導出された原料空気の一部とを混合することによって、第１特殊環境室１００Ａ及び第２特殊環境室１００Ｂの各々に供給すべき混合空気を調製する。これにより、所望の酸素濃度値に高精度に調整された混合空気を、第１特殊環境室１００Ａ及び第２特殊環境室１００Ｂの各々に供給することができる。

また、原料空気導出部２から導出された原料空気の一部が流入される混合部５を備えた構成とすることによって、空気生成部３が何らかの異常によって停止した場合であっても、当該原料空気の一部を混合部５を介して第１特殊環境室１００Ａ及び第２特殊環境室１００Ｂに供給することができる。このため、空気生成部３の異常停止時においても、第１特殊環境室１００Ａ及び第２特殊環境室１００Ｂを利用する人の安全性が確保される。

また、混合部５を備えた空気供給装置１において、二酸化炭素除去部４は、図１に示すように、混合部５に対して空気の流れ方向上流側に配置されることが望ましい。この態様では、空気生成部３により生成された特殊組成の空気が混合部５に流入される前に、当該特殊組成の空気に高濃度に含まれる二酸化炭素を、二酸化炭素除去部４によって除去することができる。このため、二酸化炭素除去部４による二酸化炭素の除去効率を向上することができる。

上述の如く、本実施形態に係る空気供給装置１は、空気生成部３によって原料空気から高酸素濃度空気と低酸素濃度空気との特殊組成の空気をそれぞれ生成し、その生成した特殊組成の空気を第１特殊環境室１００Ａ及び第２特殊環境室１００Ｂの各々に供給する。第１特殊環境室１００Ａには第４濃度計８Ｂ４が設けられ、第２特殊環境室１００Ｂには第５濃度計８Ｂ５が設けられている。第４濃度計８Ｂ４及び第５濃度計８Ｂ５は、それぞれ、第１特殊環境室１００Ａ及び第２特殊環境室１００Ｂの各々における空気組成を検出するためのものである。第４濃度計８Ｂ４及び第５濃度計８Ｂ５は、主として酸素濃度及び二酸化炭素濃度を検出する。この第４濃度計８Ｂ４及び第５濃度計８Ｂ５による検出データに基づいて、第１特殊環境室１００Ａ及び第２特殊環境室１００Ｂの各々における空気組成が監視される。

更に、第１特殊環境室１００Ａには第１換気部１００Ａ１が設けられ、第２特殊環境室１００Ｂには第２換気部１００Ｂ１が設けられている。第１換気部１００Ａ１及び第２換気部１００Ｂ１は、それぞれ、ダンパーや換気扇によって構成され、第１特殊環境室１００Ａ及び第２特殊環境室１００Ｂの各々における空気を換気する。

また、図１に示すように、空気供給装置１は、空気被供給部としての第１吸引マスク１０１Ａ及び第２吸引マスク１０１Ｂに、特殊組成の空気を供給可能に構成されてもよい。具体的には、空気供給装置１は、第１吸引マスク１０１Ａに接続される第１混合空気分岐流路部５１Ａ１と、第２吸引マスク１０１Ｂに接続される第２混合空気分岐流路部５２Ａ１とを備えた構成とされる。ここで、第１吸引マスク１０１Ａ及び第２吸引マスク１０１Ｂは、人の鼻及び口を覆うように顔面に装着され、供給された特殊組成の空気を人が吸引可能に構成された空気被供給部である。

第１混合空気分岐流路部５１Ａ１は、第１混合部５１から流出された高酸素濃度の混合空気が流れる第１混合空気流出流路部５１Ａから分岐し、第６開閉弁７６が設けられた流路部である。第６開閉弁７６が開放された状態で第１吸引マスク１０１Ａを装着することによって、第１特殊環境室１００Ａの外部であっても高酸素濃度の混合空気を吸引することができる。

第２混合空気分岐流路部５２Ａ１は、第２混合部５２から流出された低酸素濃度の混合空気が流れる第２混合空気流出流路部５２Ａから分岐し、第７開閉弁７７が設けられた流路部である。第７開閉弁７７が開放された状態で第２吸引マスク１０１Ｂを装着することによって、第２特殊環境室１００Ｂの外部であっても低酸素濃度の混合空気を吸引することができる。

また、図１に示すように、空気供給装置１は、第２特殊環境室１００Ｂと原料空気吸入流路部２１Ａとの間に接続される回収空気流過流路部６を備えた構成とされてもよい。回収空気流過流路部６は、第２特殊環境室１００Ｂ内の空気の一部が、原料空気吸入流路部２１Ａへと流れる流路を形成する。この回収空気流過流路部６には、第８開閉弁７８が設けられている。第８開閉弁７８は、回収空気流過流路部６の流路を開閉するものであり、例えば電動弁によって実現される。第８開閉弁７８は、回収空気流過流路部６を流れる空気の流量の調整が可能となるように、開度調整可能である。第２特殊環境室１００Ｂの空気組成を監視するための第５濃度計８Ｂ５による検出データに基づいて、第８開閉弁７８の開度が調整される。

低酸素濃度の混合空気が供給される第２特殊環境室１００Ｂは、上述の如く、スポーツの高地トレーニング等を疑似的に体験可能な施設として利用される。このため、第２特殊環境室１００Ｂは、第１特殊環境室１００Ａに比べて運動時の人の呼吸に伴って、二酸化炭素濃度が上昇しがちである。そこで、二酸化炭素濃度が上昇した第２特殊環境室１００Ｂ内の空気の一部を、回収空気流過流路部６を介して原料空気吸入流路部２１Ａへと流すことによって、二酸化炭素濃度の過度な上昇を抑止することができる。原料空気吸入流路部２１Ａに戻された第２特殊環境室１００Ｂ内の空気に含まれる二酸化炭素は、二酸化炭素除去部４によって除去される。

なお、空気供給装置１は、第１特殊環境室１００Ａと原料空気吸入流路部２１Ａとの間にも、上記の回収空気流過流路部６が接続されるよう、構成されてもよい。これにより、第１特殊環境室１００Ａの二酸化炭素濃度が過度に上昇した場合などに、当該第１特殊環境室１００Ａ内の空気の一部を、回収空気流過流路部６を介して原料空気吸入流路部２１Ａへと流すことができる。

また、図１に示すように、空気供給装置１は、制御部９を備えている。制御部９は、空気供給装置１の動作を統括的に制御する。制御部９は、例えば制御プログラムを記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）や一時的にデータを記憶するフラッシュメモリ等の記憶装置が内蔵されたマイクロコンピュータからなり、前記制御プログラムが読み出されることにより、空気供給装置１の動作を制御する。

制御部９は、原料空気導出部２を制御し、圧縮した原料空気を所定の吐出流量及び吐出圧力で導出させる。これにより、原料空気導出部２から導出された原料空気は、原料空気導出流路部２２Ａを流れて空気生成部３に流入する。このとき、制御部９は、原料空気導出流路部２２Ａを流れる原料空気の流量が所定の流量値で一定に保持されるように、第１流量計８Ａ１による検出データに基づいて、第１開閉弁７１の開度を調整する。

また、原料空気導出流路部２２Ａを流れる原料空気の一部は、第１原料空気分岐流路部２２Ｂ及び第２原料空気分岐流路部２２Ｃを流れて、第１混合部５１及び第２混合部５２の各々に流入する。このとき、制御部９は、第１原料空気分岐流路部２２Ｂを流れる原料空気の流量が所定の流量値で一定に保持されるように、第４流量計８Ａ４による検出データに基づいて、第４開閉弁７４の開度を調整する。また、制御部９は、第２原料空気分岐流路部２２Ｃを流れる原料空気の流量が所定の流量値で一定に保持されるように、第５流量計８Ａ５による検出データに基づいて、第５開閉弁７５の開度を調整する。

原料空気が流入された空気生成部３は、高酸素濃度空気及び低酸素濃度空気を生成する。空気生成部３により生成された高酸素濃度空気は、第１流路部３１２Ａを流れ、二酸化炭素除去部４を通過して第１混合部５１に流入する。このとき、制御部９は、第１流路部３１２Ａを流れる高酸素濃度空気の流量が所定の流量値で一定に保持されるように、第２流量計８Ａ２による検出データに基づいて、第２開閉弁７２の開度を調整する。

また、空気生成部３により生成された低酸素濃度空気は、第２流路部３１３Ａを流れて第２混合部５２に流入する。このとき、制御部９は、第２流路部３１３Ａを流れる低酸素濃度空気の流量が所定の流量値で一定に保持されるように、第３流量計８Ａ３による検出データに基づいて、第３開閉弁７３の開度を調整する。

原料空気及び高酸素濃度空気が流入された第１混合部５１は、高酸素濃度の混合空気を調製する。第１混合部５１により調製された混合空気は、第１混合空気流出流路部５１Ａを流れて、第１特殊環境室１００Ａに供給される。また、第６開閉弁７６が開放された状態で第１混合空気分岐流路部５１Ａ１を流れた混合空気は、第１吸引マスク１０１Ａに供給される。

また、原料空気及び低酸素濃度空気が流入された第２混合部５２は、低酸素濃度の混合空気を調製する。第２混合部５２により調製された混合空気は、第２混合空気流出流路部５２Ａを流れて、第２特殊環境室１００Ｂに供給される。また、第７開閉弁７７が開放された状態で第２混合空気分岐流路部５２Ａ１を流れた混合空気は、第２吸引マスク１０１Ｂに供給される。

低酸素濃度の混合空気が供給された第２特殊環境室１００Ｂにおいて、第５濃度計８Ｂ５による検出データが、二酸化炭素濃度が過度に高い値を示す場合には、制御部９は、第８開閉弁７８の開度を調整し、二酸化炭素濃度が上昇した第２特殊環境室１００Ｂ内の空気の一部を、回収空気流過流路部６を介して原料空気吸入流路部２１Ａへと流す。

また、第１混合部５１に設けられた第２濃度計８Ｂ２及び第１特殊環境室１００Ａに設けられた第４濃度計８Ｂ４による検出データにおいて、酸素濃度が異常値を示す場合には、制御部９は、第１混合部５１に接続された流路部の開閉弁について、高酸素濃度空気の流路となる第１流路部３１２Ａに設けられた第２開閉弁７２を閉鎖するとともに、原料空気の流路となる第１原料空気分岐流路部２２Ｂに設けられた第４開閉弁７４を開放状態で維持する。これにより、酸素濃度が異常値を示す高酸素濃度空気が第１特殊環境室１００Ａに供給されることを規制し、原料空気のみを第１特殊環境室１００Ａに供給することができる。この結果、高い安全性を確保することが可能な空気供給装置１となる。

また、第２混合部５２に設けられた第３濃度計８Ｂ３及び第２特殊環境室１００Ｂに設けられた第５濃度計８Ｂ５による検出データにおいて、酸素濃度が異常値を示す場合には、制御部９は、第２混合部５２に接続された流路部の開閉弁について、低酸素濃度空気の流路となる第２流路部３１３Ａに設けられた第３開閉弁７３を閉鎖するとともに、原料空気の流路となる第２原料空気分岐流路部２２Ｃに設けられた第５開閉弁７５を開放状態で維持する。これにより、酸素濃度が異常値を示す低酸素濃度空気が第２特殊環境室１００Ｂに供給されることを規制し、原料空気のみを第２特殊環境室１００Ｂに供給することができる。この結果、高い安全性を確保することが可能な空気供給装置１となる。

＜第２実施形態＞
図４は、本発明の第２実施形態に係る空気供給装置１０の構成を概略的に示す図である。上述の第１実施形態に係る空気供給装置１は、第１特殊環境室１００Ａ及び第２特殊環境室１００Ｂからなる２つの特殊環境室に、酸素濃度が異なる特殊組成の空気をそれぞれ供給可能に構成された装置である。これに対し、第２実施形態に係る空気供給装置１０は、１つの特殊環境室１００に、酸素濃度が異なる特殊組成の空気を切替えて供給する装置である。第２実施形態に係る空気供給装置１０は、酸素濃度が異なる特殊組成の空気を切替えて供給するための切替え機構１０Ａを備えること以外は、第１実施形態に係る空気供給装置１と同様に構成される。このように第２実施形態に係る空気供給装置１０は、第１実施形態に係る空気供給装置１と同様の部分を有する。従って、以下の説明及び図において、対応する同様の部分については同一の参照符号を付すとともに、説明を省略する。

第２実施形態に係る空気供給装置１０は、原料空気導出部２と、空気生成部３と、二酸化炭素除去部４と、混合部５と、切替え機構１０Ａと、制御部９とを備える。

空気供給装置１０において、原料空気導出部２は、原料空気吸入流路部２１Ａを流れて原料空気吸入口２１から吸入される原料空気を圧縮し、その圧縮した原料空気を所定の吐出流量及び吐出圧力の加圧下にて原料空気導出口２２から導出する。原料空気導出口２２から導出された原料空気は、原料空気導出流路部２２Ａを流れて空気生成部３に流入する。このとき、制御部９は、原料空気導出流路部２２Ａを流れる原料空気の流量が所定の流量値で一定に保持されるように、第１流量計８Ａ１による検出データに基づいて、第１開閉弁７１の開度を調整する。

また、原料空気導出流路部２２Ａを流れる原料空気の一部は、第１原料空気分岐流路部２２Ｂを流れて、混合部５に流入する。このとき、制御部９は、第１原料空気分岐流路部２２Ｂを流れる原料空気の流量が所定の流量値で一定に保持されるように、第４流量計８Ａ４による検出データに基づいて、第４開閉弁７４の開度を調整する。

原料空気が流入された空気生成部３は、高酸素濃度空気及び低酸素濃度空気を生成する。本実施形態では、気体分離膜３３を含んで構成される空気生成部３とし、当該気体分離膜３３は、窒素に対する酸素及び二酸化炭素の選択透過性を有する、ポリイミドからなる中空糸膜とする。空気生成部３により生成された高酸素濃度空気は第１流路部３１２Ａを流れ、低酸素濃度空気は第２流路部３１３Ａを流れる。

ここで、二酸化炭素除去部４は、空気生成部３における二酸化炭素の分離能に基づいて、第１流路部３１２Ａ及び第２流路部３１３Ａの少なくともいずれか一方の流路部に配置される。図４に示す例では、空気生成部３の気体分離膜３３が窒素に対する酸素及び二酸化炭素の選択透過性を有するポリイミド中空糸膜であることに対応して、高酸素濃度空気が流れる第１流路部３１２Ａに、二酸化炭素除去部４が配置されている。これにより、二酸化炭素の濃度が低減された特殊組成の空気を特殊環境室１００に供給することができる。従って、特殊環境室１００において特殊組成の空気を吸引した人に、頭痛等の危惧すべき症状が現れてしまうことを確実に抑止することができ、高い安全性を確保することが可能な空気供給装置１０となる。

空気供給装置１０に備えられる切替え機構１０Ａは、第１流路部３１２Ａ及び第２流路部３１３Ａの混合部５を介した特殊環境室１００との連通状態を選択的に切替えて、空気生成部３により生成された高酸素濃度空気及び低酸素濃度空気のいずれか一方の空気を、特殊環境室１００に向けて供給するための機構である。切替え機構１０Ａは、第１切替え開閉弁１０Ａ１と、第２切替え開閉弁１０Ａ２と、第１排出開閉弁１０Ａ３と、第２排出開閉弁１０Ａ４と、切替え空気流出流路部１０Ａ５と、切替え空気流出開閉弁１０Ａ６と、第６流量計８Ａ６とを含む。

第１切替え開閉弁１０Ａ１は、第１流路部３１２Ａに設けられ、第１流路部３１２Ａの流路を開閉するための開閉弁である。第１排出開閉弁１０Ａ３は、第１流路部３１２Ａを流れる高酸素濃度空気を外部に排出するときに用いられる開閉弁である。第１排出開閉弁１０Ａ３は、高酸素濃度空気を外部に排出するときには開放され、それ以外は閉鎖される。

第２切替え開閉弁１０Ａ２は、第２流路部３１３Ａに設けられ、第２流路部３１３Ａの流路を開閉するための開閉弁である。第２排出開閉弁１０Ａ４は、第２流路部３１３Ａを流れる低酸素濃度空気を外部に排出するときに用いられる開閉弁である。第２排出開閉弁１０Ａ４は、低酸素濃度空気を外部に排出するときには開放され、それ以外は閉鎖される。

切替え空気流出流路部１０Ａ５は、第１流路部３１２Ａ及び第２流路部３１３Ａと混合部５との間に配置され、高酸素濃度空気及び低酸素濃度空気のいずれか一方の空気が流れる流路を形成する流路部である。切替え空気流出流路部１０Ａ５は、第１流路部３１２Ａの高酸素濃度空気流出口３１２と接続される側とは反対の端部、及び、第２流路部３１３Ａの低酸素濃度空気流出口３１３と接続される側とは反対の端部に接続されるとともに、混合部５に接続される。

切替え空気流出開閉弁１０Ａ６は、切替え空気流出流路部１０Ａ５に設けられ、切替え空気流出流路部１０Ａ５の流路を開閉するための開閉弁である。切替え空気流出開閉弁１０Ａ６は、切替え空気流出流路部１０Ａ５を流れる空気の流量の調整が可能となるように、開度調整可能である。第６流量計８Ａ６は、切替え空気流出流路部１０Ａ５を流れる空気の流量を検出するためのものである。切替え空気流出流路部１０Ａ５を流れる空気の流量が所定の流量値で一定に保持されるように、第６流量計８Ａ６による検出データに基づいて、切替え空気流出開閉弁１０Ａ６の開度が調整される。

特殊環境室１００に高酸素濃度の混合空気を供給する場合、制御部９は、第１切替え開閉弁１０Ａ１、第２排出開閉弁１０Ａ４及び切替え空気流出開閉弁１０Ａ６を開放するとともに、第２切替え開閉弁１０Ａ２及び第１排出開閉弁１０Ａ３を閉鎖する。これにより、空気生成部３により生成された高酸素濃度空気は、第１流路部３１２Ａを流れて二酸化炭素除去部４を通過し、更に切替え空気流出流路部１０Ａ５を流れて混合部５に流入する。また、空気生成部３により生成された低酸素濃度空気は、第２流路部３１３Ａを流れて第２排出開閉弁１０Ａ４を介して外部に排出され、混合部５への流入が規制される。原料空気及び高酸素濃度空気が流入された混合部５は、高酸素濃度の混合空気を調製する。混合部５により調製された混合空気は、混合空気流出流路部５Ａを流れて、特殊環境室１００に供給される。

特殊環境室１００に低酸素濃度の混合空気を供給する場合、制御部９は、第２切替え開閉弁１０Ａ２、第１排出開閉弁１０Ａ３及び切替え空気流出開閉弁１０Ａ６を開放するとともに、第１切替え開閉弁１０Ａ１及び第２排出開閉弁１０Ａ４を閉鎖する。これにより、空気生成部３により生成された低酸素濃度空気は、第２流路部３１３Ａ及び切替え空気流出流路部１０Ａ５を流れて混合部５に流入する。また、空気生成部３により生成された高酸素濃度空気は、第１流路部３１２Ａを流れて第１排出開閉弁１０Ａ３を介して外部に排出され、混合部５への流入が規制される。原料空気及び低酸素濃度空気が流入された混合部５は、低酸素濃度の混合空気を調製する。混合部５により調製された混合空気は、混合空気流出流路部５Ａを流れて、特殊環境室１００に供給される。

低酸素濃度の混合空気が供給された特殊環境室１００において、当該特殊環境室１００に設けられた第７濃度計８Ｂ７による検出データが、二酸化炭素濃度が過度に高い値を示す場合には、制御部９は、第８開閉弁７８の開度を調整し、二酸化炭素濃度が上昇した特殊環境室１００内の空気の一部を、回収空気流過流路部６を介して原料空気吸入流路部２１Ａへと流す。

また、混合部５に設けられた第６濃度計８Ｂ６及び特殊環境室１００に設けられた第７濃度計８Ｂ７による検出データにおいて、酸素濃度が異常値を示す場合には、制御部９は、混合部５に接続された流路部の開閉弁について、高酸素濃度空気及び低酸素濃度空気のいずれか一方の空気の流路となる切替え空気流出流路部１０Ａ５に設けられた切替え空気流出開閉弁１０Ａ６を閉鎖するとともに、原料空気の流路となる第１原料空気分岐流路部２２Ｂに設けられた第４開閉弁７４を開放状態で維持する。これにより、酸素濃度が異常値を示す空気が特殊環境室１００に供給されることを規制し、原料空気のみを特殊環境室１００に供給することができる。この結果、高い安全性を確保することが可能な空気供給装置１０となる。

以上、本発明の実施形態に係る空気供給装置１，１０について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば次のような変形実施形態を採ることができる。

（１）図４に示す、上記の第２実施形態に係る空気供給装置１０においては、空気被供給部としての１つの特殊環境室１００に特殊組成の空気を供給する構成について説明したが、本発明は、この構成に限定されるものではない。第１実施形態に係る空気供給装置１と同様に、空気供給装置１０が、空気被供給部としての吸引マスクに、特殊組成の空気を供給可能に構成されてもよい。この場合、空気供給装置１０は、混合空気流出流路部５Ａから分岐し、吸引マスクに接続される混合空気分岐流路部と、当該混合空気分岐流路部に設けられる開閉弁とを備えた構成とされる。

（２）また、上記の第１実施形態に係る空気供給装置１は第１特殊環境室１００Ａ及び第２特殊環境室１００Ｂに特殊組成の空気を供給し、上記の第２実施形態に係る空気供給装置１０は特殊環境室１００に特殊組成の空気を供給する構成について説明したが、本発明は、この構成に限定されるものではない。空気供給装置１，１０は、特殊環境室に特殊組成の空気を供給することなく、吸引マスクのみに特殊組成の空気を供給するよう構成されてもよい。

１，１０ 空気供給装置
２ 原料空気導出部
３ 空気生成部
３１２Ａ 第１流路部
３１３Ａ 第２流路部
４ 二酸化炭素除去部
５ 混合部
１００ 特殊環境室（空気被供給部）
１００Ａ 第１特殊環境室（空気被供給部）
１００Ｂ 第２特殊環境室（空気被供給部）
１０１Ａ 第１吸引マスク（空気被供給部）
１０１Ｂ 第２吸引マスク（空気被供給部）

Claims (7)

1. 所定の空気被供給部に特殊組成の空気を供給する空気供給装置であって、
   原料空気を導出する原料空気導出部と、
   前記原料空気導出部により導出される前記原料空気から窒素と酸素とを分離し、当該原料空気よりも高酸素濃度及び低酸素濃度の空気をそれぞれ生成する空気生成部と、
   前記空気生成部により生成された空気が前記空気被供給部に向かって一方向に流れる流路部であって、前記高酸素濃度の空気が流れる第１流路部、及び、前記低酸素濃度の空気が流れる第２流路部と、
   前記空気生成部における二酸化炭素の分離能に基づいて、前記第１流路部及び前記第２流路部の少なくともいずれか一方の流路部に配置され、当該流路部を一方向に流れる空気から二酸化炭素を除去する二酸化炭素除去部と、を備える空気供給装置。
2. 前記第１流路部を流れる前記高酸素濃度の空気と、前記第２流路部を流れる前記低酸素濃度の空気とをそれぞれ、前記原料空気導出部により導出される前記原料空気の一部と混合し、その混合された混合空気を前記空気被供給部に向けて流出させる混合部を、更に備える請求項１に記載の空気供給装置。
3. 前記二酸化炭素除去部は、前記混合部に対して空気の流れ方向上流側に配置される、請求項２に記載の空気供給装置。
4. 前記空気生成部は、前記原料空気から窒素と酸素とを分離可能な気体分離膜を含み、当該気体分離膜により、前記高酸素濃度の空気と前記低酸素濃度の空気とをそれぞれ生成する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の空気供給装置。
5. 前記気体分離膜は、窒素に対する酸素及び二酸化炭素の選択透過性を有し、
   前記二酸化炭素除去部は、前記第１流路部に配置される、請求項４に記載の空気供給装置。
6. 前記気体分離膜は、ポリイミドからなる中空糸膜である、請求項５に記載の空気供給装置。
7. 前記空気被供給部は、人を収容可能な収容空間を画定する第１特殊環境室及び第２特殊環境室を含み、
   前記第１流路部を流れる前記高酸素濃度の空気は、前記第１特殊環境室に供給され、前記第２流路部を流れる前記低酸素濃度の空気は、前記第２特殊環境室に供給される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の空気供給装置。