JPH03217731A - 酸素富化機付空気調和装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は空気調和装置、詳しくは、利用側熱交換器を収
容する室内側室と、熱源側熱交換器を収容する室外側室
とを備え、室内の酸素濃度を高くすることができる酸素
富化機材空気調和装置に関する。

（従来の技術） 従来、この種酸素富化機材空気調和装置は、特開昭６４
−４１７３２号公報に開示され、第８、９図に示すよう
に、一体形空気調和機（Ａ）の室内側（Ｂ）に室内熱交
換器（Ｃ）及び室内送風機（Ｄ）を、又、室外側（Ｅ）
に冷凍用圧縮機（Ｆ）、室外送風機（Ｇ）及び室外熱交
換器（Ｈ）を配置すると共に、高圧下で窒素を吸着する
ゼオライトを用いたＰＳＡ方式の酸素富化機（Ｊ）を前
記一体形空気調和機（Ａ）内に設けて、熱交換された室
内空気を空気取入配管（Ｋ）から取入れて、該空気取入
配管（Ｋ）に介装した空気圧縮機（Ｌ）により加圧し、
吸着筒（Ｍ）（Ｎ）に充填したゼオライト（Ｐ）に窒素
を吸着させて酸素富化空気を得るようにしている。そし
てこのようにして得る酸素富化空気を富化配管（Ｑ）を
介して室内に供給するようにしている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、以上のごとき酸素富化機材空気調和装置では
、加圧することにより前記ゼオライト（Ｐ）に窒素を吸
着させ、酸素富化空気を得ているのであるが、前記ゼオ
ライ｝　（Ｐ）は吸湿し易く、又、吸湿することにより
微小粉末になり、かつ、窒素吸着性、能が劣化するもの
であるから、前記ゼオライト（Ｐ）に窒素を吸着させる
空気を事前乾坤する必要がある。従って、前記ゼオライ
ト（Ｐ）に窒素を吸着させて得る酸素富化空気は乾燥し
ているから、空気が乾燥している冬季では、一層低湿と
なって室内に居る人に不快感を与える問題があったし、
又、吸湿剤を用いて事前乾燥したとしても、事前乾燥が
不十分であるとき、前記ゼオライト（Ｐ）は吸湿により
微小粉末になって、酸素富化空気と一緒に室内に送風さ
れることになり、室内空気中の塵の濃度が上昇する問題
があった。

更に、運転を継続することにより前記ゼオライ｝　（Ｐ
）には窒素及び酸素等が蓄積するから、所定時間の運転
後、バルブ（Ｒ）或は（Ｓ）を開動作させ、前記吸着筒
（Ｍ）（Ｎ）内の圧力を減圧することにより前記ゼオラ
イト（Ｐ）に吸着した窒素を脱着し、窒素富化空気を外
部に放出する必要があって、加圧、減圧を切換える切換
弁（Ｔ）を設ける必要があり、構造が複雑になる問題も
あったのである。

本発明は以上のような問題に鑑みてなしたもので、その
目的は、酸素富化空気を分離すると同時に水蒸気を濃縮
することのできる酸素富化膜に注目し、前記酸素富化膜
を用いて酸素富化空気を得ることにより、室内空気の酸
素濃度を上昇させながら、冬期においては加湿作用を期
待でき、しかも塵や雑菌の少ない清浄な酸素富化空気を
空調空気とともに供給できるようにする点にある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明は、利用側熱交換器
（４）を収容する室内側室（２）と、熱源側熱交換器（
６）を収容する室外側室（３）とを備えた空気調和装置
であって、前記室外側室（３）に、大気を酸素富化空気
と窒素富化空気とに分離する酸素富化膜（１６）をもっ
た分離膜モジュール（工７）と、前記酸素富化膜（ｌ６
）の一次側圧力と二次側圧力との間に圧力差を生じさせ
る圧力手段及び前記酸素富化膜（１６）の二次側から酸
素富化空気を取り出す酸素富化空気供給管（１８）とを
もった酸素富化機（１９）を配設する一方、前記酸素富
化空気供給管（１８）の先端部を前記室内側室（２）内
に開口させたのである。

また、酸素富化空気供給管（１８）の先端部を、前記室
内側室（２）に収容した前記利用側熱交換器（４）に対
し室内空気の循環方向前部に開口させるのが好ましい。

（作用） 空気を酸素富化空気と窒素富化空気とに分離し、かつ、
水蒸気を通過させるが、塵、雑菌類を通過させない酸素
富化膜（１６）を用い、前記酸素富化膜（１６）の二次
側から酸素富化空気を取り出し、酸素富化空気供給管（
１８）を介して酸素富化空気を室内側室（２）に供給で
き、室内の酸素濃度を向上できる。

また、酸素富化空気の湿度は窒素富化空気との分離に伴
い上昇するから、冬期においては、加湿器を設けること
なく室内空気を加湿する加湿作用に寄与できるし、又、
酸素富化空気中への塵、雑菌の混入がないから、清浄な
空気を室内に供給できる。

（実施例） 第１図に示した酸素富化機材空気調和装置は一体形空気
調和装置で、空気調和装置本体（１）（以下空調機本体
と称す）を備え、該空調機本体（１）に室内側室（２）
と室外側室（３）とを設けて、前記室内側室（２）内に
は利用側熱交換器（４）と室内送風機（５）とを、又、
前記室外側室（３）には熱源側熱交換器（６）と室外送
風機（７）及び圧縮機（８）を配置している。そして、
前記室外側室（３）に収容した圧縮機（８）には、前記
熱源側熱交換器（６）及び利用側熱交換器（４）を冷媒
配管（図示しない）を介して接続し、前記圧縮機（８）
から冷媒を前記熱源側熱交換器（６）及び利用側熱交換
器（４）に循環させると共に、前記室内送風機（５）及
び室外送風機（７）を運転することにより、室内吸入口
（９）からフィルタ（１０）を介して前記室内側室（２
）に入る空気を前記利用側熱交換器（４）にて熱交換さ
せ、熱交換した後の空気を室内吹出口（１１）から室内
に供給することにより、室内を空調できるようにしてい
る。

尚、（１２）は室外空気を室外側室（３）に取り入れる
室外吸入口、（１３）は室外吹出口、（１４）は前記利
用側熱交換器（４）にて凝縮するドレンを受けるドレン
受皿、（１５）は該ドレン受皿（１４）のドレンを前記
空調機本体（１）の外部に排出する排水管である。

しかして、前記室外側室（３）に、次の構成から成る酸
素富化機（１９）、即ち、大気を酸素富化空気と窒素富
化空気とに分離する酸素富化膜（１６）をもった分離膜
モジュール（１７）と、前記酸素富化膜（１６）の一次
側圧力と二次側圧力との間に圧力差を生じさせる圧力手
段及び前記酸素富化膜（１６）の二次側から酸素富化空
気を取り出す酸素富化空気供給管（１８）とをもった酸
素富化機（１９）を配設する一方、前記酸素富化空気供
給管（１８）の先端部を前記室内側室（２）内に開口さ
せたのである。

詳しくは、例えば所定厚さをもつ枠組状フレーム（図示
しない）の厚さ方向前後外面にシリコン系或は弗素系の
高分子樹脂フィルムから成る酸素富化膜（１６）を張り
付けて、箱状の分離膜モジュール（１７）を形成して、
前記枠形フレームの一側に、前記分離膜モジュール（１
７）における前記各酸素富化膜（１６）の内側に設ける
二次側空間と連通ずる酸素富化空気の取出し口（２１）
を設けるのである。そしてこのように形成した分離膜モ
ジュール（１７）を、第２図に示したように、両端が開
放する角筒状のケース（２０）内に平行状に間隔を置い
て多数揃えて配置するのであって、前記ケース（２０）
の開放側一側から室外空気を供給し、前記酸素富化膜（
１６）により、室外空気を酸素富化空気と窒素富化空気
とに分離するのである。

そして、前記取出し口（２１）には、酸素富化空気供給
管（１８）（以下供給管と称する）を接続するのであり
、この供給管（１８）には、前記圧力手段を構成する真
空ポンプ（２２）を介装するのである。尚、前記真空ポ
ンプ（２２）の吸入側は前記取出し口（２１）に連通し
ており、該真空ポンプ（２２）の駆動により前記酸素富
化膜（１６）の二次側を一次側より低圧にして、一次側
と二次側とに圧力差を生じさせて、前記室外側室（３）
に配置する膜モジュール用送風機（２８）により前記ケ
ース（２０）内に供給される室外空気を酸素富化空気と
窒素富化空気とに分離するのである。また、前記真空ポ
ンプ（２２）の吐出側から前記室内側室（２）に延びる
前記供給管（１８）の先端部には、後記する棒状ノズル
（２５）を設けて、該供給管（１８）を介して前記酸素
富化膜（１６）の二次側から取出した酸素富化空気を、
前記室内側室（２）から室内に供給する空調空気ととも
に室内に供給するのである。

第１図に示した実施例は、前記供給管（１８）の先端部
に、第３図に示した多数の吹出し口（２４）・・・を設
けた棒状ノズル（２５）を接続して、この棒状ノズル（
２５）を前記室内側室（２）におけるフィルタ（１０）
の後方側で、かつ、前記利用側熱交換器（４）の直前に
配置し、酸素富化空気を前記熱交換器（４）の空気入口
側において供給するようにしている。尚、前記棒状ノズ
ル（２５）の外径が大きくて、室内空気の熱交換の妨げ
になる場合には、小径とした棒状ノズル（２５）を複数
本配置して、酸素富化空気を分散して吹き出させるよう
にするとよい。又、第３図において、（２６）は多数の
フィン（２７）・・・を貫通している前記利用側熱交換
器（４）の冷媒流通管である。

更に、前記室内吸入口（９）近くに配置した前記フィル
タ（１０）には、酸素濃度を検出する酸素濃度センサ（
２９）を取付けると共に、前記室外側室（３）の外部に
は制御部（３０）を設け、前記酸素濃度センサ（２９）
の検出する酸素濃度に基づいて酸素富化空気を室内に供
給できるようにしている。

しかして、以上のように前記制御部（３０）を用いる場
合には、この前記制御部（３０）において所定の酸素濃
度を設定するのであって、第４図に示した制御フロー図
のように、前記制御部（３０）において前記酸素富化機
（１９）のみの運転モード、空調機のみの運転モード及
び空調機●酸素富化機運転モードの三運転モードを選択
できるようにしている。しかして酸素富化機（１９）の
みの運転モードを選択する場合、目標室内酸素濃度を設
定するのであって、前記酸素濃度センサ（２９）が検出
する室内酸素濃度が前記目標室内酸素濃度設定値より低
いと、前記酸素富化機（１９）と室内側送風機（５）が
運転される。又、前記室内酸素濃度が前記目標室内酸素
濃度設定値より高いと、前記酸素富化機（１９）と室内
側送風機（５）が停止される。従って、例えば春や秋の
ような中間期において，冷暖房を行わないとき、前記酸
素濃度センサ（２９）が検出する酸素濃度に基づいて、
前記制御部（３０）の制御により酸素富化空気を室内に
供給できるのであって、前記真空ポンプ（２２）や前記
分離膜用送風機（２８）が駆動して前記酸素富化機（１
９）が駆動するときには前記室内側送風機（５）は必ず
駆動し、酸素富化空気が前記室内側室（２）に滞留する
ことなく室内に送風されるのである。

また、前記圧縮機（８）及び室内及び室外送風機（５）
（７）を駆動させて空調運転を行なう場合、つまり、前
記圧縮機（８）を駆動し、この圧縮機（８）から各熱交
換器（４）ｌ）に冷媒を供給すると共に、前記室内及び
室外送風機（５）（７）を駆動し、室内側室（２）及び
室外側室（４）においてそれぞれ室内空気及び室外空気
を流通させると、室内空気は前記室内吸入口（９）から
フィルタ（１０）を通過して前記室内側室（２）に入り
、前記利用側熱交換器（４）のフィン（２７）の隙間を
通過して熱交換し、熱交換した後前記室内吹出口（１１
）から室内に供給される一方、室外空気は前記室外吸入
口（１２）から室外側室（３）に入り、前記熱源側熱交
換器（６）で熱交換して、前記室外吹出口（１３）から
外部に吹き出すのである。このとき、前記酸素濃度セン
サ（２９）が検出する酸素濃度が前記制御部（３０）に
おいて設定した濃度より低い場合には、前記制御部（３
０）の指示により前記真空ポンプ（２２）及び前記膜モ
ジュール用送風機（２８）が駆動し、前記室外吸入口（
１２）から室外側室（３）に入る室外空気は前記膜モジ
ュール用送風機（２８）により前記ケース（２０）内に
供給され、前記酸素富化膜（１６）の内側に設ける二次
側空間に対し外側に供給される一方、前記真空ポンプ（
２２）の駆動により前記酸素富化膜（１６）の内側に設
ける二次側空間の圧力が外側、つまり、一次側圧力より
低くなっているから、前記酸素富化膜（１６）の一次側
に供給された室内空気中の酸素分子や水蒸気分子が前記
酸素富化膜（１６）を通過し、該富化膜（１６）の二次
側空間に酸素富化空気が得られ、この酸素富化空気が前
記取出し口（２１）から前記供給管（１８）を経て、そ
の先端部に設けた前記棒状ノズル（２５）の多数の前記
吹き出し口（２４）・・・から前記熱交換器（４）の空
気入り口側に供給され、前記室内吸入口（９）からフィ
ルタ（１０）を通過して前記室内側室（２）に入る室内
空気と合流し、前記利用側熱交換器（４）で熱交換した
後、前記室内吹出口（１１）から室内に供給され、室内
の酸素濃度番向上させるのである。

そして、前記酸素濃度センサ（２９）が検出する酸素濃
度が前記制御部（３０）において設定した濃度より高い
場合には、前記制御部（３０）の指示により前記真空ポ
ンプ（２２）及び前記膜モジュール用送風機（２８）の
駆動が停止される。

従って、室内の酸素濃度を不必要に高くして無駄に電力
を消費することを避けることができる。

又，前記酸素富化膜（１６）は空気を酸素富化空気と窒
素富化空気とを分離し、かつ、水蒸気を通過させる一方
、塵、雑菌類を通過させない特性を有するものであるか
ら、酸素富化空気の湿度は窒素富化空気の分離に伴い上
昇することになり、加湿器を設けることなく室内空気を
加湿することができ、空気力１特に乾燥する冬期等にお
いては、室内に吹き出す室内空気の湿度低下による不快
感を招くことはないし、また、酸素富化空気中への塵、
雑菌の混入がなく、清浄な空気を室内に供給できるので
衛生的である。しかも、前記真空ポンプ（２２）により
常時前記酸素富化膜（１６）の二次側圧力を一次側圧力
より低圧として圧力差を生じさせることにより、酸素富
化空気を連続的に得られるから、従来のゼオライトを用
いた酸素富化機のように、ゼオライトの一次側圧力と二
次側圧力との圧力差を逆にする弁装置は必要としなく、
全体として構造が簡単になる。

また、前記供給管（１８）を前記利用側熱交換器（４）
の直前に開口させて、前記利用側熱交換器（４）で熱交
換させて空調した酸素富化空気を室内に供給しているか
ら、酸素富化空気が前記真空ポンプ（２２）により６０
″Ｃ程度に加熱されていても、特に冷房運転時には酸素
富化空気が前記利用側熱交換器（４）により冷却される
から、冷却された酸素富化空気を室内に供給することに
より室内の温度を上昇させることはなく好都合であるし
、湿度の高い酸素富化空気の余分の水分は前記利用側熱
交換器（４）で凝縮してドレンとなり前記ドレン受皿（
１４）から前記ドレン排水管（１５）を経て外部に排出
され処理できる。

以上室内側室（２）と室外側室（３）とを備えた一体形
空気調和装置について説明したが、第５図に示したよう
にセパレート型にしてもよい。

室内に配設した室内ユニット（３１）と室外に配設した
室外ユニット（３２）とは液冷媒管（３３）、ガス冷媒
管（３４）により接続すると共に、これら冷媒管（３３
）（３４）に沿わせて前記供給管（１８）を配管してい
る。

前記室外ユニッ｝　（３２）には、第６図に示したよう
に、圧縮機（８）、熱源側熱交換器（６）及び室外送風
機（７）を配設して、前記液冷媒管（３３）を前記熱源
側熱交換器（６）に、また、前記ガス冷媒管（３４）を
前記圧縮機（８）の吸入側に接続すると共に、吸入ガス
管（３５）を介して前記圧縮機（８）と前記熱交換器（
６）とを接続している。

更に第６図に示した前記室外ユニット（３２）には、加
圧式の酸素富化機（１９）を配設している。この酸素富
化機（１９）は、前記した分離膜モジュール（１７）と
同様、所定厚さをもつ枠組状フレーム（図示しない）の
厚さ方向前後外面にシリコン系或は弗素系の高分子樹脂
フィルムから成る酸素富化膜（１６）を張り付けて箱状
の分離膜モジュール（１７）を形成して、該分離膜モジ
ュール（１７）を、第７図に示したように密閉状の箱形
ケース（３７）内に平行状に間隔を置いて多数揃えて配
置すると共に、前記分離膜モジェ−ル（１７）の枠形フ
レームの一側には、該分離膜モジュール（１７）におけ
る前記各酸素富化膜（１６）の内側に設ける二次側空間
と連通ずる酸素富化空気の取出し口（２１）を設けて、
該取出し口（２１）に前記供給管（１８）を接続してい
る。

また、密閉状とした前記ケース（３７）の一つの側壁に
は、室外空気を前記ケース（３７）内へ導入する加圧空
気導入管（３９）を開口させて、この加圧空気導入管（
３９）には前記圧力手段を構成する加圧ポンプ（３６）
を介装している。

しかして、該加圧ポンプ（３８）の運転により、前記ケ
ース（３７）内を加圧し前記酸素富化膜（１６）内側に
設ける二次側空間に対し外側の圧力、即ち、一次側圧力
を高くして、一次側圧力と二次側圧力との間に圧力差を
生じさせて、前記加圧ポンプ（３６）により供給される
室外空気を酸素富化空気と窒素富化空気とに分離させる
のである。

又、前記加圧空気導入管（３９）を接続した前記ケース
（３７）の一側壁に対向する反対側の壁には、窒素富化
空気を前記室外ユニッ｝　（３２）の外部に排出する排
風配管（４０）を接続している。尚、（４１）はフィル
タである。

（発明の効果） 以上のごとく、本発明によれば、利用側熱交換器（４）
を収容する室内側室（２）と、熱源側熱交換器（６）を
収容する室外側室（３）とを備えた空気調和装置であっ
て、前記室外側室（３）に、大気を酸素富化空気と窒素
富化空気とに分離する酸素富化膜（１６）をもった分離
膜モジュール（１７）と、前記酸素富化膜（１６）の一
次側圧力と二次側圧力との間に圧力差を生じさせる圧力
手段及び前記酸素富化膜（１６）の二次側から酸素富化
空気を取り出す酸素富化空気供給管（１８）とをもった
酸素富化機（１９）を配設する一方、前記酸素富化空気
供給管（１８）の先端部を前記室内側室（２）内に開口
させたから、空気を酸素富化空気と窒素富化空気とに分
離し、かつ、水蒸気を通過させるが、塵、雑菌類を通過
させない特性を有する酸素富化膜（１６）の二次側から
連続的に、しかも塵、雑菌が混入しない清浄な酸素富化
空気を取り出すこ吉ができ、この酸素富化空気を、酸素
富化空気供給管（１８）を介して室内側室（２）に供給
でき、室内の酸素濃度を向上できる。

また、酸素富化空気の湿度は窒素富化空気との分離に伴
い上昇するから、冬期においては、加湿器を設けること
なく室内空気を加湿する加湿作用に寄与できるし、又、
酸素富化空気中への塵、雑菌の混入がないから、清浄な
空気を室内に供給できる。

また、前記真空ポンプ（２２）により常時前記酸素富化
膜（１６）の二次側圧力を一次側圧力より低圧として圧
力差を生じさせることにより、酸素富化空気を連続的に
得られるから、従来のゼオライトを用いた酸素富化機の
ように、ゼオライトの一次側圧力と二次側圧力との圧力
差を逆にする弁装置は必要としなく、全体として構造が
簡単になる。

更に、前記酸素富化空気供給管（１８）の先端部を前記
利用側熱交換器（４）に対し室内空気の循環方向前部に
開口させることにより、酸素富化空気を前記利用側熱交
換器（４）で熱交換してから室内に送風するようにした
場合、酸素富化空気は前記真空ポンプ（２２）により６
０６Ｃ程度に加熱されていても、冷房運転時には酸素富
化空気が前記利用側熱交換器（４）により冷却されるか
ら、冷却された酸素富化空気を室内に供給することによ
り室内の温度を上昇させることはなく好都合である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る酸素富化機材空気調和装置の一実
施例を示す概略説明図、第２図は真空式分離膜モジュー
ルの斜視図、第３図は棒状ノズルと利用側熱交換器との
関係を示す説明図、第４図は制御フロー図、第５図は別
の実施例を示す概略説明図、第６図は第５図に示した実
施例における室外ユニットの概略説明図、第７図は加圧
式分離膜モジュールの斜視図、第８図及び第９図は従来
例を示す説明図である。 （２）・・・・・・・・・・・・・・・・・・室内側室
（３）・・・・・・・・・・・・・・・・・・室外側室
（４）・・・・・・・・・・・・・・・・・・利用側熱
交換器（６）・・・・・・・・・・・・・・・・・・熱
源側熱交換器（１６）・・・・・・・・・・・・・・・
酸素富化膜（１７）・・・・・・・・・・・・・・・分
離膜モジュール（１８）・・・・・・・・・・・・・・
・酸素富化空気供給管（１９）・・・・・・・・・・・
・・・・酸素富化機第１図 ｌク　：角１−【鰺１モ．シ一−−シ ／８　：　ｌ！ｌｌｔｌｔ４成気１＃鱈管ｌ９゛輌ｔｔ
化機 ２２：＊贋１２シア ２ｑ：ＭｉＩ斥で冫寸 第２図 第３図 ｉｔ ２７ 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）利用側熱交換器（４）を収容する室内側室（２）と
   、熱源側熱交換器（６）を収容する室外側室（３）とを
   備えた空気調和装置であって、前記室外側室（３）に、
   大気を酸素富化空気と窒素富化空気とに分離する酸素富
   化膜（１６）をもった分離膜モジュール（１７）と、前
   記酸素富化膜（１６）の一次側圧力と二次側圧力との間
   に圧力差を生じさせる圧力手段及び前記酸素富化膜（１
   ６）の二次側から酸素富化空気を取り出す酸素富化空気
   供給管（１８）とをもった酸素富化機（１９）を配設す
   る一方、前記酸素富化空気供給管（１８）の先端部を前
   記室内側室（２）内に開口させたことを特徴とする酸素
   富化機材空気調和装置。 ２）酸素富化空気供給管（１８）の先端部を、前記室内
   側室（２）に収容した前記利用側熱交換器（４）に対し
   室内空気の循環方向前部に開口させた請求項１記載の酸
   素富化機材空気調和装置。