JPS63213734A - 居住空間のガス濃度調節システム - 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】 本発明は人の住居する空間のガス濃度のコントロールに
関する。外気と隔壁を設けて人が居住あるいは集まる空
間の空気は人の呼吸その他生活活動によりその構成ガス
濃度が変化する。例えば人が呼吸することにより酸素ガ
スの消費と炭酸ガスの発生があり良好な空気環境が阻害
される。これを防止するため外気の新鮮空気の取入れに
より酸素濃度低下や、炭酸ガスの増加を防いでいる。こ
れは春秋の気候の良好な季節では室内温度変化が少なく
てよいが、冬夏の外気温度と室内温度差の大きい季節に
は大量の導入外気により暖冷房に大きなエネルギーの消
耗が発生している。このように生活空間のガス濃度の改
善は自然換気や強制換気によってなされるが、最近の住
宅等の建物はアルミサツシ等を用い気密性の良いものが
増えており９人為的に換気扇をまわさないと換気が為さ
れない。これ等、冷暖房、換気、ガス濃度制御を総合的
に考えてより経済的にしてゆく必要がある。

また導入外気だけを用いる方法では自然空気のガス構成
以上の濃度を必要とする居住空間を作り出すことは不可
能である。

現状では、居住空間のガス濃度を積極的にコントロール
する所は、病院で患者の為に特別室を設けて行うぐらい
であるが、これも室内の酸素濃度をボンベ等を用意しそ
の送入酸素ガス量を制御して室内の酸素濃度を調節して
いるのみであり、また必要な酸素ガスもボンベなどを用
意して供給する必要がある。

本発明の目的は居住空間のガス濃度の制御を外部より供
給目的ガスの補充なしに行い、目的にあった空気条件を
維持継続させることにある。

大の居住する室内空気をコンプレッサーにより吸入し、
これを窒素、炭酸ガス、水等を吸着するゼオライト系吸
着剤を充填した吸着筒に送気して酸素を窒素や炭酸ガス
と分離し室内に戻し、窒素や炭酸ガスを屋外に排出し、
不足分を外気で補うことにより、室内のガス濃度をコン
トロールするようにしたものである。

図１に本発明の実施例を示す。部屋１は人が居住する空
間でここには図示はしてないが人の出入りするドアーや
外光等を採り入れる窓がある。しかし通常は閉ざされて
いて外気の流入は人の出入りの為のドアー開閉と外気導
入口により意識的採り入れのみである。この部屋にガス
分離装置１７を取付けこれと部屋１に空気導入バイブ２
と返却バイブ１１により結合する。ガス分離装置には空
気圧縮器３と窒素、炭酸ガス、水分を選択的に吸着する
ゼオライトを成分とする吸着剤が充填しである２本の吸
着筒７．７゛　　と、空気圧縮器の空気をこれ等２つの
吸着筒７，７°　に切替えながら送り込めるよう接続し
ている切替弁６とこの切替弁６に吸着筒７，７゛　から
排気可能に排気サイレンサー５が接続されている。

各々の吸着筒７，７′の他端より導管１８．１９と逆止
弁２０．２１を介して酸素タンクに接続されている。酸
素タンク８の出口にはシャットアウト弁９と減圧弁１０
を介して部屋に酸素ガスを戻す返却バイブ１１が接続さ
れている。酸素分離装置１７は制御装置２３で制御され
る。制御装置２３には部屋１の下部に取付けである酸素
ガス濃度センサー１６．と炭酸ガス濃度センサー１５が
接続されている。また制御部２３には操作パネルがあり
２図示はしてないがこのパネルには装置の電源スィッチ
と部屋１内の酸素濃度表示部と炭酸ガス濃度表示部と、
下限酸素濃度設定ダイヤルと上限酸素濃度設定ダイヤル
と上限炭酸ガス濃度設定ダイヤルと下限炭酸ガス濃度設
定ダイヤルを備えている。制御部２３は切替弁６とシャ
ットアウト弁９と空気圧縮器３に接続して、弁の開閉と
空気圧縮器３の起動停止を制御している。尚ガスセンサ
ーは公知のセンサーを使用する。

このシステムの動作は部屋１の空気を導入バイブ２より
空気圧縮器３で吸込む。導入バイブ２はその途中に空気
中の塵埃やタバコの煙等を取除くフィルター４が設けで
ある。空気圧縮器３で圧縮した空気はその直後で除湿器
により空気中の湿度を取除いた方が好ましいが取除かな
いで使用する場合もあるので、ここでは省略する。

圧縮空気を切替弁６により一方の吸着筒７に送り込む。

吸着筒７内の吸着剤に空気中の窒素、炭酸ガス、水蒸気
等が吸着され酸素ガスが濃縮されて、吸着筒７の他端に
ある導管１８の方に進み導管１８と逆止弁２０を通って
酸素タンク８に酸素ガスが集められる。逆止弁２０及び
２１は導管１８．１９側から酸素ガスを酸素タンク８側
には流すが、酸素タンク８側から導管１８．１９側には
流さない構造となっている。吸着筒７に空気圧縮器３か
らの圧縮空気を送入している間、他方の吸着筒７′　は
切替弁６により排気サイレンサー５に導通し、大気圧に
開放されて減圧される。この時吸着筒７′の高い圧力（
３ｋｇ〜４／ｃｍ）が大気圧に減圧されるので、突出す
る排ガスのため大きな音が出るので排気サイレンサー５
が備えられている。この減圧時に前のサイクルで吸着筒
７°内の吸着剤に吸着した窒素ガス、炭酸ガス、水蒸気
等を脱着する。この脱着を促進させる為に吸着筒７より
産出する酸素ガスの一部をパージガスとして細管２２よ
り吸着筒７′に逆向流として流し窒素ガス他を洗い出し
、吸着剤の能力回復を図る。パージガス量を調節するた
め細管内にオリフィスを設けることもある。吸着筒７内
の吸着能力がなくなる直前に切替弁６を切換えて圧縮空
気を吸着筒７′に送気し、吸着筒７を排気サイレンサー
５の方に切換えて大気に開放して減圧する。吸着筒７゜
内の前サイクルで吸着能力の回復した吸着剤により窒素
ガス、炭酸ガス２水蒸気が吸着して取除かれ他端の導管
■９の方に濃縮した酸素ガスが進み導管１９と逆止弁２
１を通って酸素タンク８に酸素ガスが集められる。一方
吸着筒７は前のサイクルで吸着した窒素ガス、炭酸ガス
、水蒸気を排気サイレンサー５を通して大気中に排出す
る。このとき細管２２を吸着筒７′で濃縮した酸素ガス
が吸着筒７の方に流れて吸着筒７をパージガスとして窒
素ガス他を洗い出し、吸着剤の能力の回復を図る。２本
の吸着筒７，７゛　を交互に使用して一定時間毎に切替
えるサイクルを繰り返して連続的に酸素ガスを分離する
。

酸素タンク８に集められた酸素ガスはシャットアウト弁
９を通り減圧弁１０により約０．５〜０．３ｋｇ／　ｃ
ｒＡに減圧して部屋１に必要ガスとして返却バイブ１１
を通して戻される。ガス分離装置１７による酸素ガスの
空気中よりの回収率は４０％〜６０％である。このため
未回収の酸素は窒素と炭酸ガスなどの不要ガスとともに
外気に排気されるので部屋１内が負圧となる。これを補
うため、外気取入口１２より大気が導入する。この外気
はフィルター１３によりゴミが除去される。

通常の空気中には窒素ガスが７８％、酸素ガスが２０．
６％、炭酸ガスが０．０３％、アルゴン、水蒸気その他
がある。室内にいる人の呼吸により酸素ガスが消費され
炭酸ガスが排出されるが。

人により個人差があり、運動やその他でも変わってくる
が通常の平静時、１分間で平均２５０　ｃｃの酸素ガス
を消費し約２５０　ｃｃの炭酸ガスを発生するので在室
人員や時間とともに酸素濃度が下がり、炭酸ガス濃度が
上がって（る。ガス同志はよく混合するが空気２２．４
ｆの重さは約２９ｇであり炭酸ガスは４６ｇ、酸素ガス
は３２ｇで重い。

部Ｍｌ内に酸素ガス濃度センサー１６と炭酸ガス濃度セ
ンサー１５を設置し、その各々の信号線を制御部２３に
接続する。２つのセンサーの取付位置をガス比重の関係
から部屋の比較的下方としている。

炭酸ガス濃度は酸素濃度が通常の２０％以上あってもあ
まり濃くなると人の生活環境として好ましくない。この
ため部屋１内の炭酸ガス濃度を炭酸ガスセンサ〜１５に
より監視している。このセンサーの信号は制御部に接続
されている。また炭酸ガス濃度は低くても部屋ｌ内の酸
素濃度が低い場合は勿論９人の生活環境として好ましく
ない。

反対に通常より少し高めの２３％程度にした方が頭脳労
働者にとっては能率が向上すると言う結果さえ出ている
。しかし酸素濃度が高くなり過ぎると部屋内でタバコを
吸う場合環、火気を用う場合危険であり、火を使わない
場合でも、酸素濃度が４０％以上の環境に人が長時間層
る場合は医学的に問題が生じることが判っている。

このため部屋の酸素濃度は低くなった場合ガス分離装置
を起動して高濃度の酸素を部屋に返却バイブ１１より戻
し入れ、高濃度になると停止する。制御部２３は部屋１
内の酸素濃度が下がると酸素センサー１６により検出し
、それがパネルで設定した下限酸素濃度値以下になると
空−気圧検器３を起動し酸素分離を開始し、シャットア
ウト弁９を開にして濃縮した酸素ガスを返却バイブ１１
より１部屋１内に送入する。この間制御部２３は切替弁
６を一定時間毎に切替えて連続して酸素ガスを分離する
。このとき廃棄されたガス量を補う分だけ外気取入口に
より外気が入ってくる。酸素濃度がパネルの上限酸素濃
度設定値の濃度まで上がるとそれを酸素センサー１６で
検出して制御部２３は空気圧縮器３を止めてシャットア
ウト弁９を閉とする。また炭酸ガスノ々ネル上限炭酸ガ
ス濃度設定値の濃度以上になると、炭酸ガスセンサー１
５で検出し、制御部２３はガス分離装置１７の空気圧縮
器３を起動し、酸素分離を開始する。しかしこのときの
部屋１内の酸素濃度が制御２３に接続されているパネル
で設定した上限酸素ガス濃度設定値より高い場合にはシ
ャットアウト弁９を閉のままとし、酸素ガスを部屋１に
戻入しない。

不用ガスとして排出される空気を補う外気が外気取入口
により入ってくる。そして炭酸ガス濃度がパネルで設定
した下限炭酸ガス濃度設定値まで下がると制御部は空気
圧縮器を停止する。炭酸ガス濃度上昇により空気圧縮器
３が起動を始めた当初は酸素濃度がパネル２５で設定し
た上限酸素濃度設定値より低い場合はシャットアウト弁
９を開にして酸素ガスを返却パイプより部屋１内に送気
し２部屋１内の酸素濃度を高める。そして炭酸ガス濃度
がパネルで設定した下限値まで下がらない前に酸素濃度
が上限酸素ガス設定値まで達した場合はシャットアウト
弁９を閉にして、空気圧縮器３の運転を継続し炭酸ガス
濃度が下限値まで下がったときに停止する。

この様にして部屋１内のガス濃度を設定条件内にコント
ロールする。通常は人による酸素の消費と炭酸ガスの発
生はその量がほぼ等しいので酸素濃度上昇と炭酸ガス濃
度低下はバランスしている。通常人の居住する部屋１に
は自室内の空気温度をコントロールする冷暖房設備を備
えている場合が多い。本発明のシステムを有する部屋の
冷暖房のエネルギーは外気導入量が必要最小限であり建
築基準等で決められた外気換気量に比べれば少ない量な
ので少いエネルギーで良い。通常は酸素の消費と炭酸ガ
スの発生は同量であるため部屋内の炭酸ガス除去と室内
酸素濃度のアップを同一装置で一度に実現できるので無
駄な運転は少ない。尚炭酸ガス濃度が上昇する特別な要
因がない場合は酸素ガスの濃度のみ注目して制御すれば
炭酸ガスは付帯的に低減されるので良いと言う簡便制御
も考えられる。

また部屋は人が居住する空間に限ることはなくガス濃度
をコントロールする必要のある外部と隔壁を有する空間
と考えてもよい。

本発明のシステムにより人の居住空間で最も重要なガス
である酸素ガスの濃度と炭酸ガス濃度を必要な値にセッ
トすれば外部よりガス供給を行なわなくても維持継続で
きる。

図１は本発明の実施例を示すフロー図である。

手　　続　　補　　正　　書 昭和６２年６月（デＲ 特許庁長官　　黒　１）明　雄　殿 １、事件の表示 昭和６２年特許願第０４５６７９号 ２、発明の名称 居住空間のガス濃度調節システム ３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 昭和６２年　５月２６日 ５、補正の対米 （１）＠書の出願人の欄 （２）明細書の図面の簡単な説明の欄 ６、補正の内容

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 外気取入れ窓を有する部屋と部屋のガス濃度を検出する
   センサーと部屋の空気を導入するパイプと導入した空気
   を圧縮する空気圧縮器と圧縮空気より酸素ガスを分離し
   て取出すことのできるゼオライト系吸着剤を充填した吸
   着筒と分離した酸素ガスの部屋への戻し入れを制御する
   弁とガス濃度センサーにより装置の制御を行う制御部を
   有し、ガス濃度検出値により装置を作動し、部屋のガス
   濃度を目標値内に調節するガス濃度調節システム。