JP3808096B2 - 車両室内へ供給される空気流から有害物質並びに芳香物質を除去する装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求の範囲第１項の上位概念に記載の分野の、車両室内へ供給される空気流から有害物質並びに芳香物質を除去する装置に関するものである。
ドイツ特許出願ＤＥ３５３２４６３Ａ１から自動車の空調装置が知られており、この空調装置においては空気案内通路内に除塵フィルタと除臭フィルタが配置されている。この種の除臭フィルタは、その表面構造によって芳香物質を吸着する材料からなる。この種のフィルタの吸着能力は制限されているので、時間が経つにつれて吸着能力が低下し、貯蔵された物質の一部が再び遊離されて空気流によって再び車両室内へ運ばれる。予め決定された駆動時間の後にこのフィルタ部材は交換される。サービスインターバルをあまり短くはできないので、それに応じてこの種のフィルタは体積及び／またはパッキング密度に関して大きく設計されなければならず、それが必要とされる組み込み空間と発生する圧力損失に関して欠点となる。さらに、公知のフィルタによってはわずかな種類のにおい物質または有害物質しか捕捉できない。
ドイツ特許公報ＤＥ３５１７１０５１Ｃ１には、ガス流から有害物質を連続的に除去する方法が記載されている。そのために吸着剤を充填されたドラムが設けられており、浄化すべきガスがそのドラムへ導入され、かつそのドラムに二本の導管が接続されており、その導管を通ってガスが排出される。ドラム内には決まった空気流は形成されないので、個々のゾーンへの供給は基本的に吸着剤内部と出てゆく導管における流れ抵抗に関する。ドラム内の堆積密度によって高い圧力損失が発生するので、ガス流を発生させるためには大きなエネルギー消費が必要とされる。さらに、公知の装置においては反応材料を脱着するためには、脱着された有害物質を吸収したガス流成分を反応体全体を通して該当する出てゆく導管まで案内しなければならない。
ドイツ特許公報ＤＥ４０２３９９５Ｃ２からは、光子を照射される半導体ベースの光触媒を用いて自動車内で外気並びに内部空気を浄化する装置が知られている。この種の装置を駆動するために光源として水銀蒸気ランプが必要であり、この水銀蒸気ランプが弾性的な材料を使用して車両内に固定された触媒ベッドに保持されている。
本発明の課題は、車両室内へ供給される空気の高い清浄度を得ることができ、そして連続的かつ保守のいらない駆動が可能である、請求の範囲第１項の上位概念に記載の分野の有害物質並びに芳香物質を除去する装置を提供することである。
この課題は請求の範囲第１項の特徴によって解決される。
本発明の主要な利点は、存在している吸着材料全体から常に一部が吸着剤または吸収剤として浄化すべき空気流内に位置し、他の部分は脱着空気流によって浄化されることにある。このようにして完全に保守のいらない駆動において常に高い吸着ないし吸収能力が得られる。吸着材料の全量を少なく抑えることができる。というのは、再生された材料を使用することができ、駆動期間に伴って増大する汚染が発生しないからである。空気流通路が分離されていることによって反応材料に定まった供給が行われ、平坦な壁部材として形成することによって流れ抵抗ないし圧力降下が小さく抑えられる。空気の流れ方向を逆にすることによって最大の汚染を有する反応体の部分が空気送り開口部へ向けられるという利点が得られる。
本発明対象の好ましい実施形態によれば、空気流通路は共通の主空気室と二つの分離された副空気室によって形成されており、反応体のそれぞれが主空気室と一方の副空気室との間に配置されており、その場合に空気流制御部材が主空気室と副空気室内に配置されており、その空気流制御部材によって反応体が吸着駆動から脱着駆動へ、そしてその逆へと交互に切り替え制御可能となる。その場合に吸着駆動にある反応体の下流側は車両室内と、そして脱着駆動にある反応体の下流側が車両の外部と接続されている。この種の配置によって反応体が固定的に配置されるという利点が得られ、その場合に空気流は空気流制御部材によって予め決定されたサイクルに従って択一的に反応体を通して案内される。
しかしその代わりに、回転する反応体を有するハウジングを設けてそのハウジングを通して空気流通路をハウジングの室内へ導くことも可能であって、その場合に反応体のセクターが吸着空気流の室から脱着空気流の室へ移動され、そしてその逆が行われる。回転する反応体を有する装置においては空気流制御部材は省くことができる。しかし、その代わりに反応体を駆動する適当な駆動装置が必要となる。この種の反応体は予め決定された時間サイクルに従って好ましくは歩進的に移動され、その場合に歩進角度は最大で１８０°、しかし好ましくは未満９０°とすることができる。あるいはその代わりに反応体を連続的に回転させることも可能である。
脱着作用は、幾つかの吸着材料の場合には熱が供給されると増大される。従って、吸着剤を脱着するために反応体の前に加熱装置、特にＰＴＣ加熱装置または水が環流する加熱体が配置されていると効果的である。加熱装置は反応体の前に配置されて脱着空気流を加熱するので、脱着は断熱的に行われる。必要な空気流を発生させるために少なくとも一つの送風機を設けることが必要であって、その場合に適当な構成によって送風機を出て行く空気流全体が脱着空気流と吸着空気流に分割される。しかし同様に脱着空気流のために別の送風機を設けることも可能である。粒子による吸着材料の汚れを防止するために、反応体の前の空気通路内に従来の構造の粒子フィルタを配置することができる。
吸着体材料としては活性炭、ゼオライト、酸化アルミニウム並びにシリカゲルが考えられる。その場合に、反応体をこれらの材料の少なくとも二つの組合わせまたは混合から形成することも可能である。異なる吸着体の組合わせまたは混合によって、吸着される有害物質並びに芳香物質のスペクトルが拡大されるという利点がある。所定の吸着体材料がその構造のために混合に適していない場合には、吸着材料の組合わせを、種々の材料を空気流開口部に対して横方向に延びる層として配置することによって、達成することができる。
特に少なくとも部分的にゼオライトまたはシリカゲルを含む反応体の場合には、有害物質と芳香物質の除去の他に空気流から水分が引き出されるので、浄化されただけでなく乾燥もされた空気が車両室内へ供給される。脱着空気流によって脱着モードにおいて反応体から水分も放出される。
反応体は吸着材料のモノリスまたは堆積として形成することができる。しかしまた支持体構造の上に吸着材料をコーティングの形状で塗布することも可能であって、その場合に支持体構造は伝熱体発泡プラスチックまたは格子とすることができる。有害物質と芳香物質の他に空気流からウィルスと微生物も引き出すことができるので、吸着材料の他に酸化銅または貴金属のコーティングを有する面が設けられている。吸着材料の汚染がひどい場合には、反応体の再生を促進するために、蒸気の吹出しまたは洗浄ガスを用いて反応体を濯ぐ装置を設けると効果的である。
【図面の簡単な説明】
有害物質と芳香物質を除去する装置の実施例を、図面を用いて以下で詳細に説明する。
第１図は、自動車用の空気浄化装置の概略を示すものであり、
第２図は、第１図に示す装置を第二駆動位置において示すものであり、
第３図は、別に供給される脱着空気流を有する空気浄化装置を示すものであり、
第４図は、第３図に示す装置を第二駆動位置において示すものであり、
第５図は、回転する反応体を示すものである。
発明を実施するための最良の形態
第１図と第２図に示す車両室内へ供給される空気流２を浄化する装置１は、ハウジング３内に配置された二つの反応体４、５を有し、これら反応体は互いに平行に配置され、かつ両者間には共通の主空気室６が形成されている。反応体４、５は平坦な壁部材として形成されており、他方の側がそれぞれ副空気室７、８を画成しており、これら副空気室は反応体の長手方向に対して平行に延びている。各反応体４、５は副空気室７、８と主空気室６との間に空気を透過する壁を形成している。主空気室６と副空気室７、８の空気流入室９側の端部は開放されており、その場合に主空気室６の入り口側には主空気室６へ流入する空気流を加熱する加熱装置１０が設けられている。
主空気室６と各副空気室７、８内にはフラップとして形成された空気流制御部材１１、１２、１３が配置されており、フラップはそれぞれの室６、７、８内で対角線に延びており、フラップ中心の揺動軸Ｓ₁、Ｓ₂、Ｓ₃を中心に揺動可能でるあるので、空気流制御部材は空気室６、７、８の対角線によって決定される端部位置間で切り替え可能である。すべての空気流制御部材１１、１２、１３は好ましくは共通の駆動装置によって同時に操作される。主空気室６内の空気流制御フラップ１１が主空気室を、二つの可能な位置のそれぞれにおいて前方の領域６’と後方の領域６”に分割する。主空気室６の領域６”に設けられた開口部１４に、図示されていない車両室内へ通じる空気通路１５が接続されている。
副空気室７、８には空気送り開口部１６、１７が設けられており、この空気送り開口部は空気流入室とは反対側の端部に位置し、かつ空気送り通路１６’１７’に接続されている。空気送り開口部１６、１７はそれぞれ空気流制御部材１２、１３の位置に従って閉鎖可能であって、その場合に常に空気送り開口部の一方が閉鎖され、他方が開放されている。
ハウジング３の空気流入室９の前にラジアル回転輪１９を有する送風機１８が配置されており、この送風機は空気を矢印２０に示すように吸引して（この空気はたとえば車両室内から排出された空気とすることができる）、拡散装置２１を通して空気流入室９へ流れる空気流を発生させる。この空気流は吸着空気流２２と、まず加熱装置１０を通過する脱着空気流２３に分割される。吸着空気流２２は第１図に示すように、空気流制御部材１１、１２、１３の位置によって反応体４を通して案内されて、そこで浄化され、その場合にこの浄化は有害物質と芳香物質の吸着および／または吸収である。反応体４から吸着空気流が主空気室６の領域６”へ流入して、開口部１４と空気通路１５を通って浄化された空気流２として主空気室を出て行き、その空気流が車両室内へ供給される。
脱着空気流２３は暖房装置１０から主空気室６の領域６’へ流入して空気流制御部材１１の位置に従って反応体５を通して案内され、そこで脱着材料の表面に貯蔵されている有害物質と芳香物質を吸収する。反応体５を出て行く脱着空気流は副空気室８に設けられた空気送り開口部１７を通って流出し、周囲空気へ放出される。第２図に示すように、空気流制御部材１１、１２、１３が第二位置へ移動された場合には、反応体５は空気流制御部材１１、１２、１３の位置に従って吸着空気流２２を浄化するために用いられ、吸着空気流は主空気室６の領域６”へ達してそこから浄化された空気流２として車両室内へ供給される。同時に脱着空気流２３は反応体４を通って副空気室７へ導入されて、空気送り開口部１６と空気送り通路１６’を通って流出する。
第３図と第４図に示す装置は、上述した装置とは、副空気室７、８が空気流入室９に接続されておらず、分離された空気流を供給されることによって異なっている。装置全体は空気案内通路２５内に配置されており、この空気案内通路に車両室内から排出された空気が矢印２６に示すように供給される。空気流内の大きな不純物を除去するために粒子フィルタ２７が設けられているので、吸着空気流はそれぞれ接続された反応体４または５に汚れをもたらさない。車両の外側と接続された空気通路２９が送風機３０の吸引通路へ通じており、この送風機は脱着空気流２３を発生させるためだけに用いられる。また粒子フィルタを空気通路２９内に配置し、それによって外気内にある汚れも反応体に付着しないようにすることも可能である。その他の点では装置の機能は第１図と第２図について説明したものと同一であるので、それに関する記載を参照することができる。
第５図には、第３図および第４図に示す静止した反応体４、５の代わりに使用することのできる、回転する反応体３２が図示されている。ディスクの形状を有する反応体３２はハウジング３３内に設けられており、ハウジングは吸着空気流用の室３５と脱着空気流用の室３６に分割されている。各室３５、３６内において、反応体は空気の流れ方向に対して横方向に延びる空気を透過する平坦な壁部材を形成している。反応体は駆動軸３７を有し、この駆動軸によって反応体は回転軸３８を中心に矢印３９方向に回転する。接続スリーブ４１を通して吸着空気流２２が室へ流入し、この室内に設けられている反応体部分によって浄化され、それによってその後空気案内通路３４を通して浄化された空気流２として車両室内へ供給することができるようになる。脱着空気流２３はまず加熱装置１０を通して案内されて、その後接続スリーブ４０を通して脱着空気流用の室３６へ供給される。この室３６内に設けられている反応体部分から吸着材料内に貯蔵されていた有害物質が吸収されて、空気送り通路４２を通して外部へ案内される。
上述した装置はそれぞれ吸着材料に応じて異なる有害物質並びに芳香物質を吸収することができ、その場合に種々の材料の混合または組合わせにより除去される物質の種類のスペクトルが増大される。除去すべき物質の例として、特にエーテル並びにベンゼンなどの炭化水素と、同様にアルコール、硫化水素、アミン、アンモニア、ニコチン、カルボン酸、ハロゲン化物並びに塩化メチレンが挙げられる。特に強調すべきことは、さらに本装置によって車両が空気へ放出するすべての排ガス成分も、そしてその反応生成物も濾過されることであって、その反応性生物のうち特にオゾンを挙げることができる。車両室内へ供給される空気の浄化は車両搭乗者の健康に対する重要な貢献であって、さらに交通安全性も向上させる。というのは吸着空気流から水分を引き出すことによって車両室内へ乾燥した空気が供給され、それによって窓ガラスの曇りが防止されるからである。

Claims (16)

1. （１．１）車両室内へ供給される空気流から有害物質及び芳香物質を除去する装置であって、
   （１．２）この装置は、空気案内ハウジングを有しており、
   （１．３）その中に有害物質と芳香物質を吸着する少なくとも１つの反応体が配置されており、
   （１．４）空気案内ハウジング内に、互いに分離された２つの平行な空気流通路が形成されており、
   （１．５）かつ、空気流通路のそれぞれの中に、吸着剤を有する反応体が設けられており、
   （１．６）この反応体が、平坦な壁として形成されており、
   （１．７）かつ、一方の空気流通路内で吸着剤に吸着空気流が供給されており、
   （１．８）かつ、他方の空気流通路内で吸着剤に脱着空気流が供給されており、
   （１．９）反応体内の空気の流れ方向が、吸着駆動におけるのと脱着駆動におけるのとでは、反対方向になる、
   ことを特徴とする装置。
2. 空気流通路が共通の主空気室と二つの分離された副空気室によって形成されており、反応体のそれぞれが主空気室と一方の副空気室の間に配置されており、空気流制御部材が主空気室と副空気室内に設けられており、その空気流制御部材によって反応体が吸着駆動から脱着駆動へそしてその逆へと交互に切り替え制御可能であって、吸着駆動にある反応体の下流側が車両室内と、脱着駆動にある反応体の下流側が車両の外部とに接続されていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。
3. 回転する反応体を有するハウジングが設けられており、そのハウジングを通してハウジングの室への空気流通路が案内されており、反応体のセクターが吸着空気流用の室から脱着空気流用の室へ移動され、かつその逆に移動されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。
4. 反応体の回転が予め設定された時間サイクルに従って歩進的に行われることを特徴とする請求の範囲第３項に記載の装置。
5. 反応体が連続的に回転されることを特徴とする請求の範囲第３項に記載の装置。
6. 吸着剤の脱着のために反応体の前に加熱装置、特にＰＴＣ加熱装置または水の還流する加熱体が配置されていることを特徴とする請求の範囲第２項または第３項に記載の装置。
7. 送風機が設けられており、送風機の吸引側が車両室内の排気通路と接続され、圧力側が主空気室並びにそれぞれ吸着空気流を案内する副空気室と接続されていることを特徴とする請求の範囲第２項に記載の装置。
8. 送風機が設けられており、送風機の吸引側が車両の外側と接続され、圧力側が主空気室あるいは脱着空気流用の室だけと接続されていることを特徴とする請求の範囲第２項から第６項までのいずれか１項に記載の装置。
9. 吸着空気流および／または脱着空気流用に少なくとも一つの粒子フィルタが設けられていることを特徴とする請求の範囲第１項から第８項までのいずれか１項に記載の装置。
10. 反応体が次に示す吸着材料、すなわち活性炭、ゼオライト、酸化アルミニウム、シリカゲルの少なくとも一つからなることを特徴とする請求の範囲第１項から第９項までのいずれか１項に記載の装置。
11. 反応体が上記材料の少なくとも二つの材料の組合わせまたは混合からなることを特徴とする請求の範囲第１０項に記載の装置。
12. 組み合わせる場合に種々の材料が空気の流れ方向に対して横方向に延びる層になって配置されていることを特徴とする請求の範囲第１１項に記載の装置。
13. 反応体が吸着材料のモノリスまたは堆積として形成されていることを特徴とする請求の範囲第１０項から第１２項までのいずれか１項に記載の装置。
14. 反応体が、伝熱体、発泡プラスチックまたは格子上に吸着材料をコーティングしたものとして形成されていることを特徴とする請求の範囲第１０項から第１２項までのいずれか１項に記載の装置。
15. 吸着材料に加えて酸化銅または貴金属のコーティングを有する面が設けられていることを特徴とする請求の範囲第１０項から第１４項までのいずれか１項に記載の装置。
16. 蒸気の吹出しまたは洗浄ガスを用いて反応容器を濯ぐ装置が設けられていることを特徴とする請求の範囲第１項から第１５項までのいずれか１項に記載の装置。

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