酸素富化装置
【課題】周囲温度の変動があった場合でも、酸素富化空気の供給量や酸素濃度が変動しにくい酸素富化装置を提供する。
【解決手段】酸素富化空気を生成する複数の酸素富化手段１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄと、酸素富化空気を供給する供給口２と、各酸素富化手段１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄに接続され、酸素富化空気を供給口２に導入する流路を形成する配管３と、液体流れにより真空圧を発生させる真空圧発生手段４と、前記配管３の流路を切り換える切換手段５と、配管３内の圧力又は酸素富化手段１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの周囲温度を検知する検知手段６を備え、複数の酸素富化手段１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄはそれぞれ透過流量特性が異なる酸素富化膜１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを有しており、前記検知手段６で検知された圧力又は温度に応じて前記切換手段５により配管３の流路を切り換えて供給口２から供給される酸素富化空気の流量を制御する。
【解決手段】酸素富化空気を生成する複数の酸素富化手段１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄと、酸素富化空気を供給する供給口２と、各酸素富化手段１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄに接続され、酸素富化空気を供給口２に導入する流路を形成する配管３と、液体流れにより真空圧を発生させる真空圧発生手段４と、前記配管３の流路を切り換える切換手段５と、配管３内の圧力又は酸素富化手段１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの周囲温度を検知する検知手段６を備え、複数の酸素富化手段１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄはそれぞれ透過流量特性が異なる酸素富化膜１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを有しており、前記検知手段６で検知された圧力又は温度に応じて前記切換手段５により配管３の流路を切り換えて供給口２から供給される酸素富化空気の流量を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸素富化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、酸素富化装置としては、酸素富化膜と、真空ポンプと、酸素富化膜表面の空気を換気する換気ファンとから構成されるものが知られており、真空ポンプで発生させた真空圧を酸素富化膜に作用させて酸素濃度の高い酸素富化空気を生成している。このような構成の酸素富化装置は、酸素富化膜の特性とそれに接続される真空ポンプの特性でつり合うポイント一点で酸素富化空気の流量が決定されるため、使用者が自由に流量を変えることができなかった。
【０００３】
そこで、真空ポンプを複数台設けて一台の真空ポンプを経由して酸素富化空気を供給する流路と複数台の真空ポンプを直列に又は並列に経由して酸素富化空気を供給する流路を形成し、これらの流路が切り換え可能な酸素富化装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この酸素富化装置によれば、流路を切り換えることによって酸素富化膜の特性とそれに接続される真空ポンプの特性でつり合うポイントが変化して酸素富化空気の流量を変えることができる。
【特許文献１】特開２００６−２１２２４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、酸素富化膜は、周囲温度が高くなればその透過流量は増大し、酸素富化膜透過後の空気の酸素濃度は低下し、逆に周囲温度が低くなれば透過流量が低下し、酸素富化膜透過後の空気の酸素濃度は高くなるという特性を有している。そのため、周囲温度の変動によって、酸素富化空気の供給量や酸素濃度が変動するという問題があった。
【０００５】
本発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、周囲温度の変動があった場合でも、酸素富化空気の供給量や酸素濃度が変動しにくい酸素富化装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するために、以下のことを特徴としている。
【０００７】
酸素を選択的に透過させて酸素富化空気を生成する酸素富化膜を有する複数の酸素富化手段と、酸素富化空気を供給する供給口と、各酸素富化手段に接続され、各酸素富化手段で生成された酸素富化空気を供給口に導入する流路を形成する配管と、液体流れにより真空圧を発生させ、その真空圧を酸素富化手段に作用させて酸素富化手段で生成された酸素富化空気を配管を通して供給口に導入する真空圧発生手段と、前記配管の流路を切り換える切換手段と、配管内の圧力又は酸素富化手段の周囲温度を検知する検知手段を備え、複数の酸素富化手段はそれぞれ透過流量特性が異なる酸素富化膜を有しており、前記検知手段で検知された圧力又は温度に応じて前記切換手段により配管の流路を切り換えて供給口から供給される酸素富化空気の流量を制御する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、透過流量特性が異なる酸素富化膜を有する複数の酸素富化手段からそれぞれ酸素富化空気を所定の流量で供給する流路を形成し、配管内の圧力又は酸素富化手段の周囲温度に応じて流路の切り換えが行われるようになっているため、配管内の圧力や酸素富化手段の周囲温度が変動しても供給口から供給される酸素富化空気を所望の流量に制御することができる。さらに、真空ポンプが不要になりコスト安になるほか、真空ポンプの故障等を原因とする酸素富化空気の供給停止の心配がなくなる。また真空ポンプの設置空間を確保することが不要になり、装置としての小型化設計が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は前記のとおりの特徴をもつものであるが、以下に、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００１０】
図１は本発明の酸素富化装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【００１１】
本実施形態に係る酸素富化装置は、酸素富化空気を生成する複数の酸素富化手段１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄと、酸素富化空気を供給する供給口２と、各酸素富化手段１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄに接続される配管３と、液体流れにより真空圧を発生させる真空圧発生手段４と、前記配管３で形成される流路を切り換える切換手段５と、供給される酸素富化空気の流量を制御するための情報を検出する検知手段６を備えている。
【００１２】
酸素富化手段１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄはそれぞれ、窒素と酸素を分離して酸素を選択的に透過させる酸素富化膜１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを有しており、真空圧発生手段４で発生させた大気圧より低い真空圧をこの酸素富化膜１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの酸素が透過する側（下流側）に作用させることによって酸素富化膜１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの上流側の空気から酸素が選択的に多く取り込まれて相対的に酸素濃度の高い空気（酸素富化空気）が生成されるようになっている。
【００１３】
本実施形態では各酸素富化手段における酸素富化膜の透過流量特性が互いに異なっている。すなわち、各酸素富化膜に作用させる真空圧及び酸素富化膜の周囲温度を一定とした場合、その酸素富化膜を透過する酸素の透過流量が酸素富化膜毎に異なっている。このような酸素富化膜は一般に次のような特性を有している。すなわち、真空圧発生手段で発生させる真空圧を一定とした場合、酸素富化膜の周囲温度が高くなればその透過流量は増大し、酸素富化膜透過後の空気の酸素濃度は低下する。逆に周囲温度が低くなれば透過流量が低下し、酸素富化膜透過後の空気の酸素濃度は高くなる。そして酸素富化膜透過後の空気の酸素濃度と透過流量との積で決定される酸素富化空気の供給量は、一般的に周囲温度が高いほど増大する傾向にある。また真空圧発生手段で発生させる真空圧が大きくなる（より負圧側になる）ほど透過流量が増大し、酸素富化膜透過後の空気の酸素濃度が高くなり、酸素富化空気の供給量は一般的に増大する傾向にある。
【００１４】
酸素を透過させている酸素富化膜１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの近傍には透過しにくい窒素が富化された空気が滞留する。このため本実施形態では酸素富化膜１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの表面を換気する換気ファン１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄが設けられている。
【００１５】
酸素富化手段１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄはそれぞれ配管３で並列に接続されており、配管３の下流側端部は酸素富化空気を供給する供給口２に接続されている。この配管３は酸素富化手段１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄで生成された酸素富化空気を供給口２に導入する流路Ａ、Ｂ，Ｃ，Ｄを形成し、各流路Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを切り換える切換手段５としての電磁弁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄが配設されている。酸素富化空気は電磁弁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄによる流路の切り換えにより流路Ａ、Ｂ，Ｃ，Ｄのいずれかの流路を経由して供給口２に導入される。
【００１６】
図１に示すように、供給口２は真空圧発生手段４であるエジェクタ４１が配設された通水管７に接続されている。エジェクタ４１の上流側又は下流側には循環ポンプが配設されており、循環ポンプを駆動させることで通水管７に水流を発生させ、この水流がエジェクタ４１を通過するに伴い真空圧を発生させている。本実施形態ではエジェクタ４１で発生した真空圧を酸素富化膜１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄに作用させて酸素富化膜１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄで生成された酸素富化空気を配管３を通して供給口２から水流に混入するようにしている。通水管７の水流は、循環ポンプに拠らずに、例えば水道管と連結して水道水による高圧水流とされていてもよい。
【００１７】
このように本実施形態では、従来、酸素富化空気の供給に必要であった真空ポンプが不要になりコスト安になるほか、真空ポンプの故障等を原因とする酸素富化空気の供給停止の心配がなくなる。また真空ポンプの設置空間を確保することが不要になり、装置としての小型化設計が可能になる。
【００１８】
検知手段６は、供給口２から通水管７の水流に供給される酸素富化空気の流量を制御するための情報を検出する手段であり、本実施形態では例えば図１に示すように、配管３の流路Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの合流部の下流にダイヤフラム型の圧力センサ６１を設けて配管３内の圧力を検知するようにしている。
【００１９】
本実施形態に係る酸素富化装置は、圧力センサ６１によって検知された圧力情報に応じて配管３の流路Ａ、Ｂ，Ｃ，Ｄを切換手段５である電磁弁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄで切り換えて供給される酸素富化空気の流量を制御している。このような酸素富化空気の流量の制御は、例えば、配管３の電磁弁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ及び圧力センサ６１と電気的に接続されている制御部によって行われる。
【００２０】
図２は本実施形態に係る酸素富化装置で供給される酸素富化空気の流量−真空圧特性を示す図である。横軸は配管内の真空圧であり右に向かうほど真空圧が大きくなり（より負圧側になり）、縦軸は供給される酸素富化空気の流量を示している。直線ａ，ｂ，ｃ，ｄはそれぞれ流路Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを経由する酸素富化空気の流量−真空圧特性である。ここで直線ａ，ｂ，ｃ，ｄ間の傾きの違いは、酸素富化空気が生成される酸素富化手段における酸素富化膜の透過流量特性に起因するものである。透過流量特性が小さい酸素富化膜であれば、供給される酸素富化空気の流量も小さくなり直線の傾きが小さくなる。本実施形態では各酸素富化膜１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄについて透過流量特性がその順に小さくなるものを使用しており、図２では直線ａ，ｂ，ｃ，ｄの傾きが順次小さくなっている。
【００２１】
図２に示すように、流路Ａを経由する酸素富化空気の流量は真空圧がＰ１のときはＦ１、Ｐ６ときはＦ２となるが、真空圧がＰ６より大きい場合にはＦ２を超える流量となる。そこで供給される酸素富化空気の流量をＦ１〜Ｆ２の範囲に制御する場合には、真空圧力がＰ６になった時点もしくはその前に制御部によって電磁弁で流路Ａから流路Ｂや流路Ｃもしくは流路Ｄに切り換えることにより供給される酸素富化空気の流量をＦ１〜Ｆ２の範囲に抑え、酸素富化空気中の酸素濃度の低下を抑えることができる。図２では真空圧がＰ１→Ｐ２→Ｐ３→Ｐ４と大きくなるに従い、電磁弁により流路Ａ→流路Ｂ→流路Ｃ→流路Ｄに切り換えている。流路Ｄを経由する酸素富化空気の流量は、真空圧がＰ５ときにはＦ２となる。ここでＰ５は考慮される最大の真空圧を超える真空圧であり、本実施形態では真空圧Ｐ５のときに流路Ｄを経由する酸素富化空気の流量が目的とする酸素富化空気の流量の上限値（図２ではＦ２）を超えないような透過流量特性を有する酸素富化膜１１ｄを使用する。
【００２２】
図３は本実施形態に係る酸素富化装置の動作を説明するためのフローチャートである。まず流路Ａの電磁弁５ａを開放しその他の流路Ｂ，Ｃ，Ｄの電磁弁５ｂ，５ｃ，５ｄを閉じておく。次いで循環ポンプの駆動により通水管に水流を発生させる。この水流がエジェクタを通過するに伴い真空圧を発生させ、通水管への酸素富化空気の供給が開始される。循環ポンプの駆動と同時に圧力センサによる配管内の真空圧の検知を開始する。このとき圧力センサで検知した真空圧（圧力値）があらかじめ設定した真空圧よりも大きくなれば電磁弁により流路の切り換えを行う。例えば、真空圧がＰ１〜Ｐ２の範囲のときは流路Ａのままとし、真空圧がＰ２〜Ｐ３の範囲のときは流路Ｂに、真空圧がＰ３〜Ｐ４の範囲のときは流路Ｃに、真空圧がＰ４〜Ｐ５の範囲のときは流路Ｄに切り換えるように設定しておいた場合、図２に示すように、圧力センサで検知した真空圧がＰ２以下であれば電磁弁で切り換えを行わずに流路Ａのままとし、真空圧がＰ２より大きくなれば電磁弁５ａを閉じて電磁弁５ｂを開放して流路Ａから流路Ｂに切り換える。同様に、圧力センサで検知した真空圧がＰ３より大きくなれば電磁弁５ｂを閉じて電磁弁５ｃを開放して流路Ｂから流路Ｃに切り換えを行い、圧力センサで検知した真空圧がＰ４より大きくなれば電磁弁５ｃを閉じて電磁弁５ｄを開放して流路Ｃから流路Ｄに切り換えを行う。逆に、圧力センサで検知した真空圧がＰ４より小さくなれば、電磁弁５ｄを閉じて電磁弁５ｃを開放して流路Ｄから流路Ｃに切り換えを行えばよい。このように圧力センサで検知した真空圧に応じて電磁弁により流路の切り換えを行っているので、通水管に供給される酸素富化空気の流量のバラツキ幅を小さくして所望の流量（Ｆ１〜Ｆ２）の範囲に制御すると共に、酸素富化空気中の酸素濃度を所望の範囲に制御することができる。通水管への酸素富化空気の供給を停止する場合には循環ポンプの駆動を停止し、再び酸素富化空気の供給を開始する場合には、循環ポンプを駆動させ上記の一連の動作を行えばよい。
【００２３】
上記実施形態では検知手段により配管内の圧力を検知してその真空圧に応じて流路を切り換えて酸素富化空気の流量を制御していたが、検知手段として配管内の圧力を検知することに代えて酸素富化手段の周囲温度を検知し、その周囲温度に応じて流路を切り換えて酸素富化空気の流量を制御するようにしてもよい。例えば複数ある酸素富化手段を収納した箱形の本体の内部に温度センサを設けて酸素富化手段の周囲温度を検知することが考慮される。
【００２４】
図４は検知手段として酸素富化手段の周囲温度を検知する酸素富化装置で供給される酸素富化空気の流量−温度特性を示す図である。横軸は酸素富化手段の周囲温度であり、縦軸は供給される酸素富化空気の流量を示している。直線ｅ，ｆ，ｇ，ｈはそれぞれ流路Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを経由する酸素富化空気の流量−温度特性である。ここで直線ｅ，ｆ，ｇ，ｈ間の傾きの違いは、各流路を経由する酸素富化空気が生成される酸素富化手段における酸素富化膜の透過流量特性に起因するものである。透過流量特性が小さい酸素富化膜であれば、供給される酸素富化空気の流量も小さくなり直線の傾きが小さくなる。本実施形態において流路Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄで用いられる酸素透過膜は、その順に透過流量特性が小さくなるものを使用しており、図４では直線ｅ，ｆ，ｇ，ｈの傾きが順次小さくなっている。
【００２５】
図４に示すように、流路Ａを経由する酸素富化空気の流量は周囲温度がＴ１のときはＦ１、Ｔ６のときはＦ２となるが、周囲温度がＴ６より高い場合にはＦ２を超える流量となる。そこで供給される酸素富化空気の流量をＦ１〜Ｆ２の範囲に制御する場合には、周囲温度がＴ６になった時点もしくはその前に制御部によって電磁弁で流路Ａから流路Ｂや流路Ｃもしくは流路Ｄに切り換えることにより供給される酸素富化空気の流量をＦ１〜Ｆ２の範囲に抑え、酸素富化空気中の酸素濃度の低下を抑えることができる。図４では周囲温度がＴ１→Ｔ２→Ｔ３→Ｔ４になるに従い、電磁弁により流路Ａ→流路Ｂ→流路Ｃ→流路Ｄに切り換えている。流路Ｄを経由する酸素富化空気の流量は、周囲温度がＴ５のときにはＦ２となる。ここでＴ５は考慮される周囲温度の最高値を超える温度であり、本実施形態では周囲温度Ｔ５のときに流路Ｄを経由する酸素富化空気の流量が目的とする酸素富化空気の流量の上限値（図４ではＦ２）を超えないような透過流量特性を有する酸素富化膜１１ｄを使用する。
【００２６】
図５は検知手段として酸素富化手段の周囲温度を検知する酸素富化装置の動作を説明するためのフローチャートである。まず流路Ａの電磁弁５ａを開放しその他の流路Ｂ，Ｃ，Ｄの電磁弁５ｂ，５ｃ，５ｄを閉じておく。次いで循環ポンプの駆動により通水管に水流を発生させる。この水流がエジェクタを通過するに伴い真空圧を発生させ、通水管への酸素富化空気の供給が開始される。循環ポンプの駆動と同時に温度センサによる酸素富化手段の周囲温度の検知を開始する。このとき温度センサで検知した周囲温度（温度値）があらかじめ設定した周囲温度よりも高くなれば電磁弁により流路の切り換えを行う。例えば、周囲温度がＴ１〜Ｔ２の範囲のときは流路Ａのままとし、周囲温度がＴ２〜Ｔ３の範囲のときは流路Ｂに、周囲温度がＴ３〜Ｔ４の範囲のときは流路Ｃに、周囲温度がＴ４〜Ｔ５の範囲のときは流路Ｄに切り換えるように設定しておいた場合、図４に示すように、温度センサで検知した周囲温度がＴ２以下であれば電磁弁で切り換えを行わずに流路Ａのままとし、周囲温度がＴ２より高くなれば流路Ａの電磁弁５ａを閉じて流路Ｂの電磁弁５ｂを開放して流路Ａから流路Ｂに切り換える。同様に、温度センサで検知した周囲温度がＴ３より高くなれば流路Ｂの電磁弁５ｂを閉じて流路Ｃの電磁弁５ｃを開放して流路Ｂから流路Ｃに切り換えを行い、温度センサで検知した周囲温度がＴ４より高くなれば流路Ｃの電磁弁５ｃを閉じて流路Ｄの電磁弁５ｄを開放して流路Ｃから流路Ｄに切り換えを行う。逆に、温度センサで検知した周囲温度がＴ４より低くなれば、流路Ｄの電磁弁５ｄを閉じて流路Ｃの電磁弁５ｃを開放して流路Ｄから流路Ｃに切り換えを行えばよい。このように温度センサで検知した周囲温度に応じて電磁弁により流路の切り換えを行っているので、通水管に供給される酸素富化空気の流量のバラツキ幅を小さくして所望の流量（Ｆ１〜Ｆ２）の範囲に制御すると共に、酸素富化空気中の酸素濃度を所望の範囲に制御することができる。通水管への酸素富化空気の供給を停止する場合には循環ポンプの駆動を停止し、再び酸素富化空気の供給を開始する場合には、循環ポンプを駆動させ上記の一連の動作を行えばよい。
【００２７】
以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記の実施形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において各種の変更が可能である。例えば、上記実施形態では酸素富化手段が４つの場合を説明したが、これに限定されるものではなく、酸素富化手段が２つもしくは３つ、さらには５つ以上でもあってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の酸素富化装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図１の実施形態に係る酸素富化装置で供給される酸素富化空気の流量−真空圧特性を示す図である。
【図３】図１の実施形態に係る酸素富化装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】別の実施形態に係る酸素富化装置で供給される酸素富化空気の流量−温度特性を示す図である。
【図５】別の実施形態に係る酸素富化装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００２９】
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ 酸素富化手段
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ 酸素富化膜
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ 換気ファン
２ 供給口
３ 配管
４ 真空圧発生手段
４１ エジェクタ
５ 切換手段
５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ 電磁弁
６ 検知手段
６１ 圧力センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸素富化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、酸素富化装置としては、酸素富化膜と、真空ポンプと、酸素富化膜表面の空気を換気する換気ファンとから構成されるものが知られており、真空ポンプで発生させた真空圧を酸素富化膜に作用させて酸素濃度の高い酸素富化空気を生成している。このような構成の酸素富化装置は、酸素富化膜の特性とそれに接続される真空ポンプの特性でつり合うポイント一点で酸素富化空気の流量が決定されるため、使用者が自由に流量を変えることができなかった。
【０００３】
そこで、真空ポンプを複数台設けて一台の真空ポンプを経由して酸素富化空気を供給する流路と複数台の真空ポンプを直列に又は並列に経由して酸素富化空気を供給する流路を形成し、これらの流路が切り換え可能な酸素富化装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この酸素富化装置によれば、流路を切り換えることによって酸素富化膜の特性とそれに接続される真空ポンプの特性でつり合うポイントが変化して酸素富化空気の流量を変えることができる。
【特許文献１】特開２００６−２１２２４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、酸素富化膜は、周囲温度が高くなればその透過流量は増大し、酸素富化膜透過後の空気の酸素濃度は低下し、逆に周囲温度が低くなれば透過流量が低下し、酸素富化膜透過後の空気の酸素濃度は高くなるという特性を有している。そのため、周囲温度の変動によって、酸素富化空気の供給量や酸素濃度が変動するという問題があった。
【０００５】
本発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、周囲温度の変動があった場合でも、酸素富化空気の供給量や酸素濃度が変動しにくい酸素富化装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するために、以下のことを特徴としている。
【０００７】
酸素を選択的に透過させて酸素富化空気を生成する酸素富化膜を有する複数の酸素富化手段と、酸素富化空気を供給する供給口と、各酸素富化手段に接続され、各酸素富化手段で生成された酸素富化空気を供給口に導入する流路を形成する配管と、液体流れにより真空圧を発生させ、その真空圧を酸素富化手段に作用させて酸素富化手段で生成された酸素富化空気を配管を通して供給口に導入する真空圧発生手段と、前記配管の流路を切り換える切換手段と、配管内の圧力又は酸素富化手段の周囲温度を検知する検知手段を備え、複数の酸素富化手段はそれぞれ透過流量特性が異なる酸素富化膜を有しており、前記検知手段で検知された圧力又は温度に応じて前記切換手段により配管の流路を切り換えて供給口から供給される酸素富化空気の流量を制御する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、透過流量特性が異なる酸素富化膜を有する複数の酸素富化手段からそれぞれ酸素富化空気を所定の流量で供給する流路を形成し、配管内の圧力又は酸素富化手段の周囲温度に応じて流路の切り換えが行われるようになっているため、配管内の圧力や酸素富化手段の周囲温度が変動しても供給口から供給される酸素富化空気を所望の流量に制御することができる。さらに、真空ポンプが不要になりコスト安になるほか、真空ポンプの故障等を原因とする酸素富化空気の供給停止の心配がなくなる。また真空ポンプの設置空間を確保することが不要になり、装置としての小型化設計が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は前記のとおりの特徴をもつものであるが、以下に、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００１０】
図１は本発明の酸素富化装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【００１１】
本実施形態に係る酸素富化装置は、酸素富化空気を生成する複数の酸素富化手段１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄと、酸素富化空気を供給する供給口２と、各酸素富化手段１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄに接続される配管３と、液体流れにより真空圧を発生させる真空圧発生手段４と、前記配管３で形成される流路を切り換える切換手段５と、供給される酸素富化空気の流量を制御するための情報を検出する検知手段６を備えている。
【００１２】
酸素富化手段１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄはそれぞれ、窒素と酸素を分離して酸素を選択的に透過させる酸素富化膜１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを有しており、真空圧発生手段４で発生させた大気圧より低い真空圧をこの酸素富化膜１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの酸素が透過する側（下流側）に作用させることによって酸素富化膜１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの上流側の空気から酸素が選択的に多く取り込まれて相対的に酸素濃度の高い空気（酸素富化空気）が生成されるようになっている。
【００１３】
本実施形態では各酸素富化手段における酸素富化膜の透過流量特性が互いに異なっている。すなわち、各酸素富化膜に作用させる真空圧及び酸素富化膜の周囲温度を一定とした場合、その酸素富化膜を透過する酸素の透過流量が酸素富化膜毎に異なっている。このような酸素富化膜は一般に次のような特性を有している。すなわち、真空圧発生手段で発生させる真空圧を一定とした場合、酸素富化膜の周囲温度が高くなればその透過流量は増大し、酸素富化膜透過後の空気の酸素濃度は低下する。逆に周囲温度が低くなれば透過流量が低下し、酸素富化膜透過後の空気の酸素濃度は高くなる。そして酸素富化膜透過後の空気の酸素濃度と透過流量との積で決定される酸素富化空気の供給量は、一般的に周囲温度が高いほど増大する傾向にある。また真空圧発生手段で発生させる真空圧が大きくなる（より負圧側になる）ほど透過流量が増大し、酸素富化膜透過後の空気の酸素濃度が高くなり、酸素富化空気の供給量は一般的に増大する傾向にある。
【００１４】
酸素を透過させている酸素富化膜１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの近傍には透過しにくい窒素が富化された空気が滞留する。このため本実施形態では酸素富化膜１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの表面を換気する換気ファン１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄが設けられている。
【００１５】
酸素富化手段１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄはそれぞれ配管３で並列に接続されており、配管３の下流側端部は酸素富化空気を供給する供給口２に接続されている。この配管３は酸素富化手段１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄで生成された酸素富化空気を供給口２に導入する流路Ａ、Ｂ，Ｃ，Ｄを形成し、各流路Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを切り換える切換手段５としての電磁弁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄが配設されている。酸素富化空気は電磁弁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄによる流路の切り換えにより流路Ａ、Ｂ，Ｃ，Ｄのいずれかの流路を経由して供給口２に導入される。
【００１６】
図１に示すように、供給口２は真空圧発生手段４であるエジェクタ４１が配設された通水管７に接続されている。エジェクタ４１の上流側又は下流側には循環ポンプが配設されており、循環ポンプを駆動させることで通水管７に水流を発生させ、この水流がエジェクタ４１を通過するに伴い真空圧を発生させている。本実施形態ではエジェクタ４１で発生した真空圧を酸素富化膜１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄに作用させて酸素富化膜１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄで生成された酸素富化空気を配管３を通して供給口２から水流に混入するようにしている。通水管７の水流は、循環ポンプに拠らずに、例えば水道管と連結して水道水による高圧水流とされていてもよい。
【００１７】
このように本実施形態では、従来、酸素富化空気の供給に必要であった真空ポンプが不要になりコスト安になるほか、真空ポンプの故障等を原因とする酸素富化空気の供給停止の心配がなくなる。また真空ポンプの設置空間を確保することが不要になり、装置としての小型化設計が可能になる。
【００１８】
検知手段６は、供給口２から通水管７の水流に供給される酸素富化空気の流量を制御するための情報を検出する手段であり、本実施形態では例えば図１に示すように、配管３の流路Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの合流部の下流にダイヤフラム型の圧力センサ６１を設けて配管３内の圧力を検知するようにしている。
【００１９】
本実施形態に係る酸素富化装置は、圧力センサ６１によって検知された圧力情報に応じて配管３の流路Ａ、Ｂ，Ｃ，Ｄを切換手段５である電磁弁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄで切り換えて供給される酸素富化空気の流量を制御している。このような酸素富化空気の流量の制御は、例えば、配管３の電磁弁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ及び圧力センサ６１と電気的に接続されている制御部によって行われる。
【００２０】
図２は本実施形態に係る酸素富化装置で供給される酸素富化空気の流量−真空圧特性を示す図である。横軸は配管内の真空圧であり右に向かうほど真空圧が大きくなり（より負圧側になり）、縦軸は供給される酸素富化空気の流量を示している。直線ａ，ｂ，ｃ，ｄはそれぞれ流路Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを経由する酸素富化空気の流量−真空圧特性である。ここで直線ａ，ｂ，ｃ，ｄ間の傾きの違いは、酸素富化空気が生成される酸素富化手段における酸素富化膜の透過流量特性に起因するものである。透過流量特性が小さい酸素富化膜であれば、供給される酸素富化空気の流量も小さくなり直線の傾きが小さくなる。本実施形態では各酸素富化膜１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄについて透過流量特性がその順に小さくなるものを使用しており、図２では直線ａ，ｂ，ｃ，ｄの傾きが順次小さくなっている。
【００２１】
図２に示すように、流路Ａを経由する酸素富化空気の流量は真空圧がＰ１のときはＦ１、Ｐ６ときはＦ２となるが、真空圧がＰ６より大きい場合にはＦ２を超える流量となる。そこで供給される酸素富化空気の流量をＦ１〜Ｆ２の範囲に制御する場合には、真空圧力がＰ６になった時点もしくはその前に制御部によって電磁弁で流路Ａから流路Ｂや流路Ｃもしくは流路Ｄに切り換えることにより供給される酸素富化空気の流量をＦ１〜Ｆ２の範囲に抑え、酸素富化空気中の酸素濃度の低下を抑えることができる。図２では真空圧がＰ１→Ｐ２→Ｐ３→Ｐ４と大きくなるに従い、電磁弁により流路Ａ→流路Ｂ→流路Ｃ→流路Ｄに切り換えている。流路Ｄを経由する酸素富化空気の流量は、真空圧がＰ５ときにはＦ２となる。ここでＰ５は考慮される最大の真空圧を超える真空圧であり、本実施形態では真空圧Ｐ５のときに流路Ｄを経由する酸素富化空気の流量が目的とする酸素富化空気の流量の上限値（図２ではＦ２）を超えないような透過流量特性を有する酸素富化膜１１ｄを使用する。
【００２２】
図３は本実施形態に係る酸素富化装置の動作を説明するためのフローチャートである。まず流路Ａの電磁弁５ａを開放しその他の流路Ｂ，Ｃ，Ｄの電磁弁５ｂ，５ｃ，５ｄを閉じておく。次いで循環ポンプの駆動により通水管に水流を発生させる。この水流がエジェクタを通過するに伴い真空圧を発生させ、通水管への酸素富化空気の供給が開始される。循環ポンプの駆動と同時に圧力センサによる配管内の真空圧の検知を開始する。このとき圧力センサで検知した真空圧（圧力値）があらかじめ設定した真空圧よりも大きくなれば電磁弁により流路の切り換えを行う。例えば、真空圧がＰ１〜Ｐ２の範囲のときは流路Ａのままとし、真空圧がＰ２〜Ｐ３の範囲のときは流路Ｂに、真空圧がＰ３〜Ｐ４の範囲のときは流路Ｃに、真空圧がＰ４〜Ｐ５の範囲のときは流路Ｄに切り換えるように設定しておいた場合、図２に示すように、圧力センサで検知した真空圧がＰ２以下であれば電磁弁で切り換えを行わずに流路Ａのままとし、真空圧がＰ２より大きくなれば電磁弁５ａを閉じて電磁弁５ｂを開放して流路Ａから流路Ｂに切り換える。同様に、圧力センサで検知した真空圧がＰ３より大きくなれば電磁弁５ｂを閉じて電磁弁５ｃを開放して流路Ｂから流路Ｃに切り換えを行い、圧力センサで検知した真空圧がＰ４より大きくなれば電磁弁５ｃを閉じて電磁弁５ｄを開放して流路Ｃから流路Ｄに切り換えを行う。逆に、圧力センサで検知した真空圧がＰ４より小さくなれば、電磁弁５ｄを閉じて電磁弁５ｃを開放して流路Ｄから流路Ｃに切り換えを行えばよい。このように圧力センサで検知した真空圧に応じて電磁弁により流路の切り換えを行っているので、通水管に供給される酸素富化空気の流量のバラツキ幅を小さくして所望の流量（Ｆ１〜Ｆ２）の範囲に制御すると共に、酸素富化空気中の酸素濃度を所望の範囲に制御することができる。通水管への酸素富化空気の供給を停止する場合には循環ポンプの駆動を停止し、再び酸素富化空気の供給を開始する場合には、循環ポンプを駆動させ上記の一連の動作を行えばよい。
【００２３】
上記実施形態では検知手段により配管内の圧力を検知してその真空圧に応じて流路を切り換えて酸素富化空気の流量を制御していたが、検知手段として配管内の圧力を検知することに代えて酸素富化手段の周囲温度を検知し、その周囲温度に応じて流路を切り換えて酸素富化空気の流量を制御するようにしてもよい。例えば複数ある酸素富化手段を収納した箱形の本体の内部に温度センサを設けて酸素富化手段の周囲温度を検知することが考慮される。
【００２４】
図４は検知手段として酸素富化手段の周囲温度を検知する酸素富化装置で供給される酸素富化空気の流量−温度特性を示す図である。横軸は酸素富化手段の周囲温度であり、縦軸は供給される酸素富化空気の流量を示している。直線ｅ，ｆ，ｇ，ｈはそれぞれ流路Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを経由する酸素富化空気の流量−温度特性である。ここで直線ｅ，ｆ，ｇ，ｈ間の傾きの違いは、各流路を経由する酸素富化空気が生成される酸素富化手段における酸素富化膜の透過流量特性に起因するものである。透過流量特性が小さい酸素富化膜であれば、供給される酸素富化空気の流量も小さくなり直線の傾きが小さくなる。本実施形態において流路Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄで用いられる酸素透過膜は、その順に透過流量特性が小さくなるものを使用しており、図４では直線ｅ，ｆ，ｇ，ｈの傾きが順次小さくなっている。
【００２５】
図４に示すように、流路Ａを経由する酸素富化空気の流量は周囲温度がＴ１のときはＦ１、Ｔ６のときはＦ２となるが、周囲温度がＴ６より高い場合にはＦ２を超える流量となる。そこで供給される酸素富化空気の流量をＦ１〜Ｆ２の範囲に制御する場合には、周囲温度がＴ６になった時点もしくはその前に制御部によって電磁弁で流路Ａから流路Ｂや流路Ｃもしくは流路Ｄに切り換えることにより供給される酸素富化空気の流量をＦ１〜Ｆ２の範囲に抑え、酸素富化空気中の酸素濃度の低下を抑えることができる。図４では周囲温度がＴ１→Ｔ２→Ｔ３→Ｔ４になるに従い、電磁弁により流路Ａ→流路Ｂ→流路Ｃ→流路Ｄに切り換えている。流路Ｄを経由する酸素富化空気の流量は、周囲温度がＴ５のときにはＦ２となる。ここでＴ５は考慮される周囲温度の最高値を超える温度であり、本実施形態では周囲温度Ｔ５のときに流路Ｄを経由する酸素富化空気の流量が目的とする酸素富化空気の流量の上限値（図４ではＦ２）を超えないような透過流量特性を有する酸素富化膜１１ｄを使用する。
【００２６】
図５は検知手段として酸素富化手段の周囲温度を検知する酸素富化装置の動作を説明するためのフローチャートである。まず流路Ａの電磁弁５ａを開放しその他の流路Ｂ，Ｃ，Ｄの電磁弁５ｂ，５ｃ，５ｄを閉じておく。次いで循環ポンプの駆動により通水管に水流を発生させる。この水流がエジェクタを通過するに伴い真空圧を発生させ、通水管への酸素富化空気の供給が開始される。循環ポンプの駆動と同時に温度センサによる酸素富化手段の周囲温度の検知を開始する。このとき温度センサで検知した周囲温度（温度値）があらかじめ設定した周囲温度よりも高くなれば電磁弁により流路の切り換えを行う。例えば、周囲温度がＴ１〜Ｔ２の範囲のときは流路Ａのままとし、周囲温度がＴ２〜Ｔ３の範囲のときは流路Ｂに、周囲温度がＴ３〜Ｔ４の範囲のときは流路Ｃに、周囲温度がＴ４〜Ｔ５の範囲のときは流路Ｄに切り換えるように設定しておいた場合、図４に示すように、温度センサで検知した周囲温度がＴ２以下であれば電磁弁で切り換えを行わずに流路Ａのままとし、周囲温度がＴ２より高くなれば流路Ａの電磁弁５ａを閉じて流路Ｂの電磁弁５ｂを開放して流路Ａから流路Ｂに切り換える。同様に、温度センサで検知した周囲温度がＴ３より高くなれば流路Ｂの電磁弁５ｂを閉じて流路Ｃの電磁弁５ｃを開放して流路Ｂから流路Ｃに切り換えを行い、温度センサで検知した周囲温度がＴ４より高くなれば流路Ｃの電磁弁５ｃを閉じて流路Ｄの電磁弁５ｄを開放して流路Ｃから流路Ｄに切り換えを行う。逆に、温度センサで検知した周囲温度がＴ４より低くなれば、流路Ｄの電磁弁５ｄを閉じて流路Ｃの電磁弁５ｃを開放して流路Ｄから流路Ｃに切り換えを行えばよい。このように温度センサで検知した周囲温度に応じて電磁弁により流路の切り換えを行っているので、通水管に供給される酸素富化空気の流量のバラツキ幅を小さくして所望の流量（Ｆ１〜Ｆ２）の範囲に制御すると共に、酸素富化空気中の酸素濃度を所望の範囲に制御することができる。通水管への酸素富化空気の供給を停止する場合には循環ポンプの駆動を停止し、再び酸素富化空気の供給を開始する場合には、循環ポンプを駆動させ上記の一連の動作を行えばよい。
【００２７】
以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記の実施形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において各種の変更が可能である。例えば、上記実施形態では酸素富化手段が４つの場合を説明したが、これに限定されるものではなく、酸素富化手段が２つもしくは３つ、さらには５つ以上でもあってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の酸素富化装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図１の実施形態に係る酸素富化装置で供給される酸素富化空気の流量−真空圧特性を示す図である。
【図３】図１の実施形態に係る酸素富化装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】別の実施形態に係る酸素富化装置で供給される酸素富化空気の流量−温度特性を示す図である。
【図５】別の実施形態に係る酸素富化装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００２９】
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ 酸素富化手段
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ 酸素富化膜
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ 換気ファン
２ 供給口
３ 配管
４ 真空圧発生手段
４１ エジェクタ
５ 切換手段
５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ 電磁弁
６ 検知手段
６１ 圧力センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素を選択的に透過させて酸素富化空気を生成する酸素富化膜を有する複数の酸素富化手段と、酸素富化空気を供給する供給口と、各酸素富化手段に接続され、各酸素富化手段で生成された酸素富化空気を供給口に導入する流路を形成する配管と、液体流れにより真空圧を発生させ、その真空圧を酸素富化手段に作用させて酸素富化手段で生成された酸素富化空気を配管を通して供給口に導入する真空圧発生手段と、前記配管の流路を切り換える切換手段と、配管内の圧力又は酸素富化手段の周囲温度を検知する検知手段を備え、複数の酸素富化手段はそれぞれ透過流量特性が異なる酸素富化膜を有しており、前記検知手段で検知された圧力又は温度に応じて前記切換手段により配管の流路を切り換えて供給口から供給される酸素富化空気の流量を制御することを特徴とする酸素富化装置。
【請求項１】
酸素を選択的に透過させて酸素富化空気を生成する酸素富化膜を有する複数の酸素富化手段と、酸素富化空気を供給する供給口と、各酸素富化手段に接続され、各酸素富化手段で生成された酸素富化空気を供給口に導入する流路を形成する配管と、液体流れにより真空圧を発生させ、その真空圧を酸素富化手段に作用させて酸素富化手段で生成された酸素富化空気を配管を通して供給口に導入する真空圧発生手段と、前記配管の流路を切り換える切換手段と、配管内の圧力又は酸素富化手段の周囲温度を検知する検知手段を備え、複数の酸素富化手段はそれぞれ透過流量特性が異なる酸素富化膜を有しており、前記検知手段で検知された圧力又は温度に応じて前記切換手段により配管の流路を切り換えて供給口から供給される酸素富化空気の流量を制御することを特徴とする酸素富化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−５１８４２（Ｐ２０１０−５１８４２Ａ）
【公開日】平成２２年３月１１日（２０１０．３．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２１６３９３（Ｐ２００８−２１６３９３）
【出願日】平成２０年８月２６日（２００８．８．２６）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月１１日（２０１０．３．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月２６日（２００８．８．２６）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
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