JP4725399B2 - 車両用空気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、外気を直接導入することなく車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する車両用空気浄化装置に関する。

本出願人は、先に、特許文献１にてこの種の車両用空気浄化装置を提案している。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、酸素および二酸化炭素以外の物質を透過させない性質を持つ透過膜の片面側に内気を接触させるとともに、透過膜の他面側に外気を接触させている。

そして、車室内の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他面側の外気の酸素のみが透過膜を透過して車室内に導入されるとともに片面側の内気の二酸化炭素のみが透過膜を透過して車室外に放出される。

換言すれば、車室外と車室内とで酸素と二酸化炭素のみがガス交換される。これにより、外気を直接導入することなく車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車室内に侵入することを防止できる。
特開２００４−２０３３６７号公報

しかしながら、本発明者の詳細な検討によると、この従来技術では、透過膜の片面側近傍および他面側近傍の空気が淀んでいると、ガス交換された空気が透過膜の表面近傍に滞留してしまうので、透過膜の片面側と他面側の濃度差がすぐになくなってしまい、ガス交換が十分に行われなくなるという問題があることがわかった。

本発明は、上記点に鑑み、透過膜によるガス交換を効果的に行うことが可能な車両用空気浄化装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、外気と接触する第１の面（２１ａ）と、その反対側の面であって内気と接触する第２の面（２１ｂ）とを有し、第１の面（２１ａ）側の第１空間（４３）と第２の面（２１ｂ）側の第２空間（４４）の酸素濃度および二酸化炭素濃度を均一にするように酸素および二酸化炭素を選択的に透過させる透過膜（２１）と、
第１空間（４３）に外気の流れ（Ｂ）を発生させる外気流れ発生手段（２３、２４）と、
第１空間（４３）と第２空間（４４）とを連通する連通部と、
第２空間（４４）に内気を導入する内気導入部（１６ａ）と、
連通部および内気導入部（１６ａ）を開閉して、第２空間（４４）に内気と外気とを切り替え導入する開閉手段（６３）とを備え、
透過膜（２１）は開閉手段（６３）に設けられ、連通部および内気導入部（１６ａ）を開閉することを第１の特徴とする。

これによると、第１空間（４３）に外気の流れ（Ｂ）が発生するので、透過膜（２１）によってガス交換された外気が第１空間（４３）に滞留することを回避できる。このため、第１空間（４３）と第２空間（４４）の濃度差がすぐになくなってしまうことを回避できるので、ガス交換を効果的に行うことができる。

本発明は、具体的には、外気流れ発生手段が、外気を圧送する外気送風機（２４）であるので、外気送風機（２４）によって第１空間（４３）に強制的に外気の流れ（Ｂ）を発生させることができる。

また、本発明は、具体的には、外気流れ発生手段が、第１空間（４３）と、第１空間（４３）よりも静圧が低い低圧空間（１１ｂ、６２）とを連通する連通路（２３）であってもよい。

これによると、第１空間（４３）と低圧空間（１１ｂ、６２）との静圧差によって第１空間（４３）の外気を低圧空間（１１ｂ、６２）に吸い出すことができるので、簡素な構成によって第１空間（４３）に外気の流れ（Ｂ）を発生させることができる。

本発明は、より具体的には、車室内（１２）に向かって空気が流れる空気通路を形成する空調ケース（１１）と、空調ケース（１１）内に配置され空気を冷却する冷却用熱交換器（２８）と、空調ケース（１１）内と車室外とを連通し冷却用熱交換器（２８）で発生する凝縮水を車室外に排水する排水部（１１ｂ）とを備える車両用空調装置（１０）に適用される車両用空気浄化装置であって、
低圧空間が排水部（１１ｂ）である。

これによると、排水部（１１ｂ）では空調ケース（１１）内を流れる空気の一部が凝縮水とともに車室外へと流れているので、排水部（１１ｂ）の静圧が第１空間（４３）よりも低くなっている。

したがって、第１空間（４３）と排水部（１１ｂ）とを連通すれば、第１空間（４３）の外気を排水部（１１ｂ）に吸い出すことができるので、既存の排水部（１１ｂ）を利用して第１空間（４３）に外気の流れ（Ｂ）を発生させることができる。

また、本発明は、より具体的には、低圧空間が、車両外部であって車両走行時に走行風が流れる空間（６２）であってもよい。

また、本発明は、具体的には、第１の面（２１ａ）のうち外気の流れ（Ｂ）方向下流側部位が外気の流れ（Ｂ）方向上流側部位よりも下方に傾斜するように透過膜（２１）が配置されている。

これによると、外気とともに進入して第１の面（２１ａ）に付着する雨滴や粉塵等を、外気の流れ（Ｂ）と重力の両者を利用して第１の面（２１ａ）から排除できる。このため、第１の面（２１ａ）に雨滴や粉塵等が付着することによって酸素および二酸化炭素の透過性能が低下することを防止できる。

また、本発明は、具体的には、第１の面（２１ａ）を重力方向と平行になるように透過膜（２１）を配置すれば、第１の面（２１ａ）に付着する雨滴や粉塵等に重力をより作用させることができるので、第１の面（２１ａ）から雨滴や粉塵等をより効果的に排除できる。

また、本発明は、具体的には、透過膜（２１）が波状に折られており、
透過膜（２１）の折り目が延びる方向（Ｃ）が外気の流れ（Ｂ）方向と平行になるように透過膜（２１）が配置されている。

これによると、透過膜（２１）が波状に折られているので、透過膜（２１）の表面積を大きくすることができる。さらに、透過膜（２１）の折り目が延びる方向（Ｃ）が外気の流れ（Ｂ）方向と平行になるように透過膜（２１）が配置されているので、第１の面（２１ａ）に付着する雨滴や粉塵等が外気の流れによって折り目に沿って移動することができる。このため、折り目が第１の面（２１ａ）に付着した雨滴や粉塵等の排除の妨げとなることを回避できる。

また、本発明は、具体的には、開閉手段（６３）を開閉駆動する駆動手段（６５）と、
外気を車室内（１２）に導入する必要性があると判定したときには連通部を開くように開閉手段（６３）を制御し、外気を車室内（１２）に導入する必要性がないと判定したときには連通部を閉じるように開閉手段（６３）を制御する制御手段（４５）とを備える。

これによると、外気を車室内（１２）に導入する必要性があるときのみ外気を車室内（１２）に導入するので、外気中の汚染物質（排気ガス、粉塵等）が車室内（１２）に侵入することを抑制できる。

また、本発明は、外気と接触する第１の面（２１ａ）と、その反対側の面であって内気と接触する第２の面（２１ｂ）とを有し、第１空間（４３）と第２空間（４４）の酸素濃度および二酸化炭素濃度を均一にするように酸素および二酸化炭素を選択的に透過させる透過膜（２１）と、
第２空間（４４）に内気の流れ（Ａ）を発生させる内気流れ発生手段（１５）と、
第１空間（４３）と第２空間（４４）とを連通する連通部と、
第２空間（４４）に内気を導入する内気導入部（１６ａ）と、
連通部および内気導入部（１６ａ）を開閉して、第２空間（４４）に内気と外気とを切り替え導入する開閉手段（６３）とを備え、
透過膜（２１）は開閉手段（６３）に設けられ、連通部および内気導入部（１６ａ）を開閉することを第２の特徴とする。

これによると、第２空間（４４）に内気の流れ（Ａ）が発生するので、透過膜（２１）によってガス交換された内気が第２空間（４４）に滞留することを回避できる。このため、第１空間（４３）と第２空間（４４）の濃度差がすぐになくなってしまうことをより回避できるので、ガス交換を効果的に行うことができる。

本発明は、具体的には、内気流れ発生手段が、内気を圧送する内気送風機（１５）であるので、内気送風機（１５）によって第２空間（４４）に強制的に内気の流れ（Ａ）を発生させることができる。

本発明は、より具体的には、車室内（１２）に向かって空気を送風する空調用送風機（１５）と、空気が流れる空気通路を形成する空調ケース（１１）と、空調ケース（１１）内に配置され空気を冷却する冷却用熱交換器（２８）とを備える車両用空調装置（１０）に適用される車両用空気浄化装置であって、
内気送風機が空調用送風機（１５）である。

これにより、既存の空調用送風機（１５）を利用して第２空間（４４）に内気の流れ（Ａ）を発生させることができるので、コストの低減と体格の小型化とを図ることができる。

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）
以下、本発明の第１実施形態について図１〜図３に基づいて説明する。図１は本発明による車両用空気浄化装置を搭載した車両の概要を示す模式図である。本実施形態による車両用空気浄化装置は車両用空調装置１０と一体化された構成になっている。

車両用空調装置１０の空調ケース１１は車室内１２の最前部に配置される計器盤（図示せず）の内側部に配置され、車室内１２へ向かって流れる空気の通路を形成する。車室内１２と車両エンジンルーム１３は隔壁（ダッシュボード）１４により仕切られている。

空調ケース１１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。空調ケース１１の上流端には空調用送風機１５が配置され、空調用送風機１５のケース１６に遠心式送風ファン１７が収納され、駆動用モータ１８にて送風ファン１７を回転駆動する。なお、空調用送風機１５は本発明における内気送風機に該当するものである。

空調用送風機１５のケース１６には内気吸入口１６ａが設けられ、この内気吸入口１６ａから車室内１２の空気（内気）を導入する。空調用送風機１５の送風ファン１７が回転すると、図１の矢印Ａのように内気吸入口１６ａから導入された内気が空調ケース１１側へ向かって送風される。

空調用送風機１５のケース１６の上面には開口部１６ｂが開口しており、この開口部１６ｂには車室外の空気（外気）を導入する外気導入ダクト１９の一端部１９ａが接続されている。外気導入ダクト１９の他端部１９ｂは隔壁（ダッシュボード）１４の上部に接続され、車両の外気吸入口２０と連通している。この外気導入ダクト１９はポリプロピレン等の樹脂にて成形される管状部材であり、外気吸入口２０を通じて外気を導入する。

外気導入ダクト１９の一端部１９ａ側部位には、車室内１２の二酸化炭素と車室外の酸素とをガス交換する透過膜２１（詳細は後述）と、透過膜２１を支持する支持部材２２（詳細は後述）とが配置されている。外気導入ダクト１９はこの透過膜２１によって閉塞されているので、常に外気が空調用送風機１５のケース１６内に直接流入しないようになっている。

外気導入ダクト１９のうち透過膜２１近傍の壁面には、外気導入ダクト１９内の外気を車室外に排出する外気排出口１９ｃが開口しており、外気排出口１９ｃは外気排出ホース２３を介して車室外（本例では車両下方）に連通している。

外気排出ホース２３の中間部には外気を圧送する外気送風機２４が配置され、外気送風機２４のケース２５に遠心式送風ファン２６が収納され、駆動用モータ２７にて送風ファン２６を回転駆動する。

外気送風機２４の送風ファン２６が回転すると、図１の矢印Ｂ、Ｃのように外気導入ダクト１９内の外気が外気排出ホース２３を介して車室外に排出される。なお、遠心式送風ファン２６の代わりに軸流式送風ファンを用いてもよい。

次に、空調用送風機１５の下流側には冷却用熱交換器として蒸発器２８が配置されている。この蒸発器２８は車両エンジン（図示せず）により駆動される圧縮機２９を持つ冷凍サイクルに設けられるものであって、蒸発器２８に流入した低圧冷媒が空調用送風機１５の送風空気から吸熱して蒸発することにより送風空気を冷却する。

本例では、圧縮機２９として、電磁クラッチ３０の断続により圧縮機作動の稼働率を変化させて冷媒吐出能力を調整する固定容量型圧縮機を使用しており、車両エンジンの動力が電磁クラッチ３０を介して伝達される。なお、圧縮機２９として、吐出容量の変化により冷媒吐出能力を調整できる可変容量型圧縮機を使用してもよい。

空調ケース１１のうち、蒸発器２８の下方部分は、蒸発器２８で発生する凝縮水（ドレン水）を受ける凝縮水受け部１１ａを構成している。そして、この凝縮水受け部１１ａの最低部位から車両下方へ突き出すパイプ状の排水部１１ｂを空調ケース１１に配置している。

空調ケース１１内で、蒸発器２８の下流側に車両エンジンの温水（冷却水）を熱源として空気を加熱する温水式ヒータコア（加熱用熱交換器）３１が配置されている。そして、このヒータコア３１の側方にはバイパス通路３２が形成されて、ヒータコア３１をバイパスして空気が流れるようになっている。

蒸発器２８とヒータコア３１の間に板状ドアからなるエアミックスドア３３が回動可能に配置されている。このエアミックスドア３３は温度調節手段であり、ヒータコア３１を通過する温風とバイパス通路３２を通過する冷風との風量割合を調節することにより車室内への吹出空気温度を調節する。ヒータコア３１からの温風とバイパス通路３２からの冷風がヒータコア３１下流側で混合して所望温度の空気を作り出すことができる。

さらに、空調ケース１１の下流端部には、吹出モード切替部を構成するデフロスタ開口部３４とフェイス開口部３５とフット開口部３６が開口している。デフロスタ開口部３４は図示しないデフロスタダクトを介して車両フロント窓ガラス内面に空気を吹き出すもので、回動自在な板状のデフロスタドア３７により開閉される。

また、フェイス開口部３５は図示しないフェイスダクトを介して車室内乗員の上半身に向けて空気を吹き出すもので、回動自在な板状のフェイスドア３８により開閉される。また、フット開口部３６は図示しないフットダクトを介して車室内乗員の足元に向けて空気を吹き出すもので、回動自在な板状のフットドア３９により開閉される。

上記した吹出モードドア３７、３８、３９は共通のリンク機構４０に連結され、このリンク機構を介してサーボモータからなる電気駆動装置４１により駆動される。なお、エアミックスドア３３も、サーボモータからなる電気駆動装置４２により駆動される。

なお、本実施形態においては、吹出モードドア３７、３８、３９の開閉により、フェイス開口部３５を全開してフェイス開口部３５から車室内乗員の上半身に向けて空気を吹き出すフェイスモードと、フェイス開口部３５とフット開口部３６の両方を開口して車室内乗員の上半身と足元に向けて空気を吹き出すバイレベルモードと、フット開口部３６を全開するとともにデフロスタ開口部３４を小開度だけ開口して、フット開口部３６から主に空気を吹き出し、デフロスタ開口部３４から少量の空気を吹き出すフットモードと、デフロスタ開口部３４およびフット開口部３６を同程度開口することにより、フットモードに比較してフット開口部３６からの吹出風量を減少させ、デフロスタ開口部３４からの吹出風量を増加させるフットデフロスタモードと、デフロスタ開口部３４を全開してデフロスタ開口部３４から車両フロント窓ガラス内面に空気を吹き出すデフロスタモードとを設定できるようになっている。

次に、透過膜２１について詳細に説明する。図２は透過膜２１と、透過膜２１を支持する支持部材２２の斜視図である。

透過膜２１は第１の面２１ａとその反対側の第２の面２１ｂとを有し、空気中の酸素および二酸化炭素を透過させ、酸素および二酸化炭素以外の物質を透過させない膜である。より具体的には、透過膜２１の第１の面２１ａ側の第１空間４３（図１、図３を参照）と透過膜２１の第２の面２１ｂ側の第２空間４４（図１、図３を参照）の酸素濃度および二酸化炭素濃度を均一にするように、第１空間４３から第２空間４４へと、あるいは第２空間４４から第１空間４３へと酸素および二酸化炭素を透過させる。

この透過膜２１として、例えば、ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）等の高分子を含む有機材料や、セラミック等から構成される膜を用いることができる。本例では、矩形状の透過膜２１を三角波状に折っている。

図示の都合上、図２では透過膜２１の折り目が７本（山折りの折り目が４本、谷折りの折り目が３本）になっているが、実際には無数の折り目が設けられている。このように透過膜２１を三角波状に無数に折ることによって透過膜２１の表面積を大きくして酸素および二酸化炭素の透過量を増やすことができる。

支持部材２２は、その中央部に空気流通用の矩形状開口部２２ａが形成された全体として矩形枠状の部材である。支持部材２２のうち矩形状開口部２２ａの周縁部２２ｂには三角波状に折られた透過膜２１の形状に合わせて突出する突出部２２ｃが形成されている。

この突出部２２ｃの突出側の端面２２ｄに、透過膜２１の第２の面２１ｂ側の周縁部が溶着、接着等されて固着している。

図３は車両用空調装置１０の要部拡大断面図であり、透過膜２１近傍の断面図である。本例では、外気導入ダクト１９は一端部１９ａ側が下方側に延び、他端部１９ｂ側が車両前方側に延びたＬ字形状を有しており、その断面形状が矩形状に形成されている。本例では、外気導入ダクト１９の外気排出口１９ｃは他端部１９ｂと反対側（車両後方側）を向いて開口している。

外気導入ダクト１９の内部であって外気排出口１９ｃと一端部１９ａとの間には、支持部材２２が当接する受け面１９ｄが外気導入ダクト１９と一体成形されている。より具体的には、受け面１９ｄは外気導入ダクト１９の内周面の全周から外気導入ダクト１９の内方に向かって水平に延びており、その中央部に空気流通用の矩形状開口部１９ｅを形成している。

この受け面１９ｄに、支持部材２２の下面（透過膜２１と反対側の面）が当接している。そして、支持部材２２と外気導入ダクト１９とがねじやクリップ等の固定手段によって固定されている。

したがって、透過膜２１は、第１の面２１ａが外気導入ダクト１９の一端部１９ａと反対側（本例では上方側）を向き、第２の面２１ｂが一端部１９ａ側（本例では下方側）を向いて外気導入ダクト１９に固定されている。また、本例では、透過膜２１の折り目が延びる方向（図２、図３の矢印Ｄ）が略水平かつ外気排出口１９ｃ側（本例では車両後方側）を向いている。

次に、本実施形態における電気制御部の概要を図１に基づいて説明すると、空調用電子制御装置４５はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータと、その周辺回路にて構成されるものである。空調用電子制御装置４５には、空調制御のために、温水温度Ｔｗ、車室内温度（内気温）Ｔｒ、車室外温度（外気温）Ｔａｍ、日射量Ｔｓ、蒸発器冷却度合としての蒸発器吹出温度Ｔｅ等を検出する各センサ群４６〜５０から検出信号が入力される。

さらに、車室内の計器盤周辺に配置される空調操作パネル５１には、乗員により手動操作される下記の操作部材が備えられ、この操作部材の操作信号も空調用電子制御装置４５に入力される。

空調操作パネル５１の操作部材としては、温度設定信号Ｔｓｅｔを発生する温度設定スイッチ５２、空調用送風機１５の風量切替信号を発生する風量スイッチ５３、吹出モード信号を発生する吹出モードスイッチ５４、冷凍サイクルの圧縮機２９用の電磁クラッチ３０のオンオフ信号を発生するエアコンスイッチ５５、空調の自動制御モードを設定するオートスイッチ５６等が設けられている。

なお、吹出モードスイッチ５４は、本例では、フェイス、バイレベル、フット、フットデフロスタの各モードをマニュアル設定するためのスイッチと、デフロスタモード専用のデフロスタスイッチとに分けて設けてある。

空調用送風機１５のファン駆動用モータ１８は駆動回路５７により印加電圧が制御され、このモータ印加電圧の制御により空調用送風機１５の回転速度を調整する。外気送風機２４のファン駆動用モータ２７は駆動回路５８により印加電圧が断続され、このモータ印加電圧の断続により外気送風機２４の回転が断続される。

また、圧縮機２９の電磁クラッチ３０への電源供給は駆動回路５９により断続される。空調用電子制御装置４５には、車両エンジンのイグニッションスイッチ６０を介して車載バッテリ６１から電源が供給される。

次に、上記構成において本実施形態の作動を説明する。車両エンジンのイグニッションスイッチ６０がオンされて空調用電子制御装置４５に電源が供給された状態において、空調操作パネル５１のオートスイッチ５６が投入されると、空調用電子制御装置４５がＲＯＭに記憶している空調装置制御プログラムを実行する。

空調装置制御プログラムが実行されると、空調操作パネル５１の操作信号やセンサ群４６〜５０により検出された検出信号が読込まれる。そして、これらの信号に基づいて、車室内吹出空気の目標吹出温度ＴＡＯを算出する。

この目標吹出温度ＴＡＯは温度設定スイッチ５２により設定した設定温度Ｔｓｅｔに内気温Ｔｒを維持するために必要な車室内吹出空気温度であり、以下の数式（１）により算出される。

ＴＡＯ＝Ｋｓｅｔ×Ｔｓｅｔ−Ｋｒ×Ｔｒ−Ｋａｍ×Ｔａｍ−Ｋｓ×Ｔｓ＋Ｃ…（１）
ここで、Ｔｒは内気温センサ４７により検出される内気温、Ｔａｍは外気温センサ４８により検出される外気温、Ｔｓは日射量センサ４９により検出される日射量、Ｋｓｅｔ、Ｋｒ、Ｋａｍ、Ｋｓは制御ゲインおよびＣは補正用の定数である。

そして、空調用電子制御装置４５は目標吹出温度ＴＡＯに基づいて、吹出風量に相当する空調用送風機１５の送風ファン駆動用モータ１８への印加電圧（ブロワ電圧）を決定する。すなわち、目標吹出温度ＴＡＯが低温側（冷房側）および高温側（暖房側）で風量大（ブロワ電圧：Ｈｉ）、両者の中間的な温度域（中間領域）では風量小（ブロワ電圧：Ｌｏ）となるよう、ブロワ電圧が制御される。

また、空調用電子制御装置４５は目標吹出温度ＴＡＯに基づいて、吹出モードを決定する。すなわち、ＴＡＯが低温側ではフット吹出口３６を全閉しフェイス吹出口３５のみから空調風を吹き出すＦＡＣＥモード、ＴＡＯが高温側では、フェイス吹出口３５を全閉しフット吹出口３６のみから空調風を吹き出すＦＯＯＴモードが選択される。また、両者の間の領域のＴＡＯではフェイス吹出口３５およびフット吹出口３６を同時に開口して、両吹出口１９ａ、１９ｂより空調風を吹き出すバイレベルモードが選択される。

これら選択される吹出モードに応じて、電気駆動装置４１が制御されて、吹出モードドア３７、３８、３９の開度が設定される。

さらに、空調用電子制御装置４５はエアミックスドア３３の開度θを以下の数式（２）に基づき算出する。

θ＝（ＴＡＯ−Ｔｅ）／（Ｔｗ−Ｔｅ）×１００（％）…（２）
なお、Ｔｅは蒸発器温度センサ５０により検出された蒸発器吹出温度信号であり、Ｔｗは水温センサ４６により検出された水温信号である。

このエアミックスドア開度θ＝０（％）は最大冷房位置（図１のエアミックスドア３３の破線位置）であり、蒸発器２８通過後の冷風の全量がヒータコア３１を通過せず、すなわちヒータコア３１をバイパスして冷風のまま下流側へ流れる。

θ＝１００（％）は最大暖房位置（図１のエアミックスドア３３の実線位置）であり、蒸発器２８通過後の冷風の全量がヒータコア３１に流入して、ヒータコア３１により加熱される。

このエアミックスドア開度θに応じて、エアミックスドア３３の電気駆動装置４２が駆動されエアミックスドア３３の実際の開度が設定される。

以上のような車室内空調制御により、目標吹出温度ＴＡＯに応じて、吹出口３５、３６から乗員に向けて空調風が吹き出されるときの吹出風量、吹出口および吹き出し空気温度等の作動条件が設定される。この結果、車室内の温度は設定された温度Ｔｓｅｔとなるよう空調制御される。

さらに、本実施形態では、空調用送風機１５の送風ファン駆動用モータ１８にブロワ電圧が印加されると、外気送風機２４の送風ファン駆動用モータ２７に一定の電圧が印加されるようになっている。換言すれば、外気送風機２４は空調用送風機１５と連動してオンオフ作動する。

外気送風機２４がオンされて送風ファン２６が回転すると、図１の矢印Ｂ、Ｃのように外気導入ダクト１９内の外気が外気排出ホース２３を介して車室外に排出される。すなわち、第１空間４３に外気の流れＢが発生する。一方、第２空間４４では空調用送風機１５によって内気の流れＡが発生する。

ところで、本実施形態による車両用空調装置１０では、常に外気が空調用送風機１５のケース１６内に直接流入しないようになっているので、車室内の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し、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。

すると、第１空間４３の酸素濃度が第２空間４４の酸素濃度よりも低下し、第１空間４３の二酸化炭素濃度が第２空間４４の二酸化炭素濃度よりも上昇するので、透過膜２１が第１空間４３の酸素を第２空間４４へと透過させるとともに、第２空間４４の二酸化炭素を第１空間４３へと浸透させる。

これにより、内気の二酸化炭素と外気の酸素とがガス交換されて、内気の酸素濃度および二酸化炭素濃度を外気の酸素濃度および二酸化炭素濃度に近づけることができるので、内気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。

さらに、透過膜２１は酸素および二酸化炭素以外の物質を透過させないので、外気中の汚染物質（排気ガス、粉塵等）が車室内１２に侵入することを防止できる。

ここで、第１空間４３および第２空間４４の空気が淀んでいると、ガス交換された空気が第１空間４３および第２空間４４に滞留してしまうので、第１空間４３と第２空間４４の濃度差がすぐになくなってしまい、ガス交換が十分に行われなくなってしまうという問題が生じる。

そこで、本実施形態では、第１空間４３および第２空間４４に空気流れを発生させることによって、ガス交換された空気が第１空間４３および第２空間４４に滞留することを回避して、ガス交換が効果的に行われるようにしている。

すなわち、本実施形態では、第１空間４３に外気の流れＢが発生するので、ガス交換された外気が第１空間４３に滞留することを回避できると同時に、第２空間４４に内気の流れＡが発生するので、ガス交換された内気が第２空間４４に滞留することを回避できる。

ちなみに、本実施形態では、空調用送風機１５による内気の流れＡを利用して、ガス交換された内気が第２空間４４に滞留することを回避している。このため、第２空間４４に内気の流れを発生させるための専用の送風機を空調用送風機１５と別個に配置することを回避できる。このため、車両用空調装置１０のコストを低減できるとともに、体格を小型ができる。

なお、内気の流れＡおよび外気の流れＢがわずかな流れ（微風）であっても、第１空間４３および第２空間４４にガス交換された空気が滞留するのを防止することができる。このため、本実施形態では、外気の流れＢを発生させるために専用の外気送風機２４を配置しているものの、外気送風機２４として、空調用送風機１５と比較して非常に小型の送風機を用いている。

また、本実施形態では、透過膜２１の折り目が延びる方向Ｄが外気排出口１９ｃ側を向くように配置されている。換言すれば、透過膜２１は、折り目が外気の流れＢ方向に沿うように配置されているので、外気が透過膜２１の第１の面２１ａをスムーズに流れることができる。このため、透過膜２１による酸素および二酸化炭素の透過性能をより向上できる。

さらに、透過膜２１の折り目が延びる方向Ｄが外気の流れＢ方向に沿っているので、外気とともに外気導入ダクト１９内に進入して透過膜２１の第１の面２１ａに付着する雨滴や粉塵等を、外気の流れを利用して折り目に沿って外気排出口３０へとスムーズに導くことができる。

このため、透過膜２１の第１の面２１ａに付着する雨滴や粉塵等を外気排出口３０から外気排出ホース２３を介して車室外へとスムーズに排出できるので、透過膜２１の第１の面２１ａに雨滴や粉塵等が付着することによって酸素および二酸化炭素の透過性能が低下することを防止できる。

（第２実施形態）
上記第１実施形態では、外気送風機２４によって外気を圧送することによって第１空間４３に外気の流れを発生させているが、本実施形態では、図４に示すように、第１空間４３を、第１空間４３よりも静圧の低い低圧空間（本実施形態では排水部１１ｂ）と連通させることによって第１空間４３に外気の流れを発生させている。

図４は本実施形態による車両用空調装置１０を搭載した車両の概要を示す模式図である。本実施形態では、上記第１実施形態に対して外気送風機２４を廃止している。また、上記第１実施形態では外気排出ホース２３の下流端部を直接車室外に連通させているが、本実施形態では外気排出ホース２３の下流端部を排水部１１ｂに連通させている。

本実施形態では、外気排出ホース２３の下流端部の静圧が外気導入ダクト１９内の圧力静圧よりも低くなる。すなわち、図４の矢印Ｅのように排水部１１ｂには空調用送風機１５による送風空気の一部が流れているので、排水部１１ｂの静圧が低くなる。

このため、外気導入ダクト１９内の外気が排水部１１ｂに吸い出されるので、第１空間４３に外気の流れＢを発生させることができる。この結果、上記第１実施形態と同様の効果を発揮できる。

本実施形態では、上記第１実施形態に対して外気送風機２４を廃止できるので、上記第１実施形態と比較してコストを低減できる。

（第３実施形態）
上記各実施形態では、透過膜２１の折り目が延びる方向Ｄが略水平になるように透過膜２１を配置しているが、本実施形態では、図５に示すように、第１の面２１ａのうち外気排出口１９ｃに近い側の部位が外気排出口１９ｃから離れる側の部位よりも下方に傾斜するように透過膜２１を配置している。

図５は本実施形態による車両用空調装置１０の要部拡大断面図であり、透過膜２１近傍の断面図である。本実施形態では、外気導入ダクト１９の内周面の全周から外気導入ダクト１９の内方に向かって水平に延びる受け面１９ｄを、外気排出口１９ｃに近い側が外気排出口１９ｃから離れる側よりも下方に傾斜するように形成している。

このため、第１の面２１ａのうち外気排出口１９ｃに近い側の部位が外気排出口１９ｃから離れる側の部位よりも下方に傾斜するように、透過膜２１が外気導入ダクト１９に固定されている。

本実施形態においても、上記第１実施形態と同様の効果を発揮できる。

さらに、本実施形態では、第１の面２１ａが外気の流れＢの下流側に向かうにつれて下方に傾斜しているので、第１の面２１ａに付着する雨滴や粉塵等を、外気の流れを利用するのみならず、重力をも利用して外気排出口３０へとスムーズに導くことができる。

このため、第１の面２１ａに雨滴や粉塵等が付着することによって酸素および二酸化炭素の透過性能が低下することをより防止できる。

（第４実施形態）
上記第３実施形態では、透過膜２１のうち外気排出口１９ｃに近い側の部位が外気排出口１９ｃから離れる側の部位よりも下方に傾斜するように透過膜２１を配置しているが、本実施形態では、図６に示すように、透過膜２１の第１の面２１ａを重力方向と平行に配置している。

また、上記第２実施形態では、外気排出ホース２３の下流端部が排水部１１ｂに連通しているが、本実施形態では、図６に示すように、外気排出ホース２３の下流端部が車両外部（本例では車両下方）であって車両走行時の走行風が流れる空間６２に連通している。

図６は本実施形態による車両用空調装置１０の要部を示す模式図であり、透過膜２１および空調用送風機１５の近傍部位を示している。本実施形態では、外気導入ダクト１９を車両前後方向に直線的に延びる形状に形成しており、外気導入ダクト１９の一端部（車両後方側端部）１９ａを空調用送風機１５のケース１６の開口部１６ｂに水平方向に接続している。

さらに、外気導入ダクト１９の受け面１９ｄが外気導入ダクト１９の一端部１９ａにおける内周面の全周から外気導入ダクト１９の内方に向かって鉛直方向（重力方向）に延びているので、透過膜２１は、第１の面２１ａが重力方向と平行になるように外気導入ダクト１９に固定されている。

また、外気導入ダクト１９の外気排出口１９ｃは透過膜２１近傍の壁面にて車両下方を向いて開口している。外気排出ホース２３の下流端部は車両下方空間６２と直接連通している。

図６の矢印Ｆのように、車両走行時には車両下方空間６２に走行風が流れているので、外気排出ホース２３の下流端部の静圧が外気導入ダクト１９内の静圧よりも低くなる。このため、外気導入ダクト１９内の外気が車両下方空間６２に吸い出されるので、第１空間４３に外気の流れを発生させることができる。この結果、上記第１実施形態と同様の効果を発揮できる。

さらに、本実施形態では、透過膜２１の第１の面２１ａが重力方向と平行になっているので、透過膜２１の第１の面２１ａに付着する雨滴や粉塵等に重力をより作用させることができるので、雨滴や粉塵等を外気排出口３０へと速やかに導くことができる。

このため、透過膜２１の第１の面２１ａに雨滴や粉塵等が付着することによって酸素および二酸化炭素の透過性能が低下することを一層防止できる。

（第５実施形態）
上記第１実施形態では、外気導入ダクト１９の下流端部を透過膜２１で閉塞することによって常に外気が空調用送風機１５のケース１６内に直接流入しないようになっているが、本実施形態では、図７に示すように、外気導入ダクト１９の下流端部を開閉する開閉手段６３を設けることによって外気の導入と遮断とを切り替え可能にしている。

図７は本実施形態による車両用空調装置１０の要部を示す模式図である。本実施形態にでは、外気導入ダクト１９を通じて空調用送風機１５のケース１６内に外気を導入するようになっている。したがって、外気導入ダクト１９は本発明における外気導入通路に該当する。

本実施形態では、外気導入ダクト１９の下流端部を開閉する開閉手段６３を、透過膜２１、支持部材２２、および、支持部材２２に結合された回転軸６４とで構成している。より具体的には、回転軸６４が透過膜２１の第１の面２１ａおよび第２の面２１ｂと平行に支持部材２２に結合されている。

そして、この回転軸６４が車両幅方向（図７の紙面垂直方向）に延びるように配置され、回転軸６４の両端部が空調用送風機１５のケース１６の側面壁部の軸受孔（図示せず）により回転可能に保持されている。これにより、透過膜２１と支持部材２２とが回転軸６４と一体に回転する。
回転軸６４の一端部はサーボモータからなる電気駆動装置６５に接続され、電気駆動装置６５は空調用電子制御装置４５より駆動される。したがって、空調用電子制御装置４５により透過膜２１の回転位置（開度）が調整される。なお、電気駆動装置６５は本発明における駆動手段に該当し、空調用電子制御装置４５は本発明における制御手段に該当するものである。

図７において開閉手段６３の実線位置は外気導入ダクト１９の下流端部（第１空間４３と第２空間４４とを連通する連通部）を全閉する全閉位置を示している。この全閉位置では、透過膜２１の第１の面２１ａが外気導入ダクト１９側を向いているので、第１の面２１ａが外気導入ダクト１９内の外気と接触する。また、透過膜２１の第２の面２１ｂは空調用送風機１５のケース１６内の内気と接触する。

このため、上記各実施形態と同様に、空調用送風機１５のケース１６内に外気が直接流入することなく、透過膜２１によって内気の二酸化炭素と外気の酸素とがガス交換される。

一方、開閉手段６３の２点鎖線位置は外気導入ダクト１９の下流端部を全開する全開位置を示している。この全開位置では、開閉手段６３によって内気吸入口１６ａ（第２空間４４に内気を導入する内気導入部）が全閉されるので、空調用送風機１５のケース１６内に内気が導入されず、その代わりに図７の矢印Ｇのように外気導入ダクト１９から外気が導入される。

空調用電子制御装置４５には、内気の酸素濃度を検出するＯ２センサ６６と、内気の二酸化炭素濃度を検出するＣＯ２センサ６７とから検出信号が入力されるようになっている。

なお、上記第１実施形態では外気排出口１９ｃが外気導入ダクト１９の壁面に開口しているが、本実施形態では外気排出口１９ｃが空調用送風機１５のケース１６の壁面であって透過膜２１近傍部位に車両後方側を向いて開口している。また、本実施形態では外気導入ダクト１９の受け面１９ｄを廃止している。

ところで、冬期には透過膜２１の第１の面２１ａに付着した雨滴が凍結して透過膜２１によるガス交換に支障が生じることがある。その他の原因によっても透過膜２１に異常が発生して透過膜２１によるガス交換に支障が生じることがある。

このように、透過膜２１によるガス交換に支障が生じると内気の酸素濃度が低下するとともに内気の二酸化炭素濃度が上昇する。そして、内気の酸素濃度が、乗員が快適に過ごせる濃度下限値以下（例えば１９．５％以下）に低下してしまったり、内気の二酸化炭素濃度が、乗員が快適に過ごせる濃度上限値以上（例えば５０００ｐｐｍ以上）に上昇してしまったりすると、乗員が不快感を感じてしまう。

そこで、本実施形態では、内気の酸素濃度が上述の下限値以下になったとき、または、内気の二酸化炭素濃度が上述の上限値以上になったときには、空調用電子制御装置４５が外気を車室内１２に導入する必要性があると判定して、開閉手段６３を図７の２点鎖線に示す全開位置もしくは半開位置（図示せず）に回転操作する。

これにより、図７の矢印Ｇのように外気が空調用送風機１５のケース１６内に直接流入するので、内気の酸素濃度および内気の二酸化炭素濃度を速やかに外気と同一濃度にすることができる。このため、透過膜２１によるガス交換に異常が発生したときに内気の酸素濃度が低下し過ぎるとともに二酸化炭素濃度が上昇し過ぎて乗員が不快感を感じるという不具合を回避できる。

一方、内気の酸素濃度が上述の下限値より高いとき、または、内気の二酸化炭素濃度が上述の上限値より低いときには、空調用電子制御装置４５が外気を車室内１２に導入する必要性がないと判定して、開閉手段６３を全閉位置（図７の実線位置）もしくは半開位置（図示せず）に回転操作する。これにより、上記第１実施形態と同様の効果を発揮できる。

（他の実施形態）
（１）上記各実施形態では、車両用空気浄化装置を車両用空調装置１０と一体化しているが、必ずしも車両用空気浄化装置を車両用空調装置１０と一体化する必要はない。すなわち、上記各実施形態に対して蒸発器２８、ヒータコア３１、エアミックスドア３３、吹出モードドア３７、３８、３９等を廃止して、車両用空気浄化装置を単体で構成してもよい。

このように単体で構成される車両用空気浄化装置の搭載位置は車室内１２に限定されることなく、車両エンジンルーム１３や車両のトランクルーム等に車両用空気浄化装置を搭載することができる。この場合には、車室内１２と車両用空気浄化装置との間で内気を循環させる内気循環ダクトを設ければよい。

（２）上記第１実施形態では、外気送風機２４は駆動回路５８によって回転が断続されるのみなので外気送風機２４が一定の送風量で作動するようになっているが、駆動回路５８によって外気送風機２４の送風量を調整可能にしてもよい。

この場合には、内気の酸素濃度または二酸化炭素濃度に基づいて外気送風機２４の送風量を調整するようにすれば、内気の酸素濃度または二酸化炭素濃度に応じて透過膜２１による酸素および二酸化炭素の透過量（ガス交換量）を調整できる。

（３）上記第２実施形態では、外気排出ホース２３の下流端部を排水部１１ｂに連通させているが、外気排出ホース２３の下流端部を車両エンジンの排気管内に連通させて、排気ガスの流れによる排気管内の静圧低下を利用して外気導入ダクト１９内の外気を排気管内に吸い出すようにしてもよい。

（４）上記各実施形態では、外気導入ダクト１９内の外気を下流側から吸い出すことによって第１空間４３に外気の流れを発生させているが、車両の外気吸入口２０を車両走行時の走行風による動圧（ラム圧）を受ける位置に配置することによって、ラム圧を利用して外気吸入口２０から外気導入ダクト１９内に外気を送風して、第１空間４３に外気の流れを発生させてもよい。

（５）上記第５実施形態では、ガス交換に異常が発生したときに透過膜２１を外気導入ダクト１９の全開位置もしくは半開位置に回転操作して外気を導入するようにしているが、車両窓ガラスに曇りが発生したときに透過膜２１を外気導入ダクト１９の全開位置もしくは半開位置に回転操作して外気を導入するようにしてもよい。

ここで、車両窓ガラスに曇りが発生したか否かの判定方法については周知の種々の方法を用いればよい。例えば、湿度センサによって内気湿度を検出し、空調用電子制御装置４５が内気湿度と内気温Ｔｒとに基づいて内気の相対湿度を算出し、内気の相対湿度が１００％以上になったときに車両窓ガラスに曇りが発生したと判定すればよい。

（６）上記第５実施形態では、開閉手段６３を回転操作して外気導入ダクト１９を開閉しているが、開閉手段６３をスライド操作して外気導入ダクト１９を開閉してもよい。

（７）上記第５実施形態では、外気導入ダクト１９の下流端部を開閉する開閉手段６３の一部を透過膜２１で構成しているが、必ずしも透過膜２１で構成する必要はなく、開閉手段６３を透過膜２１と別個に構成してもよい。

具体的には、例えば、外気導入ダクト１９の下流端部の一部を開閉する板ドアを透過膜２１と別個に配置すれば、開閉手段６３を透過膜２１と別個に構成できる。

（８）上記第５実施形態では、外気導入ダクト１９を通じて外気を導入しているが、必ずしも外気導入ダクト１９を通じて外気を導入する必要はなく、外気導入ダクト１９とは別個の外気導入通路と、この外気導入通路を開閉する開閉手段を設けることによって、外気を導入するようにしてもよい。

（９）上記第１〜第４実施形態では、外気導入ダクト１９の一端部１９ａを空調用送風機１５のケース１６に接続しているが、外気導入ダクト１９の一端部１９ａを必ずしも空調用送風機１５のケース１６に接続する必要はなく、空調ケース１１の適宜部位に外気導入ダクト１９の一端部１９ａを接続してもよい。

（１０）上記各実施形態では、第１空間４３に外気の流れＢが発生するとともに、第２空間４４に内気の流れＡが発生するようになっているが、必ずしも第１の面２７側の空間および第２空間４４の両方の空間に同時に空気流れが発生している必要はなく、第１の面２７側の空間または第２空間４４のいずれか一方の空間のみに空気流れが発生するようにしてもよい。

この場合には、第１の面２７側の空間および第２空間４４の両方の空間に同時に空気流れを発生している場合よりはガス交換効果が劣るものの、第１の面２７側の空間および第２空間４４のいずれの空間においても空気流れが発生していない場合と比較してガス交換を効果的に行うことができる。

（１１）上記各実施形態では、透過膜２１を三角波状に折っているが、これに限定されるものではなく、例えば矩形波状に折っても同様の効果を発揮することができる。

本発明の第１実施形態による車両用空調装置を搭載した車両の概要を示す模式図である。 図１における透過膜と、透過膜を支持する支持部材の斜視図である。 図１の要部拡大断面図である。 本発明の第２実施形態による車両用空調装置を搭載した車両の概要を示す模式図である。 本発明の第３実施形態による車両用空調装置の要部拡大断面図である。 本発明の第４実施形態による車両用空調装置の要部を示す模式図であり 本発明の第５実施形態による車両用空調装置の要部を示す模式図である。

符号の説明

１１…空調ケース、１５…空調用送風機（内気送風機）、２１…透過膜、
２１ａ…第１の面、２１ｂ…第２の面、２４…外気送風機、
２８…蒸発器（冷却用熱交換器）、４３…第１空間、４４…第２空間、
Ａ…内気の流れ、Ｂ…外気の流れ。

Claims (13)

1. 外気と接触する第１の面（２１ａ）と、その反対側の面であって内気と接触する第２の面（２１ｂ）とを有し、前記第１の面（２１ａ）側の第１空間（４３）と前記第２の面（２１ｂ）側の第２空間（４４）の酸素濃度および二酸化炭素濃度を均一にするように酸素および二酸化炭素を選択的に透過させる透過膜（２１）と、
   前記第１空間（４３）に前記外気の流れ（Ｂ）を発生させる外気流れ発生手段（２３、２４）と、
   前記第１空間（４３）と前記第２空間（４４）とを連通する連通部と、
   前記第２空間（４４）に前記内気を導入する内気導入部（１６ａ）と、
   前記連通部および前記内気導入部（１６ａ）を開閉して、前記第２空間（４４）に前記内気と前記外気とを切り替え導入する開閉手段（６３）とを備え、
   前記透過膜（２１）は前記開閉手段（６３）に設けられ、前記連通部および前記内気導入部（１６ａ）を開閉することを特徴とする車両用空気浄化装置。
2. 前記外気流れ発生手段が、前記外気を圧送する外気送風機（２４）であ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. 前記外気流れ発生手段が、前記第１空間（４３）と、前記第１空間（４３）よりも静圧が低い低圧空間（１１ｂ、６２）とを連通する連通路（２３）であ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。
4. 車室内（１２）に向かって空気が流れる空気通路を形成する空調ケース（１１）と、前記空調ケース（１１）内に配置され前記空気を冷却する冷却用熱交換器（２８）と、前記空調ケース（１１）内と車室外とを連通し前記冷却用熱交換器（２８）で発生する凝縮水を前記車室外に排水する排水部（１１ｂ）とを備える車両用空調装置（１０）に適用される車両用空気浄化装置であって、
   前記低圧空間が前記排水部（１１ｂ）であることを特徴とする請求項３に記載の車両用空気浄化装置。
5. 前記低圧空間が、車両外部であって車両走行時に走行風が流れる空間（６２）であることを特徴とする請求項３に記載の車両用空気浄化装置。
6. 前記第１の面（２１ａ）のうち前記外気の流れ（Ｂ）方向下流側部位が前記外気の流れ（Ｂ）方向上流側部位よりも下方に傾斜するように前記透過膜（２１）が配置されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の車両用空気浄化装置。
7. 前記第１の面（２１ａ）が重力方向と平行になるように前記透過膜（２１）が配置されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の車両用空気浄化装置。
8. 前記透過膜（２１）が波状に折られており、
   前記透過膜（２１）の折り目が延びる方向（Ｃ）が前記外気の流れ（Ｂ）方向と平行になるように前記透過膜（２１）が配置されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の車両用空気浄化装置。
9. 前記開閉手段（６３）を開閉駆動する駆動手段（６５）と、
   前記外気を前記車室内（１２）に導入する必要性があると判定したときには前記連通部を開くように前記開閉手段（６３）を制御し、前記外気を前記車室内（１２）に導入する必要性がないと判定したときには前記連通部を閉じるように前記開閉手段（６３）を制御する制御手段（４５）とを備えることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の車両用空気浄化装置。
10. 前記第２空間（４４）に前記内気の流れ（Ａ）を発生させる内気流れ発生手段（１５）を備えることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の車両用空気浄化装置。
11. 外気と接触する第１の面（２１ａ）と、その反対側の面であって内気と接触する第２の面（２１ｂ）とを有し、前記第１空間（４３）と前記第２空間（４４）の酸素濃度および二酸化炭素濃度を均一にするように酸素および二酸化炭素を選択的に透過させる透過膜（２１）と、
    前記第２空間（４４）に前記内気の流れ（Ａ）を発生させる内気流れ発生手段（１５）と、
    前記第１空間（４３）と前記第２空間（４４）とを連通する連通部と、
    前記第２空間（４４）に前記内気を導入する内気導入部（１６ａ）と、
    前記連通部および前記内気導入部（１６ａ）を開閉して、前記第２空間（４４）に前記内気と前記外気とを切り替え導入する開閉手段（６３）とを備え、
    前記透過膜（２１）は前記開閉手段（６３）に設けられ、前記連通部および前記内気導入部（１６ａ）を開閉することを特徴とする車両用空気浄化装置。
12. 前記内気流れ発生手段が、前記内気を圧送する内気送風機（１５）であることを特徴とする請求項１０または１１に記載の車両用空気浄化装置。
13. 車室内（１２）に向かって空気を送風する空調用送風機（１５）と、前記空気が流れる空気通路を形成する空調ケース（１１）と、前記空調ケース（１１）内に配置され前記空気を冷却する冷却用熱交換器（２８）とを備える車両用空調装置（１０）に適用される車両用空気浄化装置であって、
    前記内気送風機が前記空調用送風機（１５）であることを特徴とする請求項１２に記載の車両用空気浄化装置。

Images