JP5592794B2 - 自動車用のフィルタ再生型暖房／空調システム、それに関連する制御方法および関連するフィルタ - Google Patents

Description

本発明は、自動車用の暖房／空調システムと、フィルタの再生のためにこのシステムを制御する方法に関する。

公知の暖房／空調システムを図１に示す。このようなシステムは、従来、車両の外部と乗員室内との間で空気を循環させるためのダクトを形成するケーシング１を備えている。このケーシング内には、エバポレータ２と、空気パルサまたはエンジンファンユニット３と、複合粒子フィルタ４（例えば活性炭に基づく）と、ユニットヒータ６が配置されている。このようなシステムは、自動車のスイッチをオンにした（スタータノブのＡＰＣ位置）後でのみ、作動させることが可能である。冷房モードでは、車両の外部から空気パルサ３によって空気が吸い込まれ、エバポレータ２を通過することによって冷却され、破線で示した通路に沿って一つ以上の通気口５に送られる。この通気口は、当該通気口の各レベルに配置された切換えシャッタ８の位置により、乗員室内に開放しているか、または開放していない。空気の冷却によって発生した凝縮液は、エバポレータ２の底部分に位置するケーシング１の領域内に回収される。この領域は、凝縮液の排出を可能にするためにケーシングの外側に開放する出口１０を備えている。暖房モードでは、エバポレータ２が作動停止し、パルサ３によって空気が通路９に沿って通気口７に送られる。空気はユニットヒータ６を通過することによって暖められる。通気口７のレベルに配置されたシャッタは、当該シャッタの位置により、暖められた空気を乗員室内に到達させるかまたは到達させない。システムの種々の動作モードは、制御モジュール（図示せず）によって開始される。この制御モジュールは、使用者が選択する動作モードに応じて、空気パルサ３、ユニットヒータ６および／またはエバポレータ２の出力の上昇または低下を制御するマイクロコントローラからなっている。

両動作モードにおいて、好ましくは空気の循環方向においてエバポレータ２の上流側に配置されたフィルタ４は、冷却された空気または暖められた空気が乗員室内に入る前に種々の汚染物質をろ過するように、車両の外部に源を有する空気内に存在し得るＶＯＣ（揮発性有機化合物）タイプの粒子状およびガス状汚染物質を捕捉するために使用される。暖房／空調システムにおいて現在使用されている吸着フィルタは、一般的に活性炭フィルタまたは複合フィルタ（活性炭／花粉フィルタ）である。

しかしながら、このような活性炭フィルタはすべてのガス状汚染物質を吸着できるほど十分に効果的ではない。更に、このフィルタは、寿命に限界を有し、定期的に交換しなければならない。このようなフィルタを再生するための公知の方法は、脱離現象を容易にするために、空気流内でフィルタを高温に、通常８０°のオーダーに加熱するもので、コストがかかる。最後に、このようなフィルタの有効性は水蒸気の存在によって低下し、従って、エバポレータの存在により、特にシステムが冷房モードにあるとき低下する。

特に活性炭フィルタの有効性の低下の問題を克服するために、特許文献１は、静電気フィルタシステムを触媒プラズマシステムと組み合わせた暖房／空調システムを提案している。この静電気フィルタシステムは、粒子フィルタタイプのイオン化部分と収集部分とから構成され、触媒プラズマシステムは、車両の外部から乗員室内へと向かう空気の循環方向においてエバポレータの上流側に配置されたプラズマ生成器と、エバポレータ内またはエバポレータの下流側に配置された触媒とから構成される。このシステムにより、触媒に関連づけられた低温プラズマ生成器は、動作時に暖房／空調システム内を循環する空気内の悪臭を効果的に処理することができる。

しかしながら、このようなシステムは、使用される粒子フィルタを再生することができない。

欧州特許第１５１４７１０号明細書

本発明の目的は、信頼できる効果的な方法でかつ健康の危険なしに吸収フィルタを再生するために、吸収フィルタの処理機能を組み込んだ暖房／空調システムを提案することである。

この目的は、自動車用の暖房／空調システムを提案する本発明に従って達成され、本システムは、自動車の外部と、乗員室内に開口する複数の通気口との間で空気を循環させるためのダクトを形成するケーシングを備え、このケーシング内に、少なくとも一つの空気パルサと、エバポレータと、プラズマ生成器とが配置され、本システムは更に、システムが外部から冷房すべき乗員室内へとダクト内で空気を流すことができる第１のいわゆる冷房モードにあるときに、空気パルサとエバポレータの動作を開始することができる制御モジュールと、エバポレータの上流の吸収フィルタとを備えている。本システムは、上記フィルタが、オゾンによって再生可能なゼオライトを備えていることと、上記フィルタにできるだけ接近してプラズマ生成器が配置されていることと、自動車のスイッチを入れられなくなったときに、制御モジュールがシステムのフィルタを再生するいわゆる再生動作モードを開始することができ、この再生動作モードにおいて、制御モジュールがプラズマ生成器の動作を開始することとを特徴とする。

従って、本発明は活性炭の吸収係数よりもはるかに大きな吸収係数を有する材料であるゼオライトの使用と、オゾンを自然に生成するプラズマ生成器の使用とを結び付けることを提案している。このオゾンは、フィルタで捕捉された汚染物質を酸化し、従って再生することができる。

好ましくは、制御モジュールが、少なくとも再生モードの終わりに、乗員室内から自動車の外部まで上記ダクト内で空気が流れるように上記空気パルサを制御することにより、フィルタの再生が容易に行える。

本発明の他の課題は、自動車用の暖房／空調システムを制御する方法であり、この場合のシステムは、自動車の外部と、乗員室内に開口する複数の通気口との間で空気を循環させるためのダクトを形成するケーシングを備え、このケーシング内に、少なくとも一つの空気パルサと、エバポレータと、プラズマ生成器とが配置され、システムが更に、システムが外部から冷房すべき乗員室内へとダクト内で空気を流すことができる第１のいわゆる冷房モードにあるときに、空気パルサとエバポレータとの動作を開始することができる制御モジュールと、吸収フィルタとを備えているもので、本方法は、フィルタが、オゾンによって再生可能なゼオライトを備えており、上記フィルタにできるだけ接近してプラズマ生成器が配置されており、制御モジュールを介し、
− スイッチが切れている自動車を検出するステップと、
− プラズマ生成器の動作を開始するステップと
に従って、前記フィルタを再生するいわゆる再生モードでのシステムの動作を制御することを特徴とする。

更に、本発明の他の課題は、オゾンによって再生可能であるゼオライトと、フィルタを再生するためのプラズマ生成器とを備えていることを特徴とする、自動車用の暖房／空調システムの吸収フィルタである。

有利には、以下に説明する他の特徴を付加することにより、特に復旧モードで動作する間のシステムの電力消費を減らし、健康に対する安全性を高める。

本発明の種々の特徴と本発明の効果は、添付図面を参照する以下の説明により一層良好に理解されるであろう。

上述の標準的な暖房／空調システムを図示する。 フィルタ再生モードで動作している、本発明による好ましい暖房／空調システムを示す断面図である。 プラズマ生成器の構成要素を示す。 本発明による暖房／空調システムに考慮されるフィルタの形状を図示する。 本発明による暖房／空調システムに考慮されるプラズマ生成器の第１実施形態を示す。 本発明による暖房／空調システムに考慮されるプラズマ生成器の第２実施形態を示す。 本発明による暖房／空調システムに考慮されるプラズマ生成器の第３実施形態を示す。

理解を簡単にするために、種々の図において共通の要素には、同じ参照符号が付けてある。

図２は、本発明の好ましい実施形態によるシステムを示し、図１に示す標準的な暖房／空調システムの要素が示されている。つまり、本発明によるシステムは、従来通り、車両の外部と、乗員室内に開口する複数の通気口５、７との間で空気を循環させるためのダクトを形成するケーシング１を備えている。少なくとも第１冷房モードでシステムを動作させることができるように、システムは、このケーシング１内に配置された空気パルサ３とエバポレータ２を備えている。システムは更に制御モジュール１２（図５〜７参照）を備えている。この制御モジュールは、冷房モードでのシステムの通常動作のために、乗員室の外側から内側へとダクト内を流れる空気の循環を行うことができるように、および乗員室内に達する前にこの空気を冷却することができるように、空気パルサ３とエバポレータ２を始動させることができる。

システムは更に、ケーシング１内にユニットヒータ６を備えている。このユニットヒータの動作は、乗員室内に入る前にダクト内の空気を暖めるために、システムが通常の第２暖房動作モードであるときに制御モジュール１２によって開始される。

本発明によれば、使用される粒子フィルタ４は、活性炭のような他の吸着剤と結合することが可能な、オゾンによって再生可能なゼオライトを有し、本システムは、できるだけフィルタに接近して配置されたプラズマ生成器１１を備えている。このプラズマ生成器はフィルタ４を再生するために使用される。本発明では実際には、自動車のスイッチが入れられていないときに発生する制御信号Ｓ_Ｃ（図５〜７参照）を受け取り次第、制御モジュール１２がシステムのフィルタ４を再生するためのいわゆる再生動作モードを開始することができる。この特別な動作モードでは、制御モジュール１２がプラズマ生成器１１の作動を開始する。プラズマ生成器１１のための始動信号は、後述する図５〜７において参照符号Ｓ_Ａで示す。従って、このプラズマ生成器は、オゾンを含む遊離基を生成する。この遊離基はフィルタに付着し、システムが冷房モードまたは暖房モードで動作しているときにフィルタによって前もって捕捉された汚染物質を酸化する。

フィルタ４の脱離を容易にするために、有利には、復旧サイクルの間に、空気流、好ましくは通常の空気流とは反対の空気流を、発生させる。これによって、粒子が乗員室内に達するのを避けることができる。そのために、制御モジュール１２は信号Ｓ_Ｐ（図５〜７）を発生する。この信号は、図２に示す経路９′に沿って、乗員室の内側から自動車の外部へとダクト内で空気が流れるように、空気パルサ３を制御する。これは、例えば空気パルサ３のモータを、冷房モード／暖房モードで使用される回転とは逆の回転方向に駆動可能にすることによって達成できる。これは、小さな付加的なプロペラを使用して空気の流れの向きを逆にしても達成できる。

車両のバッテリのエネルギーの不必要な消費過剰を避けるために、好ましくは、再生サイクル時間全体にわたって空気パルサ３を作動させることが回避される。実際には、再生モードの終わりにのみ、制御モジュール１２が空気パルサ３の作動を制御することができる。

上述のように、再生モードは、最初に自動車のスイッチを切ったことが検出された場合にのみ開始される。これは通常、理論的には乗員室内に誰もいない状況に相当する。実際は、車両の乗員室内に人がまだいるときには、プラズマ生成器のスイッチを入れることを回避することが重要である。というのは、プラズマによって生成されるオゾンと、他の副次的生成物が健康上危険でありうるためである。

そのような場合も、他の目的のために車両内に既に設けられている他のシステムまたは装置に本システムを結合することによって、安全性を更に高めることができる。

特に、車両の開口の集中ロックが検出されていない場合には再生モードを開始できないようにすることができる。

変形例または補足として、制御モジュール１２は、乗員室内の生物の存在を検出するための装置から信号を受け取り、生物の存在が検出された場合にプラズマ生成器１１の作動を回避するように設計される。

変形例または補足として、制御モジュール１２は、少なくともプラズマ生成器１１が作動している間（図の制御信号Ｓ_Ｖ参照）、通気口５、７に配置されたシャッタ８の閉鎖を自動的に制御することができる。

変形例として、車両の使用者からの手動命令後一定の時間が経ったとき、システムが自動的に再生モードに入るようにすることができる。

使用されるプラズマ生成器１１は、好ましくは誘電バリヤ放電タイプ（Dielectric Barrier Discharge type)である。理解されるように、誘電バリヤ放電はパルスタイプまたは正弦波タイプの高電圧信号を、かなり接近した二つの電極の端子に加えることによって得られる。この電極の一方は誘電材料で被覆されている。上述のように、この生成器は、再生を必要とするフィルタにできるだけ接近させて配置しなければならない。従って、図２に示すように、生成器がフィルタのすぐ前に配置され、生成器はフィルタ４の平面に平行な平面内に延在する。変形例として、エバポレータ２の上流側で、このフィルタのすぐ後ろにプラズマ生成器を配置することができる。

先行する二つの変形例では、図３に示すように、プラズマ生成器１１は主として、平行に配置された一連の高電圧電極１１０と、この高電圧電極を含む平面に平行な平面内に在して接地電極を形成する金属格子１１１との連合体から構成されている。接地面のために露出格子を選択することは、暖房／空調システムへと空気を通過させないで、接地効果を最適化するために必要である。各高電圧電極１１０は、円筒形の誘電体１１３によって被覆された導電性ワイヤ１１２である。最適な効果のために、高電圧電極が再生すべきフィルタの最大表面積に向き合うように、最大数の高電圧電極を積み重ねることを選択できる。しかしながら、賢明な配置によって電極の数を減らすことを選択できる。例えば、電極を三つだけ設けて、第１の電極をフィルタの下部領域の表面に平行に延在させ、第２の電極をフィルタの上部領域の表面に平行に延在させ、第３の電極をフィルタの中央領域の面に平行に延在させることができる。高電圧電極１１０を含む平面と接地電極１１１との間隔は大きすぎてはならず、一般に数ミリメートルのオーダーである。これによって、エネルギーコストの間接費を不要とし、かつシステム内で大きすぎるスペースを占めないようにすることができる。図示しない他の変形例では、金属格子１１１が接地電極によって置き換えられ、この接地電極はそれぞれ、アースに電気的に接続されたかまたは絶縁シースによって取り囲まれた導電性ワイヤからなっている。各接地電極は、二つの高電圧電極の間において高電圧電極と同じ平面内に配置されている。

フィルタの上流または下流のプラズマ生成器を推奨する上述の二つの変形例に加えて、第３の有利な変形例では、フィルタに直接組み込んだプラズマ生成器を設けることができる。従って、プラズマがすぐ近くで生成されるために、再生効果が高められるだけでなく、これに加えて大きさが最適化される。フィルタの内側でのプラズマ生成は更に、このフィルタの乾燥を促進し、水の集中を低減する。組み込みの実施例を、特別なフィルタについて説明する。このフィルタの形を図４に示す。

フィルタ４は、従来通り、織物の積層体、例えば二つの織物を有し、この織物の間には、吸収剤、この場合オゾンによって再生可能なゼオライトが配置されている。フィルタの作用表面積を増大させ、かつその大きさを制限するために、多数の層４０を形成するように織物を折り重ねることが知られている。この場合、重ねフィルタのこのような特別な形状を有利に使用して、プラズマ生成器１１を最適に組み込むことができる。

ＤＢＤ（電気バリヤ放電）タイプのプラズマ生成器を組み込んだフィルタの三つの実施形態を、図５〜７を参照して説明する。

図５は、プラズマ生成器１１を組み込んだ重ねフィルタの第１実施形態を示し、高電圧発生器１３に接続されたこれら三つの電極１１０は、フィルタ４の連続する二つの層４０の間において、このフィルタの各上部領域、中央領域および下部領域に、考慮の上配置されている。更に、接地電極を形成する金属格子１１１が設けられている。この構造では、フィルタを形成する織物は、高電圧電極１１０と接地電極１１１との間に配置されている。当然のことながら、高電圧電極をすべての層４０の間に体系的に配置することができる。

図６は、プラズマ生成器１１を組み込んだ重ねフィルタの第２実施形態を示し、この場合、アースを形成する格子１１が高電圧電極１１０と同じ側に配置されている点が図５とは異なっている。

図７は、プラズマ生成器１１を組み込んだ重ねフィルタの第３実施形態を示している。このフィルタは特に、大きさの点で最適化されている。図４、５の金属格子は、接地電極１１１によって置き換えられている。この接地電極はそれぞれ、アースに電気的に接続されかつ絶縁シースによって取り囲まれた導電性ワイヤからなっている。各接地電極は、二つの高電圧電極の間において高電圧電極と同じ平面内に配置されている。従って、高電圧電極１１０はフィルタの二つの層４０の間に位置しており、対応する接地電極１１１は、高電圧電極を取り囲む層に直接連続する二つの層の間において同じ平面内に位置している。

前述のすべての実施形態において、高電圧電源１３は、特にパルス形または正弦波形の単極性または両極性の信号の形態で、４〜２０ｋＶの電圧を供給する。

三つの図５〜７には、マイクロコントローラを備えた制御モジュール１２によるプラズマ生成器１１の制御を示す。

Claims (12)

1. 自動車用の暖房／空調システムであって、
   自動車の外部と、乗員室内に開口する複数の通気口（５、７）との間で空気を循環させるためのダクトを形成するケーシング（１）を備え、このケーシング内に少なくとも一つの送風機（３）と、エバポレータ（２）と、プラズマ生成器（１１）とが配置され、システムは更に、
   システムが外部から冷房すべき乗員室内へとダクトで空気を流すことができる第１のいわゆる冷房モードにあるとき、送風機（３）とエバポレータ（２）との動作を開始することができる制御モジュール（１２）と、
   エバポレータ（２）上流の吸収フィルタ（４）とを備えており、
   前記吸収フィルタがオゾンによって再生可能なゼオライトを備えていることと、
   前記吸収フィルタにできるだけ接近してプラズマ生成器（１１）が配置されていることと、
   前記複数の通気口（５、７）の集中ロックシステムがオンであるときに、制御モジュール（１２）が、システムのフィルタ（４）を再生するためのいわゆる再生動作モードを開始することができ、この再生動作モードにおいて、制御モジュール（１２）がプラズマ生成器（１１）の動作を開始し、空気が乗員室内へ流れることを禁止することを特徴とする、暖房／空調システム。
2. 制御モジュール（１２）が、少なくとも再生モードの終わりに、前記ダクト内での乗員室内から自動車の外部への空気の流れ（９′）を可能にするように前記送風機（３）を制御することにより、フィルタ（４）の再生が可能であることを特徴とする、請求項１記載の暖房／空調システム。
3. プラズマ生成器（１１）が誘電バリヤ放電タイプであることを特徴とする、請求項１または２に記載の暖房／空調システム。
4. プラズマ生成器（１１）がフィルタ（４）の上流または下流に配置されていることを特徴とする、請求項３記載の暖房／空調システム。
5. プラズマ生成器（１１）がフィルタ（４）に組み込まれていることを特徴とする、請求項３記載の暖房／空調システム。
6. プラズマ生成器（１１）が、
   高電圧発生器（１３）に電気的に接続されかつ平面内に平行に積み重ねられた一連の高電圧電極（１１０）と、
   接地電極を形成し、高電圧電極（１１０）を含む平面に平行な平面内に延在する金属格子（１１１）と
   を含むことを特徴とする、請求項４または５に記載の暖房／空調システム。
7. プラズマ生成器（１１）が、
   高電圧発生器（１３）に電気的に接続されかつ平面内に平行に積み重ねられた一連の高電圧電極（１１０）と、
   各々が、アースに電気的に接続されかつ絶縁シースによって取り囲まれた導電性ワイヤから構成されて、二つの高電圧電極の間で高電圧電極と同じ平面内に位置する一連の接地電極と
   を含むことを特徴とする、請求項４または５に記載の暖房／空調システム。
8. プラズマ生成器（１１）が、フィルタの下部領域の表面に平行に延びる少なくとも一つの第１高電圧電極と、フィルタの上部領域の表面に平行に延びる第２高電圧電極と、フィルタの中央領域の表面に平行に延びる第３高電圧電極とを含むことを特徴とする、請求項６または７に記載の暖房／空調システム。
9. 制御モジュール（１２）が、乗員室内の生物の存在を検出するための装置から信号を受け取り、生物の存在が検出された場合に、再生モードにある場合も含め、プラズマ生成器（１１）の動作を防止するように設計されていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の暖房／空調システム。
10. 少なくともプラズマ生成器（１１）が動作している間、制御モジュール（１２）が通気口（５、７）に配置されたシャッタ（８）の閉鎖を自動的に制御可能であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の暖房／空調システム。
11. 自動車用の暖房／空調システムを制御する方法であって、このシステムが、自動車の外部と乗員室内に開口する複数の通気口（５、７）との間で空気を循環させるためのダクトを形成するケーシング（１）を備え、このケーシング内に、少なくとも一つの送風機（３）と、エバポレータ（２）と、プラズマ生成器（１１）とが配置されており、システムが更に、システムが外部から冷房すべき乗員室内へとダクトで空気を流すことができる第１のいわゆる冷房モードにあるとき、送風機（３）とエバポレータ（２）の動作を開始することができる制御モジュール（１２）と、吸収フィルタ（４）とを備えており、本方法が、吸収フィルタが、オゾンによって再生可能なゼオライトを備えていることと、前記吸収フィルタにできるだけ接近してプラズマ生成器（１１）が配置されていることと、制御モジュール（１２）を介して、
    前記複数の通気口（５、７）の集中ロックシステムがオンであることを検出するステップと、
    プラズマ生成器（１１）の動作を開始するステップと、
    空気が乗員室内へ流れることを禁止するステップと、
    に従って、前記フィルタを再生するいわゆる再生モードにおけるシステムの動作を制御することとを特徴とする、方法。
12. 少なくとも再生モードの終わりに、前記ダクト内での乗員室内から自動車の外部への空気の流れ（９′）を可能にするように前記送風機（３）を制御するステップを更に含むことを特徴とする、請求項１１記載の制御方法。

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