JP2009012711A - 車載用空調装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】効率的に安定して帯電微粒子水を生成し、送風路に対する静電霧化装置を連通接続する位置の制約がなく帯電微粒子水を送風路内に送り込むことができる。
【解決手段】送風ファン10を有する車載用空調装置11の送風路12に、静電霧化室2内で発生した帯電微粒子水を放出して吹出口9から車内18に吹き出すようにした車載用空調装置11である。端部が送風路12に連通される吸込み路13に送り出し用ファン14を設ける。吸込み路13の送り出し用ファン14よりも下流側端部を2つの分岐流路15a、15bに分岐して一方の分岐流路15aを静電霧化室2を通過し且つ端部が送風路12に連通する放出路16とすると共に、他方の分岐流路15bを熱交換器5の放熱部4を通過し且つ端部が送風路12に連通する吹出し路17とする。
【選択図】図1

Description

本発明は、車載用空調装置に関するものである。
従来から乗用車等の車両の車内は密閉空間であるために臭いやアレルゲン物質が当該密閉空間内にこもり、また、車内のシート、天井面、床面、ドア内面、ダッシュボード等の内装に付着したりするという問題がある。このため、車載用のろ過方式の空気浄化装置が各種提供されているが、内装に付着した臭い成分やアレルゲン物質を除去することができない。
そこで、水を霧化させてナノメータサイズの帯電微粒子水(ナノミスト)を発生させる静電霧化装置が注目されている。この静電霧化装置が発生するナノメータサイズの帯電微粒子水はスーパーオキサイドラジカルやヒドロキシラジカルといったラジカルが含まれていて、脱臭効果や、ウイルス、カビ菌の除菌、抑制効果、アレルゲン物質の不活性化等の効果があることから、近年注目されており、静電霧化装置が発生するナノメータサイズの帯電微粒子水を車内に放出することにより、車内の内装等に付着した臭い成分の脱臭を行うことができると共に、人や衣服に付着して車内に持ち込まれた花粉等のアレルゲン物質も抑制することができる。
このような静電霧化装置が発生する帯電微粒子水を車内に吹き出すようにした車載用空調装置が特許文献1が知られている。特許文献1は、車両に設けた車載用空調装置の送風路内に静電霧化装置を配置し、放電極を送風路内を流れる空気流の一部にさらし、放電極の先端に供給された水に高電圧を印加して該水を静電霧化して帯電微粒子水を生成し、この帯電微粒子水を放電極に沿って流れる空気流に乗せて流し、吹出口から車両の車内に吹き出すようにしている。
ところが、上記特許文献1に示された従来例にあっては、放電極の先端に供給した水を静電霧化することで生成した帯電微粒子水を、放電極に沿って送風路内を流れる空気流に乗せてそのまま吹出口から車両の車内に吹き出すものであるから、放電極の先端に供給される微量な水が、放電極に沿って送風路内を流れる流速の速い空気流にさらされ、該放電極の先端に供給される微量な水が静電霧化されることなく空気流により吹き飛ばされ、安定したテーラーコーンが生成できないおそれがあり、この結果、安定した静電霧化ができず、安定した帯電微粒子水を生成して車内に噴出することができないという問題がある。
そこで、本発明者は、送風路の外に静電霧化装置を配置し、送風路を流れる空気流の影響を受けることなく静電霧化装置で帯電微粒子水を生成し、送風路の外で生成した帯電微粒子水を送風路内に送り込んで送風路内を流れる空気流にのせて吹出口から車内に吹き出すことを考えた。
しかしながら、上記の車載用空調装置にあっては、送風路内を流れる空気圧は送風ファンにより加圧されているため、送風路を流れる空気圧は大気圧よりも高圧となっている。このため、静電霧化装置を送風路に連通させただけでは、高圧となっている送風路内に静電霧化装置で生成した帯電微粒子水を送り込むことはできない。このため、静電霧化装置に帯電微粒子水を送風路内に送り込むために専用の帯電微粒子水送り出し用ファンを設けることが考えられる。ところが、帯電微粒子水送り出し用ファンは送風ファンに比べると能力が格段に小さいので、送風路内のほとんどが静電霧化装置側よりも高圧であって、依然として送風路内に帯電微粒子水を送り込むことができない。ここで、送風路内において低圧になっている箇所がある場合、この送風路内の一部の低圧となった部分に静電霧化装置を連通接続することが考えられる。
しかしながら、この場合は、送風路内のごく限られた低圧部にしか連通接続することができず、送風路への静電霧化装置の連通接続位置に大きな制約があり、連通接続位置が自由に選べないという問題がある。
しかも、車載用空調装置においては、車内における空調量の調整をおこなうため、送風ファンの運転の切換えを行っており、このため、送風路内を流れる空気圧が変化し、送風路内を流れる空気圧が変化するのと同じ条件で帯電微粒子水を送風路内を流れる空気流中に送り込むことができず、帯電微粒子水の送り込みが不安定となる。また、送風ファンの運転を最大にした場合は、送風路内を流れる空気圧が最も高くなり、このような場合は、いっそう帯電微粒子水を送風路内を流れる空気流中に送り込むことが困難となる。
特開2006−151046号公報
本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、静電霧化室内の空気を効果的に冷やして安定して放電極に水を供給し且つ送風路を流れる空気流の影響を受けることなく安定して静電霧化ができ、また、送風路に対する静電霧化装置の連通接続する位置の制約がなく簡単な構成で静電霧化により生成した帯電微粒子水を送風路内を流れる空気流れ中に送り込むことができ、また、送風路に対する静電霧化装置の連通接続する位置や送風路内を流れる空気の圧力が変わっても安定して帯電微粒子水を送風路内を流れる空気流れ中に送り込むことができる車載用空調装置を提供することを課題とするものである。
上記課題を解決するために本発明に係る車載用空調装置は、放電極1と、放電極1が配置された静電霧化室2と、冷却部3と放熱部4とを有し冷却部3により空気を冷却して空気中の水分を結露水として放電極1の先端に供給する熱交換器5と、放電極1の先端の水に高電圧を印加して静電霧化することで帯電微粒子水を生成するための高電圧印加手段7とを備えた静電霧化装置6を形成し、上流側端部に吸入口8を備え且つ下流側端部に吹出口9を備えた送風ファン10を有する車載用空調装置11の送風路12に、上記静電霧化装置6の静電霧化室2内で発生した帯電微粒子水を放出して吹出口9から車内18に吹き出すようにした車載用空調装置11であって、端部が送風路12に連通される吸込み路13に送り出し用ファン14を設け、吸込み路13の送り出し用ファン14よりも下流側を2つの分岐流路15a、15bに分岐して一方の分岐流路15aを静電霧化室2を通過して端部が送風路12に連通する放出路16とすると共に、他方の分岐流路15bを熱交換器5の放熱部4を通過して端部が送風路12に連通する吹出し路17として成ることを特徴とするものである。
このような構成とすることで、送風路12の空気圧、吸込み路13の入口19付近の空気圧をそれぞれP1、放出路16の空気圧をP2、吹出し路17の空気圧をP3、送り出し用ファン14の圧力をP4とすると、放出路16の空気圧P2、吹出し路17の空気圧P3は、それぞれ送風路12から吸い込まれる空気圧P1が送り出し用ファン14により加圧されてP1+P4となり、必ず、P2、P3>P1となる。また、放出路16及び吹出し路17と連通する送風路12の空気圧はP1であるため、放出路16及び吹出し路17の各端部が送風路12と連通する部分では上記P2、P3>P1の空気圧の差により、放出路16及び吹出し路17内の空気の流れは、送風路12内に向かうことになる。この圧力差は送り出し用ファン14の圧力により生じる。したがって、静電霧化室2で発生したナノメータサイズの帯電微粒子水が上記空気圧の差(送り出し用ファン14の圧力)による空気流に乗って放出路16の端部から送風路12内に流れ込む。
このように、静電霧化室2内の空気はP2>P1という圧力差によるゆっくりとした空気流となるので、静電霧化室2の放電極1が送風路12内を流れる速い流れの空気流にさらされることなく、放電極1の先端に供給される水が送風路12内を流れる空気流れにより吹き飛ばされるといったようなことがなく、安定して確実に静電霧化をして帯電微粒子水を高圧となっている送風路12内に送り出すことができ、また、送風路12内のどこであっても、上記のようにして帯電微粒子水を送風路12内に送り込むことができ、更に、送風ファン10を調整して送風路12内の空気圧が変化しても、上記のようにして帯電微粒子水を送風路12内に送り込むことができる。
また、上記帯電微粒子水を静電霧化室2から送風路12内に送り込むP2>P1という圧力差は送り出し用ファン14の圧力P4により生じるものであるから、送り出し用ファン14の能力をできるだけ小さくしても、P1の変化に関係なく、P2>P1の関係を維持でき、したがって、送り出し用ファン14の小型化(つまり、静電霧化装置の小型化)が可能となる。
一方、吹出し路17を流れる空気は熱交換器5の放熱部4を通過し、放熱部4との間で熱交換して放熱部4を冷やす。これにより、熱交換器5の熱交換効率が良くなり、冷却部3による空気中の水分を冷却して安定して結露水を生成して放電極1に供給することができ、帯電微粒子水を安定して生成できることになる。吹出し路17内の空気はP3>P1という圧力差により端部から送風路12内に流れ込む。
このようにして高圧となっている送風路12内に送り出された帯電微粒子水は送風路12内を流れる空気流に乗って吹出口9から車内18内に吹き出し、車内18を浮遊して内装、座席に座っている人や衣服に付着し、ラジカルを含むナノメータサイズの帯電微粒子水により、車内18内の様々な箇所や人や衣服等に蓄積された臭い成分やアレルゲン物質を効果的に分解あるいは抑制することが可能となる。
本発明は、上記のように構成したので、送風路内を流れる空気の流れによる影響を受けることなく安定して静電霧化をして帯電微粒子水を生成することができ、生成した帯電微粒子水を、送風路内の空気圧が高圧であるにもかかわらず、送り出し用ファンにより発生する圧力差を利用して安定して確実に送風路内に送り出すことができ、また、車載用空調装置の送風空気量を調整することで送風路内の空気圧が変化しても、この送風路内の空気圧の変化に関係なく、送り出し用ファンにより発生する圧力差が一定であるため、常に安定して確実に帯電微粒子水を送風路内に送り出すことができ、また、送り出し用ファンを小型化しても、送風路内に帯電微粒子水を送り出すことができるので、静電霧化装置の小型化が図れる。更に、放熱部を効果的に冷却して熱交換器の熱交換効率を向上させ、効率的に結露水を生成して放電極に給水することができ、安定して帯電微粒子水の生成ができる。
以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明する。
図1には本発明の車載用空調装置11の概略構成図が示してあり、図3には車載用空調装置11に付設する静電霧化装置6の主体部24の概略構成図が示してあり、図4は静電霧化装置6を付設した車載用空調装置11を備えた車両22の概略図である。
車載用空調装置11は、上流側端部が車内18の空気又は車内18内の空気を吸い込むための吸入口8となり、且つ、下流側が吸い込んで空調した空気を車両22の車内18に吹き出すための吹出口9となった送風路12と、送風路12内に配置された送風ファン10と空調のための空調部20とを備えている。図1において矢印イは送風路20内における空気の流れ方向を示す。
車載用空調装置11に設けた空調部20は送風ファン10で送風された空気を冷却したり、加温したりして空調するためのものであり、図1の実施形態では空調部20としてエバポレータとヒーターとを用いてある。
送風路12には静電霧化装置6が連通接続される。静電霧化装置6は、放電極1と、放電極1が配置された静電霧化室2と、冷却部3と放熱部4とを有し冷却部3により空気を冷却して空気中の水分を結露水として放電極1の先端に供給する熱交換器5と、放電極1の先端の水に高電圧を印加して静電霧化することで帯電微粒子水を生成するための高電圧印加手段7とを備えている。静電霧化をするには放電極1と対向する対向電極を設ける場合と、対向電極を設けない場合とがあるが、いずれであってもよい(図3の実施形態では対向電極を設けた例で説明している)。
添付図面に示す実施形態では熱交換器5としては例えばペルチェユニット21が採用され、冷却部3により空気中の水分を冷却して結露水を生成することで放電極1に水を供給するようになっている。
ペルチェユニット21は、絶縁性を有する枠体23に設けてあり、熱伝導性の高いアルミナや窒化アルミニウムからなる絶縁板の片面側に回路を形成してある一対のペルチェ回路板29を、互いの回路が向き合うように対向させ、多数列設してあるBiTe系の熱電素子31を両ペルチェ回路板29間で挟持すると共に隣接する熱電素子31同士を両側の回路で電気的に接続させ、ペルチェ入力リード線32を介してなされる熱電素子31への通電により一方のペルチェ回路板29側から他方のペルチェ回路板29側に向けて熱が移動するように構成したものである。
上記一方の側のペルチェ回路板29の外側には冷却部3を接続してあり、また、上記他方の側のペルチェ回路板29の外側には放熱部4が接続してある。実施形態では放熱部4として放熱フィンの例が示してある。ペルチェユニット21の冷却部3側に放電極1の後端部が接続してあり、該放電極1が枠体23の筒状をした支持枠部23a内に突出していて、支持枠部23aに対向電極28が取付けてあり、放電極1と対向電極28とはそれぞれ高電圧印加手段7に接続してある。この高電圧印加手段7としては例えば車両22に搭載してあるバッテリーを用いることができる。
放電極1が突入している筒状をした支持枠部23aの内部が静電霧化室2となっており、筒状をした支持枠部23aの先端は開口しており、また、筒状の支持枠部23aの側部には内外に連通する通気口23bが設けてある。
上記、放電極1、ペルチェユニット21、枠体23等を一つのブロック化して静電霧化装置6の主体部24を構成してある。
このようにブロック化された主体部24を絶縁性材料により形成したケース25内に内装することで静電霧化装置6を構成してある。
ケース25には吸込み路13と、吸込み路13の下流側端部を2つに分岐した分岐流路15a、15bとが形成してある。吸込み路13の一端部の入口19は送風路12に連通接続してあり、吸込み路13内には送り出し用ファン14が設けてある。上記吸込み路13の入口19の開口縁は送風路12に対して送風路12内を流れる空気流の流れる方向に対して平行となっており、また、実施形態では入口19は送風路12内を流れる空気流の流れる方向と直角方向に開口している。
吸込み路13の上記送り出し用ファン14よりも下流側に設けた2つの分岐流路15a、15bのうち一方の分岐流路15aは上記静電霧化室2を通過し、端部の放出口26が送風路12に連通接続していて放出路16を構成している。
2つの分岐流路15a、15bのうち他方の分岐流路15bは熱交換器5の放熱部4を通過し、端部の吹出し口27が送風路12に連通接続していて吹出し路17を構成している。
上記の放出口26の開口縁及び吹出し口27の開口縁は送風路12に対して送風路12内を流れる空気流の流れる方向に対して平行となっており、また、実施形態では放出口26及び吹出し口27はそれぞれ送風路12内を流れる空気流の流れる方向直角方向に開口している。
主体部24をケース25に内装した状態で、主体部24の支持枠部23aが放出路16内に位置し、放熱部4が吹出し路17内に位置するように構成してある。
上記のように静電霧化装置6を付設した車載用空調装置11は、送風ファン10、空調部20を運転することで、吸入口8から吸い込んだ空気を送風ファン10で加圧して送風路12内を送風するものであり、途中で空調部20により冷却又は加温して冷風又は温風として吹出口9から車内18に吹き出すものである。
また、静電霧化装置6を運転すると、熱交換器5であるペルチェユニット21に通電することで、冷却部3が冷却され、冷却部3が冷却されることで放電極1が冷却され、空気中の水分を結露して放電極1の先端に水(結露水)を供給するようになっている。このように放電極1に水が供給された状態で上記放電極1の先端に供給された水に高電圧印加手段7により高電圧を印加すると、該高電圧により放電極1の先端部に供給された水の液面が局所的に錐状に盛り上がり(テーラーコーン)が形成される。このようにテーラーコーンが形成されると、該テーラーコーンの先端に電荷が集中してこの部分における電界強度が大きくなって、更にテーラーコーンを成長させる。このようにテーラーコーンが成長し該テーラーコーンの先端に電荷が集中して電荷の密度が高密度となると、テーラーコーンの先端部分の水が大きなエネルギー(高密度となった電荷の反発力)を受け、表面張力を超えて分裂・飛散(レイリー分裂)を繰り返してマイナスに帯電したナノメータサイズの帯電微粒子水を静電霧化室2内において大量に生成させるようになっている。
ここで、送風路12内を流れる空気は送風ファンにより加圧されているため、送風路12を流れる空気の圧力P1は大気圧よりも高圧となっている。吸込み路13の入口19付近の空気圧は上記送風路12の空気圧と同じP1である。一方、放出路16の空気圧をP2、吹出し路17の空気圧をP3、送り出し用ファン14の圧力をP4とすると、放出路16の空気圧P2、吹出し路17の空気圧P3は、それぞれ送風路12から吸い込まれる空気圧P1が送り出し用ファン14により加圧されてP1+P4となり、必ず、P2、P3>P1となる。
また、放出路16及び吹出し路17と連通する送風路12の空気圧はP1であるため、放出路16の端部及び吹出し路17の端部の送風路12と連通する部分である放出口26、吹出し口27付近では上記P2、P3>P1の空気圧の差が生じることになり、この空気圧の差により放出路16及び吹出し路17内の空気の流れは、送風路12内に向かうことになる。
放出路16内においては、P2>P1という圧力差により空気が放出口26側に向けて流れるのであるが、該放出路16内を流れる空気流の一部が支持枠部23aの側部の通気口23bから静電霧化室2に流れ、静電霧化室2内で発生したナノメータサイズの帯電微粒子水が該空気流に乗って支持枠部23aの先端開口を経て、放出口26から送風路12内に流れ込むことになる。
この場合、静電霧化室2内の空気はP2>P1という圧力差によるゆっくりとした空気流となるので、静電霧化室2の放電極1が送風路12内を流れる速い流れの空気流にさらされることなく、放電極1の先端に供給される水が送風路12内を流れる空気流れにより吹き飛ばされるといったようなことがなく、安定して確実に静電霧化をして帯電微粒子水を高圧となっている送風路12内に送り出すことができることになる。
また、送風路12内のどこであっても、上記のようにして帯電微粒子水を送風路12内に送り込むことができ、更に、送風ファン10を調整して送風路12内の空気圧が変化しても、P2=P1+P4であるため、P1の値が変化しても、常にP2>P1という圧力差が生じ、上記と同様にして帯電微粒子水を確実に送風路12内に送り込むことができる。
上記、帯電微粒子水を静電霧化室2から送風路12内に送り込むP2>P1という圧力差は送り出し用ファン14の圧力P4により生じ、このため、送り出し用ファン14の能力をできるだけ小さくしても、P1の変化に関係なく、P2>P1の関係を維持できるものであり、したがって、送り出し用ファン14の小型化(つまり、静電霧化装置の小型化)が可能となる。
吹出し路17を流れる空気は熱交換器5の放熱部4を通過し、放熱部4との間で熱交換して放熱部4を冷やす。このように、放熱部4を空気流により冷やすことで、熱交換器5の熱交換効率が良くなり、冷却部3によって空気中の水分を効率的に冷却して安定して結露水を生成して放電極1に供給することができ、帯電微粒子水を安定して生成できる。
吹出し路17内の空気は、P3>P1という圧力差により吹出し口27から送風路12内にスムーズに流れ込む。
送風路12内に送り込まれた帯電微粒子水は送風路12内を流れる空気流に乗って吹出口9に送られ、吹出口9から車内18内に吹き出され、ナノメータサイズの帯電微粒子水が車内18を浮遊して、車内18の座席や天井や床やドアの内面等の内装、あるいはダッシュボード、乗車している人や衣服に付着する。
水を静電霧化させて発生させたナノメータサイズの帯電微粒子水(ナノミスト)はスーパーオキサイドラジカルやヒドロキシラジカルといったラジカルが含まれていているので、車内18の内装等に付着した臭い成分の脱臭を行うことができると共に、人や衣服に付着して車内18に持ち込まれた花粉等のアレルゲン物質も抑制することができ、殺菌、除菌もできる。また、ナノメータサイズと小さいので、車内18の隅々まで浮遊し、また繊維等の内部に侵入して内部まで脱臭、殺菌、除菌、アレルゲン物質の抑制等を図ることができる。
図1に示す実施形態においては、送風路12の外にユニット化された静電霧化装置6を配置して、静電霧化装置6の吸込み路13に設けた入口19、放出路16の放出口26、吹出し路17の吹出し口27を、送風路12を形成するダクトに設けた孔部に連通接続することで簡単に車載用空調装置11に静電霧化装置6を付設することができる。図1において、符号30は封止材であって接続部分における空気漏れがないようにしている。
なお、図1に示す実施形態では、放出路16の途中に内部が静電霧化室2となった筒状の支持枠部23aを配置し、放出路16を流れる空気流の一部が静電霧化室2を通過するようにした例を示したが、放出路16内に放電極1を配置して放出路16内をそのまま静電霧化室2としてもよく、対向電極28を設ける場合、ケース25に対向電極28を支持して放出路16内に位置させるようにしてもよい。
なおまた、図1の実施形態では、送風路12の空気の流れ方向において、上流側から順に入口19、放出口26、吹出し口27を配置している例を示しているが、必ずしもこのような配置関係のものにのみ限定されるものではなく、入口19、放出口26、吹出し口27のいずれが上流側、又は、下流側に位置していてもよく、あるいは、図2に示すように入口19、放出口26、吹出し口27のいずれも又は2つが送風路12の空気の流れ方向(矢印イ)と直交する方向に並んでいるものであってもよい。この図2においても、前述の実施形態と同様に、P2>P1という圧力差により静電霧化室2で発生した帯電微粒子水を確実に送風路12内に送り込むことができ、また、吹出し路17内において放熱部4を冷却した空気を、P3>P1という圧力差により吹出し口27から送風路12内にスムーズに流入させることができる。
本発明の車載用空調装置の一実施形態の概略構成図である。 同上の車載用空調装置の他の一実施形態の概略構成図である。 同上の静電霧化装置の主体部の概略構成図である。 同上の静電霧化装置を備えた車載用空調装置を装備した自動車の概略図である。
符号の説明
1 放電極
2 静電霧化室
3 冷却部
4 放熱部
5 熱交換器
6 静電霧化装置
7 高電圧印加手段
8 吸入口
9 吹出口
10 送風ファン
11 車載用空調装置
12 送風路
13 吸込み路
14 送り出し用ファン
15a 分岐流路
15b 分岐流路
16 放出路
17 吹出し路

Claims (1)

  1. 放電極と、放電極が配置された静電霧化室と、冷却部と放熱部とを有し冷却部により空気を冷却して空気中の水分を結露水として放電極の先端に供給する熱交換器と、放電極の先端の水に高電圧を印加して静電霧化することで帯電微粒子水を生成するための高電圧印加手段とを備えた静電霧化装置を形成し、上流側端部に吸入口を備え且つ下流側端部に吹出口を備えた送風ファンを有する車載用空調装置の送風路に、上記静電霧化装置の静電霧化室内で発生した帯電微粒子水を放出して吹出口から車内に吹き出すようにした車載用空調装置であって、
    一端部が送風路に連通される吸込み路に送り出し用ファンを設け、吸込み路の送り出し用ファンよりも下流側を2つの分岐流路に分岐して一方の分岐流路を静電霧化室を通過して端部が送風路に連通する放出路とすると共に、他方の分岐流路を熱交換器の放熱部を通過して端部が送風路に連通する吹出し路として成ることを特徴とする車載用空調装置。
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