JPH02280775A - 供給空気量制御式酸素富化機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は膜モ、ジュールによって大気中から酸素富化空
気を得る酸素富化機に係り、詳しくは膜モジュールの温
度の変動にかかわらず常に安定した濃度の酸素富化空気
を生成し得るに好適な加圧式酸素富化機に関するもので
ある。

（従来の技術） 選択性酸素透過膜を要素部材とする膜モジュールに加圧
空気を送り酸素富化空気と窒素富化空気に分離させ、酸
素富化空気を保健用等のために利用しようとする試みが
近時、注目され、そのための酸素富化機の開発が進めら
れている。

第３図はかかる酸素富化機の１例として加圧式酸素富化
機を示し、圧縮機などの加圧ポンプ（１）で加圧した空
気を空気タンク（２）に貯溜し、減圧弁ｑＯで膜モジュ
ール（４）に供給する空気の圧力を制御して選択性酸素
透過膜を含む膜モジュール（４）に導き、酸素富化空気
と窒素富化空気とに分離して後者の窒素富化空気は排気
し、酸素富化空気のみを酸素富化空気吹出通路（５）よ
り取り出し利用する構成からなっている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記の如き加圧式酸素富化機において、
定圧力の供給空気を膜モジュールに供給する場合、冬季
、夏季により供給空気温度に変動があることから膜モジ
ユール温度が変動し、これによって酸素富化空気中の酸
素濃度の変動が起こる。即ち、膜モジュールは温度上昇
に伴い、第４図に示す如く流量が増加し、濃度を低下さ
せるという性質を有しており、膜モジュールの温度が上
昇すると酸素濃度が低下し、逆に膜モジュールの温度が
低下すると酸素濃度が上昇するという問題がある。

本発明はかかる問題に着目し、これに対処すべく可変絞
り弁を設け、吹出空気の酸素濃度、あるいは該酸素濃度
とモジュール温度を検出し、これに対応して可変絞り弁
の開度調節をはかることにより冬季、夏季による供給空
気温度の変動にかかわらず酸素富化空気吹出通路での酸
素濃度を常に一定に保持し、安定した濃度の酸素富化空
気を生成することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） しかして、上記目的を達成するための本発明酸素富化機
は添付図面に示した如く、先ず第１の構成としては、加
圧ポンプと空気タンクと選択性酸素透過膜を含む膜モジ
ュールを備えた加圧式酸素富化機において、空気タンク
と膜モジュールの間に可変絞り弁を介設し、膜モジュー
ルの窒素冨化空気徘風配管に膜モジュールへの供給空気
圧力を一定に保つ圧力制御弁を設けると共に、酸素富化
空気の吹出通路の酸素濃度を検出する検出回路と可変絞
り弁の回路を調節する制御回路を配設して、これによっ
て前記可変絞り弁の開度を制御せしめたことを特徴とす
る。

また、請求項２記載の発明は上記可変絞り弁を制御する
手段として酸素富化空気吹出通路の酸素濃度のみでなく
、同通路での酸素濃度およびモジュール温度を検出する
回路と、該回路よりの信号で可変絞り弁を制御する可変
絞り弁制御回路を配設し、これによって前記可変絞り弁
の開度を制御せしめたことを特徴とする。

（作用） 膜モジュールはその特性として供給空気と吹出空気の流
量比で酸素濃度が変化する特性があり、また、吹出空気
流量は供給空気と吹出空気の圧力比によって決まるとい
う特性がある。

従って、本発明加圧式酸素富化機は膜モジュールの窒素
冨化空気徘風配管に圧力制御弁を設けることによりその
設定圧力の供給空気が膜モジュールに供給されるため安
定した吹出空気流量が得られる。

そして、一定設定圧力の供給空気が膜モジュールに供給
されると共に、酸素濃度検出回路又は酸素濃度及び膜モ
ジユール温度検出回路で吹出空気の酸素濃度又は酸素濃
度と膜モジユール温度を検知して可変絞り弁の開度を調
節、制御することにより酸素富化空気吹出量に対する膜
モジュールへの供給空気量の比が変化する。

そのため、夏季において、供給空気温度が上昇したとき
は、モジュール温度が上昇し、酸素濃度が低下すること
になるが、このとき、その酸素濃度低下などを検出し、
可変絞り弁の開度を大きくして供給空気量を増やして酸
素濃度を高め、所要一定の酸素濃度に保持させる。

一方、冬季において供給空気温度が低下し、モジュール
温度が下がったときは酸素濃度が上昇することになるが
、このとき、その酸素濃度上昇などを検出して可変絞り
弁の開度を小さくし、供給空気量を減らすことによって
上昇した酸素濃度を下げ、所要一定の酸素濃度に保持さ
せる。

かくして、季節又は供給空気温度の如何に拘わらず、酸
素富化空気吹出通路での酸素濃度を一定にし、常時、一
定の酸素濃度の酸素富化空気を提供することを可能なら
しめる。

（実施例） 以下、添付図面を参照し、本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明に係る酸素富化機の１例を示し、モータ
（Ｍ）によって作動される圧縮機の如き加圧ポンプ（１
）と空気タンク（２）と選択性酸素透過膜を含むモジュ
ール（４）を備え、加圧ポンプ（１）で加圧した空気を
空気タンク（２）に貯溜し、選択性酸素透過膜を含む膜
モジュール（４）に導いて酸素富化空気と窒素富化空気
とに分離し、酸素富化空気を同吹出通路（５）より取り
出すことは従来における装置と同様であるが、本発明に
おいては第１図に見られるように空気タンク（２）と膜
モジュール（４）との間に可変絞り弁（３）が、そして
膜モジュール（４）の窒素富化排風配管に膜モジュール
（４）への供給空気圧力を一定に保つ圧力制御弁（６）
が夫々設けられていると共に、更に酸素富化空気吹出通
路（５）の酸素濃度を検出する酸素濃度検出回路（７）
及び可変絞り弁（３）の開度を調節する可変絞り弁制御
回路（８）が設けられて、該吹出通路（５）の酸素濃度
の変化に対応して可変絞り弁制御回路（８）で前記可変
絞り弁（３）の開度を調節し、供給空気を制御するよう
になしている。

即ち、本発明者の知見するところによれば、供給空気の
圧力を一定にすることは先ず基本的に好ましいところで
あり、そのために窒素富化排風配管に圧力制御弁（６）
を設けるようにするが、このようにして一定設定圧力の
供給空気を膜モジュール（４）に供給するようにした場
合、季節等によって変化する供給空気温度と酸素濃度、
流量との間には第４図に示すような関係がある。

第４図は供給空気量１５００　ｆｆｉ　／分、供給空気
圧力４ｋｇ／ｃｊＧ、の条件下で上記モジュール温度と
濃度、流量との関係を求めたものであり、酸素濃度はモ
ジュール温度の上昇に伴って漸次、低下する傾向にあり
、一方、流量はモジュール温度の上昇と共に増加する傾
向にある。これは換言すれば、夏季においては供給空気
の温度上昇により酸素濃度が低下し、所要の酸素濃度を
求める場合には流量を多くしなければならないことを意
味し、一方、冬季においては夏季に比し少ない流量で充
分所要濃度の酸素富化空気が得られることを意味する。

そのため、供給圧力を一定設定圧力とした場合、酸素濃
度を常に一定に保つためには夏季は供給空気量を多く、
冬季は供給空気量を少なくすることが必要となる。

そこで、今、第５図を用いて前記実施例に係る加圧式酸
素富化機の作動について説明するに、上記加圧式酸素富
化機が供給空気圧力４ｋｇ／ｃｄＧ、供給空気１１１５
００　Ｉｌ／分、モジュール温度２０°Ｃで運転されて
いるとすると、このとき各モジュール温度における供給
空気量に対する酸素富化空気流量と酸素濃度の関係は第
５図に示す通りである。即ち、前記運転条件における酸
素濃度は第５図Ａ点となり、酸素濃度は約３０．６％で
ある。

ところが、この状態より次にモジュール温度のみが４０
℃に上昇した場合を考えると、従来の技術における第３
図に示す加圧式酸素富化機では第５図Ｂ点となり、酸素
濃度が約２９．５％に低下して了う。

このとき、本発明加圧式酸素富化機では、酸素濃度検出
回路（７）で酸素空気吹出通路（５）の酸素濃度を検出
し、酸素濃度が低下した場合には可変絞り弁制御回路（
８）で可変絞り弁（３）の開度を調節して、モジュール
温度が４０°Ｃの時に酸素濃度が約３０．６％となる第
５図Ｃ点の供給空気量、図では約２１００４！／分を保
つよう開度を調節する。

一方、上記とは逆にモジュール温度が冬季などにおいて
２０℃より低下した場合には可変絞り弁（３）の開度を
減少させ、供給空気量を減らすことにより酸素濃度を一
定に保つことが可能となる。

かくして、夏季、冬季など温度の変動があったり、寒冷
地、熱帯地などの地域差により温度の変動かあっでも、
常に安定した酸素濃度の酸素富化空気を得ることができ
る。

次に第２図は本発明酸素富化機に係る第２の実施例であ
り、前記酸素富化機が専ら酸素富化空気吹出通路（５）
の酸素濃度を検出し、可変絞り弁（３）の開度調節をは
かるのに対し、酸素濃度のみならずモジュールの温度を
も検出してその双方にもとづいて開度の調節をはかるも
のである。

これはモジュール温度の上昇に対して酸素濃度の低下に
は時間遅れがあり、酸素濃度の検出による供給空気量の
制御では応答遅れが発生することから、かかる制御時の
応答性を更に改善するものである。

この第２実施例の構成は第２図に示すようにその基本的
な部分においては前記第１図に示す構成と実質上、同じ
であり、唯、酸素濃度検出回路（７）に代えて酸素濃度
およびモジュール温度検出回路（９）と、そして、これ
に対応する可変絞り弁制御回路０■が設けられている。

以下、この酸素富化機の作動を第５図にもとづいて説明
する。

今、第５図において、Ａ点で作動していたとき、モジュ
ールの温度のみが４０°Ｃに上昇したとする。

このとき、モジュール温度の変化を酸素濃度およびモジ
ュール温度検出回路（９）で検知し、第５回において、
供給空気量が０点となる点へ概ね制御する。そして一定
時間経過後に酸素濃度を検知し、より詳細な制御を行い
、可変絞り弁（３）の開度調節を行って供給空気量を所
定の酸素濃度を得るようにする。

この実施例はモジュール温度の検知により応答遅れの少
ない、より効果的な酸素濃度制御可能な加圧式酸素富化
機を提供する。

なお、本実施例でも、前記実施例の場合と同様にモジュ
ール温度が２０℃以下に低下した場合には可変絞り弁（
３）の開度を減少させ、供給風量を減らせば酸素濃度を
上昇させることなく、所定の設定濃度に安定して保持さ
せることができる。

（発明の効果） 本発明は以上のように加圧式酸素富化機において膜モジ
ュールを透過しなかった窒素富化排風配管に圧力制御弁
を設け、一定設定圧力の供給空気を膜モジュールに供給
すると共に、可変絞り弁を設け、酸素富化空気吹出通路
の酸素濃度を検知して、該可変絞り弁の開度を制御し、
供給空気量を調節せしめるようにしたものであり、季節
あるいは酸素富化機の使用個所などにより供給空気の温
度に変化を来たし、膜モジュールの温度が変動して酸素
濃度が上昇又は低下する場合でも、該酸素濃度の変動に
対応して可変絞り弁の開度を調節して自動的に供給風量
の増減が行われ、酸素濃度の変動を防止して膜モジュー
ルの温度の変動、換言すれば、外部環境の気温変動によ
る供給空気温度の変化に関係なく常に安定した酸素濃度
の酸素富化空気を供給することができる顕著な効果を有
する。

また、上記酸素濃度の制御により供給空気温度が上限を
想定しての膜モジュールの選定が必要でなくなり、装置
の小形化、コストの低減にも有効である。

また、請求項２記載の酸素富化機は上記のものに更にモ
ジュール温度の検知を加えたものであり、膜モジユール
温度の変動に対して酸素濃度の変化に時間的遅れがある
ことから、前記の酸素富化機の制御時の応答性を良好に
し、応答遅れの少ない、より効果的な酸素濃度制御可能
な加圧式酸素富化機を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る加圧式酸素富化機の１例を示す系
統図、第２図は本発明加圧式酸素富化機の他の実施例を
示す系統図、第３図は比較対照に係る加圧式酸素富化機
の系統図、第４図は一定供給空気圧下で膜モジュールに
供給される空気温度と酸素濃度、流量との関係を示す図
表、第５図は一定供給空気圧下で膜モジュールに供給さ
れる空気供給量と酸素濃度、流量との関係を示す図表で
ある。 （１）・・・加圧ポンプ、（２）・・・空気タンク。 （３）・・・可変絞り弁、（４）・・・膜モジュール。 （５）・・・酸素富化空気吹出通路。 （６）　　・ （８）　　・ （９）　　・ （ｌＯ）・ 圧力制御弁、（７）・・酸素濃度検出回路。 可変絞り弁制御回路。 酸素濃度及びモジュール温度検出回路。 可変絞り弁制御回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、加圧ポンプ（１）と、空気タンク（２）と、選択性
   酸素透過膜を含む膜モジュール（４）を備え、加圧ポン
   プ（１）で加圧した空気を空気タンク（２）で貯溜後、
   膜モジュール（４）に送給し、酸素富化空気と窒素富化
   空気に分離する加圧式酸素富化機において、前記空気タ
   ンク（２）と膜モジュール（４）との間に可変絞り弁（
   ３）を介設し、かつ膜モジュール（４）の窒素富化排風
   配管に膜モジュール（４）への供給空気圧力を一定に保
   つ圧力制御弁（６）を設けると共に、酸素富化空気吹出
   通路の酸素濃度を検出する検出回路（７）と可変絞り弁
   （３）の開度を調節する可変絞り弁制御回路（８）を配
   設し、これによって前記可変絞り弁（３）の開度を制御
   してなることを特徴とする供給空気量制御式酸素富化機
   。 ２、加圧ポンプ（１）と、空気タンク（２）と、選択性
   酸素透過膜を含む膜モジュール（４）を備え、加圧ポン
   プ（１）で加圧した空気を空気タンク（２）で貯溜後、
   膜モジュール（４）に送給し、酸素富化空気と窒素富化
   空気に分離する加圧式酸素富化機において、前記空気タ
   ンク（２）と膜モジュール（４）との間に可変絞り弁（
   ３）を介設し、かつ膜モジュール（４）の窒素富化空気
   排風配管に膜モジュール（４）への供給空気圧力を一定
   に保つ圧力制御弁（６）を設けると共に、酸素富化空気
   吹出通路での酸素濃度およびモジュール温度を検出する
   回路（９）と前記回路（９）よりの信号で可変絞り弁（
   ３）を制御する可変絞り弁制御回路（１０）を配設し、
   これによって前記可変絞り弁（３）の開度を制御してな
   ることを特徴とする供給空気量制御式酸素富化機。