(57)【要約】【課題】  汚染物質の空調対象空間内への侵入をより防止しつつ、その空調対象空間にいる人に対して快適さを提供する空調システムを提案する。【解決手段】気体を透過させない材料及び構造を有する車室壁１１と、酸素及び二酸化炭素を優位に透過させ、炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分を遮断する機能を有する選択分離材１３とによって車室１９を構成する。このように構成した結果、車室１９への汚染物質の侵入を抑えることができるとともに、快適性も保つことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空調対象空間を構成し、気体を透過させない壁と、
前記壁の一部を置き換えて設置された、酸素及び二酸化炭素を優位に透過させ、かつ、炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分を遮断する機能を有する選択分離材と、
を備え、
前記選択分離材は、酸素及び二酸化炭素の透過係数Ｐ１と、炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分の透過係数Ｐ２とがＰ１／Ｐ２＞１０を満たすことを特徴とする空調システム。
【請求項２】
請求項１に記載の空調システムにおいて、
前記選択分離材は、多孔質形状、繊維形状、薄膜形状又はこれらの複合形状を有することを特徴とする空調システム。
【請求項３】
請求項２に記載の空調システムにおいて、
前記選択分離材は、細孔径が５ナノメートル以下の多孔質形状であることを特徴とする空調システム。
【請求項４】
請求項２に記載の空調システムにおいて、
前記選択分離材は、炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分を遮断する機能を有する繊維形状であることを特徴とする空調システム。
【請求項５】
請求項２に記載の空調システムにおいて、
前記選択分離材は、膜厚が５００ナノメートル以下である薄膜形状であることを特徴とする空調システム。
【請求項６】
請求項１〜請求項５の何れかに記載の空調システムにおいて、
前記選択分離材の炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分を遮断する機能は、吸着、吸収、分解、表面反応により達成されることを特徴とする空調システム。
【請求項７】
請求項１〜請求項６の何れかに記載の空調システムにおいて、
前記有機系高分子は、導電性を有する組成を含むことを特徴とする空調システム。
【請求項８】
請求項１〜請求項７の何れかに記載の空調システムにおいて、
前記選択分離材は、表面粗さが６．０ナノメートル以上であることを特徴とする空調システム。
【請求項９】
請求項１〜請求項８の何れかに記載の空調システムにおいて、
前記選択分離材は、
前記酸素及び二酸化炭素を優位に透過させる機能を有する第１選択分離材と、
前記炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分を遮断する機能を有する第２選択分離材と、
から構成されていることを特徴とする空調システム。
【請求項１０】
請求項９に記載の空調システムにおいて、
前記選択分離材は、
前記第１選択分離材と前記第２選択分離材とが密着して構成され、さらに、密着して構成された前記第１選択分離材又は前記第２選択分離材のうち少なくとも何れかの側から支持層で支持する構造を有することを特徴とする空調システム。
【請求項１１】
請求項１０に記載の空調システムにおいて、
前記選択分離材は、
前記第１選択分離材を層の中に含む支持層と前記第２選択分離材を層の中に含む支持層とから構成されることを特徴とする空調システム。
【請求項１２】
請求項１１に記載の空調システムにおいて、
前記第１選択分離材は、前記支持層中にて酸素及び二酸化炭素の透過率が透過方向に傾斜変化しており、前記第２選択分離材は、前記支持層中にて炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分の透過率が透過方向に傾斜変化していることを特徴とする空調システム。
【請求項１３】
請求項１〜請求項１２の何れかに記載の空調システムにおいて、
前記空調対象空間内に脱臭のための脱臭手段が備えられていることを特徴とする空調システム。
【請求項１４】
請求項１〜請求項１３の何れかに記載の空調システムにおいて、
前記空調対象空間内に外気を導入するための外気導入手段が備えられていることを特徴とする空調システム。
【請求項１５】
請求項１２に記載の空調システムにおいて、
前記外気導入手段は、任意に設定された外気量導入条件に基づいて、前記空調対象空間内に導入する外気量を調整可能に構成されていることを特徴とする空調システム。
【請求項１６】
請求項１５に記載の空調システムにおいて、
前記空調対象空間内の気体濃度を検出するためのセンサを備え、
前記外気導入手段は、前記外気量導入条件として設定された気体濃度の値に対する前記センサにて検出した気体濃度の値に基づいて、前記空調対象空間内に導入する外気量を調整可能に構成されていることを特徴とする空調システム。
【請求項１７】
請求項１〜請求項１６の何れかに記載の空調システムにおいて、
前記空調対象空間は、車両における乗員の存在する空間であることを特徴とする空調システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空調対象空間に有害気体や有害微粒子の侵入をできるだけ防止する空調システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車では、車室外から空気を導入してこれを加熱又は冷却して車室内に供給する外気導入モードと、車室内の空気を循環しながら空気を加熱又は冷却する内気循環モードとを有するエアーコンディショナを備えている。そして近年、車室内へ侵入する音の遮断性能を向上させるため、車両の組み付け精度を上げる等の対策が施され、車室の密閉度がますます高まるようになってきた。
【０００３】
しかし、このように車室の密閉度が高まると、多くの乗員が長時間の乗車をした際に、酸素濃度の低下や二酸化炭素濃度の上昇が起こり、乗員に頭痛や気分の不快をもたらすおそれがあった。このため、車室内の二酸化炭素を車室外に排出し、車室外の酸素を車室内に透過させる透過膜を有するフィルタにより車室内の二酸化炭素濃度の上昇と酸素濃度の低下を防止し、車室内の快適性を保つ技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−２０３３６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上記のフィルタを用いた空調システムでは、酸素や二酸化炭素を透過することができるので車室内の酸素濃度を一定に保つことはできるが、酸素や二酸化炭素とともに、特にトラックなどのディーゼルエンジン車両などで排出量が多い、炭化水素（以下、ハイドロカーボン、ＨＣと略す場合もある。）、窒素酸化物（以下、ＮＯｘと略す場合もある。）及び微小固体成分（浮遊粒子状物質とも呼ばれており、以下、ＳＰＭ（Suspended Particular Matter）と略す場合もある。）も透過してしまう。
【０００５】
したがって、トラックなどの交通量が多い都会や幹線道を走行したり、トラックなどのディーゼルエンジン車両の後方を走行したりする場合、それらが、車室内に侵入してしまうので、室内の汚染物質に対する快適性を高めることができなかった。
【０００６】
本発明は、こうした問題に鑑みなされたもので、汚染物質の空調対象空間内への侵入を防止してその空調対象空間にいる人に対して快適さを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる問題を解決するためになされた請求項１に記載の空調システムは、空調対象空間を構成し、気体を透過させない壁と、選択分離材とで空調システムを構成している。選択分離材は、酸素及び二酸化炭素を優位に透過させ、かつ、炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分を遮断する機能を有している。
【０００８】
また、酸素及び二酸化炭素の透過係数Ｐ１と、炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分の透過係数Ｐ２とがＰ１／Ｐ２＞１０を満たす材質の材料から構成されている。
【０００９】
ここで、「気体を透過させない壁」とは、気体及び気体よりも分子構造が大きい粉塵等を通過させない壁を意味している。また、「酸素及び二酸化炭素を優位に透過させる選択分離材」とは、酸素及び二酸化炭素のみを透過させる選択分離材である。
【００１０】
また、「炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分を遮断する選択分離材」というのは、理想的には、炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分をほぼ完全に遮断する選択分離材である。
【００１１】
この選択分離材の性質は、以下のように、溶解度係数Ｓ及び拡散係数Ｄの積で表される透過係数Ｐの値の高低によって説明することができる。
選択分離材は、酸素や二酸化炭素を溶解しやすい。つまり、酸素や二酸化炭素に対する溶解度係数Ｓが高い。したがって、酸素や二酸化炭素との接触面、つまり、選択分離材の表面では酸素や二酸化炭素が選択分離材の内部に取り込まれやすい。
【００１２】
さらに、選択分離材は、酸素や二酸化炭素に対して拡散係数Ｄが高い。したがって、選択分離材の表面から取り込まれた酸素や二酸化炭素は、選択分離材の内部を濃度の濃い方から薄い方へ容易に移動できる。
【００１３】
このように、選択分離材は、酸素や二酸化炭素に対する溶解度係数Ｓ及び拡散係数Ｄが共に高いので透過係数Ｐも高くなる。したがって、酸素や二酸化炭素を透過することができる。
【００１４】
逆に、選択分離材は、炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分を溶解しにくい。つまり、選択分離材は、炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分に対する溶解度係数Ｓが低い。したがって、選択分離材の表面では、それらの物質が選択分離材の内部に取り込まれにくい。
【００１５】
また、選択分離材は、炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分に対して拡散係数Ｄが低い。したがって、たとえ、選択分離材の表面からそれらの物質が選択分離材に取り込まれたとしても、選択分離材の内部を容易に移動することができない。
【００１６】
このように、選択分離材は、炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分に対する溶解度係数Ｓ及び拡散係数Ｄが共に低いので透過係数Ｐも低くなる。したがって、炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分を遮断することができる。
【００１７】
このような空調システムによれば、空調対象空間内外の酸素と二酸化炭素各々の濃度差により二酸化炭素を空調対象空間外に排出し、酸素を空調対象空間内に導入するとともに、炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分を遮断することができるので、空調対象空間内を快適に保つことができる。
【００１８】
つまり、空調対象空間内に乗員などの人がいると、空調対象空間内の酸素濃度が徐々に下がり、二酸化炭素濃度が徐々に上がってくる。ところが、空調対象空間外の酸素濃度と二酸化炭素濃度は一定であるので、酸素濃度は空調対象空間外が高く空調対象空間内が低くなるように濃度差が発生する。一方、二酸化炭素濃度は、空調対象空間外が低く空調対象空間内が高くなるように濃度差が発生する。
【００１９】
このとき、上記選択分離材は、酸素や二酸化炭素に対する透過係数Ｐが高いので、酸素や二酸化炭素は上記選択分離材に溶解した後、濃度の高い方から低い方へ拡散していく。つまり、空調対象空間内外の濃度差によって酸素は空調対象空間内に導入され、二酸化炭素は空調対象空間外に排出される。
【００２０】
また、選択分離材は、炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分に対する透過係数Ｐが低いので炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分を透過しない。したがって、炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分が空調対象空間内に侵入することがない。
【００２１】
ところで、酸素及び二酸化炭素について、空調対象空間内の乗員の呼吸による外気と内気の濃度差は、一般的に１０００ｐｐｍ以上であるが、炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分の外気と内気の濃度差は、車両交通量の多い道路上において一般的に最大１０ｐｐｍ以下である。
【００２２】
また、選択分離材は、空調対象空間とその空調対象空間の外との間の透過可能気体の濃度差によって透過機能が発現することを特徴とすることから、酸素及び二酸化炭素の透過係数Ｐ１と、炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分の透過係数Ｐ２とがＰ１／Ｐ２＞１０を満たす材質の材料から構成されていると、酸素及び二酸化炭素の透過量と炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分の透過量比はおよそ１０００対１となる。
【００２３】
つまり、酸素及び二酸化炭素１０００ｐｐｍに対して炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分の濃度差１ｐｐｍ（１０ｐｐｍ／１０）となるので、選択分離材は、十分な酸素と二酸化炭素の透過性能と炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分の遮断性能を有することができる。
【００２４】
また、選択分離材に必要な性能は、設置する場所により変わると考えられる。例えば、選択分離材の面積が制限されるような場所では、薄膜状等とすることにより、単位面積の透過性が高いものが必要となる。またエアフィルタのような繊維状等にすることでも透過性を高めることができる。さらにシステム周辺の温度が高い場合には、本材料は耐熱性の高い多孔質状等が必要になると考えられる。
【００２５】
そこで、請求項２に記載のように、選択分離材を多孔質形状、繊維形状、薄膜形状又はこれらの複合形状を有するようにすると上記のように設置する場所に応じたものとすることができる。
【００２６】
そして、選択分離材が多孔質形状の場合、請求項３に記載のように、選択分離材の細孔径が５ナノメートル以下の多孔質形状であるようにすると、クヌーセン流れが発生することなくさらに、人体に沈着し発がん性を有する１０ナノメートル以上の微小固体成分の透過を防止することができる。
【００２７】
また、選択分離材が繊維形状である場合、請求項４に記載のように、選択分離材を炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分を遮断する機能を有する繊維形状にすると酸素及び二酸化炭素の透過性を高めることができる。
【００２８】
また、選択分離材が薄膜形状である場合、選択分離材の透過量は膜厚に反比例することから、膜厚の値が小さいことが望まれる。そこで、請求項５に記載のように、選択分離材の膜厚が５００ナノメートル以下であるようにすると酸素及び二酸化炭素の透過性を高めることができる。なお、膜厚が１００ナノメートル以下であればさらに好ましい。
【００２９】
また、請求項６に記載のように、選択分離材の炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分を遮断する機能は、吸着、吸収、分解、表面反応により達成されるようにするとよい。なお、吸着、吸収は選択分離材の表面又は膜内で行ってもよい。
【００３０】
吸着では、炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分の濃度が高くなった場合、一度それらを主として物理的に保持し、濃度が低くなった場合、それらを再び外気に放出することにより、選択分離材の吸着性能を再生することができる。
【００３１】
また、吸収では、炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分を選択分離材にて主として化学的に固定化し、遮断することができる。
さらに、分解では、吸着や吸収した炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物を化学的に分解し、無臭化又は無害化することができる。
【００３２】
表面反応では、選択分離材の表面の構造的特徴により、炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分を選択的に吸着しにくくし、膜内への侵入を防ぐことにより遮断することができる。
【００３３】
ここで、分解する手段としては例えば、電気的に分解する方式および熱的に分解する方式、薬品等を用いて化学的に分解する方式又は微生物等を用いた生物的に分解する方式等が考えられる。さらにこれらの方式の組み合わせにて能力を向上させる方法も考えられる。
【００３４】
そして、選択分離材が有機系高分子である場合、請求項７に記載のように有機系高分子が導電性を有する組成を含むようにすると、表面反応に必要な電子を供給しやすくでき、さらに表面に吸着した炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物を分解しやすくなる。
【００３５】
なお、導電性を有する組成を含む有機系高分子としては、ポリアセチレン系高分子、ポリパラフェニレン系などがある。
ところで、選択分離材の表面粗さが大きいと外気が選択分離材の表面に接触できる面積が増えるので、酸素や二酸化炭素の透過量を大きくすることができる。そこで、請求項８に記載のように、選択分離材の表面粗さ（Ｒａ）が６．０ナノメートル以上であるようにすると、表面積の増大のほかに、選択分離材表面の物性、例えば、酸素との親和性の制御また孔径の制御、結晶化度等の分子配列の制御などを実現できる。
【００３６】
なお、選択分離材の表面粗さを大きくする手法は、例えば、選択分離材表面をプラズマ処理する方法やイオンを照射する方法、オゾン処理する方法、熱処理する方法、薬液処理する方法等がある。これらの方法により、表面積の増大のほかに、選択分離材表面の物性、例えば、酸素との親和性の制御また孔径の制御、結晶化度等の分子配列の制御などを実現できる。
【００３７】
ところで、理想的には、透過性と遮断性の両方の特徴を同時に一つの選択分離材に持たせることができれば、システムの構成が簡単になってよいが、透過性と遮断性のそれぞれの特徴を個別に有する選択分離材を組み合わせることも考えられる。
【００３８】
そこで、請求項９に記載のように、酸素及び二酸化炭素を優位に透過させる機能を有する第１選択分離材と、炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分を遮断する機能を有する第２選択分離材と、から構成されるようにすると、第１選択分離材の透過性能と第２選択分離材の遮断性能とを最適化できるので、選択分離材の性能を最適化できる。
【００３９】
ところで、前述したように、第１選択分離材及び第２選択分離材の膜厚は５００ナノメートル以下、好ましくは１００ナノメートル以下であるため、選択分離材自身だけでは形状を維持できない。
【００４０】
そこで、請求項１０に記載のように、第１選択分離材と第２選択分離材とを密着させ、さらに、密着させた第１選択分離材又は第２選択分離材の何れかの側から支持層で支持する構造にすると、その支持層により薄膜形状である選択分離材の形状を維持することができる。
【００４１】
ここで、第１選択分離材及び第２選択分離材が支持層と明確に分離している、つまり、各選択分離材と支持層とが別体であると、各選択分離材に何らかの力が加わって変形した場合に各選択分離材が破損するおそれがある。
【００４２】
そこで、請求項１１に記載のように、選択分離材を、第１選択分離材を層の中に含む支持層と第２選択分離材を層の中に含む支持層とから構成されるようにすると、第１選択分離材及び第２選択分離材に力が加わっても、支持層によって各選択分離材が支持されているので、各選択分離材は破損し難くなる。
【００４３】
さらに、請求項１２に記載のように、第１選択分離材が支持層中にて酸素及び二酸化炭素の透過率が透過方向に傾斜変化していると、透過率が低いところでは、酸素及び二酸化炭素が透過しにくいが、透過率が高くなるに従って酸素が透過しやすくなるので、選択分離材全体としては、酸素及び二酸化炭素を透過する。また、前記第２選択分離材が支持層中にて炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分の透過率が透過方向に傾斜変化していると、透過率の低い部分で炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分を遮断できる。
【００４４】
ところで、以上に記載の空調システムでは、外気からの炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分を遮断することができるが、上記の成分の中において、車内で発生した成分や車外から乗員等によって持ち込まれた成分については、短時間で除去できない可能性がある。
【００４５】
そこで、請求項１３に記載のように、空調対象空間内に脱臭のための脱臭手段が備えられていると空調対象空間内の脱臭ができる。
なお、脱臭手段は、上記成分を吸着材で吸着するものや上記成分を分解するものがある。吸着性を有する材料としては、例えば、活性炭粒子、活性炭素繊維等の炭素材料やゼオライト等の無機材料又は吸収液や吸収液を含んだ繊維状物質などがある。また、分解する方法としては、例えば、電気的に分解する方式、熱的に分解する方式、薬品等を用いて化学的に分解する方式又は微生物等を用いた生物的に分解する方式などがある。
【００４６】
ところで、上記のように脱臭機能を有する装置を用いることで、空調対象空間内における不必要な空気質を除去することができるが、空調対象空間内において不必要な空気質の濃度が急激に増大した場合、あるいは空間内のガラス等の曇りが生じた場合などの不具合い等を解消するために、請求項１４に記載のように、空調対象空間内に外気を導入するための外気導入手段を設けるようにし、例えば、あるインターバル毎にある一定の時間、外気を空調対象空間内に導入することで、空調対象空間内に外気を導入することが有効である。
【００４７】
外気を導入する際、請求項１５に記載のように、外気導入手段は、任意に設定された外気量導入条件、例えば、外気を導入する時間、インターバル、導入量、どの導入口から外気を導入するか、空調対象空間の気体濃度などに基づいて、空調対象空間内に導入する外気量を調整可能に構成されていると、空調対象空間内に最適な外気の導入ができる。なお、外気を導入する方法として、外気口の開口度を変える方法などが用いられる。
【００４８】
また、空調対象空間内に最適な外気の導入をするためには、空調対象空間内の気体濃度などの状況に応じて外気を導入するとよい。そこで、請求項１６に記載のように、空調対象空間内の気体濃度を検出するためのセンサを設け、外気導入手段は、外気量導入条件として設定された気体濃度の値に対するセンサにて検出した気体濃度の値に基づいて、空調対象空間内に導入する外気量を調整可能に構成されていると、最適な気体濃度の外気を導入することができる。
【００４９】
なお、気体濃度とは、酸素、二酸化炭素、炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物などの濃度他に微小固体成分の濃度を含んでいる。また、センサには、酸素、二酸化炭素、炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物の濃度センサや微小固体成分の個数をカウントするセンサなどがある。
【００５０】
ところで、空調対象空間は、酸素の導入と二酸化炭素の排出が必要であり、炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分を遮断する必要がある空間であればよい。そのような空間として、請求項１７に記載のように、空調対象空間は、車両における乗員の存在する空間であるとよい。
【００５１】
つまり、車両、特に自動車の車室内空間は、乗員の呼吸により酸素の消費、二酸化炭素の排出等が生じること、又は、交通量の激しい区域を走行する場合に、他の車両が排出する炭化水素、窒素酸化物、ＶＯＣｓ及び微小固体成分等の侵入する可能性が高いこと、といった環境にさらされている。そこで、本空調システムを自動車の車室内に応用すれば、快適な車室内空間が実現できる。もちろん、本空調システムは自動車のみでなく、バス、列車、モノレール、航空機などの車両に応用することが効果的である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５２】
以下、本発明が適用された実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明の実施の形態は、下記の実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうる。
【００５３】
［第１実施形態］
図１は、本実施形態の空調システムが組み込まれた車両及び従来の車両の概略断面図である。まず、図１（ｂ）を用いて従来の車両３０について説明する。
【００５４】
従来の車両３０は、図示しないエアーコンディショナを備え、そのエアーコンディショナは外気を車室３７に導入する外気導入モードと、外気を導入せずに車室３７の空気を循環させる内気循環モードとを有している。また、床下に床下通気口３５及びトランクにトランク通気口３３が設けられており、これらは、図示しないドアの開閉時に起こる車室３７の気圧変動を緩和するようになっている。
【００５５】
また、車室１９の前席の足下、かつ、エアーコンディショナの送風経路内にフィルタ１２が設置されている。このフィルタ１２は、酸素及び二酸化炭素を透過するとともに、炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分をも透過するものである。
【００５６】
このように、従来の車両３０は、エアーコンディショナを外気導入モードにすれば外気に含まれる炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分が車室３７に侵入するようになっており、また、エアーコンディショナを外気導入モードにしなくても、床下通気口３５及びトランク通気口３３から外気が侵入するようになっていた。
【００５７】
一方、図１（ａ）に示す車両１０は、従来の車両３０の床下通気口３５やトランク通気口３３のような通気口を備えない。また、図示しないエアコンは、内気循環モードのみを備える。車両１０の車室１９は、車室壁１１と選択分離材１３と内外気ダンパ１７とを備え、選択分離材１３及び内外気ダンパ１７以外では気体の出入りは起こらない準密閉空間となっている。
【００５８】
車室壁１１は、鉄、アルミニウム、ガラス等の気体を透過させない材質によって構成されている。また、選択分離材１３は、酸素と二酸化炭素を優位に透過させる性質、さらに車両から大気中に排出されるハイドロカーボン（ＨＣ）、ＮＯ2などの窒素酸化物やナノ
メートルサイズのディーゼルカーボン（微小固体粒子）等を遮断する性質を持ち、車室１９の前席の足下、かつ、エアーコンディショナの送風経路内に設置されている。
【００５９】
（選択分離材の構造）
ここで、選択分離材１３の構造について図２を用いて説明する。図２は、選択分離材１３の構造を示す斜視図である。図２（ａ），図２（ｂ），図２（ｃ）に酸素及び二酸化炭素を優位に透過させる第１選択分離材１３ａと、炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分を遮断、吸着、吸収、分解する機能を有する第２選択分離材１３ｂとが分離された構造の実施形態を示す。
【００６０】
図２（ａ）に示す構造例１では、第１選択分離材１３ａと第２選択分離材１３ｂとが接触して一体化した膜構造体が支持体１４の上に設置された構造となっている。
第１選択分離材１３ａ及び第２選択分離材１３ｂは、有機系高分子で形成されている。構造例１において、有機系高分子は  シリコーン系であるが、導電性を有する組成を含む有機系高分子、例えば、ポリアセチレン系高分子、ポリパラフェニレン系などであってもよい。
【００６１】
第１選択分離材１３ａ及び第２選択分離材１３ｂの膜厚は薄ければ気体を透過させるために有利であるが、薄くなれば膜強度が減少して破損しやすくなるため、５００ナノメートル以下が望ましく、更には５０ナノメートルから１００ナノメートルであることが望ましい。本実施形態では、１００ナノメートルの膜厚となっている。
【００６２】
この構造例１では、第１選択分離材１３ａや第２選択分離材１３ｂを折り曲げると折り曲げた際に山側になる膜表面に亀裂が生じる場合があるため、平面のままで使用する。
次に、図２（ｂ）に示す構造例２では、第１選択分離材１３ａと第２選択分離材１３ｂが各支持体１４ａ，１４ｂ内に含まれる構造になっている。第１選択分離材１３ａ及び支持体１４ａと第２選択分離材及び支持体１４ｂの各選択分離材部分と各支持体部分とが明確に分かれておらず、全体で透過能および分離能を有している。
【００６３】
また、図２（ｃ）に示す構造例３においても、第１選択分離材１３ａと第２選択分離材１３ｂとが各支持体１４ａ，１４ｂ内に含まれる構造になるが、膜の組成が厚さ方向に傾斜的に変化している。つまり、第１選択分離材１３ａは、酸素及び二酸化炭素の透過率が透過方向に傾斜変化しており、第２選択分離材１３ｂは、炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分に対する透過率が透過方向に傾斜変化している。
【００６４】
（選択分離材の表面粗さ）
ここで、選択分離材１３、第１選択分離材１３ａ、第２選択分離材１３ｂ（以下、第１選択分離材１３ａ及び第２選択分離材１３ｂの両者を単に選択分離材１３と呼ぶ。）について、表１に示す選択分離材の表面粗さＲａと酸素透過係数Ｋに基づいて説明する。表１は、選択分離材１３の表面粗さＲａの違いによる酸素透過係数Ｋの値を示したものである。
【００６５】
表１に示すように選択分離材１３の表面粗さＲａの値が増えるにつれて、選択分離材１３の酸素透過係数Ｋが大きくなる。未処理の選択分離材の平均表面粗さは、Ｒａ＝５．５ナノメートルで、酸素透過係数は３．２×１０-9である。この選択分離材の表面粗さを増大させ、Ｒａ＝６．６ナノメートルにすることで、９．２×１０-9となり、さらにＲａ＝７．５ナノメートルにすることで、９．１×１０-8となり、酸素透過係数Ｋが未処理品の約３０倍に増大する。
【００６６】
【表１】
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表面粗さＲａを変えて酸素透過係数Ｋを増大させるためには、選択分離材１３の表面を物理的・化学的に処理する方法がある。例えば、図３には、選択分離材１３の酸素透過性を向上させるために、プラズマ処理にて材料の表面改質を行う方法を示した。
【００６７】
プラズマ処理を行うために選択分離材１３を減圧可能でＲＦ電源を備えたチャンバ４０内に設置する。ここで、選択分離材１３は一方の平行平面電極４１のカソード側に置いた。ＲＦ電源４２は、電力が１００Ｗから３００Ｗ、周波数は１５．３６ＭＨｚ、処理時間は１０分から３０分にて処理を実施することが有効である。
【００６８】
（外気の導入）
図４は、車室１９内の酸素濃度制御方法を示す図である。図４（ａ）は、酸素センサ１８の取り付け状態を示した図であり、図４（ｂ）は酸素センサ１８で測定した車室１９内の酸素濃度の変化を示すグラフであり、図４（ｃ）は、内外気ダンパ１７の開口度を示すグラフである。
【００６９】
上記のように本空調システムでは、車室１９内の乗員が消費する酸素及び二酸化炭素を優位に透過させ、かつ炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分を遮断する機能を有する選択分離材１３とを備えている。
【００７０】
しかしながら、選択分離材１３の透過性能が何らかの理由で劣化した場合、車室１９内の乗員が消費する酸素量を補う量の酸素が導入できなくなるおそれがある。それを防止するため、図４（ａ）に示すように車室１９内に取り付けた酸素センサ１８にて車室１９内の酸素濃度αを図４（ｂ）に示すように検出し、図示しない制御部において、検出した酸素濃度αが濃度閾値β（図４（ｂ）では２０％）を下回ったか否かを判定する。そして図示しない制御部において酸素濃度αが濃度閾値βを下回ったと判定した場合に、内外気ダンパ１７を開口し、一時的に外気を車室１９内に導入することにより、酸素濃度を上げることができるようになっている。
【００７１】
制御部では、内外気ダンパ１７の開口度γが、例えば、図４（ｃ）に示すように複数段階（図４（ｃ）では３段階）に設定されている。また、上記の酸素濃度αの濃度閾値βは、自由に設定できるようになっているので、車室１９内の酸素濃度の管理値をも変えることができる。
【００７２】
（空調システムの特徴）
以上に説明した空調システムによれば、車室内外の酸素と二酸化炭素各々の濃度差により二酸化炭素を車室外に排出し、酸素を車室１９内に導入するとともに、炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分などを遮断することができるので、車室１９内を快適に保つことができる。
【００７３】
つまり、車室１９内に乗員などの人がいると、車室１８内の酸素濃度が徐々に下がり、二酸化炭素濃度が徐々に上がってくる。ところが、車室１９外の酸素濃度と二酸化炭素濃度は一定であるので、酸素濃度は車室１９外が高く車室内が低くなるように濃度差が発生する。一方、二酸化炭素濃度は、車室１９外が低く車室内が高くなるように濃度差が発生する。
【００７４】
このとき、第１選択分離材１３ａ及び第２選択分離材１３ｂは、酸素や二酸化炭素に対する溶解度係数Ｓ及び拡散係数Ｄが高いので、酸素や二酸化炭素は第１選択分離材１３ａ及び第２選択分離材１３ｂに溶解した後、濃度の高い方から低い方へ拡散していく。つまり、車室内外の濃度差によって酸素は車室内に導入され、二酸化炭素は車室外に排出される。
【００７５】
また、第１選択分離材１３ａ及び第２選択分離材１３ｂは炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分に対する溶解度係数Ｓが低いため第１選択分離材１３ａ及び第２選択分離材１３ｂに溶解することがないので第１選択分離材１３ａ及び第２選択分離材１３ｂを透過しない。したがって、炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分が車室内に侵入することがない。
【００７６】
また、第１選択分離材１３ａ及び第２選択分離材１３ｂは、酸素及び二酸化炭素の透過係数Ｐ１と、炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分の透過係数Ｐ２とがＰ１／Ｐ２＞１０を満たす材質の材料から構成されている。したがって、酸素及び二酸化炭素の透過量と炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分の透過量比はおよそ１０００対１となるので、十分な遮断性能を有することができる。
【００７７】
また、第１選択分離材１３ａ及び第２選択分離材１３ｂは、薄膜形状に形成されているので、単位面積あたりの透過性が高い。したがって、車室１９のように設置面積が制限されるような場所でも透過性を高めることができる。
【００７８】
また、第１選択分離材１３ａ及び第２選択分離材１３ｂの膜厚が５００ナノメートル以下（本実施形態では、１００ナノメートル）であるので、酸素及び二酸化炭素の透過性を高めることができる。
【００７９】
また、第１選択分離材１３ａ及び第２選択分離材１３ｂの炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分を遮断する機能は、吸着、吸収、分解により達成されている。したがって、吸着では、炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分の濃度が高くなった場合、一度それらを主として物理的に保持し、濃度が低くなった場合、それらを再び外気に放出することにより、第２選択分離材１３ｂの吸着性能を再生することができる。
【００８０】
また、吸収では、炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分を第２選択分離材１３ｂにて主として化学的に固定化し、遮断することができる。
さらに、分解では、吸着及び吸収した炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物を化学的に分解し、無臭化又は無害化することができる。
【００８１】
ここで、分解する手段としては例えば、電気的に分解する方式、熱的に分解する方式、薬品等を用いて化学的に分解する方式又は微生物等を用いた生物的に分解する方式等が考えられる。さらにこれらの方式の組み合わせにて能力を向上させる方法も考えられる。
【００８２】
また、第１選択分離材１３ａ及び第２選択分離材１３ｂは、導電性を有する有機系高分子で形成されているので、表面反応に必要な電子を供給しやすくでき、さらに表面に吸着した炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物を分解しやすくなる。
【００８３】
また、第１選択分離材１３ａ及び第２選択分離材１３ｂの表面粗さＲａが６．５ナノメートル以上（６．６ナノメートル）であるので、表面積の増大のほかに、第１選択分離材１３ａ及び第２選択分離材１３ｂの表面の物性、例えば、酸素との親和性の制御また孔径の制御、結晶化度等の分子配列の制御などを実現できる。
【００８４】
また、選択分離材１３を酸素及び二酸化炭素を優位に透過させる機能を有する第１選択分離材１３ａと、炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分を遮断する機能を有する第２選択分離材１３ｂとで構成している。したがって、第１選択分離材１３ａの透過性能と第２選択分離材１３ｂの遮断性能とを最適化できるので、選択分離材１３の性能を最適化できる。
【００８５】
また、図２（ａ）に示すように第１選択分離材１３ａと第２選択分離材１３ｂとを密着させ、さらに、第２選択分離材１３ｂ側から支持体１４で支持する構造としているので、第１選択分離材１３ａ及び第２選択分離材１３ｂの膜厚が１００ナノメートルと非常に薄くても、選択分離材としての形状を維持することができる。
【００８６】
また、図２（ｂ）に示す選択分離材１３では、選択分離材１３を第１選択分離材１３ａを層の中に含む支持体１４と第２選択分離材１３ｂを層の中に含む支持体１４とから構成している。したがって、その支持体１４により薄膜形状である第１選択分離材１３ａ及び第２選択分離材１３ｂの形状を維持することができるので、第１選択分離材１３ａ及び第２選択分離材１３ｂに力が加わって変形しても、支持体１４によって各選択分離材が支持されているので、各選択分離材は破損し難くなる。
【００８７】
さらに、図２（ｃ）に示す選択分離材１３では、第１選択分離材１３ａの酸素及び二酸化炭素の透過率が支持体１４中にて透過方向に傾斜変化している。したがって、透過率が低いところでは、酸素及び二酸化炭素が透過しにくいが、透過率が高くなるに従って酸素及び二酸化炭素が透過しやすくなるので、選択分離材全体としては、酸素及び二酸化炭素が透過しやすくなる。また、第２選択分離材１３ｂの炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分の透過率が支持体１４中にて透過方向に傾斜変化しているので、透過率の低い部分で炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分を遮断できる。
【００８８】
また、車室１９内に内外気ダンパ１７を設け、一定期間ごとに一定の時間外気を車室１９に導入している。したがって、車室１９内に外気を導入することができるので、車室１９内の不必要な空気質を除去することができ、また、空間内のガラス等の曇りが生じた場合などの不具合い等を解消することができる。
【００８９】
さらに、内外気ダンパ１７は、外気を車室１９内に導入する条件、例えば内外気ダンパ１７の開口度や酸素濃度を任意に設定できるようになっているので、車室１９内に最適な外気の導入ができる。
【００９０】
また、酸素センサ１８で検出した車室１９内の酸素濃度に基づいて外気を車室１９内に導入しているので、車室１９内を最適な酸素濃度にすることができる。
なお、酸素センサ１８以外に、二酸化炭素、炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物の濃度センサ又は微小固体成分の個数をカウントするセンサを用いて、各々に対する車室内の濃度を調整するようにしてもよい。
【００９１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、本実施形態に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。
（１）例えば、上記実施形態では、選択分離材１３として、薄膜形状の材料を使用していたが、薄膜形状の材料の代りに細孔径が５ミリメートル以下である多孔質形状の材料を用いてもよい。
【００９２】
このようにすると、クヌーセン流れが発生することなくさらに、人体に沈着し発がん性を有する１０ナノメートル以上の微小固体成分の透過を防止することができる。
（２）さらに、多孔質状の材料は、耐熱性が高いので、周囲の温度が高い場合、例えば、選択分離材１３がエンジンルームの近傍に設置される場合には有効である。
【００９３】
（３）また、薄膜形状の材料の代りに、炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分を遮断する機能を有する繊維形状の材料で選択分離材１３を形成すると、酸素及び二酸化炭素の透過性を高めることができる。
【００９４】
（４）また、薄膜形状の材料の代りに、炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分を遮断する機能を有する繊維形状の材料を用いてもよい。
（５）また、上記実施形態の選択分離材１３では、吸着、吸収、分解各機能を有する薄膜材料により、酸素及び二酸化炭素の透過と炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分を遮断していたが、それらの成分に対する表面反応を示す薄膜材料で選択分離材１３を形成してもよい。
【００９５】
（６）さらに、車室１９内に、炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分を吸着する材料、例えば、活性炭粒子、活性炭素繊維等の炭素材料やゼオライト等の無機材料又は吸収液や吸収液を含んだ繊維状物質などで吸着させる脱臭装置、あるいは、炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分を分解する方法、例えば、電気的に分解する方式、熱的に分解する方式、薬品等を用いて化学的に分解する方式又は微生物等を用いた生物的に分解する方式を用いた脱臭装置を設けるようにしてもよい。
【００９６】
（７）また、空調対象空間としては、酸素の導入と二酸化炭素の排出が必要であり、炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び微小固体成分を遮断する必要である空間であればよい。そのような空間として、自動車以外に、列車、モノレール、航空機などの車両に応用することができる。
【００９７】
なお、車室１９が本空調システムにおける空調対象空間に相当し、車室壁１１が気体を透過させない壁に相当し、内外気ダンパ１７が外気導入手段に相当し、酸素センサ１８がセンサに相当する。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】実施形態の車両及び従来の車両の概略断面図である。
【図２】選択分離材１３の構造を示す斜視図である。
【図３】選択分離材１３の酸素透過性を向上させるために、プラズマ処理にて材料の表面改質を行う方法を示す図である。
【図４】車室１９内の酸素濃度制御方法を示す図である。
【符号の説明】
【００９９】
１０，３０…車両、１１…車室壁、１３…選択分離材、１３ａ…第１選択分離材、１３ｂ…第２選択分離材、１４，１４ａ，１４ｂ…支持体、１７…内外気ダンパ、１８…酸素センサ、１９，３７…車室、３３…トランク通気口、３５…床下通気口、４１…平行平面電極、４２…ＲＦ電源。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2007290690.tif 000006
【図４】
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