(57)【要約】【課題】自動車のエンジンの出力を増加させるための気体分離膜ユニットを、酸素富化空気の生成以外の用途に有効利用する【解決手段】気体分離によって空気から酸素富化空気および窒素富化空気を生成する多数の中空糸を筒状のシェル内に収納した気体分離膜ユニット１１を自動車の衝突対策部材として機能させるべく、フロントバンパービーム３５、リヤバンパービーム３６、フロントドアビーム３９あるいはリヤドアビーム４０として車体に取り付ける。また気体分離膜ユニット１１をサイドフレーム１３に沿うように取り付けて衝突対策部材として機能させることもできる。気体分離膜ユニット１１が排出する窒素富化空気を、概ね密閉された車体構成部材であるフロントドア３７やリヤドア３８の内部に充填すれば、錆の発生や火災の発生を抑制する効果を発揮させることができる。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体分離によって空気から酸素富化空気および窒素富化空気を生成する多数の中空糸（１８）を筒状のシェル（１２）内に収納し、前記シェル（１２）に空気供給口（１９）、酸素富化空気排出口（２０）および窒素富化空気排出口（２１）を形成し、酸素富化空気排出口（２０）から排出された酸素富化空気をエンジン（Ｅ）の吸気系に供給する気体分離膜ユニット（１１）を自動車に搭載した自動車用気体分離膜ユニットの配置構造において、
前記気体分離膜ユニット（１１）を自動車の衝突対策部材として用いたことを特徴とする自動車用気体分離膜ユニットの配置構造。
【請求項２】
気体分離によって空気から酸素富化空気および窒素富化空気を生成する多数の中空糸（１８）を筒状のシェル（１２）内に収納し、前記シェル（１２）に空気供給口（１９）、酸素富化空気排出口（２０）および窒素富化空気排出口（２１）を形成し、窒素富化空気排出口（２１）から排出された窒素富化空気をエンジン（Ｅ）の吸気系に供給する気体分離膜ユニット（１１）を自動車に搭載した自動車用気体分離膜ユニットの配置構造において、
前記気体分離膜ユニット（１１）を自動車の衝突対策部材として用いたことを特徴とする自動車用気体分離膜ユニットの配置構造。
【請求項３】
前記衝突対策部材は自動車のバンパービーム（３５，３６）あるいはドアビーム（３９，４０）であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の自動車用気体分離膜ユニットの配置構造。
【請求項４】
前記窒素富化空気排出口（２１）から排出された窒素富化空気を、概ね密閉された車体構成部材（３７，３８）内に供給することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の自動車用気体分離膜ユニットの配置構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気体分離によって空気から酸素富化空気および窒素富化空気を生成する多数の中空糸を筒状のシェル内に収納し、前記シェルに空気供給口、酸素富化空気排出口および窒素富化空気排出口を形成し、酸素富化空気排出口から排出された酸素富化空気をエンジンの吸気系に供給する気体分離膜ユニットを自動車に搭載した自動車用気体分離膜ユニットの配置構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
酸素および窒素の混合物である空気を気体分離膜ユニットを通過させることで酸素の含有量が増えた酸素富化空気を生成させ、その酸素富化空気をエンジンに供給することで出力の向上を図るものが、下記特許文献１および特許文献２により公知である。
【０００３】
また気体分離膜ユニットを通過して窒素の含有量が増えた窒素富化空気をエンジンに供給することで、混合気の燃焼温度を下げて排気ガス中の窒素酸化物を減少させるものが、下記特許文献３および特許文献４により公知である。
【０００４】
【特許文献１】
特許第２５０４０１３号公報
【特許文献２】
特開平８−２５４１６１号公報
【特許文献３】
実公平７−２０３３５号公報
【特許文献４】
実開平５−８７２５９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この種の気体分離膜ユニットは筒状のシェルの内部に多数の中空糸を配置したものであって大きな強度を有しているが、上記特許文献１〜特許文献４に記載された気体分離膜ユニットは酸素富化空気あるいは窒素富化空気の生成のみに利用されており、その大きな強度が有効に利用されていなかった。
【０００６】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、自動車用の気体分離膜ユニットを酸素富化空気あるいは窒素富化空気の生成以外の用途に有効利用することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、気体分離によって空気から酸素富化空気および窒素富化空気を生成する多数の中空糸を筒状のシェル内に収納し、前記シェルに空気供給口、酸素富化空気排出口および窒素富化空気排出口を形成し、酸素富化空気排出口から排出された酸素富化空気をエンジンの吸気系に供給する気体分離膜ユニットを自動車に搭載した自動車用気体分離膜ユニットの配置構造において、前記気体分離膜ユニットを自動車の衝突対策部材として用いたことを特徴とする自動車用気体分離膜ユニットの配置構造が提案される。
【０００８】
上記構成によれば、空気から酸素富化空気および窒素富化空気を生成する気体分離膜ユニットを自動車の衝突対策部材として用いたので、気体分離膜ユニットが生成した酸素富化空気でエンジンの出力を増加させるだけでなく、気体分離膜ユニットの強度によって自動車の耐衝撃性能を高めることができる。
【０００９】
また請求項２に記載された発明によれば、気体分離によって空気から酸素富化空気および窒素富化空気を生成する多数の中空糸を筒状のシェル内に収納し、前記シェルに空気供給口、酸素富化空気排出口および窒素富化空気排出口を形成し、窒素富化空気排出口から排出された窒素富化空気をエンジンの吸気系に供給する気体分離膜ユニットを自動車に搭載した自動車用気体分離膜ユニットの配置構造において、前記気体分離膜ユニットを自動車の衝突対策部材として用いたことを特徴とする自動車用気体分離膜ユニットの配置構造が提案される。
【００１０】
上記構成によれば、空気から酸素富化空気および窒素富化空気を生成する気体分離膜ユニットを自動車の衝突対策部材として用いたので、気体分離膜ユニットが生成した窒素富化空気でエンジンの排気ガス中の窒素酸化物を低減できるだけでなく、気体分離膜ユニットの強度によって自動車の耐衝撃性能を高めることができる。
【００１１】
また請求項３に記載された発明によれば、請求項１または請求項２の構成に加えて、前記衝突対策部材は自動車のバンパービームあるいはドアビームであることを特徴とする自動車用気体分離膜ユニットの配置構造が提案される。
【００１２】
上記構成によれば、気体分離膜ユニットを自動車のバンパービームあるいはドアビームとして利用することで、バンパービームやドアビームの耐衝撃性能を確保しながら、気体分離膜ユニットの取付スペースを削減することができる。
【００１３】
また請求項４に記載された発明によれば、請求項１または請求項２の構成に加えて、前記窒素富化空気排出口から排出された窒素富化空気を、概ね密閉された車体構成部材内に供給することを特徴とする自動車用気体分離膜ユニットの配置構造が提案される。
【００１４】
上記構成によれば、窒素富化空気を概ね密閉された車体構成部材内に供給することにより、錆の発生や火災の発生を防止することができる。
【００１５】
尚、実施例のフロントバンパービーム３５およびリヤバンパービーム３６は本発明のバンパービームに対応し、実施例のフロントドア３７およびリヤドア３８は本発明の車体構成部材に対応し、実施例のフロントドアビーム３９およびリヤドアビーム４０は本発明のドアビームに対応する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【００１７】
図１〜図３は本発明の実施例を示すもので、図１は気体分離膜ユニットの構造を示す模式図、図２は気体分離膜ユニットを装備した自動車の車体フレームの斜視図、図３は気体分離膜ユニットを装備した自動車の正面図である。
【００１８】
図１は気体分離膜ユニット１１の構造を示す模式図であって、その気体分離膜ユニット１１は前後端を閉鎖されたステンレス（あるいは合成樹脂）のパイプよりなるシェル１２を備える。シェル１２の両端部の近傍に設けられた隔壁１３，１４によって、シェル１２の内部が第１室１５、第２室１６および第３室１７に区画されており、第２室１６に配置された多数の中空糸１８…の両端が第１室１５および第３室１７に連通する。中空糸１８…はポリイミド製の細いパイプからなり、その膜面は酸素が透過し易く、窒素が透過し難い性質を有している。そして中空糸１８…の一端が臨む第１室１５には空気供給口１９が設けられ、中空糸１８…の外周部が臨む第２室１６には酸素富化空気排出口２０が設けられ、中空糸１８…の他端が臨む第３室１７には窒素富化空気排出口２１が設けられる。
【００１９】
空気には約２０％の酸素と約８０％の窒素とが含まれるが、空気供給口１９および第１室１５を経て中空糸１８…に供給された空気は、その中空糸１８…の内部を流れる間に酸素が窒素よりも多く第２室１６に透過することで、第２室１６の酸素富化空気排出口２０から酸素の含有量が例えば２５％増加した酸素富化空気がエンジンＥの吸気系に供給され、第３室１７の窒素富化空気排出口２１から酸素の含有量が例えば２５％減少した窒素富化空気が排出される。このように、通常の空気よりも酸素の含有量が増加した酸素富化空気をエンジンＥに供給することで、エンジンＥの出力を増加させることができる。
【００２０】
図１に模式的に示すものに比べて、実際の中空糸１８…は遥かに細いもので、その外径および内径はそれぞれ４００μｍおよび２００μｍであり、長さ１ｍ当たりの膜面積は３．１４ｃｍ２  である。また中空糸１８…の１本当たりの耐荷重は３Ｎである。
【００２１】
上記中空糸１８…を用いて２５％の酸素富化空気を毎秒１０Ｌ得るためには、中空糸１８…の内外の圧力差を１０００００Ｐａとし、透過係数を０．０００１とすると、１３１５８ｃｍ２  の膜面積が必要になり、これは４１９０本の中空糸１８…の膜面積に相当する。そして４１９０本の中空糸１８…の耐荷重の総和は１２５７０Ｎとなる。気体分離膜ユニット１１の耐荷重は、前記中空糸１８…の耐荷重の総和にシェル１２の耐荷重を加算したものになる。
【００２２】
表１には、気体分離膜ユニット１１のシェル１２の直径と、中空糸１８…の使用本数と、中空糸１８…のみの耐荷重と、２５％の酸素富化空気の発生量との関係が示される。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
図２に示すように、自動車の左右のサイドフレーム３１，３１は、フロントサイドフレーム３２，３２と、フロントフロアフレーム３３，３３と、リヤフレーム３４，３４とで構成されており、左右のフロントサイドフレーム３２，３２の前端間がフロントバンパービーム３５で接続され、左右のリヤフレーム３４，３４の後端間がリヤバンパービーム３６で接続される。フロントドア３７およびリヤドア３８の内部にはフロントドアビーム３９およびリヤドアビーム４０がそれぞれ設けられる。
【００２５】
第１実施例では、フロントバンパービーム３５および／またはリヤバンパービーム３６として、気体分離膜ユニット１１がそのまま用いられる。即ち、フロントバンパービーム３５やリヤバンパービーム３６は断面が四角形の閉断面部材であるため、気体分離膜ユニット１１のシェル１２を円形断面から四角形断面に変更し、必要に応じてシェル１２をバンパーの形状に合わせて湾曲させることで  フロントバンパービーム３５やリヤバンパービーム３６を気体分離膜ユニット１１で置き換えることができる。
【００２６】
また第２実施例では、フロントドアビーム３９および／またはリヤドアビーム４０として気体分離膜ユニット１１がそのまま用いられる。フロントドアビーム３９やリヤドアビーム４０はもともと円形断面のパイプ材であることから、円形断面のシェル１２を有する気体分離膜ユニット１１を既存のフロントドアビーム３９やリヤドアビーム４０と交換するだけで良く、大がかりな改造が不要である。
【００２７】
前述したように、気体分離膜ユニット１１は多数の中空糸１８…と、それらを収納するシェル１２とによって大きな強度を備えるため、それを自動車の衝突対策部材であるフロントバンパービーム３５、リヤバンパービーム３６、フロントドアビーム３９、リヤドアビーム４０等に転用することで、気体分離膜ユニット１１の取付スペースを削減しながら耐衝撃性能を確保することができる。
【００２８】
特に、気体分離膜ユニット１１をフロントドアビーム３９やリヤドアビーム４０に転用した場合、窒素富化空気排出口２１から排出される窒素富化空気を概ね密閉された車体構成部材であるフロントドア３７やリヤドア３８の内部に充填することにより、ウインドレギュレータ等の錆び付きを抑制する効果を発揮させることができる。また発火し易い車体構成部材内に窒素富化空気を充填することにより、火災の発生を防止する効果を発揮させることができる。
【００２９】
前記第１、第２実施例では、既存の衝突対策部材を気体分離膜ユニット１１で置き換えているが、気体分離膜ユニット１１自体を衝突対策部材として使用することができる。
【００３０】
第３実施例は、図２に示すサイドフレーム３１，３１のフロントサイドフレーム３２，３２、フロントフロアフレーム３３，３３およびリヤフレーム３４，３４の車幅方向内側に沿うように気体分離膜ユニット１１を固定したものである。また第４実施例は、図３に示すように、自動車のフロントフェンダー４１，４１の内面に沿うように気体分離膜ユニット１１を固定したものである。
【００３１】
このように、強度の大きい気体分離膜ユニット１１を車体に固定して衝突対策部材として利用することにより、車両の衝突時における耐衝撃性能を高めることができる。
【００３２】
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００３３】
例えば、実施例では気体分離膜ユニット１１で生成した酸素富化空気をエンジンＥの吸気系に供給しているが、気体分離膜ユニット１１で生成した窒素富化空気をエンジンＥの吸気系に供給し、混合気の燃焼温度を下げて排気ガス中の窒素酸化物を減少させることができる。この場合にも、強度の大きい気体分離膜ユニット１１を車体に固定して衝突対策部材として利用することにより、車両の衝突時における耐衝撃性能を高めることができる。
【００３４】
また気体分離膜ユニット１１のシェル１２の直径や中空糸１８…の本数は表１に示したものに限定されず、適宜変更可能である。
【００３５】
また気体分離膜ユニット１１を設ける位置も実施例に限定されず、気体分離膜ユニット１１が衝突対策部材として機能し得る位置であれば、任意の位置に設けることができる。
【００３６】
また酸素富化空気や窒素富化空気を密閉された車体構成部材内に供給・貯留しておき、そこから必要時に酸素富化空気や窒素富化空気を取り出してエンジンＥに供給するバッファを設けても良い。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように請求項１に記載された発明によれば、空気から酸素富化空気および窒素富化空気を生成する気体分離膜ユニットを自動車の衝突対策部材として用いたので、気体分離膜ユニットが生成した酸素富化空気でエンジンの出力を増加させるだけでなく、気体分離膜ユニットの強度によって自動車の耐衝撃性能を高めることができる。
【００３８】
また請求項２に記載された発明によれば、空気から酸素富化空気および窒素富化空気を生成する気体分離膜ユニットを自動車の衝突対策部材として用いたので、気体分離膜ユニットが生成した窒素富化空気でエンジンの排気ガス中の窒素酸化物を低減できるだけでなく、気体分離膜ユニットの強度によって自動車の耐衝撃性能を高めることができる。
【００３９】
また請求項３に記載された発明によれば、気体分離膜ユニットを自動車のバンパービームあるいはドアビームとして利用することで、バンパービームやドアビームの耐衝撃性能を確保しながら、気体分離膜ユニットの取付スペースを削減することができる。
【００４０】
また請求項４に記載された発明によれば、窒素富化空気を概ね密閉された車体構成部材内に供給することにより、錆の発生や火災の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】気体分離膜ユニットの構造を示す模式図
【図２】気体分離膜ユニットを装備した自動車の車体フレームの斜視図
【図３】気体分離膜ユニットを装備した自動車の正面図
【符号の説明】
１１        気体分離膜ユニット
１２        シェル
１８        中空糸
１９        空気供給口
２０        酸素富化空気排出口
２１        窒素富化空気排出口
３５        フロントバンパービーム（バンパービーム）
３６        リヤバンパービーム（バンパービーム）
３７                フロントドア（車体構成部材）
３８                リヤドア（車体構成部材）
３９        フロントドアビーム（ドアビーム）
４０        リヤドアビーム（ドアビーム）
Ｅ          エンジン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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