(57)【要約】【課題】酸素富化膜透過後空気を搬送する送出配管内で発生した結露水を除去することにより、差圧発生手段の負荷を最小限に抑え、連通路内での凍結を防止して、安定した供給を可能とする選択性ガス富化装置を提供する。【解決手段】酸素富化膜と、差圧発生手段と、第一の連通路と、第二の連通路と、第三の連通路と、第四の連通路と、第一の開閉手段と、第二の開閉手段と、第三の開閉手段とを備え、制御要求信号の発生に基づいて第一の開閉手段、第二の開閉手段、第三の開閉手段を開閉し、差圧発生手段により、第二の空間の空気を第一の空間に定期的に搬送してなるもので、第二の連通路内で発生した結露水を、第二の連通路、第三の連通路、第四の連通路を通じ、第一の連通路を介して空間に排出することで、第二の連通路の凍結を防止し、酸素富化空気の安定した供給を可能とする。【選択図】図１
2005270760.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の空間に配置された選択性ガス富化膜と、この選択性ガス富化膜に差圧を発生させる差圧発生手段と、前記選択性富化膜と前記差圧発生手段をつなぐ第四の連通路と、前記差圧発生手段と第二の空間をつなぐ第二の連通路を有し、第一の空間から前記選択性ガス富化膜を通して吸引した空気の所定ガスの濃度を高めて前記第四の連通路、及び前記第二の連通路を介し、第二の空間に富化ガスを供給する選択性ガス富化装置であって、前記第二の連通路に第二の開閉手段を備え、前記差圧発生手段と前記第二の開閉手段の間に第一の空間と連通する第一の連通路、及び前記第一の連通路を開閉する第一の開閉手段と、前記第二の開閉手段を通過して第二の空間に向かう第二の連通路から分岐し、前記第四の連通路に連通する第三の連通路、及び前記第三の連通路を開閉する第三の開閉手段を備えた流れ方向変更手段で、制御要求信号の発生に基づいて前記第一の開閉手段から第三の開閉手段を開閉し、前記差圧発生手段により、第二の空間の空気を第一の空間に搬送してなる選択性ガス富化装置。
【請求項２】
前記制御要求信号として、前記第一の開閉手段、及び前記第三の開閉手段を閉、前記第二の開閉手段を開とした選択性ガス富化膜運転モードと、前記第一の開閉手段、及び前記第三の開閉手段を開、前記第二の開閉手段を閉とした空気搬送運転モードを有する請求項１に記載の選択性ガス富化装置。
【請求項３】
前記空気搬送運転モードと前記選択性ガス富化膜運転モードの時間配分であって、前記富化膜運転モードの連続運転時間を所定時間以内とし、前記空気搬送モードの連続運転時間が前記富化膜運転モードの連続運転時間の３倍以上となる請求項１または２に記載の選択性ガス富化装置。
【請求項４】
第一の空間に配置された選択性ガス富化膜と、この選択性ガス富化膜に差圧を発生させる差圧発生手段と、前記選択性富化膜と前記差圧発生手段をつなぐ第四の連通路と、前記差圧発生手段と第二の空間をつなぐ第二の連通路を有し、第一の空間から前記選択性ガス富化膜を通して吸引した空気の所定ガスの濃度を高めて前記第四の連通路、及び前記第二の連通路を介し、第二の空間に富化ガスを供給する選択性ガス富化装置であって、前記第二の連通路に水分離手段を備え、前記水分離手段から第一の空間に連通する第一の連通路、及び前記第一の連通路を開閉する第一の開閉手段を有し、制御要求信号の発生に基づいて開閉手段を開閉し、前記差圧発生手段により第一の空間から前記選択性ガス富化膜を通して吸引した空気を前記第一の連通路を介して第一の空間に定期的に搬送してなる選択性ガス富化装置。
【請求項５】
前記制御要求信号として、前記開閉手段を閉とした選択性ガス富化膜運転モードと、前記開閉手段を開とした滞留水分排出運転モードを有する請求項４に記載の選択性ガス富化装置。
【請求項６】
前記滞留水分排出運転モードと前記選択性ガス富化膜運転モードの時間配分であって、前記選択性ガス富化膜運転モードの連続運転時間を第一の所定時間以内とし、その間に少なくとも滞留水分排出運転モードを第二の所定時間以上実施してなる、請求項４もしくは５に記載の選択性ガス富化装置。
【請求項７】
前記水分離手段の通路断面積が、前記第二の連通路の流路断面積の５倍以上となる請求項４から６のいずれかに記載の選択性ガス富化装置。
【請求項８】
前記水分離手段内部にメッシュフィルターを設けてなる、請求項４から７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、空気中に存在する特定のガスの濃度を、他のガスと比較して相対的に高めてなる選択性ガス富化装置の構成、及び制御に関するもの。
【背景技術】
【０００２】
従来、選択性ガス富化技術を用いて特定のガス濃度を高める手段として、酸素富化装置、窒素富化装置などがあり、幅広い分野で活用されている。酸素濃度を向上させるものの一例として、分離型空気調和機の室外機側に酸素富化膜を設け、酸素が富化された空気を送出用配管を介して室内機側に搬送し、室内側空間の酸素濃度を安定させることにより、室内側空間の快適性を向上させるという発明が開示されている。
【０００３】
酸素富化膜を透過させる酸素富化方法を用いる場合、大気中の大半を占める窒素と分離させ選択的に酸素を透過させる際、同時に水分も透過させる性質を持ち合わせている。即ち、酸素富化膜の透過前空気と比較して、酸素富化膜透過後の空気は窒素が分離された分だけ相対的に湿度が高くなり、露点が酸素富化膜透過前空気に比べて上昇するため、酸素富化膜の透過後空気を搬送する送出配管内では結露が発生しやすい傾向にあり、室内側空間に酸素富化空気を供給する際に、結露水が飛散してしまう可能性が生じる。このため、室内機側に酸素富化空気用熱交換器、水分離器を設けることにより、結露水を凝縮、分離し、室内空間への飛散を防止している（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図３は特許文献１に記載された従来の選択性ガス富化装置を示すものである。図３に示すように、室外機１内に配置された膜式酸素富化手段３と、室内機２内に配置された酸素富化空気用熱交換器４と、水分離器５と、室外機１側から室内機２側に富化空気を送る送出配管６から構成されている。
【特許文献１】特開平５−１１３２２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来の構成では、室外機側から室内機側へ酸素富化膜透過後空気を搬送する送出配管が低温雰囲気に暴露される場合、送出配管内部で結露水が凍結してしまう可能性があり、酸素富化された空気を室内に搬送できなくなってしまう。また、凍結しない場合でも結露水により、空気を吸引する差圧発生手段の負荷が増大し、正常に動作しない可能性が生じ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、酸素富化膜透過後空気を搬送する送出配管内で発生した結露水を除去することにより、差圧発生手段の負荷を最小限に抑え、送出配管内での凍結を防止して、安定した供給を可能とする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】
【０００７】
前記従来の課題を解決するために、本発明の請求項1記載の選択性ガス富化装置は、選択性ガス富化膜と、差圧を発生させる差圧発生手段と、選択性ガス富化膜と差圧発生手段をつなぐ第四の連通路と、差圧発生手段と第二の空間をつなぐ第二の連通路を有し、第一の空間から選択性ガス富化膜を通して吸引した空気の所定ガスの濃度を高めて第四の連通路、及び第二の連通路を介し、第二の空間に富化ガスを供給する選択性ガス富化装置であって、第二の連通路に第二の開閉手段を備え、差圧発生手段と第二の開閉手段の間に第一の空間と連通する第一の連通路、及び第一の連通路を開閉する第一の開閉手段と、第二の
開閉手段を通過して第二の空間に向かう第二の連通路から分岐し、第四の連通路に連通する第三の連通路、及び第三の連通路を開閉する第三の開閉手段を備えた流れ方向変更手段で、制御要求信号の発生に基づいて第一の開閉手段から第三の開閉手段を開閉し、差圧発生手段により、第二の空間の空気を第一の空間に定期的に搬送してなるものである。
【０００８】
これによって、第二の連通路内で発生した結露水を、第二の連通路、第三の連通路、第四の連通路を通じ、第一の連通路を介して排出させることで第二の連通路の凍結を防止し、常時安定して富化ガスを供給することを目的とする。
【０００９】
また、本発明の請求項４に記載の選択性ガス富化装置は、選択性ガス富化膜と、差圧を発生させる差圧発生手段と、選択性ガス富化膜と差圧発生手段をつなぐ第四の連通路と、差圧発生手段と第二の空間をつなぐ第二の連通路を有し、第一の空間から選択性ガス富化膜を通して吸引した空気の所定ガスの濃度を高めて第四の連通路、及び第二の連通路を介し、第二の空間に富化ガスを供給する選択性ガス富化装置であって、第二の連通路に水分離手段を備え、水分離手段から第一の空間に連通する第一の連通路、及び第一の連通路を開閉する開閉手段を有し、制御要求信号の発生に基づいて開閉手段を開閉し、差圧発生手段により第一の空間から選択性ガス富化膜を通して吸引した空気を第一の連通路を介して第一の空間に定期的に搬送してなるものである。
【００１０】
これによって、差圧発生手段を通過した高湿度の空気を、水分離手段にて凝縮させ、第一の連通路を介して排出させることで第二の連通路の凍結を防止し、常時安定して富化ガスを供給することを目的とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の選択性ガス富化装置は、連通路内に発生した結露水を除去し、凍結を防止することで連通路が低温雰囲気に暴露されている場合でも、富化ガスを安定して供給することができる。また、差圧発生手段の負荷を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
請求項１に記載の本発明は、選択性ガス富化膜と、差圧を発生させる差圧発生手段と、選択性ガス富化膜と差圧発生手段をつなぐ第四の連通路と、差圧発生手段と第二の空間をつなぐ第二の連通路を有し、第一の空間から選択性ガス富化膜を通して吸引した空気の所定ガスの濃度を高めて第四の連通路、及び第二の連通路を介し、第二の空間に富化ガスを供給する選択性ガス富化装置であって、第二の連通路に第二の開閉手段を備え、差圧発生手段と第二の開閉手段の間に第一の空間と連通する第一の連通路、及び第一の連通路を開閉する第一の開閉手段と、第二の開閉手段を通過して第二の空間に向かう第二の連通路から分岐し、第四の連通路に連通する第三の連通路、及び第三の連通路を開閉する第三の開閉手段を備えた流れ方向変更手段で、制御要求信号の発生に基づいて第一の開閉手段から第三の開閉手段を開閉し、差圧発生手段により、第二の空間の空気を第一の空間に定期的に搬送するものである。そしてこの構成によれば、第二の連通路内の結露水を除去することが可能となり、第二の連通路内での結露水の凍結を防止することができる。
【００１３】
請求項２に記載の本発明は、特に請求項１に記載の選択性ガス富化装置の制御要求信号による制御動作を、第一の開閉手段、及び第三の開閉手段を閉、第二の開閉手段を開とした選択性ガス富化膜運転モードと、第一の開閉手段、及び第三の開閉手段を開、第二の開閉手段を閉とした空気搬送運転モードの２モードとするものである。そしてこの構成によれば、制御信号の指令によって、運転モードの切替が可能となり、連通路内で発生した結露水の装置外への排出を容易に行うことができる。
【００１４】
請求項３に記載の本発明は、特に請求項１、または２に記載の選択性ガス富化装置の空
気搬送運転モードと選択性ガス富化膜運転モードの時間配分であって、選択性ガス富化膜運転モードの連続運転時間を２０分以内とし、空気搬送モードの連続運転時間が選択性ガス富化膜運転モードの連続運転時間の３倍以上となるように設定するものである。そしてこの構成によれば、連通路内の水分を排出する為に必要な空気流量を確保することが可能となり、連通路内での凍結防止の信頼性を向上させることができる。
【００１５】
請求項４に記載の本発明は、選択性ガス富化膜と、差圧を発生させる差圧発生手段と、選択性ガス富化膜と差圧発生手段をつなぐ第四の連通路と、差圧発生手段と第二の空間をつなぐ第二の連通路を有し、第一の空間から選択性ガス富化膜を通して吸引した空気の所定ガスの濃度を高めて第四の連通路、及び第二の連通路を介し、第二の空間に富化ガスを供給する選択性ガス富化装置であって、第一の空間側の第二の連通路に水分離手段を備え、水分離手段から第一の空間に連通する第一の連通路、及び第一の連通路を開閉する第一の開閉手段を有し、制御要求信号の発生に基づいて開閉手段を開閉し、差圧発生手段により第一の空間から選択性ガス富化膜を通して吸引した空気を第一の連通路を介して第一の空間に定期的に搬送するものである。そしてこの構成によれば差圧発生手段を通過した高湿度の空気を水分離手段にて凝縮させることが可能となり、第二の連通路内での結露水の凍結を防止することができる。
【００１６】
請求項５に記載の本発明は、特に請求項４に記載の選択性ガス富化装置の制御要求信号による制御動作を、第一の開閉手段を閉とした選択性ガス富化膜運転モードと、第一の開閉手段を開とした滞留水分排出運転モードの２モードとするものである。そしてこの構成によれば、制御信号の指令によって、運転モードの切替が可能となり、水分離手段内に滞留した結露水を容易に装置外に排出することができる。
【００１７】
請求項６に記載の本発明は、特に請求項４、または５に記載の選択性ガス富化装置の滞留水分排出運転モードと選択性ガス富化膜運転モードの時間配分であって、選択性ガス富化膜運転モードの連続運転時間を５分以内とし、その間に少なくとも滞留水分排出運転モードを１分以上実施するものである。そしてこの構成によれば、水分離手段内での結露水の滞留を短縮することが可能となり、水分離手段内での結露水の凍結を防止することができる。
【００１８】
請求項７に記載の本発明は、特に請求項4から６のいずれか１つに記載の選択性ガス富化装置内に配置された水分離手段の通路断面積を、第二の連通路の流路断面積の5倍以上とするものである。そしてこの構成によれば、水分を含んだ富化ガスの流速を下げ、冷却時間を増加させることが可能となり、富化ガスと水分との分離を容易にすることができる。
【００１９】
請求項８に記載の本発明は、特に請求項４から７のいずれか１つに記載の選択性ガス富化装置内に配置された水分離手段内部にメッシュフィルターを設けるものである。そしてこの構成によれば、富化ガス中の水分がメッシュに付着し、凝縮を促進させることが可能となり、水分の分離時間を短縮することができる。
【００２０】
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。
【００２１】
（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分離型空気調和機に配置された選択性ガス富化装置の構成を示すものである。
【００２２】
本実施例では選択性ガス富化装置の一例として、酸素富化装置を説明する。第一の空間
の空気中に存在する酸素の濃度を、他のガスと比較して相対的に高めて、第二の空間に搬送供給するもので、図１において、第一の空間１０に酸素富化装置２３が設置され、第二の空間１１に富化ガスが供給される場合を想定する。第一の空間１０は室外、第二の空間１１は室内であるのが一般的である。酸素富化装置２３には酸素富化膜１２と、差圧発生手段１３と、酸素富化膜１２と差圧発生手段１３をつなぐ第四の連通路２０と、差圧発生手段１３と第二の空間１１をつなぐ第二の連通路１８と、第二の連通路１８を開閉する第二の開閉手段１５と、差圧発生手段１３と第二の開閉手段１５の間に第一の空間１０と連通する第一の連通路１７と、第一の連通路１７を開閉する第一の開閉手段１４と、第二の開閉手段１５と第二の空間１１の間に、第二の連通路１８から分岐し、第四の連通路２０に連通する流れ変更手段である第三の連通路１９と、第三の連通路１９を開閉する第三の開閉手段１６を備えている。また、制御出力手段２１は、制御要求信号により酸素富化運転と空気搬送運転の切替を判断し、第一の開閉手段１４、第二の開閉手段１５、第三の開閉手段１６に、出力信号を送信するものである。
【００２３】
以上のように構成された酸素富化装置２３について、以下その動作、作用を説明する。
【００２４】
まず、通常の酸素富化運転で使用する場合、第一の開閉手段１４、第三の開閉手段１６は閉、第二の開閉手段１５は開となっており、差圧発生手段１３によって、酸素富化膜１２を介して吸引された酸素富化空気は、第四の連通路２０から第二の連通路１８を経由し、室内側である第二の空間１１に搬送される。つまり、実線矢印で示す経路を確保した状態になっている。しかし、酸素富化膜運転が長時間行なわれた場合、第二の連通路１８が低温雰囲気に暴露されるケースにおいては、第二の連通路１８に存在する結露水の凍結によって閉塞してしまい、酸素富化空気を第二の空間１１側に搬送できなくなる恐れがあるため、第二の連通路１８内の結露水を除去する必要が生じる。そこで、酸素富化膜運転の時間を２０分以内とし、その後空気搬送運転の時間を、酸素富化膜運転時間の３倍以上行なうよう、制御出力手段に制御要求信号が発令される。この場合、制御出力手段２１から、第一の開閉手段１４、第三の開閉手段１６には開、開閉手段１５には閉となるように出力信号が発令され、搬送経路は点線矢印で示す経路に変更される。つまり、差圧発生手段１３によって吸引された第二の空間１０内の空気は第二の連通路１８から、流れ変更手段である第三の連通路１９を経由して第四の連通路２０に流入し、差圧発生手段１３によって吐出され、第一の連通路１７を介して第一の空間１０に排出される。以上のように空気搬送運転を一定時間毎に行うことにより、第二の連通路１８内の結露水を除去することが可能となり、第二の連通路１８の凍結による閉塞を防止することができる。また、差圧発生手段１３への負荷を抑制することができる。
【００２５】
（実施の形態２）
図２は、本発明の第２の実施の形態における分離型空気調和機に配置された選択性ガス富化装置の構成を示すものである。
【００２６】
本実施例では選択性ガス富化装置の一例として、酸素富化装置を説明する。第一の空間の空気中に存在する酸素の濃度を、他のガスと比較して相対的に高めて、第二の空間に搬送供給するもので、図２において、第一の空間１０に酸素富化装置２３が設置され、第二の空間１１に富化ガスが供給される場合を想定する。第一の空間１０は室外、第二の空間１１は室内であるのが一般的である。第一の空間１０は室外、第二の空間１１は室内であるのが一般的である。酸素富化装置２３には酸素富化膜１２と、差圧発生手段１３と、酸素富化膜１２と差圧発生手段１３をつなぐ第四の連通路２０と、差圧発生手段１３と第二の空間１１をつなぐ第二の連通路１８と、第二の連通路１８に配置される水分離手段２２と、水分離手段２２から第一の空間１０に連通する第一の連通路１７と、第一の連通路１７を開閉する開閉手段１４を備えている。また、制御出力手段２１は、制御要求信号により酸素富化運転と滞留水分排出運転の切替を判断し、第一の開閉手段１４に、出力信号を
送信するものである。
【００２７】
以上のように構成された酸素富化装置２３について、以下その動作、作用を説明する。
【００２８】
まず、通常の酸素富化運転で使用する場合、第一の開閉手段１４は閉となっており、差圧発生手段１３によって、酸素富化膜１２を介して吸引された酸素富化空気は、第四の連通路２０から第二の連通路１８、及び第二の連通路１８に配置された水分離手段２２を経由し、室内側である第二の空間１０に搬送される。つまり、実線矢印で示す経路を確保した状態になっている。第二の連通路１８に配置された水分離手段２２は、通路断面積が第二の連通路１８の５倍以上となるように設定され、内部にメッシュフィルターを備えている。これによって第二の連通路１８から水分離手段２２に流入した水分を含んだ酸素富化空気は、流速が低下することにより、雰囲気温度で冷却、凝縮される時間が増加する。
【００２９】
さらに、水分離手段２２内に備えられたメッシュフィルターに酸素富化空気中の水分を結露させ、凝縮を促進させることにより、酸素富化空気中の水分の分離を行なっている。しかし、酸素富化膜運転が長時間行なわれた場合、第二の連通路１８が低温雰囲気に暴露されるケースにおいては、水分離手段２２内で凝縮され、酸素富化空気から分離された結露水が、凍結し、蓄積することによって酸素富化流路が閉塞してしまい、酸素富化空気を第二の空間１１側に搬送できなくなる恐れがあるため、水分離手段２２内の結露水を除去する必要が生じる。そこで、酸素富化膜運転を５分以内とし、その間に少なくとも滞留水分排出運転を１分以上行なうよう、制御出力手段２１に制御要求信号が発令される。
【００３０】
この場合、制御出力手段２１から、第一の開閉手段１４に開となるように出力信号が発令され、搬送経路は点線矢印で示す経路に変更される。つまり、酸素富化膜１２を介し、第四の連通路２０を経て、差圧発生手段１３によって吸引された第一の空間１０内の空気は第二の連通路１８から、第一の連通路１７を介して第一の空間１０に排出される。以上のように滞留水分排出運転を一定時間毎に行うことにより、第二の連通路１８、水分離手段２２の結露水を除去することが可能となり、第二の連通路１８、水分離手段２２の凍結による閉塞を防止することができる。また、差圧発生手段１３への負荷を抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明にかかる選択性ガス富化装置は、連通路内に発生した結露水を除去し、凍結を防止することで連通路が低温雰囲気に暴露されている場合でも、富化ガスを安定して供給することができる。また、差圧発生手段の負荷を抑制することができるので、車両用空気調和機、空気清浄機等の用途にも適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態１における選択性ガス富化装置の構成図
【図２】本発明の実施の形態２における選択性ガス富化装置の構成図
【図３】従来の酸素富化機能付空気調和機の構成図
【符号の説明】
【００３３】
１  室外機
２  室内機
３  膜式酸素富化手段
４  酸素富化空気用熱交換器
５  水分離器
６  送出配管
１０  第一の空間
１１  第二の空間
１２  酸素富化膜
１３  差圧発生手段
１４  第一の開閉手段
１５  第二の開閉手段
１６  第三の開閉手段
１７  第一の連通路
１８  第二の連通路
１９  第三の連通路
２０  第四の連通路
２１  制御出力手段
２２  水分離手段
２３  酸素富化装置
【図１】
2005270760.tif 000003
【図２】
2005270760.tif 000004
【図３】
2005270760.tif 000005