JP2005349879A - 車両用清浄ガス供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 到達性の良好な吹出ノズルを形成させることで吹出ノズルが乗員から離れた場所に設置しても高濃度の清浄ガスが乗員に供給できる車両用清浄ガス供給装置を実現する。
【解決手段】 乗員に向けて清浄ガスを吹き出す吹出ノズル２５と車室内空気を導いて清浄ガスを生成して吹出ノズル２５に清浄ガスを供給する清浄ガス供給装置本体２１とを備える車両用清浄ガス供給装置において、吹出ノズル２５は、吹出開口部の中央に吹出風速の速い主流吹出開口部２５１ａと、この主流吹出開口部２５１ａの外周に吹出風速の遅い副流吹出開口部２５１ｂとを有する。これにより、高濃度の清浄ガスが乗員に供給できる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、乗員に向けて清浄ガスを吹き出す吹出ノズルと車室内空気を導いて清浄ガスを生成して吹出ノズルに清浄ガスを供給する清浄ガス供給装置本体とを備える車両用清浄ガス供給装置に関するものであり、特に、吹出ノズルの構造に関する。

従来、この種の車両用清浄ガス供給装置として、例えば、特許文献１に示すように、運転者もしくは同乗者に新鮮な空気として高濃度の酸素を供給する装置が知られている。具体的には、車室内空気のうち一酸化炭素、二酸化炭素および窒素を吸脱着する清浄ガス供給装置本体と、車室内空気を前記清浄ガス供給装置本体へ導入する吸込管と、清浄ガス供給装置本体でガス分離された一酸化炭素、二酸化炭素および窒素を車室外に排出する排気管と、一酸化炭素、二酸化炭素および窒素がガス分離された残りの清浄ガスを送気管を介して車室内に放出する吹出ノズルとを具備している。

そして、車室内の汚れた空気を清浄ガス供給装置本体に導いて、一酸化炭素、二酸化炭素、窒素等の不純ガスをガス分離し車室外に排出するとともに、不純ガスを分離した結果生じる清浄ガスである酸素富化空気を車室内へ送気するので車室内の不純ガスの増加が抑制されるようになっている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平５−２７７３２７号公報

しかしながら、上記特許文献１の構成によれば、人体に対して快適な酸素濃度の清浄ガスを乗員の顔面に吹き出すためには、吹出ノズルを運転の視野を妨げることなく、かつ乗員の鼻口部との距離が３ｃｍ〜５ｃｍの範囲内に収めるように設置することが必要である。そして、吹出ノズルが所定範囲内にたやすく配設するために、例えば、調整可能なハンドフリータイプで構成すると、吹出ノズルの所定位置への設置の煩わしさおよびその構成部品の構造が複雑となる問題がある。

さらに、車両に搭載された車両用空調装置が作動しているときに、空調装置の吹出口から空調された空調風が乗員の顔面に向けて吹き出されると、吹出ノズルを上述した所定の距離を有する範囲に設置していても、空調風の気流により吹出ノズルから吹き出される清浄ガス（酸素）が拡散されてしまい乗員への清浄ガス（酸素）の到達性が低下する問題がある。

そこで、本発明の目的は、上記点を鑑みたものであり、到達性の良好な吹出ノズルを形成させることで吹出ノズルが乗員から離れた場所に設置しても高濃度の清浄ガスが乗員に供給できる車両用清浄ガス供給装置を提供することにある。

上記、目的を達成するために、請求項１ないし請求項５に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、運転者もしくは同乗者に向けて清浄ガスを吹き出す吹出ノズル（２５）と、車室内空気を導いて清浄ガスを生成して吹出ノズル（２５）に清浄ガスを供給する清浄ガス供給装置本体（２１）とを備える車両用清浄ガス供給装置において、
吹出ノズル（２５）は、車室内天井部に配設され、乗員に向けて吹き出される清浄ガスの吹出風速が吹出開口部（２５１ａ、２５２ｂ）の中央とその外周縁とで異なるように構成したことを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、吹出ノズル（２５）を乗員から離れた場所に配設しても、従来の均一な吹出風速で吹き出す吹出ノズルに比べて、乗員近傍での風速を高めることで空調風の気流があっても高濃度の清浄ガスを乗員に供給できる。

請求項２に記載の発明では、吹出ノズル（２５）は、吹出開口部（２５１ａ、２５１ｂ）の中央に吹出風速の速い主流吹出開口部（２５１ａ）と、この主流吹出開口部（２５１ａ）の外周に吹出風速の遅い副流吹出開口部（２５１ｂ）とを有することを特徴としている。請求項２に記載の発明よれば、具体的に、吹出風速の遅い副流気流と吹出風速の速い主流気流とを構成することにより、吹出ノズル（２５）が乗員から離れた場所に配設しても、乗員近傍での風速を高めることができる。

請求項３に記載の発明では、吹出ノズル（２５）は、副流吹出開口部（２５１ｂ）と主流吹出開口部（２５１ａ）との外径比が約２．２５以上となるように構成したことを特徴としている。請求項３に記載の発明によれば、発明者らの研究によれば、外径比の最適値として約２．２５以上であれば、小型で到達性の良好な吹出ノズル（２５）が形成できる。これにより、乗員席上部の天井部に配設するのに好適である。

請求項４に記載の発明では、吹出ノズル（２５）は、副流吹出開口部（２５１ｂ）の最大外径が約φ６ｍｍから約φ８ｍｍの範囲内であることを特徴としている。請求項４に記載の発明によれば、上述した請求項３と同じように、最大外径の最適値として、約φ６ｍｍから約φ８ｍｍの範囲内であれば、小型で到達性の良好な吹出ノズル（２５）が形成できる。

請求項５に記載の発明では、吹出ノズル（２５）は、車両に設けられる内装材に配設されることを特徴としている。請求項５に記載の発明によれば、例えば、内装材を挟むように吹出ノズル（２５）を形成すれば別体の取り付け部品が不要とすることができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態の具体的手段との対応関係を示すものである。

以下、本発明の一実施形態における車両用清浄ガス供給装置を図１ないし図６に基づいて説明する。図１は車両に搭載された清浄ガス供給装置２０の全体構成を示す模式図であり、図２は清浄ガス供給装置本体２１の全体構成を示す模式図である。図３および図４は吹出ノズル２５の全体構成を示す正面図、Ａ−Ａ断面図である。

本実施形態の車両用清浄ガス供給装置は、図１に示すように、車室内空気を導いて清浄ガスを生成し、その清浄ガスを乗員に向けて吹き出す装置であり、清浄ガス供給装置本体２１、送気管２２、吹出ノズル２５、および図示しない清浄ガス供給制御装置とから構成されている。清浄ガス供給装置本体２１は、車室内空気を導いて清浄ガスとして高濃度の酸素を生成して吹出ノズル２５に供給する酸素富化膜式発生装置である。

この清浄ガス供給装置本体２１は車両後方のトランクルーム内に設置されて、車室内空気を吸入するように図示しない吸入管を介して車室内と連通するように構成している。そして、詳しくは後述する吹出ノズル２５は、清浄ガスを乗員の顔面近傍に向けて吹き出すように車両の天井部に設けられ、送気管２２を介して清浄ガス供給装置本体２１に接続されている。送気管２２はゴム材、樹脂材からなるチューブ状に形成され、トランクルームルームから車両天井部に設けられている内装材の内部に配設している。

また、清浄ガス供給装置本体２１の全体構成は、図２に示すように、酸素富化膜２１１、空気ポンプ手段である真空ポンプ２１２、吸込みフィルタ２１３および送風機２１４から構成されている。そして、酸素富化膜２１１は単数もしくは複数個のモジュールで構成され、その酸素富化膜２１１の片側が連通管２１２ａにより真空ポンプ２１２の吸入側に連通するように配設されている。また、図中２１２ｂは吐出管であり、その下流端が送気管２２に接続されている。

送風機２１４は、酸素富化膜２１１の他方側に新鮮な車室内空気を流通させる換気用の送風機であり、吸込みフィルタ２１３は、その車室内空気に含まれる塵埃を除去するフィルタである。そして、酸素富化膜２１１は、真空ポンプ２１２を作動させて片側を真空状態に減圧すると、他方側の空気が圧力差により真空ポンプ２１２で吸引される。このときに、他方側の空気の分子が酸素富化膜２１１を通過することで溶解、拡散、離脱する。

これは、通常の空気中の窒素は約７９％であるが、酸素は窒素に比べて酸素富化膜２１１を通過する速さが約２．５倍程度早いため酸素富化膜２１１から離脱するときに生成する空気は、酸素富化膜２１１を通過する前の空気の組成より酸素濃度が高くなる。その結果、約３０％の高濃度の酸素が吐出管２１２ｂから吹出ノズル２５に供給することができる。なお、真空ポンプ２１２、送風機２１４は、図示しない清浄ガス供給制御装置に電気的に接続されて制御されるようにしている。

次に、本発明の要部である吹出ノズル２５について図３および図４に基づいて説明する。本実施形態の吹出ノズル２５は、乗員から離れた場所に設置しても高濃度の清浄ガスを乗員に向けて吹き出すように構成している。具体的には、図３および図４に示すように、副流付き吹出ノズル部２５１と分配部２５２と接続部２５３とから構成されている。そして、副流付き吹出ノズル部２５１が分配部２５２に着脱自在に形成されている。

接続部２５３は、上述したチューブ状の送気管２２に接続するジョイントであり、分配部２５２、および接続部２５３が車両天井部の内装材１の内部に配設し、副流付き吹出ノズル部２５１を車室内に露出するように内装材１を挟んで配設している。なお、副流付き吹出ノズル部２５１は、乗員の鼻口部に向けて清浄ガスを吹き出すように車両天井部に配設されるものである。

副流付き吹出ノズル部２５１は、その中央に吹出速度の速い吹出開口部である主流吹出開口部２５１ａを形成し、その主流吹出開口部２５１ａの外周縁に吹出速度の遅い副流吹出開口部２５１ｂを形成している。詳しくは後述するが、具体的には、副流吹出開口部２５１ｂでの吹出風速が主流吹出開口部２５１ａでの吹出風速の約０．４７程度になるように形成している。

さらに、主流吹出開口部２５１ａの口径Ｄ１に対して、副流吹出開口部２５１ｂの最大径Ｄ２が約２．２５倍程度となるように形成している。より具体的には、副流吹出開口部２５１ｂの最大径Ｄ２を、例えば、φ６ｍｍ〜φ８ｍｍ程度の範囲で設定することで、高濃度の清浄ガスを乗員に向けて吹き出すことができるようにしている。そして、分配部２５２は、主流吹出開口部２５１ａと副流吹出開口部２５１ｂとで所定の風速比となるように、接続部２５３から導入された清浄ガスを分配するように構成されている。

ところで、上記副流付き吹出ノズル２５１は、発明者らの研究により、均一の吹出速度を有する吹出口と作用を比較することで、高濃度の清浄ガスを乗員に向けて吹きつけることを見い出したものであって、以下、図５および図６に基づいて説明する。図５は高濃度の酸素空気を２００ｍｍ離れた乗員に向けて吹き出したときにおける吹出開口部口径と乗員の顔面近傍における酸素濃度、風速との関係を測定した特性図である。図５（ａ）が均一吹き出しの場合、図５（ｂ）が本実施形態の副流付き吹き出しの場合である。なお、このときの清浄ガスは吹出流量が６Ｌ／ｍｉｎ、吹出酸素濃度が３０％である。

図５（ａ）に示すように、均一吹き出しの場合は、一般的に、吹出開口部の開口面積を広くすると酸素の到達率は向上するが、広くすることにより吹出風速が低下する。一方、吹出開口部の開口面積を狭くすると酸素の到達率は低下するが、狭くすることにより吹出風速が速くなる。この傾向は、副流付き吹き出しの場合も、図５（ｂ）に示すように、開口面積を広くすると酸素の到達率は向上、吹出風速が低下するが、開口面積を狭くすると酸素の到達率は低下、吹出風速が速くなって同じである。ただし、副流付き吹き出しの場合のほうが酸素の到達率、吹出風速がいずれも上昇している。

ところで、狭い空間の車両においては、車両用空調装置が作動していると、車室内に吹き出される空調風の気流が生成されるため、車両用空調装置の空調作動モードのうち、吹出モードをパラメータにして、吹出開口部口径と乗員の顔面近傍における酸素濃度との関係を測定した特性図が図６に示すものであり、そのときの図６（ａ）が均一吹き出しの場合、図６（ｂ）が本実施形態の副流付き吹き出しの場合である。なお、図６では車両用空調装置の送風モードはマニュアルＬｏレベルであり、吹出ノズル２５は車両天井部に設けられている。

図６（ａ）に示すように、均一吹き出しの場合は、吹出モードが乗員の上半身に向けて空調風を吹き出すフェイスモードのときは、空調風の気流により高濃度の酸素が拡散されてしまい。乗員の上半身と乗員の足元に空調風を吹き出すバイレベルモードおよび乗員の足元に空調風を吹き出すフットモードのときは、吹出開口部をφ５ｍｍ〜φ８ｍｍ程度の開口面積であれば、乗員の顔面近傍における酸素濃度が２１．６〜２２％を確保できる。

ところが、副流付き吹き出しの場合は、図６（ｂ）に示すように、フェイスモードであっても、吹出開口部をφ６ｍｍ〜φ８ｍｍ程度の開口面積であれば、乗員の顔面近傍における酸素濃度が２１．６〜２２％を確保できることが分かった。さらに、フットモードであれば最大２２、２％（通常の大気では最大が２１％である。）を確保できることが分かった。これにより、本実施形態では副流付きの吹出ノズル２５として、吹出開口部をφ６ｍｍ〜φ８ｍｍ程度の開口面積を最適値として設定している。これによれば、副流付き吹出ノズル部２５１の最大外径がφ２０ｍｍ程度で形成できるとともに、吹出ノズル２５の最大厚さが１５ｍｍ程度以下で形成できることで車両天井部に配設が可能となる。

以上の一実施形態の車両用清浄ガス供給装置によれば、吹出ノズル２５は、車室内天井部に配設され、乗員に向けて吹き出される清浄ガスの吹出風速が吹出開口部２５１ａ、２５２ｂの中央とその外周縁とで異なるように構成したことにより、吹出ノズル２５を乗員から離れた場所に配設しても、従来の均一な吹出風速で吹き出す吹出ノズルに比べて、乗員近傍での風速を高めることで空調風の気流があっても高濃度の清浄ガスを乗員に供給できる。

具体的に、副流付き吹出ノズル２５１の中央に吹出風速の速い主流吹出開口部２５１ａと、この主流吹出開口部２５１ａの外周に吹出風速の遅い副流吹出開口部２５１ｂとを有することにより、吹出ノズル２５が乗員から離れた場所に配設しても、乗員近傍での風速を高めることができる。

また、吹出ノズル２５は、副流吹出開口部２５１ｂと主流吹出開口部２５１ａとの外径比が約２．２５以上となるように構成したことにより、発明者らの研究によれば、外径比の最適値として約２．２５以上であれば、小型で到達性の良好な吹出ノズル２５が形成できる。これにより、乗員席上部の天井部に配設するのに好適である。

さらに、吹出ノズル２５は、副流吹出開口部２５１ｂの最大外径の最適値として、約φ６ｍｍから約φ８ｍｍの範囲内であれば、小型で到達性の良好な吹出ノズル２５が形成できる。また、吹出ノズル２５は、車両に設けられる内装材１に配設されることにより、内装材１を挟むように吹出ノズル２５を形成すれば取り付け部品が不要とすることができる。

（他の実施形態）
以上の一実施形態では、副流付き吹出ノズル部２５１に主流吹出開口部２５１ａおよび副流吹出開口部２５１ｂを分配部２５１に対して直交するように形成したが、これに限らず、乗員に向けて清浄ガスを吹き出す方向に傾けて形成しても良い。これによれば、車両天井部に傾斜があっても確実に乗員の顔面に向けて清浄ガスを吹き出すことができる。

また、以上の実施形態では、清浄ガス供給装置本体２１は、車室内空気を導いて溶解、拡散、離脱させて酸素を富化する酸素富化膜２１１、および酸素富化膜２１１を介して導かれた車室内空気に圧力差を与える真空ポンプ２１２から構成させて清浄ガスとして高濃度の酸素を生成させたが、これに限らず、ガス分離膜と加圧ポンプと組み合わせてガス分離膜による加圧濾過によりガスを分離する膜分離方式の清浄ガス供給装置や吸着剤に対する吸着速の違いを利用してガスを分離するＰＳＡ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｗｉｎｇ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）式の清浄ガス供給装置でも良い。

さらに、以上のガスを分離して酸素を富化する方式の他に、酸素を含む化学物質に水と反応させて酸素を生成する化学反応ガス発生装置または酸素ボンベなどで車室内空気に生成した酸素を付与する清浄ガス供給装置２０でも良い。これによれば、酸素を富化する方式に比べて、例えば、車両用空調装置が内気モードで作動していると車室内空気の酸素濃度が徐々に低下するが、酸素を付与させて生成した清浄ガスを吹出ノズル２５に供給する装置であれば、酸素濃度低下を防止することができる。

本発明の一実施形態における車両に搭載される清浄ガス供給装置２０の全体構成を示す模式図である。 本発明の一実施形態における清浄ガス供給装置本体２１の構成を示す模式図である。 本発明の一実施形態における吹出ノズル２５の全体構成を示す正面図である。 図３に示すＡ−Ａ断面図である。 （ａ）は均一吹き出しの場合の吹出開口部口径と乗員の顔面近傍における酸素濃度、風速との関係を示す特性図、（ｂ）は副流付き吹き出しの場合の吹出開口部口径と乗員の顔面近傍における酸素濃度、風速との関係を示す特性図である。 （ａ）は均一吹き出しの場合における吹出モードをパラメータとして吹出開口部口径と乗員の顔面近傍における酸素濃度との関係を示す特性図、（ｂ）は副流付き吹き出しの場合における吹出モードをパラメータとして吹出開口部口径と乗員の顔面近傍における酸素濃度との関係を示す特性図である。

符号の説明

２１…清浄ガス供給装置本体
２５…吹出ノズル
２５１ａ…主流吹出開口部（吹出開口部）
２５１ｂ…副流吹出開口部（吹出開口部）

Claims (5)

1. 運転者もしくは同乗者に向けて清浄ガスを吹き出す吹出ノズル（２５）と、車室内空気を導いて清浄ガスを生成して前記吹出ノズル（２５）に清浄ガスを供給する清浄ガス供給装置本体（２１）とを備える車両用清浄ガス供給装置において、
   前記吹出ノズル（２５）は、車室内天井部に配設され、乗員に向けて吹き出される清浄ガスの吹出風速が吹出開口部（２５１ａ、２５２ｂ）の中央とその外周縁とで異なるように構成したことを特徴とする車両用清浄ガス供給装置。
2. 前記吹出ノズル（２５）は、前記吹出開口部（２５１ａ、２５１ｂ）の中央に吹出風速の速い主流吹出開口部（２５１ａ）と、前記主流吹出開口部（２５１ａ）の外周に吹出風速の遅い副流吹出開口部（２５１ｂ）とを有することを特徴とする請求項１に記載の車両用清浄ガス供給装置。
3. 前記吹出ノズル（２５）は、前記副流吹出開口部（２５１ｂ）と前記主流吹出開口部（２５１ａ）との外径比が約２．２５以上となるように構成したことを特徴とする請求項２に記載の車両用清浄ガス供給装置。
4. 前記吹出ノズル（２５）は、前記副流吹出開口部（２５１ｂ）の最大外径が約φ６ｍｍから約φ８ｍｍの範囲内であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の車両用清浄ガス供給装置。
5. 前記吹出ノズル（２５）は、車両に設けられる内装材に配設されることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の車両用清浄ガス供給装置。

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