JP2008030695A - 車両用空調システム - Google Patents

Abstract

【課題】車載バッテリに対する負荷を低減することができる車両用空調システムを提供する。
【解決手段】フロントガラス３０の下部を略長方形に切り取る。切り取られた箇所に、酸素及び二酸化炭素を濃度の高い方から濃度の低い方へ透過させ、炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分を遮断する機能を有する透明の選択分離材１３をはめ込む。そして、選択分離材１３へ水滴がかからないようにするために、選択分離材１３の外気に接する側を覆うカバー１２を設ける。カバー１２には、空間２０へ外気を導入するための外気導入口２６及び外気を排出するための外気排出口２８と、外気導入口２６及び外気排出口２８から空間２０内へ水滴を浸入させないための前部堰２７ａ及び後部堰２７ｂを設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、車室内への有害気体や有害微粒子の浸入をできるだけ防止する車両用空調システムに関する。

従来、都会や幹線道路を走行したり、トラック等のディーゼルエンジン車両等の後方を走行する場合、大気が汚染されているので、外気をそのまま車室内の導入することは乗員の健康面から問題があった。

そこで、大気中の有毒ガスや粉塵などの汚染物質を除去するための様々なフィルタが開発されている。そして車室内へ外気を導入するための外気導入口にそのフィルタを取り付け、ブロワを用いてフィルタを通して車室内へ大気を導入していた。このようにフィルタとブロワを用いて、車室内へ導入する大気をフィルタで濾過し、有毒ガスや粉塵などの汚染物質を除去した清浄な空気を車室内へ導入する技術があった（例えば、特許文献１参照）。
特開平６−１９３５２５号公報

ところが、上記のようにブロワとフィルタを用いて大気を車室内へ導入する方法では、大量の外気を車室内へ導入するので、数百ワットにも達する電力が必要となる場合がある。つまり、車載バッテリに対する負荷が大きなものであった。

本発明は、このような問題に鑑みなされたものであり、車載バッテリに対する負荷を低減することができる車両用空調システムを提供することを目的としている。

かかる問題を解決するためになされた請求項１に記載の車両用空調システムは、酸素及び二酸化炭素を濃度の高い方から濃度の低い方へ透過させ、炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分を遮断する機能を有する透明又は半透明の選択分離材で、車両の車室を形成するガラスの一部又は全部を構成したことを特徴とする。

このような車両用空調システムでは、車両の車室を形成するガラスは、フロントウィンドウ、リアウィンドウ、ドアウィンドウあるいはサンルーフなど車室の内と外とを隔てる場所に配置されている。つまり、車室を形成するガラスの内表面は車室内の空気に接し、外表面が外気に接している。

そして、外気の酸素濃度や二酸化炭素の濃度は一定である。一方、車室内の空気は乗員の呼吸などにより、二酸化炭素の濃度が高くなり、酸素濃度は低くなる。また、選択分離材は、二酸化炭素や酸素を濃度の高い方から低い方へ透過させる。

したがって、車室内の酸素濃度が外気の酸素濃度よりも低くなれば、車室外から濃度が低くなった車室内へ選択分離材を介して酸素が供給される。また、二酸化炭素濃度が外気の濃度よりも高くなれば、濃度が高くなった車室内から車室外へ選択分離材を介して二酸化炭素が排出される。

特に、車両走行中には、車室を構成するガラスの外表面に沿って外気が流れるようになっているので、車両走行中には、それらのガラスの一部又は全部を形成する選択分離材の外表面に外気が当たり続ける。つまり、選択分離材の外表面には、一定濃度の酸素、二酸化炭素、硫黄酸化物及び微小固体成分を有する外気が供給され続ける。

したがって、車両走行中には、外気をブロワなどで車室内へ導入しなくても、選択分離材によって車室内の酸素と二酸化炭素の濃度を外気と同じ濃度に保つことができる。そして、ブロワを作動させる必要がないので、車載バッテリに対する負荷を低減することができる。

また、選択分離材は、透明又は半透明であるので、車室内から車外を見通すことができる。つまり、運転者などの乗員の視界を遮るようなことがない。
また、車室を構成するガラスは、通常、車両を構成する部材の中でも面積が大きいので、選択分離材が外気及び車室内の空気と接する面積を広くすることができる。外気及び車室内の空気と接する面積が広ければ車室内の二酸化炭素の排出と酸素の取り入れを短時間で行うことができる。つまり、車室内の二酸化炭素濃度及び酸素濃度が変化しても、短時間にそれらの濃度を一定値にすることができる。

ここで、車室を形成するガラスとは、フロントウィンドウ、リアウィンドウ、ドアウィンドウ以外にサンルーフのガラスをも含む。
また、ガラスとは、純粋な二酸化珪素を成分とするものだけでなく、アクリルガラスなど、上記車室を形成する部分に用いられる透明なガラス状のもの全般を意味している。

ところで、雨天走行や洗車などを行うと、車室を構成するガラスの一部又は全部を構成する選択分離材には水滴がかかる。選択分離材に水滴がかかってその表面に水滴が付着すると選択分離材は、酸素や二酸化炭素を透過させるのを妨げる。

そこで、選択分離材の外表面に水滴を付着させないために、請求項２に記載のようにするとよい。つまり、水滴を遮断するために、選択分離材の外気に接する側を覆うカバーを備える。そして、そのカバーには、車両進行方向側に、当該カバーで覆われた空間へ外気を導入するための外気導入口及び車両進行方向反対側に、導入された外気を排出するための外気排出口を設けるのである。

このようにすると、選択分離材は、カバーにより覆われているため、選択分離材の表面に水滴が付着することがない。したがって、選択分離材が酸素や二酸化炭素を透過させることが妨げられることがない。

さらに、請求項３に記載のように、外気導入口又は外気排出口の少なくとも一方からカバーで覆われた空間内へ水滴を浸入させないための水滴浸入防止手段を備えるようにすると、外気導入口及び外気排出口からカバーで覆われた空間内へ水滴が浸入することがない。

カバーで覆われた空間へ水滴が浸入しなければ、カバーで覆われた選択分離材の表面に水滴が付着することがないので、選択分離材が酸素や二酸化炭素を透過させることを妨げることがない。

ここで、「水滴浸入防止手段」とは、雨水などがカバーで覆われた空間へ浸入するのを防止するためのものであり、例えば、表面に撥水処理を施した気体を通すフィルタを装着した開閉扉、カバーの表面（裏面）を伝わってくる水滴を外気導入口からカバーで覆われた空間内へ入れないようにするため、外気導入口に設けた堰などである。なお、開閉扉は、ヒンジでカバーに取り付けられ、カバーで覆われた空間へ導入される外気の圧力により開閉するものであってもよいし、開閉扉の開閉面積が電動などで変化するようになっているものでもよい。

さらに、請求項４に記載のように、選択分離材の表面に撥水処理を施すようにすると、選択分離材の表面では水滴が弾かれるので、仮に、水滴が選択分離材にかかったとしても直ぐに除去される。つまり、選択分離材表面を撥水処理することによって、選択分離材は、雨天走行や洗車などを行っても酸素や二酸化炭素を透過させることができる。

ところで、前述のように、車室を形成するガラスの内表面は車室内の空気に接し、外表面が外気に接している。そして、外気の酸素や二酸化炭素の濃度は一定であり、車室内の空気は乗員の呼吸などにより、二酸化炭素の濃度が高くなり、酸素濃度は低くなる。

したがって、空気を透過可能な材料に選択分離材１３を装着すれば、選択分離材は、二酸化炭素や酸素を濃度の高い方から低い方へ透過させる。
したがって、請求項５に記載のように、酸素及び二酸化炭素を濃度の高い方から濃度の低い方へ透過させ、炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分を遮断する機能を有する平板状に形成された透明又は半透明の選択分離材を、空気を通過可能な多孔質ガラス面に装着し、選択分離材を装着した多孔質ガラスで車両の車室を形成するガラスを構成してもよい。

このようにすると、選択分離材は空気を透過可能な多孔質ガラスを介して外気及び車室内の空気と接するので、請求項１に記載の車両用空調システムと同様に、車両走行中には、外気をブロワなどで車室内へ導入しなくても、選択分離材によって車室内の酸素と二酸化炭素の濃度を外気と同じ濃度に保つことができる。そして、ブロワを作動させる必要がないので、車載バッテリに対する負荷を低減することができる。

また、選択分離材は、透明又は半透明であるので、車室内から車外を見通すことができる。つまり、運転者などの乗員の視界を遮るようなことがない。
ところで、選択分離材で遮断する微小固体成分には種々のものがあり、また、微小固体成分を遮断する方法にも種々のものがある。例えば、請求項６に記載のように、選択分離材は、酸素及び二酸化炭素を透過させるための細孔を有し、細孔の大きさは、微小固体成分を遮断するために、ＳＰＭ、花粉、ウィルス及び細菌のうち最も小さいものよりも小さくするとよい。

このようにすると、選択分離材の表面には、ＳＰＭ（Suspended Particle Matter）、花粉、ウィルス及び細菌（以下、これらをＳＰＭ等と呼ぶ。）を通さない大きさの細孔しか存在しないので、微小固体成分として、人体に悪影響を及ぼすＳＰＭ等を遮断することができる。したがって、車室内の乗員に対する快適性を保つことができる。

ところで、選択分離材の表面積が大きければ大きいほど選択分離材を透過する酸素や二酸化炭素の量は多くなるので都合がよい。そこで、請求項７に記載のように、選択分離材の表面を突起状に形成すると選択分離材の表面積が大きくなるので、透過する酸素や二酸化炭素の量を多くすることができる。

ところで、選択分離材に必要な性能は、設置する場所により変わると考えられる。例えば、車室を構成するガラスのうち選択分離材の面積が制限されるような場所では、薄膜形状等とすることにより、単位面積の透過性が高いものが必要となる。またエアフィルタのような繊維形状等にすることでも透過性を高めることができる。さらに選択分離材周辺の温度が高い場合には、本材料は耐熱性の高い多孔質形状等が必要になると考えられる。

そこで、請求項８に記載のように、選択分離材を多孔質形状、繊維形状、薄膜形状又はこれらの複合形状を有するようにすると上記のように設置する場所に応じたものとすることができる。

そして、選択分離材が多孔質形状の場合、請求項９に記載のように、選択分離材の細孔径が５ナノメートル以下の多孔質形状であるようにすると、クヌーセン流れが発生することなくさらに、人体に沈着し発がん性を有する１０ナノメートルクラスの微小固体成分の透過を防止することができる。

また、選択分離材が繊維形状である場合、選択分離材を炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分（以下、これらをまとめて炭化水素等と呼ぶこともある。）を遮断する機能を有する繊維形状にすると酸素及び二酸化炭素の透過性を高めることができる。

また、選択分離材が薄膜形状である場合、選択分離材の透過量は膜厚に反比例することから、膜厚の値が小さいことが望まれる。そこで、選択分離材の膜厚が５００ナノメートル以下であるようにすると酸素及び二酸化炭素の透過性を高めることができる。なお、膜厚が１００ナノメートル以下であればさらに好ましい。

また、請求項１０に記載のように、選択分離材は、炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分を吸着、吸収、分解又は表面反応のうち少なくとも１つを生じる成分を有し、選択分離材は、当該成分により、炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分を遮断するようにするとよい。

吸着では、炭化水素等の濃度が高くなった場合、一度それらを主として物理的に保持し、濃度が低くなった場合、それらを再び外気に放出することにより、選択分離材の吸着性能を再生することができる。

また、吸収では、炭化水素等を選択分離材にて主として化学的に固定化し、遮断することができる。
さらに、分解では、吸着や吸収した炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物を化学的に分解し、無臭化又は無害化することができる。

表面反応では、選択分離材の表面の構造的特徴により、炭化水素等を選択的に吸着しにくくし、膜内への浸入を防ぐことにより遮断することができる。
ここで、分解する手段としては、例えば、電気的に分解する方式及び熱的に分解する方式、薬品等を用いて化学的に分解する方式又は微生物等を用いた生物的に分解する方式等が考えられる。さらにこれらの方式の組み合わせにて能力を向上させる方法も考えられる。

そして、請求項１１に記載のように、選択分離材の成分のうち吸着、吸収、分解、表面反応が生じる成分は、導電性高分子、グラファイト及び金属酸化物を有する組成を含むようにするとよい。

このようにすると、選択分離材を導電性を有する導電性高分子とすることにより、表面反応に必要な電子を供給しやすくでき、さらに表面に吸着した炭化水素等を分解しやすくなる。また、グラファイトにより、炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物をさらに吸収しやすくできる。

また、組成に酸化物を含む材料は、多孔質の細孔径が制御しやすく、特に金属酸化物は元素の周期律表において示される金属元素のうちの多くの金属元素を用いることができる。好ましくは、アルカリ金属やアルカリ土類金属、珪素、アルミニウム、あるいは酸化チタンを含んだ物質がよい。また、酸化物として、層間隔をサブナノメートル単位で制御できる材料を用いてもよい。

ところで、選択分離材に吸着あるいは吸収された炭化水素等が選択分離材から離脱しない場合、選択分離材にあるいは吸収されて炭化水素等の量が破過し、炭化水素等が選択分離材を透過するおそれがある。

そこで、請求項１２に記載のように、選択分離材に炭化水素等が所定量以上吸着あるいは吸収されたことを検知する吸着物検知手段と、吸着物検知手段が所定量以上の炭化水素等が選択分離材に吸着あるいは吸収されたことを検知すると、選択分離材を加熱する加熱手段とを備えるようにするとよい。

このようにすると、所定量以上の炭化水素等が吸着あるいは吸収されたときに、炭化水素を容易に除去することができる。つまり、選択分離材に吸着あるいは吸収された炭化水素等は、選択分離材を加熱することによって選択分離材から除去することができる。したがって、加熱手段によって選択分離材を加熱することによって炭化水素等を容易に除去できる。炭化水素等が容易に除去できるので、選択分離材の吸着性能及び吸収性能を速やかに回復させることができる。

なお、「吸着物検知手段」とは、例えば、選択分離材表面の光反射率を測定し、光反射率の変化によって吸着あるいは吸収された炭化水素等が所定量以上であることを検知するものであってもよいし（光反射率が低くなったら吸着量が増加）、選択分離材に当たる外気における炭化水素等の量を測定し、測定した炭化水素等の量から選択分離材に吸収または吸着された炭化水素等が所定量以上であることを間接的に推定するものであってもよい。

ところで、加熱手段としてヒータを用い、ヒータに車載バッテリから電力を供給して選択分離材を加熱してもよいが、請求項１３に記載のように、加熱手段は、太陽光を熱エネルギ又は電気エネルギに変換する車載用エネルギ変換手段を有し、エネルギ変換手段により変換された熱エネルギ又は電気エネルギを用いて選択分離材を加熱するようにすると、車載バッテリからヒータに電力を供給する必要がない。つまり、車載バッテリに負荷を掛けることなく選択分離材の性能を速やかに回復することができる。

ここで、「太陽光を熱エネルギ又は電気エネルギに変換する」とは、太陽光を太陽電池などで電気エネルギに変換したり、太陽光で水などの媒体を熱することによって、太陽光を熱エネルギに変換したりすることをいう。

また、太陽光から得たエネルギを熱に変換する場合、選択分離材を直接太陽光に当てて選択分離材を太陽光で直接加熱してもよいし、太陽光から得た熱を蓄熱材に蓄え、蓄えた熱で選択分離材を加熱するようにしてもよい。

また、加熱手段を車両に搭載する場合には、車両の上面、例えば天井やボンネットに配置すると太陽光を最も効率よくエネルギを得ることができるので更によい。

以下、本発明が適用された実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明の実施の形態は、下記の実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうる。

［第１実施形態］
（車両用空調システムの構成）
図１は、本発明に係る車両用空調システムの概略構成図である。車両用空調システムは、図１（ｂ）に示すように、車両１０のフロントガラスの下部に設けられており、カバー１２、外気導入口２６、外気排出口２８、前部堰２７ａ、後部堰２７ｂ、選択分離材１３などからなる。

カバー１２は、水滴を遮断するために、選択分離材１３の外気に接する側を覆うものである。カバー１２は、車両１０の正面から見て略長方形となるように、また、車両１０の横方向から見てフロントガラス３０に沿って湾曲するように形成されている。

カバー１２の長手方向及び短手方向の長さは、各々後述する平板状に形成された選択分離材１３の長手方向及び短手方向の長さよりも若干長くなっており、平板状の選択分離材１３の片面全部を覆うことができるようになっている。

カバー１２の車両進行方向側の端部に、カバー１２で覆われた空間２０（以下、単に空間２０と呼ぶ。）へ外気を導入するための外気導入口２６が設けられており、車両進行方向反対側の端部に、空間２０に導入された外気を排出するための外気排出口２８が設けられている。

外気導入口２６及び外気排出口２８は、車両１０の横方向を長手方向として穿たれた略長方形の細長い孔であり、孔の大きさ、つまり、孔の長手方向及び短手方向の長さは、車種や空間２０に導入する外気の量によって決定される。

また、カバー１２の外気導入口２６の空間２０側の近傍に前部堰２７ａが配置されており、フロントガラス３０と選択分離材１３の上側の境界近傍の空間２０内のフロントガラス３０の外部に後部堰２７ｂが配置されている。

前部堰２７ａは、車両１０の進行方向に前後に配置された略長方形の細長い板材から構成されている。板材は、その長手方向が車両１０の車幅方向となるように取り付けられており、選択分離材１３との間に隙間ができるように取り付けられている。なお、板材の長手方向は、水滴が選択分離材１３へ浸入させないようにするため選択分離材１３の車両の１０車幅方向の長さよりも若干長くなっている。

後部堰２７ｂは、前部堰２７ａと同様の板材から構成されている。この板材も選択分離材１３の車両１０の車幅方向の長さ以上の長さを有している。
このような前部堰２７ａによって、空間２０へ導入される外気に含まれる水滴は、前部堰２７ａにより除去され、車両１０のボディ外面上に滴下し、ボディの外面上を伝わって図示しないドレインから車両１０の外部へ排出される。

また、後部堰２７ｂによって、フロントガラス３０の外表面を伝わって空間２０に浸入しようとする水滴が遮断され、遮断された水滴は、図示しないドレインにより車両１０の外部へ排出される。

選択分離材１３は、酸素及び二酸化炭素を濃度の高い方から濃度の低い方へ透過させ、炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分を遮断する機能を有する透明又は半透明のものである。

また、選択分離材１３は、酸素及び二酸化炭素を透過させ、微小固体成分を遮断するための細孔を有している。そして、細孔の大きさは、微小固体成分を遮断するために、ＳＰＭ、花粉、ウィルス及び細菌（以下、これらをＳＰＭ等と呼ぶ。）のうち最も小さいものよりも小さくなるように形成されている。

選択分離材１３は、車両１０のフロントガラス３０の一部を構成するように配置されている。具体的には、図１（ｂ）に示すように、車両１０のフロントガラス３０の下部の一部を車幅方向が長手方向となるように略長方形に切り取る。そして、略長方形に切り取ったフロントガラス３０と同じ大きさの略長方形平板状に選択分離材１３を形成し、略長方形平板状に形成した選択分離材１３をフロントガラス３０が切り取られた部分にはめ込む。

選択分離材１３の大きさ、つまり、長手方向及び短手方向の長さは、車両１０の車種や空間２０に導入する外気の量によって決定される。
（選択分離材の構造）
ここで、選択分離材１３の構造について図２を用いて説明する。図２は、選択分離材１３の構造を示す斜視図である。

図２（ａ）に示す構造例１では、選択分離材１３の膜構造体が支持体１４の上に設置された構造となっている。選択分離材１３は、導電性を有する組成を含む有機系高分子、グラファイト及び金属酸化物を有する組成を含む材料で形成されている。構造例１において、有機系高分子はポリアニリン系高分子であるが、ポリアセチレン系高分子、ポリパラフェニレン系、複素五員環式ポリマー系高分子などであってもよい。

選択分離材１３の膜厚は薄ければ気体を透過させるために有利であるが、薄くなれば膜強度が減少して破損しやすくなるため、５００ナノメートル以下が望ましく、更には５０ナノメートルから１００ナノメートルであることが望ましい。本実施形態では、１００ナノメートルの膜厚となっている。

また、選択分離材１３の表面は、撥水処理が施されており、水滴を弾くようになっている。
この構造例１では、選択分離材１３を折り曲げると折り曲げた際に山側になる膜表面に亀裂が生じる場合があるため、平面のままで使用する。

なお、選択分離材１３は、クヌーセン流れを発生させないため、細孔径が５ナノメートル以下の多孔質形状を有している。
また、選択分離材１３には、窒素酸化物、硫黄酸化物又は微小固体成分が所定量以上吸着あるいは吸収されたことを検知する吸着物センサ１７と、吸着物センサ１７が所定量以上の炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物又は微小固体成分が選択分離材１３に吸着あるいは吸収されたことを検知すると、選択分離材１３を加熱するヒータ１５とが備えられている。

吸着物センサ１７は、図示しない光源（発光ダイオードなど）から出力された一定光量の光を図示しない光センサで受光するように構成されている。そして、発光光量と受光光量との差から選択分離材１３に所定量以上の炭化水素等が吸着あるいは吸収されたことを検知する。つまり、発光光量と受光光量との差から選択分離材１３表面の光反射率を測定し、測定した光反射率が所定値よりも低くなったら、選択分離材１３に吸着された炭化水素等が所定量以上吸着あるいは吸収されたものとして検知する。

ヒータ１５は、吸着物センサ１７が所定量以上の炭化水素等が選択分離材１３に吸着あるいは吸収されたことを検知すると、選択分離材１３を加熱する。また、ヒータ１５は、車両１０に搭載され、太陽光を電力に変換する太陽電池パネル１６を有し、太陽電池パネル１６により変換された電力を用いて選択分離材１３を加熱する。

なお、ヒータ１５は、格子状に形成され、選択分離材１３と支持体１４との間に挟まれるように装着されており、太陽電池パネル１６から電力が供給されたとき選択分離材１３を加熱するようになっている。

（車両用空調システムの作動）
以上のように構成された車両用空調システムにおいては、車両１０が走行すると、図１（ｂ）に示すように、外気導入口２６から空間２０へ外気が導入され、外気排出口２８から排出される。

このように、空間２０に外気が導入されると、外気は一定の酸素濃度及び二酸化炭素濃度を有しているので、選択分離材１３の空間２０側の面近傍の酸素濃度及び二酸化炭素濃度は一定となる。このとき、車室１９の酸素濃度が空間２０の酸素濃度より低くなっていれば、選択分離材１３は濃度の高い方から低い方へ酸素を透過させるので、車室１９の酸素濃度は増加し、外気と同じ濃度となる。

また、車室１９の二酸化炭素濃度が高くなっていれば、選択分離材１３は濃度の高い方から低い方へ二酸化炭素を透過させるので、車室１９の二酸化炭素濃度は減少し、外気と同じ濃度となる。

（車両用空調システムの特徴）
以上のような車両用空調システムでは、カバー１２の外気導入口２６から空間２０へ外気が導入され、空間２０へ導入された外気が外気排出口２８から排出される。選択分離材１３は、フロントガラス３０に平板状に形成された選択分離材１３の片面が外気導入口２６から空間２０へ導入された外気と接し、反対面が車室１９内の空気と接するように配置されている。

このように、空間２０内には、一定濃度の酸素、二酸化炭素、硫黄酸化物及び微小固体成分を有する外気が供給され続けるので、空間２０内の酸素及び二酸化炭素の濃度は一定となる。つまり、車両１０走行中には、空間２０に外気が導入、排出されるので、空間２０の酸素及び二酸化炭素濃度、硫黄酸化物及び微小固体成分の濃度は一定となるのである。

一方、車室１９内の空気は乗員の呼吸などにより、二酸化炭素の濃度が高くなり、酸素濃度は低くなる。そして、選択分離材１３は、二酸化炭素や酸素を濃度の高い方から低い方へ透過させる。

したがって、空間２０内の酸素及び二酸化炭素の濃度が一定の場合、車両１０走行中に車室１９内の酸素濃度が低くなれば、一定濃度の車室１９外から濃度が低くなった車室１９内へ選択分離材１３を介して酸素が供給され、二酸化炭素濃度が高くなれば、濃度が高くなった車室１９内から一定濃度の車室１９外へ選択分離材１３を介して二酸化炭素が排出される。

つまり、車両１０走行中には、車室１９外の外気をブロワなどで車室１９内へ導入しなくても車室１９内の酸素と二酸化炭素の濃度は車室１９内の外気、つまり大気と同じ濃度に保つことができる。したがって、ブロワを作動させる必要がないので、車載バッテリに対する負荷を低減することができる。

また、選択分離材１３は、透明又は半透明であるので、車室１９内から車外を見通すことができる。つまり、運転者などの乗員の視界を遮るようなことがない。
また、車両１０のフロントガラス３０は、通常、車両を構成する部材の中でも面積が大きいので、選択分離材１３が外気及び車室１９内の空気と接する面積を広くすることができる。外気及び車室１９内の空気と接する面積が広いので、車室１９内の二酸化炭素の排出と酸素の取り入れを短時間で行うことができる。つまり、車室１９内の二酸化炭素濃度及び酸素濃度が変化しても、短時間にそれらの濃度を一定値にすることができる。

また、水滴を遮断するために、選択分離材１３の外気に接する側を覆うカバー１２が備えられ、カバー１２は、外気導入口２６及び外気排出口２８の近傍に空間２０内への水滴の浸入を防止するための前部堰２７ａ及び後部堰２７ｂを有している。この前部堰２７ａ及び後部堰２７ｂにより、外気導入口２６及び外気排出口２８から空間２０へ水滴が浸入することがない。空間２０へ水滴が浸入しなくなれば、選択分離材１３の表面に水滴が付着することがないので、選択分離材１３が酸素や二酸化炭素を透過させることを妨げることがない。

さらに、選択分離材１３の表面には撥水処理が施されているので、選択分離材１３の表面では水滴が弾かれる。したがって、仮に、水滴が選択分離材１３にかかったとしても直ぐに除去される。つまり、選択分離材１３表面を撥水処理することによって、選択分離材１３は、雨天走行や洗車などを行っても酸素や二酸化炭素を透過させることができる。

また、選択分離材１３は、炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物を透過させ、微小固体成分を遮断するための細孔を有しており、その細孔の大きさは、微小固体成分を遮断するために、ＳＰＭ、花粉、ウィルス及び細菌のうち最も小さいものよりも小さい。つまり、選択分離材１３の表面には、ＳＰＭ等を通さない大きさの細孔しか存在しないので、微小固体成分として、人体に悪影響を及ぼすＳＰＭ等を遮断することができる。したがって、車室１９内の乗員に対する快適性を保つことができる。

また、選択分離材１３は、多孔質形状の材料で形成されているので、設置する場所に応じたものとすることができる。さらに、選択分離材１３の細孔径が５ナノメートル以下の多孔質形状であるので、クヌーセン流れが発生することなくさらに、人体に沈着し発がん性を有する１０ナノメートルクラスの微小固体成分の透過を防止することができる。

また、選択分離材１３の炭化水素等を遮断する機能は、吸着、吸収により達成されるようになっている。炭化水素等を吸着させるので、炭化水素等の濃度が高くなった場合、一度それらを主として物理的に保持し、濃度が低くなった場合、それらを再び外気に放出することにより、選択分離材１３の吸着性能を再生することができる。また、吸収によって炭化水素等を選択分離材１３にて主として化学的に固定化し、遮断することができる。

また、選択分離材１３の成分のうち吸着、吸収が生じる成分は、導電性高分子、グラファイト及び金属酸化物を有する組成を含んでいる。選択分離材１３が導電性を有する導電性高分子を含んでいるので、表面反応に必要な電子を供給しやすくでき、さらに表面に吸着した炭化水素等を分解しやすくなる。また、グラファイトを含んでいるので、炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物をさらに吸収しやすくできる。

また、選択分離材１３に炭化水素等が所定量以上吸着あるいは吸収されたことを検知する吸着物センサ１７によって所定量以上の炭化水素等が選択分離材１３に吸着あるいは吸収されたことが検知されると、ヒータ１５によって選択分離材１３が加熱されるので、炭化水素等が容易に除去できる。炭化水素等が容易に除去できるので、選択分離材１３の吸着性能及び吸収性能を速やかに回復させることができる。

また、ヒータ１５は、車両１０に搭載され、太陽光を電力に変換する太陽電池パネル１６を有し、太陽電池パネル１６により変換された電力を用いて選択分離材１３を加熱しているので、車載バッテリからヒータ１５に電力を供給する必要がない。つまり、車載バッテリに負荷を掛けることなく選択分離材１３の性能を速やかに回復することができる。

［第２実施形態］
次に、選択分離材１３を多孔質ガラス３２に装着した車両用空調システムについて図３に基づいて説明する。図３は、選択分離材１３を多孔質ガラス３２に装着したときの構造を示す図である。

図３（ａ）に示すように、車両１０のリアウィンドウは選択分離材１３と多孔質ガラス３２とから構成されている。
選択分離材１３は、酸素及び二酸化炭素を濃度の高い方から濃度の低い方へ透過させ、炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分を遮断する機能を有する平板状に形成された透明又は半透明のものである。

また、多孔質ガラス３２は、その材料の全体に細孔を有しており、空気を車室１９内と車室１９外との双方向へ透過させる機能を有している。
この多孔質ガラス３２の車室１９側の全面に選択分離材１３が密着した状態で装着されている。また、多孔質ガラス３２に装着された選択分離材１３の車室１９側には、選択分離材１３を補強するためにメッシュ状の材料で形成された補強材３４が装着されている。

このような構成の車両用空調システムによれば、車室１９を形成する多孔質ガラス３２の外表面が外気に接している。一方、車室１９内の空気は乗員の呼吸などにより、二酸化炭素の濃度が高くなり、酸素濃度は低くなる。また、多孔質ガラス３２は、空気を透過可能であり、選択分離材１３は、二酸化炭素や酸素を濃度の高い方から低い方へ透過させる。

つまり、選択分離材１３は、空気を透過させる多孔質ガラス３２を介して外気及び車室１９内の空気と接すしている。したがって、第１実施形態に記載の車両用空調システム（図１参照）と同様に、車両１０走行中には、外気をブロワなどで車室１９内へ導入しなくても、選択分離材１３によって車室１９内の酸素と二酸化炭素の濃度を外気と同じ濃度に保つことができる。そして、ブロワを作動させる必要がないので、車載バッテリに対する負荷を低減することができる。

また、選択分離材１３は、透明又は半透明であるので、車室１９内から車外を見通すことができる。つまり、運転者などの乗員の視界を遮るようなことがない。
選択分離材１３を多孔質ガラス３２へ装着する方法としては、図３（ｂ）に示す方法の他に、図３（ｃ）に示すようにメッシュ状の補強材３４と選択分離材１３との間に車室１９内の埃などが直接選択分離材１３に付着しないように防塵用フィルタ３６を積層してもよい。

また、図３（ｄ）に示すように、選択分離材１３を２枚の多孔質ガラス３２ａ，３２ｂで挟み込みんで、多孔質ガラス３２ａ、選択分離材１３及び多孔質ガラス３２ｂがその順番に積層されるようにしてもよい。

［第３実施形態］
次に、第２実施形態の車両用空調システムと同じように、選択分離材１３を多孔質ガラス３２に装着したものでサンルーフ３８を形成したものについて図４に基づいて説明する。図４は、サンルーフ３８を選択分離材１３を装着した多孔質ガラス３２で構成したときの構成図である。

この車両用空調システムは、図４（ｂ）に示すようなサンルーフ３８のガラス部分を図４（ａ）に示すように選択分離材１３を装着した多孔質ガラス３２で置き換えるとともに、サンルーフ３８を形成する車両１０の内壁２４に多数の孔を設けたものである。

このようすると、外気はサンルーフ３８を構成する多孔質ガラス３２の外表面に沿って車両進行方向から車両進行方向反対方向へ向かって流れる。このとき、多孔質ガラス３２を外気が透過する。

したがって、車室１９内の酸素濃度、つまり、内壁２４に穿たれた多数の孔を介して選択分離材１３に接している室内の空気の酸素濃度が外気の酸素濃度よりも低ければ、透過した外気に含まれる酸素が選択分離材１３を介して車室１９内に取り込まれる。

また、車室１９内の二酸化炭素の濃度が外気の二酸化炭素濃度よりも高ければ、車室１９内の二酸化炭素が選択分離材１３を介して外気（つまり、車外）へ排出されるので、第１実施形態及び第２実施形態と同様の効果が得られる。

［第４実施形態］
次に、選択分離材１３の表面形状が異なる場合について説明する。上記第１実施形態及び第２実施形態では、選択分離材１３の表面は平らであったが、図２（ｂ）に示すように選択分離材１３の表面を突起状に形成してもよい。

このようにすれば、選択分離材１３の表面積が大きくなるので、透過する酸素や二酸化炭素の量を多くすることができる。
［その他の実施形態］
（１）上記第１実施形態〜第４実施形態では、選択分離材１３として、炭化水素等を吸着又は吸収するものを用いたが、選択分離材１３として、炭化水素等を分解又は表面反応により遮断するものであってもよい。

分解では、吸着や吸収した炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物を化学的に分解し、無臭化又は無害化することができる。また、表面反応では、選択分離材１３の表面の構造的特徴により、炭化水素等を選択的に吸着しにくくし、膜内への浸入を防ぐことにより遮断することができる。

ここで、分解する手段としては、例えば、電気的に分解する方式及び熱的に分解する方式、薬品等を用いて化学的に分解する方式又は微生物等を用いた生物的に分解する方式等が考えられる。さらにこれらの方式の組み合わせにて能力を向上させる方法も考えられる。

（２）上記第１実施形態〜第４実施形態では、吸着物センサ１７として、光源からの光量と選択分離材１３からの反射光量との差から選択分離材１３に炭化水素等が所定量以上吸着あるいは吸収されたことを検知していたが、選択分離材１３に当たる外気における炭化水素等の量を測定し、測定した炭化水素等の量から選択分離材１３に吸収または吸着された炭化水素等が所定量以上であることを間接的に推定するものであってもよい。

（３）上記第１実施形態〜第４実施形態では、太陽電池パネル１６を用いて太陽光を電力に変換し、変換した電力をヒータ１５に供給して選択分離材１３を加熱していたが、太陽光を熱に変換し、水などの液体を媒体として選択分離材１３を加熱するようにしてもよい。

また、太陽光を熱に変換した後、蓄熱材に蓄え、その蓄えた熱で選択分離材１３を加熱するようにしてもよい。
（４）上記第１実施形態では、前部堰２７ａ及び後部堰２７ｂを用いていたが、ヒンジでカバー１２やフロントガラス３０に取り付けられ、カバー１２で覆われた空間２０へ導入される外気の圧力により開閉する開閉扉であってもよい。

また、車両１０の車体に取り付けた図示しない水滴センサなどで水滴を検知すると、電動で開閉扉を開閉したり、開閉扉の面積を変化させるものであってもよい。
なお、以上に示す各実施形態において、前部堰２７ａ、後部堰２７ｂが水滴浸入防止手段に相当し、吸着物センサ１７が吸着物検知手段に相当する。また、ヒータ１５が加熱手段に相当し、太陽電池パネル１６がエネルギ変換手段に相当する。

車両用空調システムの概略構成図である。 選択分離材１３の構造を示す斜視図である。 選択分離材１３を多孔質ガラス３２に装着したときの構造を示す図である。 選択分離材１３を装着した多孔質ガラス３２でサンルーフ３８を構成したときの構成図である。

符号の説明

１０…車両、１２…カバー、１３…選択分離材、１４…支持体、１５…ヒータ、１６…太陽電池パネル、１７…吸着物センサ、１９…車室、２０…空間、２４…内壁、２６…外気導入口、２７ａ…前部堰、２７ｂ…後部堰、２８…外気排出口、３０…フロントガラス、３２，３２ａ，３２ｂ…多孔質ガラス、３４…補強材、３６…防塵用フィルタ、３８…サンルーフ。

Claims (13)

1. 酸素及び二酸化炭素を濃度の高い方から濃度の低い方へ透過させ、炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分を遮断する機能を有する透明又は半透明の選択分離材で、車両の車室を形成するガラスの一部又は全部を構成したことを特徴とする車両用空調システム。
2. 請求項１に記載の車両用空調システムにおいて、
   水滴を遮断するために、前記選択分離材の外気に接する側を覆うとともに、前記車両進行方向側に、当該カバーで覆われた空間へ外気を導入するための外気導入口及び前記車両進行方向反対側に、前記導入された外気を排出するための外気排出口を備えたカバーを備えていることを特徴とする車両用空調システム。
3. 請求項２に記載の車両用空調システムにおいて、
   前記外気導入口又は前記外気排出口の少なくとも一方から前記カバーで覆われた空間内へ水滴を浸入させないための水滴浸入防止手段を備えたことを特徴とする車両用空調システム。
4. 請求項１〜請求項３の何れかに記載の車両用空調システムにおいて、
   前記選択分離材の表面は、撥水処理が施されていることを特徴とする車両用空調システム。
5. 酸素及び二酸化炭素を濃度の高い方から濃度の低い方へ透過させ、炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分を遮断する機能を有する平板状に形成された透明又は半透明の選択分離材を、空気を通過可能な多孔質ガラス面に装着し、前記選択分離材を装着した多孔質ガラスで車両の車室を形成するガラスを構成したことを特徴とする車両用空調システム。
6. 請求項１〜請求項５の何れかに記載の車両用空調システムにおいて、
   前記選択分離材は、前記酸素及び二酸化炭素を透過させるための細孔を有し、
   前記細孔の大きさは、前記微小固体成分を遮断するために、ＳＰＭ、花粉、ウィルス及び細菌のうち最も小さいものよりも小さいことを特徴とする車両用空調システム。
7. 請求項１〜請求項６の何れかに記載の車両用空調システムにおいて、
   前記選択分離材の表面は、突起状に形成されていることを特徴とする車両用空調システム。
8. 請求項１〜請求項７の何れかに記載の車両用空調システムにおいて、
   前記選択分離材は、多孔質形状、繊維形状、薄膜形状又はこれらの複合形状を有することを特徴とする車両用空調システム。
9. 請求項１〜請求項８の何れかに記載の車両用空調システムにおいて、
   前記選択分離材は、細孔径が５ナノメートル以下の多孔質形状であることを特徴とする空調システム。
10. 請求項１〜請求項９の何れかに記載の車両用空調システムにおいて、
    前記選択分離材は、炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分を吸着、吸収、分解又は表面反応のうち少なくとも１つを生じる成分を有し、
    前記選択分離材は、当該成分により、炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分を遮断することを特徴とする空調システム。
11. 請求項１０に記載の車両用空調システムにおいて、
    前記選択分離材の吸着、吸収、分解及び表面反応が生じる成分は、導電性高分子、グラファイト及び金属酸化物を有する組成を含むことを特徴とする車両用空調システム。
12. 請求項１〜請求項１１の何れかに記載の車両用空調システムにおいて、
    前記選択分離材に炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物又は微小固体成分が所定量以上吸着あるいは吸収されたことを検知する吸着物検知手段と、
    前記吸着物検知手段が所定量以上の炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物又は微小固体成分が前記選択分離材に吸着あるいは吸収されたことを検知すると、前記選択分離材を加熱する加熱手段と、
    を備えたことを特徴とする車両用空調システム。
13. 請求項１２に記載の車両用空調システムにおいて、
    前記加熱手段は、太陽光を熱エネルギ又は電気エネルギに変換するための車載用エネルギ変換手段を有し、前記エネルギ変換手段により変換された熱エネルギ又は電気エネルギを用いて前記選択分離材を加熱することを特徴とする車両用空調システム。