(57)【要約】【課題】酸素富化空気の流量を調整することができる酸素富化空気導入装置を提供する。【解決手段】通水管６の水流で発生する負圧を導入配管１から酸素富化手段２に作用させて酸素富化手段２で生成された酸素富化空気を導入配管１から通水管６に導入する酸素富化空気導入装置において、通水管６の流量を調整する流量調整手段３と、導入配管１内の圧力または酸素富化空気の流量を検知するセンサ４、および酸素富化手段２の酸素富化膜２１の温度またはその近傍の雰囲気温度を検知するセンサ５のうち少なくともいずれか一方のセンサが設けられており、前記センサ４，５で検知した導入配管１内の圧力もしくは酸素富化空気の流量または酸素富化膜２１の温度に応じて、通水管６の流量を流量調整手段３で調整することにより通水管６の水流で発生する負圧を変化させて導入配管１から通水管６に導入される酸素富化空気の流量を調整する。【選択図】図１
2010104433.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素富化膜を有し酸素富化空気を生成する酸素富化手段と、この酸素富化手段で生成された酸素富化空気を通水管に導入する導入配管を備え、通水管の水流で発生する負圧を導入配管から酸素富化手段に作用させて酸素富化手段で生成された酸素富化空気を導入配管から通水管に導入する酸素富化空気導入装置において、通水管の水流で発生する負圧を可変させる、通水管の流量を調整する流量調整手段と、導入配管内の圧力または酸素富化空気の流量を検知するセンサ、および酸素富化手段の酸素富化膜の温度またはその近傍の雰囲気温度を検知するセンサのうち少なくともいずれか一方のセンサが設けられており、前記センサで検知した導入配管内の圧力もしくは酸素富化空気の流量または酸素富化膜の温度もしくはその近傍の雰囲気温度に応じて、通水管の流量を流量調整手段で調整することにより通水管の水流で発生する負圧を変化させて導入配管から通水管に導入される酸素富化空気の流量を調整することを特徴とする酸素富化空気導入装置。
【請求項２】
流量調整手段が、液送ポンプであることを特徴とする請求項１に記載の酸素富化空気導入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸素富化空気導入装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、酸素富化装置で生成した酸素富化空気を浴槽の浴槽水をポンプで循環させる管路に導入して浴槽水に酸素富化空気を混入し、これを再び浴槽内に吐出する酸素富化給湯装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この酸素富化給湯装置は、管路に絞り部を設けてこの絞り部で生ずる負圧により酸素富化装置で生成した酸素富化空気を管路に導入している。酸素富化装置では酸素富化膜が使用されており、この酸素富化膜において酸素を選択的に透過させて酸素富化空気を生成している。酸素富化膜の特性上、環境温度によって透過流量が変動するため、上記酸素富化給湯装置では、管路に導入される酸素富化空気の流量にバラツキが生じ、このバラツキが管路のポンプ内部での気液混合比を変動させ、気体の比率が高い場合にはポンプがエアロックしてしまう等の問題が生じるおそれがあった。そこで、所望の気体流量を確保するために、真空ポンプを設け、酸素富化膜に真空ポンプによる真空圧を作用させて酸素富化空気を過剰に吸引し、全部もしくはその一部を管路に導入することが考えられる。すなわち、想定される最悪温度条件（低温条件）下でも所望の流量が得られるように流量設定しておき、高温条件下において空気が多すぎる場合には余剰空気を他へ排出することが考えられるが、真空ポンプおよび別経路が必要になる等のコスト高になるという問題があった。
【特許文献１】特開２００４−３５０９３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、酸素富化空気の流量を調整することができる酸素富化空気導入装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決するために、以下のことを特徴としている。
【０００６】
第１には、酸素富化膜を有し酸素富化空気を生成する酸素富化手段と、この酸素富化手段で生成された酸素富化空気を通水管に導入する導入配管を備え、通水管の水流で発生する負圧を導入配管から酸素富化手段に作用させて酸素富化手段で生成された酸素富化空気を導入配管から通水管に導入する酸素富化空気導入装置において、通水管の水流で発生する負圧を可変させる、通水管の流量を調整する流量調整手段と、導入配管内の圧力または酸素富化空気の流量を検知するセンサ、および酸素富化手段の酸素富化膜の温度またはその近傍の雰囲気温度を検知するセンサのうち少なくともいずれか一方のセンサが設けられており、前記センサで検知した導入配管内の圧力もしくは酸素富化空気の流量または酸素富化膜の温度もしくはその近傍の雰囲気温度に応じて、通水管の流量を流量調整手段で調整することにより通水管の水流で発生する負圧を変化させて導入配管から通水管に導入される酸素富化空気の流量を調整する。
【０００７】
第２には、上記第１の発明において、流量調整手段が、液送ポンプである。
【発明の効果】
【０００８】
第１の発明によれば、導入配管内の圧力もしくは酸素富化空気の流量または酸素富化膜の温度もしくはその近傍の雰囲気温度に応じて通水管の水流で発生する負圧を流量調整手段で調整し、導入配管から通水管に導入される酸素富化空気の流量が大きく変動しないように予め設定した範囲内に調整することができる。したがって、環境温度の変動による酸素富化空気の流量のバラツキが抑制され、通水管に酸素富化空気を安定した流量で導入することができる。また、真空ポンプおよび余剰空気を排出する別経路を設置せずに酸素富化空気の流量のバラツキを抑制することができるためコスト安になるほか、真空ポンプと別経路の設置空間を確保することが不要になり、装置としての小型化設計が可能になる。
【０００９】
流量調整手段が液送ポンプである第２の発明によれば、高圧水流を発生させることができ、酸素富化空気を通水管に容易に導入することができる。また、通水管に導入される酸素富化空気の流量のバラツキが抑制されるため、液送ポンプ内部での気液混合比の変動が抑制されて液送ポンプにエアロックが生じる問題が解消し、酸素富化空気導入装置を快適に駆動させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は前記のとおりの特徴をもつものであるが、以下に、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態である浴槽用の酸素富化空気導入装置の概略構成図である。
【００１２】
浴槽２０の側壁には、吸入口８と吐出口９が設けられており、吸入口８において浴槽２０内の浴槽水Ｗを吸入し、吐出口９においてその浴槽水Ｗに酸素富化空気を溶解させた気体溶解水を吐出するようになっている。
【００１３】
吸入口８と吐出口９は浴槽２０の外部に配設された浴槽水循環用の通水管６で連通されており、その通水管６の途中には流量調整手段３を構成する液送ポンプ３１が配設され、液送ポンプ３１の駆動により浴槽２０内の浴槽水Ｗを吸入口８から吸入し、通水管６を経由して吐出口９から浴槽２０内に吐出するようになっている。
【００１４】
液送ポンプ３１の上流側の通水管６には気体導入部１０が設けられ、この気体導入部１０に導入配管１が接続されている。さらに、この導入配管１の上流側には酸素富化手段２が配設されており、酸素富化手段２で作り出された酸素富化空気が導入配管１を経由して気体導入部１０から通水管６に導入されるようになっている。
【００１５】
通水管６の気体導入部１０はエジェクタ構造となっており、液送ポンプ３１の駆動により発生した水流が通過すると負圧が発生し、この負圧を導入配管１から酸素富化手段２の酸素富化膜２１に作用させることで、酸素富化手段２で生成された酸素富化空気を導入配管１から通水管６に導入するようにしている。この気体導入部１０で発生する負圧は通水管６の水流の強さによって変動し、水流が強いほどより負圧の圧力が発生する。
【００１６】
酸素富化手段２は、窒素と酸素を分離して酸素を選択的に透過させる酸素富化膜２１で構成されており、大気圧よりも低い負圧をこの酸素富化膜２１の酸素が透過する側（酸素富化膜２１の下流側）に作用させることにより酸素富化膜２１の上流側の空気から酸素が選択的に多く取り込まれて相対的に酸素濃度の高い空気（酸素富化空気）が生成されるようになっている。酸素富化膜２１の近傍には透過しにくい窒素が富化された空気が滞留する。このため本実施形態では酸素富化膜２１の表面を換気する換気ファン２２が設けられている。
【００１７】
この酸素富化膜２１は一般に次のような特性を有している。すなわち、酸素富化膜２１に作用させる負圧を一定とした場合、酸素富化膜２１の温度が高くなればその透過流量は増大し、酸素富化膜２１透過後の空気の酸素濃度は低下する。逆に温度が低くなれば透過流量が低下し、酸素富化膜２１透過後の空気の酸素濃度は高くなる。そして酸素富化膜２１透過後の空気の酸素濃度と透過流量との積で決定される酸素富化空気の供給量は、一般的に温度が高いほど増大する傾向にある。また、より負圧の圧力を酸素富化膜２１に作用させると、透過流量が増大し、酸素富化膜２１透過後の空気の酸素濃度が高くなり、酸素富化空気の供給量は一般的に増大する傾向にある。
【００１８】
本実施形態では、このような酸素富化膜２１の特性に基づき、通水管６に導入する酸素富化空気の流量を予め設定した範囲内に調整するようにしている。具体的には、導入配管１内の圧力や酸素富化空気の流量を検知するセンサ４、もしくは酸素富化手段の酸素富化膜の温度やその近傍の雰囲気温度を検知するセンサ５、またはそれら両方のセンサ４，５を設け、前記センサ４，５で検知した導入配管１内の圧力、酸素富化空気の流量、酸素富化膜２１の温度やその近傍の雰囲気温度等の情報に基づいて液送ポンプ３１の出力電圧（ポンプ能力）を変化させて通水管６内を流れる浴槽水Ｗの流量を調整する。通水管６内を流れる浴槽水Ｗの流量が変わると水流の強さも変わり、上述したように気体導入部１０で発生する負圧も変わる。負圧が変われば、酸素富化膜２１の特性上、酸素富化空気の流量が変わるため、液送ポンプ３１のポンプ能力を変化させることで通水管６に導入する酸素富化空気の流量を予め設定した範囲内に調整することができる。
【００１９】
次に酸素富化空気の流量が具体的にどのように変化するのか、図２を参照して説明する。図２は、酸素富化空気の流量−負圧特性を示す図であり、（ａ）は液送ポンプのポンプ能力が一定の場合、（ｂ）は本実施形態を想定したものであり、液送ポンプのポンプ能力が可変する場合を示している。縦軸は酸素富化空気の流量を示し、横軸は負圧を示している。横軸に示す負圧はグラフの右側にいくほどより大きな負圧の圧力になっている。酸素富化膜のＰ−Ｑ特性は膜の材料ロットや環境温度の変化によって変わり、直線ＡおよびＢはそれぞれ想定される酸素富化膜のＰ−Ｑ特性のバラツキの上限値と下限値を示している。酸素富化空気の流量は、酸素富化膜のＰ−Ｑ特性と液送ポンプのＰ−Ｑ特性とのつりあうポイントで決まる。例えば、図２（ａ）では液送ポンプのＰ−Ｑ特性を示す直線Ｃと酸素富化膜のＰ−Ｑ特性を示す直線Ａとが交差するポイントａの横軸から読み取れる負圧が酸素富化膜に作用する圧力であり、そのときの酸素富化空気の流量が縦軸から読み取れるようにＱＵ１となる。同様に、液送ポンプのＰ−Ｑ特性を示す直線Ｃと酸素富化膜のＰ−Ｑ特性を示す直線Ｂとが交差するポイントｂの横軸から読み取れる負圧が酸素富化膜に作用する圧力であり、そのときの酸素富化空気の流量が縦軸から読み取れるようにＱＬ１となる。したがって酸素富化膜のＰ−Ｑ特性のバラツキを考慮した場合の酸素富化空気の流量変化はＱＬ１〜ＱＵ１の範囲となる。
【００２０】
図２（ｂ）の直線Ｄおよび直線Ｅは、それぞれ想定される液送ポンプのＰ−Ｑ特性の上限値と下限値を示している。液送ポンプの出力電圧を変化させてポンプ能力を変化させたときのＰ−Ｑ特性は、その上限値と下限値の間において直線Ｄまたは直線Ｅを平行移動させた直線で決定される。液送ポンプのポンプ能力を変化させると、（ａ）における酸素富化空気の流量変化であるＱＬ１〜ＱＵ１の範囲よりもさらにその流量変化を小さくすることができる。例えば、液送ポンプのＰ−Ｑ特性を示す直線Ｅと酸素富化膜のＰ−Ｑ特性を示す直線Ａとが交差するポイントｃでは酸素富化空気の流量がＱＵ２となり、液送ポンプのＰ−Ｑ特性を示す直線Ｄと酸素富化膜のＰ−Ｑ特性を示す直線Ｂとが交差するポイントｄでは酸素富化空気の流量がＱＬ２となる。すなわち、酸素富化膜のＰ−Ｑ特性のバラツキを考慮した場合でも酸素富化空気の流量変化を、ＱＬ１〜ＱＵ１の範囲よりも小さいＱＬ２〜ＱＵ２の範囲にすることができる。
【００２１】
本実施形態では、図１に示すように、導入配管１内の圧力や酸素富化空気の流量を検知するセンサ４として導入配管にダイヤフラム型の圧力センサ４１を設けている。この圧力センサ４１は導入配管１内の圧力を検知するものであるが、導入配管１の内径が分かれば導入配管１内の酸素富化空気の流量も容易に算出することができる。なお、圧力センサ４１の代わりに酸素富化空気の流量を検知するセンサを設けてもよい。また、酸素富化手段２の酸素富化膜２１の温度やその近傍の雰囲気温度を検知するセンサ５として酸素富化膜２１および換気ファン２２を収納するケース２３の内部にサーミスタ５１を設置し、酸素富化膜２１近傍の雰囲気温度を常時検知するようにしている。圧力センサ４１、サーミスタ５１および液送ポンプ３１はそれぞれ制御ユニット３０に接続されており、制御ユニット３０では圧力センサ４１やサーミスタ５１で検知した情報に基づき、図２（ｂ）に示したような酸素富化空気の流量範囲ＱＬ２〜ＱＵ２になるように液送ポンプ３１の出力電圧を変化させて、通水管６内を流れる浴槽水Ｗの流量を調整するようにしている。酸素富化膜２１の温度を検知する場合には、例えば酸素富化膜２１にサーミスタ５１を接触させて設ける。これら導入配管１内の圧力または酸素富化空気の流量を検知するセンサ４と、酸素富化手段２の酸素富化膜２１の温度またはその近傍の雰囲気温度を検知するセンサ５は、少なくともいずれか一方が設けられていればよい。
【００２２】
そして通水管６に酸素富化空気が導入されると、通水管６内を流れる浴槽水Ｗに酸素富化空気が混入して気液混合水が生成する。この気液混合水は予め設定した範囲内の流量の酸素富化空気が導入されるため、液送ポンプ３１にエアロックが生じるような高い気体比率とはならない。
【００２３】
液送ポンプ３１と吐出口９の間の通水管６には溶解タンク７が配設されており、溶解タンク７内において蛇行した経路に気液混合水を通過させたり、気液混合水を攪拌したりすることで浴槽水Ｗに酸素富化空気を溶解させて気体溶解水を生成している。
【００２４】
溶解タンク７で生成された気体溶解水は、吐出口９から浴槽２０内に吐出される。
【００２５】
以上の構成の酸素富化空気導入装置は、環境温度の変動による酸素富化空気の流量のバラツキを抑制しつつ、酸素富化空気を安定した流量で通水管６に導入することができる。また、酸素富化空気の流量のバラツキの抑制にあたり、真空ポンプおよび余剰空気を排出する別経路を設置する必要がなくコスト安になるほか、真空ポンプおよび別経路の設置空間を確保することも不要になり、装置としての小型化設計が可能になる。
【００２６】
以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記の実施形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において各種の変更が可能である。例えば、本発明の酸素富化空気導入装置を浴槽に適用した場合を説明したが、シャワー装置等に適用してもよい。シャワー装置に適用する場合には、例えば、通水管を水道管に連結して水道管からの水道水に酸素富化空気を導入し、溶解タンクを経てシャワーヘッドから気体溶解水を吐出するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態である浴槽用の酸素富化空気導入装置の概略構成図である。
【図２】酸素富化空気の流量−負圧特性を示す図であり、（ａ）は液送ポンプのポンプ能力が一定の場合、（ｂ）は液送ポンプのポンプ能力が可変する場合を示している。
【符号の説明】
【００２８】
１  導入配管
２  酸素富化手段
２１  酸素富化膜
２２  換気ファン
２３  ケース
３  流量調整手段
３１  液送ポンプ
４，５  センサ
６  通水管
Ｗ  浴槽水
【図１】
2010104433.tif 000003
【図２】
2010104433.tif 000004