JPH0768120A - 酸素富化空気生成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 １つの吸着タンクによって酸素富化（窒素の
吸着）と二酸化炭素の吸着とを効率良く行わせる。 【構成】 吸着タンク１２の出口側に、オリフィス１４
と電磁弁ＥＶ５とを有する高圧回路１５と、電磁弁ＥＶ
６を有する低圧回路１６とを並列に設ける。酸素富化モ
ード時には、空気を高圧回路１５を通して流すことで、
流路抵抗を大きくして吸着タンク１２内の圧力を窒素の
吸着に適した圧力まで高める。一方、二酸化炭素除去モ
ード時には、空気をバイパス流入路１８→吸着タンク１
２→バイパス流出路１９の経路で流すことで、吸着タン
ク１２内の吸着剤収容領域を部分的に限定使用するよう
に空気を流して吸着タンク１２内の圧損を低下させると
共に、空気を低圧回路１６を通して流すことで、流路抵
抗を小さくして吸着タンク１２内の圧力を二酸化炭素の
吸着に適した圧力まで低下させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空気中の窒素及び二酸
化炭素を吸着する吸着剤を収容した吸着タンク内に空気
を送って酸素富化空気を生成する酸素富化空気生成装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、室内の酸素濃度の低下を防いで居
住空間の快適性を維持するために、空気中の窒素を一部
除去して酸素富化空気を生成する酸素富化空気生成装置
が開発されている（特開平２−１７４９１３号公報，特
開昭６３−４３８１４号公報，特開昭５９−２１２６３
２号公報参照）。この酸素富化空気生成装置の一般的構
成は、空気中の窒素を吸着するゼオライト等の吸着剤を
収容した吸着タンクを設け、この吸着タンク内にコンプ
レッサにより空気を送って酸素富化空気を生成し、この
酸素富化空気を室内に吹き出すようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、快適性を左
右する空気環境として、酸素濃度の他、二酸化炭素濃度
もある。これを確認するため、空気環境（酸素濃度，二
酸化炭素濃度）と人間の疲労軽減率との関係を調べてみ
ると、図８に示すような結果が得られた。この図８にお
いて、領域Ｉは、高酸素濃度・低二酸化炭素濃度によっ
て疲労軽減率が高く快適と感じる領域であり、領域II
は、酸素濃度が若干低いが、二酸化炭素濃度を低下させ
ることで領域Ｉとほぼ同じ疲労軽減率（快適性）を確保
できる領域であり、領域III は、二酸化炭素濃度が高く
て疲労軽減率（快適性）の低い領域である。

【０００４】この関係から明らかなように、たとえ酸素
濃度が高くても、二酸化炭素濃度が高くなれば、疲労軽
減率（快適性）が著しく低下してしまう。それ故に、快
適性を維持するためには、酸素富化に加え、二酸化炭素
濃度を低下させることも必要となる。

【０００５】しかしながら、前述した従来のものは、酸
素富化のみによる空気環境の改善を狙ったものであり、
二酸化炭素濃度を制御できる構成とはなっていないの
で、十分な快適性を確保できない。尚、ゼオライト等の
吸着剤には、窒素の吸着と共に二酸化炭素も吸着する能
力があるが、後述するように二酸化炭素は窒素に比べて
選択吸着性が強いため、窒素の吸着と同じ条件では、窒
素の吸着と二酸化炭素の吸着とを両立させることができ
ず、二酸化炭素の吸着を効率良く行うことはできない。

【０００６】本発明は、このような事情を考慮してなさ
れたもので、その目的は、１つの吸着タンクによって、
酸素富化（窒素の吸着）と二酸化炭素の吸着とを効率良
く行わせることができて、空気中の酸素濃度と二酸化炭
素濃度の双方を適正に制御でき、極めて快適な空気環境
を実現できる酸素富化空気生成装置を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項１記載の酸素富化空気生成装置は、
空気中の窒素及び二酸化炭素を吸着する吸着剤を収容し
た吸着タンクを設け、この吸着タンク内に送気手段によ
り空気を送って酸素富化空気を生成するものにおいて、
前記吸着タンクの出口側の空気流通経路の流路抵抗を切
り替えることにより、前記吸着タンク内の圧力を窒素の
吸着に適した圧力に設定する酸素富化モードと二酸化炭
素の吸着に適した圧力に設定する二酸化炭素除去モード
との間で切り替える流路抵抗切替手段を設けた構成とし
たものである。

【０００８】この場合、請求項２のように、室内空気中
の二酸化炭素濃度を検出する二酸化炭素濃度検出手段
と、検出した二酸化炭素濃度が設定値を越えたときに前
記流路抵抗切替手段を二酸化炭素除去モードに切り替え
て運転する制御手段とを設けても良い。

【０００９】また、請求項１の流路抵抗切替手段に代え
て、請求項３のように、吸着タンク内の空気の流れを吸
着剤収容領域全体に行き渡らせる酸素富化モードと、前
記吸着剤収容領域における空気流通範囲を狭めるように
空気を流して前記吸着タンク内の圧損を低下させる二酸
化炭素除去モードとの間で切り替える流通モード切替手
段を設けた構成としても良い。

【００１０】この場合においても、請求項４のように、
室内空気中の二酸化炭素濃度を検出する二酸化炭素濃度
検出手段と、検出した二酸化炭素濃度が設定値を越えた
ときに前記流通モード切替手段を二酸化炭素除去モード
に切り替えて運転する制御手段とを設けても良い。

【００１１】

【作用】吸着タンクの出口側の空気流通経路の流路抵抗
を小さくして、吸着タンク内の圧力（以下「スイング圧
力」という）を低下させると、吸着タンク内に流れる空
気の流量が増加する。しかし、吸着剤（例えばゼオライ
ト）の特性により、図６に示すように、スイング圧力の
低下に伴って窒素及び二酸化炭素の飽和吸着量は減少す
るので、窒素の吸着に最適なスイング圧力が存在し、酸
素富化量にピーク点が現われる。これに対し、二酸化炭
素は、窒素に比べて、吸着剤（例えばゼオライト）の極
性分子に対する選択吸着性が強いため、空気流量の増加
に伴って単位時間当りの二酸化炭素の吸着量は増加する
特性がある。

【００１２】そこで、請求項１の発明では、酸素富化
（窒素除去）時には、流路抵抗切替手段により吸着タン
クの出口側の空気流通経路の流路抵抗を高圧側に切り替
えて、スイング圧力を窒素の吸着に適した圧力に設定す
る。これにより、空気中の窒素を効率良く吸着して、空
気中の酸素濃度を高める。一方、二酸化炭素除去時に
は、流路抵抗切替手段により吸着タンクの出口側の空気
流通経路の流路抵抗を低圧側に切り替えて、スイング圧
力を二酸化炭素の吸着に適した低圧力に設定する。これ
により、空気中の二酸化炭素を効率良く吸着して、空気
中の二酸化炭素濃度を低下させる。

【００１３】また、請求項３の発明では、酸素富化（窒
素除去）時には、流通モード切替手段により、吸着タン
ク内の空気の流れを吸着剤収容領域全体に行き渡らせる
酸素富化モードに切り替えることで、吸着剤収容領域全
体を使用して空気中の窒素を効率良く吸着する。一方、
二酸化炭素除去時には、流通モード切替手段により、吸
着剤収容領域における空気流通範囲を狭めるように空気
を流す二酸化炭素除去モードに切り替えて、吸着タンク
内の圧損を低下させる。これにより、スイング圧力を低
下させて、吸着タンク内の空気の流量を増大させ、空気
中の二酸化炭素を効率良く吸着する。

【００１４】ところで、酸素富化モードと二酸化炭素除
去モードとの間の切替は、次の４通りの方法が考えられ
る。マニュアル操作により使用者自身の判断で切り替
える。タイマー運転により定期的に切り替える。室
内空気中の酸素濃度を検出して自動運転を行う。室内
空気中の二酸化炭素濃度を検出して自動運転を行う。更
に、これら〜を適当に組み合わせた構成も考えられ
る。

【００１５】前述したように、たとえ酸素濃度が高くて
も、二酸化炭素濃度が高くなれば、疲労軽減率（快適
性）が著しく低下してしまう。それ故に、快適性を維持
するためには、酸素富化に加え、二酸化炭素濃度を低下
させることも必要となる。この関係を更に詳しく調べて
みると、空気質（二酸化炭素濃度と酸素濃度）が良くな
るほど、人体の呼吸量を低減できることが確認された。
この呼吸量は人体の代謝量を示す一指標であり、代謝量
の大小が肉体的疲労のみならず精神的疲労にも影響を与
えるものと考えられる。それ故に、代謝量の増加（この
場合には呼吸量の増加）を抑制することが、より良い空
気浄化であると考えられる。

【００１６】本発明者の実験結果によれば、図１３に示
すように、酸素富化により、呼吸量を低減できることが
確認されたが、二酸化炭素濃度が高くなるに従って、呼
吸量が増加し、二酸化炭素濃度が高いときには、たとえ
酸素富化しても、呼吸量を清浄環境時のレベルまでは低
減できないことが確認された。この場合には、図１４に
示すように、酸素富化よりも二酸化炭素濃度を低下させ
た方が呼吸量低減に効果的であることも確認された。

【００１７】この関係に着目して、より快適な空気質を
実現するための構成が本発明の請求項２，４の構成であ
る。このものは、室内空気中の二酸化炭素濃度を検出す
る二酸化炭素濃度検出手段を備え、この二酸化炭素濃度
検出手段により検出した二酸化炭素濃度が設定値を越え
たときに、制御手段は、請求項１の流路抵抗切替手段若
しくは請求項３の流通モード切替手段を二酸化炭素除去
モードに切り替えて運転する。これにより、二酸化炭素
濃度を設定値以下に抑えることができる。このため、二
酸化炭素濃度が高い状態のまま酸素富化を継続するとき
よりも、呼吸量を効果的に低減させることができると共
に、その後の酸素富化も一層効果的に行うことができ
る。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の第１実施例を図１乃至図８に
基づいて説明する。室内空気は、電磁弁ＥＶ１を通して
送気手段たるコンプレッサ１１に吸入される。酸素富化
モード時には、このコンプレッサ１１から吐出された空
気が、図１に実線矢印で示すように、２つの電磁弁ＥＶ
２，ＥＶ３を通って第１のポートＰ１から吸着タンク１
２内に流入する。この吸着タンク１２内には、空気中の
窒素及び二酸化炭素を吸着するゼオライト等の吸着剤１
３（図２参照）が収容されている。酸素富化モード時に
吸着タンク１２内を通過した酸素富化空気は、図１に実
線矢印で示すように、第２のポートＰ２→電磁弁ＥＶ４
→オリフィス１４→電磁弁ＥＶ５の経路で流れて室内に
吹き出される。上記オリフィス１４と電磁弁ＥＶ５とを
有する高圧回路１５には、電磁弁ＥＶ６を有する低圧回
路１６が並列に接続されており、これら高圧回路１５と
低圧回路１６とから流路抵抗切替手段１７が構成されて
いる。

【００１９】この場合、酸素富化モード時には、低圧回
路１６の電磁弁ＥＶ６を閉鎖して高圧回路１５の電磁弁
ＥＶ５を開放することで、吸着タンク１２の出口側の空
気流通経路の流路抵抗を大きくして、吸着タンク１２内
の圧力（スイング圧力）を窒素の吸着に適した圧力（例
えば０．５kgf/cm2 G ）に切り替える（図６及び図７参
照）。これに対し、二酸化炭素除去モード時には、高圧
回路１５の電磁弁ＥＶ５を閉鎖して低圧回路１６の電磁
弁ＥＶ６を開放することで、吸着タンク１２の出口側の
空気流通経路の流路抵抗を小さくして、スイング圧力を
二酸化炭素の吸着に適した低圧力（例えば０．０８kgf/
cm2 G ）に切り替える（図６及び図７参照）。この二酸
化炭素除去モード時には、酸素富化空気が図１に一点鎖
線矢印で示すように、低圧回路１６を流れて室内に吹き
出される。

【００２０】一方、吸着タンク１２の側壁には、二酸化
炭素除去モード時に空気流入口となる第３のポートＰ３
が設けられ、この第３のポートＰ３に、電磁弁ＥＶ２，
ＥＶ３間の空気流通経路から分岐したバイパス流入路１
８が接続され、このバイパス流入路１８中にも電磁弁Ｅ
Ｖ７が設けられている。このバイパス流入路１８の先端
部は、図２に示すように、第３のポートＰ３から吸着タ
ンク１２内に挿入され、二酸化炭素除去モード時には、
バイパス流入路１８の電磁弁ＥＶ７を開放してバイパス
流入路１８から空気を第１のポートＰ１側に向けて吐出
する。この第１のポートＰ１は、酸素富化モード時には
空気流入口となるが、二酸化炭素除去モード時には空気
流出口となる。二酸化炭素除去モード時に第１のポート
Ｐ１から流出する空気は、図１に一点鎖線矢印で示すよ
うにバイパス流出路１９を経由して、電磁弁ＥＶ４と流
路抵抗切替手段１７との間の空気流出路２０に流れ、流
路抵抗切替手段１７側へ流れる。上記バイパス流出路１
９中にも電磁弁ＥＶ８が設けられている。

【００２１】以上説明したバイパス流入路１８とバイパ
ス流出路１９とによって、吸着タンク１２内の空気の流
れを酸素富化モードから二酸化炭素除去モードに切り替
える流通モード切替手段２１が構成されている。この場
合、酸素富化モード時には、バイパス流入路１８及びバ
イパス流出路１９の双方の電磁弁ＥＶ７，ＥＶ８を閉鎖
して、空気を第１のポートＰ１から第２のポートＰ２へ
と流し、吸着タンク１２内の吸着剤１３の収容領域全体
に空気を行き渡らせる。一方、二酸化炭素除去モード時
には、バイパス流入路１８及びバイパス流出路１９の双
方の電磁弁ＥＶ７，ＥＶ８を開放して、空気を第３のポ
ートＰ３から第１のポートＰ１へと流し、吸着タンク１
２内の吸着剤１３の収容領域のうちの第３のポートＰ３
と第１のポートＰ１との間の部分（図２に示す点線の斜
線部分）を使用して空気を流すようになっている。

【００２２】また、上記空気流出路２０には、流路抵抗
切替手段１７の前段に位置してサージタンク２２が設け
られている。このサージタンク２２は、酸素富化モード
時及び二酸化炭素除去モード時に流路抵抗切替手段１７
側へ流れる空気の一部を取り込んで蓄える。一方、脱気
モード時には、サージタンク２２内に蓄えられている空
気が、図１に点線矢印で示すように、電磁弁ＥＶ４→第
２のポートＰ２→吸着タンク１２→第１のポートＰ１→
電磁弁ＥＶ３→電磁弁ＥＶ９→コンプレッサ１１→電磁
弁ＥＶ１０の経路で室外に排出される。この際、空気が
吸着タンク１２内の吸着剤１３を通過する過程で、吸着
剤１３に吸着されている窒素分子や二酸化炭素分子を取
り除いて、吸着剤１３の吸着能力を回復させる。この脱
気モード時における吸着タンク１２内の圧力は、例えば
−０．８kgf/cm2 G となるように設定されている。以上
説明した各モードにおける電磁弁ＥＶ１〜電磁弁ＥＶ１
０のＯＮ（開放）／ＯＦＦ（閉鎖）の切替は、図３に示
すようになっている。

【００２３】次に、図４に基づいて制御系統の電気回路
の構成を説明する。電源スイッチ２５に直列に第１のリ
レーコイルＲＬ１が接続されている。この電源スイッチ
２５をオンすると、第１のリレーコイルＲＬ１に通電さ
れて第１のリレースイッチＲＬ１Ｓがオンする。この第
１のリレースイッチＲＬ１Ｓのオンによって、酸素セン
サアンプ２７が作動し始める。この酸素センサアンプ２
７は、室内の酸素濃度を検出する酸素センサ（図示せ
ず）の出力信号に基づいて酸素富化モード運転を実行す
るか否かを判定し、酸素富化モード実行用の第３のリレ
ーコイルＲＬ３の通電を制御する。この酸素センサアン
プ２７と第３のリレーコイルＲＬ３との直列回路に対し
て、リレースイッチ２６と第２のリレーコイルＲＬ２と
の直列回路が並列に接続されている。この場合、酸素セ
ンサにより検出された空気中の酸素濃度が例えば２０．
０％以下のときには、リレースイッチ２６がオフに維持
されるが、酸素濃度が２０．０％を越えると、酸素セン
サアンプ２７によりリレースイッチ２６をオンさせて、
第２のリレーコイルＲＬ２に通電するようになってい
る。

【００２４】上記第２のリレーコイルＲＬ２又は第３の
リレーコイルＲＬ３に通電されると、第２のリレースイ
ッチＲＬ２Ｓ又は第３のリレースイッチＲＬ３Ｓがオン
して、リレータイマーＲＬＴが計時動作を開始し、二酸
化炭素除去モード又は酸素富化モードの運転を実行す
る。このリレータイマーＲＬＴは、オンされたリレース
イッチＲＬ２Ｓ又はＲＬ３Ｓのオン状態を例えば２０秒
経過後にオフ状態に切り替えて、二酸化炭素除去モード
又は酸素富化モードの運転を終了する。このリレータイ
マーＲＬＴの計時動作中（つまりリレースイッチＲＬ２
Ｓ又はＲＬ３Ｓのオン中）は、リレースイッチＳＷ１が
オン状態に維持されて、電磁弁ＥＶ１，ＥＶ２に通電さ
れ、これらが開放された状態に維持される。

【００２５】また、リレータイマーＲＬＴは、酸素富化
モード又は二酸化炭素除去モードの終了後（リレースイ
ッチＲＬ２Ｓ又はＲＬ３Ｓをオフ状態に切り替えた
後）、リレースイッチＳＷ２，ＳＷ３を例えば２０秒間
オン状態に維持して、電磁弁ＥＶ３，ＥＶ４，ＥＶ９，
ＥＶ１０に通電し、これらを開放状態に維持して、脱気
モード運転を例えば２０秒間だけ実行する。

【００２６】以上のように構成した酸素富化空気生成装
置の作動の流れを図５のフローチャートに従って説明す
る。まず、ステップ１０１で、酸素センサ（図示せず）
により検出した空気中の酸素濃度が２０．０％以下であ
るか否かを判定し、ＹＥＳ（２０．０％以下）であれ
ば、空気中の酸素濃度を高める必要があるので、ステッ
プ１０２に移行し、第３のリレーコイルＲＬ３に通電し
て、第３のリレースイッチＲＬ３Ｓをオンさせ、酸素富
化モードの運転を開始する。

【００２７】この酸素富化モード時には、図３に示すよ
うに、電磁弁ＥＶ１〜ＥＶ５を開放して、室内空気を、
図１に実線矢印で示すように、電磁弁ＥＶ１→コンプレ
ッサ１１→電磁弁ＥＶ２→電磁弁ＥＶ３→第１のポート
Ｐ１→吸着タンク１２→第２のポートＰ２→電磁弁ＥＶ
４→高圧回路１５（オリフィス１４→電磁弁ＥＶ５）→
室内の経路で循環させて、室内空気の酸素濃度を高め
る。この際、酸素富化空気を高圧回路１５（オリフィス
１４→電磁弁ＥＶ５）を通して流すことで、吸着タンク
１２の出口側の空気流通経路の流路抵抗を大きくして、
吸着タンク１２内の圧力（スイング圧力）を窒素の吸着
に適した圧力（例えば０．５kgf/cm2 G ）に設定する
（図６及び図７参照）。このように、窒素の吸着に適し
た圧力条件下で、空気を第１のポートＰ１→吸着タンク
１２→第２のポートＰ２の経路で流通させることで、吸
着タンク１２内の吸着剤１３の収容領域全体にまんべん
なく空気を流通させて、空気中の窒素を効率良く吸着
し、酸素富化空気を効率良く生成する。

【００２８】以上のような酸素富化モードの運転は、リ
レータイマーＲＬＴによって例えば２０秒間だけ実行さ
れる（ステップ１０３）。このリレータイマーＲＬＴ
は、酸素富化モード終了後に、リレースイッチＳＷ２，
ＳＷ３を例えば２０秒間オン状態に維持して、電磁弁Ｅ
Ｖ３，ＥＶ４，ＥＶ９，ＥＶ１０に通電し、これらを開
放状態に維持して、脱気モードの運転を例えば２０秒間
だけ実行する（ステップ１０７）。

【００２９】この脱気モード時には、サージタンク２２
内に蓄えられている酸素富化空気が、図１に点線矢印で
示すように、電磁弁ＥＶ４→第２のポートＰ２→吸着タ
ンク１２→第１のポートＰ１→電磁弁ＥＶ３→電磁弁Ｅ
Ｖ９→コンプレッサ１１→電磁弁ＥＶ１０の経路で室外
に排出される。この際、酸素富化空気が吸着タンク１２
内の吸着剤１３を通過する過程で、吸着剤１３に吸着さ
れている窒素分子や二酸化炭素分子を取り除いて、吸着
剤１３の吸着能力を回復させる。この脱気モード時にお
ける吸着タンク１２内の圧力は、例えば−０．８kgf/cm
2 G である。

【００３０】この脱気モード終了後に、ステップ１０１
に戻り、酸素濃度が２０．０％以下であれば、再度、ス
テップ１０２に進んで、酸素富化モードの運転を繰り返
す。これにより、酸素濃度が２０．０％を越えれば、ス
テップ１０１の判断が「ＮＯ」となり、ステップ１０４
に移行して、第２のリレーコイルＲＬ２に通電して、第
２のリレースイッチＲＬ２Ｓをオンさせ、二酸化炭素除
去モードの運転を開始する。

【００３１】この二酸化炭素除去モード時には、図３に
示すように、電磁弁ＥＶ１，ＥＶ２，ＥＶ６，ＥＶ７，
ＥＶ８を開放して、室内空気を、図１に一点鎖線矢印で
示すように、電磁弁ＥＶ１→コンプレッサ１１→電磁弁
ＥＶ２→電磁弁ＥＶ７→バイパス流入路１８→第３のポ
ートＰ３→吸着タンク１２→第１のポートＰ１→バイパ
ス流出路１９（電磁弁ＥＶ８）→低圧回路１６（電磁弁
ＥＶ６）→室内の経路で循環させて、室内空気中の二酸
化炭素濃度を低下させる。この際、空気を第３のポート
Ｐ３→吸着タンク１２→第１のポートＰ１の経路で流通
させることで、吸着タンク１２内の吸着剤１３の収容領
域における空気流通範囲を図２に点線斜線で示す範囲に
狭めて、吸着タンク１２内の圧損を低下させ、吸着タン
ク１２内の圧力（スイング圧力）を低下させる。更に、
吸着タンク１２から流出する空気を低圧回路１６（電磁
弁ＥＶ６）を通して流すことで、吸着タンク１２の出口
側の空気流通経路の流路抵抗を小さくして、スイング圧
力を二酸化炭素の吸着に適した圧力（例えば０．０８kg
f/cm2 G ）に設定する（図６及び図７参照）。これによ
り、二酸化炭素の吸着に適した圧力条件下で、空気の流
量を増加させて、空気中の二酸化炭素を効率良く吸着
し、空気中の二酸化炭素濃度を効率良く低下させる。こ
の二酸化炭素除去モードでは、図７に示すように、供給
空気中の酸素濃度が２６．２％から２５％に低下すると
共に、上述した吸着タンク１２内の圧損低下及び空気流
出経路の流路抵抗低下により、空気流入量は７．２リッ
トル／min から１４．３リットル／min に増加する。こ
れにより、二酸化炭素除去量が０．０１２６ｇ／ｇから
０．０２５１ｇ／ｇへと約２倍増加する。このような二
酸化炭素除去モードの運転を例えば２０秒後に終了して
（ステップ１０５）、ステップ１０６へ移行し、脱気モ
ードの運転を２０秒間実行した後（ステップ１０７）、
ステップ１０１に戻り、以後、上述した処理を繰り返
す。

【００３２】以上の処理内容を要約すれば、酸素濃度が
２０．０％を越えている間は、二酸化炭素除去モードと
脱気モードの運転を例えば２０秒間隔で交互に繰り返
し、酸素濃度が２０．０％以下になった時点で、酸素富
化モードの運転を実行して、酸素濃度を２０．０％より
も高くするように作動する。これにより、室内の空気環
境が、図８に示す疲労軽減率の高い領域Ｉ又は領域IIの
範囲内に維持され、室内の居住空間の快適性が良好に維
持される。

【００３３】以上説明した第１実施例では、二酸化炭素
除去モード時に空気が流れるバイパス流出路１９をサー
ジタンク２２の前段に接続して、二酸化炭素除去モード
時にも空気の一部をサージタンク２２内に取り込むこと
ができるように構成したが、図９に示す本発明の第２実
施例のように、吸着タンク１２の第１のポートＰ１側に
接続されたバイパス流出路３１の出口を高圧回路１５の
下流側に接続し、このバイパス流出路３１中に電磁弁Ｅ
Ｖ８を設けた構成としても良い。

【００３４】この場合、バイパス流出路３１は、第１実
施例と同じく、バイパス流入路１８と共に流通モード切
替手段３２を構成し、吸着タンク１２内の空気の流れを
酸素富化モードから二酸化炭素除去モードに切り替える
役割を果たす。更に、このバイパス流出路３１は、“低
圧回路”としても機能し、二酸化炭素除去モード時に吸
着タンク１２内の圧力（スイング圧力）を二酸化炭素の
吸着に適した圧力（例えば０．０８kgf/cm2 G ）に切り
替える役割を果たす。従って、この第２実施例では、バ
イパス流出路３１と高圧回路１５とから流路抵抗切替手
段３３が構成されている。尚、この第２実施例では、バ
イパス流出路３１の接続を第１実施例から変更した結
果、吸着タンク１２の第２のポートＰ２とサージタンク
２２との間には、第１実施例で設けられていた電磁弁Ｅ
Ｖ４が不要となる。これ以外の構成は、前述した第１実
施例と同じである。

【００３５】以上説明した第１及び第２の両実施例で
は、流通モード切替手段２１，３２を設け、二酸化炭素
除去モード時に、空気を第３のポートＰ３→吸着タンク
１２→第１のポートＰ１の経路で流通させることで、吸
着タンク１２内の吸着剤１３の収容領域における空気流
通範囲を狭めるように空気を流すようにしたので、二酸
化炭素除去モード時の吸着タンク１２内の圧損を低下さ
せることができて、スイング圧力の低下幅を拡大でき、
空気流量を増加させて、二酸化炭素除去量を増加させる
ことができる。しかも、吸着剤１３全体から見て、二酸
化炭素を吸着させる部分（図２に点線斜線で示す部分）
が少ないため、吸着力の強い二酸化炭素の脱気が不十分
になったとしても、二酸化炭素を吸着していない部分に
よって、酸素富化モード時の窒素の吸着能力を確保する
ことができて、酸素富化能力の低下を小さく抑えること
ができ、１つの吸着タンク１２を用いて、酸素富化と二
酸化炭素除去の双方を極めて効率良く行うことができ
る。

【００３６】しかしながら、本発明は、第１及び第２の
両実施例に限定されず、例えば、図１０に示す第３実施
例のように、流通モード切替手段２１，３２を省いた構
成としても良い。この第３実施例では、二酸化炭素除去
モード時にも、酸素富化モードと同じく、空気を第１の
ポートＰ１→吸着タンク１２→第２のポートＰ２の経路
で流通させるが、この場合でも、吸着タンク１２から流
出する空気を流路抵抗切替手段１７の低圧回路１６（電
磁弁ＥＶ６）を通して流すことで、吸着タンク１２の出
口側の空気流通経路の流路抵抗を小さくして、スイング
圧力を低下させることができる。これにより、空気流量
を増加させて二酸化炭素除去量を増加させることがで
き、１つの吸着タンク１２を用いて、酸素富化と二酸化
炭素除去の双方を効率良く行うことができる。尚、この
第３実施例では、流通モード切替手段２１，３２を省い
た結果、第１実施例で設けられていた電磁弁ＥＶ３，Ｅ
Ｖ４も不要となる。

【００３７】また、本発明は、第１実施例又は第２実施
例の構成から流路抵抗切替手段１７，３３を省いた構成
としても良い。この場合でも、流通モード切替手段２
１，３２によって、二酸化炭素除去モード時に吸着タン
ク１２内の圧損を低下させてスイング圧力を低下させる
ことができ、空気流量を増加させて、二酸化炭素除去量
を増加させることができる。

【００３８】尚、前述した第１実施例では、センサ数削
減という設計的要求から二酸化炭素センサを省略し、空
気中の酸素濃度が２０．０％を越えているときに、二酸
化炭素除去モードと脱気モードの運転を例えば２０秒間
隔で交互に繰り返すように構成したが、二酸化炭素セン
サ（二酸化炭素検出手段）を設け、室内空気中の二酸化
炭素濃度が設定値（例えば０．５％）を越えたときに二
酸化炭素除去モードの運転を行うようにしても良い。

【００３９】これを具体化した実施例が図１１及び図１
２に示す本発明の第４実施例である。この第４実施例で
は、二酸化炭素濃度検出手段として二酸化炭素センサ４
１を設け、この二酸化炭素センサ４１の出力信号を制御
回路４２（制御手段）に入力するようになっている。こ
の制御回路４２は、例えばマイクロコンピュータを主体
として構成され、図１２に示す制御プログラムを実行す
ることにより、室内空気中の二酸化炭素濃度が設定値
（例えば０．５％）を越えたときに、流路抵抗切替手段
１７（又は３３）若しくは流通モード切替手段２１（又
は３２）を二酸化炭素除去モードに切り替えて運転する
ように制御する。ここで、流路抵抗切替手段１７（又は
３３）と流通モード切替手段２１（又は３２）は、いず
れか一方を設ければ良く、また、その構成についても前
述した各実施例のいずれかを採用すれば良い。

【００４０】前述したように、たとえ酸素濃度が高くて
も、二酸化炭素濃度が高くなれば、疲労軽減率（快適
性）が著しく低下してしまう。それ故に、快適性を維持
するためには、酸素富化に加え、二酸化炭素濃度を低下
させることも必要となる。この関係を更に詳しく調べて
みると、空気質（二酸化炭素濃度と酸素濃度）が良くな
るほど、人体の呼吸量を低減できることが確認された。
この呼吸量は人体の代謝量を示す一指標であり、代謝量
の大小が肉体的疲労のみならず精神的疲労にも影響を与
えるものと考えられる。それ故に、代謝量の増加（この
場合には呼吸量の増加）を抑制することが、より良い空
気浄化であると考えられる。

【００４１】本発明者の実験結果によれば、図１３に示
すように、酸素富化により、呼吸量を低減できることが
確認されたが、二酸化炭素濃度が高くなるに従って、呼
吸量が増加し、二酸化炭素濃度が高いときには、たとえ
酸素富化しても、呼吸量を清浄環境時のレベルまでは低
減できないことが確認された。例えば、図１３（ａ）に
示すように、清浄環境時（二酸化炭素濃度；約０．０４
％，酸素濃度；約２１％）のときには、呼吸量が約９．
５リットル／分であるが、図１３（ｂ）に示すように、
二酸化炭素濃度が約０．７％に上昇し、酸素濃度が約２
０％に低下すると、呼吸量が約１３リットル／分まで増
加する。このような状態で、酸素富化して、酸素濃度を
約３０％まで上昇させたとしても、図１３（ｃ）に示す
ように、呼吸量を約１２リットル／分までしか低減でき
ず、清浄環境時のレベルまでは低減することができな
い。このような場合には、図１４に示すように、酸素富
化よりも二酸化炭素濃度を低下させた方が呼吸量低減に
効果的であることも確認された。

【００４２】この関係に着目して、より快適な空気質を
実現するための構成が上述した第４実施例である。この
第４実施例では、メイン制御プログラム（図示せず）の
実行中に、図１２（ａ），（ｂ）に示すサブルーチンが
繰り返し実行され、二酸化炭素濃度が設定値（例えば
０．５％）以下に抑えられる。

【００４３】図１２（ａ）に示すサブルーチン（その
１）では、まず、ステップ１１１で、酸素富化モード運
転中か否かを判断し、「ＮＯ」であれば、メイン制御プ
ログラムに戻る。その後、酸素富化モード運転が開始さ
れれば、その時点で、ステップ１１１の判断が「ＹＥ
Ｓ」となり、ステップ１１２に進んで、二酸化炭素セン
サ４１により検出した二酸化炭素濃度が設定値（例えば
０．５％）を越えたか否か判断する。もし、二酸化炭素
濃度が設定値以下であれば、引き続き、酸素富化モード
運転を継続すれば良いので、ステップ１１３の処理を行
わずに、メイン制御プログラムに戻る。

【００４４】その後、二酸化炭素濃度が設定値を越えれ
ば、その時点で、上述したステップ１１２の判断が「Ｙ
ＥＳ」となり、ステップ１１３に進んで、運転モードを
二酸化炭素除去モードに切り替える。これにより、二酸
化炭素濃度を設定値以下に抑えることができる。このた
め、二酸化炭素濃度が高い状態のまま酸素富化を継続す
るときよりも、呼吸量を効果的に低減させて、快適性を
更に向上することができると共に、その後の酸素富化も
効果的に行うことができる。

【００４５】一方、二酸化炭素除去モードから酸素富化
モードへの復帰時期は、図１２（ｂ）に示すサブルーチ
ン（その２）で制御される。このサブルーチン（その
２）では、まず、ステップ１２１で、二酸化炭素除去モ
ード運転中か否かを判断し、「ＮＯ」であれば、メイン
制御プログラムに戻る。その後、運転モードが二酸化炭
素除去モードに切り替えられれば、その時点で、ステッ
プ１２１の判断が「ＹＥＳ」となり、ステップ１２２に
進んで、二酸化炭素センサ４１により検出した二酸化炭
素濃度が復帰値（例えば０．２％）以下になったか否か
判断する。もし、二酸化炭素濃度が復帰値よりも高けれ
ば、引き続き、二酸化炭素除去モードの運転を継続し
て、二酸化炭素濃度を低下させる必要があるので、ステ
ップ１２３の処理を行わずに、メイン制御プログラムに
戻る。

【００４６】その後、二酸化炭素濃度が復帰値以下にな
れば、その時点で、上述したステップ１２２の判断が
「ＹＥＳ」となり、ステップ１２３に進んで、運転モー
ドを酸素富化モードに切り替える。これにより、二酸化
炭素濃度を低下させた状態で、酸素富化を効果的に行う
ことができる。

【００４７】更に、この第４実施例では、呼吸量を清浄
環境時のレベルに合わせる「エコノミーモード」と、呼
吸量を清浄環境時のレベルよりも減少させる「疲労回復
モード」との間で切り替えるモード切替スイッチ４３
（図１１参照）を設けている。このモード切替の基本的
概念を図１５に示している。人が快適と感じる、あるい
は高濃度酸素付与による中毒をおこさない酸素濃度の限
界値は概ね４０％程度と言われている。従って、疲労回
復モードでは、酸素センサ４４で室内空気中の酸素濃度
を監視しながら、酸素濃度が４０％以下の範囲内で酸素
富化するように酸素富化モードの運転を制御する。但
し、この疲労回復モードでも、二酸化炭素濃度が設定値
を越えれば、その時点で、運転モードを二酸化炭素除去
モードに切り替えて、二酸化炭素濃度を設定値以下に抑
えて、その後の酸素富化の効果を高める。

【００４８】また、二酸化炭素濃度が低くなれば、酸素
富化の度合も少なくて済むので、エコノミーモードで
は、二酸化炭素濃度が低くなるに従って、酸素富化量を
少なくする。この場合、酸素濃度がエコノミーモードの
上限値を越えた時点で、酸素富化モードの運転を停止
し、その後、酸素濃度がエコノミーモードの下限値以下
になった時点で、酸素富化モードの運転を再開するとい
うように、酸素富化モードの運転を間欠的に行うことに
より、省エネルギー化するものである。但し、このエコ
ノミーモードでも、二酸化炭素濃度が設定値を越えれ
ば、その時点で、運転モードを二酸化炭素除去モードに
切り替えて、二酸化炭素濃度を設定値以下に抑えて、そ
の後の酸素富化の効果を高める。

【００４９】尚、個人によって二酸化炭素や酸素に対す
る感受性が異なるため、エコノミーモードの領域や二酸
化炭素除去モードへの切替時の設定値に幅をもたせて、
これらを使用者の好みに合わせて調整できるようにして
も良い。また、上記第４実施例では、二酸化炭素除去モ
ード運転中に、二酸化炭素濃度が復帰値以下になった時
点で酸素富化モードへ復帰させるようにしたが、二酸化
炭素除去モードの運転をタイマ制御し、二酸化炭素除去
モードの運転を一定時間行った後、酸素富化モードへ復
帰させるようにしても良い。

【００５０】また、前述した第１乃至第３実施例におい
ては、酸素富化モード，二酸化炭素除去モード，脱気モ
ードの運転の切替を、自動切替ではなく、手動スイッチ
によりマニュアル操作で切り替えるようにしても良いこ
とは言うまでもない。

【００５１】その他、本発明は、上記各実施例に限定さ
れるものではなく、例えば、酸素富化モードの運転開始
時の酸素濃度設定値を２０％から変更したり、二酸化炭
素除去モードへ切り替えるときの二酸化炭素濃度設定値
を０．５％から変更したり、酸素富化モードへ復帰させ
るときの二酸化炭素濃度設定値（復帰値）を０．２％か
ら変更したり、送気手段をコンプレッサ１１からブロワ
に代えたり、吸着タンク１２のサイズ・構造に応じてス
イング圧力を適宜変更しても良い等、要旨を逸脱しない
範囲内で種々変更して実施できることは言うまでもな
い。

【００５２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、吸着タンクの出口側の空気流通経路の流路抵
抗を切り替える流路抵抗切替手段、又は、吸着タンク内
の空気の流れを切り替える流通モード切替手段を設けた
ので、その切替動作により、１つの吸着タンクを用い
て、酸素富化（窒素除去）と二酸化炭素除去の双方を効
率良く行うことができて、空気中の酸素濃度と二酸化炭
素濃度の双方を適正に制御でき、極めて快適な空気環境
を実現できる（請求項１及び３の効果）。

【００５３】更に、二酸化炭素濃度が設定値を越えたと
きに、自動的に二酸化炭素除去モードに切り替えて運転
するようになっているので、二酸化炭素濃度を設定値以
下に抑えることができて、二酸化炭素濃度が高い状態の
まま酸素富化を継続するときよりも、呼吸量を効果的に
低減させて、快適性を更に向上できると共に、その後の
酸素富化も一層効果的に行うことができる（請求項２及
び４の効果）。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示すシステム構成図

【図２】吸着タンクを一部破断して示す正面図

【図３】各モードと各電磁弁のＯＮ／ＯＦＦとの関係を
示す図

【図４】制御系統の電気回路図

【図５】酸素富化空気生成装置の作動内容を示すフロー
チャート

【図６】スイング圧力と二酸化炭素吸着量，酸素富化
量，空気流量，二酸化炭素・窒素飽和吸着量との関係を
示す図

【図７】スイング圧力と酸素濃度（ａ），二酸化炭素除
去量（ｂ）との関係を示す図

【図８】空気環境と疲労軽減率との関係を示す図

【図９】本発明の第２実施例を示すシステム構成図

【図１０】本発明の第３実施例を示すシステム構成図

【図１１】本発明の第４実施例を示すブロック図

【図１２】２つのサブルーチンの制御の流れを示すフロ
ーチャート

【図１３】呼吸量と二酸化炭素濃度，酸素濃度との関係
を示す図

【図１４】呼吸量を清浄環境時のレベルに戻すのに必要
な酸素富化量と二酸化炭素濃度との関係を説明する図

【図１５】エコノミーモードと疲労回復モードの概念を
説明する図

【符号の説明】

１１…コンプレッサ（送気手段）、１２…吸着タンク、
１３…吸着剤、１４…オリフィス、１５…高圧回路、１
６…低圧回路、１７…流路抵抗切替手段、１８…バイパ
ス流入路、１９…バイパス流出路、２１…流通モード切
替手段、２２…サージタンク、３１…バイパス流出路、
３２…流通モード切替手段、３３…流路抵抗切替手段、
４１…二酸化炭素センサ（二酸化炭素濃度検出手段）、
４２…制御回路（制御手段）、４３…モード切換スイッ
チ、４４…酸素センサ、ＥＶ１〜ＥＶ１０…電磁弁、Ｐ
１…第１のポート、Ｐ２…第２のポート、Ｐ３…第３の
ポート。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成６年１月１２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図８

【補正方法】変更

【補正内容】

【図８】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ▲児▼玉 悟 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空気中の窒素及び二酸化炭素を吸着する
   吸着剤を収容した吸着タンクを設け、この吸着タンク内
   に送気手段により空気を送って酸素富化空気を生成する
   酸素富化空気生成装置において、 前記吸着タンクの出口側の空気流通経路の流路抵抗を切
   り替えることにより、前記吸着タンク内の圧力を窒素の
   吸着に適した圧力に設定する酸素富化モードと二酸化炭
   素の吸着に適した圧力に設定する二酸化炭素除去モード
   との間で切り替える流路抵抗切替手段を設けたことを特
   徴とする酸素富化空気生成装置。
2. 【請求項２】 室内空気中の二酸化炭素濃度を検出する
   二酸化炭素濃度検出手段と、検出した二酸化炭素濃度が
   設定値を越えたときに前記流路抵抗切替手段を二酸化炭
   素除去モードに切り替えて運転する制御手段とを備えて
   いることを特徴とする請求項１記載の酸素富化空気生成
   装置。
3. 【請求項３】 空気中の窒素及び二酸化炭素を吸着する
   吸着剤を収容した吸着タンクを設け、この吸着タンク内
   に送気手段により空気を送って酸素富化空気を生成する
   酸素富化空気生成装置において、 前記吸着タンク内の空気の流れを吸着剤収容領域全体に
   行き渡らせる酸素富化モードと、前記吸着剤収容領域に
   おける空気流通範囲を狭めるように空気を流して前記吸
   着タンク内の圧損を低下させる二酸化炭素除去モードと
   の間で切り替える流通モード切替手段を設けたことを特
   徴とする酸素富化空気生成装置。
4. 【請求項４】 室内空気中の二酸化炭素濃度を検出する
   二酸化炭素濃度検出手段と、検出した二酸化炭素濃度が
   設定値を越えたときに前記流通モード切替手段を二酸化
   炭素除去モードに切り替えて運転する制御手段とを備え
   ていることを特徴とする請求項３記載の酸素富化空気生
   成装置。