JPH11128652A - 中空糸膜式加湿装置における湿度調整方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧力変動式吸着法による酸素濃縮装置から得
られる濃縮酸素の湿度を適正範囲内に調整できるように
した湿度調整方法を提供する。 【解決手段】 水分離中空糸膜５を隔膜とする中空糸膜
ユニット４を用いて水蒸気を分離された除湿空気を、圧
力変動式吸着法による酸素濃縮装置８に送って濃縮酸素
ガス生成させ、その濃縮酸素ガスを上記水分離中空糸膜
の二次側の水蒸気により加湿するに際し、生成させた濃
縮酸素ガスの流量を流量検出器１５において検出し、そ
の酸素流量が設定流量になるように制御すると共に、検
出した酸素ガス流量に基づいて、その流量とほぼ逆比例
関係を維持するような圧力設定値を演算し、調湿酸素取
出し管１８に設けた圧力調節弁２０を制御し、酸素湿度
を適正範囲内に調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧力変動式吸着法
（プレッシャー・スウィング・アドソープション：以
下、ＰＳＡ方式という。）により酸素濃縮装置から生成
される濃縮酸素ガスを、空気中に含まれる水蒸気を加湿
用水蒸気源とし、水分離中空糸膜を隔膜として水蒸気を
分離する加湿装置を用いて加湿するに際し、その濃縮酸
素ガスを所要の湿度に調整するための湿度調整方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、ＰＳＡ方式による在宅医療用酸
素濃縮器において生成される濃縮酸素ガスは、呼吸器疾
患者の呼吸補助器として使用されるが、酸素濃縮に使用
される吸着剤が水分子をもよく吸着するために、得られ
た濃縮酸素ガスは相対湿度が１〜３％ＲＨと過度に乾燥
していて、人体に直接吸引使用するには不適当である。
そのため、別途加湿装置を併用して加湿している。この
加湿装置として、従来は濃縮酸素出口の酸素導管途中に
水を収容した容器を設け、乾燥した濃縮酸素ガスを水中
でバブリングさせて加湿するという方法が用いられてい
たが、加湿用の水の消耗を伴うため、定期的に滅菌水の
補給が必要であり、使用者の取扱いが煩雑となる難点が
あった。そのため、水分離中空糸膜を用いて空気中の水
蒸気を採取する方法が開発され、特開平２−９９１１３
号公報等により提案されている。

【０００３】この水分離中空糸膜を用いて濃縮酸素ガス
を加湿する方法は、酸素濃縮装置が置かれた雰囲気空気
中に含まれる水蒸気を利用するので、水補給が不要であ
ると共に、不快な気泡破裂音がないなど、非常に利便性
の高い方法である。しかしながら、この濃縮酸素ガスを
呼吸器疾患者の呼吸補助器として使用する場合、乾燥酸
素を患者の吸引に適した湿度とするための調湿機能を考
慮する必要があり、特に、酸素濃縮装置が置かれた雰囲
気湿度が高い場合の過加湿による結露を防止する機能に
不備があった。

【０００４】即ち、酸素濃縮装置の周囲の水蒸気を含む
空気を圧縮機により圧縮濃縮し、この空気中に含まれる
水蒸気を加湿の水蒸気源として、水分離中空糸膜を通し
て得られる水蒸気により乾燥酸素ガスの加湿を行うため
に、得られる加湿酸素の湿度は、当然ながら周囲空気の
湿度変化に応じて変化してしまうことになる。なお、水
分離中空糸膜の一次側に供給される水蒸気の濃度は、圧
縮機の吐出圧力によっても変化するが、圧縮機が決定さ
れれば、酸素濃縮装置固有の特性として稼働状態での平
均圧力は概ね一定であり、加湿酸素の湿度変動要因とは
ならない。そのため、加湿される酸素ガスの湿度は専ら
酸素濃縮装置が設置された周囲空気の湿度に支配される
ことになる。

【０００５】次に、周囲空気中の湿度変化の動向が、酸
素ガスの加湿に際して及ぼす影響について、供給と需要
の両面から検討する。ＰＳＡ方式の医療用酸素濃縮装置
では、一般に、生成酸素ガス濃度９５〜８５（容積）
％、生成酸素ガス流量０．２〜５リットル／分、圧縮機
の吐出圧力最大値０．２MPa （２ kgf／cm² ≒２．９４
atm）、吐出流量５０〜８０リットル／分（１atm 状態
下）の規模のものが、多用されている。ここでは、水蒸
気源の量、並びに湿度レベルと需要量との関係を比較検
討のために、以下の数値を例にして試算する。

【０００６】圧縮機吐出最大圧力＝０．１４ MPa （０．１４ MPa≒１．４ kgf／cm² ＝２．３６ atm） 想定平均圧力：Ｐpav ＝（２．３６＋１）／２＝１．６
８ atm 圧縮機吐出流量＝５０リットル／分（１ atm状態下） 平均加圧流量：Ｑpav ＝５０／１．６８＝３０リットル
／分（１．６８atm 加圧状態下） 周囲空気湿度：ＲＨe ＝３０％ＲＨ（１atm ） 平均加圧湿度：ＲＨpav は周囲湿度３０％ＲＨの１atm
の空気を平均圧力で、１．６８atm に加圧するのでＲＨ
pav ＝３０×１．６８＝５０％ＲＨ（１．６８atm ）相
当となる。

【０００７】即ち、酸素加湿用の水蒸気源として、相対
湿度がＲＨpav ＝５０％（１．６８atm ）で、流量Ｑpa
v ＝３０リットル／分（１．６８ atm加圧下流量）が得
られる。これを水蒸気源として乾燥酸素３リットル／分
（１ atm状態下）を同等の湿度５０％ＲＨまで加湿する
場合の水蒸気の供給量は、需要量に対して、３０／３≒
１０倍近くの量比があり、十分な水蒸気量といえる。

【０００８】この方式においては、酸素濃縮装置が設置
される周囲の空気の湿度がある一定値の場合には有効に
機能するが、周囲空気湿度が高い場合には、加湿酸素ガ
スの湿度が高くなり過ぎ、酸素ガスラインの僅かな温度
低下により凝縮水が発生し、使用上の障害となる。この
理由は、酸素濃縮装置の周囲湿度は、通常、季節的要因
も含め、少なくとも３０〜７５％ＲＨ程度の範囲で変化
することは避けられず、この大幅に濃度変動する水蒸気
源を圧縮し、加湿用水蒸気源として利用する方式のため
に、単なる流量比による調整では対応しきれず、適正な
酸素湿度を得ることは困難だからである。

【０００９】例えば、周囲湿度３０％ＲＨ状態下におい
て加湿酸素の湿度として５０％ＲＨ程度を得るために、
原料空気流量を酸素ガス流量に連動させるように初期設
定した状態で、周囲湿度が７５％ＲＨに増大すると原料
空気中の水分量は当初の３０％ＲＨの時に比較して２．
５倍となる。これでは、初期設定時に酸素ガス流量に連
動させて一定流量比率となるように原料空気の流量を決
め、それを一定に保持できたとしても、原料空気側に含
まれる水蒸気量（濃度）が変化してしまうので、酸素ガ
ス湿度を適正に維持することはできない。しかも、湿度
７５％ＲＨの周囲空気を平均圧力１．６８atm に圧縮す
ると、原料空気の湿度は過飽和状態（７５×１．６８＝
１２６％）になり、酸素ガス使用量が小流量の場合には
過剰に加湿される場合があり、酸素ガスラインに僅かな
温度低下があると凝縮水を発生する欠点がある。この現
象は酸素ガスの使用流量が少ない場合に特に顕著とな
る。

【００１０】この欠点を回避する目的で、周囲空気の湿
度が高い状態においても酸素ガスが過加湿にならない程
度に原料空気流量を酸素ガス流量に連動するように調整
する方法もあるが、この状況下において周囲空気湿度が
低下した場合には、原料圧縮空気中の水蒸気濃度が減少
するため、加湿用の水蒸気源としての補給量並びに湿度
レベルが不足し、酸素ガスは加湿不充分となる。例え
ば、周囲空気湿度７５％ＲＨの状態において、酸素ガス
使用流量が毎分０．５リットルの場合において、 酸素ガス使用流量＝０．５リットル／分（ at １ atm） 周囲空気湿度＝７５％ＲＨ（ at ２５℃，１ atm） 原料空気湿度＝７５×１．６８＝１２６％ＲＨ（ at ２
５℃，１．６８ atm） 水分離中空糸膜の水蒸気透過効率＝１００％ 所望の酸素湿度＝７０％ＲＨ（ at ２５℃ １ atm） という条件で水蒸気源として最低限度必要な原料空気の
理論流量値Ｑｘリットル／分（ at ２５℃，１．６８ a
tm）を試算すると、 Ｑｘ＝（７０／１２６）×０．５＝０．２８リットル／
分 のようになる。

【００１１】この試算においては単純化のために水分離
中空糸膜の水蒸気透過効率を１００％とするが、現実に
は効率を考慮すべきであり、更に、原料空気中の水蒸気
が酸素側に透過移行することにより原料側の水蒸気濃度
が低下することをも併せて考慮すれば、実際には、計算
値よりも多い流量が必要となることは勿論である。この
流量値は、原料空気流量全体の３０リットル／分（ at
２５℃，１．６８atm ）の１％程度であり、非常に少量
で充分なことがわかる。しかしながら、周囲空気湿度が
７５％ＲＨから３０％ＲＨに低下した場合に、同じ連動
流量比率のままでは、加湿酸素の湿度が７０％ＲＨから
一挙に２８％ＲＨにまで低下してしまい、加湿不充分と
なる。

【００１２】即ち、所望の酸素湿度をＯc ［％ＲＨ］、
原料（圧縮）空気湿度をＲＨair ［％ＲＨ］、酸素使用
流量をＱo ［リットル／分］として、次の一般式が得ら
れることになる。 Ｏc ＝（Ｑｘ／Ｑo ）×ＲＨair この一般式からも所望の一定酸素湿度を得るためには、
Ｑｘ／Ｑo （使用酸素流量に対する原料空気流量比率）
の値を一定にするだけでは不充分であり、周囲空気湿度
変化への対応策を実施しないと適正な酸素湿度が得られ
ないことがわかる。なお、ここでは、主としてＰＳＡ方
式による医療用酸素濃縮装置の場合の問題点について説
明したが、上述した問題点は、医療用の酸素濃縮装置に
限るものではなく、他の湿度調整を必要とする場合にお
いても同様である。

【００１３】一方、上記中空糸膜式加湿装置では、中空
糸膜により水蒸気を除去した乾燥空気を酸素濃縮装置の
吸着塔に供給するが、この場合に、中空糸膜が細くて長
いため、その入口と出口間での原料圧縮空気の圧力損失
が大きくなり、この圧力損失が、酸素濃縮装置の吸着塔
における吸着性能を低下させる傾向にある。そのため、
原料圧縮空気の圧力損失の低減についても配慮すること
が、効率的に濃縮酸素ガスを得るために有効である。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の技術的課題
は、ＰＳＡ方式による酸素濃縮装置から得られる濃縮酸
素の加湿に際して、従来技術が有していた加湿機能に関
する欠点を克服した新規な湿度調整方法を提供すること
にある。本発明の更に具体的な技術的課題は、上記酸素
濃縮装置おいて生成させた濃縮酸素ガスの流量を検出
し、その酸素流量に応じた酸素ガス圧力の制御により酸
素湿度を適正範囲内に調整するようにした湿度調整方法
を提供することにある。本発明の他の技術的課題は、酸
素濃縮装置の周囲の環境湿度や調湿酸素取出し管におけ
る加湿後の酸素湿度等に応じて、酸素湿度を適正範囲内
に調整できるようにした湿度調整方法を提供することに
ある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の湿度調整方法は、原料圧縮空気中に含まれる
水蒸気を加湿用水蒸気源とし、水分離中空糸膜を隔膜と
して水蒸気を分離する中空糸膜ユニットを用い、それに
より水蒸気を分離された除湿空気をＰＳＡ方式による酸
素濃縮装置に送って濃縮酸素ガス生成させ、その濃縮酸
素ガスを上記水分離中空糸膜の二次側に浸透した水蒸気
により加湿するに際し、上記酸素濃縮装置おいて生成さ
せた濃縮酸素ガスの流量を流量検出器において検出し、
その酸素流量が設定流量になるように制御すると共に、
検出した酸素ガス流量に基づいて、その流量とほぼ逆比
例関係を維持するような圧力設定値を演算して、調湿酸
素取出し管に設けた圧力調節弁を制御し、該調湿酸素取
出し管内の酸素ガスに圧力変化を与えて、酸素湿度を適
正範囲内に調整することを特徴とする。上記湿度調整方
法においては、酸素濃縮装置の周囲の環境湿度を検出
し、その湿度に応じて圧力設定値を補正して酸素湿度を
適正範囲内に調整し、また、調湿酸素取出し管における
加湿後の酸素湿度を検出し、その湿度に応じて圧力設定
値を補正して酸素湿度を適正範囲内に調整することがで
きる。

【００１６】また、本発明の他の湿度調整方法は、中空
糸膜ユニットにより水蒸気を分離された除湿空気をＰＳ
Ａ方式による酸素濃縮装置に送って濃縮酸素ガス生成さ
せ、その濃縮酸素ガスを中空糸膜ユニットの二次側に浸
透した水蒸気により加湿するに際し、酸素濃縮装置の周
囲の環境湿度を検出し、上記中空糸膜ユニットにおける
中空糸膜の二次側に導入する乾燥濃縮酸素ガスの一部
を、流量調整手段及び弁機構を有する酸素バイパス管に
分岐させて、その弁機構を上記検出した環境湿度に応じ
て制御し、この酸素バイパス管を流れる濃縮酸素ガスを
中空糸膜ユニットの送出管において加湿酸素ガスと合流
させ、酸素湿度を適正範囲内に調整することを特徴とす
るものである。

【００１７】上述した本発明の湿度調整方法において
は、中空糸膜ユニットにおける原料圧縮空気の送気口と
排気口との間に、流量調整用絞りを有するバイパス通路
を設けることにより、中空糸膜を透過する水蒸気量を調
整すると同時に、原料圧縮空気の圧力損失を低減するこ
とができる。このような本発明の方法によれば、ＰＳＡ
方式による酸素濃縮装置から得られる濃縮酸素の加湿に
際して、従来技術が有していた湿度調整機能に関する欠
点を克服した湿度調整方法を得ることができ、特に、酸
素濃縮装置の周囲の環境湿度や調湿酸素取出し管におけ
る加湿後の酸素湿度に応じて、酸素湿度を適正範囲内に
調整できるようにし、また、原料空気中の湿度変化が生
じた場合、あるいは酸素ガスの使用流量を変更した場合
においても、酸素湿度を適正に維持できるようにした湿
度調整方法を得ることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して本発明をさ
らに詳細に説明する。例えば、在宅医療用酸素濃縮装置
の場合、その使用者は医師の処方に基づいて吸入酸素流
量を設定して使用するが、この酸素湿度を調整していな
い従来の方法では、流量設定を変更した場合、酸素湿度
が変動し、例えば、適正な酸素湿度が得られている状態
で設定流量を増加させた場合には、増量後の酸素湿度は
低下し、逆に流量設定を減少させた場合には、酸素湿度
が過大となり、好ましくない。ＰＳＡ方式の酸素濃縮装
置において生成する乾燥した濃縮酸素を水分離中空糸膜
を利用して加湿する場合、各種の使用条件が変化した場
合においても加湿後の酸素の湿度は使用に適した範囲内
に維持調整されることが望まれる。

【００１９】図１は、本発明に係る湿度調整方法の一例
を適用するための中空糸膜式加湿装置の構成例を示すも
ので、この中空糸膜式加湿装置は、概略的には、原料圧
縮空気中に含まれる水蒸気を加湿用水蒸気源とし、水分
離中空糸膜を隔膜として水蒸気を分離し、水蒸気を分離
された乾燥空気を酸素濃縮装置に送って生成させた濃縮
酸素ガスに対して、上記水分離中空糸膜で分離した水蒸
気を付加することにより、その湿度調整が行われ、特
に、この装置では、酸素濃縮装置おいて生成させた濃縮
酸素ガスの使用流量変化に応じて、加湿装置内部の酸素
ガスに圧力変化を与え、酸素湿度を適正範囲内に調整す
るようにしている。

【００２０】同図の装置について具体的に説明すると、
まず、原料空気供給管１を通して供給される原料空気
は、原料空気圧縮器２において圧縮され、空気冷却装置
３において冷却したうえで、水分離中空糸膜５を備えた
中空糸膜ユニット４の一次側に供給される。上記中空糸
膜ユニット４においては、分離用隔膜である水分離中空
糸膜５を通して水蒸気を透過させ、それにより水蒸気が
分離除去された除湿空気が、除湿原料空気出口管６を通
して送出され、切替弁７を介して、ＰＳＡ方式の酸素濃
縮装置８における吸着塔８Ａまたは８Ｂに供給される。
一方、中空糸膜ユニット４における中空糸膜５の二次側
には、酸素ガス導入管９を通して酸素濃縮装置８からの
乾燥した濃縮酸素ガスが供給され、それが中空糸膜５を
浸透した水蒸気によって加湿され、送出管１０を通して
送出される。

【００２１】上記吸着塔８Ａ，８Ｂにおいて窒素ガスや
水蒸気を吸着分離された濃縮酸素ガスは、逆止弁１１
Ａ，１１Ｂを介して濃縮酸素貯槽１２に送られ、濃縮酸
素貯槽１２内の圧力を維持するための調圧弁１３を介
し、更に、流量調節弁１４及び流量検出器１５を通し
て、上記中空糸膜ユニット４における中空糸膜５の二次
側に酸素ガス導入管９から導入される。また、上記酸素
ガス導入管９は、流量検出器１５の下流側において酸素
バイパス管１６を分岐させ、流量調整絞り機構１７を通
して中空糸膜ユニット４における前記送出管１０に合流
させ、その合流した調湿酸素取出し管１８には、加湿酸
素圧力検出器１９及び圧力調節弁２０を設けている。上
記流量調整絞り機構１７は、中空糸膜ユニット４におけ
る中空糸膜５の二次側に導入する酸素ガスと、直接調湿
酸素取出し管１８に導く除湿濃縮酸素ガスの量比を決定
するため、手動等により調整可能にしたものである。こ
の流量調整絞り機構１７を設けた酸素バイパス管１６
は、極端な操作条件への対応及び微調整の利便性を目的
に付加したもので、外付け配管に限らず、省スペースの
ために中空糸膜ユニット４の内部に組込むこともでき
る。

【００２２】上記流量調節弁１４を制御する酸素流量調
節計２１には、使用者が所望の酸素流量を設定できるよ
うにした流量設定器２２が付設されている。上記酸素流
量調節計２１は、この流量設定器２２における流量の設
定値と流量検出器１５で検出した流量とを比較し、流量
検出器１５における流量が流量設定器２２における設定
流量になるように、流量調節弁１４に調節信号を出力
し、フィードバック制御するものである。なお、流量検
出器１５としては、測定ガスに圧力変動があるため、質
量流量計（マスフローメータ）の使用が好ましいが、こ
れに限らず、他の方式の流量計も使用することができ
る。

【００２３】また、調湿酸素取出し管１８に設けた上記
圧力調節弁２０は、酸素圧力調節計２３により制御され
るもので、この酸素圧力調節計２３には、流量検出器１
５からの酸素流量信号に基づいて酸素流量とほぼ逆比例
関係を維持するような加湿酸素圧力設定値を演算し、そ
れを酸素圧力調節計２３に設定値として出力する圧力設
定装置２４を付設している。このように、加湿酸素ガス
圧力については、圧力設定装置２４において演算された
圧力設定値と加湿酸素圧力検出器１９において検出した
酸素圧力とを酸素圧力調節計２３において比較し、加湿
酸素圧力検出器１９における検出圧力が圧力設定装置２
４における設定圧力値になるように圧力調節弁２０に調
節信号を出力して、フィードバック制御を行う結果、酸
素流量設定を変化させた場合にも、酸素圧力の調整によ
り酸素湿度が適正範囲内に維持される。

【００２４】図１中において、バイパス流量調整絞り２
６を設けた原料空気バイパス管２５は、装置全体の小型
化、廉価化、微調整の利便性を目的に、一部の原料空気
を直接除湿原料空気出口管６に流入させるように付加し
たもので、これらは、中空糸膜ユニット４に並列設置す
る外付け配管に限らず、省スペースのために中空糸膜ユ
ニット４の内部に組込むこともできる。また、酸素濃縮
装置８の吸着塔８Ａ，８Ｂにおいて濃縮された酸素ガス
が排出される流路間に設けた流量調整用絞り弁２７は、
切替弁７により除湿原料空気出口管６に接続されず、吸
着分離の工程にない吸着塔８Ａまたは８Ｂ（図示の場合
は８Ｂ）に、濃縮酸素ガスの一部を再生用ガスとして送
給し、それにより再生パージを行うためのもので、吸着
塔８Ａにおいて吸着分離を行う場合には、中空糸膜ユニ
ット４からの除湿空気及び上記再生パージガスは、図中
に実線で示す矢印に沿って送られ、吸着塔８Ｂにおいて
吸着分離を行う場合には、除湿空気及び上記再生パージ
ガスは図中に鎖線で示す矢印に沿って送られ、それらは
切替弁７を経て再生パージガス出口管２８より排出され
る。

【００２５】上述の流量及び圧力の２系統のフィードバ
ック制御の相互補完の結果として、酸素湿度は適正範囲
内に維持されることになるが、次に、その作動原理につ
いて詳述する。圧力調節弁２０の上流側の管路では、加
湿酸素が幾分の加圧状態にあるが、該圧力調節弁２０以
降の調湿酸素取出し管１８では圧力が解放され、殆ど大
気圧状態で人体に吸引使用される。従って、圧力調節弁
２０の上流側、即ち、中空糸膜ユニット４内部の被加湿
酸素の圧力が高いほど、圧力解放効果が大きくなり、圧
力調節弁２０の下流側の湿度は低くすることができる。
これは所望の酸素流量を減少させる場合、酸素流量減少
による酸素湿度増加を抑制したいときに、加湿酸素圧力
を高めればよいことを意味する。

【００２６】当然ながら、逆に圧力調節弁２０の上流
側、即ち中空糸膜ユニット４内部の被加湿酸素の圧力が
低いほど、圧力解放効果は小さく、圧力調節弁２０の下
流側の湿度は殆ど低下せず、上流側と殆ど同じ湿度が維
持される。これは所望の酸素流量を増加させる場合、酸
素流量増加による酸素湿度低下を抑制したいときに加湿
酸素圧力を下げればよいことを意味する。即ち、所望の
酸素流量はフィードバック制御で正確に維持しつつ、酸
素の加湿を行う部分である中空糸膜ユニット４内部の被
加湿酸素の圧力を、酸素流量に応じた設定値に自動変更
してフィードバック制御することにより、適正な酸素湿
度の維持を行うものである。

【００２７】図２は、本発明に係る湿度調整方法を適用
するための他の中空糸膜式加湿装置の構成例を示すもの
で、上記図１の中空糸膜式加湿装置において、酸素濃縮
装置８の周囲湿度に応じて中空糸膜ユニット４内部の被
加湿酸素ガス圧力に変化を与えるようにしたものであ
り、そのため、図１の装置における圧力設定装置２４に
環境湿度検出器３０を接続している。この環境湿度検出
器３０は、酸素濃縮装置８の設置場所における環境湿度
を検出し、その湿度の高低に応じて、圧力設定器２４に
おける設定値を自動的に制御し、結果として加湿酸素湿
度を適正範囲内に維持するものである。この制御は、具
体的には、周囲湿度が高い場合は、加湿酸素圧力設定値
を上げ、湿度が低い場合は同圧力設定値を下げるように
補正するものである。なお、この図２の装置におけるそ
の他の構成及び作用は、図１の場合と実質的に変わると
ころがないので、図中の対応部分に同一の符号を付して
それらの説明を省略する。

【００２８】また、図３に示す他の中空糸膜式加湿装置
では、上記図１の中空糸膜式加湿装置において、加湿さ
れた酸素ガスの湿度に応じて中空糸膜ユニット４内部の
被加湿酸素ガス圧力に変化を与えるようにしている。そ
のため、図１の装置における圧力設定装置２４に、調湿
酸素取出し管１８における加湿後の酸素湿度（圧力解放
部）を検出する酸素ガス湿度検出器３１を接続してい
る。この酸素ガス湿度検出器３１は、中空糸膜ユニット
４における加湿後の酸素湿度を検出し、その湿度の高低
に応じて、圧力設定器２４における設定値を自動的に制
御し、結果として加湿酸素湿度を適正範囲内に維持する
ものである。この制御は、具体的には、加湿後の酸素湿
度が高い場合は加湿酸素圧力設定値を上げ、低い場合は
圧力設定値を下げるように補正するものである。なお、
この図３の装置におけるその他の構成及び作用は、図１
の場合と実質的に変わるところがないので、図中の対応
部分に同一の符号を付してそれらの説明を省略する。

【００２９】図４は、本発明に係る湿度調整方法の更に
他の一例を適用する中空糸膜式加湿装置の構成例を示す
もので、ここでは、中空糸膜ユニット４とそれに付設す
る濃縮酸素ガスに対する加湿制御系の構成のみを示して
いるが、中空糸膜ユニット４が図１の場合と同様にＰＳ
Ａ方式の酸素濃縮装置８に接続されることは勿論であ
り、また、中空糸膜ユニット４及び加湿制御系を除くそ
の他の構成は、図１の中空糸膜式加湿装置と実質的に変
わるところがない。

【００３０】上記図４の中空糸膜ユニット４は、図１に
よって説明したものと同様に、原料圧縮空気中に含まれ
る水蒸気を加湿用水蒸気源とし、水分離中空糸膜を隔膜
として分離した水蒸気を用いて濃縮酸素ガスに加湿する
もので、蓋４１と、中空糸膜束保持ケース４２と、蛇腹
状の可撓筒４３と、可撓筒カバー４４によりハウジング
が構成され、このハウジング内に、フッ素系重合体から
なる中空糸膜束４５が収容されている。この中空糸膜束
４５は、多数の水分離用中空糸膜を束ねてＵ字状に湾曲
させ、その両端部を、中空糸束膜固結樹脂により固結す
ると共に、糸膜束端を中空糸膜束保持ケース４２の端面
に臨ませて該保持ケース４２に接着固定したものであ
る。

【００３１】上記ハウジングにおける蓋４１は、水蒸気
を含む圧縮空気を原料圧縮空気として送入する送気口４
７と、水蒸気を分離除去した乾燥空気を送出する排気口
４８とを有し、これらの送気口４７及び排気口４８に通
じる流路を中空糸膜束保持ケース４２の端面における糸
膜束端に対応させ、Ｏリング４９をシール部材として該
保持ケース４２に締付け固定している。なお、上記蓋４
１における送気口４７と排気口４８の間の隔壁には、必
要に応じて流量調整用の固定絞り５０ａを有するバイパ
ス通路５０を開設することもできるが、この点について
は後述する。

【００３２】上記中空糸膜束保持ケース４２は、中空糸
膜束４５の両取付け端に近い位置に、それぞれ加湿すべ
きガスの送入口５１及び加湿ガスの送出口５２を有し、
それらの送入口５１及び送出口５２の内側に、そこを通
るガスが直接に中空糸膜束４５に当たらないようにする
ためのバッフル５３，５４を組み込み、Ｕ字状に湾曲さ
せた中空糸膜束４５を覆う蛇腹状の可撓筒４３の周りに
空間部分を介在させて可撓筒カバー４４を被設し、可撓
筒４３と可撓筒カバー４４の間の空間部分にシリコン樹
脂等の充填材５５を充填している。従って、送入口５１
から送出口５２に流れるガスは中空糸膜束４５に沿って
流れ、送出口５２に至ることになる。

【００３３】上記構成を有する水分離中空糸膜式加湿器
においては、ハウジングの蓋４１の送気口４７から水蒸
気を含む原料圧縮空気を送入すると、中空糸膜束４５の
一端から他端に流通し、その間に水蒸気が各中空糸膜の
内側から外側へ浸透し、それにより水蒸気が分離除去さ
れた乾燥空気が排気口４８を通して送出され、酸素濃縮
装置８の吸着塔に供給される。一方、酸素濃縮装置８か
らの濃縮酸素ガスは、送入口５１を通して中空糸膜束４
５の外側を可撓筒４３の内側に沿って流通し、その間に
中空糸膜を通して浸透した水蒸気により加湿され、送出
口５２から送出される。

【００３４】濃縮酸素ガスに対する加湿制御系として
は、酸素濃縮装置の周囲の環境湿度を検出する環境湿度
検出器５６を設け、送入口５１から中空糸膜ユニット４
における中空糸膜束４５の二次側に導入する乾燥濃縮酸
素ガスの一部を、流量調整手段を構成する絞り機構５７
及び弁機構５８を有する酸素バイパス管５９に分岐させ
て、その弁機構５８を上記環境湿度検出器５６で検出し
た環境湿度に応じて制御し、この酸素バイパス管５９を
流れる濃縮酸素ガスを中空糸膜ユニット４の送出管５２
において加湿酸素ガスと合流させ、酸素湿度を適正範囲
内に調整するものである。例えば、上記環境湿度検出器
５６で検出した加湿酸素湿度が一定値以上になった場合
に弁機構を開き、乾燥酸素をバイパスさせて湿度を低下
させるものである。なお、上記絞り機構５７は、固定絞
りまたは可変絞りとすることができる。また、上記弁機
構５８としては、電磁弁その他の自動弁を用いることが
でき、弁自体がオン・オフ動作するものばかりでなく、
入力信号に応じた開度を保つようにした応動弁とするこ
ともできる。

【００３５】この中空糸膜ユニット４においては、中空
糸膜により水蒸気を除去して排気口４８から送出される
乾燥空気をＰＳＡ方式による酸素濃縮装置の吸着塔に供
給して窒素ガスを吸着させ、酸素の濃縮を行う場合に、
中空糸膜が細くて長いものであるため、その入口と出口
間での原料圧縮空気の圧力損失が大きくなり、この圧力
損失は、酸素濃縮装置内蔵の窒素吸着塔における吸着性
能を低下させる傾向にある。前記蓋４１における送気口
４７と排気口４８の間の隔壁に必要に応じて設けるバイ
パス通路５０は、この原料圧縮空気の圧力損失を低減す
るためのものであるが、中空糸膜を透過する水蒸気量を
調整し、それによって加湿度の調整を行うことができる
ものである。

【００３６】このバイパス流路５０は、図１中における
原料空気バイパス管２５に対応するものであり、従っ
て、このバイパス流路５０を備えた中空糸膜ユニット４
が、図１乃至図３によって説明したいずれの中空糸膜式
加湿装置においても利用できることは勿論である。な
お、この流量調整用固定絞り５０ａを有するバイパス通
路５０は、オリフィス径を異にするものと交換可能と
し、あるいは手動または自動的にオリフィス径を調整可
能にすることができる。

【００３７】

【発明の効果】以上に詳述した本発明の方法によれば、
ＰＳＡ方式による酸素濃縮装置から得られる濃縮酸素の
加湿に際して、従来技術が有していた加湿機能に関する
欠点を克服し、酸素濃縮装置おいて生成する濃縮酸素ガ
スの流量に応じた酸素ガス圧力の制御により酸素湿度を
適正範囲内に調整し、更に、酸素濃縮装置の周囲の環境
湿度や調湿酸素取出し管における加湿後の酸素湿度に応
じて、酸素湿度を適正範囲内に調整することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る湿度調整方法を適用するための中
空糸膜式加湿装置の一例を示す構成図である。

【図２】同中空糸膜式加湿装置の他の例を示す構成図で
ある。

【図３】同中空糸膜式加湿装置の他の例を示す構成図で
ある。

【図４】同中空糸膜式加湿装置における他の中空糸膜ユ
ニットとその加湿制御系を示す構成図である。

【符号の説明】

２ 原料空気圧縮器 ４ 中空糸膜ユニット ５ 水分離中空糸膜 ８ 酸素濃縮装置 １４ 流量調節弁 １５ 流量検出器 １８ 調湿酸素取出し管 １９ 加湿酸素圧力検出器 ２０ 圧力調節弁 ２２ 流量設定器 ２４ 圧力設定器 ３０，５６ 環境湿度検出器 ３１ 酸素ガス湿度検出器 ４７ 送気口 ４８ 排気口 ５２ 送出管 ５８ 弁機構 ５９ 酸素バイパス管 ５０ａ 流量調整用固定絞り ５０ バイパス通路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｂ０１Ｄ 63/02 Ｂ０１Ｄ 63/02 Ｃ０１Ｂ 13/02 Ｃ０１Ｂ 13/02 Ａ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】原料圧縮空気中に含まれる水蒸気を加湿用
   水蒸気源とし、水分離中空糸膜を隔膜として水蒸気を分
   離する中空糸膜ユニットを用い、それにより水蒸気を分
   離された除湿空気を圧力変動式吸着法による酸素濃縮装
   置に送って濃縮酸素ガス生成させ、その濃縮酸素ガスを
   上記水分離中空糸膜の二次側に浸透した水蒸気により加
   湿するに際し、 上記酸素濃縮装置おいて生成させた濃縮酸素ガスの流量
   を流量検出器において検出し、その酸素流量が設定流量
   になるように制御すると共に、検出した酸素ガス流量に
   基づいて、その流量とほぼ逆比例関係を維持するような
   圧力設定値を演算して、調湿酸素取出し管に設けた圧力
   調節弁を制御し、該調湿酸素取出し管内の酸素ガスに圧
   力変化を与えて、酸素湿度を適正範囲内に調整する、こ
   とを特徴とする中空糸膜式加湿装置における湿度調整方
   法。
2. 【請求項２】請求項１に記載の方法において、酸素濃縮
   装置の周囲の環境湿度を検出し、その湿度に応じて圧力
   設定値を補正し、酸素湿度を適正範囲内に調整すること
   を特徴とする中空糸膜式加湿装置における湿度調整方
   法。
3. 【請求項３】請求項１に記載の方法において、調湿酸素
   取出し管における加湿後の酸素湿度を検出し、その湿度
   に応じて圧力設定値を補正し、酸素湿度を適正範囲内に
   調整することを特徴とする中空糸膜式加湿装置における
   湿度調整方法。
4. 【請求項４】原料圧縮空気中に含まれる水蒸気を加湿用
   水蒸気源とし、水分離中空糸膜を隔膜として水蒸気を分
   離する中空糸膜ユニットを用い、それにより水蒸気を分
   離された除湿空気を圧力変動式吸着法による酸素濃縮装
   置に送って濃縮酸素ガス生成させ、その濃縮酸素ガスを
   上記水分離中空糸膜の二次側に浸透した水蒸気により加
   湿するに際し、 酸素濃縮装置の周囲の環境湿度を検出し、上記中空糸膜
   ユニットにおける中空糸膜の二次側に導入する乾燥濃縮
   酸素ガスの一部を、流量調整手段及び弁機構を有する酸
   素バイパス管に分岐させて、その弁機構を上記検出した
   環境湿度に応じて制御し、この酸素バイパス管を流れる
   濃縮酸素ガスを中空糸膜ユニットの送出管において加湿
   酸素ガスと合流させ、酸素湿度を適正範囲内に調整す
   る、ことを特徴とする中空糸膜式加湿装置における湿度
   調整方法。
5. 【請求項５】請求項１乃至４のいずれかに記載の方法に
   おいて、中空糸膜ユニットにおける原料圧縮空気の送気
   口と排気口との間に、流量調整用絞りを有するバイパス
   通路を設け、中空糸膜を透過する水蒸気量を調整すると
   同時に、原料圧縮空気の圧力損失を低減することを特徴
   とする中空糸膜式加湿装置における湿度調整方法。