JP6554390B2 - 車両用エコ加湿装置 - Google Patents

Description

本発明は車両用加湿装置に係り、より詳細には、別途の電力供給なしに半永久的に加湿機能を発揮することができる車両用エコ加湿装置に関する。

車両の空調装置（Ｈｅａｔｉｎｇ、Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｉｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ）は、車両室内の暖房、換気及び空気調和のために使用されるものであって、外部温度の変化に関係なく車両内部の温度を適正に維持し、運転者により便利で快適な環境を提供するために使用される。

空調装置は、冷媒を圧縮する圧縮機（ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ）と、圧縮された冷媒を凝縮して液化するコンデンサー（ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ）と、液化した冷媒を断熱膨脹させて低温−低圧の冷媒に変化させる膨脹弁（Ｔｈｅｒｍａｌ ｅＸｐａｎｓｉｏｎ Ｖａｌｖｅ、ＴＸＶ）と、膨脹した冷媒を蒸発させる蒸発器（ｅｖａｐｏｒａｔｏｒ）と、から構成され、各段階で冷媒は、それぞれ高温−高圧の気体、常温−高圧の液体、低温−低圧の液体及び低温−低圧の気体に状変化して存在する。

しかし、従来の空調装置は、冬季にヒーターを長期間作動させた場合、高い温度によって車両内部の水分が蒸発するので、車両内部が乾燥して運転者／搭乗者の居心地が悪くなり、特に、女性運転者／搭乗者の場合には、肌の健康及び水分ケアに悪影響を及ぼすという問題がある。

従って、このような問題点を改善するために車両用加湿装置を設置する技術が公開されているが、これもまた加湿用の水を保管できる空間が制限され、水を震動させて水蒸気に変換するために超音波振動子が必要とされるので、車両の生産コストが増大し、暖房時にだけ加湿作用が行われるので、常に適切な湿度を維持することが不可能であるという問題がある。

一方、最近、環境気候変化現象と、２００４年に始まった高油価政策によって、車両産業を含んだ産業分野全般において、新再生エネルギー開発に対する関心が増加している状況である。そして、既存の化石燃料を代替することができる新再生エネルギーの中でも、無尽蔵／無公害の清浄エネルギーである太陽光エネルギーの活用に対する研究が続けられている（例えば特許文献１を参照）。

それにもかかわらず、運転者にとって非常に重要な課題である車両室内の環境に対する技術開発は、まだ充分に行われていない状況であり、新再生エネルギーを積極的に車両に適用した装置に対しては、その研究が微々たる状況である。
従って、車両内部が乾燥することを防止し、運転者に快適な乗車環境を提供すると同時に、太陽光エネルギーを積極的に活用できる車両用加湿装置に対する必要性が切実である。

特開２０１３−２５４９４０号公報

本発明は、前述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであって、別途の電力供給がなくても、太陽光エネルギーを利用して半永久的に加湿機能を発揮することができる車両用エコ加湿装置を提供することに目的の一つがある。

また、本発明は、金属ナノ粒子を活用して抗菌、殺菌及び浄化機能を発揮し、車両の室内環境に合わせて使用者が希望する加湿の程度を選択的に設定することができる車両用エコ加湿装置を提供することに他の目的がある。

本発明が解決しようとする技術的課題は、上記で言及した技術的課題に限定されず、言及しなかった他の技術的課題は、本発明の記載から当該分野で通常の知識を有する者には、明確に理解することができる。

内部に水を収容する空間が形成され、上端に太陽光を集中させる集光装置が設けられたケースと、
ケースに収容された水に沈降されて、集光装置を通過した太陽光を吸収する多数の金属ナノ粒子と、
ケース上部の一側と連結パイプを介して連通されるコンデンサー、蒸発器、及びブロアモーターと、を含み、
金属ナノ粒子は、表面プラズモン共鳴（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｌａｓｍｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）現象によって加熱されて水を気化させ水蒸気にすることを特徴とする。

また、本発明の実施例による車両用エコ加湿装置において、ケースは、車両室内のダッシュボード（ｄａｓｈｂｏａｒｄ）又はルーフパネルに装着されたサンルーフに設けられることが好ましい。
同時に、本発明の実施例による車両用エコ加湿装置において、前記集光装置はフレネルレンズ（ｆｒｅｓｎｅｌ ｌｅｎｓ）からなることが好ましく、前記金属ナノ粒子は、金（Ａｕ）ナノ粒子、銀（Ａｇ）ナノ粒子又は銅（Ｃｕ）ナノ粒子のうちいずれか一つであることが好ましい。

更に、本発明の実施例による車両用エコ加湿装置は、前記ケースとコンデンサーとを連結する連結パイプに開閉可能に設けられ、車両のＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）によって制御され、連結パイプを通過する水蒸気の量を調節する開閉弁を更に含むことが好ましい。

前記のような構成を有する本発明の加湿装置は、集光装置を通過した太陽光を吸収する金属ナノ粒子を利用して水を水蒸気に気化させた後、車両室内の加湿に使うことができるので、別途の電力供給がなしでも半永久的に加湿機能を発揮できるという效果がある。

また本発明は、水が収容されるケースを車両室内のダッシュボード又はルーフパネルに装着されたサンルーフに設けることができるので、従来の車両用加湿装置に比べて加湿用の水を保管できる空間を増大することができるという長所がある。
また本発明は、電力エネルギーではない太陽光エネルギーを活用して実用化されるので親環境的であり、吸収された太陽光エネルギーの８０％以上を水蒸気の生成に使うことができるので、效率が顕著に上昇するという效果がある。

同時に、本発明に使われる金属ナノ粒子（金ナノ粒子、銀ナノ粒子又は銅ナノ粒子など）は、抗菌、殺菌及び浄化機能があるので、従来の車両用加湿装置で問題となった細菌やバクテリアなどの増殖を抑制することができるという效果がある。
更に、本発明は、車両のＥＣＵによって制御される電子式開閉弁を活用して使用者が望む加湿の度合いを段階的に選択して駆動することができるので、使用者の病気などを予防して肌の健康に役立ち、車両の商品性を増大することができるという效果がある。

本発明の一実施例による車両用エコ加湿装置の各構成要素を概略的に図示した図面である。 ２５℃において、ケースに収容された水の中に金（Ａｕ）ナノ粒子が存在しない場合に、ケース内部の湿度を測定した図表である。 ２５℃において、ケースに収容された水の中に金（Ａｕ）ナノ粒子が存在する場合に、ケース内部の湿度を測定した図表である。

以下、添付の図面に基づいて、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施することができるように、本発明について詳しく説明する。しかし、本発明は様々な形態で実施することができ、本発明の権利範囲は、ここで説明する実施例に限定されない。
本発明を明確に説明するために、説明と関係ない部分は省略し、明細書全体を通じて同一又は類似の構成要素に対しては同じ参照符号を付けることにする。

また、本明細書及び特許請求の範囲に使われた用語や単語は通常的又は辞書的意味に限定して解釈されてはならないし、発明者は自分の発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則に基づいて、本発明の技術的思想に符合する意味と概念として解釈されなければならない。 図１は、本発明の一実施例による車両用エコ加湿装置の各構成を概略的に図示した図面である。

図１に示すように、本発明の一実施例による車両用エコ加湿装置は、内部に水１０ａを収容することができる空間１２が形成され、太陽光を集中させるように上端に集光装置２０が設けられたケース１０、ケースに収容された水１０ａに沈降され、集光装置を通過した太陽光を吸収する多数の金属ナノ粒子３０及びケース１０の上部一側と連結パイプ４６を介して連通されるコンデンサー４０、蒸発器４２、及びブロアモーター４４を含む。

図１に示すように、ケース１０は上端が開口され、下端が閉鎖され、内部に空間１２が形成されており、内部の空間１２には加湿用に使用される一定量の水１０ａが収容される。
ケース１０は円柱又は楕円柱などの形状に形成することができ、車両に設けられた部品に結合される場合、その部品の形状によってはその部品と一体に形成することもできる。

具体的に説明すると、本発明の一実施例によるケース１０は、車両室内のダッシュボード（図示せず）又はルーフパネルに装着されたサンルーフ（図示せず）に設けることが好ましい。ケース１０をサンルーフに設けることよって、車両内部のレイアウトに影響を及ぼさずに多量の水が収容できるように空間を形成することができる。

ダッシュボード（ｄａｓｈｂｏａｒｄ）は、車両の運転席及び助手席の正面に設けられた運転に必要な各種計器が設置された部分を言い、速度計の他にも運転に必要な情報を示す計器盤、自動車の走行方向を操作するステアリングホイル、オーディオとクーラーの調節板があるセンターフェイシアなどからなる。一方、サンルーフは車両内部の換気と開放感のためにルーフパネルに形成された開口部を開閉できるように設けられる部品である。

ケース１０の上端には集光装置２０が設けられてケース１０の内部に太陽光を集中させ、集光装置２０は、要求される水蒸気の量などを考慮して一つだけを設けることができるし、又複数個を設けることもできる。
集光装置２０は、ケース１０と一体に形成されてケースの上端を完全に密閉することができるし、場合によっては使用者が容易に集光装置２０を引き離せるようにケース１０の上端に脱着可能に結合させることもできる。

集光装置２０は、凸レンズや集光レンズなど太陽光を集めるレンズを用いるることができる。本発明の一実施例による集光装置２０は、フレネルレンズＦｒｅｓｎｅｌ（ｆｒｅｓｎｅｌ ｌｅｎｓ）からなることが好ましい。
フレネルレンズは、大きな水晶体状の拡大鏡を数十ないし数百個の同心円に切断し、中心の周りの部分が厚くなるのを防いだレンズのことで、レンズの厚さを拡大させずに、光を集中させることができるという特性を有する。

使用者は本発明によるケースの大きさ、収容される水の量、ケースが設けられる位置などを考慮してフレネルレンズの形状を多様に変換することで、最適な集光装置２０を構成することができる。
ケースに収容された水１０ａに多数の金属ナノ粒子３０を沈降させる。これによって、金属ナノ粒子３０が太陽光を吸収して１００℃以上に加熱されることによって、水１０ａは水蒸気に気化される。

本発明に係る金属ナノ粒子３０は、３次元の外形サイズが全て１ｎｍ乃至１００ｎｍの金属粒子を言うものであって、本発明の実施例による金属ナノ粒子３０は金（Ａｕ）ナノ粒子、銀（Ａｇ）ナノ粒子、又は銅（Ｃｕ）ナノ粒子のうちいずれか一つであることが好ましい。
金属ナノ粒子３０は、集光装置２０を通過した太陽光を吸収して表面が急速に加熱されるが、このような作用は表面プラズモン共鳴（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｌａｓｍｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）現象によって成り立つ。

表面プラズモン共鳴現象とは、ナノサイズの貴金属表面電子の集団的振動運動が有する固有の波数ベクトルと入射光の波数ベクトルとが一致する条件で光が吸収され、増幅された場が誘導される現象を言う。
表面プラズモン共鳴現象は、主に金属ナノ粒子の上の試料の吸着を測定する標準計測原理として広く利用され、特に色相の変化で試料の量を検出するバイオセンサーなどに広く利用される原理である。

しかし、本願発明のように、入射した太陽光と金属ナノ粒子３０との表面プラズモン共鳴現象を利用して、車両用加湿装置を具体的に製造した技術は、開示されていない。
また、金属ナノ粒子３０は抗菌、殺菌及び浄化機能を有することが知られているので、本発明は、従来の車両用加湿装置で問題となった細菌やバクテリアなどの増殖を抑制することができるという效果がある。

図２は、２５℃において、ケースに収容された水の中に金（Ａｕ）ナノ粒子が存在しない場合に、ケース内部の湿度を測定した図表であり、図３は２５℃において、ケースに収容された水の中に金（Ａｕ）ナノ粒子が存在する場合の、ケース内部の湿度を測定した図表である。
図２に示すように、ケースに収容された水１０ａの中に金ナノ粒子が存在しない場合は、ケース１０内部の湿度は８０％を越えることがない。これに対して、図３に示すように、ケースに収容された水１０ａの中に金ナノ粒子が存在する場合は、ケース１０内部の湿度は約９０％になる。

すなわち、２５℃において、ケース１０内部の湿度は、金ナノ粒子が存在しない場合に比べて、金ナノ粒子が存在する場合の方が上昇し、太陽光が入射して金ナノ粒子が加熱された場合には、湿度に顕著な差が出ることは、通常の技術者には理解することができる。
図１に図示されたように、ケース１０は、連結パイプ４６を介してコンデンサー４０、蒸発器４２、及びブロアモーター４４に連通し、ケース１０で生成された水蒸気は連結パイプ４６を介して供給される。

前述のように、集光装置２０を通過した太陽光によって加熱された金属ナノ粒子３０は、温度が１００℃以上になるので、気化された水蒸気は当初は非常に高い温度になる。
従って水蒸気は、連結パイプ４６を介してコンデンサー４０に伝達されて先ず凝縮された後、再び蒸発器４２によって蒸発され、低温低圧の気体に変換された後、ブロアモーター４４を介して車両の室内に供給される。

コンデンサー４０、蒸発器４２、及びブロアモーター４４は、車両の空調装置に使われるコンデンサー、蒸発器、及びブロアモーターをそのまま利用したり、本発明の目的に合うように別途のコンデンサー、蒸発器、及びブロアモーターを製作して用いることもできる。
ケース１０とコンデンサー４０とを連通する連結パイプ４６上には、開閉弁５０が設けられる。開閉弁５０は車両のＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）によって制御され、連結パイプを通過する水蒸気の量を調節する。

開閉弁５０は、使用者が車両の内部に用意されたボタンを押して所望の加湿度を段階的に選択することで作動したり、使用者が指定した湿度に合うように自動で作動したりすることができる。
前述したように、本発明の実施例による車両用エコ加湿装置は、車両バッテリーの電力を消耗することなしに、太陽光だけで加湿を行うことができるので親環境的であり、超音波振動子のような部品を使わないことで、車両の生産コストを節減することができるという效果を持つ。

以上で説明した本発明は、前述の実施例及び添付の図面によって限定されず、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で様々な置換、変形及び変更が可能であるということが、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に明白であろう。

１０ ケース
１０ａ 水
１２ 空間
２０ 集光装置
３０ 金属ナノ粒子
４０ コンデンサー
４２ 蒸発器
４４ ブロアモーター
４６ 連結パイプ
５０ 開閉弁

Claims (5)

1. 内部に水を収容する空間が形成され、上端に太陽光を集中させる集光装置が設けられたケースと、
   前記ケースに収容された水に沈降されて、集光装置を通過した太陽光を吸収する多数の金属ナノ粒子と、
   前記ケース上部の一側と連結パイプを介して連通されるコンデンサー、蒸発器、及びブロアモーターと、を含み、
   前記金属ナノ粒子は、表面プラズモン共鳴（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｌａｓｍｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）現象によって加熱されて水を気化させ水蒸気にすることを特徴とする車両用エコ加湿装置。
2. 前記ケースは、車両室内のダッシュボード（ｄａｓｈｂｏａｒｄ）又はルーフパネルに装着されたサンルーフに設けられることを特徴とする請求項１に記載の車両用エコ加湿装置。
3. 前記集光装置はフレネルレンズ（ｆｒｅｓｎｅｌ ｌｅｎｓ）からなることを特徴とする請求項１に記載の車両用エコ加湿装置。
4. 前記金属ナノ粒子は、金（Ａｕ）ナノ粒子、銀（Ａｇ）ナノ粒子、又は銅（Ｃｕ）ナノ粒子の中のいずれか一つであることを特徴とする請求項１に記載の車両用エコ加湿装置。
5. 前記ケースとコンデンサーとを連結する連結パイプに開閉可能に設けられ、車両のＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）によって制御され、連結パイプを通過する水蒸気の量を調節する開閉弁を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の車両用エコ加湿装置。

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