(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
換気量が必要であると共に変動する外気の侵入量がある低酸素室を目的とする低酸素条件にする空気供給装置において、
前記換気量に対応する量の低低酸素条件の空気であって前記変動する外気の侵入量のうちの少なくとも最大量と前記低酸素条件と前記換気量とから定まり人に危険性のない酸素濃度の低低酸素条件の空気を前記低酸素室に供給する低低酸素空気供給手段と、前記低酸素室に通常空気を供給可能な通常空気供給手段と、前記低酸素室の酸素濃度を検出する検出手段と、前記検出手段が検出した酸素濃度がほぼ前記低酸素条件になるように前記通常空気の供給量を制御する制御手段と、を有することを特徴とする空気供給装置。
【請求項２】
換気量が必要であると共に変動する外気の侵入量がある低酸素室を目的とする低酸素条件にする空気供給方法において、
前記換気量に対応する量の低低酸素条件の空気であって前記変動する外気の侵入量のうちの少なくとも最大量と前記低酸素条件と前記換気量とから定まり人に危険性のない酸素濃度の低低酸素条件の空気を低低酸素空気供給手段で前記低酸素室に供給し、前記低酸素室に通常空気を通常空気供給手段で供給し、前記低酸素室の酸素濃度を検出手段で検出してその酸素濃度がほぼ前記低酸素条件になるように前記通常空気の供給量を制御手段で制御させる、ことを特徴とする空気供給方法。
【請求項３】
前記換気量を、換気回数がそれぞれ１／２のときの小換気量と１／２から１までのときの中換気量と１のときの大換気量との何れかの換気量であって、標準的大きさの前記低酸素室で一人の人が安静にしているときに必要となる換気量の値である基準値に対して居室の大きさで定まる室係数Ｋと人の活動の程度で定まる活動係数Ｈと人数Ｎとを掛けた基本換気量が前記小換気量以下のときには前記小換気量とし前記中換気量のときには前記基本換気量とし前記大換気量以上のときには前記大換気量とすることを特徴とする請求項１に記載の空気供給装置。
【請求項４】
前記換気量を、換気回数がそれぞれ１／２のときの小換気量と１／２から１までのときの中換気量と１のときの大換気量との何れかの換気量であって、標準的大きさの前記低酸素室で一人の人が安静にしているときに必要となる換気量の値である基準値に対して居室の大きさで定まる室係数Ｋと人の活動の程度で定まる活動係数Ｈと人数Ｎとを掛けた基本換気量が前記小換気量以下のときには前記小換気量とし前記中換気量のときには前記基本換気量とし前記大換気量以上のときには前記大換気量とすることを特徴とする請求項２に記載の空気供給方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、換気量が必要であると共に変動する外気の侵入量がある低酸素室を目的とする低酸素条件にする空気供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
酸素富化膜を用いた酸素富化ユニットの酸素貧化空気をトレーニングルームのような低酸素室に供給するようにした装置は従来から知られている（例えば実開平３−１６９５８号公報参照）。しかし、低酸素室を実際に人が使用できるように、その酸素濃度を簡単に安全に且つ確実に調整可能にした空気供給装置は開示されていない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
分離膜式の低酸素供給装置では、圧力、流量、温度を管理することにより、装置自体によって目的とする低酸素条件の空気を換気に必要な量だけ精度良く供給することは可能である。しかし、トレーニング用等の低酸素室には、窓や出入口等の隙間や開閉部があって密閉構造になっていないため、これらの部分からの空気の侵入が避けられない。そして、季節的な気温の変動や室内のエアコンの使用状態等により、空気の出入り量が変化する。このような条件に対応して低酸素供給装置の酸素濃度及び供給量を制御したり、排気量を制御するとすれば、制御が複雑になると共に、酸素濃度が下がる可能性があるため安全性が低下する。
【０００４】
そこで本発明は、上記問題を解決し、必要な換気量を確保しつつ簡単で確実に低酸素室の酸素濃度を維持できる空気供給装置を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、請求項１の発明は、換気量が必要であると共に変動する外気の侵入量がある低酸素室を目的とする低酸素条件にする空気供給装置において、
前記換気量に対応する量の低低酸素条件の空気であって前記変動する外気の侵入量のうちの少なくとも最大量と前記低酸素条件と前記換気量とから定まり人に危険性のない酸素濃度の低低酸素条件の空気を前記低酸素室に供給する低低酸素空気供給手段と、前記低酸素室に通常空気を供給可能な通常空気供給手段と、前記低酸素室の酸素濃度を検出する検出手段と、前記検出手段が検出した酸素濃度がほぼ前記低酸素条件になるように前記通常空気の供給量を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。
【０００６】
請求項２の発明は、換気量が必要であると共に変動する外気の侵入量がある低酸素室を目的とする低酸素条件にする空気供給方法において、
前記換気量に対応する量の低低酸素条件の空気であって前記変動する外気の侵入量のうちの少なくとも最大量と前記低酸素条件と前記換気量とから定まり人に危険性のない酸素濃度の低低酸素条件の空気を低低酸素空気供給手段で前記低酸素室に供給し、前記低酸素室に通常空気を通常空気供給手段で供給し、前記低酸素室の酸素濃度を検出手段で検出してその酸素濃度がほぼ前記低酸素条件になるように前記通常空気の供給量を制御手段で制御させる、ことを特徴とする。
【０００７】
請求項３又は４の発明は、それぞれ請求項１又は２の発明の特徴に加えて、前記換気量を、換気回数がそれぞれ１／２のときの小換気量と１／２から１までのときの中換気量と１のときの大換気量との何れかの換気量であって、標準的大きさの前記低酸素室で一人の人が安静にしているときに必要となる換気量の値である基準値に対して居室の大きさで定まる室係数Ｋと人の活動の程度で定まる活動係数Ｈと人数Ｎとを掛けた基本換気量が前記小換気量以下のときには前記小換気量とし前記中換気量のときには前記基本換気量とし前記大換気量以上のときには前記大換気量とすることを特徴とする。
【０００８】
なお、「低低酸素条件の空気」は上記のように定められる酸素濃度の空気であるが、後述するように低酸素室の低酸素条件が例えば１４．５％で最大外気侵入量が換気量の１５％程度以下であるとすれば、この空気は前記低酸素条件の空気より１％程度酸素濃度の低い空気になる。以下の「低低酸素条件の空気」はこのような空気を意味する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明を適用した低酸素室の空気供給装置の構成例を示す。
この装置は、低酸素室１を目的とする低酸素条件にする装置であり、低低酸素空気供給手段としての低酸素発生装置２及び弁３、通常空気供給手段としての送風機４、低酸素室１の酸素濃度を検出する検出手段としての酸素濃度センサ５、制御手段としての外気供給弁６及びコントローラ７、等で構成されている。符号８は低酸素発生装置２に空気を供給する圧縮機であり、符号９及び１０はそれぞれ外界との間で窓や扉等介して不可避的に空気が出入りする場所を集合して模擬的に示す外気侵入部及び空気排出部である。又、低酸素室１内の酸素濃度が万一異常低下したときに、これを検出する酸素濃度センサ１１及び低酸素発生装置で発生した空気を低酸素室１に供給することなく大気に逃がすように切り換える三方弁１２が設けられている。なお、酸素濃度センサ１１を省略して酸素濃度センサ５をこれに兼用させることも可能である。
【００１０】
低酸素室１は、例えば高地環境実現用のトレーニング室や宿泊室、人工気象室等として使用され、目的とする低酸素条件として本例では酸素濃度１４．５％の条件にされる。この低酸素室１には人が入るので、低酸素室１が標準的大きさでその中に入る人が通常の活動をしているときには、一人当たり０．１２ｍ3 ／ｍｉｎ以上の換気量Ｑが必要である。この換気量は、低酸素室１の炭酸ガス濃度を０．１％以内に押さえるためである。一方、低酸素室１には室内温度やエアコン条件等によって変動する外気の侵入量ｑがある。トレーニング室や宿泊室、人工気象室では、この外気侵入量ｑを換気量Ｑの１０〜１５％以内に押さえることができる。このようなＱ及びｑの決定条件は、発明者等の実験によって得られた数値である。
【００１１】
低酸素発生装置２及び弁３は、換気量に対応する量として本例では上記Ｑの量の低低酸素条件の空気を低酸素室１に供給する。このＱは弁３を調整することによって供給される。一方、低低酸素条件の空気の酸素濃度は、変動する外気の侵入量ｑのうちの少なくとも最大量であるＱの１５％以上の量と低酸素室１内の酸素濃度１４．５％と換気量Ｑとから定まる。即ち、低低酸素条件を酸素濃度Ｘ％の空気とし前記“少なくとも最大量”を０．１５Ｑとすれば、次の式
ＱＸ＋０．２１×０．１５Ｑ＝０．１４５（Ｑ＋０．１５Ｑ）
が成立し、これからＸは約１３．５％になる。即ち、低酸素発生装置２及び弁３は、両方を調整することにより、目的とする室内の低酸素条件１４．５％より約１％低い１３．５％の酸素濃度の低低酸素条件の空気を供給する。
【００１２】
なお、低酸素発生装置２としては、このような酸素濃度に調整できる装置であればよく、これ以上の低酸素空気を製造できる装置であってもよい。又、上記ように侵入空気のうちの丁度最大量０．１５Ｑを用いると、後述する送風機４で送る外気量が０になる場合があるので、制御性等のために送風機４の最小流量を確保することが望ましいときには、０．１５Ｑよりある程度大きい量を使用し、Ｘを１３．５％より少し低下させるようにしてもよい。
【００１３】
又、上記では低酸素発生装置２及び弁３で供給する量を換気量Ｑと同じ量にしたが、外気の侵入量ｑ＝０．１５Ｑも換気に寄与するとすれば、供給量を０．８５Ｑとし、低低酸素条件Ｘ´を、
０．８５ＱＸ´＋０．２１×０．１５Ｑ＝０．１４５Ｑ
の式で計算し、約１３．３５％にすることも可能である。但し、隙間等から消極的に侵入する外気がどの程度換気に寄与するか不明確な点もあり、通常、低酸素発生装置の供給量を必要換気量と同じ量にして、多少余裕のある換気量にすることが望ましい。
【００１４】
なお、以上の計算結果でも分かるように、低酸素発生装置２から供給すべき空気の酸素濃度は１３％程度までの低酸素濃度でありそれ程低い数値にならないので、人に危険性のない値である。従って、本発明の空気供給装置によれば、安全性の高い運転をすることができる。
【００１５】
送風機４は、通常空気即ち一般的には新鮮な外気を低酸素室１に供給することができる。この空気の窒素濃度は当然７９％である。なお、本例では通常空気を送風機３で供給しているが、図において二点鎖線で示す如く、低酸素発生装置２に原料空気を供給する圧縮機８から分岐して供給してもよい。
【００１６】
外気供給弁６及びコントローラ７は、酸素濃度センサ５が検出した酸素濃度がほぼ前記低酸素条件である１４．５％になるように通常空気の供給量を制御する。低酸素発生装置２及び弁３は外気侵入量ｑが予測される最大のときに対応した量及びこの量に対応した酸素濃度の空気を供給できるように調整されているので、外気侵入量ｑが少なくなったときには、低酸素室１の酸素濃度が目標の１４．５％より低くなってくる。このときには、酸素濃度センサ５がこれを検出し、その信号によってコントローラ７が外気供給弁６を開き、低酸素室１内に外気量ｑ1 を導入し、目標酸素濃度を維持することになる。又、これによって低酸素室１に入る空気の全量も外気侵入量が多いときと同じになる。
【００１７】
以上の空気供給装置によれば、換気量Ｑに対応する量として同じＱの低低酸素条件の空気であって低酸素条件である酸素濃度１４．５％と換気量Ｑと変動する外気の侵入量ｑのうちの最大量である０．１５Ｑとから定まる酸素濃度の低低酸素条件として約１３．５％の空気を低酸素発生装置２及び弁３で低酸素室１に供給し、低酸素室１に外気を送風機で供給し、低酸素室１の酸素濃度を酸素濃度センサ４で検出してその酸素濃度がほぼ低酸素条件１４．５％になるように外気供給量をコントローラで制御させる空気供給方法を用いることができる。即ち、換気量Ｑと外気侵入量ｑの最大値を想定して一度低酸素発生装置２及び弁３を調整すれば、それ以後は必要換気量を確保しつつ低酸素室１内を目的とする低酸素条件にした運転を自動的に行うことができ、運転の省力化、安全性及び確実性を得ることができる。
【００１８】
以上の空気供給装置及びこの装置による空気供給方法では、換気量Ｑが標準的である場合について説明したが、この値は諸条件によって異なってくる。そして、換気量Ｑに対応して低酸素供給装置２及び弁３を調整する必要があるが、前記諸条件を人が判断して換気量Ｑを定めるのは容易でないと共に、適当でない数値を使用する可能性もある。発明者等は、簡易で実用的で安全な換気量Ｑの決定方法を実験によって得ることができた。
【００１９】
即ち、換気量Ｑを、換気回数がそれぞれ１／２のときの小換気量Ｑｓと１／２から１までのときの中換気量Ｑａと１のときの大換気量Ｑｂとの何れかの換気量であって、標準的大きさの前記低酸素室で一人の人が安静にしているときに必要となる換気量の値である基準値として例えば０．１２ｍ3 ／ｍｉｎに対して居室の大きさで定まる室係数Ｋと人の活動の程度で定まる活動係数Ｈと人数Ｎとを掛けた基本換気量Ｑ´がＱｓ以下のときにはＱｓとしＱａのときにはＱａとしＱｂ以上のときにはＱｂとして定めるのが良い。
これを数式で示すと、
Ｑ´＝０．１２ＫＨＮ
Ｑ＝Ｑｓ−−−−−−Ｑ´≦Ｑｓ＝０．５Ｖ／６０のとき
Ｑ＝Ｑａ＝Ｑ´−−−Ｑｂ≦Ｑ´≦Ｑｓ
Ｑ＝Ｑｂ−−−−−−Ｑ´≧Ｑｂ＝１×Ｖ／６０のとき
となる。
【００２０】
なお、Ｖは低酸素室１の容積（ｍ3 ）で、換気回数は１時間当たりである。上記のＫとしては、低酸素室１が８ｍ3 程度の標準的大きさのときには１で、それ以外のときには容積に比例して増減する値である。Ｈとしては、人の安静時を１、軽作業相当時を２、中等作業相当時を３．５程度にするのが適当である。このような換気量Ｑの計算方法によれば、過少又は過大な換気にならず、実用的で安全な換気量Ｑを簡易に定めることができる。
【００２１】
図２は本発明に好都合に適用される低酸素発生装置２の一例としてポリイミド中空糸透過法による装置の構造を示す。
この装置は、圧縮機１の吐出空気を導入して窒素及び酸素をある程度以上の高濃度で含有する窒素富化空気及び酸素富化空気のうちの少なくとも一方を製造して出口側から送り出す装置であり、圧力容器２１、これに接続された圧縮空気入口２２、窒素富化空気出口２３、両端の樹脂製管板２４、２５、これらの間に接続されたポリイミド中空糸２６、中空の中から外に透過した気体を出す酸素富化空気出口２７等によって構成されている。低酸素室１用としては窒素富化空気出口２３からの低低酸素空気が使用され、酸素富化空気出口２７から出た空気は大気に放出される。
【００２２】
この装置は、供給される圧縮空気の圧力が７kg/cm2G で温度が２５°Ｃのときの性能として、原料空気から回収される窒素富化空気のパーセントである回収率と窒素富化空気中の窒素の濃度とが例えば次の関係になるように計画することができる装置である：
Ｎ2 濃度（％）   99.9   95   87.5   86.5
回収率（％）     11     47   69     70
この装置では高純度のＮ2 を製造できるが、Ｎ2 濃度をある程度下げると回収率が大幅に多くなるので、本発明の低酸素室への空気供給用としても好適に使用される。又、この装置のポリイミド中空糸は炭酸ガスを良く透過させ、これを酸素富化空気出口２７から排出することができる。従って、低酸素室の換気量を減少させる効果も有する。又、炭酸ガス吸収装置を省略することが可能になる。
【００２３】
以上のような低酸素室の空気供給装置によれば、低酸素室の大きさや用途等の諸条件に適合する低酸素発生装置を選定し、その発生量と発生酸素濃度とを一定にした簡単且つ確実な運転方法を採用すると共に、外気供給量の調整という簡単な制御により、低酸素室の使用状態等による外気侵入量が変化しても、常に必要な換気量を確保しつつ、低酸素室１内を目的とするの低酸素濃度に維持することができる。
【００２４】
この場合、外気供給量は低酸素室への外気侵入量が変化したときの低下分を補うだけのものであり、高圧又は多量の空気を必要しないので、外気供給系を簡単且つ安価に構成することができる。その結果、低酸素発生装置自体の酸素濃度や発生量を制御したり、排気側の制御を含めた複雑な制御方式に較べて、空気供給装置全体の構成を簡単にし、確実に作動し信頼性や安全性が高いと共に、コストの低減されたものにすることができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上の如く本発明によれば、低低酸素供給手段は、低酸素室の必要換気量に対応する量の低低酸素条件の空気を供給するので、量的に必要換気条件を満たすことができる。そしてこの低低酸素条件の酸素濃度を、変動する外気の侵入量のうちの少なくとも最大量と低酸素条件と換気量とから定められ人に危険性のない値にするので、外気侵入量が最大のときであっても、低酸素室を目的とする低酸素条件に維持することができる。即ち、低低酸素供給手段で必要換気量を確保しつつ、低酸素条件より酸素濃度の低い低低酸素条件の空気を送り、外気侵入によって低下する酸素濃度を回復、維持することができる。そしてこの場合、主として低低酸素条件の空気で換気が行われるので、低低酸素条件と低酸素室内の低酸素条件とは酸素濃度に大きな差がない。従って、供給される低低酸素条件の空気は通常安全な範囲の酸素濃度になっている。その結果、このような低低酸素供給手段によって高い安全性を得ることができる。
【００２６】
次に、通常空気供給手段で低酸素室に例えば外気のような通常空気を供給可能にすると共に、検出手段で低酸素室の酸素濃度を検出し、制御手段で検出手段が検出した酸素濃度がほぼ低酸素条件になるように通常空気の供給量を制御するので、外気侵入量が減ったときでも、これに代わって外気を補給し、同じ低低酸素条件の空気の供給に対して、低酸素室内を自動的に目的とする低酸素条件に維持することができる。
【００２７】
このような低酸素室の空気供給装置によれば、通常空気供給手段は低酸素室への外気侵入量が変化したときの低下分を補うだけのものであればよいので、簡単で安価な構成のものである。その結果、低低酸素発生手段自体の酸素濃度や発生量を制御したり、排気側の制御を含めた複雑な制御方式に較べて、空気供給装置全体の構成を簡単にし、確実に作動し信頼性や安全性が高いと共に、コストの低減されたものにすることができる。
【００２８】
請求項２の発明によれば、換気量に対応する量の低低酸素条件の空気であって変動する外気の侵入量のうちの少なくとも最大量と低酸素条件と換気量とから定まり人に危険性のない酸素濃度の低低酸素条件の空気を低低酸素空気供給手段で低酸素室に供給するので、必要な低酸素室を必要なだけ換気すると共に、最大外気侵入量のときでも低酸素室を目的とする低酸素条件にすることができる。又、低酸素室に通常空気を通常空気供給手段で供給し、低酸素室の酸素濃度を検出手段で検出してその酸素濃度がほぼ低酸素条件になるように通常空気の供給量を制御手段で制御させるので、侵入外気量が少なくなればそれに対応して通常空気を補給して自動的に低酸素室の低酸素条件を維持することができる。このような空気供給方法によれば、運転の省力化、安全性及び確実性を得ることができる。
【００２９】
請求項３又は４の発明によれば、換気回数をベースとした小、中、大換気量を設定すると共に、基準値に対して室の大きさと人数と人の活動状態によって変化するべき基本換気量を導入し、これらの大小関係によって実際に使用する換気量を適量化しているので、換気量が過少又は過大な換気にならず、実用的で安全な換気量を容易に定めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した空気供給装置の全体構成を示す説明図である。
【図２】上記装置に適用できる低酸素発生装置の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１                低酸素室
２                低酸素発生装置（低低酸素空気供給手段）
３                弁（低低酸素発生手段）
４                送風機（通常空気供給手段）
５                酸素濃度センサ４、（検出手段）
６                外気供給弁（制御手段）
７                コントローラ（制御手段）
【図１】
0003726224.tif 000002
【図２】
0003726224.tif 000003