(57)【要約】【課題】酸素富化装置および空調システムにおいて、静粛運転可能で、屋内に酸素富化された清浄な空気を供給することができるようにする。【解決手段】室内の空気を循環させて空気調和を図る空調機に外気を導入する外気導入部２０に２系統の第１外気導入ダクト６、第２外気導入ダクト７を設け、それぞれの吸気口６ａ、７ａに、表面に酸化チタン層が設けられた吸気ガイド板１５を設ける。第２外気導入ダクト７には、吸気ガイド板１５の下流に、酸素選択透過フィルタ２、吸引ファン３を設ける。吸気口７ａを透過した外気は、酸素選択透過フィルタ２により酸素が高濃度化され、吸気口６ａを透過した空気と混合されて空調機に給気される。【選択図】      図２
2004191013.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気口と排気口との間に気体流路を形成し、
該気体流路内に、
前記吸気口から前記排気口へ向かう気流を形成する気流形成手段と、
前記気流内の酸素分子を選択的に透過させる材料組成を有する酸素選択透過部材とを備えたことを特徴とする酸素富化装置。
【請求項２】
建物の外部または外壁部に設けられた吸気口に接続する外気導入管路から、建物外部の空気を導入して、空調機により前記空気を調和した後に、調節後の空気を建屋内に供給する空調システムであって、
前記吸気口に、表面に空気中の有機物を吸着して分解する有機物分解層を備える吸気ガイド部材を設けるとともに、
該吸気ガイド部材もしくは該吸気ガイド部材下流側の前記外気導入管路内に、外気から酸素分子を選択的に透過させる酸素選択透過手段を設けたことを特徴とする空調システム。
【請求項３】
前記有機物分解層が酸化チタンからなり、前記吸気ガイド部材が前記吸気口から露出して外部光が受光可能に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の空調システム。
【請求項４】
前記酸素選択透過手段が、請求項１に記載の酸素富化装置からなることを特徴とする請求項２または３に記載の空調システム。
【請求項５】
前記外気導入管路が、２系統に分岐され、その一方の系統に、前記酸素選択透過手段が配置されていることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の空調システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸素富化装置および空調システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
肺気腫、肺結核、喘息などの肺機能の低下した慢性呼吸不全の患者に対して、高酸素濃度の空気を与えることは有効な治療法とされている。また、スポーツを行う場合など、代謝活動の補助として酸素供給することが行われている。
従来、このような場合の高濃度酸素の供給手段としては、スプレー式酸素吸入器や酸素ボンベ、あるいは、屋内に据置設置する小型酸素濃縮装置が用いられていた。小型酸素濃縮装置としては、いわゆる圧変動吸着法（ＰＳＡ法）を用いたものが知られている。
また、このような酸素供給手段を空調システムと組み合わせて、屋内に高濃度酸素を供給する技術が知られている。空調システムでは、例えば、活性炭フィルタなどで不純物の透過を阻止して除去を行っていた。
例えば、特許文献１には、空調機に窒素吸着材を設けて、居室と空調機との間を循環する空気の酸素濃度を高める過酸素空調システムが記載されている。
また、特許文献２には、外気取入口と、屋内を冷暖房機を介して循環する空気の通路との間に、吸着式または透過膜式の空気濃縮装置を備える空調システムが記載されている。
また、特許文献３には、空気調和機の中にゼオライトを吸着材として用いた酸素富化手段を設けた酸素富化供給装置付空気調和機が記載されている。
【０００３】
【特許文献１】
特許第２５２４０６５号公報（第１−２頁、図１）
【特許文献２】
特公平７−３０９３１号公報（第１−３頁、図１）
【特許文献３】
特開昭６４−４１７３２号公報（第１−３頁、図１−２）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来技術に係る装置には、以下のような問題があった。
スプレー式酸素吸入器では、容量が小さいので、補助的な酸素吸入用に一時的に使用できるだけであるという問題があった。
また、酸素ボンベや据置型の小型酸素濃縮装置は、連続的な使用が可能であるものの、局所的な酸素供給を行うものであった。ところが、連続使用を可能とするため、重量が大きくて容易には移動ができず、使用者の行動の自由を著しく損ねてしまうという問題があった。さらに、小型酸素濃縮装置は、ＰＳＡ法により、空気を加圧して、ゼオライトなどに酸素を吸着させ、減圧して吸着酸素を取り出すので、このような圧変動を実現するために大掛かりなポンプが必要となり、騒音が大きくなってしまうという問題もあった。
【０００５】
特許文献１に記載の技術では、窒素吸着材を用いるので、吸着量に限りがあるから、高濃度酸素を供給することは難しく、しかも、細菌、ウィルスや有機ガスなどはほとんど除去できないという問題があった。
特許文献２に記載の技術では、いわゆる従来の吸着式は、ＰＳＡ法であるので、上記と同様の問題があった。また、いわゆる従来の透過膜式は、高濃度酸素を供給できないという問題があった。例えば、酸素と窒素の膜物質に対する溶解と拡散との速度差を用いるシリコン系の高分子酸素透過膜では、通常大気の酸素比率２１％が約３２％に向上できる程度である。
特許文献３に記載の技術では、ＰＳＡ法を用いるので上記と同様の問題があった。
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、静粛運転可能で、屋内に酸素富化された清浄な空気を供給することができる酸素富化装置および空調システムを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、酸素富化装置において、吸気口と排気口との間に気体流路を形成し、該気体流路内に、前記吸気口から前記排気口へ向かう気流を形成する気流形成手段と、前記気流内の酸素分子を選択的に透過させる材料組成を有する酸素選択透過部材とを備えた構成とする。
この発明によれば、酸素選択透過部材により高圧をかけることなく酸素分子を透過させることができ、気流形成手段として小型で静粛な手段を用いながら、高濃度酸素が得られるとともに、酸素分子より大きい有機物は透過させないから清浄な高濃度酸素を含む空気を取り出すことができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明では、建物の外部または外壁部に設けられた吸気口に接続する外気導入管路から、建物外部の空気を導入して、空調機により前記空気を調和した後に、調節後の空気を建屋内に供給する空調システムであって、前記吸気口に、表面に空気中の有機物を吸着して分解する有機物分解層を備える吸気ガイド部材を設けるとともに、該吸気ガイド部材もしくは該吸気ガイド部材下流側の前記外気導入管路内に、外気から酸素分子を選択的に透過させる酸素選択透過手段を設けた構成とする。
この発明によれば、吸気ガイド部材で有機物を分解して空気を清浄化し、酸素選択透過手段により低負荷で酸素富化してから、空調機により空気調和して屋内に給気することができる。
【０００９】
請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の空調システムにおいて、前記有機物分解層が酸化チタンからなり、前記吸気ガイド部材が前記吸気口から露出して外部光が受光可能に配置されている。
この発明によれば、外部光を受光して、酸化チタンの光触媒作用が活性化され、効率よく有機物の分解を行うことができる。
【００１０】
請求項４に記載の発明では、請求項２または３に記載の空調システムにおいて、前記酸素選択透過手段が、請求項１に記載の酸素富化装置からなる。
この発明によれば、気流形成手段を有する請求項１に記載の酸素富化装置を用いるので、吸引効率がよく、空調機の負荷も軽減されるので、全体として低騒音の空調システムとすることができる。
【００１１】
請求項５に記載の発明では、請求項２〜４のいずれかに記載の空調システムにおいて、前記外気導入管路が、２系統に分岐され、その一方の系統に、前記酸素選択透過手段が配置されている。
この発明によれば、一方の外気導入管路で酸素富化を行って、他方の系統の外気と混合するので、酸素の富化程度をその混合比を変えることにより容易に変化させることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。すべての図面において、同一または相当する部材は同一符号を付すことにより、重複する説明は省略している。
図１は、本発明の実施形態に係る空調システムの概略構成を説明するための概念説明図である。図２は、図１の一部を拡大した斜視模式図である。
【００１３】
本発明の実施形態に係る空調システム１は、空気の清浄性と酸素の高濃度化を必要とする病院、老人健康施設、静養所やスポーツ施設などに好適に用いることができるものであり、外気導入部２０、空調機４、給気ダクト８、還気ダクト９および排気ダクト１０を備えている。以下、病院内の病室５に設けられた例で説明する。
【００１４】
外気導入部２０は、外壁１４（建物の外壁部）に開口する吸気口６ａから建物内部に延ばされた第１外気導入ダクト６（外気導入管路）と、同じく外壁１４に開口する吸気口７ａから建物内部に延ばされて第１外気導入ダクト６に接続された第２外気導入ダクト７（外気導入管路）とを備えて、外気を導入するためのものである。
【００１５】
図２に示したように、吸気口６ａ、７ａには、吸気ガイド板１５の組が複数を備えられている。図３に、吸気ガイド板１５の側断面説明図を示した。
吸気ガイド板１５は、外部側に大きく開口し、第１外気導入ダクト６、第２外気導入ダクト７の内部側に狭い隙間を設けたハ字状に配置されたルーバー部材である。そして、ハ字状の傾斜方向と傾斜角度とが手動または自動で可変できるように可動支持されている。このため、第２外気導入ダクト７の内部側にある開口の大きさが可変できる構成とされている。
【００１６】
吸気ガイド板１５は、細菌、ウィルス、有機ガスなどの有機物を分解して、清浄な空気を下流に透過させるために、例えば、鋼板、アルミ板、合成樹脂板などの板部材からなるガイド板１５ｂを基材として、その表面に、光触媒作用を有するアナターゼ型酸化チタン（ＴｉＯ２）からなる酸化チタン層１５ａ（有機物分解層）を備える構成とされている。
酸化チタン層１５ａは、ガイド板１５ｂの材質に応じて適宜の手段によりコートされ、層状に設けられている。そして、吸気ガイド板１５が形成するハ字状の内側となるように設けられている。すなわち、吸気口６ａ、７ａを建物の外部側から見たときに酸化チタン層１５ａが見えるようになっている。
【００１７】
第２外気導入ダクト７内の吸気口７ａの下流には、酸素選択手段を構成する酸素選択透過フィルタ２（酸素選択透過部材）と吸引ファン３（気流形成手段）とが、この順に設けられている。
酸素選択透過フィルタ２は、特定の材料組成に基いた分子構造によりナノメートルオーダーの形状が統制されて製作された機能性材料、いわゆるナノ材料からなり、空気中の酸素分子を選択的に透過させる機能を有するフィルタ部材である。このようなナノ材料として、例えば、金属ポルフィリン膜や分子篩炭素膜などを採用することができる。
吸引ファン３は、酸素選択透過フィルタ２を介して吸気口７ａから外気を吸引するための気流を、第２外気導入ダクト７内に形成するファンである。吸引ファン３は、必要な吸引力に応じて適宜のファンを用いることができる。酸素選択透過フィルタ２の吸引抵抗は、例えば、従来技術に係るシリコン系の高分子酸素透過膜に比べて小さいので、例えば、低騒音の軸流ファンを好適に用いることができる。
【００１８】
空調機４は、第１外気導入ダクト６が接続されて、吸気口６ａ、７ａから、第１外気導入ダクト６および第２外気導入ダクト７を通過した外気を取り入れ、熱交換器などを通して、その温湿度などの空気調和を行う装置である。内部に給還機するための送風機構を備えており、第１外気導入ダクト６内に吸気口６ａから外気を吸引する気流を形成することができる。
このような機能を備えていれば、空調機４は、従来の空調システムに用いられているどのような装置を用いてもよい。
【００１９】
給気ダクト８は、空調機４により調和された空気を、送風口１２を通して、病室５に供給するための流路である。
還気ダクト９は、病室５に設けられた室内吸気口１１から病室５内の空気を還流させる管路であり、第１外気導入ダクト６に接続されている。
排気ダクト１０は、還気ダクト９の途中から分岐して、還気ダクト９内の空気を外壁１４に開口する排気口１０ａに導く流通管路である。
還気ダクト９には、手動または自動の弁（不図示）が設けられており、第１外気導入ダクト６への還流量と排気口１０ａへの排気量が適宜調整可能とされている。
【００２０】
次に、以上に説明した本発明の実施形態に係る空調システム１の作用について説明する。
空調システム１によれば、吸気口６ａ、７ａにハ字状に外部側に開口している吸気ガイド板１５を備えているため、図３に示したように吸気口６ａ、７ａから第１外気導入ダクト６、第２外気導入ダクト７内に吸気される空気の大部分が酸化チタン層１５ａに接触してから吸気される。そして、酸化チタン層１５ａには外部光１６が照射される状態となっているので、酸化チタン層１５ａに付着した有機物は酸化チタンの光触媒作用を受けて分解される。このため、細菌、ウィルスを分解する殺菌作用を備える。また、有機ガスも分解されるため除去される。これら分解物は最終的に、二酸化炭素、窒素酸化物や水などの無害な化合物になって大気中に放散される。その結果、空調機４へ送られる空気が清浄化され、病院やスポーツ施設に好適な空気を供給することができる。
【００２１】
このように吸気口７ａで有機物を分解することにより、下流に設けられる酸素選択透過フィルタ２の目詰まりなどの原因を低減でき、酸素選択透過能を長期間維持しやすいという利点もある。
【００２２】
なお、吸気ガイド板１５を自動で動かす場合には、日中時刻や季節などに応じて外部光が効率よく照射されるような傾斜角度を備える位置に移動させるようにすると一層効果的である。
【００２３】
また、空調システム１は、２系統の管路に分かれ、一方の管路側に、酸素選択透過フィルタ２を有する外気導入部２０を備えるので、吸気口７ａから吸引ファン３で形成される気流により吸引される空気は、酸素選択透過フィルタ２を透過することにより高濃度酸素を含有するようになる。そのような高濃度酸素を含む空気が他方の系統の管路である第１外気導入ダクト６に導入されて混合されることにより、空調機４へ、適度の酸素富化がなされた空気が給気される。
【００２４】
第１外気導入ダクト６における酸素濃度は、吸引ファン３の吸引量を変えることによって、調整することができる。また、吸気ガイド板１５を動かして、吸気口６ａ、７ａ内で空気が流通する開口の大きさを変えて、両者の大きさのバランスをとることにより、それぞれの空気流量を調整して酸素濃度を変えてもよい。
【００２５】
酸素選択透過フィルタ２は、採用する材質により酸素選択透過の原理は異なるが、ナノ材料によれば、従来のシリコン系の高分子酸素透過膜に比べ、例えば約２０倍以上の透過性能を得ることができるものである。
例えば、金属ポルフィリン膜は、分子内に酸素分子を可逆的に吸脱着可能であるために酸素を選択透過させることができる。
また、例えば、分子篩炭素膜は、ポリイミドフィルムを不活性雰囲気中で炭素化することにより、１ｎｍ以下のミクロ細孔を有する平滑な炭素薄膜とすることにより得られるが、このようなミクロ細孔は、炭素に対する気体分子の凝集性の差異により、分子径が近い気体同士であっても気体種類によって異なるガス透過係数を有している。その結果、酸素分子の方が窒素分子よりガス透過係数が大きい分子篩炭素膜を用いることにより、膜透過後の酸素濃度を増加させることが可能となっている。
【００２６】
このような酸素選択透過フィルタ２は、従来の酸素透過膜に比べて低圧で酸素を透過させることができるので、吸引ファン３としては、吸引力の低い低騒音の軸流ファンなどを用いることができる。空調用の汎用ファンを用いてもよい。
その結果、製作コストを下げることができるとともに、小さなスペースで設置することができるという利点がある。低騒音であるため、静粛性が要求される病院などの施設にはきわめて好適である。
【００２７】
次に、本実施形態の変形例について、図４、５を参照して説明する。
図４は、本実施形態の変形例の概略構成を説明するための概念説明図である。図５は、図４の一部を拡大した斜視模式図である。
本変形例では、空調システム１の外気導入部２０に代えて、外気導入部２１を備えるものである。以下、上記実施形態と異なる点のみ簡単に説明する。
【００２８】
外気導入部２１は、１系統の管路をなす第１外気導入ダクト６の中間部に、バイパスして設けた分岐ダクト１７を備えている。すなわち、吸気口６ａから吸気された空気は、第１外気導入ダクト６の中間部で、その一部が分岐ダクト１７に分岐され、その後、再び第１外気導入ダクト６に合流するようになっている。
【００２９】
分岐ダクト１７内には、酸素富化装置１８が設けられている。酸素富化装置１８は、空気を吸引して空気中の酸素濃度を増加させる装置であり、分岐ダクト１７を流れる空気を一方から吸入して、内部に不図示の酸素選択透過部材、気流形成手段を設け、後流側に、酸素富化した空気を排気する構成とされている。酸素選択透過部材、気流形成手段は、酸素選択透過フィルタ２、吸引ファン３と同様のものである。
【００３０】
このような構成によれば、２系統の管路を有していないので、それぞれの開口バランスをとって酸素量を調整することはできないが、酸素富化装置１８内の気流形成手段の流量を調整することにより酸素濃度を調整することができる。また、図示していないが、第１外気導入ダクト６に接続する分岐ダクト１７の上流側および下流側の接続口の大きさを変える弁機構を備えることによっても、酸素量を調整することが可能である。
さらに、このような構成によれば、既設の空調システムに、吸気ガイド板１５、分岐ダクト１７および酸素富化装置１８を追加設置するだけで、高酸素濃度の清浄空気を病室５内に給気できるから、施工が容易となる利点がある。
【００３１】
なお、上記の説明では、気流形成手段として吸引ファン３を用いる例で説明したが、これは、必要な吸引圧が低くてもよいからであり、気流を形成する手段であれば、例えば、ファンよりも吸引圧の高いブロアなどを用いてもよいことは言うまでもない。
【００３２】
また、上記の説明では、特に説明しなかったが、より大きな不純物を除去して、酸素選択透過フィルタ２の負荷を減らすため、吸気ガイド板１５の近傍やその下流の第１外気導入ダクト６、第２外気導入ダクト７の適宜の位置に、例えば、活性炭フィルタなどの比較的目の粗いフィルタ部材を配置してもよいことは言うまでもない。
【００３３】
また、上記の説明では、吸気口６ａ、７ａは、外壁１４に設けられるとして説明したが、第１外気導入ダクト６、第２外気導入ダクト７が建物の外部に延出され、その先端部、つまり建物の外部に設けられるものであってもよい。例えば、屋上などより外部光の当たりやすい位置に配置すると一層効果的である。
【００３４】
また、上記の説明では、酸素富化装置１８は、空調システム１に組み込む場合の例で説明したが、酸素富化装置１８を単独で室内に設置して使用してもよい。そのようにすれば、酸素選択透過フィルタ２を用いているので、従来の酸素富化装置よりも小型で静粛運転可能な装置となる利点がある。
【００３５】
また、上記の説明では、酸素選択透過部材または酸素選択透過手段を吸気ガイド部材下流側の外気導入管路に設けた例で説明したが、吸気ガイド部材の有機物分解層の上を流れた空気が透過可能な位置であれば、設置位置は外気導入管路には限定されない。例えば、酸素選択透過部材または酸素選択透過手段を吸気ガイド部材に設けるなどして、吸気ガイド部材の開口部の後段側または開口部の直後に配置することもできる。
【００３６】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明の酸素富化装置および空調システムでは、静粛運転可能で、屋内に酸素富化された清浄な空気を供給できるから、病院、老人健康施設、静養所および屋内のスポーツ施設などに用いて、健康回復、健康増進に好適な快適な室内環境を提供できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る空調システムの概略構成を説明するための概念説明図である。
【図２】図１の一部を拡大した斜視模式図である。
【図３】本発明の実施形態に係る空調システムの吸気口近傍の側断面説明図である。
【図４】本実施形態の変形例の概略構成を説明するための概念説明図である。
【図５】図４の一部を拡大した斜視模式図である。
【符号の説明】
１  空調システム
２  酸素選択透過フィルタ（酸素選択透過部材）
３  吸引ファン（気流形成手段）
４  空調機
６  第1外気導入ダクト（外気導入管路）
６ａ  吸気口
７  第２外気導入ダクト（外気導入管路）
７ａ  吸気口
１４  外壁（建物の外壁部）
１５  吸気ガイド板（吸気ガイド部材）
１５ａ  酸化チタン層（有機物分解層）
１６  外部光
１８  酸素富化装置（酸素選択透過手段）
【図１】
2004191013.tif 000003
【図２】
2004191013.tif 000004
【図３】
2004191013.tif 000005
【図４】
2004191013.tif 000006
【図５】
2004191013.tif 000007