JP2007176301A - 車両用空気調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、簡単に車室内全体の酸素を富化する車両用空気調整装置の提供を課題とする。
【解決手段】本発明による車両空気調整装置１００は、外気吸入口３１から取り込まれた外気を外気導入流路１１より取り込んで酸素富化する。酸素富化膜１２は、窒素や二酸化炭素よりも酸素を透過しやすい酸素富化膜を用いて酸素を選択的に透過させる。これにより酸素富化膜１２を透過させた空気に含まれる酸素濃度を増加させる。酸素濃度を増加させた酸素富化空気は空調ダクト４２等を介して車室内に供給され、酸素富化膜に透過されなかった窒素富化空気はドレイン３６等の車室外に連通する空気流路から排気される。
【選択図】図１

Description

本発明は、酸素富化機能を備える車両用空気調整装置の構成に関する。

車室内の環境を快適にするために、暖房運転や冷房運転などの車両用空気調整装置が常時使用されるようになった。暖房運転及び冷房運転では、特に、内気モードにして車室内の温度を一定に保つ。内気モードでは車室内の空気を循環させるので、車室内の酸素濃度は低減する。また、暖房運転や冷房運転など、空気調和にかかるエネルギーの消費を抑える要求が近年高まってきている。そこで、空調された車室内空気を吸い込み、暖房負荷や冷房負荷を小さくすることにより、空気調和にかかるエネルギーの消費を抑える技術が開発されている。しかし、このように、車室内の空気調和の内気モードが優先されることにより、乗員の呼気から発生する二酸化炭素濃度が増加し、また酸素濃度が減少して、人体への影響が懸念されるようになってきた。さらに、酸素に関する効果が注目されており、酸素濃度の高い環境が、人体に対してリラックスさせたり、集中力を向上したりすることができることが明らかになっている。

そこで、通常の空気よりも酸素の割合を多くした酸素富化空気を車室内に供給する車両用空気調整装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この車両用空気調整装置は、車室外の空気や酸素富化装置の発生する酸素を乗員の呼吸器系に向けて供給する。しかしながら、車室内の全体の空気の酸素濃度が上がるのではなく、呼吸器系近辺の空気のみが外気と同程度に酸素濃度が維持されるだけであった。また、外気をスポット的に乗員へ供給するための流路が必要であるため、酸素を富化する装置を取付けるために大掛かりな取り付け構成が必要であった。
特開平０６−１７１３５３号公報

上記のように、酸素富化空気を車室内に供給する車両用空気調整装置は、車室内全体の酸素を富化することはできず、さらに取り付けが複雑であった。本発明は、簡単に車室内全体の酸素を富化する車両用空気調整装置の提供を課題とする。

本発明に係る車両用空気調整装置は、車両用空気調整装置のインテーク部の外気吸入口とインテークドアとをつなぐ外気吸入路から外気を取り込む外気導入流路と、該外気導入流路に取り込まれた空気に含まれる酸素を選択的に透過させる酸素富化膜と、前記酸素富化膜の透過前後で差圧を発生させる差圧発生手段と、前記酸素富化膜を透過した酸素富化空気を車室又は車室に連通した空気流路へ導く酸素富化空気流路と、前記酸素富化膜を透過しなかった窒素富化空気を車室外の負圧部に導く窒素富化空気流路と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る車両用空気調整装置では、車両用空気調整装置のカバーケースの外壁面から、該車両用空気調整装置のブロアの下流側の空気流路まで貫く貫通孔と、該貫通孔から前記カバーケースの外側へ向けて接続された主管と、該主管を通過する前記カバーケースの外側へ向かう空気流れに合流する空気を導入する側管と、をさらに備え、前記窒素富化空気流路が、前記負圧部となる前記側管に接続されていることが好ましい。陽圧となるブロアの下流に主管が接続され、側管の導入する空気は主管の空気流れに合流するので、側管内を負圧にすることができる。これにより、酸素富化膜に透過されずに残留する窒素富化空気を側管へ吸引し、車室外へ排出することができる。

本発明に係る車両用空気調整装置では、前記主管が車両用空気調整装置のドレインを兼ねることが好ましい。車両用空気調整装置のドレインは、車両用空気調整装置に予め設けられている空気流路を用いて窒素富化空気を排気することにより、窒素富化空気流路は、車両用空気調整装置に新たな穴を開けずに窒素富化空気を排気することが可能になる。

本発明に係る車両用空気調整装置では、前記窒素富化空気流路に、前記側管側に向かって空気流れを発生させる窒素富化空気排出ファンを設けることが好ましい。窒素富化空気排出ファンを設けることで、酸素富化膜に透過されずに残留する窒素富化空気を車室外へ排出することができる。これにより、酸素富化膜付近での窒素富化空気の残存量を減少させることができるので、酸素富化空気の酸素濃度を増加することができる。

本発明に係る車両用空気調整装置では、前記窒素富化空気排出ファンの作動及び停止を制御する窒素富化空気排出ファン制御手段をさらに備え、該窒素富化空気排出ファン制御手段は、前記ブロアを停止させる信号の入力を契機に、前記窒素富化空気排出ファンを作動させることが好ましい。車両用空気調整装置のブロアが停止するとブロアの下流が陽圧でなくなるので、主管の空気流れが形成されない。このときに、窒素富化空気排出ファンを設けることで、窒素富化空気を車室外へ排出することができる。よって、車両用空気調整装置のブロアの停止時においても、窒素富化空気を側管へ送り、車室外へ排出することができる。よって、酸素富化膜付近での窒素富化空気の残存量を減少させ、酸素富化空気の酸素濃度を増加することができる。

本発明に係る車両用空気調整装置では、前記負圧部は、エンジンへ供給する外気を取り込むエアインテークに連通した流路のうち、エアクリーナの上流側であることが好ましい。エアインテークは、エンジンの稼動によって負圧になる。エアインテークに連通した流路のうちのエアクリーナの上流に窒素富化空気を導くことで、酸素富化膜に透過されずに残留する窒素富化空気をエアインテークへ吸引することができる。

本発明に係る車両用空気調整装置では、前記酸素富化空気供給流路は、前記インテークドアと車両用空気調整装置のブロアとの間の空気流路に前記酸素富化空気を供給することが好ましい。インテークドアと車両用空気調整装置のブロアとの間の空気流路に酸素富化空気を供給することによって、内気モードでも外気モードでも車両用空気調整装置の空気流路を介して酸素富化空気を車室内へ供給することができる。また、インテークドアと車両用空気調整装置のブロアとの間の空気流路はブロアの作動により負圧になるので、何ら手段を設けることなく車両用空気調整装置を流れる空気に簡単に混合することができる。更に、酸素富化空気を温度調節して車室内に供給することが可能になる。更に、エバポレータを介して車室内に供給されるので、酸素富化による湿度の上昇を抑えることができる。

本発明に係る車両用空気調整装置では、前記差圧発生手段の作動及び停止を制御する差圧制御手段をさらに備え、該差圧制御手段は、前記インテークドアが外気モードであるとの信号の入力を契機に、前記差圧発生手段を停止させることが好ましい。車両用空気調整装置が外気モードであるとき、車両空気調整装置に外気が取り込まれ、車室内に外気が供給される。このため車室内の酸素濃度の減少を抑えることができる。このとき、差圧発生手段を停止させることで、酸素富化膜の空気の透過を停止させることができるので、酸素富化膜の劣化を防ぐことができる。更に、差圧発生手段が停止するので、動力源の消費を抑えることができる。

本発明に係る車両空気調整装置は、外気吸入口から取り込まれた外気を酸素富化するので、酸素富化のための構成を一体化することができる。車両空気調整装置の空気流路を利用することで、酸素富化の構成を簡易化すると共に、酸素富化の構成の設置スペースを少なくすることができる。又、車両空気調整装置の一機能として車両に搭載することができるので、車室内の酸素富化が容易になる。更に、車両前方に設置される車両空気調整装置の外気吸入口から取り込まれた外気を酸素富化するので、酸素富化のために取り込んだ外気への排気ガスの混入を防ぐこともできる。更に、負圧部に窒素富化空気を導き、新鮮な外気を酸素富化膜に送り込むことができるので、酸素富化空気の濃度を効率よく高めることができる。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施例に限定されない。

図１は、酸素富化装置を搭載した車両用空気調整装置の一形態を示す構成図である。車両用空気調整装置１００は、インテーク部５５と、ブロア３４と、エバポレータ３５と、ドレイン３６と、ヒータコア３７と、エアミックスドア３８と、モードドア３９、４０、４１と、フロント空調ダクト４２と、を備える。インテーク部５５は、外気吸入口３１と、インテークドア３２と、外気吸入口３１とインテークドア３２とをつなぐ外気吸入路３３とを備える。車両用空気調整装置１００は、制御手段７１と、車室内に配置された酸素センサ７２と、を備えていてもよい。カバーケース４０１により空気流路３０１、３０２、３０３、３０４が形成される。

ブロア３４を作動させることでインテークドア３２の切り替えにより車外空気又は車室内空気が空気流路３０２に取り込まれ、車両用空気調整装置１００の空気流路３０１、３０２、３０３、３０４に空気流れ１、２、３、４、５が形成される。外気である空気流れ１は外気吸入口３１から取り込まれ、外気吸入路３３内で形成されている。車室内空気である空気流れ２は内気吸入口４９から取り込まれる。車両用空気調整装置１００の空気流路３０１に取り込まれた外気の空気流れ１又は車室内空気の空気流れ２は、空気流れ３となってブロア３４に吸気される。ブロア３４に吸気された空気流れ３は、エバポレータ３５に向けて吐出されて空気流れ４となる。空気流れ４はエバポレータ３５で熱交換され、空気流れ５となる。なお、エバポレータ３５の熱交換の際に発生した水は、ドレイン３６から車外へ排出される。

空気流れ５は、エアミックスドア３８によってヒータコア３７で加熱させる空気と加熱させない空気に分けられた後、再び混合される。エアミックスドア３８で混合された空気流れ５は、デフロスタ（不図示）に通ずる空気流路３０５、ベント５２ａ、５２ｂ及びサイドベント５１、５３に通ずる空気流路３０６、またはフット（不図示）に通ずる空気流路３０８に送られる。それぞれの空気流路に空気を送るか否かの切り替えは、例えばモードドア３９、４０、４１の開閉で行なう。ベント５２ａ、５２ｂ及びサイドベント５１、５３へ通ずる空気流路３０６は、フロント空調ダクト４２となっている。フロント空調ダクト４２は、サイドベント（運転席側吹き出し口）５１、ベント（中央吹き出し口）５２ａ、５２ｂ及びサイドベント（助手席側吹き出し口）５３の４つの車内吹き出し口を備える。図１では空調の吹出しモードをモードドア３９、４０、４１の開閉によって切り替える装置の一形態を示したが、本実施形態では各空気流路へ所望の空気風量を流すことが出来れば、モードドア３９、４０、４１と空気流路３０５、３０６、３０８の構成を変更しても良い。フロント空調ダクト４２は、空調ダクトに含まれる空気流路である。例えば空調ダクトは、フロント空調ダクト４２とリア空調ダクト（不図示）を備えていてもよい。

酸素富化装置は、車両用空気調整装置１００のインテーク部５５の外気吸入口３１とインテークドア３２とをつなぐ外気吸入路３３から外気を取り込む外気導入流路１１と、外気導入流路１１に取り込まれた空気に含まれる酸素を選択的に透過させる酸素富化膜１２と、酸素富化膜１２の透過前後で差圧を発生させる差圧発生手段１３と、酸素富化膜１２を透過した酸素富化空気を車室又は車室に連通した空気流路へ導く酸素富化空気流路１４と、酸素富化膜１２を透過しなかった窒素富化空気を車室外の負圧部に導く窒素富化空気流路１６と、を備える。酸素富化空気流路１４は、差圧発生手段１３の前後で、差圧発生手段１３の上流側の上流側酸素富化空気流路１４ａと、差圧発生手段１３の下流側の下流側酸素富化空気流路１４ｂに分かれている。

外気導入流路１１は、車両用空気調整装置のインテーク部５５の外気吸入口３１とインテークドア３２とをつなぐ外気吸入路３３から外気を取り込む手段であって、配管を含む。外気導入流路１１の配置場所は外気吸入路３３に連通していればよく、外気吸入路３３の空気流路３０１に酸素富化膜１２が直接配置されていてもよい。外気導入流路１１は、吸引ポンプやファンなどの外気を取り込む手段を備えていてもよい。

酸素富化膜１２は、外気導入流路１１に取り込まれた空気に含まれる酸素を酸素富化膜で選択的に透過させる手段である。酸素を選択的に透過させた酸素富化空気を上流側酸素富化空気流路１４ａへ送る。酸素富化膜１２に備わる酸素富化膜に透過されずに酸素の少なくなった窒素富化空気を窒素富化空気流路１６へ送る。酸素富化膜は、例えば０．１μｍのシリコン膜がある。酸素富化膜は、酸素を選択的に透過させる高分子膜でもよい。例えば、１−メチルトリメチルシリルプロピン高分子等のシリコン系高分子、ポリビニルアルコールを含む。酸素富化膜１２は、車両用空気調整装置に一体化されて車両前方に設置されていることが好ましく、排気ガスの車室内への侵入を防ぐことができる。

なお、本実施形態において、酸素富化膜１２に代え、外気導入流路１１に取り込まれた空気に含まれる窒素を吸着剤で吸着することで酸素を選択的に透過させる手段を用いることができる。窒素を選択的に吸着する吸着剤には、例えば、活性アルミナ、過マンガン酸カリウム、重三炭酸ナトリウム、活性炭を含む。

差圧発生手段１３は、酸素富化膜１２の透過前後で差圧を発生させる手段であり、例えば真空ポンプがある。真空ポンプは例えば、油回転ポンプ、メカニカルブースタを含む機械ポンプ、スチームエグゼクタを含む蒸気噴射ポンプ、ソーションポンプ、ダイヤフラムポンプを含むドライポンプがある。図１では酸素富化膜１２の下流側を減圧することによって酸素富化空気を酸素富化空気流路１４に供給する場合を示したが、酸素富化膜１２の上流側を加圧することによって酸素富化空気を酸素富化空気流路１４に供給してもよい。差圧発生手段１３により発生させる差圧は、酸素富化膜の耐えられる圧力であることが好ましい。

酸素富化空気流路１４は、酸素富化膜を透過させた酸素富化空気を車室又は車室に連通した空気流路へ供給する手段であり、配管を含む。酸素富化空気流路１４は、インテークドア３２と車両用空気調整装置１００のブロア３４との間の空気流路３０２に酸素富化空気を供給することが好ましい。図１はその一例である。酸素富化空気流路１４から供給された酸素富化空気は、空気流れ３に混合される。酸素富化空気が空気流れ３に混合されることにより、酸素富化した空気を温度調節して空気流路３０６から車室内へ供給することが可能になる。またブロア３４による空気流れの発生により空気流路３０２は負圧になるので、車両用空気調整装置への供給が容易になる。酸素富化空気をインテークドア３２とブロア３４との間の空気流路３０２に供給すれば、エバポレータ３５を介して車室内に供給されるので、酸素富化による湿度の上昇を抑えることができる。一方、乾燥する冬には冷房が稼動しないので、加湿器として利用することができる。

なお、酸素富化空気流路１４は、車室のエアコン制御パネルに設けた吹き出し口（不図示）に直接接続してもよい。アームレスト、ヘッドレスト、シート、車室内の天井、ルームミラー又は計器板に取り付けてもよい。さらに、乗員の顔面や呼吸器系に向けて、酸素富化空気を吹き出してもよい。さらに、酸素富化空気流路１４は、インテークドア３２とブロア３４との間の空気流路３０２と、フロント空調ダクト４２との両方に酸素富化空気を供給してもよい。

又、酸素富化空気流路１４は、車両用空気調整装置のフロント空調ダクト４２に酸素富化空気を供給してもよい。さらに、酸素富化空気流路１４は、フロント空調ダクト４２の車内吹き出し口の上流に開閉弁を設け、車内吹き出し口と開閉弁との間の空調ダクトの空気流路に酸素富化空気を供給してもよい。開閉弁は、酸素富化空気流路が供給するフロント空調ダクト４２の上流に設けられ、モードドア３９、４０、４１の備わる空調ダクトに通ずる空気流路３０６から供給された空気の流量を可変することが好ましい。酸素富化空気流路１４は、フロント空調ダクト４２のうち、サイドベント（運転席側吹き出し口）５１の上流側手前に酸素富化空気を供給することが好ましい。車内吹き出し口の上流に開閉弁を設け、車両用空気調整装置１００から流れてくる空気を遮断して、酸素富化空気のみ或いは酸素富化空気を多少希釈した空気を車内吹き出し口から車室内へ供給することができる。これにより、予め決められた乗員に集中的に酸素富化空気を供給することが可能になる

又、酸素富化空気流路は、フロント空調ダクト４２の少なくとも２箇所に接続され、かつ、酸素富化空気を供給するフロント空調ダクト４２の箇所を選択する分岐部（不図示）を設けてもよい。例えば、下流側酸素富化空気流路１４ｂのフロント空調ダクト４２側の先端が当該分岐部に接続され、当該分岐部から、フロント空調ダクト４２に備わるサイドベント（運転席側吹き出し口）５１、サイドベント（助手席側吹き出し口）５３の上流側手前にそれぞれ酸素富化空気流路によって接続されていてもよい。当該分岐部でフロント空調ダクト４２に備わるサイドベント（運転席側吹き出し口）５１、サイドベント（助手席側吹き出し口）５３に流入する空気の流量を切替えることで、酸素富化空気を供給するフロント空調ダクト４２の箇所を切替えることができる。更に、下流側酸素富化空気流路１４ｂがフロント空調ダクト４２に通ずる空気流路から供給された空気を後部座席に供給するリア空調ダクトに接続されていてもよい。更に、リア空調ダクトの上流側に開閉弁を設けてもよい。このように、酸素富化空気を供給するフロント空調ダクト４２の箇所を選択する分岐部を設けてこれを切替えることにより、選択可能な吹き出し口の箇所のうち、所望の吹き出し口、すなわち所望の乗員に集中的に酸素富化空気を供給することが可能になる。

なお、酸素富化空気流路１４の少なくとも内表面は、臭気の少ない材料により構成されていることが好ましい。臭気の少ない材料は限定しないが、例えば４フッ化エチレン樹脂等のフッ素樹脂がある。酸素富化空気流路１４の内表面が臭気の少ない材料であることにより、乗員に臭気の少ない酸素富化空気を供給することが可能になる。また、酸素富化空気流路１４の少なくとも内表面は、カビの発生しにくい材料で形成され、かつ、カビの発生しにくい表面形状であることが好ましい。例えば抗菌剤を混入した材料であったり、撥水コートを施したり、撥水性を有する表面形状であることが好ましい。これにより、酸素富化空気流路１４の内表面がカビを発生しにくいことによって、清潔な酸素富化空気を供給することが可能になる。酸素富化空気流路１４は、さらに消音手段を備えることが好ましい。消音手段を備えることで、酸素富化空気流路１４は、差圧発生手段１３やブロア３４などによって発せられる音や振動を減少させた酸素富化空気を乗員に供給することができる。

窒素富化空気流路１６は、酸素富化膜１２を透過しなかった窒素富化空気を車室外の負圧部に導く流路であり、配管を含む。車室外は、例えば、エンジンルーム又はトランクルームである。負圧部は、例えば、車両用空気調整装置の稼動によって負圧となる部分である。又、エンジンの稼動によって負圧となる部分であり、例えば、エアインテークがある。又、走行中の空気流れによって負圧となる部分である。又、特定の部分を負圧とする負圧発生手段を設けたときの特定部分であり、負圧発生手段は例えば吸気ポンプがある。例えば、ドレイン３６に負圧発生手段を設けて窒素富化空気を排気してもよい。或いは、車内換気口（不図示）に負圧発生手段を設けて窒素富化空気を車室外に排気してもよい。或いは、車両用空気調整装置のインテーク部５５の外気吸入口３１に負圧発生手段を設けて窒素富化空気を排気してもよい。ドレイン３６、車内換気口（不図示）又は外気吸入口３１を介して窒素富化空気を車室外に排気することにより、車体に新たに穴を開けずに窒素富化空気を排気することが可能になる。更に、窒素富化空気流路１６に、下流側に向かって空気流れを発生させる窒素富化空気排出ファン２０を設けることが好ましい。

制御手段７１は、例えば、酸素富化装置の稼動を制御するマイクロコンピュータである。制御手段７１は、窒素富化空気排出ファン２０の作動及び停止を制御する窒素富化空気排出ファン制御手段を含む。又、制御手段７１は、差圧発生手段１３の作動及び停止を制御する差圧制御手段を含む。又、制御手段７１は、ブロア３４の制御手段を含む。制御手段７１は、車両用空気調整装置１００の制御手段と兼用させることが好ましい。制御手段７１は、差圧制御手段の差圧発生手段１３の作動及び停止の制御に伴い、車室のエアコン制御パネルに表示する信号を出力する手段を含む。例えば、車室のエアコン制御パネルにランプを設け、制御手段７１は、差圧発生手段１３の作動時は当該ランプを点灯させる。一方、制御手段７１は、差圧発生手段１３の停止時は、当該ランプを点滅させるか、又は、点灯も点滅もさせない。酸素センサ７２は、車室内の酸素濃度を検知する検知器である。酸素センサ７２は、二酸化炭素を検知してもよい。

ここで、図２を参照して、酸素富化装置の具体例について説明する。図２は、酸素富化装置の一例を示す構成図である。酸素富化装置に備わる酸素富化膜１２は、図１で説明した外気導入流路１１に取り込まれた空気に含まれる酸素を酸素富化膜６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ、６２ｅ、６２ｆで選択的に透過させる手段であり、さらに酸素富化膜６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ、６２ｅ、６２ｆの透過前後で差圧を発生させる差圧発生手段１３を設けてもよい。図２に示した酸素富化装置は、少なくとも一部が酸素富化膜６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ、６２ｅ、６２ｆからなる側面をもつチャンバー６３、６４、６５とを有する酸素富化膜１２と、差圧発生手段１３と、上流側酸素富化空気流路１４ａ及び下流側酸素富化空気流路１４ｂを含む酸素富化空気流路と、を備える。チャンバー６３は、酸素富化膜６２ａ、６２ｂと、構造支持体７９ａ、７９ｂとによって構成されている。チャンバー６４は、酸素富化膜６２ｃ、６２ｄと、構造支持体７９ｃ、７９ｄとによって構成されている。チャンバー６５は、酸素富化膜６２ｅ、６２ｆと、構造支持体７９ｅ、７９ｆとによって構成されている。酸素富化装置は、さらに、外気導入ファン６１と、ポンプ冷却ファン６６と、マフラー６７と、水ぬきバルブ６８と、を備えてもよい。

図２に示した酸素富化装置は、チャンバー６３、６４、６５の内部と連通するように上流側酸素富化空気流路１４ａの一方が接続され、上流側酸素富化空気流路１４ａの他方は差圧発生手段１３に接続されていて、差圧発生手段１３によりチャンバー６３、６４、６５の内部が吸引される。これにより、チャンバー６３、６４、６５の内部と外部との間に差圧を発生させる。差圧発生手段１３がチャンバー６３、６４、６５内に吸引した空気は酸素富化空気となり、上流側酸素富化空気流路１４ａに流入する。上流側酸素富化空気流路１４ａに連通した下流側酸素富化空気流路１４ｂはマフラー６７が備わっていて、マフラー６７により消音される。マフラー６７にはさらに水抜きバルブ６８が備わっていて、酸素富化空気に含まれる水を排出する。マフラー６７を通過した酸素富化空気は、さらに下流側酸素富化空気流路１４ｂを介して車室内に供給される。

チャンバー６３、６４、６５は、例えば外気から酸素富化空気をチャンバー内に分離する。窒素富化空気と酸素富化空気とを分離することのできるものであれば形状は限定しない。図２に示すチャンバーは、チャンバーの第１例であり、円筒形の両端が構造支持体、側面が酸素富化膜で構成されている。チャンバー６３、６４、６５に備わる酸素富化膜は、差圧発生手段１３の発生させる差圧に耐えうる材質、膜厚であることが好ましい。外気導入ファン６１は、新鮮な外気を常に取り込むものが好ましい。ポンプ冷却ファン６６は、差圧発生手段１３を空冷するものが好ましい。酸素富化膜６２、差圧発生手段１３及び酸素富化空気流路１４ａ、１４ｂは、前述のとおりである。

図２に示した酸素富化装置の原理を図３を用いて説明する。図３は、酸素富化装置の原理の一例を示す構成図である。図３では、図２に示したチャンバー６３、６４、６５をチャンバー６９として１つに省略した。チャンバー６９は、構造支持体７９ｇ、７９ｈ、７９ｉと、酸素富化膜６２ｇ、６２ｈとによって構成されている。また、マフラー６７、水抜きバルブ６８、は省略した。図３では、外気導入流路１１から窒素富化空気流路１６に連通する空気流路１８にチャンバー６９が配置され、空気流路１８の外に差圧発生手段１３が配置されている。

外気導入流路１１から取り込まれた外気は外気導入ファン６１によって空気流路１８に取り込まれる。チャンバー６９の内部は差圧発生手段１３によって減圧され、空気流路１８内の空気がチャンバー６９に取り込まれる。このとき、チャンバー６９の一部は酸素富化膜６２になっているので、空気流路１８内の空気は酸素富化膜６２を透過してチャンバー６９の内部に取り込まれる。酸素富化膜６２は酸素を選択的に透過するので、チャンバー６９の内部にある空気はチャンバー６９にある空気に比べて酸素濃度が高くなる。この酸素濃度が高くなった空気が酸素富化空気となる。一方、チャンバー６９内に透過されなかった空気は酸素濃度が低くなっている。この酸素濃度が低くなった空気が窒素富化空気となる。窒素富化空気は、空気流路１８に沿って、窒素富化空気流路１６へ導かれる。窒素富化空気流路１６へ導かれた窒素富化空気は、車室外の負圧部へと導かれる。差圧発生手段１３は、例えば、真空ポンプにより２５〜７０ｋＰａで吸引して、１００Ｌ／Ｈの酸素富化空気を車室内に供給すればよい。酸素富化装置により、酸素２０．６％、二酸化炭素０．０３％の外気を、組成比を酸素２８％、二酸化炭素０．０６％の酸素富化空気にすることができる。

（酸素富化膜の実施例２）
酸素富化膜の他の具体例について説明する。図４は、加圧によって酸素富化膜の透過前後で差圧を発生させる差圧発生手段を用いた酸素富化装置の一例を示す構成図である。図３に示した構成例との違いは、外気導入流路１１と酸素富化膜１２との間の空気流路１８に設けた差圧発生手段１３と、チャンバー６９に直接つながる酸素富化空気流路１４である。差圧発生手段１３は、加圧によって酸素富化膜の透過前後で差圧を発生させる手段であって、例えば加圧ポンプである。差圧発生手段１３によって空気流路１８内を陽圧としてチャンバー６９の内部と外部、すなわち酸素富化膜の透過前後で差圧を発生させることができる。チャンバー６９の内部に透過された空気は差圧発生手段１３による加圧で酸素富化空気流路１４に押し出される。その他については前述の実施例１と同様である。このように、加圧によって酸素富化膜６２の透過前後で差圧を発生させる差圧発生手段を用いることもできる。

チャンバー６９は、外気に接する表面積が大きな形状であることが好ましい。例えば、図５又は図６に示した形状にしてもよい。図５は、酸素富化膜を備えるチャンバーの第２例を示す模式図である。図５に示すチャンバー６９は、渦巻状に形成されていて、その側面に酸素富化膜が配置されている。図６は、酸素富化膜を備えるチャンバーの第３例を示す模式図である。図６に示すチャンバー６９は、プリーツ状に形成されていて、その側面に酸素富化膜が配置されている。このように、チャンバー６９が外気に接する表面積を増やすことで、チャンバー６９の側面に備わる酸素富化膜を透過させる空気の量を増やすことができる。

（酸素富化装置の実施例２）
図７は、酸素富化装置の第２の実施例を示す構成図である。図７に示す酸素富化装置は、車両用空気調整装置のカバーケース４０１の外壁面から、車両用空気調整装置のブロア３４の下流側の空気流路３０３、３０４まで貫く貫通孔８２と、貫通孔８２からカバーケース４０１の外側へ向けて接続された主管３６と、主管３６を通過するカバーケース４０１の外側へ向かう空気流れ６に合流する空気を導入する側管８３と、をさらに備えることを特徴とする。そして、窒素富化空気流路１６が、負圧部となる側管８３に接続されている。貫通孔８２は、例えば、車両用空気調整装置の空気流路３０３から空気流路３０４にかけての空気流路に面したカバーケース４０１に設けられた貫通孔である。陽圧となるブロア３４の下流側の貫通孔８２に主管３６が接続されているので、カバーケース４０１からカバーケース４０１外へ向けての空気流れ６を発生させることができる。

主管３６は、貫通孔８２からカバーケース４０１の外側へ向けて接続された空気流路６を形成する。主管３６は空気流れ６をカバーケース４０１外に導く側管８３に囲まれており、空気流れ６は側管８３を通してカバーケース４０１外へと導かれる。主管３６と側管８３とは、主管３６を内管、側管８３を外管とする２重管を形成している。側管８３の内径は、主管３６の外径と同程度に細くなっており、空気流れ９０が空気流れ６に合流して側管８３内が負圧となる。すなわち、主管３６と側管８３とでアスピレータと同様の構成とすることで、側管８３内を負圧としている。窒素富化空気流路１６が側管８３と接続されることで、窒素富化空気流路１６内の空気を側管８３側に吸引することができる。このように、窒素富化空気流路１６内の空気を吸引して車室外へ排出することができるので、主管３６及び側管８３をさらに備えれば、酸素富化膜に透過されずに残留する窒素富化空気を吸引し、車室外へ排出することができる。ここで、主管３６は、ドレイン３６を兼ねていることが好ましい。ドレイン３６は、車両用空気調整装置１００のエバポレータ３５で発生する水を車外に排出する排出口である。主管３６がドレイン３６を兼ねていることで、貫通孔８２を新たに設けることなく窒素富化空気を車室外に導くことができる。

本実施例において、窒素富化空気流路１６に、側管８３側に向かって空気流れ７を発生させる窒素富化空気排出ファン２０を設けることが好ましい。窒素富化空気流路１６の空気をドレイン３６に導く場合、車両用空気調整装置のブロア３４の稼動が停止すると、空気流れ６は発生しなくなる。このとき、窒素富化空気排出ファン２０を設けることで、酸素富化膜から側管８３へ向かう空気流れ７を発生させることで、酸素富化膜に透過されずに残留する窒素富化空気を車室外へ排出することができる。

制御手段７１は、窒素富化空気排出ファン２０の作動及び停止を制御する窒素富化空気排出ファン制御手段を含む。窒素富化空気排出ファン制御手段は、ブロア３４を停止させる信号の入力を契機に、窒素富化空気排出ファン２０を作動させることが好ましい。車両用空気調整装置のブロア３４が停止するとブロア３４の下流での空気流れ４、５が止まり、ブロア３４の下流が陽圧でなくなるので、主管３６の空気流れ６が形成されない。このため、制御手段７１が、ブロア３４を停止させる信号が入力されたときに、窒素富化空気排出ファン２０を稼動させれば、空気流れ６が形成されていない場合であっても窒素富化空気を側管８３へ送り、側管８３から車室外へ排出することができる。

（酸素富化装置の実施例３）
図８は、窒素富化空気流路の負圧部への接続例を示す構成図である。図８に示す酸素富化装置は、窒素富化空気流路１６が、負圧部となるエアインテーク８４に連通した流路に接続されていることを特徴とする。エアインテーク８４は、エンジンへ供給する外気を取り込む空気流路である。エンジンは、排気弁８６ｂを開けてピストン８７がシリンダ８８内の空気を排気し、排気弁８６ｂを閉じて吸入弁８６ａを開いてピストン８７がシリンダ８８内に吸気する。シリンダ８８内が負圧となるときに吸入弁８６ａが開いているので、エアインテーク８４に連通している空気流路が負圧となる。本実施例では、負圧部は、エンジンへ供給する外気を取り込むエアインテーク８４に連通した流路のうち、エアクリーナ８５の上流側であることが好ましい。エアインテーク８４に連通した流路のうちのエアクリーナ８５の上流に窒素富化空気を導けば、酸素富化膜に透過されずに残留する窒素富化空気をエアインテークへ吸引することができる。

（車両用空気調整装置の制御の第１例）
図９及び図１を参照して、本実施形態に係る酸素富化装置を搭載した車両用空気調整装置の制御の第１例について説明する。図９は、酸素富化装置の制御法の第１例を示したフロー図である。制御は、例えば制御手段７１が行う。ステップＳ３０１では、例えば車のエンジンが稼動する。又、車両用空気調整装置１００が稼動する。ステップＳ３０１の後、ステップＳ３０２へ移行する。

ステップＳ３０２では、車両用空気調整装置１００が内気モード（Ｒｅｃモード）であるか否かを判定する。内気モードであるか否かの判定は、例えば、インテークドア３２がどの程度外気を取り込める状態にあるのかを判定する。例えば、ブロア３４に供給される内気の割合が５割以上１０割以下となる状態であれば、内気モードと判定する。又、ブロア３４に供給される外気の割合が５割未満となる状態であれば内気モードと判定する。ステップＳ３０２で内気モードであると判定すると、ステップＳ３０３へ移行する。一方、ステップＳ３０２で内気モードであると判定されなければ、ステップＳ３０２を繰り返す。

ステップＳ３０３では、酸素富化モードを作動させる。酸素富化装置の作動は、例えば、差圧発生手段１３を稼動させる。ステップＳ３０３の後、ステップＳ３０４へ移行する。

ステップＳ３０４では、ブロア３４が稼動しているか否かを判定する。例えば、制御手段７１がブロア３４の稼動状態を識別する。又、ブロア３４の回転を検出してもよいし、ブロア３４の下流の空気の流量を計測してもよい。ステップＳ３０４でブロア３４が稼動していると判定すれば、ステップＳ３０５へ移行する。一方、ステップＳ３０４でブロア３４が稼動していないと判定すれば、ステップＳ３０７へ移行する。

ステップＳ３０７では、窒素富化空気排出ファン２０を作動させる。例えば、制御手段７１に含まれる窒素富化空気排出ファン制御手段が窒素富化空気排出ファン２０を稼動させる。ステップＳ３０７の後、ステップＳ３０５へ移行する。

ステップＳ３０５では、車両用空気調整装置１００が外気モード（Ｆｒｅｓｈモード）であるか否かを判定する。外気モードであるか否かの判定は、例えば、インテークドア３２がどの程度外気を取り込める状態にあるのかを判定する。例えば、ブロア３４に供給される外気の割合が５割超１０割以下となる状態であれば、外気モードと判定する。又、ブロア３４に供給される内気の割合が５割以下となる状態であれば外気モードと判定する。ステップＳ３０５で外気モードであると判定すると、ステップＳ３０６へ移行する。一方、ステップＳ３０５で外気モードであると判定されなければ、ステップＳ３０５を繰り返す。

ステップＳ３０６では、酸素富化装置が稼動するモードである酸素富化モードを停止させる。酸素富化モードの停止は、例えば、差圧発生手段１３を停止させる。ステップＳ３０６の後、ステップＳ３０２へ移行する。

このように、内気モードであるか（Ｓ３０２）又は外気モードであるか（Ｓ３０５）を判定し、内気モードであれば酸素富化モードを作動させ（Ｓ３０３）、外気モードであれば停止させる（Ｓ３０６）ことが好ましい。このような制御を行うことで、外気が取り込まれる結果、車室内の酸素濃度が減少する可能性が低い場合に酸素富化モードを停止させることができる。

（車両用空気調整装置の制御の第２例）
図１０及び図１を参照して、本実施形態に係る酸素富化装置を搭載した車両用空気調整装置の制御の第２例について説明する。図１０は、酸素富化装置の制御法の第２例を示したフロー図である。制御手段７１は、まず酸素富化装置の作動を判定するステップＳ１０１を行う。酸素富化装置が作動している場合、外気モード（Ｆｒｅｓｈモード）に切り替えるステップＳ１０２、酸素富化装置を作動させるステップＳ１０３、所定の時間に酸素富化装置が停止するステップＳ１０４の順に制御を行う。ステップＳ１０４の所定の時間が例えば３０分の場合、酸素富化装置の作動から３０分以上経つと酸素富化装置の作動を停止するステップＳ１０５を行う。ステップＳ１０５を行った後、酸素富化装置の作動を判定するステップＳ１０１へ戻る。酸素富化装置の作動を判定するステップＳ１０１で酸素富化装置が作動していない場合、車両用空気調整装置が内気モード（Ｒｅｃモード）であるかを判定するステップＳ２０１を行う。

ステップＳ２０１で内気モードでないと判定した場合、酸素富化装置の作動を判定するステップＳ１０１へ戻る。ステップＳ２０１で内気モードであると判定した場合、酸素濃度を測定して所定値（ｃｏｎｓｔａｎｔ１）以下であるかを判定するステップＳ２０２を行う。酸素濃度が所定値より高い場合、酸素富化装置の作動を判定するステップＳ１０１へ戻る。酸素濃度が所定値以下の場合、酸素富化装置を作動させるステップＳ２０３、酸素濃度を測定して所定値（ｃｏｎｓｔａｎｔ２）よりも高いかを判定するステップＳ２０４を行う。ステップＳ２０４で酸素濃度が所定値より高い場合、酸素富化装置の作動を停止するステップＳ１０５を行う。ステップＳ１０５を行った後、酸素富化装置の作動を判定するステップＳ１０１へ戻る。

酸素富化装置を作動させるステップＳ１０３は、図１に示した差圧発生手段１３とブロア３４を稼動させることにより行う。差圧発生手段１３とブロア３４が稼動することにより酸素富化空気を生成することができる。車両用空気調整装置１００が作動している場合は、差圧発生手段１３を稼動させればよい。酸素富化装置の作動を停止するステップＳ１０５は、例えば差圧発生手段１３を停止する。このように、外気モードでは高酸素濃度の酸素富化空気を車室内に供給し、内気モードにおいては酸素濃度を監視して車室内の酸素濃度の低下を防ぐことが可能になる。

さらに、内気モードであるか判定するステップＳ２０１と酸素濃度判定Ｓ２０２との間に、走行速度の判定（不図示）を行ってもよい。この場合は、差圧発生手段１３及びブロア３４は、走行速度が所定の速度よりも低くなったときに稼動すればよい。例えば走行速度が２０ｋｍ／ｈよりも高ければ、酸素濃度を測定して所定値以下であるか判定するステップＳ２０２を行い、２０ｋｍ／ｈ以下であれば酸素富化装置を作動させるステップＳ２０３を行う。このように、走行速度が所定の速度よりも低くなったときに稼動することによって、渋滞時に酸素富化空気を供給することが可能になる。さらに、携帯電話などの通信手段を用いて制御手段７１を稼動させ、乗車前に車室内の空気の酸素濃度を高められるようにしてもよい。

（酸素富化装置の実施例）
図１１を参照して、図１に示した本発明に係る酸素富化装置の実施例について説明する。図１１は、乗員２名で乗車した場合の車室内の酸素濃度と二酸化炭素濃度の濃度変化を測定した結果を示すグラフである。図１１（ａ）は酸素濃度の時間変化を示す。Ａｆは外気モードでの酸素富化空気を供給した車室内空気、Ａｒは内気モードでの酸素富化空気を供給した車室内空気、Ｂｆは外気モードでの通常の車室内空気、Ｂｒは内気モードでの通常の車室内空気のそれぞれの濃度変化を示す。外気モードでは、濃度変化Ｂｆは当然減少することなく一定であるのに対して、濃度変化Ａｆは時間ごとに酸素濃度が上昇して外気よりも高い濃度で一定値を保っている。一方内気モードでは、濃度変化Ｂｒは時間に比例して減少しているのに対して、濃度変化Ａｒは減少することなく外気と同一濃度の一定値を保っている。

図１１（ｂ）は二酸化炭素濃度の時間変化を示す。Ｃｆは外気モードでの酸素富化空気を供給した車室内空気、Ｃｒは内気モードでの酸素富化空気を供給した車室内空気、Ｄｆは外気モードでの通常の車室内空気、Ｄｒは内気モードでの通常の車室内空気のそれぞれの濃度変化を示す。外気モードでは、濃度変化Ｄｆは当然減少することなく一定値であるのに対して、濃度変化Ｃｆも減少することなく一定値を保っている。濃度変化Ｄｒは時間に比例して増加しているのに対して、濃度変化Ｃｒは濃度変化Ｄｒに比較して小さな傾きで比例して増加している。

図１１から明らかなように、本発明に係る酸素富化装置を備えることにより、外気モード及び内気モードにおいて酸素濃度を高め、かつ二酸化炭素の増加を防ぐことができる。特に、内気モードにおいては、通常の車室内空気の酸素が時間に比例して減少するのに対し、酸素富化空気を供給した車室内空気は酸素が減少しない。これは、車外の外気を酸素濃度を高めて車室内に取り込むことにより、車室内全体の酸素濃度を高めているからである。濃度変化Ａｆから明らかなように、外気よりも高い酸素濃度の酸素富化空気を内気モードで供給することができるので、内気モードで車室内空気の温度を一定に保つ場合に、温度差の大きな外気を大量に取り込むことなく酸素濃度の低下を防ぐことが可能になる。これにより、暖房運転や冷房運転など、空気調和にかかるエネルギーの消費を抑えることも可能になる。

以上説明したように、本実施形態に係る車両空気調整装置は、車両空気調整装置１００の外気吸入口３１から取り込まれた外気を酸素富化するので、酸素富化のための構成を一体化することができる。このため、車両空気調整装置１００の空気流路を利用し、酸素富化の構成を簡易化すると共に、酸素富化の構成の設置スペースを少なくすることができる。又、車両空気調整装置１００の一機能として車両に搭載することができるので、車室内の酸素富化が容易になる。又、車両前方に設置される車両空気調整装置１００の外気吸入口３１から取り込まれた外気を酸素富化するので、酸素富化のために取り込んだ外気への排気ガスの混入を防ぐこともできる。更に、負圧部に窒素富化空気を導き、新鮮な外気を酸素富化膜に送り込むことができるので、酸素富化空気の濃度を効率よく高めることができる。

酸素富化装置及び酸素センサを搭載した車両用空気調整装置の一例を示す構成図である。 酸素富化装置の一例を示す構成図である。 酸素富化装置の原理の一例を示す構成図である。 加圧によって酸素富化膜の透過前後で差圧を発生させる差圧発生手段を用いた酸素富化装置の一例を示す構成図である。 酸素富化膜を備えるチャンバーの第２例を示す模式図である。 酸素富化膜を備えるチャンバーの第３例を示す模式図である。 酸素富化装置の第２の実施例を示す構成図である。 窒素富化空気流路の負圧部への接続例を示す構成図である。 酸素富化装置の制御法の第１例を示したフロー図である。 酸素富化装置の制御法の第２例を示したフロー図である。 乗員２名で乗車した場合の車室内の酸素濃度と二酸化炭素濃度の濃度変化を測定した結果を示すグラフである。

符号の説明

１、２、３、４、５ 空気流れ
６ カバーケースの外側へ向かう空気流れ
７ 窒素富化空気流路から側管への空気流れ
１１ 外気導入流路
１２ 酸素富化膜
１３ 差圧発生手段
１４ａ、１４ｂ 酸素富化空気流路
１６ 窒素富化空気流路
１８、３０１−３０６、３０８ 空気流路
２０ 窒素富化空気排出ファン
３１ 外気吸入口
３２ インテークドア
３３ 外気吸入路
３４ ブロア
３５ エバポレータ
３６ ドレイン
３７ ヒータコア
３８ エアミックスドア
３９、４０、４１ モードドア
４２ フロント空調ダクト
４３ リア空調ダクト
４８ 車内換気口
４９ 内気吸入口
５１、５３ サイドベント
５２ａ、５２ｂ ベント
５４ 後部座席側吹き出し口
５５ インテーク部
６１ 外気導入ファン
６２ａ〜６２ｈ、６２ｊ、６２ｋ 酸素富化膜
７９ａ〜７９ｌ 構造支持体
６３、６４、６５、６９、７３、７４ チャンバー
６６ ポンプ冷却ファン
６７ マフラー
６８ 水ぬきバルブ
７１ 制御手段
７２ 酸素センサ
８２ カバーケースの貫通孔
８３ 側管
８４ エアインテーク
８５ エアクリーナ
８６ａ 吸入弁
８６ｂ 排気弁
８７ ピストン
８８ シリンダ
１００ 車両用空気調整装置
４０１ 車両用空気調整装置のカバーケース

Claims (8)

1. 車両用空気調整装置のインテーク部の外気吸入口とインテークドアとをつなぐ外気吸入路から外気を取り込む外気導入流路と、
   該外気導入流路に取り込まれた空気に含まれる酸素を選択的に透過させる酸素富化膜と、
   前記酸素富化膜の透過前後で差圧を発生させる差圧発生手段と、
   前記酸素富化膜を透過した酸素富化空気を車室又は車室に連通した空気流路へ導く酸素富化空気流路と、
   前記酸素富化膜を透過しなかった窒素富化空気を車室外の負圧部に導く窒素富化空気流路と、を備えることを特徴とする車両用空気調整装置。
2. 車両用空気調整装置のカバーケースの外壁面から、該車両用空気調整装置のブロアの下流側の空気流路まで貫く貫通孔と、
   該貫通孔から前記カバーケースの外側へ向けて接続された主管と、
   該主管を通過する前記カバーケースの外側へ向かう空気流れに合流する空気を導入する側管と、をさらに備え、
   前記窒素富化空気流路が、前記負圧部となる前記側管に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用空気調整装置。
3. 前記主管が車両用空気調整装置のドレインを兼ねることを特徴とする請求項２に記載の車両用空気調整装置。
4. 前記窒素富化空気流路に、前記側管側に向かって空気流れを発生させる窒素富化空気排出ファンを設けたことを特徴とする請求項２又は３に記載の車両用空気調整装置。
5. 前記窒素富化空気排出ファンの作動及び停止を制御する窒素富化空気排出ファン制御手段をさらに備え、
   該窒素富化空気排出ファン制御手段は、前記ブロアを停止させる信号の入力を契機に、前記窒素富化空気排出ファンを作動させることを特徴とする請求項４に記載の車両用空気調整装置。
6. 前記負圧部は、エンジンへ供給する外気を取り込むエアインテークに連通した流路のうち、エアクリーナの上流側であることを特徴とする請求項１に記載の車両用空気調整装置。
7. 前記酸素富化空気供給流路は、前記インテークドアと車両用空気調整装置のブロアとの間の空気流路に前記酸素富化空気を供給することを特徴とする請求項１、２、３、４、５又は６に記載の車両用空気調整装置。
8. 前記差圧発生手段の作動及び停止を制御する差圧制御手段をさらに備え、
   該差圧制御手段は、前記インテークドアが外気モードであるとの信号の入力を契機に、前記差圧発生手段を停止させることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６又は７に記載の車両用空気調整装置。
   
   

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