JP2010120496A - 車両用空気清浄装置および車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】透過膜の透過性能を安定して発揮する。
【解決手段】外気が流れる外気流路２０、３２および内気が流れる内気流路２２、３５を形成する流路形成部材２１、２３、３１と、一方の面１４ａが外気流路の外気と接触し、かつ他方の面１４ｂが内気流路の内気と接触するように外気流路と内気流路との境目に配置され、外気流路側と内気流路側との間で気体を透過させる透過膜１４と、外気流路に配置され、外気流路に外気の流れを発生させる外気送風機２４とを備え、流路形成部材には、外気流路に外気を流入させる外気入口部２０ａ、３２ａと、外気を外気流路の外部に流出させる外気出口部２０ｂ、３２ｂとが形成され、外気出口部での圧力から外気入口部での圧力を引いた圧力差が車両停止時および車両走行時の両方において外気送風機の送風圧力以下となるように、外気入口部および外気出口部が構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、透過膜を用いて内気の酸素濃度および二酸化炭素濃度を維持する車両用空気清浄装置およびその車両用空気清浄装置を備える車両用空調装置に関する。

従来、この主の車両用空気清浄装置が特許文献１に記載されている。この従来技術では、酸素および二酸化炭素を選択的に透過させる性質を持つ透過膜の一方の面に内気を接触させるとともに透過膜の他方の面に外気を接触させている。

そして、乗員の呼吸によって内気の酸素濃度が外気の酸素濃度よりも低下するとともに内気の二酸化炭素濃度が外気の二酸化炭素濃度よりも上昇すると、内気と外気の濃度差によって外気側の酸素が透過膜を透過して室内に導入されるとともに内気側の二酸化炭素が透過膜を透過して室外に放出される。

つまり、外気を直接導入することなく室外と室内とで酸素と二酸化炭素とをガス交換して室内の酸素濃度および二酸化炭素濃度を快適濃度に維持できるので、大気中の汚染物質が室内に侵入することを防止できる。

なお、この従来技術では、
特開２００４−２０３３６７号公報

上記従来技術では、透過膜近傍に外気が滞留して透過膜に新鮮な外気の供給がなされないと、内気と外気の濃度差がほとんどなくなって透過膜の透過性能の低下を招いてしまう虞がある。

この対策として、車両走行時の走行風を利用して透過膜に新鮮な外気を供給することが考えられる。この対策によると、透過膜近傍における外気の滞留を抑制できるので透過膜の透過性能の低下を抑制することができる。

しかしながら、この対策では透過膜への新鮮な外気の供給を走行風に依存することとなるので車両走行速度の変動によって透過膜近傍に外気が滞留したり逆流したりしてしまう。このため、透過膜に外気を安定して供給することが困難であり、透過膜の透過性能を安定して発揮することができないという問題がある。

本発明は上記点に鑑みて、透過膜の透過性能を安定して発揮することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、外気が流れる外気流路（２０、３２）および内気が流れる内気流路（２２、３５）を形成する流路形成部材（２１、２３、３１）と、
一方の面（１４ａ）が外気流路（２０、３２）の外気と接触し、かつ他方の面（１４ｂ）が内気流路（２２、３５）の内気と接触するように外気流路（２０、３２）と内気流路（２２、３５）との境目に配置され、外気流路（２０、３２）側と内気流路（２２、３５）側との間で気体を透過させる透過膜（１４）と、
外気流路（２０、３２）に配置され、外気流路（２０、３２）に外気の流れを発生させる外気送風機（２４）とを備え、
流路形成部材（２１、２３、３１）には、外気流路（２０、３２）に外気を流入させる外気入口部（２０ａ、３２ａ）と、外気を外気流路（２０、３２）の外部に流出させる外気出口部（２０ｂ、３２ｂ）とが形成され、
外気出口部（２０ｂ、３２ｂ）での圧力から外気入口部（２０ａ、３２ａ）での圧力を引いた圧力差が車両停止時および車両走行時の両方において外気送風機（２４）の送風圧力以下となるように、外気入口部（２０ａ、３２ａ）および外気出口部（２０ｂ、３２ｂ）が構成されていることを特徴とする。

これによると、外気出口部（２０ｂ、３２ｂ）での圧力から外気入口部（２０ａ、３２ａ）での圧力を引いた圧力差を車両停止時および車両走行時の両方において外気送風機（２４）の送風圧力以下にすることができるので、外気流路（２０、３２）における外気の流れ方向を車両停止時および車両走行時の両方において外気入口部（２０ａ、３２ａ）から外気出口部（２０ｂ、３２ｂ）に向かう方向にすることができる。

換言すれば、外気流路（２０、３２）における外気の流れ方向を車両停止時および車両走行時の両方において一定にすることができる。このため、外気流路（２０、３２）における外気の滞留および逆流を防止することができるので、透過膜（１４）に外気を安定して供給することができ、ひいては透過膜（１４）の透過性能を安定して発揮することができる。

なお、本発明における気体とは、例えば酸素や二酸化炭素、水蒸気等である。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の車両用空気浄化装置において、外気入口部（２０ａ）の開口方向と車両前進方向とがなす角度を入口開口角度とし、外気出口部（２０ｂ）の開口方向と車両前進方向とがなす角度を出口開口角度としたとき、
入口開口角度が出口開口角度以下となる配置関係で外気入口部（２０ａ）および外気出口部（２０ｂ）が構成されていることを特徴とする。

これにより、外気出口部（２０ｂ）では外気入口部（２０ａ）よりも車両走行時の走行風を受けにくくなるので、外気出口部（２０ｂ）での圧力と外気入口部（２０ａ）での圧力との圧力差を車両停止時および車両走行時の両方において外気送風機（２４）の送風圧力以下にすることができる。

請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の車両用空気浄化装置において、外気入口部（２０ａ）の開口方向となす角度が車両側面側、車両上面側および車両正面側のいずれからから見ても９０度以下になる方向の範囲を第１の範囲とし、外気入口部（２０ａ）の開口方向に対して左右対称な方向となす角度が車両側面側、車両上面側および車両正面側のいずれからから見ても９０度以下になる方向の範囲を第２の範囲としたとき、
第１の範囲内または第２の範囲内に外気出口部（２０ｂ）の開口方向が設定されていることを特徴とする。

これによると、外気出口部（２０ｂ）での走行風の受け度合いを外気入口部（２０ａ）での走行風の受け度合いに近づけることができるので、車両走行時における外気出口部（２０ｂ）での圧力と外気入口部（２０ａ）での圧力との差を小さくすることができる。

このため、外気出口部（２０ｂ）での圧力と外気入口部（２０ａ）での圧力との差が車両停止時と車両走行時とで変動することを抑制することができるので、透過膜（１４）による気体透過性能をより安定して発揮することができる。

請求項４に記載の発明では、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の車両用空気浄化装置において、外気入口部（２０ａ）の開口面積が外気出口部（２０ｂ）の開口面積以上となる面積関係で外気入口部（２０ａ）および外気出口部（２０ｂ）が構成されていることを特徴とする。

これによると、外気入口部（２０ａ）での圧力損失を外気出口部（２０ｂ）での圧力損失よりも小さくすることができるので、外気入口部（２０ａ）での圧力を外気出口部（２０ｂ）での圧力よりも所定量高くすることができる。

このため、外気出口部（２０ｂ）での圧力から外気入口部（２０ａ）での圧力を引いた圧力差を車両停止時および車両走行時の両方において外気送風機（２４）の送風圧力以下にすることができる。

請求項５に記載の発明では、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の車両用空気浄化装置において、外気送風機（２４）を停止させる送風機停止手段を備えることを特徴とする。

請求項６に記載の発明では、請求項５に記載の車両用空気浄化装置において、送風機停止手段（Ｓ１１０、Ｓ１２０）は、外気の臭気濃度が所定値以上になっているときに外気送風機（２４）を停止させることを特徴とする。

これによると、外気中の臭気濃度が高い場合に外気の透過膜（１４）への供給を抑制することができるので、透過膜（１４）による気体透過量を抑制して車室（１１）への臭気の侵入を抑制することができる。

請求項７に記載の発明では、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の車両用空気浄化装置において、内気流路（２２、３５）に内気の流れを発生させる内気送風機（２５）を備えることを特徴とする。

これにより、透過膜（１４）の他方の面（１４ｂ）に内気を確実に供給することができるので、透過膜（１４）の透過性能をより安定して発揮することができる。

請求項８に記載の発明では、請求項７に記載の車両用空気浄化装置において、外気送風機（２４）および内気送風機（２５）のうち少なくとも一方の送風機を停止させる送風機停止手段を備えることを特徴とする。

請求項９に記載の発明では、請求項８に記載の車両用空気浄化装置において、送風機停止手段（Ｓ１１０、Ｓ１２０）は、外気の臭気濃度が所定値以上になっているときに前記少なくとも一方の送風機を停止させることを特徴とする。

これによると、外気中の臭気濃度が高い場合に外気および内気の少なくとも一方の透過膜（１４）への供給を抑制することができるので、透過膜（１４）による気体透過量を抑制して車室（１１）への臭気の侵入を抑制することができる。

このため、外気中の臭気濃度が高い場合に透過膜（１４）を閉塞する手段を設けて車室（１１）への臭気の侵入を抑制する場合に比べて車両用空気浄化装置の小型化とコスト低減とを図ることができる。

請求項１０に記載の発明では、請求項７ないし９のいずれか１つに記載の車両用空気浄化装置と、
送風空気を発生させる空調用送風機（２５）と
送風空気の冷却および加熱の少なくとも一方を行う熱交換器（３９）とを備え、
空調用送風機（２５）は内気送風機（２５）であり、
送風空気は、内気流路（３５）から供給される内気であることを特徴とする。

これによると、車両用空気浄化装置の内気送風機（２５）を車両用空調装置の空調用送風機と兼用させることができるので、車両用空調装置の小型化とコスト低減とを図ることができる。

請求項１１に記載の発明では、請求項１０に記載の車両用空調装置において、空調用送風機（２５）に外気を導入する外気導入通路（３２）と、
内気流路（３５）と外気導入通路（３２）とを切替開閉する内外気切替ドア（３７）とを備え、
送風空気は、内気流路（３５）から供給される内気、および外気導入通路（３２）から供給される外気であり、
外気導入通路（３２）の少なくとも一部は外気流路によって構成されていることを特徴とする。

これによると、車両用空気浄化装置の外気流路（３２）を車両用空調装置の空調用送風機と兼用させることができるので、車両用空調装置の小型化とコスト低減とを一層図ることができる。

請求項１２に記載の発明では、請求項１１に記載の車両用空調装置において、透過膜（１４）は内外気切替ドア（３７）に配置されていることを特徴とする。

これにより、透過膜（１４）を内外気切替ドア（３７）と一体化して車両用空調装置の小型化とコスト低減とをより一層図ることができる。

請求項１３に記載の発明では、請求項１１または１２に記載の車両用空調装置において、内外気切替ドア（３７）が外気導入通路（３２）を開けているときに外気送風機（２４）を停止または逆転させる送風機制御手段（４０）を備えることを特徴とする。

これによると、外気入口部（３２ａ）および外気出口部（３２ｂ）の両方から外気を導入することができるので、車両用空調装置の外気導入通路を従来よりも大型化することなく車両用空調装置に透過膜（１４）を設けることができる。

請求項１４に記載の発明では、請求項１１ないし１３のいずれか１つに記載の車両用空調装置において、車両の窓の曇り量が所定値以上になっているときに内外気切替ドア（３７）を外気導入通路（３２）の開放位置に切り替えるドア切り替え手段（Ｓ２１０、Ｓ２２０）を備えることを特徴とする。

これによると、車室（１１）内の水蒸気濃度が高くなって窓が曇った場合に外気を導入して車室（１１）内の水蒸気濃度を低下させることができるので、窓の曇りを防止することができる。

請求項１５に記載の発明では、請求項１０ないし１４のいずれか１つに記載の車両用空調装置において、送風空気中の臭気を除去するフィルタ（３８）を備えることを特徴とする。

これによると、透過膜（１４）を通じて車室（１１）内に侵入してくる臭気をフィルタ（３８）によって効果的に除去することができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態における車両用空気浄化装置を搭載した車両の模式的な断面図である。図１において前後左右の矢印は車両の各方向を示し、矢印Ｆｗは車両の前進方向を示している。

乗員が搭乗する車室１１（図１中、太実線で囲んで示した領域）の前端部には、車室１１とエンジンルーム１２とを仕切る隔壁（ファイヤーウォール）１３が設けられている。この隔壁１３の一部には車室１１側からエンジンルーム１２側に貫通する貫通穴が形成されており、この貫通穴は透過膜１４によって塞がれている。

この透過膜１４は、例えば気体全般が透過しやすい一方、車室１１に入れたくない液体や固体の汚染物質（例えば粉塵、花粉、ＳＰＭ等）が全く透過しないか透過しにくいという性質を有する膜である。

また透過膜１４は例えば、ある特定の成分の気体（例えば酸素、二酸化炭素、水蒸気）が透過しやすいが他の特定の成分の気体（例えば窒素、臭気）は透過しにくく、かつ上記の汚染物質が全く透過しないか透過しにくいというものである。

透過膜１４の材料としては、シリコン等の気体透過性高分子の膜やセロファンやセラミックの多孔体や不織布等を用いることができる。

エンジンルーム１２には、外気が流れる外気流路２０を形成する外気ダクト２１が隔壁１３に沿って配置されている。車室１１には、内気が流れる内気流路２２を形成する内気ダクト２３が隔壁１３に沿って配置されている。なお、外気ダクト２１および内気ダクト２３は本発明における流路形成部材に該当するものである。

外気ダクト２１および内気ダクト２３の壁面の一部には貫通穴が形成されており、この貫通穴が透過膜１４と重なるように外気ダクト２１および内気ダクト２３が隔壁１３に配置されている。

換言すれば、透過膜１４は、その一方の面（エンジンルーム１２側の面）１４ａが外気流路２０に露出して外気と接触し、その他方の面（車室１１側の面）１４ｂが内気流路２２に露出して内気と接触するように外気流路２０と内気流路２２との境目に配置されている。

外気流路２０には、外気の流れを発生させて透過膜１４の一方の面１４ａに外気を供給する外気送風機２４が配置されている。内気流路２２には、内気の流れを発生させて透過膜１４の他方の面１４ｂに内気を供給する内気送風機２５が配置されている。

外気送風機２４および内気送風機２５は、気体に運動エネルギーを与えたり圧力を高めたりする流体機械のうち圧縮比が２未満のものであり、具体的にはファンやブロア等である。

外気ダクト２１には、外気流路２０に外気を流入させる外気入口部２０ａと、外気を外気流路２０の外部に流出させる外気出口部２０ｂとが形成されている。

外気入口部２０ａおよび外気出口部２０ｂは、外気入口部２０ａにおける圧力（全圧）Ｐ１、外気出口部２０ｂにおける圧力（全圧）Ｐ２、および外気送風機２４の送風圧力Ｐｖが次の圧力関係を満たすように構成されている。

すなわち、出口部圧力Ｐ２から入口部圧力Ｐ１を引いた圧力差（Ｐ２−Ｐ１）が車両停止時および車両走行時の両方において送風圧力Ｐｖ以下になるように外気入口部２０ａおよび外気出口部２０ｂが構成されている。換言すれば、入口部圧力Ｐ１、出口部圧力Ｐ２および送風圧力Ｐｖは車両停止時および車両走行時の両方においてＰ２−Ｐ１≦Ｐｖの関係を満たしている。

図１の例では、外気入口部２０ａを車両前方側に向けて開口させ、かつ外気出口部２０ｂを車両左方側を向けて開口させることによって、外気出口部２０ｂでは外気入口部２０ａよりも車両走行時の走行風（動圧）を受けにくくなるようにし、その結果として上記圧力関係を満たすようにしている。

外気送風機２４および内気送風機２５の作動は図示しない空調用制御装置（ＥＣＵ）により制御される。空調用制御装置は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成される。空調用制御装置は、そのＲＯＭ内に記憶された制御プログラムに基づいて各種演算と処理とを行って外気送風機２４および内気送風機２５等の電気機器の作動を制御する。

次に上記構成における作動を説明する。空調用制御装置が外気送風機２４および内気送風機２５を作動させると外気流路２０に外気の流れが発生するとともに内気流路２２に内気の流れが発生する。

このとき、内気流路２２の内気中のある成分の濃度が外気流路２０の外気中のその成分の濃度と比較して低ければ、その成分の濃度差により外気中のその成分が透過膜１４を透過して内気と混ざる。このため内気中のその成分の濃度が上昇する。

逆に、内気流路２２の内気中のある成分の濃度が外気流路２０の外気中のその成分の濃度と比較して高ければ、その成分の濃度差により内気中のその成分の気体が透過膜１４を透過して外気と混ざる。このため内気中のその成分の濃度が低下する。

例えば、車室１１内の乗員の呼吸により酸素が消費されて内気中の酸素濃度が低下すると、外気流路２０の外気中の酸素が透過膜１４を透過して内気流路２２の内気と混ざるので内気中の酸素濃度が上昇する。

また、車室１１内の乗員の呼吸により二酸化炭素が発生して内気中の二酸化炭素濃度が上昇すると、内気流路２２の内気中の二酸化炭素が透過膜１４を透過して外気流路２０の外気と混ざるので内気中の二酸化炭素濃度が低下する。このため、車室１１内の酸素濃度および二酸化炭素濃度を乗員にとって快適な濃度に維持することができる。同様に体臭などの臭気ガスも抑制できる。

一方、外気流路２０の外気中の液体や固体は透過膜１４を全く透過しないか僅かに透過するだけであるので、これらの液体や固体の内気流路２２への侵入を透過膜１４によって抑制できる。

また従来の車両では車室１１内の乗員の呼吸により水蒸気が発生して内気中の湿度が上昇すると冬場など車室外の気温が低い場合に窓が曇り運転に支障をきたすため外気を導入して防曇していたので換気による暖房の熱損失が発生していたが、本実施形態では内気流路２２の内気中の水蒸気が透過膜１４を透過して外気流路２０の外気と混ざるので内気中の湿度を低下させることができ、ひいては窓の曇りを抑制することができる。このため、外気導入の必要性が少なくなって換気による熱損失を低減できるので省エネルギー化や空調装置の小型化を図ることができる。

また本実施形態では、外気送風機２４および内気送風機２５を備えているので、透過膜１４近傍に外気および内気が滞留することなく透過膜１４に新鮮な外気および内気を供給することができる。

さらに本実施形態では、入口部圧力Ｐ１、出口部圧力Ｐ２および送風圧力Ｐｖの圧力関係が車両停止時および車両走行時の両方においてＰ２−Ｐ１≦Ｐｖの関係を満たしているので、外気流路２０における外気の流れ方向を車両停止時および車両走行時の両方において外気入口部２０ａから外気出口部２０ｂに向かう方向にすることができる。

換言すれば、外気流路２０における外気の流れ方向を車両停止時および車両走行時の両方において一定にすることができるので、外気流路２０における外気の滞留および逆流を防止することができ、ひいては透過膜１４に新鮮な外気を安定して供給することができる。

これらの結果、外気および内気が透過膜１４近傍に滞留することによる透過膜１４の透過性能の低下を車両停止時および車両走行時の両方において防止することができるので、透過膜１４の透過性能を安定して発揮することができる。

また、自車両の出す排気ガスに含まれる臭気および有害ガスやエンジン周辺の臭気等が外気流路２０に流れ込んで長時間滞留するとこれらの臭気および有害ガスが透過膜１４を透過して車室１１内に侵入しやすくなるが、本実施形態では透過膜１４に新鮮な外気が供給されるので、これらの臭気および有害ガスの車室１１内への侵入を低減できる。

ちなみに図１の例では、入口部圧力Ｐ１、出口部圧力Ｐ２および送風圧力Ｐｖの圧力関係が車両走行時でもＰ２−Ｐ１≦Ｐｖの関係を満たすようにするために、外気流路２０の外気入口部２０ａを車両前方側に向け、外気流路２０の外気出口部２０ｂを車両左方側に向けているが、上記圧力関係を満たすための外気入口部２０ａおよび外気出口部２０ｂの構成はこれに限定されるものではない。

例えば、車両前進方向Ｆｗと外気入口部２０ａの開口方向とがなす角度を入口開口角度とし、車両前進方向Ｆｗと外気出口部２０ｂの開口方向とがなす角度を出口開口角度としたとき、入口開口角度が出口開口角度以下になる配置関係で外気入口部２０ａおよび外気出口部２０ｂを構成すれば入口部圧力Ｐ１を出口部圧力Ｐ２よりも所定量高くすることができ、ひいては上記圧力関係を満たすようにすることができる。

ここで、外気入口部２０ａおよび外気出口部２０ｂが複数個ずつ設けられ、それらの開口方向が各々異なっているような場合には、入口開口角度の平均角度と出口開口角度の平均角度とを比較すればよい。

ちなみに平均角度とは次のように算出されるものである。すなわち、例えば入口開口角度の平均角度とは、まず複数個の外気入口部２０ａの各々における開口角度と開口面積との積を求め、この積を足し合わせた後に全開口面積で除した値のことである。出口開口角度の平均角度も同様である。

また、上記圧力関係を満たすための外気入口部２０ａおよび外気出口部２０ｂの構成としては例えば、外気入口部２０ａの開口面積が外気出口部２０ｂの開口面積以上になる面積関係で外気入口部２０ａおよび外気出口部２０ｂを構成したものであってもよい。

この構成によると、外気入口部２０ａでの圧力損失を外気出口部２０ｂでの圧力損失よりも小さくすることができるので、入口部圧力Ｐ１を出口部圧力Ｐ２よりも所定量高くすることができ、ひいては上記圧力関係を満たすようにすることができる。

なお、上記した外気入口部２０ａおよび外気出口部２０ｂの配置関係と面積関係とを組み合わせてもよい。

ちなみに本実施形態は以上の説明からわかる通り、透過膜１４の外気側と内気側との間に真空ポンプ等の差圧発生手段により大きな圧力差を設けることなく透過膜１４による透過機能を実現するものである。

具体的には、一般的な大気圧力に、車両走行風によって生じる圧力（ラム圧）、および圧縮比２未満の送風機２３の圧力を加えた程度の圧力変動の範囲で作動するものである。より具体的には、透過膜１４の外気側と内気側との間の圧力差が５ｋＰａ以下の範囲で作動するものである。

（第２実施形態）
図２に示す第２実施形態は、上記第１実施形態に対して、車両走行時における出口部圧力Ｐ２と入口部圧力Ｐ１との差（Ｐ２−Ｐ１）を小さくしたものである。具体的には、外気出口部２０ｂにおける走行風の受け度合いを外気入口部２０ａにおける走行風の受け度合いに近づけている。

例えば、図２に示す第１の範囲Ｒ１内または第２の範囲Ｒ２内に外気出口部２０ｂの開口方向を設定することによって、外気出口部２０ｂにおける走行風の受け度合いを外気入口部２０ａにおける走行風の受け度合いに近づけることができる。

ここで、第１の範囲Ｒ１とは、外気入口部２０ａの開口方向Ｄ１となす角度が車両側面側、車両上面側および車両正面側のいずれからから見ても９０度以下になる方向の範囲のことである。

また、第２の範囲Ｒ２とは、外気入口部２０ａの開口方向Ｄ１に対して左右対称な方向Ｄ２となす角度が車両側面側、車両上面側および車両正面側のいずれからから見ても９０度以下になる方向の範囲のことである。なお、図２では理解を容易にするために、車両上面側から見たときの第１の範囲Ｒ１および第２の範囲Ｒ２を示している。

上記第１実施形態では、出口部圧力Ｐ２と入口部圧力Ｐ１との差（Ｐ２−Ｐ１）が走行風の有無によってある程度変動するので、車両停止時と車両走行時とで外気流路２０に流れる風量がある程度変動し、ひいては透過膜１４による気体透過性能も車両停止時と車両走行時とである程度変動することとなる。

この点に鑑みて本実施形態では、車両走行時における出口部圧力Ｐ２と入口部圧力Ｐ１との差（Ｐ２−Ｐ１）を小さくしているので、車両停止時と車両走行時とで出口部圧力Ｐ２と入口部圧力Ｐ１との差（Ｐ２−Ｐ１）が変動することを抑制することができ、ひいては透過膜１４による気体透過性能をより安定して発揮することができる。

（第３実施形態）
本第３実施形態は、図３に示すように、本発明による空気浄化装置を車両用空調装置３０と一体化し、内気送風機２５を車両用空調装置３０の空調用送風機と兼用させている。

車両用空調装置３０の空調ケース３１は車室１１の最前部に配置される計器盤（図示せず）の内側に配置されており、その内部に空気が流れる流路を形成している。

空調ケース３１は、ポリプロピレンのようなある程度の弾性を有し機械的強度に優れた樹脂にて成形されている。なお、空調ケース３１は、本発明における流路形成部材に該当するものである。

空調ケース３１の上流部には、矢印Ａ１〜Ａ３のように外気がＵターンして流れる略Ｕ字状の外気流路３２と、外気流路３２に外気を流入させる外気入口部３２ａと、外気を外気流路３２の外部に流出させる外気出口部３２ｂとが形成されている。

外気流路３２のうちＵ字状に屈曲する部位よりも下流側（外気出口部３２ｂ側）の部位には、外気送風機２４が配置されている。

外気流路３２のうちＵ字状に屈曲する部位には、透過膜１４が組み込まれた透過膜モジュール３３が配置されている。空調ケース３１内において透過膜モジュール３３よりも外気入口部３２ａおよび外気出口部３２ｂと反対側（図３の下方側）の部位には、内気送風機（空調用送風機）２５が配置されている。

図４に示すように、透過膜モジュール３３は全体として直方体状に形成されている。透過膜モジュール３３には、矢印Ａ４、Ａ５のように外気が流れる外気流通空間３２ａが形成されている。より具体的には、外気流通空間３２ａは、仕切り板３２ｂによって第１、第２の２つの空間３２ｃ、３２ｄに仕切られている。

第１の空間３２ｃでは矢印Ａ４のように外気が外気入口部３２ａ側から外気入口部３２ａと反対側（図４の上方側から下方側）に貫通して流れる。第１の空間３２ｃから流出した外気は、矢印Ａ２のようにＵターンした後に矢印Ａ５のように第２の空間３２ｄを外気出口部３２ｂと反対側から外気出口部３２ｂ側（図４の下方側から上方側）に貫通して流れる。

さらに、透過膜モジュール３３には、矢印Ｂ１のように内気が外気流通空間３２ａと直交する方向（図４の左右方向）に貫通して流れる内気流通空間３３ｅが形成されている。この内気流通空間３３ｅは外気流通空間３２ａと隣り合うように形成されている。図４の例では、透過膜モジュール３３に外気流通空間３２ａと内気流通空間３３ｅとが交互に複数個ずつ形成されている。

透過膜モジュール３３は、外気流通空間３２ａと内気流通空間３３ｅとの仕切り部が透過膜１４で構成され、残余の部分が樹脂等の材料で形成されている。

空調ケース３１において透過膜モジュール３３の側方側には、透過膜モジュール３３の内気流通空間３３ｅに内気を導入させる第１内気導入口３４と、内気流通空間３３ｅから流出した内気が矢印Ｂ２のようにＵターンして流れる内気流路３５とが形成されている。

空調ケース３１において内気流路３５の下流側部位には、矢印Ｂ３のように空調用送風機２５に内気を導入する第２内気導入口３６が形成されている。

空調ケース３１内には、内気循環モードと外気導入モードとを切り替える内外気切替ドア３７が配置されている。図３の例では内外気切替ドア３７としてロータリードアを用いている。

この内外気切替ドア３７は、内気循環モードでは図３の実線位置に回転操作され、外気流路３２を閉じて内気流路３５を開ける。これにより、空調用送風機２５に第１、第２内気導入口３４、３６からの内気が導入される。

この内気循環モードでは、矢印Ａ１のように外気入口部３２ａを通じて外気流路３２に流入した外気が矢印Ａ４のように透過膜モジュール３３の外気流通空間３２ａの第１の空間３２ｃを通過した後に矢印Ａ２のように内外気切替ドア３７の外面側でＵターンし、さらに矢印Ａ５のように透過膜モジュール３３の外気流通空間３２ａの第２の空間３２ｄを通過した後に矢印Ａ３のように外気出口部３２ｂに向かって流れて外気流路３２の外部に流出する。

また、内外気切替ドア３７は、外気導入モードでは図３の２点鎖線位置に回転操作され、外気流路３２を開けて内気流路３５を閉じる。これにより、外気入口部３２ａを通じて外気流路３２に流入した外気は、矢印Ａ４のように透過膜モジュール３３の外気流通空間３２ａの第１の空間３２ｃを通過した後に、Ｕターンすることなく空調用送風機２５に向かって流れて空調用送風機２５に導入される。

図示を省略しているが、内外気切替ドア３７は、空調用制御装置により制御されるサーボモータ、または乗員によって操作される手動操作機構によって駆動される。

図３の例では、空調ケース３１内において空調用送風機２５の直ぐ上流側に、空気中の塵埃や臭気等を除去するフィルタ３８が配置されている。

空調ケース３１内において空調用送風機２５の下流側には、空調用送風機２５からの送風空気の冷却および加熱の少なくとも一方を行う熱交換器３９が配置されている。本例では、熱交換器３９として、送風空気を冷却する冷却用熱交換器および送風空気を加熱する加熱用熱交換器が空調ケース３１内に配置されている。

図示を省略しているが本例では、加熱用熱交換器を通過する温風と加熱用熱交換器をバイパスして流れる冷風との風量割合を調節することにより車室１１への吹出空気温度を調節するエアミックスドア等が空調ケース３１内に配置されている。

また図示を省略しているが、空調ケース３１の最下流部には、空調空気を車室１１内の所定領域へ吹き出すための複数個の吹出開口部が形成され、この複数個の吹出開口部を開閉する吹出モードドアが空調ケース３１内に配置されている。

本実施形態によると、内気循環モードでは、透過膜モジュール３３の外気流通空間３２ａを外気が流通するので透過膜１４の一方の面に外気を供給することができ、内気流通空間３３ｅを内気が流通するので透過膜１４の他方の面に内気を供給することができる。このため上記各実施形態と同様に、車室１１の酸素濃度と二酸化炭素濃度を快適濃度に保つことができる。

また、内気送風機２５を車両用空調装置３０の空調用送風機と兼用させているので車両用空調装置３０の小型化とコスト低減とを図ることができる。

さらに、外気流路３２は、内気循環モードでは透過膜１４に外気を供給する役割を果たし、外気導入モードでは空調用送風機２５に外気を導入させる外気導入通路としての役割を果たすので、透過膜１４に外気を供給する通路と空調用送風機２５に外気を導入させるる外気導入通路とを別個に設ける場合に比べて車両用空調装置３０の小型化とコスト低減とを図ることができる。

また、空調ケース３１内にフィルタ３８を配置しているので、透過膜１４を通じて車室１１内に侵入してくる臭気を効果的に除去することができる。

（第４実施形態）
上記第３実施形態では、透過膜１４が透過膜モジュール３３に組み込まれているが、本第４実施形態では、図５に示すように、透過膜１４が内外気切替ドア３７と一体化されている。具体的には、内外気切替ドア（ロータリードア）３７の円弧面が透過膜１４で構成されている。これに伴い、本実施形態では第１内気導入口３４が廃止されている。

この構成によると、内気循環モードでは透過膜１４の一方の面（内外気切替ドア３７の外面）に外気入口部３２ａから導入された外気が供給され、透過膜１４の他方の面（内外気切替ドア３７の内面）に第２内気導入口３６から導入された内気が供給される。

本実施形態では、透過膜１４を内外気切替ドア３７と一体化しているので、車両用空調装置３０の小型化とコスト低減とを図ることができる。

（第５実施形態）
本第５実施形態は、上記第４実施形態に対して、外気導入モードのときに外気送風機２４を停止するか、外気送風機２４の回転方向を内気循環モードのときと逆にするものである。

すなわち、図６（ａ）に示す内気循環モードでは空調用制御装置（ＥＣＵ）４０が外気送風機２４を正回転させて矢印Ａ３のように外気出口部３２ｂから外気を流出させ、図６（ｂ）に示す外気導入モードでは空調用制御装置４０が外気送風機２４を停止または逆回転させて矢印Ａ６のように外気出口部３２ｂから外気を流入させる。なお、空調用制御装置４０は本発明における送風機制御手段に該当するものである。

これにより、外気導入モードにおいて外気入口部３２ａおよび外気出口部３２ｂの両方から外気を導入することができるので、車両用空調装置３０の外気導入通路を従来よりも大型化することなく車両用空調装置３０に透過膜１４を設けることができる。

（第６実施形態）
本第６実施形態は、外気中の臭気濃度が高い場合に臭気が透過膜１４を通じて車室１１に侵入することを抑制するために、上記第１実施形態に対して、外気送風機２４および空調用送風機２５の少なくとも一方を停止する送風機停止手段を設けたものである。ここで、外気中の臭気濃度が高い場合とは例えばトンネル内を走行している場合等のことである。

送風機停止手段は、外気臭気濃度に応じて外気送風機２４および空調用送風機２５の少なくとも一方のオン・オフを制御する。本例では、車両のグリルや外気流路２０等に設けられた臭気濃度センサ（図示せず）によって外気臭気濃度を検出し、上述の空調用制御装置（図示せず）が外気送風機２４および空調用送風機２５の少なくとも一方のオン・オフを制御する。

図７は、空調用制御装置による外気送風機２４のオン・オフ制御の概要を示すフローチャートである。空調用制御装置は、まずステップＳ１００にて外気送風機２４をオンする。次にステップＳ１１０にて、臭気濃度センサが検出した外気臭気濃度が所定値よりも大きいか否かを判定する。

ステップＳ１１０にて外気臭気濃度が所定値よりも大きいと判定した場合には、ステップＳ１２０にて外気送風機２４をオフする。そして、ステップＳ１３０にて外気臭気濃度が所定値よりも小さいか否かを判定し、外気臭気濃度が所定値よりも小さいと判定した場合には、ステップＳ１００に戻る。

ステップＳ１３０にて外気臭気濃度が所定値以上であると判定した場合にはステップＳ１３０を繰り返す。なお、ステップＳ１１０にて外気臭気濃度が所定値以下であると判定した場合にはステップＳ１１０を繰り返す。

空調用制御装置による空調用送風機２５のオン・オフ制御も図７と同様であるので、空調用送風機２５のオン・オフ制御については説明を省略する。

本実施形態によると、外気中の臭気濃度が高い場合に透過膜１４への外気および内気の少なくとも一方の供給を抑制することができるので、透過膜１４による気体透過量を抑制して車室１１への臭気の侵入を抑制することができる。

したがって、外気中の臭気濃度が高い場合に透過膜１４を閉塞する手段を設けて車室１１への臭気の侵入を抑制する場合に比べて車両用空調装置の小型化とコスト低減とを図ることができる。

なお、送風機停止手段を、例えば乗員によって操作される送風機停止スイッチのような手動停止手段で構成することもできる。

（第７実施形態）
本第７実施形態は、上記第３〜第５実施形態に対して、窓の曇り量を検知または推定して内外気切替ドア３７を外気導入モードの位置に切り替えるドア切り替え手段を設けることによって、窓の曇りを防止するものである。

ドア切り替え手段は、窓の曇り量が所定値よりも大きくなった場合に内外気切替ドア３７を外気導入モードの位置に切り替える。本例では上述の空調用制御装置（図示せず）が内外気切替ドア３７を切り替えるようになっている。窓の曇り量の推定は例えば、内気温度センサおよび内気湿度センサによって検出される内気温度および内気湿度に基づいて空調用制御装置が窓の曇り量を算出することで行うことができる。

図８は、空調用制御装置による内外気切替ドア３７の切り替え制御の概要を示すフローチャートである。空調用制御装置は、まずステップＳ２００にて内外気切替ドア３７を内気循環モード（内気循環側）の位置にする。次にステップＳ２１０にて窓の曇り量が所定値よりも大きいか否かを判定する。

ステップＳ２１０にて窓の曇り量が所定値よりも大きいと判定した場合には、ステップＳ２２０にて内外気切替ドア３７を外気導入モード（外気導入側）の位置に切り替える。そして、ステップＳ２３０にて窓の曇り量が所定値よりも小さいか否かを判定し、窓の曇り量が所定値よりも小さいと判定した場合には、ステップＳ２００に戻る。

ステップＳ２３０にて窓の曇り量が所定値以上であると判定した場合にはステップＳ２３０を繰り返す。なお、ステップＳ２１０にて窓の曇り量が所定値以下であると判定した場合にはステップＳ２１０を繰り返す。

本実施形態によると、車室１１内の水蒸気濃度が高くなって窓が曇った場合に外気を導入して車室１１内の水蒸気濃度を低下させることができるので、窓の曇りを防止することができる。

（他の実施形態）
なお、上記各実施形態は空気浄化装置の具体的配置位置の一例を示したものであり、これに限定されることなく空気浄化装置をトランクルームや車両の側壁部等に配置することができる。

また、上記第３実施形態では、空調用送風機２５に外気を導入する外気導入通路として外気流路３２のみを設け、この外気流路３２に透過膜モジュール３３を配置しているが、外気導入通路として外気流路３２とは別個の通路を外気流路３２と並列に設け、この別個の通路には透過膜モジュール３３を配置しないようにしてもよい。

また、上記各実施形態の構成を適宜組み合わせてもよいことはもちろんである。

第１実施形態の車両用空気浄化装置を搭載した車両の断面図である。 第２実施形態の外気出口部の開口方向の範囲を説明する図である。 第３実施形態の車両用空気浄化装置および車両用空調装置の断面図である。 図３の透過膜モジュールの斜視図である。 第４実施形態の車両用空気浄化装置および車両用空調装置の断面図である。 第５実施形態の車両用空気浄化装置および車両用空調装置の断面図である。 第６実施形態における空調用制御装置の制御を示すフローチャートである。 第７実施形態における空調用制御装置の制御を示すフローチャートである。

符号の説明

１４ 透過膜
１４ａ 一方の面
１４ｂ 他方の面
２０ 外気流路
２０ａ 外気入口部
２０ｂ 外気出口部
２１ 外気ダクト（流路形成部材）
２２ 内気流路
２３ 内気ダクト（流路形成部材）
２４ 外気送風機
２５ 内気送風機

Claims (15)

1. 外気が流れる外気流路（２０、３２）および内気が流れる内気流路（２２、３５）を形成する流路形成部材（２１、２３、３１）と、
   一方の面（１４ａ）が前記外気流路（２０、３２）の外気と接触し、かつ他方の面（１４ｂ）が前記内気流路（２２、３５）の内気と接触するように前記外気流路（２０、３２）と前記内気流路（２２、３５）との境目に配置され、前記外気流路（２０、３２）側と前記内気流路（２２、３５）側との間で気体を透過させる透過膜（１４）と、
   前記外気流路（２０、３２）に配置され、前記外気流路（２０、３２）に外気の流れを発生させる外気送風機（２４）とを備え、
   前記流路形成部材（２１、２３、３１）には、前記外気流路（２０、３２）に外気を流入させる外気入口部（２０ａ、３２ａ）と、外気を前記外気流路（２０、３２）の外部に流出させる外気出口部（２０ｂ、３２ｂ）とが形成され、
   前記外気出口部（２０ｂ、３２ｂ）での圧力から前記外気入口部（２０ａ、３２ａ）での圧力を引いた圧力差が車両停止時および車両走行時の両方において前記外気送風機（２４）の送風圧力以下となるように、前記外気入口部（２０ａ、３２ａ）および前記外気出口部（２０ｂ、３２ｂ）が構成されていることを特徴とする車両用空気浄化装置。
2. 前記外気入口部（２０ａ）の開口方向と車両前進方向とがなす角度を入口開口角度とし、前記外気出口部（２０ｂ）の開口方向と前記車両前進方向とがなす角度を出口開口角度としたとき、
   前記入口開口角度が前記出口開口角度以下となる配置関係で前記外気入口部（２０ａ）および前記外気出口部（２０ｂ）が構成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浄化装置。
3. 前記外気入口部（２０ａ）の開口方向となす角度が車両側面側、車両上面側および車両正面側のいずれからから見ても９０度以下になる方向の範囲を第１の範囲とし、
   前記外気入口部（２０ａ）の開口方向に対して左右対称な方向となす角度が車両側面側、車両上面側および車両正面側のいずれからから見ても９０度以下になる方向の範囲を第２の範囲としたとき、
   前記第１の範囲内または前記第２の範囲内に前記外気出口部（２０ｂ）の開口方向が設定されていることを特徴とする請求項２に記載の車両用空気浄化装置。
4. 前記外気入口部（２０ａ）の開口面積が前記外気出口部（２０ｂ）の開口面積以上となる面積関係で前記外気入口部（２０ａ）および前記外気出口部（２０ｂ）が構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の車両用空気浄化装置。
5. 前記外気送風機（２４）を停止させる送風機停止手段を備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の車両用空気浄化装置。
6. 前記送風機停止手段（Ｓ１１０、Ｓ１２０）は、外気の臭気濃度が所定値以上になっているときに前記外気送風機（２４）を停止させることを特徴とする請求項５に記載の車両用空気浄化装置。
7. 前記内気流路（２２、３５）に内気の流れを発生させる内気送風機（２５）を備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の車両用空気浄化装置。
8. 前記外気送風機（２４）および前記内気送風機（２５）のうち少なくとも一方の送風機を停止させる送風機停止手段を備えることを特徴とする請求項７に記載の車両用空気浄化装置。
9. 前記送風機停止手段（Ｓ１１０、Ｓ１２０）は、外気の臭気濃度が所定値以上になっているときに前記少なくとも一方の送風機を停止させることを特徴とする請求項８に記載の車両用空気浄化装置。
10. 請求項７ないし９のいずれか１つに記載の車両用空気浄化装置と、
    送風空気を発生させる空調用送風機（２５）と
    前記送風空気の冷却および加熱の少なくとも一方を行う熱交換器（３９）とを備え、
    前記空調用送風機（２５）は前記内気送風機（２５）であり、
    前記送風空気は、前記内気流路（３５）から供給される内気であることを特徴とする車両用空調装置。
11. 前記空調用送風機（２５）に外気を導入する外気導入通路（３２）と、
    前記内気流路（３５）と前記外気導入通路（３２）とを切替開閉する内外気切替ドア（３７）とを備え、
    前記送風空気は、前記内気流路（３５）から供給される内気、および前記外気導入通路（３２）から供給される外気であり、
    前記外気導入通路（３２）の少なくとも一部は前記外気流路によって構成されていることを特徴とする請求項１０に記載の車両用空調装置。
12. 前記透過膜（１４）は前記内外気切替ドア（３７）に配置されていることを特徴とする請求項１１に記載の車両用空調装置。
13. 前記内外気切替ドア（３７）が前記外気導入通路（３２）を開けているときに前記外気送風機（２４）を停止または逆転させる送風機制御手段（４０）を備えることを特徴とする請求項１１または１２に記載の車両用空調装置。
14. 車両の窓の曇り量が所定値以上になっているときに前記内外気切替ドア（３７）を前記外気導入通路（３２）の開放位置に切り替えるドア切り替え手段（Ｓ２１０、Ｓ２２０）を備えることを特徴とする請求項１１ないし１３のいずれか１つに記載の車両用空調装置。
15. 前記送風空気中の臭気を除去するフィルタ（３８）を備えることを特徴とする請求項１０ないし１４のいずれか１つに記載の車両用空調装置。
    

Images