JP6639641B2 - 空気調節装置 - Google Patents

Description

本出願は、空気調節装置、特に車内で使用する空気調節装置に関する。空気調節装置は、空気を調節する空間に用いるもので、空気供給部及び空気排出部を有するハウジングを含む。空気供給部と空気排出部との間に流路が形成され、該流路には少なくとも１つの熱交換器と送風機が設けられる。

特許文献１は、空気浄化のための装置を開示している。この装置は、ハウジングと、帯電部と、臭気フィルタとを有する。空気の流れは、ハウジング内を空気供給部から帯電部を含むプラズマフィルタへ、そして、臭気フィルタから空気排出部へと方向付けられる。帯電部は、プラズマを発生させるための少なくとも１つの板状のプラズマ電極を含む。

特許文献２は、形質細胞、触媒、及び、羽根車がエアダクトに設けられ、空気を濾過するための装置を開示している。

特許文献３は、自動車空調システム及び／又は自動車換気システム用のフィルタ及び／又はフィルタ装置に関する。該フィルタは、空気流、特に送風機によって起こされる空気流が横切るようになっており、かつ、１つ又は複数の汚染物質を無害な物質に変換する。前記フィルタは、少なくとも部分的に、触媒でコーティングされた高タンパクの物質からできている。

特許文献４は、車両の空調システムを洗浄するための装置に関する。この目的のために、触媒式放射線イオン化方法が使用される。貴金属合金で囲まれたＵＶＸバルブによって、空気又は酸素は、ヒドロキシル・ラジカル及び過酸化水素を含む浄化プラズマに変換される。

特許文献５は、車両用空気調節装置を開示している。この空気調節装置のモジュールは、気体組成物のフィルタリング、例えば、空調対象の空気を介して移動する不安定な有機化合物及び微生物のフィルタリングが可能である。この目的のために、プラズマ触媒解毒モジュールを備え、このモジュールは、静電解毒モジュールと結合される。

ドイツ実用新案ＤＥ２０−２０１２−０１０−２３９−Ｕ１号公報 ドイツ特許出願ＤＥ１０−２０１４−１０７−８０５−Ａ１号公報 ドイツ特許出願ＤＥ１０−２００４−０３４−４３２−Ａ１号公報 ドイツ特許出願ＤＥ１１−２０１３−００１−６６５−Ｔ５号公報 欧州特許出願ＥＰ１−４３５−３０６の翻訳ＤＥ６０−３０４−４３２−Ｔ２号公報

本発明の目的は、空調対象の空間に空調された空気を供給する空気調節装置を提供することにある。空調された空気は、空気に新鮮な感覚を与え、空調対象の空気から有害成分を除去する。

上記目的は、請求項１に記載の特徴を有する空気調節装置によって達成される。
空調対象の空間に対する本発明の空気調節装置は、可能な実施形態によれば、空気供給部及び空気排出部をそなえた含むハウジングを有する。前記空気供給部と空気排出部との間には、空調対象の空気の流路が形成される。該流路には、少なくとも１つの熱交換器及び送風機が設けられる。本発明によれば、前記空気調節装置の前記空気の流路には、励起ガス発生手段が設けられる。さらに、前記励起ガスの前記流路は表面コーティングが施されており、該表面コーティングは、前記励起ガスのオゾン含有物の接触還元のために働き、前記励起ガス発生手段の下流に配置される。

前記励起ガス発生手段又は励起ガス混合物を発生する手段は、プラズマ発生器、イオン化器、又はオゾン発生器とすることができる。好ましい実施形態によれば、前記励起ガス発生手段又は励起ガス混合物を発生する手段は、圧電トランスを含む。

前記圧電トランスは、圧電効果に基づく共振トランスの一種であり、従来の磁気トランスとは異なり電気機械システムである。この圧電トランスは、該トランスの機械的寸法によって決定される固有の周波数を持ち、入力交流電圧をより高い又はより低い交流電圧に変換する働きがある。

前記圧電トランスは、圧電効果によって高電界を発生させる。この高電界は、電気的な励起によってガス及び液体をイオン化することができる。前記圧電トランスの二次側では、交流電解によって、原子及び分子の高強度の分極、励起及びイオン化が起こる。このプロセスは、圧電によって点火されたマイクロプラズマ、ＰＤＤ（Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｄｉｒｅｃｔ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ Ｐｌａｓｍａ、圧電直流放電プラズマ）を生成する。このＰＤＤは、典型的な誘電体バリア放電（ＤＢＤ、Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）に対応する特性を有する。ＰＤＤは０．０１ｍｂａｒ（１Ｐａ）から２０００ｍｂａｒ（２００ｋＰａ）の広い圧力範囲で点火できる。

前記圧電トランスにおける寄生放電現象は望ましくないが、前記圧電効果を選択的に使用することができる。ＰＤＤを用いれば、プラズマは直接点火することができる。無声放電（ＤＢＤ：誘電体バリア放電）と同様に、振動電界強度が十分に大きい場合には、コールド放電が発生する。高電界の不均一性及び周波数の影響により、周囲のガスは、絶対点火電圧がパッシェン曲線以下でなくても、空気条件下でイオン化することができる。

ＰＤＤプラズマの生成には、ローゼン型圧電トランスが特に適している。この理由は、前記ローゼン型圧電トランスが、高い電力密度と非常に高い変圧比を提供するからである。実際的には、１０００より高い変圧比を達成することができる。ＰＤＤプラズマの点火には、１０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの共振周波数が最適である。パワードライバが圧電トランスの共振周波数及びインピーダンスに最適に整合している場合、放電プロセスへの変換高効率はシステム全体としては高い。

また、空気に働くＰＤＤ方式のオゾン発生器は、平均的な濃度のオゾンを、これまで知られているシステムの中で最も高い効率で提供する。ＰＤＤにおけるプラズマ・ボリューム中のガス温度は、典型的には周囲温度で３００＋２０Ｋである。電子密度は、約１０１４〜１０１６ｍ^−３に達する。したがって、ＰＤＤは、典型的な「コールド」非平衡プラズマを提供する。このようなＰＤＤの特性は、広範囲に亘る応用を可能にする。ＰＤＤ装置は、医療研究、微生物の削減、臭いの低減を目的とした微生物学の研究に使用されている。典型的な工業用途としては、例えば印刷、塗装、及び接着工程における、プラスチックの濡れ特性及び接着特性を最適化するための表面活性化がある。

前記空気調節装置は、該空気調節装置のハウジング内の前記流路に配置された、活性／反応性増大手段を含むことができる。前記励起ガス発生手段は、前記送風機と前記活性／反応性増大手段との間に設けられる。前記空気調節装置のさらに別の実施形態によれば、前記送風機は、前記活性／反応性増大手段の空気の流路に配置される。別の可能な実施形態では、前記送風機は、前記空気の流れる方向において、前記活性／反応性増大手段の下流に配置される。

本発明に係る前記空気調節装置の別の実施形態によれば、フィルタが前記ハウジング内に設けられ、該フィルタは、前記空気の流れる方向において、前記熱交換器の上流におかれる。前記励起ガス発生手段は、前記空気の流れる方向において、前記フィルタの上流、又は下流におかれる。

前記活性／反応性増大手段は、触媒構造体、活性炭構造体、又は反応性フィルタとすることができる。この場合、前記活性／反応性増大手段は触媒として活性化した表面を有し、これによって不均一な酸化分子及び微生物は分解される。

前記ハウジング内への前記空気供給部の上流に、 分流用フラップが配置される。該 分流用フラップは、空調対象の空間の周囲空気又は内部空気のいずれかと流体連通する。粒子、ゴミ、又は水用のフィルタを前記 分流用フラップの上流に配置することができる。

前記空気調節装置の前記ハウジングの外へ向かう空気排出部の下流に、分流システムを配置することができる。この目的は、調節された空気を、空調対象の空間に所望の方法で分流するためである。

本発明による空気調節装置の特に有利な使用法は、自動車の室内空調に使用する場合である。自動車の空調システム内の空気の流路に、プラズマ発生器、電気ガス放電によるイオン化器又はオゾン発生器を適切に配置することによって、反応ガス又はガス混合物が生成され、前記空気調節装置の他の構成部品と協調して、臭気及び有害分子や微生物のない新鮮な空気を自動車の乗員室へ供給することができる。前記他の構成部品の１つはフィルタ部品であり、例えば、前記空気調節装置内の空気のオゾン含有物を削減するために、反応性成分又は触媒活性成分を予め含むことができる。同様に、前記熱交換器は、流路内の空気のオゾン含有量を触媒作用により削減させる表面コーティングをすることができる。前記空気調節装置の前記ハウジング内の空気の流れにある有害なガス種（分子、微生物）の削減は、触媒が活性化した表面上での不均一な酸化によって行うことができる。上記すべての手段によって、自動車の車内に、調節された空気を供給することができる。前記調節された空気は、実質的にクリーンであり、清浄感を与えることができる。

一実施形態では、活性／反応性増大手段は、活性炭構造を形成する活性炭を有する。該活性炭は、例えば、遷移金属、白金族金属、及び／又は酸化マンガン等の金属で含浸することができる。活性炭又は酸化マンガンは、例えば、層材料として、任意の所望の表面に塗布することもできる。一実施形態では、活性／反応性増大手段の触媒構造体は、湿った条件下でも高活性な表面を得るために、冷却器（凝縮器）上に形成され、撥水構造を有する。このような表面は、例えば、前記熱交換器、前記送風機／蒸発器用送風機、前記空気分流用通路の内壁、又は分流システム上に形成することができる。

従来の熱交換器は、典型的には、調節対象の空気を約５℃まで冷却することにより、空気を５℃の露点まで乾燥させる。この冷たくて乾燥した空気の状態は、例えば、低温低湿が好ましい、励起ガス発生手段を用いて高濃度オゾンを高効率で生成することに特に適している。一般に、冷却され乾燥された空気は、前記熱交換器の冷却部（蒸発器）を用いた冷却プロセス後に、例えば適切な電気的構造によって約２０℃まで再加熱される。この加熱された構造では、触媒活性を高くすることができる。前記熱交換器は、全体として、冷却器（蒸発器／凝縮器）と（追加の）加熱器（例えば、加熱構造体）とを含み、かつ、本発明においては、表面コーティングに適した非常に大きな面を有する。

しかしながら、上記表面コーティングを前記蒸発器の表面に塗布すると、蒸発器に液体が凝縮するという問題がある。こうして前記表面が湿り、触媒活性が低下するか、もはやなくなってしまう。これを避けるために、触媒コーティングは、疎水性混合物、例えば、テフロン及び／又は他の撥水性材料が付加されることが好ましい。蒸発器による蒸発プロセスの後、前記表面は再び乾燥する。加えて、他の表面、例えば、流路（分流システム）全体の壁、又は特に高い乱流が発生する場所、例えば送風機には、触媒をおくことができる。前記（追加の）加熱器の表面は、作動中に加熱され、塗布された触媒が高活性化する。

以下に示す添付の図面を参照して、以降、本発明及びその利点をより詳細に説明する。
本発明による空気調節装置の一実施形態の概略図である。 本発明による空気調節装置の別の実施形態の概略図である。 本発明による空気調節装置のさらに別の実施形態の概略図である。 本発明による空気調節装置の別の実施形態の概略図である。 本発明による空気調節装置の別の実施形態の概略図である。 本発明による空気調節装置のさらに別の実施形態の概略図である。 本発明による空気調節装置の自動車における代表的な使用例の概略図である。

図面において、同一の参照番号は、本発明の同一又は均等な構成要素に使用される。さらに、明確にするために、各図面には、個々の図の説明に必要とされる参照番号のみが示されている。図示された実施形態は、本発明による空気調節装置をどのように構成することができるかを示す例に過ぎず、発明を限定するものとして解釈されるべきではない。図中の個々の構成要素の大きさの比率は、実際の寸法の比に必ずしも対応していない。説明をより良くするために、いくつかの形状は単純化され、その他の形状は、他の要素に比べて拡大して示されている。

図１は、自動車の客室内や車内の空調に用いることが好ましい、空気調節装置１の構成を概略的に示す。空気調節装置１は、ハウジング２０（図１〜６では破線で示す）を有する。ハウジング２０には、空気供給部２１（調節前の空気用）と空気排出口２２（調節され浄化された空気用）が形成されている。空気供給部２１と空気排出部２２との間には流路２５が形成されている。図１に示す実施例では、空気供給部２１の下流にあるハウジング２０内の流路２５内に、流れの方向Ｌを向いた順に、励起ガス発生手段５と、熱交換器７と、送風機８と、活性／反応性増大手段９と、が設けられている。熱交換器７を通して、熱Ｑは、調節対象の空気から外部環境に放出される。

一実施形態によれば、表面コーティング１０は、例えば熱交換器７上に塗布される。表面コーティング１０は、前記オゾン含有物、又は前記励起ガス若しくはプラズマの触媒による分解に役立つ。熱交換器７への表面コーティング１０の塗布の利点は、触媒による分解の所望の効果を得るために利用可能な表面積が広いということである。表面コーティング１０を塗布可能な他の候補としては、送風機８及び／又は蒸発器用送風機がある。ここでは、触媒による分解の効果は、調節対象の空気の強力な乱流によって十分に得られる。表面コーティング１０を塗布する別の方法は、分流システム１１の内壁（図示せず）によって提供される。この方法の利点は、分流システム１１では、表面コーティング１０を塗布するための構成要素を追加する必要がなく、広い表面を無条件に利用することができるということである。

分流器４は、ハウジング２０の空気供給部２１の上流に配置され、ハウジング２０へ周囲空気３１又は内部空気３２を選択して供給し、空調することができる。ハウジング２０の空気排出部２２から、調節された空気が、空調対象の空間３３に誘導される。これは、図１に示す図では、内部空気３２に向かう矢印で表されている。励起ガス発生手段５は、プラズマ発生器、イオン化器、又はオゾン発生器として機能する圧電トランスである。励起ガスは殺菌と空調対象の空気を新鮮にする効果を得ることができる。

図２は、本発明による空気調節装置１のさらに別の実施形態を示す。ここで、空調を行う本発明の空気調節装置１の構成要素の別の配置が、ハウジング２０内に示されている。空気供給部２１の次には熱交換器７が続き、熱交換器７には表面コーティング１０が塗布されている。流路２５の流れの方向Ｌに、熱交換器７に続いて、送風機８と、励起ガス発生手段５と、活性／反応性増大手段９と、が配置される。

図３及び図４は、空気排出部２２が、分流システム１１の下流に配置されている本発明の実施形態を示す。分流システム１１を用いて、調節された空気は、空調対象である空間３３に目標どおりに分流することができる。図３に記載した実施形態のハウジング２０内における構成要素の配置は、図１で説明した配置に対応する。同様に、図４に記載した実施形態のハウジング２０内の構成要素の配置は、図２で説明した実施形態の配置に対応する。同様に、周囲空気３１の空気供給部２２の上流に、 分流用フラップ４と、粒子、汚れ、又は水用のフィルタ３とが、図３及び図４に記載された実施形態の上流に配置されている。

図５は、空気調節装置１の他の実施形態を示す。ハウジング２０には、流れの方向Ｌを向いた順に、励起ガス発生手段５、フィルタ６、熱交換器７（図５では示されていないが、表面コーティングをしている可能性がある）、送風機８、及び、活性／反応性増強手段９が、空気供給部２１と空気排出部２２との間に配置されている。フィルタ６は、調節対象の空気のオゾン含有物を削減するために、前もって、反応性成分又は触媒活性成分を含むことができる。

図６は、図５に示す実施形態の変形例を示す。ハウジング２０には、流れの方向を向いた順に、フィルタ６、熱交換器７（図６では示されていないが、表面コーティングをしている可能性がある）、送風機８、励起ガス発生手段５、及び活性／反応性増強手段９が、空気供給部２１と、空気排出部２２との間に配置されている。

図７は、本発明による空気調節装置１を自動車３５で空調に使用する実施例の概略図を示す。空調対象の空間３３は、車両３５の自動車の内部、又は客室内である。

本出願は、好ましい実施形態を参照して説明している。しかしながら、以下の特許請求の範囲から逸脱することなく、本発明に対して変形又は修正を行うことができることは、当業者には明らかであろう。前記空気調節装置の上述の実施形態のすべては、個別に、及び任意に組み合わせて使用することができる。

１ 空気調節装置
３ フィルタ
４ 分流装置
５ 励起ガス発生手段
６ フィルタ
７ 熱交換器
８ 送風機
９ 活性／反応性増大手段
１０ 表面コーティング
１１ 分流システム
２０ ハウジング
２１ 空気供給部
２２ 空気排出部
２５ 流路
３１ 周囲空気
３２ 内部空気
３３ 空間
３５ 自動車
Ｌ 流れの方向
Ｑ 熱

Claims (14)

1. 空気供給部（２１）と、空気排出部（２２）と、前記空気供給部（２１）と前記空気排出部（２２）との間に形成された少なくとも一つの空気の流路（２５）とを含むハウジング（２０）を有し、
   前記空気の流路（２５）には少なくとも一つの熱交換器（７）と、送風機（８）と、励起ガスを発生する励起ガス発生手段（５）と、を有する、空調対象の空間（３３）の空気調節装置（１）であって、
   前記励起ガス発生手段（５）は、プラズマ発生器、イオン化器、又はオゾン発生器であり、かつ、圧電トランスを含み、
   該圧電トランスは圧電効果によってその近傍に高電界を発生させ、該高電界は電気的な励起によってガス及び液体をイオン化すること
   を特徴とする空気調節装置（１）。
2. 前記励起ガスの流路（２５）には、前記励起ガスのオゾン含有物を接触還元するための表面コーティング（１０）が塗布され、該表面コーティング（１０）は、前記励起ガス発生手段（５）の下流に配置されること
   を特徴とする請求項１に記載の空気調節装置（１）。
3. 活性／反応性増大手段（９）が、前記ハウジング（２０）内の前記流路（２５）に配置されること
   を特徴とする請求項１〜２のいずれか一項に記載の空気調節装置（１）。
4. 前記励起ガス発生手段（５）は、前記送風機（８）と前記活性／反応性増大手段（９）との間に配置されること
   を特徴とする請求項３に記載の空気調節装置（１）。
5. 前記空気の前記流路（２５）にある送風機（８）が、前記活性／反応性増大手段（９）の上流に配置されること、又は、前記送風機（８）が、前記空気の流れの方向（Ｌ）において、前記活性／反応性増大手段（９）の下流に配置されること
   を特徴とする請求項３又は４に記載の空気調節装置（１）。
6. 前記ハウジング（２０）内に、前記空気の流れの方向（Ｌ）において、前記熱交換器（７）の上流に、フィルタ（６）が設けられていること
   を特徴とする請求１〜５のいずれか一項に記載の空気調節装置（１）。
7. 前記励起ガス発生手段（５）は、前記空気の前記流路（２５）において、前記フィルタ（６）の上流に配置されているか、又は、前記空気の前記流れの方向（Ｌ）において、前記フィルタ（６）の下流に配置されること
   を特徴とする請求項６に記載の空気調節装置（１）。
8. 前記活性／反応性増大手段（９）の上流に、触媒構造体、活性炭構造体、又は反応性フィルタが配置される
   ことを特徴とする請求項３〜７のいずれか一項に記載の空気調節装置（１）。
9. 前記活性／反応性増大手段（９）は、不均一酸化によって分子を分解する手段である、触媒活性化した表面を有すること
   を特徴とする請求項８に記載の空気調節装置（１）。
10. 前記活性／反応性増大手段（９）は、不均一酸化によって微生物の増殖を阻害する、又は死滅させる手段である、触媒活性化した表面を有すること
    を特徴とする請求項８に記載の空気調節装置（１）。
11. 分流用フラップ（４）が、前記ハウジング（２０）内につながる前記空気供給部（２１）の上流に配置され、前記分流用フラップ（４）は、周囲空気（３１）と、前記空調対象の空間（３３）の内部空気（３２）と、のどちらかと選択的に流体連通していること
    を特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の空気調節装置（１）。
12. 前記周囲空気（３１）の前記空気供給部の上流側にある前記分流用フラップ（４）の上流に、粒子、汚れ又は水用のフィルタ（３）が配置されること
    を特徴とする請求項１１に記載の空気調節装置。
13. 調節された前記空気が、前記空調対象の空間（３３）内に所望の方法で分流されるように、分流システムが、前記ハウジング（２０）の前記空気排出部（２２）の下流に配置されること
    を特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の空気調節装置（１）。
14. 自動車（３５）の内部（３３）の空調に使用されること
    を特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の空気調節装置（１）。

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