专利名称：气体富化装置和使用该装置的送风装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种提高空气中设定气体的浓度后而供给的气体富化装置和使用该装置的送风装置。
背景技术：
一直以来，使用气体富化机构的氧富化装置和氮富化装置等相对于其他气体而提高特定气体浓度的装置已为所知。例如有医疗用的氧富化装置，向被调节空气的空间提供富含氧的空气的空调机或空气清净机等设备。其中，在特开平5-113227号公报中公开了具有氧富化功能的空调机。
该空调机由室外机和室内机构成。
室外机中具有可有选择地使氧透过的氧富化膜，和使该膜的一侧减压，同时通将过该氧富化膜的富含氧的空气，利用送出管路，输送至室内机的减压泵。利用氧富化操作，氧富化膜将占空气成分大半的氮分离而有选择地使使氧透过。但是，利用现在的实用化的膜时，至少是空气中的水分，可与氧同时透过。即相对于氧富化膜的初级侧的空气，在透过该膜后的次级侧，由于氮被分离，湿度相对地提高。结果，与初级侧的空气比较，露点升高，在上述送出管路中，时常产生结露水。于是，当结露水在空调机的室内机中放出时，结露水在室内滴下，可能给使用者造成一种下雨的不舒适的感觉。为了防止这点，在现有例中，采用以下对策。即，在室内机的氧含量富化的空气的送出管路中，设置冷却器，冷却氧含量富化的空气，使含有的水分结露，同时，还具有水分离器，预防水分在室内飞散。象这样使用气体透过膜或PSA法等吸附材料的气体富化操作，不是仅限于氧，在分离装置的次级侧，相对湿度必然提高。其结果，由于空气的露点提高，有容易产生结露的倾向。
在现有例中，在氧富化膜的次级侧的送出管路暴露在低温下的情况下(例如，送出管路暴露在室外大气中，而且是在冬季等外界气体温度低的情况)，特别地，在送出管路内部的结露水冻结，有可能成为通过管路的氧含量富化的空气的通过阻力。这样，当减压泵起动时，加在减压泵上的负荷增大，在某些情况下，有可能产生不能顺利地起动等问题。
另外，在通入减压泵等差压产生机构的输入电压比设定电压低的低电压的情况下，起动时或运转中的减压泵的驱动扭矩不足。结果，差压产生机构有可能不能正常运转。
但是，如果输入减压泵的输入电压超负荷，则有过大的电流流过减压泵，有可能会使电气设备遭到破坏。为了避免这点，有可能必需有用于对抗过剩的过大电流的电气装备设计。
发明内容
本发明以解决上述问题为目的，提供一种即使在通入差压产生机构的输入电压低的情况下，也可以用简单的结构，使差压产生机构在起动时或运转中的操作稳定的气体富化装置。
本发明提供一种气体富化装置，其特征在于，至少具有气体富化机构；在上述气体富化机构中产生差压的差压产生机构；在打开时减小上述差压产生机构的工作负荷的流路开闭机构；使第一气体通过上述气体富化机构并送出经气体富化后的第二气体的送气通路；以及检测上述差压产生机构的输入电压的电压检测机构；根据上述输入电压，对上述流路开闭机构进行控制。
再者，提供一种送风装置，其特征在于，具有送风机构和输出主管的输出口，该输出主管的输出口配置成将经气体富化后的气体供给至由上述送风机构驱动而流动的空气。
图1为本发明的实施方式1的空调装置的结构示意图；图2为本发明的实施方式1的控制方法实例的说明图；图3为说明本发明的实施方式1的时序图；图4为本发明的实施方式1的其他例子的空调机的主要部分的放大图；图5为本发明的实施方式2的控制方法实例的说明图；图6为说明本发明的实施方式2的时序图；图7为本发明的实施方式2的其他控制方法的示意图；图8为本发明的实施方式3的膜片式减压装置的结构示意图；图9为本发明的实施方式4的控制方法实例的示意图；图10为说明本发明的实施方式4的时序图；图11为本发明的实施方式5的控制方法实例的示意图；图12为说明本发明的实施方式5的时序图。
具体实施例方式
本发明的气体富化装置，至少具有气体富化机构；在气体富化机构中产生差压的差压产生机构；在打开时减少在上述差压产生机构上的工作负荷的流路开闭机构；使第一气体通过气体富化装置并输送经富化后的第二气体的送气通路；以及检测差压产生机构的输入电压的电压检测机构；根据输入电压，控制流路开闭机构另外，上述电压检测机构，可以检测气体富化装置的输入电压，以代替检测差压产生机构的输入电压。即可根据供给至该装置的初级侧的电源电压进行上述控制。
在气体富化装置中使用的差压产生机构，可以为加压型，也可为减压型的装置。在使用加压型的差压产生机构的情况下，可以使用中空线或如PSA法那样的充填了沸石的气体分离机构作为气体富化机构。另一方面，在使用减压型差压产生机构的情况下，可以使用硅系等气体分离膜。
在任何一种情况下，为了不仅在起动时，而且在运转中也能进行气体富化，在差压产生机构上都作用有用于使第一气体在气体富化机构中通过、并得到经气体富化后的第二气体的负荷。结果，在降低电源电压等输入电压的情况下，差压产生机构的扭矩降低，从而有可能使运转停止。为了减小加在差压产生机构上的负荷，根据输入电压，打开流路开闭机构，而避免无用的差压产生机构的停止。这样，可以预防在供给差压产生机构的驱动电源的电气回路中产生过大电流等问题。另外，流路开闭机构可以如电磁二通换向阀那样进行流路的开闭，也可以如电动流量可变阀那样，连续地改变流量。还可以将二通换向阀组合，用三通换向阀来切换流路。总之，气体流通使作用在差压产生机构上的负荷比通过气体富化机构的要小即可。这样，可以减小作用在差压产生机构上的工作负荷。进而，还可以使得在差压产生机构打开时，使上述差压产生机构的吸入侧流路和输出侧的流路连通。这样，也可减小差压产生机构运转时的负荷。再者，第三气体也可与第一气体相同。例如，在使用减压型的差压产生机构、在气体富化机构中使用气体分离膜的情况下，透过气体分离膜的第一气体，为通过气体分离膜的大气。于是，在减压型差压产生机构的吸入侧，可设置与该气体分离膜并列的流路开闭机构。如果从与该流路开闭机构的减压型差压产生机构连通的反对侧吸入大气，则第三气体为与第一气体相同的大气。
再者，在流路开闭机构打开时吸入的第三气体的吸入口，可设置在气体富化装置的框体外部或内部的任何一个上。在气体富化装置配置在屋外的情况下，优选为配置在不顶着风雨，不能直接形成水滴的位置。另外，优选为还应避免可能在导入室内时大量吸入不适当的气体(例如NOx，SOx，二氧化碳等)的地方等。另外，在本发明的气体富化装置中，流路开闭机构的开闭时间，可根据电压检测机构检测的电压来改变。
在起动时，如果输入电压低，则起动扭矩变小，因此，由于可在一定程度上使差压产生机构运转，所以关闭流路开闭机构，进行气体富化运转。在差压产生机构运转中输入电压比设定值低的情况下，打开流路开闭机构直至输入电压回复为止。进而，优选为如果输入电压在设定时间内不回复，则不能进行气体富化运转。另外，作为流路开闭机构，可以使用流量可变型开闭机构，根据输入电压降低的程度，调整流路开闭机构的打开度。这样，可以极力不妨碍气体富化运转，以及可以防止差压产生机构的无用的停止。
再者，还可以具有检测第一气体的温度的温度检测机构，根据检测的温度，可改变流路开闭机构的开闭时间或打开度。另外，本发明的气体富化装置至少具有气体富化机构；在气体富化机构上产生差压的膜片式差压产生机构；加热具有差压产生机构的膜片的加热机构；使第一气体通过气体富化机构并输送经气体富化后的第二气体的送气通路；以及检测通入差压产生机构的输入电压的电压检测机构；根据输入电压，特别是在起动时，对加热机构进行控制。而且，膜片本身可由导电性的发热材料制成，可以给膜片本身通电使其发热。一般地，膜片由金属或弹性体、具有挠曲性的树脂制成。因此，当将差压产生机构长时间地放置在低温下时，膜片的挠曲性降低。当在该状况下，起动差压产生机构时，起动时的负荷增大，可能产生起动不良。因此，优选为在起动时，预先给膜片加温来提高其挠曲性。再者，加温的时间和加热量，与上述同样，可以根据第一气体的温度，或差压产生机构的框体温度，更正确地，根据膜片的温度而变化。当然，当温度低时，加温时间和加热量应增大。以下，参照附图来说明本发明的实施方式。再者，附图为示意图，各个位置不是用正确的尺寸表示的。在本实施方式中，对将具有选择地从大气中提高氧的浓度的供给功能的气体富化装置装备在空调装置上的情况进行说明。另外，本发明的送风装置具有风扇等、对设定的空间进行送风。其中，包含家庭用空调机，还有用于车辆用空调装置、整体式空调装置、空气清净机等情况，以及医疗用的氧富化装置，便携式氧富化装置和燃烧机器用的氧富化装置等。在任何一种机器中，本发明都具有同样的效果。
(实施方式1)首先，利用图1说明实施方式1。
如图1所示，空调装置由室内机11和室外机1构成。它们用连接管路(图中没有示出)连接，使冷媒气体循环。在室外机1中具有压缩机20、热交换器22和风扇21，同时，还设有氧富化装置30。氧富化装置30具有氧富化膜部件2(气体富化机构)，减压泵3(差压产生机构)，可通气地连接氧富化膜部件2和减压泵3的送气通路4，设置成从送气通路4分支出来的大气导入管5，以及使从将富含氧的空气通入室内机11的减压泵所输出的空气通过的输出主管6。
再有，优选为在氧富化膜部件2的初级侧(大气侧)，配置风扇(图中没有示出)，用于清除伴随着氧富化运转而滞留的富含氮的空气。于是，风扇可与氧富化装置的运转连动而进行工作。另外，也可以将氧富化膜部件2配置在室外机的送风回路内，利用风扇21使富含有氧富化膜部件2的初级侧的氮的空气流动。另外，大气导入管5具有电磁二通换向阀等流路开闭机构8。将毛细管等减压器9与流路开闭机构8串联地设置在大气导入管5中。该减压器9进行着调整通过流路开闭机构8的空气流量的作用。流路开闭机构8的开闭，由控制机构12所控制。另外，控制机构12具有检测室外机的环境温度(所谓外界气体温度)T的外界气体温度传感器10，和检测减压泵的输入电压V的输入电压检测机构16。
此外，室内机11具有通过输出主管6，在室内机11的框体内部或其附近，将富含氧的空气吹出的输出口7。在输出口7面向室内机框体内的送风回路配置的情况下，富含氧的空气，与由风扇13的工作所吹出的风混合，从吹出口14输送至要被空气调节的空间中。这里，空调装置的冷冻循环的构成及其工作，由于与本发明无关，省略其详细说明。
其次，利用图1-图3说明在上述结构的空调装置中本发明的控制。
如图1所示，当指示氧富化运转时，减压泵3运转，在氧富化膜部件2的膜前后产生差压。于是，气体向着氧富化膜部件2流动。这时，如箭头15A所示，氧富化膜部件2的膜初级侧的大气(第一气体)透过氧富化膜部件2，成为富含氧的空气(第二气体)。然后，富含氧的空气，通过送气通路4，被吸入至减压泵3中，再通过输出主管6，导入室内机，从输出口7送出。
图2为在减压泵3运转中，对于输入电压的流路开闭机构的控制方法的示意图。图3为在减压泵运转中，由输入电压进行流路开闭机构控制的时序图。
在减压泵3停止的状态下，流路开闭机构8处在关闭状态。当指示氧富化装置运转减压泵3起动时，控制机构12通过输入电压检测机构16检测减压泵输入电压V。在首先检测的输入电压V比设定电压V4高的情况下，流路开闭机构8处在关闭状态，进行通常的氧富化的运转(A点状态)。另一方面，在降低输入电压V，达到比设定电压V4低的B点状态的情况下，估计减压泵3的起动扭矩不足，打开流路开闭机构8。
这样，如图1的箭头15B所示，外界气体通过大气导入管5直接导入，减压泵3的运转成为轻负荷的状态(不过分减压的状态)。这时，通过大气导入管5的情况，比将大气通过氧富化膜部件2的情况流通阻力小。结果，如果使流路开闭机构8处在打开的状态，则外界气体不从氧富化膜部件2一侧，而是优先从大气导入管一侧5导入，减压泵的负荷减小。
于是，当输入电压V再次升高，成为比V5高的D点状态时，使流路开闭机构处在关闭的状态，进行通常的氧富化的运转。此处，在输入电压V处在作为V4和V5之间的值的C点的状态下，不进行关闭流路开闭机构的操作。这样，输入电压V在V4值附近变化时，可防止频繁地控制流路开闭机构而使控制本身不稳定。在输入电压高、运转时使流路开闭机构处在打开的状态下，以不需要降低减压泵运转负荷的输入电压V4作为基准，在输入电压从A点降低至B点时，利用V4作为阈值。相反，在输入电压从C点上升至D点的情况下，以比V4稍微高的V5作为阈值。
如上这样，即使在电源等造成输入电压异常低的情况下，可以通过打开流路开闭机构，继续进行不致使驱动扭矩不足的运转。因此，可以预防因运转不良引起的异常温度升高所造成的故障。
当然，如果输入电压V低于预先设定的最低输入电压V0，则减压泵不工作。于是，由于处于低电压状态，可表示为不能运转之类的错误。
再有，已说明了减压泵运转中输入电压的变化。进而，根据减压泵起动前所检测的输入电压，可变更V4、V5、V0的阈值供起动时用，进行与上述相同的控制。又如图4所示，介插旁通用开闭装置17，设置使减压泵3的减压侧3A和加压侧3B分路的旁通管18，也可得到与上述同样的效果。
再有，在空调装置等中使用上述结构的情况下，其机体本身可共用原来有的温度传感器，来检测外界气体的温度。另外，控制机构12也可以组装配置在空调装置的室外机的控制机构中。
(实施方式2)
下面，根据图5～7来说明实施方式2。当开始氧富化的运转时，控制机构12检测起动时的输入电压V，根据输入电压V，设定减压泵起动时的流路开闭机构8的打开控制时间。
在图5中，模轴表示减压泵的输入电压，越向右，检测的输入电压越高。另外，纵轴表示流路开闭机构的打开操作时间，越向上，操作时间越长。
图6中横轴表示时间，设定为减压泵起动时的输入电压越低，流路开闭机构的打开时间越长。
在两个图中，例如在输入电压V在比V2大，又在V1以下的区域的情况下，流路开闭机构的打开时间为t1。
输入电压越低，则打开流路开闭机构进行轻负荷运转的时间越长，这可促使减压泵的温度升高，减少减压泵回转部分和滑动部分的润滑材料的滑动阻力，可使减压泵平稳地起动。
进而，根据减压泵的周围温度和框体温度，可以修正上述流路开闭机构起动时的打开操作时间t。图7表示对于上述这样决定的打开操作时间t(＝t1、t2、t3…)，进行由外界气体温度传感器10所检测的外界温度T实行的修正的概念。
例如，在输入电压V比V2大，又在V1以下的区域，当外界气体温度T比T2大，又在T1以下时，在t1上追加t4，对流路开闭机构的打开时间进行修正。
(实施方式3)其次，说明实施方式3。首先，利用图8来说明本实施方式的膜片式减压泵的结构。膜片式减压泵31具有在其框体内压缩室48A，吸入室48B和输出室48C。压缩室48A大致为圆筒形，通过保持在用可挠曲的弹性体制成的膜片42的周围来形成。在膜片42的中央部固定着活塞46。通过活塞46上下运动，使膜片42上下变形。这样，使压缩室48A的容积变化。压缩室48A和吸入室48B通过设置于压缩室48A中的吸入阀44隔开，使压缩气体不能从压缩室48A倒流至吸入室48B。另外，压缩室48A和输出室48C，由安装在输出室48C中的排气阀41隔开，使压缩气体不能从输出室48C倒流至压缩室48A。
其次来说明膜片式减压泵的减压和排气操作。通过与活塞46连接的驱动机构(图中没有示出)的工作，使活塞46从上死点位置X移动至下死点位置Y时，气体从吸入口43经由吸入室48B，被吸入至压缩室48A中。其次，通过使膜片42从下死点位置Y上升至上死点位置X，可使压缩室48A的容积减小，容积内的压力升高。这时，排气阀41在其压力差作用下向上打开，高压气体经过输出室48C，从排气口40排出。
在该结构中，大多采用低温时挠曲性低的弹性体或金属板，作为膜片42、吸入阀44、排气阀41。另外，受周围温度的影响，涂在回转部分和滑动部分等上的润滑剂粘度增大，使起动阻力显著增加。即在减压泵长时间暴露在低温下以后进行起动时，有必要有足够的工作扭矩来克服工作阻力。结果，在起动时减压泵的输入电压低的情况下，可能造成起动不良。
为了预防起动时操作不良，优选为在膜片42附近设置加热机构45。于是，通过起动时进行加热，可以提高膜片42或吸气阀44、排气阀41的挠曲性。而且，优选为对滑动部分等进行加温。
另外，作为膜片42的材料，可以采用导电性发热材料，例如铜化合物或铝化合物等，也可以利用膜片42的周围温度，使膜片42通电。这样，可以提高膜片42的挠曲性。
(实施方式4)下面，利用图9和图10说明本发明的实施方式4。图9和图10为表示根据减压泵运转中的输入电压V的控制加热机构45的控制方法，和时序图。对于输入电压的加热机构的操作，与上述实施方式1所示的对于输入电压的流路开闭机构的操作相同。分别取阈值为V9、V10，控制加热机构的接通/断开。
这样，即使在因电源问题而起动时的输入电压比设定值低的情况下，可在起动之前使加热机构工作。结果，可以减小减压泵的起动负荷，可以进行不使驱动扭矩不足的运转。
(实施方式5)利用图11和图12来说明本发明的实施方式5。
图11为本实施方式5的控制方法例子的示意图，图12为表示用实施方式5的控制方法进行工作时的情况的时序图。当氧富化的运转开始时，控制机构12检测起动时的输入电压V，根据输入电压V，决定减压泵起动时用加热机构45的加热时间S。
控制本身是将实施方式2的流路开闭机构的打开操作时间t，置换成用加热机构45的加热时间S来进行。这时，可以适当设定V6、V7…、以及S1、S2…的参数，详细说明省略。
在本实施方式中，可以使加热量为一定，作为参数改变加热时间S。当然，改变加热量也可以，而且，与实施方式2相同，可以以外界气体的温度或减压机构的框体温度作为参数，利用温度来修正上述加热时间S。另外，该控制不是仅限于减压泵起动时进行。例如，在减压泵停止的时候，也可以检测与施加在减压泵上的电压大致相同的电压(电源电压等)，由此来使加热机构工作。
另外，也可以让控制对象为对膜片的通电时间，来代替加热机构的工作时间。而且，控制对象可不仅仅是时间要素，也可为通入加热机构的加热量。
另外，可以不用减压泵的输入电压，而用作为减压泵工作阻力增大的主要原因的减压泵周围的温度，或可推算它的温度(例如外界气体的温度T)来代替而进行控制。
再有，在空调装置等中使用上述结构的情况下，其机体本身可以共用原有的温度传感器，来检测外界气体的温度。
另外，控制机构12也可以组装配置在空调装置的室外机的控制机构中。
产业上的利用领域本发明提供了一种可以预防由输入电压的变化引起的输入电压降低时，差压产生机构起动和运转中的起动不良等的气体富化装置和送风装置。
权利要求
1.一种气体富化装置，其特征在于，至少具有气体富化机构；在所述气体富化机构中产生差压的差压产生机构；在打开时减小所述差压产生机构的工作负荷的流路开闭机构；使第一气体通过所述气体富化机构并送出经气体富化后的第二气体的送气通路；以及检测所述差压产生机构的输入电压的电压检测机构；根据所述输入电压，对所述流路开闭机构进行控制。
2.一种气体富化装置，其特征在于，至少具有气体富化机构；在所述气体富化机构中产生差压的差压产生机构；在打开时减小所述差压产生机构的工作负荷的流路开闭机构；使第一气体通过所述气体富化机构并送出经气体富化后的第二气体的送气通路；以及检测气体富化装置的输入电压的电压检测机构；根据所述输入电压，对所述流路开闭机构进行控制。
3.如权利要求1或2中任一项所述的气体富化装置，其特征在于，所述差压产生机构为使所述气体富化机构的一侧减压并吸入所述第一气体的减压机构，通过所述流路开闭机构，将第三气体供给至所述减压机构的吸入侧流路。
4.如权利要求1或2中任一项所述的气体富化装置，其特征在于，所述差压产生机构为给所述气体富化机构的一侧进行加压来挤压第一气体的加压机构，所述流路开闭机构与所述气体富化机构并列配置。
5.如权利要求1或2中任一项所述的气体富化装置，其特征在于，所述流路开闭机构，在打开时使所述差压产生机构的吸入侧流路和输出侧流路连通。
6.如权利要求1或2中任一项所述的气体富化装置，其特征在于，根据所述输入电压，对打开流路开闭机构的时间进行控制。
7.如权利要求6所述的气体富化装置，其特征在于，具有检测所述第一气体的温度的温度检测机构，根据所述第一气体的温度，修正打开流路开闭机构的时间从而进行控制。
8.一种气体富化装置，其特征在于，至少具有气体富化机构；在所述气体富化机构中产生差压的膜片式差压产生机构；加热所述差压产生机构所具有的膜片的加热机构；使第一气体通过所述气体富化机构并送出经气体富化后的第二气体的送出通路；以及检测所述差压产生机构的输入电压的电压检测机构；根据所述输入电压，对所述加热机构进行控制。
9.一种气体富化装置，其特征在于，至少具有气体富化机构；在所述气体富化机构中产生差压的膜片式差压产生机构；加热所述差压产生机构所具有的膜片的加热机构；使第一气体通过所述气体富化机构并送出经气体富化后的第二气体的送出通路；以及检测所述气体富化装置的输入电压的电压检测机构；根据所述输入电压，对所述加热机构进行控制。
10.如权利要求8或9中任一项所述的气体富化装置，其特征在于，根据所述输入电压，对所述加热机构的加热量进行控制。
11.如权利要求10所述的气体富化装置，其特征在于，具有检测所述第一气体的温度的温度检测机构，根据所述第一气体的温度，修正所述加热机构的加热量从而进行控制。
12.一种送风装置，其特征在于，具有送风机构和输出主管的输出口，该输出主管的输出口配置成将经气体富化后的气体供给至由所述送风机构驱动而流动的空气。
全文摘要
本发明提供一种可以使差压产生机构稳定地起动和运转的富化装置。在具有氧富化膜部件(2)和减压泵(3)的气体富化装置中，在可通气地连接氧富化膜部件(2)和减压泵(3)的送气通路(4)安装流路开闭机构(8)，并设置大气导入管(5)。而且还具有检测减压泵(3)的输入电压的电压检测机构(16)，设置根据此处检测的输入电压V来开闭流路开闭机构(8)的控制机构(12)。
文档编号B01D53/22GK1522789SQ0315705
公开日2004年8月25日 申请日期2003年9月12日 优先权日2003年2月17日
发明者浅田德哉, 荒岛博, 西原义和, 中村康裕, 后藤英二, 二, 和, 裕 申请人:松下电器产业株式会社