(57)【要約】    【課題】エネルギーが消費されないで酸素富化空気が得られる装置の提供。    【解決手段】供給装置２は、吸気口４、第一逆止弁６、ポンプ８、第二逆止弁１０、排出器１２、ヒーター１４、フィルター１６、分離器１８及びリリーフ弁２０を備えている。このポンプ８は、自動車の車体と車輪と間に装着される。車輪に対して車体が揺動することにより、ポンプ８は伸張と収縮とを繰り返す。これにより、吸気口４から取り込まれた空気が入口室３４に供給される。この空気中の酸素は、優先的に分離膜３６を透過する。出口室３８からは、酸素富化空気が取り出される。酸素富化空気は、自動車の運転室又はエンジン燃焼室に供給される。入口室３４からは、窒素富化空気が取り出される。窒素富化空気は、タイヤに供給される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車の車体と車輪との間に装着されており、車輪に対する車体の揺動によって空気を圧縮して送り出す加圧ポンプと、
気体分離膜を含んでおり、上記加圧ポンプから送られた空気をこの気体分離膜によって酸素富化空気と窒素富化空気とに分離する加圧型の分離器と
を備えた酸素富化空気又は窒素富化空気の供給装置。
【請求項２】
上記分離器で得られた酸素富化空気を運転室に送るための経路をさらに備えた請求項１に記載の供給装置。
【請求項３】
上記分離器で得られた酸素富化空気を自動車エンジンの燃焼室に送るための経路をさらに備えた請求項１に記載の供給装置。
【請求項４】
上記分離器で得られた窒素富化空気をタイヤの内部に送るための経路をさらに備えた請求項１から請求項３のいずれかに記載の供給装置。
【請求項５】
上記経路がメカニカルシール機構を備えており、
このメカニカルシール機構が、固定部と、車軸とともに回転することで固定部と摺動する回転部と、この固定部と回転部とに囲まれることで形成された気密室とを備えており、
この固定部、気密室及び回転部を介して、分離器で得られた窒素富化空気がタイヤの内部に送られるように構成された請求項４に記載の供給装置。
【請求項６】
自動車の車体と車輪との間に装着されており、車輪に対する車体の揺動によって上流を減圧する減圧ポンプと、
上記減圧ポンプの上流に位置しており、気体分離膜を含んでおり、この減圧ポンプで減圧されることで取り込んだ空気を気体分離膜によって酸素富化空気と窒素富化空気とに分離する減圧型の分離器と
を備えた酸素富化空気又は窒素富化空気の供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車に装着される酸素富化空気又は窒素富化空気の供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のエアーコンディショナーは、運転室内の空気が循環されるモードと、車外の空気が運転室内に取り込まれるモードとを備えている。交通量の多い道路を自動車が走行する場合、ドライバーは、循環モードを選択することが多い。循環モードが選択されることで、他の自動車から排出されるガスは、運転室に入り込まない。
【０００３】
循環モードが選択された状態での走行が長時間続くと、運転室内の二酸化炭素濃度が上昇し、酸素濃度が低下する。当初３５０ｐｐｍであった二酸化炭素濃度が、短時間に１００００ｐｐｍ程度にまで上昇する旨の報告がなされている。酸素濃度の低下は、ドライバーの思考力の低下を招来する。酸素濃度の低下は、ドライバーの眠気を誘う。
【０００４】
ところで近年、空気から酸素を分離濃縮する目的で気体分離膜が開発され、実用化されている。この分離膜は、空気中の酸素を優先的に透過する。この分離膜により、酸素富化空気が得られる。この酸素富化空気は、工業分野及び医療分野において利用されている。この分離膜は、特開２００３−５３１２５公報に開示されている。
【特許文献１】特開２００３−５３１２５公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この分離膜で酸素富化空気が効率よく得られるには、分離膜の供給側と取り出し側との圧力差が大きいことが必要である。具体的には、供給側の気体が加圧されるか、取り出し側の気体が減圧される必要がある。加圧には、コンプレッサーが用いられる。減圧には、バキュームポンプが用いられる。加圧及び減圧には、動力が必要である。加圧及び減圧は、エネルギーを消費する。
【０００６】
本発明の目的は、エネルギーが全く消費されないで酸素富化空気又は窒素富化空気が得られる装置の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る供給装置は、
（１）自動車の車体と車輪との間に装着されており、車輪に対する車体の揺動によって空  気を圧縮して送り出す加圧ポンプ
及び
（２）気体分離膜を含んでおり、上記加圧ポンプから送られた空気をこの気体分離膜によ  って酸素富化空気と窒素富化空気とに分離する加圧型の分離器
を備える。
【０００８】
好ましくは、この供給装置は、分離器で得られた酸素富化空気を運転室に送るための経路をさらに備える。
【０００９】
好ましくは、この供給装置は、分離器で得られた酸素富化空気を自動車エンジンの燃焼室に送るための経路をさらに備える。
【００１０】
好ましくは、この供給装置は、分離器で得られた窒素富化空気をタイヤの内部に送るための経路をさらに備える。この経路は、メカニカルシール機構を備える。このメカニカルシール機構は、固定部と、車軸とともに回転することで固定部と摺動する回転部と、この固定部と回転部とに囲まれることで形成された気密室とを備える。分離器で得られた窒素富化空気は、メカニカルシール機構の固定部、気密室及び回転部を介して、タイヤの内部に送られる。
【００１１】
本発明に係る他の供給装置は、
（１）自動車の車体と車輪との間に装着されており、車輪に対する車体の揺動によって上  流を減圧する減圧ポンプ
及び
（２）上記減圧ポンプの上流に位置しており、気体分離膜を含んでおり、この減圧ポンプ  で減圧されることで取り込んだ空気を気体分離膜によって酸素富化空気と窒素富化空気  とに分離する減圧型の分離器
を備える。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る供給装置により、エネルギーが全く消費されることなく、酸素富化空気又は窒素富化空気が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、適宜図面が参照されつつ、好ましい実施形態に基づいて本発明が詳細に説明される。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態に係る供給装置２が示された概念図である。この供給装置２は、吸気口４、第一逆止弁６、ポンプ８、第二逆止弁１０、排出器１２、ヒーター１４、フィルター１６、分離器１８及びリリーフ弁２０を備えている。分離器１８は、加圧型である。この供給装置２は、自動車に取り付けられる。
【００１５】
図２は、図１の供給装置２が取り付けられた自動車の一部が示された概略図である。この図２には、ポンプ８と共に、車体２２、車輪２４、アーム２６及びサスペンション２８が示されている。ポンプ８は、シリンダー３０とピストン３２とを備えている。ポンプ８の上端は、車体２２に軸支されている。ポンプ８の下端はアーム２６に軸支されており、このアーム２６は車輪２４に連結されている。換言すれば、このポンプ８は、自動車の車体２２と車輪２４との間に装着されている。ポンプ８が、サスペンション２８等の部材を介して装着されてもよい。
【００１６】
自動車が走行すると、車輪２４に対して車体２２が揺動する。この揺動により、ポンプ８は伸張と収縮とを繰り返す。伸張及び収縮の繰り返しにより、シリンダー３０の内圧は昇降を繰り返す。
【００１７】
図１に示されるように、ポンプ８の上流には第一逆止弁６が配されてる。ポンプ８が伸張してシリンダー３０の内圧が低下すると、吸気口４から第一逆止弁６を通じてシリンダー３０に空気が流入する。この空気は、酸素、窒素、二酸化炭素等を含む。ポンプ８が収縮すると、シリンダー３０の内部の空気は、圧縮される。空気が所定の圧力以上となると、この空気はシリンダー３０から吐出される。吐出は、第二逆止弁１０を通じてなされる。このポンプ８は、いわゆる加圧ポンプである。
【００１８】
この圧縮空気は、排出器１２へと導かれる。この排出器１２において、空気から水が除去される。次に圧縮空気はヒーター１４へと送られる。このヒーター１４により、空気は加熱される。次に空気は、フィルター１６へと送られる。このフィルター１６により、空気中の不純物が除去される。
【００１９】
次に空気は、分離器１８へと送られる。分離器１８は、入口室３４、分離膜３６及び出口室３８を備えている。入口室３４と出口室３８とは、分離膜３６によって仕切られている。フィルター１６を通過した圧縮空気は、入口室３４に導かれる。入口室３４は、高圧である。
【００２０】
分離膜３６は、通常は高分子からなる。分離膜３６の具体例としては、シリコーン膜及びポリトリメチルシリルプロピン膜が例示される。分離膜３６は、空気中の酸素、窒素等を透過させる。特に、酸素を優先的に透過させる性質を、分離膜３６は備えている。入口室３４に存在する酸素は、分離膜３６を透過して徐々に出口室３８へと移動する。酸素よりは少量ではあるが、窒素も分離膜３６を透過して徐々に出口室３８へと移動する。出口室３８からは、大気に比べて酸素濃度が高い空気（すなわち酸素富化空気）が取り出される。
【００２１】
自動車が走行している間、ポンプ８により、入口室３４には空気が供給され続ける。入口室３４が所定圧力に達すると、入口室３４の空気がリリーフ弁２０から排出される。これにより入口室３４の圧力が所定範囲に保たれる。また、リリーフ弁２０は、入口室３４の内圧が過大となって分離器１８や分離膜３６が破損することを防止する。リリーフ弁２０から排出される空気は、酸素が分離膜３６を透過した残余の空気である。この空気における酸素濃度は、低い。この空気は、窒素富化空気である。
【００２２】
酸素富化空気及び窒素富化空気が得られるには、入口室３４と出口室３８との圧力差が必要である。この供給装置２では、走行する自動車の揺動によって生じる動力が、圧力差を生じさせる。この供給装置２は、自動車の走行に要するエネルギーのみで作動し、他のエネルギーを全く消費しない。この供給装置２は、経済的である。
【００２３】
供給装置２が出口室３８と運転室とを結ぶ経路を備えることが、好ましい。この経路を通じて、酸素富化空気が運転室に供給される。この供給により、運転室の酸素濃度が維持される。この供給装置２は、ドライバーの思考力の低下及びドライバーの眠気を防止する。この供給装置２は、交通安全に寄与する。
【００２４】
自動車は、エンジンを備えている。供給装置２がエンジンの燃焼室と出口室３８とを結ぶ経路を備えることが、好ましい。この経路を通じて、酸素富化空気が燃焼室に供給される。この供給により、エンジンの燃焼効率が高められる。酸素富化空気が供給されることにより、燃焼室の不完全燃焼が抑制され、エンジンから排出される有害物質が低減される。
【００２５】
供給装置２が、２以上のポンプ８を備えてもよい。車輪２４ごとにポンプ８が設けられてもよく、１つの車輪２４につき２以上のポンプ８が設けられてもよい。ポンプ８に代えて、往復ポンプが用いられてもよい。往復ポンプでは、ピストンの上昇時と下降時との両方において、圧縮空気が送り出される。往復ポンプは、装置の効率を高める。
【００２６】
図３は、本発明の他の実施形態に係る供給装置４０の一部が自動車の一部とともに示された概念図である。この供給装置４０は、分離器４２、第一制御弁４４及び第二制御弁４６を備えている。第二制御弁４６は、異常圧力放出機能を備えている。図示されていないが、この供給装置４０は、分離器４２の上流に、図１に示された供給装置２と同様の吸気口、第一逆止弁、ポンプ、第二逆止弁、排出器、ヒーター及びフィルターを備えている。図３には、軸受ハウジング４８、ハブ５０、ホイル５２及びタイヤ５４も示されている。
【００２７】
図４は、図３の一部が示された断面図である。この図４から明らかなように、ハブ５０には、ブレーキ用ディスク５５とホイル５２とが固定されている。軸受ハウジング４８には、車軸５６、軸受５８、メカニカルシール機構６０、押圧部材６２及びスプリング６４が収容されている。メカニカルシール機構６０は、供給装置４０の一部を構成する。メカニカルシール機構６０は、固定部６６と回転部６８とを備えている。メカニカルシール機構６０はまた、固定部６６と回転部６８とに囲まれることで形成された気密室７０を備えている。気密室７０は、環状である。回転部６８は、車軸５６の回転によって回転する。固定部６６は、回転しない。回転部６８は、回転により固定部６６と摺動する。回転部６８は、押圧部材６２及びスプリング６４によって固定部６６に押圧されている。この押圧により、気密室７０の気密が安定して保たれている。固定部６６には、経路７２が形成されている。この経路７２は、気密室７０と連通している。経路７２と第二制御弁４６とは、配管７４を通じて連結されている。回転部６８には、経路７６が形成されている。この経路７６は、気密室７０と連通している。経路７６には配管７８が連結されている。この配管７８は、ハブ５０及びホイル５２を貫通し、逆止栓７９を通じてタイヤ５４に至っている。
【００２８】
第一制御弁４４（図３参照）の設定圧力は、第二制御弁４６のそれよりも高い。第一制御弁４４は、分離器４２の入口室８０と連通している。入口室８０には、窒素富化空気が充満している。第一制御弁４４は、入口室８０の内圧が所定値を超えると、窒素富化空気を大気に向けて排出する。第二制御弁４６の上流の圧力は、入口室８０の内圧と実質的に同一である。第二制御弁４６の下流の圧力は、タイヤ５４の内圧と略同一である。自動車の走行中にタイヤ５４の内圧が所定値を下まわると、第二制御弁４６の下流の圧力も低下し、これを第二制御弁４６が検知してこの第二制御弁４６の上流から下流に向けて、窒素富化空気が送られる。この装置４０により、タイヤ５４の内圧が一定に維持される。窒素は、酸素に比べて活性が低い。窒素富化空気がタイヤ５４に充填されることにより、タイヤ５４を構成するゴムの劣化が抑制される。
【００２９】
図５は、本発明のさらに他の実施形態に係る供給装置８２の一部が自動車の一部とともに示された概念図である。この供給装置８２は、第二制御弁８４及びメカニカルシール機構８６を備えている。第二制御弁８４は、異常圧力放出機能を備えている。図示されていないが、この供給装置８２は、第二制御弁８４の上流に、図３及び図４に示された供給装置４０と同様の吸気口、第一逆止弁、ポンプ、第二逆止弁、排出器、ヒーター、フィルター、分離器及び第一制御弁を備えている。図５には、軸受ハウジング８８、車軸９０、軸受９２、押圧部材９４、スプリング９６、ハブ９８、ブレーキ用ディスク９９、ホイル１００及びタイヤ１０２も示されている。
【００３０】
メカニカルシール機構８６は、固定部１０４と回転部１０６とを備えている。メカニカルシール機構８６はまた、固定部１０４と回転部１０６とに囲まれることで形成された気密室１０８を備えている。気密室１０８は、環状である。回転部１０６は、車軸９０の回転によって回転する。固定部１０４は、回転しない。回転部１０６は、回転により固定部１０４と摺動する。回転部１０６は、押圧部材９４及びスプリング９６によって固定部１０４に押圧されている。この押圧により、気密室１０８の気密が安定して保たれている。固定部１０４には、経路１１０が形成されている。この経路１１０は、気密室１０８と連通している。経路１１０と第二制御弁８４とは、配管１１２を通じて連結されている。回転部１０６には、経路１１４が形成されている。この経路１１４は、気密室１０８と連通している。経路１１４には配管１１６が連結されている。この配管１１６は、車軸９０及びホイル１００を貫通し、逆止栓１１７を通じてタイヤ１０２に至っている。
【００３１】
この供給装置８２でも、タイヤ１０２の内圧、すなわち第二制御弁８４の下流の圧力が第二制御弁８４で検知される。自動車の走行中にタイヤ１０２の内圧が所定値を下まわると、第二制御弁８４の上流から下流に向けて、窒素富化空気が送られる。この装置８２により、タイヤ１０２の内圧が一定に維持される。窒素は、酸素に比べて活性が低い。窒素富化空気がタイヤ１０２に充填されることにより、タイヤ１０２を構成するゴムの劣化が抑制される。
【００３２】
図６は、本発明のさらに他の実施形態に係る供給装置１２０が示された概念図である。この供給装置１２０は、吸気口１２２、ヒーター１２６、フィルター１２８、減圧型の分離器１３０、第一逆止弁１３２、減圧ポンプ１３４、第二逆止弁１３６及び排出ポンプ１３８を備えている。この減圧ポンプ１３４は、図１及び２に示されたポンプ８と同様、自動車の車体と車輪との間に装着される。自動車が走行すると、車輪に対して車体が揺動する。この揺動により、減圧ポンプ１３４は伸張と収縮とを繰り返す。伸張及び収縮の繰り返しにより、シリンダーの内圧は昇降を繰り返す。
【００３３】
この供給装置では、酸素、窒素、二酸化炭素等を含む空気が、吸気口１２２から取り込まれる。この空気は、ヒーター１２６へと送られる。このヒーター１２６により、空気は加熱される。次に空気は、フィルター１２８へと送られる。このフィルター１２８により、空気中の不純物が除去される。空気は、分離器１３０の入口室１４０に送られる。
【００３４】
図６に示されるように、減圧ポンプ１３４の上流には第一逆止弁１３２が配されてる。減圧ポンプ１３４が伸張してシリンダーの内圧が低下すると、出口室１４２の空気が第一逆止弁１３２を通じてシリンダーに流入する。減圧ポンプ１３４が収縮すると、シリンダーの内部の空気は圧縮され、シリンダーから吐出される。吐出は、第二逆止弁１３６を通じてなされる。減圧ポンプ１３４が伸張と収縮とを繰り返すことで、出口室１４２が減圧される。減圧により、入口室１４０と出口室１４２との圧力差が生じる。この圧力差により、入口室１４０に存在する酸素が優先的に分離膜１４４を透過する。供給装置１２０の運転が一定時間なされた後は、減圧ポンプ１３４から酸素富化空気が吐出される。入口室１４０からは、排出ポンプ１３８によって窒素富化空気が排出される。この供給装置１２０は、エネルギーをほとんど消費しない。この供給装置１２０は、経済的である。
【００３５】
酸素富化空気が運転室に供給されることが、好ましい。酸素富化空気が、エンジンの燃焼室に供給されてもよい。窒素富化空気が、タイヤに供給されてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明に係る酸素富化空気又は窒素富化空気の供給装置は、種々の車両に装着されうる。この供給装置によって得られた窒素富化空気が、エンジンオイルの酸化防止に利用されてもよい。この供給装置によって得られた窒素富化空気が、オイルを使用している部位（例えば液体クラッチ）の窒素シールに用いられてもよい。窒素シールによりオイルの劣化が抑制され、機器の寿命が延びる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る酸素富化空気又は窒素富化空気の供給装置が示された概念図である。
【図２】図２は、図１の供給装置が取り付けられた自動車の一部が示された概略図である。
【図３】図３は、本発明の他の実施形態に係る供給装置の一部が自動車の一部とともに示された概念図である。
【図４】図４は、図３の一部が示された断面図である。
【図５】図５は、本発明のさらに他の実施形態に係る供給装置の一部が自動車の一部とともに示された概念図である。
【図６】図６は、本発明のさらに他の実施形態に係る酸素富化空気又は窒素富化空気の供給装置が示された概念図である。
【符号の説明】
【００３８】
２、４０、８２、１２０・・・供給装置
４、１２２・・・吸気口
６、１３２・・・第一逆止弁
８・・・ポンプ
１０、１３６・・・第二逆止弁
１２・・・排出器
１４、１２６・・・ヒーター
１６、１２８・・・フィルター
１８、４２、１３０・・・分離器
２０・・・リリーフ弁
２２・・・車体
２４・・・車輪
３０・・・シリンダー
３２・・・ピストン
３４、１４０・・・入口室
３６、１４４・・・分離膜
３８、１４２・・・出口室
４４・・・第一制御弁
４６、８４・・・第二制御弁
４８、８８・・・軸受ハウジング
５０、９８・・・ハブ
５２、１００・・・ホイル
５４、１０２・・・タイヤ
６０、８６・・・メカニカルシール機構
６６、１０４・・・固定部
６８、１０６・・・回転部
７０、１０８・・・気密室
１３４・・・減圧ポンプ
１３８・・・排出ポンプ
【図１】
2005306342.tif 000003
【図２】
2005306342.tif 000004
【図３】
2005306342.tif 000005
【図４】
2005306342.tif 000006
【図５】
2005306342.tif 000007
【図６】
2005306342.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成16年8月10日(2004.8.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2005306342.tif 000009