(57)【要約】【課題】酸素富化装置において、ロータリー形の真空ポンプを使用しているので、圧力と風量の能力に対して外寸が大きく、運転音が大きい。また構成上、ロータは高い寸法精度が要求され、小型のロータを製造するのが困難である。これらの要因により吸引ポンプの小型化が困難であり、従ってこの吸引ポンプを内蔵する酸素富化装置の小型化も困難であるという課題を有していた。【解決手段】酸素富化膜ユニット２６の下流側に配され、酸素富化膜ユニット２６に吸引圧力を与える送風機（吸引手段）３０とを有する構成としたものである。これによって圧力と風量の能力に対して送風機３０を小型化でき、従ってこの小型の送風機３０を備えた酸素富化装置も小型化できるものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気中の窒素に比べて酸素の透過速度が早い酸素富化膜ユニットと、前記酸素富化膜ユニットの下流側に配され、前記酸素富化膜ユニットに吸引圧力を与える吸引手段とを有し、前記吸引手段が送風機である酸素富化装置。
【請求項２】
送風機を遠心式とした請求項１記載の酸素富化装置。
【請求項３】
送風機を軸流式とした請求項１記載の酸素富化装置。
【請求項４】
空気中の窒素に比べて酸素の透過速度が早い酸素富化膜ユニットと、前記酸素富化膜ユニットの下流側に配され、前記酸素富化膜ユニットに吸引圧力を与える吸引手段とを有し、前記吸引手段が分子ポンプである酸素富化装置。
【請求項５】
空気中の窒素に比べて酸素の透過速度が早い酸素富化膜ユニットと、前記酸素富化膜ユニットの下流側に配され、前記酸素富化膜ユニットに吸引圧力を与える吸引手段とを有し、前記吸引手段がターボ形のドライ真空ポンプである酸素富化装置。
【請求項６】
空気中の窒素に比べて酸素の透過速度が早い酸素富化膜ユニットと、前記酸素富化膜ユニットの下流側に配され、前記酸素富化膜ユニットに吸引圧力を与える吸引手段とを有し、前記吸引手段がスクロール形のドライ真空ポンプである酸素富化装置。
【請求項７】
空気中の窒素に比べて酸素の透過速度が早い酸素富化膜ユニットと、前記酸素富化膜ユニットの下流側に配され、前記酸素富化膜ユニットに吸引圧力を与える吸引手段とを有し、前記吸引手段がヘリカル溝形のドライ真空ポンプである酸素富化装置。
【請求項８】
空気中の窒素に比べて酸素の透過速度が早い酸素富化膜ユニットと、前記酸素富化膜ユニットの下流側に配され、前記酸素富化膜ユニットに吸引圧力を与える吸引手段とを有し、前記吸引手段が隔膜形のドライ真空ポンプであり、前記隔膜は超音波振動子によって振動して吸引圧力を発生させる酸素富化装置。
【請求項９】
空気中の窒素に比べて酸素の透過速度が早い酸素富化膜ユニットと、前記酸素富化膜ユニットの下流側に配され、前記酸素富化膜ユニットに吸引圧力を与える吸引手段とを有し、前記吸引手段がピストン形のドライ真空ポンプであり、前記ピストンをリニアモータと一体化し、前記ピストンを往復運動させて吸引圧力を発生させる酸素富化装置。
【請求項１０】
酸素富化装置の運転停止時に吸引手段の吸気と排気を逆転させる構成とした請求項１から９のいずれか１項に記載の酸素富化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気中の酸素を濃縮する酸素富化装置、特に酸素を選択的に透過する膜型の酸素富化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の酸素富化装置は吸引手段としてルーツ式等、ロータリー形の吸引ポンプを使用している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１０は、前記特許文献１に記載された従来の酸素富化装置を示すものである。図１０において、１は吸引用送風機、２は酸素富化膜ユニット、３は吸引ポンプ（吸引手段）、４はロータ、５はケーシング、アは空気の流れである。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭６２−１９１０１８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の構成では、ロータリー形の真空ポンプを使用しているので、吸引手段である真空ポンプの寿命が長く、メンテナンスが比較的容易である反面、圧力と風量の能力に対して外寸が大きく、運転音が大きい。また防音壁や吸音材などの防音構成を施して運転音を下げるためには、さらに外寸が大きくなる。さらにロータの熱膨張によってロータ同士やケーシングが接触して動作停止しないように、冷却構成が必要となり、さらに外寸が大きくなることがある。また構成上、ロータは高い寸法精度が要求され、小型のロータを製造するのが困難である。これらの要因により吸引ポンプの小型化が困難であり、つまりこの吸引ポンプを内蔵する酸素富化装置の小型化が困難であるという課題を有していた。
【０００６】
本発明は前記従来の課題を解決するもので、吸引手段として送風機を使用することで、吸引手段を小型にし、小型の酸素富化装置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】
前記従来の課題を解決するために、本発明の酸素富化装置は、空気中の窒素に比べて酸素の透過速度が早い酸素富化膜ユニットと、前記酸素富化膜ユニットの下流側に配され、前記酸素富化膜ユニットに吸引圧力を与える吸引手段とを有し、前記吸引手段が送風機である構成としたものである。これによって圧力と風量の能力に対して吸引手段を小型化でき、この小型の吸引手段を用いることで酸素富化装置も小型化できるものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載した発明は、空気中の窒素に比べて酸素の透過速度が早い酸素富化膜ユニットと、前記酸素富化膜ユニットの下流側に配され、前記酸素富化膜ユニットに吸引圧力を与える吸引手段とを有し、前記吸引手段が送風機である構成としたものである。これによって圧力と風量の能力に対して吸引手段を小型化でき、この小型の吸引手段を用いることで酸素富化装置も小型化できるものである。
【０００９】
請求項２に記載した発明は、特に、請求項１に記載の送風機を、遠心式としたので、吸込圧力を高めることが容易で、圧力損失の高く酸素富化能力の高い酸素富化膜ユニットを使用でき、高い濃度の酸素を吐出すことができる。
【００１０】
請求項３に記載した発明は、特に、請求項１に記載の送風機を、軸流式としたので、空気中より僅かに高い濃度の酸素を大量に吐出すことができる。
【００１１】
請求項４に記載した発明は、空気中の窒素に比べて酸素の透過速度が早い酸素富化膜ユニットと、前記酸素富化膜ユニットの下流側に配され、前記酸素富化膜ユニットに吸引圧力を与える吸引手段とを有し、前記吸引手段が分子ポンプである構成としたものである。これによって圧力と風量の能力に対して吸引手段を小型かつ軽量化でき、つまり小型かつ軽量である酸素富化装置を実現するものである。
【００１２】
請求項５に記載した発明は、空気中の窒素に比べて酸素の透過速度が早い酸素富化膜ユニットと、前記酸素富化膜ユニットの下流側に配され、前記酸素富化膜ユニットに吸引圧力を与える吸引手段とを有し、前記吸引手段がターボ形のドライ真空ポンプである構成としたものである。これによって圧力と風量の能力に対して吸引手段を小型かつ軽量化でき、つまり小型かつ軽量である酸素富化装置を実現するものである。
【００１３】
請求項６に記載した発明は、空気中の窒素に比べて酸素の透過速度が早い酸素富化膜ユニットと、前記酸素富化膜ユニットの下流側に配され、前記酸素富化膜ユニットに吸引圧力を与える吸引手段とを有し、前記吸引手段がスクロール形のドライ真空ポンプである構成としたものである。これによって圧力と風量の能力に対して吸引手段を小型かつ軽量化でき、つまり小型かつ軽量である酸素富化装置を実現するものである。
【００１４】
請求項７に記載した発明は、空気中の窒素に比べて酸素の透過速度が早い酸素富化膜ユニットと、前記酸素富化膜ユニットの下流側に配され、前記酸素富化膜ユニットに吸引圧力を与える吸引手段とを有し、前記吸引手段がヘリカル溝形のドライ真空ポンプである構成としたものである。これによって圧力と風量の能力に対して吸引手段を小型かつ軽量化でき、つまり小型かつ軽量である酸素富化装置を実現するものである。
【００１５】
請求項８に記載した発明は、空気中の窒素に比べて酸素の透過速度が早い酸素富化膜ユニットと、前記酸素富化膜ユニットの下流側に配され、前記酸素富化膜ユニットに吸引圧力を与える吸引手段とを有し、前記吸引手段が隔膜形のドライ真空ポンプであり、この隔膜は超音波振動子によって振動して吸引圧力を発生させる構成としたものである。これによって運転音が極めて小さい吸引手段とすることができ、防音構成を付加する必要がなく、小型の酸素富化装置を実現するものである。
【００１６】
請求項９に記載した発明は空気中の窒素に比べて酸素の透過速度が早い酸素富化膜ユニットと、前記酸素富化膜ユニットの下流側に配され、前記酸素富化膜ユニットに吸引圧力を与える吸引手段とを有し、前記吸引手段が、ピストン形のドライ真空ポンプであり、このピストンはリニアモータと一体化しており、この往復運動で吸引圧力を発生させる構成としたものである。これによって小型で運転音が小さい小さい吸引手段とすることができ、防音構成を付加する必要がなく、小型の酸素富化装置を実現するものである。
【００１７】
請求項１０に記載した発明は、特に、請求項１から９のいずれか１項に記載の酸素富化装置の運転停止時に、吸引手段の吸気と排気を逆転させる構成としている。これによって運転停止時に酸素富化膜ユニットと吸引手段との間、さらに吸引手段の内部に残留している高濃度酸素と高湿である空気を排出して、吸引手段の酸化、錆化による老朽化を防止することができる。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００１９】
（実施例１）
図１は本発明の第１の実施例における酸素富化装置の全体構成図であり、図２は、同、酸素富化装置の吸引手段の構成を表す断面図である。
【００２０】
図１、図２において、２１は酸素富化装置の本体（以下、単に本体と称す）、２２は本体２１側面の上方側に設けた吸気口であり、この吸気口２２には吸気フィルタ２３を設けてあり、さらに本体２１内部には軸流式の吸気用送風機２４が連通している。２５は吸気用送風機２４の排気口側に設けた排気ガイドで、この送風ガイドの下流側には、酸素富化膜ユニット２６を設けている。酸素富化膜ユニット２６は、複数の酸素富化膜から構成されており、各酸素富化膜へ空気を流す複数の吸気スリット２７と窒素富化空気を排出する排気スリット２８を有し、酸素富化空気を排出する酸素排気口２９を有している。
【００２１】
３０は吸引手段である遠心式の送風機で、この送風機３０の吸気口３１と酸素排気口２９との間には、ラッパ状の案内管３２を設けている。送風機３０は酸素富化膜ユニット２６の下方に位置し、吸気口３１を上方に向けて配置してあり、下方には防振と防音を兼ねたウレタンなどのダンパ部３３を配している。送風機３０の側方には排気口３４を有しており、さらに連結管３５が接続され、水分凝縮部３６、物理的または電気的に空気以外の不純物を除去する不純物質除去部３７、電磁弁などの排気調整弁３８が連通し、吸気口２２とは反対側に酸素富化空気を排出する排気口３９を設けている。
【００２２】
４０は若干窒素富化となった空気が排出される案内管であり、この案内管４０の内部には、送風機３０と制御回路４１の一部または全部が内包されており、排気用送風機４２へと接続している。このとき制御回路４１に接続された放熱フィンのみが案内管４０内に突出しているだけでも構わない。４３は排気口であり、排気用送風機４２が収められており、最外部には排気フィルタ４４を設けてある。４５は排気口に設けた下向きの偏向ガイドで、排気口４５の最上部に１枚設けているが、排気口４５内に複数設けても構わない。
【００２３】
なお吸気フィルタ、排気フィルタは、粗塵、細塵、臭気等、種々の物質を捕らえるために各々に特化したフィルタを多層に配置しても構わない。また吸気用送風機、排気用送風機は、遠心式であっても構わない。
【００２４】
また制御回路４１は、送風機３０のインバータ回路の他、吸気用送風機、排気用送風機、排気調節弁３８の動作を制御するものである。
【００２５】
ここで吸引手段である送風機３０について詳細を述べる。この送風機３０は遠心式であり、モータ５１内の回転軸５２には羽根車５３が固定されている。羽根車５３の外周には、モータ５１に固定された静翼５４を有しており、この静翼５４の下方でかつモータ５１の側方には整流部５５を設けてあり、さらにこの整流部５５の側面には排気口３４を配している。軸受け５６はシール型の軸受けを使用しているが、空気軸受けまたは磁気軸受けが望ましい。
【００２６】
なお送風機とは圧力が０．１ＭＰａ以下のものを示し、とくに本実施例では０．０５ＭＰａ以下のものを使用している。
【００２７】
以下、本実施例の動作について説明する。制御回路４１からの指示で吸気用送風機２４と排気用送風機４２が運転を開始する。これによって吸気口２２から空気を吸い込む。このとき吸気フィルタ２３にて塵埃を取り除いている。吸気用送風機２４を通過した空気は送風ガイド２５で均一に広がりながら酸素富化ユニット２６の吸気スリット２７へと流れ込む（矢印Ａ）。さらに酸素富化ユニット２６を通過した空気は、排気スリット２８から案内管４０を通過し、排気用送風機４２に引き込まれ、排気フィルタ４４にて再度塵埃が取り除かれ、排気口４３から本体２１外部へ排出される。このとき偏向ガイド４５が下方を向いているので、排気も下方へと流れ出る（矢印Ｂ）。
【００２８】
この状態で吸引手段である送風機３０を運転させる。すなわちインバータ回路を含む制御回路４１からの指示でモータ５１の回転軸５２が回転し、同時にこの回転軸５２に固定されている羽根車５３も回転し送風機３０の吸気口３１側に吸引力が発生する。送風機３０の吸気口３１は案内管３２によって酸素富化ユニット２６の酸素排気口２９と連結しているので、大気圧下より高い濃度の酸素富化空気が酸素排気口２９から送風機３０へと連続的に流れ込む（矢印Ｅ）。羽根車５３を通過した酸素富化空気は静翼５４を通過し、整流部５５で一様に整流され排気口３３から送風機３０外へと排出される（矢印Ｃ・Ｆ）。その後、連結管３５を通過し、水分凝集部３６で大気圧下より過剰に含まれた水分を取り除き、さらに不純物質除去部３７にて、送風機や管路内で発生した不純物をも取り除く。最後に排気調整弁３８を通過した酸素富化空気は排気口３９から本体外部へ排出される（矢印Ｄ）。
【００２９】
このとき案内管４０を通過するのは若干窒素が富化された空気で、制御回路４１と送風機３０とくにモータ５１の冷却を行うものである。
【００３０】
このようにして本実施例の酸素富化装置を使用することによって、ロータリー形とくにツール式と比べて、遠心式（ターボ形）のドライ真空ポンプは一般的に容積が５分の１、質量が８分の１であるので、大気圧での酸素濃度以上を連続的に排出する程度の遠心式の送風機では、それ以上の小型、軽量化が望めるものである。この結果、吸引手段を小型にでき、つまり小型である酸素富化装置を実現するものである。
【００３１】
（実施例２）
図３は、本発明の第２の実施例における酸素富化装置の吸引手段の構成を表す断面図である。なお吸引手段３０以外の構成は実施例１と同様であるので、同一部分には同一符号を付与して、その詳細な説明を省略する。
【００３２】
図３において、本実施例の吸引手段は、軸流式の送風機で、羽根車５３と静翼５４の組が多段に連なっており、酸素排気口２９から吸気された酸素富化空気は羽根車５３、静翼５４、整流部５５を通過し連続的に大気圧での酸素濃度以上の空気を排出できる（矢印Ｅ・Ｇ）。この結果、吸引手段を小型にでき、つまり小型である酸素富化装置を実現するものである。
【００３３】
（実施例３）
図４は、本発明の第３の実施例である酸素富化装置の吸引手段の構成を表す断面図である。なお吸引手段３０以外の構成は実施例１と同様であるので、同一部分には同一符号を付与して、その詳細な説明を省略する。
【００３４】
図４において、本実施例の吸引手段は、ターボ分子ポンプで、羽根車５３と静翼５４の組が多段に連なっており、酸素排気口２９から吸気された酸素富化空気は羽根車５３、静翼５４、整流部５５を通過し連続的に大気圧での酸素濃度以上の空気を排出できる（矢印Ｅ・Ｈ）。この結果、吸引手段を小型・軽量にでき、つまり小型・軽量である酸素富化装置を実現するものである。
【００３５】
なお簡易に製造が可能な羽根車５３が平板形状である分子ポンプでも近い効果は得られる。
【００３６】
（実施例４）
図５は、本発明の第４の実施例における酸素富化装置の吸引手段の構成を表す断面図である。なお吸引手段３０以外の構成は実施例１と同様であるので、同一部分には同一符号を付与して、その詳細な説明を省略する。
【００３７】
図５において、本実施例の吸引手段は、スクール形のドライ真空ポンプで、旋回スクロール６１、固定スクール６２、吐出し弁６３から構成されており、旋回スクロール６１が偏心回転して吸引力を発生させる（矢印Ｅ・Ｉ）。運転音が低く、防振・防音構成を大きく設ける必要がない。この結果、吸引手段を小型・軽量にでき、つまり小型・軽量である酸素富化装置を実現するものである。
【００３８】
（実施例５）
図６は、本発明の第５の実施例における酸素富化装置の吸引手段の構成を表す断面図である。なお吸引手段３０以外の構成は実施例１と同様であるので、同一部分には同一符号を付与して、その詳細な説明を省略する。
【００３９】
図６において、本実施例の吸引手段は、ヘリカル溝形のドライ真空ポンプで、溝を切ったロータ７１内にモータ５１を内蔵している。酸素排気口２９から吸気された酸素富化空気はロータ７１、整流部５５を通過し連続的に大気圧での酸素濃度以上の空気を排出できる（矢印Ｅ・Ｊ）。この結果、吸引手段を小型にでき、つまり小型である酸素富化装置を実現するものである。
【００４０】
（実施例６）
図７は、本発明の第６の実施例における酸素富化装置の吸引手段の構成を表す断面図である。なお吸引手段３０以外の構成は実施例１と同様であるので、同一部分には同一符号を付与して、その詳細な説明を省略する。
【００４１】
図７において、本実施例の吸引手段は、超音波振動子８１で区切られた第１、第２の減圧室８２、８３と、２箇所の切換え弁８４とがあり、超音波振動子８１の動作と連動して切換え弁８４が流路の切換えを行い、吸引力を発生させる（第１の減圧室使用時：矢印Ｅ・Ｋ・Ｍ・Ｏ、第２の減圧室使用時：矢印Ｅ・Ｌ・Ｎ・Ｏ）。運転音が無く、防振、防音構成を設ける必要がない。この結果、吸引手段を小型、軽量にでき、つまり小型、軽量である酸素富化装置を実現するものである。
【００４２】
（実施例７）
図８は、本発明の第７の実施例における酸素富化装置の吸引手段の構成を表す断面図である。なお吸引手段３０以外の構成は実施例１と同様であるので、同一部分には同一符号を付与して、その詳細な説明を省略する。
【００４３】
図８において、本実施例の吸引手段は、ピストン形のドライ真空ポンプで、上下可動するピストン９１の内壁にＮ・Ｓ極の磁石９２を交互に埋設してあり、ケーシング９３には電磁石９４を配しており、リニアモータとして構成している（矢印Ｅ・Ｐ・Ｑ・Ｒ）。さらに運転音が極めて低く、防振、防音構成を大きく設ける必要がない。この結果、吸引手段を小型、軽量にでき、つまり小型、軽量である酸素富化装置を実現するものである。
【００４４】
（実施例８）
図９（ａ）は、本発明の第８の実施例における酸素富化装置の吸引手段運転時の状態を示す構成図、図９（ｂ）は、同、吸引手段運転停止時の状態を示す構成図である。なお吸引手段３０以外の構成は実施例１と同様であるので、同一部分には同一符号を付与して、その詳細な説明を省略する。
【００４５】
図９（ａ）、図９（ｂ）において、酸素富化膜ユニット２６と吸引手段３０の吸気口３１との間、吸引手段３０の排気口３４と連通管３５との間には管路切換え部９９を設けてあり、通常運転時には酸素富化膜ユニット２６→吸引手段３０の吸気口３１→吸引手段３０の排気口３４→連通管３５という順に空気が流れる（矢印Ｓ・Ｔ・Ｕ・Ｖ）。この状態で運転が停止すると酸素富化膜ユニット２６と吸引手段３０との間、さらに吸引手段３０の内部に高濃度酸素や湿気が滞留し、吸引手段の酸化、錆化による老朽化が生じる可能性がある。そこで運転停止時に管路切換え部９９を切換えることで、連通管３５→吸引手段３０の吸気口３１→吸引手段３０の排気口３４→、酸素富化膜ユニット２６と空気を流し（矢印Ｖ・Ｔ・Ｕ・Ｓ）、高濃度酸素や湿気を排出することができ、吸引手段の酸化、錆化による老朽化を防ぐことができる。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように、請求項１から１０に記載の本発明によれば、圧力と風量の能力に対して吸引手段を小型化でき、この小型の吸引手段を用いることで酸素富化装置も小型化できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例における酸素富化装置の全体構成図
【図２】同、酸素富化装置の吸引手段の構成を表す断面図
【図３】本発明の第２の実施例における酸素富化装置の吸引手段の構成を表す断面図
【図４】本発明の第３の実施例における酸素富化装置の吸引手段の構成を表す断面図
【図５】本発明の第４の実施例における酸素富化装置の吸引手段の構成を表す断面図
【図６】本発明の第５の実施例における酸素富化装置の吸引手段の構成を表す一部欠載断面図
【図７】本発明の第６の実施例における酸素富化装置の吸引手段の構成を表す断面図
【図８】本発明の第７の実施例における酸素富化装置の吸引手段の構成を表す断面図
【図９】（ａ）本発明の第８の実施例における酸素富化装置の吸引手段運転時の状態を示す構成図
（ｂ）同、酸素富化装置の吸引手段運転停止時の状態を示す構成図
【図１０】従来の酸素富化装置の全体構成図
【符号の説明】
２１  本体
２６  酸素富化膜ユニット
３０  送風機（吸引手段）
８１  超音波振動子
９１  ピストン
【図１】
2004305827.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】
2004305827.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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