(57)【要約】【課題】選択性ガス富化装置における外気導入運転時に騒音低減を行うこと。【解決手段】特定のガスを選択的に通過できる透過膜と、空気を吸引し透過膜にガスを通過させるポンプと、透過膜からガス排出口に至る管と、透過膜とポンプ管に任意に調整できる可変弁などを設けた選択性ガス富化装置において、選択性ガス富化運転時の特に低温時に発生する管中の結露水を排出して凍結を防止するために、雰囲気温度やポンプの運転時間、あるいは管の長短などによって、外気導入運転時に可変弁を用いた制御を行なうことにより騒音を低減させることができる。【選択図】図１
2006090566.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定のガスを選択的に通過させる透過膜と、空気を吸引し透過膜に前記ガスを透過させるポンプと、前記透過膜と前記ポンプ間に開度を任意に調節できる可変弁を設けて前記透過膜を通過しない外気を導入して内部に滞留した水分を排出する選択性ガス富化装置において、雰囲気温度を検知する雰囲気温度検知手段を設け、前記雰囲気温度に応じて弁開度を制御することを特徴とする選択性ガス富化装置。
【請求項２】
可変弁を設け、前記可変弁の弁開度に応じて弁を開いている時間を制御することを特徴とする、請求項１記載の選択性ガス富化装置。
【請求項３】
特定のガスを選択的に通過させる透過膜と、空気を吸引し透過膜に前記ガスを透過させるポンプと、前記透過膜と前記ポンプ間に開度を任意に調節できる可変弁を設けて前記透過膜を通過しない外気を導入して内部に滞留した水分を排出する選択性ガス富化装置において、外気を導入して内部に滞留した水分を排出する運転の前にポンプの運転した時間を計測するポンプ運転時間計測手段を設け、前記運転時間の長短に応じて可変弁の開度を制御することを特徴とする選択性ガス富化装置。
【請求項４】
透過膜からガス排出口に至る管の長さの長短に応じて前記弁開度の制御範囲を、設置時に予め設定出来ることを特徴とした、請求項１〜３のいずれかに記載の選択性ガス富化装置。
【請求項５】
特定のガスを選択的に通過させる透過膜と、空気を吸引し透過膜に前記ガスを透過させるポンプと、前記透過膜と前記ポンプ間に弁を設けて前記透過膜を通過しない外気を導入して内部に滞留した水分を排出する選択性ガス富化装置において、透過膜からガス排出口に至る管の長さが所定の値以下の時、弁を開かないように予め設定出来ることを特徴とする選択性ガス富化装置。
【請求項６】
水分排出時の初期に弁開度を最大とし、続いて所定の時間を要して閉塞あるいは所定の開度に絞ることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の選択性ガス富化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は所定のガスを透過する透過膜により、前記透過膜を通過しない経路で外気導入の空気を取り入れる外気導入運転を備えた選択性ガス富化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の選択性ガス富化装置は二方弁の開閉により外気を取入れ内部の結露水あるいは蒸気を排出する構成を持っていた（特許文献１参照）。同発明では、特に選択性ガス透過膜として酸素富化膜を用いた酸素富化装置についての実施例が記載されている。
【０００３】
図８は、室内機１と室外機２で構成されたセパレート型空気調和装置ならびに、その内部の選択性ガス富化装置を示すものである。この室外機２内部には、空気中の特定のガスを通過させる選択性ガス透過膜３と、空気を吸引する減圧ポンプ４と、選択性ガス透過膜３と減圧ポンプ４の接続管の途中に接続された外気を導入する二方弁５と、減圧ポンプ４の吐出部から室内側へ富化されたガスを導き排出する管６などからなる構成があり、室内機１内部では、管６の出口に消音器７が接続されている。
【０００４】
以上のように空気調和装置の室内機１と室外機２に構成された選択性ガス富化装置について、以下その動作、作用を説明する。
【０００５】
室外機２の選択性ガス富化装置のガス富化運転時は、二方弁５を閉じて、減圧ポンプ４により選択性ガス透過膜３から空気を吸引して、管６を通過して、室内機１の消音器７を通り、室内側に排出する。この際、上記従来例でも記載されているように、ガス透過膜３の１つである酸素富化膜は、空気成分の大半を占める窒素を分離し、選択的に酸素を透過させるが、現在実用化されている酸素富化膜は酸素と同時に少なくとも空気中の水分も透過させる特徴を持っている。即ち、ガス透過膜３の下流における管６内は選択されたガス（例えば酸素）濃度が空気中より高いのはもちろん、選択分離されたガス（例えば窒素）の分だけ相対的に湿度が高くなり、露点が上昇する。この為、外気温度が低い時など、管６が管６内の露点温度以下に冷却されると、管６の内壁に結露水が付着するため、二方弁５を開き、外気を導入して減圧ポンプ４により管６内の水分を排出する必要がある。そして、その水分は室内機１の消音器７を通り、室内側に排出される。これを外気導入運転と言う。
【０００６】
図９は、従来の外気温度変化の二方弁による制御図である。設定外気温度Ｔ１以下になると二方弁が開動作して外気導入運転になり、設定外気温度Ｔ２以上になると二方弁を閉動作して選択性ガス富化運転となる。
【０００７】
外気温が特に低い時には、前記水分が凍ることにより、管６内が氷により閉塞し、特定のガス濃度を高めた空気を室内に導くことが出来なくなるので凍結する前に管６内の水分を排出する外気導入運転は極めて重要な運転である。
【特許文献１】特許第３５１２０３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記従来の構成による選択性ガス富化装置の外気導入運転は、選択性ガス富化運転時と比べて空気の流量が大きくなるため、室内側から吐出される空気の騒音が大きくなるという課題を有していた。
【０００９】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、選択性ガス富化装置の外気導入運転時の外気流量を最適にして、外気導入運転時の騒音を低減した選択性ガス富化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記従来の課題を解決するために、本発明の選択性ガス富化装置は、選択性ガス透過膜と減圧ポンプの接続管の途中に外気を導入する可変弁を設け、選択性ガス透過膜を通過しない外気を導入して内部に滞留した水分を排出する外気導入運転時において、雰囲気温度により可変弁の開度の制御を設けたものである。
【００１１】
このように雰囲気温度に応じて可変弁の開度の制御を行うことにより、雰囲気温度が高い時は、管内の結露或いは氷結の可能性が低く、必要以上に導入する外気の流量を上げなくてよいため、可変弁の開度を小さくして、外気の流量を小さくすることにより騒音を小さくすることができる。
【００１２】
また、本発明の選択性ガス富化装置における外気導入運転の制御において、可変弁の開度により外気導入運転時間の制御を設けたものである。
【００１３】
これによって、開度に応じて結露水を排出する最適な時間を設定し、開度が小さい時における外気の流量を小さくすることにより騒音を小さくすることができる。
【００１４】
また、本発明の選択性ガス富化装置における外気導入運転時の制御において、減圧ポンプの運転時間（選択性ガス富化運転の経過時間）により可変弁の開度の制御を設けたものである。
【００１５】
これによって、本発明の選択性ガス富化の運転時間によって、可変弁の開度変化を行い、運転時間が少ない場合は、管内の水分が少なく、必要以上に導入する外気の流量を上げなくてもよいため、開度を小さくして外気の流量を小さくし、騒音を小さくすることができる。
【００１６】
また、本発明の選択性ガス富化装置において、設置時に選択性ガス富化装置の透過膜からガス排出口に至る管の長さの長短によって、弁の開度の制御範囲を設定できるものである。
【００１７】
これによって、設置時に管の長さが短い場合は、少しの外気の導入で管内の水分を排出することができるので、可変弁の開度範囲を小さくすることにより、外気の流量も小さくなるため、騒音を小さくすることができる。
【００１８】
また、本発明の選択性ガス富化装置において選択性ガス透過膜と減圧ポンプの接続管の途中に外気を導入する弁を設けて、管の長さが所定の値以下の長さの時、設置時に弁が開かないようにあらかじめ設定できるスイッチを設けたものである。
【００１９】
これによって、管の長さが所定の値以下の時、管の流量抵抗が小さく、水分が内部に滞留することがないので、設置時に弁を開かないように設定し、外気導入運転をなくして騒音を小さくすることができる。
【００２０】
また、本発明の選択性ガス富化装置における外気導入運転時の制御は、外気導入運転の水分排出時の初期には弁開度を最大にして所定時間後に絞る制御を設けたものである。
【００２１】
これによって、結露水の量にあわせて外気の流量を小さくして、騒音を小さくすることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の選択性ガス富化装置は、外気導入運転時の騒音を小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
第１の発明は、選択性ガス富化装置の雰囲気温度により、選択性ガス透過膜と減圧ポンプの接続管の途中に設けた外気を導入する可変弁の開度を制御することにより、低外気温時の場合は開度を大きくして、低外気温時から温度が上がれば上がるほど開度を小さく設定することにより、室内側に導出する富化ガスの流量を必要最低限に抑え、前記ガスが流出することにより発生する騒音を低減することができる。
【００２４】
第２の発明は、選択性ガス富化装置の可変弁の開度に応じて弁が開いている時間を制御すること、即ち、開度の大きさによって最適な運転時間を決めることにより、室内側に排出する富化ガスの流量を最適にすることで、騒音を低減することができる。
【００２５】
第３の発明は、ガスを透過させるポンプの運転していた時間に応じて可変弁の開度を制御すること、即ち、実際にポンプ運転していた時間に応じて管内の結露水量が決まるので、これにあった最適な可変弁の開度に調整して制御することにより、ポンプの運転時間が比較的短い場合は結露水が少ないため、外気の空気流量も小さくして、騒音を低減することができる。
【００２６】
第４の発明は、選択性ガス富化装置の管の長短に応じて設置時の弁開度範囲を設けたもので、設置した管の長さにあわせて弁開度範囲を変えることにより、外気導入運転の流量を最適にたもち、騒音を低減することができる。管の長さが長い場合には、開度範囲を大きく設定し、管が短い場合には開度範囲を小さく設定することにより効果的に騒音値を低減できる。
【００２７】
第５の発明は、選択性ガス富化装置の管の長さが所定値以下のとき、外気導入運転を行わないように初期設置時に室外側の設定をするもので、管の長さが特に短い場合など（例えば１ｍ以下）では結露水がついても、流動させる富化ガスの動圧により、管内に滞留する水分を管外に排出でき、前記管内において低温に曝される水分が殆ど無くなることにより凍結を防止出来るため、別途外気導入運転をおこなって水分を排出する必要がない。このため、弁の動作を停止（閉状態）にさせて外気の流量をなくすことにより、騒音を低減することができる。
【００２８】
第６の発明は、外気導入運転時における制御で、水分排出時の初期に弁開度を最大にして時間の経過と共に除々に減少する制御を設けたもので、可変弁の開度を段階的に減少させることにより、騒音を小さくすることができる。結露水は初期に多く排出し、時間の経過とともに漸近的に排出量が小さくなり、急激な流量変化がなくなるため、騒音を低減することができる。
【００２９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００３０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における空気調和装置の選択性ガス富化装置図である。従来の実施の形態と同様に、外気導入手段が二方弁５から可変弁８に（本発明の第２と第５は二方弁でもよい）、そして雰囲気温度を検知する雰囲気温度検知手段９や、可変弁の開度範囲スイッチ１０や、可変弁の開閉スイッチ１１が設けられている。
【００３１】
室外機２の選択性ガス富化装置のガス富化運転を開始すると、可変弁８を閉じ、減圧ポンプ４が空気（外気）を吸引するに伴って、選択性ガス透過膜３は特定のガス（例えば酸素）を選択的に透過させ、管６を通過して、室内機１の消音器７を通り、室内側に排出する。これによって、室内の特定のガス（例えば酸素）濃度が高くなり、室内環境は酸素富化される。
【００３２】
一方、現在実用化されているガス透過膜３の１つである酸素富化膜は酸素と同時に少なくとも空気中の水分も透過させる特徴を持っている。即ち、ガス透過膜３の下流における管６内は選択されたガス（例えば酸素）濃度が空気中より高いのはもちろん、選択分離されたガス（例えば窒素）の分だけ相対的に湿度が高くなり、露点が上昇する。この為、外気温度が低い時など、管６が管６内の露点温度以下に冷却されると、管６の内壁に結露水が付着するため、可変弁８を開き、外気を導入して減圧ポンプ４により管６内の水分を室内機１の消音器７を通り、室内側に排出する。これを外気導入運転と言う。
【００３３】
外気温が特に低い時には、前記水分が凍ることにより、管６内が氷により閉塞し、特定のガス濃度を高めた空気を室内に導くことが出来なくなったり、その状態が続くことによって減圧ポンプ４などに負荷がかかり、不具合の原因となり得るので凍結する前に管６内の水分を排出する外気導入運転は極めて重要な運転である。
【００３４】
しかし雰囲気温度（外気温）が高い時は、管６内の結露或いは氷結の可能性が低く、必要以上に導入する外気の流量を上げると騒音の原因となるため、雰囲気温度（外気温）により可変弁８の開度の制御を行って可変弁８の開度を小さくし、外気の流量を小さくすることにより騒音を小さくすることができる。
【００３５】
図２は、本発明の第１の実施の形態における選択性ガス富化装置の雰囲気温度変化の制御図である。可変弁８の開度Ａが設定雰囲気温度Ａ以下で開度Ｂ、設定雰囲気温度Ｂ以下で開度Ｃ、設定雰囲気温度Ｃ度以下で開度Ｄとなる。また設定雰囲気温度が上昇する場合も同様で、設定雰囲気温度Ｃ以上で開度Ｃ、設定雰囲気温度Ｂ以上開度Ｂ、設定雰囲気温度Ａ以上で開度Ａとなる制御を行う。つまり、極低温時は可変弁８の開度を大きくして外気導入運転の流量を大きくする。これにより管６中の結露水を排除して室内側１に排出する。
【００３６】
例えば、−１０℃の低温では、管６中の結露水が凍りやすく、結露水が凍ると室外機２から室内機１の空気の搬入ができなくなる。管６が凍結して詰まることを防止するために、それらの水滴を排出する必要がある。しかしながら、−５℃、０℃となるにつれて、水分が凍る割合が減るため、流量を少なくしても結露水は問題がなく排出できる。これより、可変弁８の開度を小さくして流量を小さくしても成り立つ。これより、流量を小さくすることにより騒音を低減する。
【００３７】
（実施の形態２）
図３は、本発明の第２の実施の形態における可変弁の開度変化の制御図である。制御部以外の空気調和機の構成は前記と同様である。可変弁８の開度Ａが設定開度Ａ以下で時間Ｂ、設定開度Ｂ以下で時間Ｃ、設定開度Ｃ度以下で時間Ｄとなる。また設定開度が上昇する場合も同様で、設定開度Ｃ以上で時間Ｃ、設定開度Ｂ以上で時間Ｂ、設定開度Ａ以上で時間Ａとなる制御を行う。つまり、可変弁の開度により、開いている時間を設定することにより、最適な結露水の排出時間を設ける制御である。
【００３８】
（実施の形態３）
図４は、本発明の第３の実施の形態における選択性ガス富化装置のポンプ運転時間による制御図である。減圧ポンプ４の運転している時間つまり選択性ガス富化運転している時間を計測することにより、可変弁８の開度を制御する。減圧ポンプ４が運転している時間が長い場合は、管６内の水分が多いので、開度を大きくすることにより長時間に溜まった結露水を排出する。また、減圧ポンプ４が運転している時間が短い場合は、管６内の水分が少ないので、開度を小さくすることにより短時間に溜まった結露水を排出する。これより、外気導入運転の流量を最適にすることにより、騒音を効果的に低減することができる。
【００３９】
（実施の形態４）
図５は、本発明の第４の実施の形態における選択性ガス富化装置の可変弁開度範囲のスイッチ図で、管６の長さに応じて、可変弁８の開度を規制する制御スイッチ１０の例である。
【００４０】
スイッチ１０を室外機２に設けて、設置時にＳＷ１（スイッチ１）からＳＷ７（スイッチ７）のいずれかを選択する。これより、管６の長さにより可変弁８の開度範囲を決める。例えばＳＷ１は管６が１〜３ｍで開度１０〜２０％の範囲で制御する、ＳＷ２は管６が３〜７ｍで開度１０〜５０％の範囲で制御する。管６の長さが短い時は管の圧損が小さく、管６の長さが長い時は管の圧損も大きい。このため管が長い時は、結露水が凍結しやすい。これらより、管６が長い時は開度範囲を大きく、短い時は開度範囲を小さくなるように、スイッチ１０を設定して騒音を低減する。
【００４１】
（実施の形態５）
また、図６は、本発明の第５の実施の形態における選択性ガス富化装置の弁の開閉スイッチ図であって、管６の長さに応じて、弁８の開閉を規制するスイッチ１１の例である。スイッチ１１を室外機２に設けて室外機の設置時に選択する。例えば管６の長さが１ｍ以下ではスイッチを閉にして弁８を開かないように設定する。これより、管６が短い場合は、外気導入運転をすることなく騒音を小さくすることができる。
【００４２】
（実施の形態６）
図７は、本発明の第６の実施の形態における時間による可変弁の開度制御図である。結露水排出時の外気導入運転の初期には最大の開度にして排出し、時間が経過するにつれ開度を小さくする。外気導入運転開始直後は、結露量が大きく、徐々に結露量も減るため可変弁８の開度も絞り空気の流量も小さくなり、騒音も小さくなる。図７のように初期には開度１００％、所定時間ｔ１後は開度５０％にした場合、初期に比べて所定時間ｔ１後は騒音も小さくなる。また、本実施の形態では、ｔ１で瞬時に開度を１００％から５０％としているが、所定の時間を経て１００％から５０％に漸次閉じてもよい。ｔ２においても同様に所定の時間を経て５０％から０％に漸次閉じてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
以上のように、本発明にかかる選択性ガス富化運転は、外気を導入して管に滞留した結露水を排出する外気導入運転時において、騒音を低下することが可能となるので、選択性ガス富化装置等の用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施の形態１における空気調和装置の選択性ガス富化装置図
【図２】本発明の実施の形態１における選択性ガス富化装置の雰囲気温度変化の制御図
【図３】本発明の実施の形態２における可変弁の開度変化の制御図
【図４】本発明の実施の形態３における選択性ガス富化装置のポンプ運転時間による制御図
【図５】本発明の実施の形態４における選択性ガス富化装置の可変弁開度範囲のスイッチ図
【図６】本発明の実施の形態５における選択性ガス富化装置の弁の開閉スイッチ図
【図７】本発明の実施の形態６における時間による可変弁の開度制御図
【図８】従来の空気調和装置の選択性ガス富化装置図
【図９】従来の選択性ガス富化装置の制御図
【符号の説明】
【００４５】
１  室内機
２  室外機
３  選択性ガス透過膜
４  減圧ポンプ
５  二方弁
６  管
７  消音器
８  可変弁
９  室外温度検出手段
１０  可変弁の開度範囲スイッチ
１１  弁の開閉スイッチ
【図１】
2006090566.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006090566.tif 000009
【図８】
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【図９】
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