(57)【要約】【課題】選択性ガス透過膜と減圧手段が接続されるガス富化装置において、低外気温時に酸素富化膜を通過した湿度の高い空気の凍結防止を行うとともに、酸素富化膜をバイパスして外気を吸込んだ時に不純物の侵入を防止し、以って信頼性の高いガス富化装置を提供する。【解決手段】少なくとも選択性ガス透過膜２と、この選択性ガス透過膜２の一方の側を減圧して所定のガスを富化させる減圧手段３と、この減圧手段の吸入側に選択性ガス透過膜２を通過せずに大気を導入する大気導入部６と、この大気導入部の流路を開閉する開閉手段９とを有するとともに、大気導入部６の吸入部７にガスは透過するが液は透過しない気液分離膜８を具備した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも選択性ガス透過膜と、この選択性ガス透過膜の一方の側を減圧して所定のガスを富化させる減圧手段と、前記減圧手段の吸入側に前記選択性ガス透過膜を通過せずに大気を導入する大気導入部と、前記大気導入部の流路を開閉する開閉手段とを有するとともに、前記大気導入部の吸入部にガスは透過するが液は透過しない気液分離膜を具備したことを特徴とするガス富化装置。
【請求項２】
ガス富化装置近傍の大気温度を検知する大気温度検知手段を有し、この大気温度検知手段で検知した大気温度に応じて、前記開閉手段の開閉が制御されることを特徴とする請求項１に記載のガス富化装置。
【請求項３】
前記気液分離膜は、その一部を細孔径が０．１〜１０μｍの領域に分布する膜で構成したことを特徴とする請求項１に記載のガス富化装置。
【請求項４】
前記気液分離膜は、多孔質の四弗化エチレン樹脂の膜と、この四弗化エチレン樹脂膜を担持するサポート繊維を組み合わせて構成されたことを特徴とする請求項１、３のいずれか一項に記載のガス富化装置。
【請求項５】
前記気液分離膜は、多孔質の四弗化エチレン樹脂の膜を、前記サポート繊維で両側から挟み込んで張り合わせて構成されていることを特徴とする請求項４に記載のガス富化装置。
【請求項６】
前記気液分離膜はプリーツ加工を施されて前記大気導入部の吸入部に収納されていることを特徴とする請求項１、３、４、５のいずれか一項に記載のガス富化装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載のガス富化装置を空気調和機に搭載し、このガス富化装置でつくられた所定のガスが富化された空気を被空調空間に供給することを特徴とする空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、空気中の所定のガス濃度を他のガスに対して相対的に向上させるガス富化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、選択性ガス透過膜を用いる酸素富化装置や窒素富化装置など特定のガス濃度を相対的に向上させる装置は、医療用の酸素富化装置、空気調和機、空気清浄機などの機器について種々の発明がなされている。
【０００３】
例えば酸素濃度を向上させるものとして、分離型空気調和機の室外機に酸素富化手段を設け、酸素が富化された空気を輸送配管を介して室内機に送り、室内側に放出して被空調空間である室内の酸素濃度を向上させて、居住者の快適性の向上に供するという発明が開示されている（特許文献１など）。
【０００４】
一方、上記発明で課題として取り上げられているように、選択性ガス透過膜のひとつである酸素富化膜を用いる酸素富化操作では、酸素富化膜は空気中の酸素をより多く透過させるものの、同時に空気中の水分も選択的に透過させる特性を持っている。
【０００５】
即ち、酸素富化膜の１次側の空気に対して、膜を透過した２次側では水分が多く透過した分だけ相対的に湿度が高くなり、露点が１次側の空気に比べて上昇する。このため、膜の２次側配管中でしばしば結露水が発生することが知られている。
【０００６】
上記結露水が空気調和機の室内機で放散されて、室内を濡らしたり、ユーザに降りかかって不快感を与えたりしないように、上記発明では室内機において、酸素富化空気の輸送流路に酸素富化空気を冷却して含有水分を結露させる熱交換器を設け、さらにその後流側に水分離器を設けて、水分が室内に飛散するのを未然に防止している。
【特許文献１】特開平５−１１３２２７号公報（第１図等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のように酸素富化を行なうと酸素富化空気の通風配管中に結露水が滞留する可能性があるため、場合によっては雑菌などが繁殖したりしかねないし、また結露水が滞留したまま低温下にさらされて凍結すれば通風配管が閉塞したりしかねない。従って結露水を除去するために、酸素富化運転の終了時などに通風配管内を乾燥させるべく、酸素富化膜を通過しない、富化ガスとは相対的に低湿度である大気を膜などの通過抵抗なく通風配管に導入して結露水を排出し、または配管内を乾燥させることが考えられる。
【０００８】
しかしながら、配管に対して通常の屋外の空気（大気）を導入した場合、これに含まれる塵埃なども導かれる可能性がある。そのため大気導入部の吸入口にメッシュの金網などを設けて塵埃を捕獲したとしても、海岸近辺などで塩分を含んだ空気のように液滴に混在して減圧ポンプや配管に侵入してくる物質までは捕獲できない。
【０００９】
もし、上記の塩分や酸分がミスト状の水分に混在して減圧ポンプや配管に侵入した場合には、特に対塩害性の低い金属、樹脂を構成部品の材料とする減圧ポンプなどにおいて腐食が起こり得る。例えば、減圧ポンプとしてベーンロータリー式の減圧ポンプを用いた場合には、金属製の給排気弁やベーンが塩水などの影響で金属どうし固着したりするという不具合が発生する可能性がある。
【００１０】
本願発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、減圧手段が不純物を吸い込むことを防止することにより、その寿命・信頼性を高めるガス富化装置およびそれを具備した空気調和機を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために本願発明のガス富化装置は、少なくとも選択性ガス透過膜と、この選択性ガス透過膜の一方の側を減圧して所定のガスを富化させる減圧手段と、減圧手段の吸入側に選択性ガス透過膜を通過せずに大気を導入する大気導入部と、大気導入部の流路を開閉する開閉手段とを有するとともに、大気導入部の吸入部にガスは透過するが液は透過しない気液分離膜を具備している。
【発明の効果】
【００１２】
本願発明のガス富化装置は、外気温度が低温になった場合、開閉手段を開にして、選択性ガス透過膜２次側の空気に比べて湿度が相対的に低い空気（大気）を大量に輸送配管に流すことにより、輸送配管中で滞留した結露水を一掃することが可能になるとともに、大気導入時には吸入部に設けた気液分離膜の効果により、塩分を含んだ水分や粉塵などが減圧手段等に侵入することを未然に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本願発明は、選択性ガス透過膜と減圧手段とを有するガス富化装置において、選択性ガス透過膜と減圧手段とを連通する流路に大気導入部を設け、この大気導入部には開閉手段を設け、さらに大気導入部の吸入部に、ガスは透過するが液は透過しない気液分離膜を設けることにより、ポンプ機構部での錆びの発生、あるいは粉塵による摺動部の焼き付きの発生が抑制され、減圧手段の寿命・信頼性を高めることができる。
【００１４】
上記ガス富化装置において、当該装置が設置されている環境の大気の温度を検知する大気温度検知手段を設け、外気温度が低い時には開閉手段を開けることにより、湿度の低い空気を大量に輸送配管に供給するので、流路での氷結や閉塞を防止することができる。
【００１５】
また上記気液分離膜を、その一部に細孔径がおよそ０．１〜１０μｍの領域に分布する多孔質膜を用いることにより、雨や水（粒子径１００〜３０００μｍ）が吸入ポンプ内に進入するのを確実に防ぐとともに、また大気中の粉塵の進入をほとんど防止することができる。
【００１６】
また、上記気液分離膜を、多孔質の四弗化エチレン樹脂の膜とこの四弗化エチレン樹脂膜を担持するサポート繊維を張り合わせて構成することにより、四弗化エチレンの撥水性作用で水を的確にはじいてポンプ内に水分を進入させなくするとともに、サポート繊維で膜の強度を高め、膜の寿命ひいては装置の寿命を高めることができる。
【００１７】
また、上記気液分離膜を、多孔質の四弗化エチレン樹脂の膜をサポート繊維で両側から挟み込んで張り合わせて構成することにより、四弗化エチレン膜の前面に位置するサポート繊維が空気吸入時にフィルターの役目を果たし、これが四弗化エチレン膜を保護し膜の寿命を高めることができる。
【００１８】
また、上記気液分離膜にプリーツ加工を施してコンパクトにまとめ大気導入部の吸入部に収納することにより、気液分離膜の実質的な表面面積を拡大し、四弗化エチレン膜の粉塵による目詰まりを遅延させ、装置の長寿命化を図ることができる。
そして、上記のようなガス富化装置を空気調和機の室外機に搭載して、このガス富化装置でつくられた所定のガス濃度が高い空気を空気調和機の室内機側に供給する空気調和機を
構成する。この選択ガス富化装置は、外気温度が０℃以下まで低下する地域、あるいは塩水を含んだ風が吹く沿岸地域においても、輸送配管が低温で閉塞することがなく、あるいは減圧手段が錆びや粉塵で故障することがなくなるので、これらの地域においても選択ガス富化装置を空気調和機の室外機に搭載して使用することができる。
【００１９】
以下、本願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、以下の実施の形態によって本願発明が限定されるものではない。
【００２０】
（実施の形態１）
まず図１、図２、図３を用いて本願発明の実施の形態１について説明する。
図１は、本願発明にかかるガス富化装置の１つである酸素富化装置の図である。同図において、酸素富化装置１２は、選択性ガス透過膜の１つである酸素富化膜２と、減圧手段３と、酸素富化膜２と減圧手段３とを連結する酸素供給管４と、減圧手段３から吐き出された酸素濃度の高い空気を室内に供給する輸送配管５を、主な流路として備えている。ここで酸素富化膜２は、酸素膜フレーム１に装着固定されてユニットとして構成されている。一方、酸素供給管４の途中に吸入バイパス経路として大気導入管６が接続されており、この大気導入管６の吸入部には気液分離膜８、その途中には開閉手段である電磁開閉弁９を備えている。ここで気液分離膜８は、吸入膜フレーム７の表面に装着固定されている。さらに、酸素富化装置１２は制御装置１１を備え、大気温度センサー１０にて雰囲気温度（大気温度）Ｔを検知し、減圧手段３の駆動部３ａと電磁開閉弁９を制御する構成になっている。
【００２１】
次に上記構成の酸素富化装置１２を用いて、酸素富化を行う動作と共に、本願発明に係る動作について説明する。なお、気液分離膜８としては例えば日東電工社製のテミッシュ（登録商標）等のポリテトラフルオロエチレン多孔質膜が気体通気性、防塵・防水性などの面から好適である。
【００２２】
上記構成において、減圧手段３が運転されると、矢印Ｑｏで示す空気が酸素富化膜２に吸込まれ、ここで酸素濃度が高くなった空気は酸素供給管４、減圧手段３、輸送配管５を経て室内に供給される。
【００２３】
次に大気導入管６の役割と電磁開閉弁９の動作について、図１，２，３を用いて説明する。電磁開閉弁９は、酸素富化装置１２が運転停止の状態では閉になっている。酸素富化装置１２の運転が始まると、制御装置１１は大気温度センサー１０により外気温度ｔａを検知し、予め設定された温度ｔ１と比較する。温度関係がｔａ＞ｔ１の場合は、電磁開閉弁９は閉じたままで酸素富化運転を継続する。
【００２４】
一方、温度関係がｔａ＜＝ｔ１の場合は、所定の時間（Ｔ１）電磁開閉弁９を閉じた状態で酸素富化運転を実施した後、次に一定時間（Ｔ２）は、減圧手段３は運転したままの状態で電磁開閉弁９を開き、大気導入管６の吸入部に設けた気液分離膜８から大気を吸入するという吸入バイパス運転を行う。温度関係がｔａ＜＝ｔ１が続く限り、上記の酸素富化運転（Ｔ１）と吸入バイパス運転（Ｔ２）を交互に繰り返す。
【００２５】
ここで、温度ｔ１はおよそ０℃前後に設定されている。外気温度が０℃以下の状態で長時間に亘り酸素富化運転のみが継続されると、輸送配管５中で結露水が凍結し、それが次第に積み重なって、酸素富化膜２から吸込まれる空気量Ｑ０は図２に示すように低下し、最後には輸送配管５が閉塞してしまう。そこで、本願発明では前記のような吸入バイパス運転を導入している。
【００２６】
酸素富化膜２と気液分離膜８の空気通過抵抗を比較すると、気液分離膜８の空気通過抵
抗が酸素富化膜２の抵抗より１桁程度小さいのが一般的である。したがって、吸入バイパス運転では、減圧手段３の入口は酸素富化膜２と気液分離膜８の両方につながっているが、両者の空気抵抗の関係から大量の外気Ｑａが気液分離膜８から吸入ポンプ３に吸込まれる。したがって、冬季の外気温度が低い状態（ｔａ＜＝ｔ１）における運転時間と流量関係は、図３に示されるように、酸素富化運転（Ｔ１）に比較し吸入バイパス運転（Ｔ２）では空気流量が大幅に増加する。
【００２７】
この吸入バイパス時の空気Ｑａは、酸素富化された空気に比較して湿度が低い上、さらにはその流量が多いので、酸素富化運転時に輸送配管５内で生じた結露水を一掃することができる。また、輸送配管５内で結露水が氷結した場合であっても、これを融解し蒸発させる役割をも果たし、結果的には外気温度が低い冬季であっても長時間の酸素富化運転を可能にするという効果がもたらされる。
【００２８】
また、酸素富化膜２は液体の水や粉塵を透過させないが、従来、大気導入管６の吸入部には塵フィルターしか取り付けていなかったので、吸入バイパス運転時、この吸入部から水分、地域によっては塩水ミストが吸込まれる場合があった。水分や塩分が吸入ポンプ３に吸込まれると吸入ポンプ機構部内で短期間に錆びが発生し、機構部が動作しなくなるという問題が生じていた。そこで、本願発明では、大気導入管６の吸入部に気液分離膜８を設置し、吸入バイパス運転時に水や塩水ミストを吸込まなくしている。
【００２９】
ここで気液分離膜８は、その細孔径を０．１〜１０μｍの範囲に設定している。水の粒径はおよそ１００〜３，０００μｍであり、水蒸気の粒径はおよそ０．００５μｍであるので、上記のような細孔径の設定にすることにより、気液分離膜８は空気を通過させるが液体の水は通過させない。塩分は水に溶けて減圧手段３内に吸込まれるので、この気液分離膜８により塩分の進入も防止することができる。また、この気液分離膜８は細孔径が小さいので粉塵を捕集するフィルターの役割をも果たす。
【００３０】
気液分離膜８の細孔径が小さくいほど粉塵の捕集効果が高まるが、その一方、目詰まりを起こしやすくなり、長期間の使用に耐えないという問題が発生する。  図４に、各種の細孔径に関して、吸入バイパスの連続運転時間に対する空気流量Ｑａの変化を調べた実験結果を示す。ここでは、初期の空気流量を１．０と表示している。図４からわかるように、膜８の細孔径を０．１μｍ以下に設定すると流量低下が速く長期間の使用に耐えない。このことより、細孔径の分布を０．１〜１０μｍの範囲に設定した。以上のことから、減圧手段３には空気以外の不純物が吸込まれなくなって、その長寿命化が図れるという効果が得られる。
【００３１】
（実施の形態２）
次に実施の形態２について図５を用いて説明する。図５は、大気導入管６の吸入部の拡大図である。吸入膜フレーム７の入口部に気液分離膜８が装着固定されているが、この気液分離膜８は、四弗化エチレン樹脂の多孔質膜８ａとサポート繊維８ｂを張り合わせて構成されている。四弗化エチレン樹脂の多孔質膜８ａが直接外気と接触するように吸入膜フレーム７に設置してある。これにより、膜８ａの表面に液体の水がかかった場合においても、四弗化エチレンの撥水性作用により水がはじかれ、さらには細孔の穴径が小さいことにより液体は内部に侵入しない。さて、空気を吸込む時に四弗化エチレン樹脂の多孔質膜８ａの前後には圧力差が生じ、この差圧が四弗化エチレン樹脂の多孔質膜８ａの表面を内側に向かって押すが、その背面をサポート繊維８ｂで支える構成となっているので、四弗化エチレン樹脂の多孔質膜８ａの伸びを抑制することができる。この結果、気液分離膜８の寿命を長くすることができる。なお、このサポート繊維８ｂは、ポリエステル系あるいはポリオレフィン系の布か不織布を使用するのが強度の観点から望ましい。
【００３２】
（実施の形態３）
次に実施の形態３について図６を用いて説明する。図６も、大気導入管６の吸入部の拡大図である。ここでは、気液分離膜８は、多孔質の四弗化エチレン樹脂の膜８ａをサポート繊維８ｂ、８ｃで両側から挟み込んで張り合わせて構成している。四弗化エチレン膜８ａの前面に位置するサポート繊維８ｃが空気吸入時にフィルターの役目を果たし、サポート繊維８ｂは四弗化エチレン膜８ａを背面から支持する役目を果たす。このサンドイッチ構成で目詰まり防止と強度ＵＰを図り、多孔質の四弗化エチレン樹脂の膜８ａの寿命を高めることができる。
【００３３】
（実施の形態４）
次に実施の形態４について図７を用いて説明する。図７も、大気導入管６の吸入部の拡大図である。ここでは、気液分離膜８にプリーツ加工を施してコンパクトにまとめ、大気導入管６の吸入部に収納することにより、気液分離膜８の実質的な表面面積を拡大している。これにより気液分離膜８の粉塵による目詰まりを遅延させ、装置の長寿命化を図ることができる。
【００３４】
（実施の形態５）
次に実施の形態５について図８を用いて説明する。図８は、分離型の空気調和機の室外機１３に本願発明による酸素富化装置１２を搭載し、この酸素富化装置１２でつくられた酸素濃度の高い空気を空気調和機の室内機１４に供給するものである。この空気調和機１３に搭載した酸素富化装置１２は、外気温度が０℃以下に低下する地域、あるいは塩水を含んだ風が吹く沿岸地域においても、輸送配管５が氷で閉塞することなく、あるいは減圧手段が錆びや粉塵で故障することがなくなる。したがって、これらの地域においても酸素富化装置１２を空気調和機の室外機１３に搭載して使用することができるので、酸素富化装置１２付の空気調和機を設置する場所の地域制限がなくなるという効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
以上のように、本願発明にかかるガス富化装置は、低温時でも配管内で氷結することが無く、かつ減圧手段の内部に水分，塩分や粉塵が吸込まれることがなくなるので、装置の長寿命化が図れると同時に設置の場所制限もなくなり、上記の空気調和機に加え、車両用空気調和装置、一体形空気調和装置、空気清浄機、医療用酸素富化装置、携帯用酸素富化装置、燃焼機器用酸素富化装置、冷蔵庫など鮮度保持に用いる窒素富化装置などに展開しても同様の効果を期待できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本願発明の第１の実施の形態を示す酸素富化装置の構成図
【図２】低外気温時に酸素富化運転のみを継続した時の空気流量特性図
【図３】本願発明の第１の実施の形態における低外気温時の空気流量特性図
【図４】気液分離膜の各種細孔径における流量特性図
【図５】本願発明の第２の実施の形態を示す大気導入管の吸入部の構成図
【図６】本願発明の第３の実施の形態を示す大気導入管の吸入部の構成図
【図７】本願発明の第４の実施の形態を示す大気導入管の吸入部の構成図
【図８】本願発明にかかる酸素富化装置を空気調和機に搭載した構成図
【符号の説明】
【００３７】
２    酸素富化膜（選択性ガス透過膜）
３    減圧手段
４    酸素供給管
５    輸送配管
６    大気導入管
８    気液分離膜
８ａ  四弗化エチレン膜樹脂
８ｂ、８ｃ  サポート繊維
９    電磁開閉弁
１０    大気温センサー
【図１】
2005193139.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2005193139.tif 000007
【図６】
2005193139.tif 000008
【図７】
2005193139.tif 000009
【図８】
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