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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2025002525
(43)【公開日】2025-01-09
(54)【発明の名称】車両用空調システム
(51)【国際特許分類】
   B60H 3/06 20060101AFI20241226BHJP
   B60H 3/00 20060101ALI20241226BHJP
   F24F 8/15 20210101ALI20241226BHJP
   B01D 53/26 20060101ALI20241226BHJP
   B01D 53/04 20060101ALI20241226BHJP
【FI】
B60H3/06 Z
B60H3/00 A
B60H3/00 Z
B60H3/00 F
F24F8/15
B60H3/00 B
B01D53/26 230
B01D53/04 220
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023102760
(22)【出願日】2023-06-22
(71)【出願人】
【識別番号】000004064
【氏名又は名称】日本碍子株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000523
【氏名又は名称】アクシス国際弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】昆野 由規
【テーマコード(参考)】
3L211
4D012
4D052
【Fターム(参考)】
3L211AA10
3L211AA11
3L211BA04
3L211BA09
3L211BA42
3L211BA51
3L211DA72
3L211DA73
3L211DA75
3L211EA12
3L211EA13
3L211FB08
4D012BA01
4D012BA02
4D012BA03
4D012CA01
4D012CA03
4D012CA10
4D012CB02
4D012CD05
4D012CE01
4D012CE02
4D012CF04
4D012CF10
4D012CG01
4D012CH05
4D052AA08
4D052CE00
4D052DA03
4D052DA06
4D052DB01
4D052GA01
4D052GA03
4D052GB00
4D052GB02
4D052GB03
4D052GB08
4D052HA00
4D052HA01
4D052HA02
4D052HA03
4D052HA21
4D052HA27
(57)【要約】      (修正有)
【課題】流路構造の簡素化及びコンパクト化が可能な車両用空調システムを提供する。
【解決手段】少なくとも隔壁がPTC特性を有する材料で構成されたハニカム構造体と、一対の電極と、隔壁の表面上に形成された機能材含有層とを含む空調デバイス10と、一対の電極に電圧を印加するための電源20と、空気を空調デバイス10に流入させる流入配管30と、空調デバイス10を流通した空気を車室に戻す第1流出配管40と、空調デバイス10を流通した空気を車外に排出する第2流出配管50と、第1流出配管40と第2流出配管50との分岐部に設けられ、空気の流れを第1流出配管40又は第2流出配管50に切替え可能な差圧バルブ60と、空気の流れを第1流出配管40に切替えるように差圧バルブ60を制御する第1通風機70と、空気の流れを第2流出配管50に切替えるように差圧バルブ60を制御する第2通風機80とを備える車両用空調システム100。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
外周壁と、前記外周壁の内側に配設され、第1端面から第2端面まで延びる流路となる複数のセルを区画形成する隔壁とを有し、少なくとも前記隔壁がPTC特性を有する材料で構成されたハニカム構造体と、前記第1端面及び前記第2端面に設けられた一対の電極と、前記隔壁の表面上に形成された機能材含有層とを含む空調デバイスと、
前記一対の電極に電圧を印加するための電源と、
車室又は車外からの空気を前記空調デバイスに流入させる流入配管と、
前記空調デバイスを流通した前記空気を前記車室に戻す第1流出配管と、
前記空調デバイスを流通した前記空気を車外に排出する第2流出配管と、
前記第1流出配管と前記第2流出配管との分岐部に設けられ、前記空気の流れを前記第1流出配管又は前記第2流出配管に切替え可能な差圧バルブと、
前記空気の流れを前記第1流出配管に切替えるように前記差圧バルブを制御する第1通風機と、
前記空気の流れを前記第2流出配管に切替えるように前記差圧バルブを制御する第2通風機と
を備える車両用空調システム。
【請求項2】
前記第1流出配管と前記第2流出配管との前記分岐部において、前記第2流出配管が前記第1流出配管の内部に配置された二重管構造を有する、請求項1に記載の車両用空調システム。
【請求項3】
前記第1通風機が前記流入配管に配置されている、請求項1又は2に記載の車両用空調システム。
【請求項4】
前記第2通風機が前記第2流出配管に配置されている、請求項1又は2に記載の車両用空調システム。
【請求項5】
PTC特性を有する前記材料はチタン酸バリウムを主成分とする、請求項1又は2に記載の車両用空調システム。
【請求項6】
前記機能材含有層は、水蒸気、二酸化炭素及び揮発成分から選択される少なくとも1つを吸着する機能を有する吸着材を含有する、請求項1又は2に記載の車両用空調システム。
【請求項7】
前記機能材含有層は触媒を含有する、請求項1又は2に記載の車両用空調システム。
【請求項8】
前記吸着材が吸湿材である、請求項6に記載の車両用空調システム。
【請求項9】
前記第1通風機を起動し、前記空気の流れを前記第1流出配管に切替えるように前記差圧バルブを制御して車室内の除湿を行う除湿モードと、
前記第2通風機を起動し、前記空調デバイスの一対の電極に電圧を印加するとともに、前記空気の流れを前記第2流出配管に切替えるように前記差圧バルブを制御して前記機能材含有層の再生を行う再生モードと
を実行可能な制御部を更に備える、請求項8に記載の車両用空調システム。
【請求項10】
前記車室内のガラスの曇りを検知することが可能な検知部を更に備え、前記制御部は、前記ガラスの曇りが検知されたときに前記再生モードを実行し、前記ガラスの曇りが検知されていないときに前記除湿モードを実行する、請求項9に記載の車両用空調システム。
【請求項11】
前記検知部は、車室内の温度及び湿度に基づいて前記ガラスの曇りを検知する、請求項10に記載の車両用空調システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、車両用空調システムに関する。
【背景技術】
【0002】
自動車などの各種車両において、車室環境の向上に対する要求が高まっている。具体的な要求としては、車室内のCO2を低減して運転者の眠気を抑制すること、車室内を調湿すること、及び車室内のにおい成分やアレルギー誘因成分などの有害な揮発成分を除去することなどが挙げられる。このような要求に有効な対策として換気が挙げられるが、換気は、冬場のヒーターエネルギーを大きくロスする要因となり、冬場のエネルギー効率の低下を招く。特に電気自動車(BEV:Battery Electric Vehicle)では、そのエネルギーロスにより、航続距離が大幅に減少するという問題がある。
【0003】
上記の問題を解決する方法として、特許文献1及び2には、車室の空気中の水蒸気及びCO2などの除去対象成分を吸着材などの機能材に捕捉した後、加熱によって除去対象成分を反応又は離脱させて車外に放出し、機能材を再生する車両用空調システムが開示されている。このような車両用空調システムでは、除去対象成分の捕捉性能を確保するために空気と機能材との接触ができるだけ多いこと、及び機能材の再生を促進するために機能材を所定の温度に加熱できることが求められる。再生は、例えば、機能材に吸着した除去対象成分を酸化反応により除去する方法、及び機能材に吸着した除去対象成分を脱離させて排出する方法などにより行われるが、いずれにしても吸着された除去対象成分の種類に応じて機能材を適切な温度に加熱することが必要である。
【0004】
他方、特許文献3には、外周壁と、外周壁の内側に配設され、第1端面から第2端面まで流路を形成する複数のセルを区画形成する隔壁とを有する柱状ハニカム構造体を備え、隔壁がPTC特性を有しており、隔壁の平均厚さが0.13mm以下であり、第1端面及び第2端面における開口率が0.81以上であるヒーターエレメントが開示されている。このヒーターエレメントは、車室の暖房用途に用いられるものであるが、ハニカム構造を有することで加熱面積を大きくすることができるので、効率の良い加熱手段である。したがって、このようなヒーターエレメントを機能材の担体として使用すると、機能材の再生時間の短縮化に貢献できると考えられる。特に、このヒーターエレメントは、通電による加熱が可能であり且つPTC特性を有するため、機能材を容易に加熱できる一方で、過剰な発熱を抑制し、機能材の熱劣化を抑制することもできると考えられる。また、過剰な温度になってしまう恐れが回避されるので、初期抵抗を小さく設定して加熱速度を速めても安全を確保でき、短時間での昇温が可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2020-104774号公報
【特許文献2】特開2020-111282号公報
【特許文献3】国際公開第2020/036067号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
従来の車両用空調システムでは、空気の流れが、電動の切替えバルブ(開閉ドア)によって制御されている。具体的には、除去対象成分を機能材によって捕捉した空気を車室に戻す流路と、機能材に捕捉された除去対象成分を反応又は離脱させて車外に放出する流路との分岐部に設けられた電動の切替えバルブによって空気の流れが制御されている。しかしながら、このような電動の切替えバルブを用いる場合、切替えバルブを駆動させるための駆動部を設ける必要がある。流路の分岐部周辺は複雑な構造を有するため、駆動部を設けるためのスペースが十分でないことがあるとともに、駆動部を設けることによってシステムが大型化してしまう。
【0007】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、流路構造の簡素化及びコンパクト化が可能な車両用空調システム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】
【0008】
本発明者らは、車両用空調システムについて鋭意研究を行った結果、電動の切替えバルブの代わりに、通風機の制御によって駆動可能な差圧バルブを設けることにより、上記の課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、以下のように例示される。
【0009】
(1) 外周壁と、前記外周壁の内側に配設され、第1端面から第2端面まで延びる流路となる複数のセルを区画形成する隔壁とを有し、少なくとも前記隔壁がPTC特性を有する材料で構成されたハニカム構造体と、前記第1端面及び前記第2端面に設けられた一対の電極と、前記隔壁の表面上に形成された機能材含有層とを含む空調デバイスと、
前記一対の電極に電圧を印加するための電源と、
車室又は車外からの空気を前記空調デバイスに流入させる流入配管と、
前記空調デバイスを流通した前記空気を前記車室に戻す第1流出配管と、
前記空調デバイスを流通した前記空気を車外に排出する第2流出配管と、
前記第1流出配管と前記第2流出配管との分岐部に設けられ、前記空気の流れを前記第1流出配管又は前記第2流出配管に切替え可能な差圧バルブと、
前記空気の流れを前記第1流出配管に切替えるように前記差圧バルブを制御する第1通風機と、
前記空気の流れを前記第2流出配管に切替えるように前記差圧バルブを制御する第2通風機と
を備える車両用空調システム。
【0010】
(2) 前記第1流出配管と前記第2流出配管との前記分岐部において、前記第2流出配管が前記第1流出配管の内部に配置された二重管構造を有する、(1)に記載の車両用空調システム。
【0011】
(3) 前記第1通風機が前記流入配管に配置されている、(1)又は(2)に記載の車両用空調システム。
【0012】
(4) 前記第2通風機が前記第2流出配管に配置されている、(1)~(3)のいずれか一つに記載の車両用空調システム。
【0013】
(5) PTC特性を有する前記材料はチタン酸バリウムを主成分とする、(1)~(4)のいずれか一つに記載の車両用空調システム。
【0014】
(6) 前記機能材含有層は、水蒸気、二酸化炭素及び揮発成分から選択される少なくとも1つを吸着する機能を有する機能材を含有する、(1)~(5)のいずれか一つに記載の車両用空調システム。
【0015】
(7) 前記機能材含有層は触媒を含有する、(1)~(6)のいずれか一つに記載の車両用空調システム。
【0016】
(8) 前記吸着材が吸湿材である、(6)又は(7)に記載の車両用空調システム。
【0017】
(9) 前記第1通風機を起動し、前記空気の流れを前記第1流出配管に切替えるように前記差圧バルブを制御して車室内の除湿を行う除湿モードと、
前記第2通風機を起動し、前記空調デバイスの一対の電極に電圧を印加するとともに、前記空気の流れを前記第2流出配管に切替えるように前記差圧バルブを制御して前記機能材含有層の再生を行う再生モードと
を実行可能な制御部を更に備える、(8)に記載の車両用空調システム。
【0018】
(10) 前記車室内のガラスの曇りを検知することが可能な検知部を更に備え、前記制御部は、前記ガラスの曇りが検知されたときに前記再生モードを実行し、前記ガラスの曇りが検知されていないときに前記除湿モードを実行する、(9)に記載の車両用空調システム。
【0019】
(11) 前記検知部は、車室内の温度及び湿度に基づいて前記ガラスの曇りを検知する、(10)に記載の車両用空調システム。
【発明の効果】
【0020】
本発明によれば、流路構造の簡素化及びコンパクト化が可能な車両用空調システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
図1】本発明の実施形態に係る車両用空調システムの概略構成図である。
図2A】本発明の実施形態に係る車両用空調システムに用いられる空調デバイスの流路方向に平行な断面の模式図である。
図2B図2Aの空調デバイスにおけるa-a’線の断面の模式図である。
図3A】空調モード時の差圧バルブの状態を示す部分拡大図である。
図3B】再生モード時の差圧バルブの状態を示す部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【0022】
本発明の車両用空調システムは、外周壁と、外周壁の内側に配設され、第1端面から第2端面まで延びる流路となる複数のセルを区画形成する隔壁とを有し、少なくとも隔壁がPTC(Positive Temperature Coefficient)特性を有する材料で構成されたハニカム構造体と、第1端面及び第2端面に設けられた一対の電極と、隔壁の表面上に形成された機能材含有層とを含む空調デバイスと;一対の電極に電圧を印加するための電源と;車室又は車外からの空気を空調デバイスに流入させる流入配管と;空調デバイスを流通した空気を車室に戻す第1流出配管と;空調デバイスを流通した空気を車外に排出する第2流出配管と;第1流出配管と第2流出配管との分岐部に設けられ、空気の流れを第1流出配管又は第2流出配管に切替え可能な差圧バルブと;空気の流れを第1流出配管に切替えるように差圧バルブを制御する第1通風機と;空気の流れを第2流出配管に切替えるように差圧バルブを制御する第2通風機とを備える。本発明の車両用空調システムは、このような構成とすることにより、従来の電動の切替えバルブ(開閉ドア)を用いた場合に比べて流路構造を簡素化することができる。また、本発明の車両用空調システムは、従来の電動の切替えバルブ(開閉ドア)を用いた場合のように分岐部周辺に駆動部を設ける必要がないため、システムのコンパクト化も可能となる。
【0023】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施形態に対し変更、改良などが適宜加えられたものも本発明の範囲に入ることが理解されるべきである。
【0024】
本発明の実施形態に係る車両用空調システムは、自動車などの各種車両に用いられる。車両としては、特に限定されないが、自動車及び電車が挙げられる。自動車としては、特に限定されないが、ガソリン車、ディーゼル車、CNG(圧縮天然ガス)やLNG(液化天然ガス)などを用いるガス燃料車、燃料電池自動車、電気自動車及びプラグインハイブリッド自動車が挙げられる。本発明の実施形態に係る車両用空調システムは、特に電気自動車及び電車のような内燃機関を持たない車両に好適に利用可能である。
【0025】
図1は、本発明の実施形態に係る車両用空調システムの概略構成図である。図2Aは、本発明の実施形態に係る車両用空調システムに用いられる空調デバイスの流路方向に平行な断面の模式図である。図2Bは、図2Aの空調デバイスにおけるa-a’線の断面の模式図である。
【0026】
図1に示されるように、本発明の実施形態に係る車両用空調システム100は、空調デバイス10、電源20、流入配管30、第1流出配管40、第2流出配管50、差圧バルブ60、第1通風機70及び第2通風機80を備える。また、車両用空調システム100は、電源20、第1通風機70及び第2通風機80などを制御するための制御部90を更に備えることができる。
【0027】
図2A及び2Bに示されるように、空調デバイス10は、外周壁11と、外周壁11の内側に配設され、第1端面12aから第2端面12bまで延びる流路となる複数のセル13を区画形成する隔壁14とを有するハニカム構造体15と、第1端面12a及び第2端面12bに設けられた一対の電極16a,16bと、隔壁14の表面上に形成された機能材含有層17とを含む。電源20は、一対の電極16a,16bに電圧を印加することができる。流入配管30は、車室又は車外からの空気を空調デバイス10に流入させることができる。第1流出配管40は、空調デバイス10を流通した空気を車室に戻すことができる。第2流出配管50は、空調デバイス10を流通した空気を車外に排出することができる。差圧バルブ60は、第1流出配管40と第2流出配管50との分岐部に設けられ、空気の流れを第1流出配管40又は第2流出配管50に切替えることができる。第1通風機70は、空気の流れを第1流出配管40に切替えるように差圧バルブ60を制御することができる。第2通風機80は、空気の流れを第2流出配管50に切替えるように差圧バルブ60を制御することができる。
【0028】
上記のような構成を有する車両用空調システム100では、車室又は車外からの空気が、流入配管30を通って空調デバイス10に流入し、空調デバイス10を通過する間に機能材含有層17で空気中の除去対象成分が捕捉(除去)される。そして、除去対象成分が低減された空気は、第1流出配管40を通って車室に戻る。このようにして車室又は車外からの空気に含まれる除去対象成分を除去して車室に戻すモードを空調モードという。
一方、機能材含有層17の性能は、除去対象成分の捕捉量が多くなるにつれて徐々に低下するため、機能材含有層17を再生しなければならない。機能材含有層17の再生は、一対の電極16a,16bに対して電圧印加を行い、ハニカム構造体15を加熱することにより行われる。ハニカム構造体15の加熱によって機能材含有層17が直接的に加熱されるため、機能材含有層17に捕捉された除去対象成分が機能材含有層17から効率的に脱離又は反応して放出され、第2流出配管50を通って車外に排出される。このようにして機能材含有層17の再生を行うモードを再生モードという。
【0029】
ここで、空調モード時の差圧バルブ60の状態を示す部分拡大図を図3A、再生モード時の差圧バルブ60の状態を示す部分拡大図を図3Bにそれぞれ示す。
空調モードでは、第2通風機80を停止し、第1通風機70を起動させることにより、図3Aに示されるように、空気の流れを第1流出配管40に切替えるように差圧バルブ60が制御される。また、再生モードでは、第1通風機70を停止し、第2通風機80を起動させることにより、図3Bに示されるように、空気の流れを第2流出配管50に切替えるように差圧バルブ60が制御される。差圧バルブ60は、第1通風機70及び第2通風機80によって制御できるため、従来の電動の切替えバルブ(開閉ドア)を用いる場合のように切替えバルブの周辺に駆動部を設ける必要がない。
【0030】
以下、車両用空調システム100の各構成要素について詳細に説明する。
【0031】
(1.空調デバイス10)
空調デバイス10は、図2A及び2Bに示されるように、外周壁11と、外周壁11の内側に配設され、第1端面12aから第2端面12bまで延びる流路となる複数のセル13を区画形成する隔壁14とを有するハニカム構造体15と、第1端面12a及び第2端面12bに設けられた一対の電極16a,16bと、隔壁14の表面上に形成された機能材含有層17とを含む。また、空調デバイス10は、必要に応じて、一対の電極16a,16bに接続された端子18を更に含むことができる。
(1-1.ハニカム構造体15)
ハニカム構造体15の形状は、特に限定されない。例えば、ハニカム構造体15の流路方向(セル13が延びる方向)に直交する断面の外形を、四角形(長方形、正方形)、五角形、六角形、七角形、八角形などの多角形、円形、オーバル形状(卵形、楕円形、長円形、角丸長方形など)などにすることができる。なお、端面(第1端面12a及び第2端面12b)は、当該断面と同一の形状である。また、断面及び端面が多角形の場合、角部を面取りしてもよい。
【0032】
セル13の形状は、特に限定されないが、ハニカム構造体15の流路方向に直交する断面において、四角形、五角形、六角形、七角形、八角形などの多角形、円形、オーバル形状にすることができる。これらの形状は、単一であってもよいし、又は二種以上を組み合わせてもよい。また、これらの形状の中でも四角形又は六角形が好ましい。このような形状のセル13を設けることにより、空気が流通する際の圧力損失を小さくすることができる。
【0033】
ハニカム構造体15は、複数のハニカムセグメントと、複数のハニカムセグメントの外周側面同士間を接合する接合層とを有するハニカム接合体であってもよい。ハニカム接合体を用いることにより、クラックの発生を抑えながら空気の流量確保に重要なセル13の総断面積を増やすことが可能となる。
なお、接合層は、接合材を用いて形成することができる。接合材としては、特に限定されないが、セラミックス材料に、水などの溶媒を加えてペースト状にしたものを用いることができる。接合材は、PTC特性を有する材料を含有してもよく、外周壁11及び隔壁14と同一の材料を含有してもよい。接合材は、ハニカムセグメント同士を接合する役割に加えて、ハニカムセグメントを接合した後の外周コート材として用いることも可能である。
【0034】
ハニカム構造体15の強度確保、空気がセル13を通過する際の圧力損失の低減、機能材の担持量確保、及び、セル13内を流れる空気との接触面積の確保等の観点から、隔壁14の厚さ、セル密度、及びセルピッチ(又はセル13の開口率)を好適に組み合わせることが望ましい。
本明細書においてセル密度とは、ハニカム構造体15の一方の端面(第1端面12a又は第2端面12b)の面積(外周壁11を除く隔壁14及びセル13の合計面積)でセル数を除して得られる値である。
本明細書においてセルピッチとは、以下の計算によって求められる値を指す。まず、セル数で、ハニカム構造体15の一方の端面(第1端面12a又は第2端面12b)の面積(外周壁11を除く隔壁14及びセル13の合計面積)を除して1セル当たりの面積を算出する。次いで、1セル当たりの面積の平方根を算出し、これをセルピッチとする。
本明細書においてセル13の開口率とは、ハニカム構造体15の流路方向に直交する断面において、隔壁14によって区画されるセル13の合計面積を、ハニカム構造体15の一方の端面(第1端面12a又は第2端面12b)の面積(外周壁11を除く隔壁14及びセル13の合計面積)で除して得られた値である。なお、セル13の開口率を算出するに当たり、一対の電極16a,16b及び機能材含有層17は考慮しない。
【0035】
十分な量の機能材を担持する観点で有利な実施形態においては、隔壁14の厚さが0.300mm以下、セル密度が100セル/cm2以下、且つセルピッチが1.0mm以上である。好ましい実施形態においては、隔壁14の厚さが0.200mm以下、セル密度が70セル/cm2以下、且つセルピッチが1.2mm以上である。より好ましい実施形態においては、隔壁14の厚さが0.130mm以下、セル密度が65セル/cm2以下、且つセルピッチが1.3mm以上である。
【0036】
ハニカム構造体15の強度を確保すること、及び電気抵抗を低く保つ観点から、隔壁14の厚さの下限は、0.010mm以上であることが好ましく、0.020mm以上であることがより好ましく、0.030mm以上であることが更に好ましい。
ハニカム構造体15の強度を確保すること、電気抵抗を低く保つこと、及び表面積を増やして反応、吸着、離脱を促進する観点から、セル密度の下限は、30セル/cm2以上であることが好ましく、35セル/cm2以上であることがより好ましく、40セル/cm2以上であることが更に好ましい。
ハニカム構造体15の強度を確保すること、電気抵抗を低く保つこと、及び表面積を増やして反応、吸着、離脱を促進する観点から、セルピッチの上限は、2.0mm以下であることが好ましく、1.8mm以下であることがより好ましく、1.6mm以下であることが更に好ましい。
【0037】
圧力損失の低減と強度の維持とを両立する観点で有利な実施形態においては、隔壁14の厚さが0.08~0.36mm、セル密度が2.54~140セル/cm2、セル13の開口率が0.70以上である。好ましい実施形態においては、隔壁14の厚さが0.09~0.35mm、セル密度が15~100セル/cm2、セル13の開口率が0.80以上である。より好ましい実施形態においては、隔壁14の厚さが0.14~0.30mm、セル密度が20~90セル/cm2、セル13の開口率が0.85以上である。
【0038】
ハニカム構造体15の強度を確保する観点から、セル13の開口率の上限は、0.94以下であることが好ましく、0.92以下であることがより好ましく、0.90以下であることが更に好ましい。
【0039】
外周壁11の厚さは、特に限定されないが、次の観点に基づいて決定することが好ましい。まず、ハニカム構造体15を補強するという観点から、外周壁11の厚さは、好ましくは0.05mm以上、より好ましくは0.06mm以上、更に好ましくは0.08mm以上である。一方、電気抵抗を高くして初期電流を抑える観点、及び空気が流通する際の圧力損失を低減する観点から、外周壁11の厚さは、好ましくは1.0mm以下、より好ましくは0.5mm以下、更に好ましくは0.4mm以下、更により好ましくは0.3mm以下である。
本明細書において外周壁11の厚さとは、流路方向に直交する断面において、外周壁11と最も外周側のセル13又は隔壁14との境界からハニカム構造体15の側面までの、当該側面の法線方向の長さを指す。
【0040】
ハニカム構造体15の流路方向の長さ及び流路方向に直交する断面積は、要求される空調デバイス10のサイズに合わせて調整すればよく、特に限定されない。例えば、所定の機能を確保しつつコンパクトな空調デバイス10に用いられる場合、ハニカム構造体15は、流路方向の長さを2~20mm、流路方向に直交する断面積を10cm2以上とすることができる。なお、流路方向に直交する断面積の上限値は、特に限定されないが、例えば、300cm2である。
【0041】
ハニカム構造体15を構成する隔壁14は、通電によって発熱可能な材料で構成されており、具体的にはPTC特性を有する材料で構成される。必要に応じて外周壁11も隔壁14と同様にPTC特性を有する材料で構成されていてもよい。このような構成とすることにより、発熱する隔壁14(及び必要に応じて外周壁11)からの伝熱によって機能材含有層17を直接加熱することが可能である。また、PTC特性を有する材料は、温度が上昇してキュリー点を超えると、急激に抵抗値が上昇して電気が流れ難くなるという特性を有する。そのため、隔壁14(及び必要に応じて外周壁11)が高温になったときに、これらに流れる電流が制限されるので、ハニカム構造体15の過剰な発熱が抑制される。したがって、過剰な発熱に起因する機能材含有層17の熱劣化を抑制することも可能である。
【0042】
PTC特性を有する材料の25℃における体積抵抗率の下限は、適度な発熱を得る観点からは、0.5Ω・cm以上であることが好ましく、1Ω・cm以上であることがより好ましく、5Ω・cm以上であることが更に好ましい。PTC特性を有する材料の25℃における体積抵抗率の上限は、低い駆動電圧で発熱させるという観点からは、30Ω・cm以下であることが好ましく、18Ω・cm以下であることがより好ましく、16Ω・cm以下であることが更に好ましい。本明細書において、PTC特性を有する材料の25℃における体積抵抗率はJIS K6271:2008に従って測定される。
【0043】
通電発熱可能であり、且つPTC特性を有するという観点から、外周壁11及び隔壁14は、チタン酸バリウム(BaTiO3)を主成分とする材料から構成されていることが好ましい。また、この材料は、Baの一部が希土類元素で置換されたチタン酸バリウム(BaTiO3)系結晶粒子を主成分とする材料で構成されるセラミックスであることがより好ましい。なお、本明細書において「主成分」とは、成分全体に占める割合が50質量%を超える成分のことを意味する。BaTiO3系結晶粒子の含有量は、蛍光X線分析により求めることができる。その他の結晶粒子についても、この方法と同様にして測定することができる。
【0044】
Baの一部が希土類元素で置換されたBaTiO3系結晶粒子の組成式は、(Ba1-xx)TiO3で表すことができる。組成式中、Aは一種以上の希土類元素を表し、0.0001≦x≦0.010である。
Aは、希土類元素であれば特に限定されないが、好ましくはLa、Ce、Pr、Nd、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Y及びYbからなる群から選択される一種以上であり、より好ましくはLaである。xは、室温における電気抵抗が高くなり過ぎることを抑制する観点から、好ましくは0.001以上、より好ましくは0.0015以上である。一方、xは、焼結不足となって室温における電気抵抗が高くなりすぎることを抑制する観点から、好ましくは0.009以下である。
Baの一部が希土類元素で置換されたBaTiO3系結晶粒子のセラミックスにおける含有量は、主成分となる量であれば特に限定されないが、好ましくは90質量%以上、より好ましくは92質量%以上、更に好ましくは94質量%以上である。なお、BaTiO3系結晶粒子の含有量の上限値は、特に限定されないが、一般的に99質量%、好ましくは98質量%である。
このBaTiO3系結晶粒子の含有量は、蛍光X線分析によって測定することができる。その他の結晶粒子についても、この方法と同様にして測定することができる。
【0045】
外周壁11及び隔壁14に用いられる材料は、環境負荷を軽減するという観点から、鉛(Pb)を実質的に含まないことが望ましい。具体的には、外周壁11及び隔壁14は、Pb含有量が、好ましくは0.01質量%以下、より好ましくは0.001質量%以下、更に好ましくは0質量%である。Pb含有量が少ないことにより、例えば、発熱中の隔壁14に接触させることで加温された空気をヒトなどの生物に安全に当てることができる。なお、外周壁11及び隔壁14において、Pb含有量は、PbOに換算すると、好ましくは0.03質量%未満、より好ましくは0.01質量%未満、更に好ましくは0質量%である。鉛の含有量は、ICP-MS(誘導結合プラズマ質量分析)により求めることができる。
【0046】
外周壁11及び隔壁14を構成する材料のキュリー点は、常温(25℃)の抵抗値から2倍以上の抵抗値になったときの温度範囲にあることが好ましい。キュリー点がこのような温度範囲にあれば、空調デバイス10が高温になったときに、これらに流れる電流が制限されるので、空調デバイス10の過剰な発熱が効率的に抑制される。したがって、過剰な発熱に起因する機能材含有層17の熱劣化を抑制することができる。
外周壁11及び隔壁14を構成する材料のキュリー点の下限は、機能材含有層17を効率良く加熱する観点から、好ましくは80℃以上、より好ましくは100℃以上、更に好ましくは110℃以上、特に好ましくは125℃以上である。また、キュリー点の上限については、車室又は車室近傍に置かれる部品としての安全性の観点から、好ましくは200℃以下、より好ましくは190℃以下、更に好ましくは180℃以下、特に好ましくは150℃以下である。
【0047】
外周壁11及び隔壁14を構成する材料のキュリー点は、シフターの種類及び添加量によって調整可能である。例えば、チタン酸バリウム(BaTiO3)のキュリー点は約120℃であるが、Ba及びTiの一部をSr、Sn及びZrの一種以上で置換することにより、キュリー点を低温側にシフトさせることができる。
【0048】
本明細書において、キュリー点は以下の方法により測定される。試料を測定用の試料ホルダーに取りつけ、測定槽(例:MINI-SUBZERO MC-810P エスペック株式会社製)内に装着して、10℃から昇温したときの温度変化に対する試料の電気抵抗の変化を、直流抵抗計(例:マルチメーター3478A YOKOGAWA HEWLETT PACKARD,LTD製)を用いて測定する。測定により得られた電気抵抗-温度プロットにより、抵抗値が室温(20℃)における抵抗値の2倍になるときの温度をキュリー点とする。
【0049】
(1-2.一対の電極16a,16b)
一対の電極16a,16bは、図2Aに示されるように、第1端面12a及び第2端面12bに設けられる。
一対の電極16a,16bの間に電圧を印加することで、ジュール熱によりハニカム構造体15を発熱させることが可能となる。
【0050】
一対の電極16a,16bとしては、特に限定されないが、例えば、Cu、Ag、Al、Ni及びSiから選択される少なくとも一種を含有する金属又は合金を使用することができる。また、PTC特性を有する外周壁11及び/又は隔壁14とオーミック接触が可能なオーミック電極を使用することもできる。オーミック電極は、例えば、ベース金属としてAl、Au、Ag及びInから選択される少なくとも一種を含有し、ドーパントとしてn型半導体用のNi、Si、Zn、Ge、Sn、Se及びTeから選択される少なくとも一種を含有するオーミック電極を使用することができる。また、一対の電極16a,16bは、1層構造としてもよいし、2層以上の積層構造としてもよい。一対の電極16a,16bが2層以上の積層構造を有する場合、各層の材質は、同じ種類であってもよいし、異なる種類であってもよい。
【0051】
一対の電極16a,16bの厚さは、一対の電極16a,16bの形成方法に応じて適宜設定することができる。一対の電極16a,16bの形成方法としては、スパッタリング、蒸着、電解析出、化学析出のような金属析出法が挙げられる。また、電極ペーストを塗布した後、焼き付ける方法や、溶射によっても一対の電極16a,16bを形成することもできる。さらに、金属板又は合金板を接合することによって一対の電極16a,16bとしてもよい。
【0052】
一対の電極16a,16bの厚さは、例えば、電極ペーストの焼付けでは5~30μm程度、スパッタリング及び蒸着のような乾式めっきでは100~1000nm程度、溶射では10~100μm程度、電解析出及び化学析出のような湿式めっきでは5~30μm程度とすることが好ましい。また、金属板又は合金板の接合では、それらの厚さを5~100μm程度とすることが好ましい。
【0053】
(1-3.端子18)
端子18は、一対の電極16a,16bに接続され、一対の電極16a,16bの少なくとも一部に設けられる。端子18を設けることにより、外部電源との接続が容易になる。端子18は、電源20に接続された導線に接続される。
【0054】
端子18の材質としては、特に限定されないが、例えば、金属とすることができる。金属としては、単体金属及び合金などを採用することもできるが、耐食性、電気抵抗率及び線膨張率の観点から、例えば、Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Al及びTiよりなる群から選択される少なくとも一種を含む合金とすることが好ましく、ステンレス鋼及びFe-Ni合金、リン青銅がより好ましい。
【0055】
端子18の大きさ及び形状は、特に限定されない。例えば、図2Aに示されるように、外周壁11上の一対の電極16a,16bの全体に端子18を設けることができる。また、端子18は、外周壁11上の一対の電極16a,16bの一部に設けてもよいし、外周壁11上の一対の電極16a,16bの外縁よりも外側に延出するように設けてもよい。さらに、端子18は、隔壁14上の一対の電極16a,16bの一部に設けてもよく、一部のセル13を塞ぐように設けてもよい。
また、端子18の厚さは、特に限定されないが、例えば、0.01~10mm、典型的に0.05~5mmである。
【0056】
端子18と一対の電極16a,16bとの接続方法は、電気的に接続されていれば特に限定されず、例えば、拡散接合、機械的な加圧機構、溶接などによって接続することができる。
【0057】
(1-4.機能材含有層17)
機能材含有層17は、隔壁14(最外周のセル13の場合は、最外周のセル13を区画形成する隔壁14及び外周壁11)の表面上に設けることができる。このように機能材含有層17を設けることにより、再生時に機能材含有層17を加熱し易くなるため、機能材含有層17による所望の機能を再生させることができる。
【0058】
機能材含有層17に含有される機能材としては、所望の機能を発揮させることができる材料であれば特に限定されないが、吸着材、触媒などを用いることができる。吸着材は、空気中の除去対象成分、例えば水蒸気、二酸化炭素及び揮発成分から選択される少なくとも1つを吸着する機能を有することが好ましい。また、触媒を用いることにより、除去対象成分を浄化することができる。更に、吸着材による除去対象成分の捕捉機能を高めるなどの目的で、吸着材と触媒とを併用してもよい。
【0059】
吸着材は、除去対象成分、例えば、水蒸気、二酸化炭素及び揮発成分などを-20~40℃で吸着し、60℃以上の高温で離脱することが可能な機能を有することが好ましい。このような機能を有する吸着材としては、ゼオライト、シリカゲル、活性炭、アルミナ、シリカ、低結晶性粘土、非晶質アルミニウムケイ酸塩複合体などが挙げられる。吸着材の種類は、除去対象成分の種類に応じて適宜選択すればよい。吸着材は一種を単独使用してもよく、二種以上を組み合わせて使用してもよい。
【0060】
吸着材の中でも、特に水蒸気を吸着対象とする場合、吸着材として吸湿材が用いられる。吸湿材としては、特に限定されないが、アルミノケイ酸塩、シリカゲル、シリカ、酸化グラフェン、高分子吸湿材、ポリスチレンスルホン酸及び金属有機構造体(MOF:Metal Organic Framework)が挙げられる。これらは、単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
【0061】
アルミノケイ酸塩としては、AFI型、CHA型又はBEA型のゼオライト;アロフェン、イモゴライトなどの多孔質粘土鉱物を用いることが好ましい。また、アルミノケイ酸塩は、非晶質であることが好ましい。
【0062】
シリカゲルとしては、A型シリカゲルを用いることが好ましい。
高分子吸湿材としては、ポリアクリル酸系高分子鎖を有するものが好ましい。例えば、高分子吸湿材として、ポリアクリル酸ナトリウムなどを用いることができる。
金属有機構造体は、金属イオンと有機分子(有機配位子)とを含む結晶性のハイブリッド材料である。金属イオンは、親水性を有する金属イオン(例えば、アルミニウムイオン)であることが好ましい。
【0063】
触媒としては、酸化還元反応を促進させることが可能な機能を有することが好ましい。このような機能を有する触媒としては、Pt、Pd、Agなどの金属触媒、CeO2、ZrO2などの酸化物触媒などが挙げられる。触媒は一種を単独使用してもよく、二種以上を組み合わせて使用してもよい。
【0064】
車室の空気中に含まれる揮発成分は、例えば、揮発性有機化合物(VOC)や、VOC以外のにおい成分などである。揮発成分の具体例としては、アンモニア、酢酸、イソ吉草酸、ノネナール、ホルムアルデヒド、トルエン、キシレン、パラジクロロベンゼン、エチルベンゼン、スチレン、クロルピリホス、フタル酸ジ-n-ブチル、テトラデカン、フタル酸ジ-2-エチルヘキシル、ダイアジノン、アセトアルデヒド、N-メチルカルバミン酸-2-(1-メチルプロピル)フェニルなどが挙げられる。
【0065】
機能材含有層17の厚さは、セル13の大きさに応じて決定すればよく、特に限定されない。例えば、機能材含有層17の厚さは、空気との接触を十分確保する観点から、好ましくは20μm以上、より好ましくは25μm以上、更に好ましくは30μm以上である。一方、隔壁14や外周壁11から機能材含有層17が剥離することを抑制する観点から、機能材含有層17の厚さは、好ましくは400μm以下、より好ましくは380μm以下、更に好ましくは350μm以下である。
【0066】
機能材含有層17の厚さは、以下の手順で測定する。ハニカム構造体15の流路方向に平行な任意の断面を切り出し、走査型電子顕微鏡などで50倍程度の断面画像を取得する。また、この断面は、ハニカム構造体15の流路に直交する断面における重心位置を通るようにする。断面画像から視認される各機能材含有層17について、断面積をセル13の流路方向の長さで除することで厚さを算出する。この計算を当該断面画像から視認される全ての機能材含有層17について行い、全体の平均値を機能材含有層17の厚さとする。
【0067】
機能材が空調デバイス10内で所望の機能を発揮するという観点から、機能材含有層17の量は、ハニカム構造体15の容積に対して、50~500g/Lであることが好ましく、100~400g/Lであることがより好ましく、150~350g/Lであることが更に好ましい。なお、ハニカム構造体15の容積は、ハニカム構造体15の外形寸法により定まる値である。
【0068】
(1-5.空調デバイス10の製造方法)
空調デバイス10の製造方法は、特に限定されず、公知の方法に準じて行うことができる。以下、空調デバイス10を製造する方法について例示的に説明する。
空調デバイス10を構成するハニカム構造体15の製造方法は、成形工程及び焼成工程を含む。
成形工程では、BaCO3粉末、TiO2粉末、及び希土類の硝酸塩又は水酸化物の粉末を含むセラミックス原料を含有する坏土を成形し、相対密度が60%以上のハニカム成形体を作製する。
セラミックス原料は、所望する組成となるように各粉末を乾式混合することによって得ることができる。
坏土は、セラミックス原料に、分散媒、バインダ、可塑剤及び分散剤を添加して混練することによって得ることができる。坏土には、シフター、金属酸化物、特性改善剤、導電体粉末などの添加剤を必要に応じて含有させてもよい。
セラミックス原料以外の成分の配合量は、ハニカム成形体の相対密度が60%以上となるような量であれば特に限定されない。
【0069】
ここで、本明細書において「ハニカム成形体の相対密度」とは、セラミックス原料全体の真密度に対するハニカム成形体の密度の割合のことを意味する。具体的には、以下の式によって求めることができる。
ハニカム成形体の相対密度(%)=ハニカム成形体の密度(g/cm3)/セラミックス原料全体の真密度(g/cm3)×100
ハニカム成形体の密度は、純水を媒体とするアルキメデス法により測定することができる。また、セラミックス原料全体の真密度は、各原料の質量を合計した値(g)を、各原料の実の体積を合計した値(cm3)で除することによって求めることができる。
【0070】
分散媒としては、水、又は水とアルコールなどの有機溶媒との混合溶媒などを挙げることができるが、特に水を好適に用いることができる。
【0071】
バインダとしては、メチルセルロース、ヒドロキシプロポキシルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコールなどの有機バインダを例示することができる。特に、メチルセルロース及びヒドロキシプロポキシルセルロースを併用することが好適である。バインダは一種を単独で使用してもよいし、二種以上を組み合わせて使用してもよいが、アルカリ金属元素を含有していないことが好ましい。
【0072】
可塑剤としては、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル、ポリカルボン酸系高分子、アルキルリン酸エステルなどを例示することができる。
【0073】
分散剤には、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル、エチレングリコール、デキストリン、脂肪酸石鹸、ポリアルコールなどの界面活性剤を用いることができる。分散剤は、一種を単独で使用するものであっても、二種以上を組み合わせて使用するものであってもよい。
【0074】
ハニカム成形体は、坏土を押出成形することによって作製することができる。押出成形に際しては、所望の全体形状、セル形状、隔壁厚さ、セル密度などを有する口金を用いることができる。
【0075】
押出成形によって得られるハニカム成形体の相対密度は、60%以上、好ましくは65%以上である。このような範囲にハニカム成形体の相対密度を制御することにより、ハニカム成形体を緻密化し、室温における電気抵抗を低下させることが可能となる。なお、ハニカム成形体の相対密度の上限値は、特に限定されないが、一般に80%、好ましくは75%である。
【0076】
ハニカム成形体は、焼成工程の前に乾燥させることができる。乾燥方法としては、特に限定されないが、例えば、熱風乾燥、マイクロ波乾燥、誘電乾燥、減圧乾燥、真空乾燥、凍結乾燥などの従来公知の乾燥方法を用いることができる。これらの中でも、成形体全体を迅速かつ均一に乾燥することができる点で、熱風乾燥と、マイクロ波乾燥又は誘電乾燥とを組み合わせた乾燥方法が好ましい。
【0077】
焼成工程は、1150~1250℃で保持した後、20~600℃/時の昇温速度で1360~1430℃の最高温度に昇温させて0.5~10時間保持することを含む。
ハニカム成形体を1360~1430℃の最高温度で0.5~10時間保持することにより、Baの一部が希土類元素で置換されたBaTiO3系結晶粒子を主成分とするハニカム構造体15を得ることができる。
また、1150~1250℃で保持することにより、焼成過程で生成するBa2TiO4結晶粒子が除去され易くなるため、ハニカム構造体15を緻密化させることができる。
さらに、1150~1250℃から1360~1430℃の最高温度までの昇温速度を20~600℃/時とすることにより、1.0~10.0質量%のBa6Ti1740結晶粒子をハニカム構造体15に生成させることができる。
【0078】
1150~1250℃での保持時間は、特に限定されないが、好ましくは0.5~10時間である。このような保持時間とすることにより、焼成過程で生成するBa2TiO4結晶粒子が安定して除去され易くなる。
【0079】
焼成工程は、昇温時に900~950℃で0.5~5時間保持することを含むことが好ましい。900~950℃で0.5~5時間保持することにより、BaCO3が効率良く分解し、所定の組成を有するハニカム構造体15が得られ易くなる。
【0080】
なお、焼成工程の前には、バインダを除去するための脱脂工程を行ってもよい。脱脂工程の雰囲気は、有機成分を完全に分解するために大気雰囲気とすることが好ましい。
また、焼成工程の雰囲気も、電気特性の制御と製造コストの観点から大気雰囲気とすることが好ましい。
焼成工程や脱脂工程に用いられる焼成炉としては、特に限定されないが、電気炉、ガス炉などを用いることができる。
【0081】
このようにして得られたハニカム構造体15に、一対の電極16a,16bを形成する。一対の電極16a,16bは、スパッタリング、蒸着、電解析出、化学析出のような金属析出法によって形成することができる。また、一対の電極16a,16bは、電極ペーストを塗布した後、焼き付けることによっても形成することもできる。さらに、一対の電極16a,16bは、溶射によって形成することもできる。一対の電極16a,16bは単層で構成してもよいが、組成の異なる複数の電極層で構成することもできる。以下、一対の電極16a,16bの代表的な形成方法を説明する。
【0082】
まず、電極材、有機バインダ及び分散媒を含む電極スラリーを調製し、ハニカム構造体15の第1端面12a又は第2端面12bに塗布する。分散媒は、水、有機溶媒(例:トルエン、キシレン、エタノール、n-ブタノール、酢酸エチル、酢酸ブチル、テルピネオール、ジヒドロテルピネオール、テキサノール、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテル)又はこれらの混合液とすることができる。ハニカム構造体15の外周の余分なスラリーをブロー及び拭き取りによって除去する。その後、スラリーを乾燥させることによってハニカム構造体15の第1端面12a又は第2端面12bに一対の電極16a,16bを形成することができる。乾燥は、例えば120~600℃程度の温度にヒーターエレメントを加熱しながら行うことができる。塗布、スラリー除去、及び乾燥の一連の工程は1回のみ実施してもよいが、複数回繰り返すことによって所望の厚さの一対の電極16a,16bを設けることができる。
【0083】
次に、端子18を設ける場合、一対の電極16a,16bの所定の位置に端子18を配置し、一対の電極16a,16bと端子18とを接続する。一対の電極16a,16bと端子18との接続方法としては、上述の方法を用いることができる。
なお、端子18の設置は、下記の機能材含有層17を形成した後に行ってもよい。
【0084】
次いで、ハニカム構造体15の隔壁14などの表面に機能材含有層17を形成する。
機能材含有層17の形成方法は、特に限定されないが、例えば、以下の工程により形成可能である。機能材、有機バインダ及び分散媒を含むスラリーにハニカム構造体15を所定時間浸漬し、ハニカム構造体15の端面及び外周の余分なスラリーをブロー及び拭き取りによって除去する。分散媒は、水、有機溶媒(例:トルエン、キシレン、エタノール、n-ブタノール、酢酸エチル、酢酸ブチル、テルピネオール、ジヒドロテルピネオール、テキサノール、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテル)又はこれらの混合液とすることができる。その後、スラリーを乾燥させることによって隔壁14の表面に機能材含有層17を形成することができる。乾燥は、例えば120~600℃程度の温度にハニカム構造体15を加熱しながら行うことができる。浸漬、スラリー除去、及び乾燥の一連の工程は1回のみ実施してもよいが、複数回繰り返すことによって所望の厚さの機能材含有層17を隔壁14などの表面に設けることができる。
【0085】
(2.電源20)
電源20は、一対の電極16a,16bに電圧を印加するためのものである。電源20は、制御部90と電気的に接続されており、制御部90からの指示にしたがって、一対の電極16a,16bに対する電圧の印加状態を調整する。
電源20としては、特に限定されず、バッテリーなどを用いることができる。
【0086】
(3.流入配管30)
流入配管30は、車室又は車外からの空気を空調デバイス10に流入させるための配管である。
流入配管30の形状及び大きさなどは、車両の種類などに応じて適宜調整すればよく、特に限定されない。
【0087】
(4.第1流出配管40及び第2流出配管50)
第1流出配管40は、空調デバイス10を流通した空気を車室に戻す配管であり、第2流出配管50は、空調デバイス10を流通した空気を車外に排出する配管である。
第1流出配管40及び第2流出配管50の形状及び大きさなどは、車両の種類などに応じて適宜調整すればよく、特に限定されない。また、第1流出配管40及び第2流出配管50は、流入配管30とは別の配管であってもよいが、流入配管30と一体として構成された配管であってもよい。
【0088】
第1流出配管40及び第2流出配管50は、第1流出配管40と第2流出配管50との分岐部において、第2流出配管50が第1流出配管40の内部に配置された二重管構造を有することが好ましい。このような構成とすることにより、第1流出配管40と第2流出配管50との分岐部周辺の構造をコンパクト化するとともに、分岐部に市販の差圧バルブ60を用いることが可能となる。
【0089】
(5.差圧バルブ60)
差圧バルブ60は、第1流出配管40と第2流出配管50との分岐部に設けられ、空気の流れを第1流出配管40又は第2流出配管50に切替えることができる。
差圧バルブ60としては、第1流出配管40と第2流出配管50との分岐部に配置することができ、配管内の圧力に応じて第1流出配管40又は第2流出配管50の流路を開閉可能なものであれば特に限定されない。
【0090】
差圧バルブ60は、例えば、図3A及び3Bに示されるように、基部61と、開閉部62a,62bと、基部61と開閉部62a,62bとを接続するバネ部63a,63bとを備える。このような構造を有する差圧バルブ60は、バネ部63a,63bの強さを調整することにより、開閉部62a,62bが開く圧力を制御することができる。
【0091】
(6.第1通風機70)
第1通風機70は、空気の流れを第1流出配管40に切替えるように差圧バルブ60を制御するために設けられる。すなわち、第1通風機70は、差圧バルブ60の開閉部62aを開状態に制御するために設けられる。
第1通風機70としては、特に限定されず、公知のものを用いることができる。
【0092】
第1通風機70の位置は、上記のように差圧バルブ60を制御可能な位置であれば特に限定されない。
例えば、第1通風機70の位置は、流入配管30内に配置することができる。このような位置に第1通風機70を配置した場合、第1通風機70を起動させると、差圧バルブ60よりも上流側の配管内が正圧となる。この正圧によって差圧バルブ60の開閉部62aのみが開状態となり、第1流出配管40に空気が流入する。
正圧によって差圧バルブ60の開閉部62aのみを開状態とするためには、バネ部63aを当該正圧によって開く強さにするとともに、バネ部63bを当該正圧によって開かない強さとすればよい。
【0093】
また、第1通風機70の位置は、差圧バルブ60よりも下流側の第1流出配管40内に設けてもよい。このような位置に第1通風機70を配置した場合、第1通風機70を起動させると、差圧バルブ60と第1通風機70との間の第1流出配管40内が負圧となる。この負圧によって差圧バルブ60の開閉部62aのみが開状態となり、第1流出配管40に空気が流入する。この場合、差圧バルブ60のバネ部63a及びバネ部63bの強さは同程度であってもよい。
【0094】
(7.第2通風機80)
第2通風機80は、空気の流れを第2流出配管50に切替えるように差圧バルブ60を制御するために設けられる。すなわち、第2通風機80は、差圧バルブ60の開閉部62bを開状態に制御するために設けられる。
第2通風機80としては、特に限定されず、公知のものを用いることができる。
【0095】
第2通風機80の位置は、上記のように差圧バルブ60を制御可能な位置であれば特に限定されない。
例えば、第2通風機80の位置は、第2流出配管50内に配置することができる。このような位置に第2通風機80を配置した場合、第2通風機80を起動させると、差圧バルブ60と第2通風機80との間の第2流出配管50内が負圧となる。この負圧によって差圧バルブ60の開閉部62bのみが開状態となり、第2流出配管50に空気が流入する。
【0096】
(8.制御部90)
制御部90は、電源20、第1通風機70及び第2通風機80などを制御するために設けることができる。制御部90は、電源20、第1通風機70及び第2通風機80などと電気的に接続されている。
制御部90は、空調デバイス10の一対の電極16a,16bに電圧を印加するための電源20を制御することにより、ハニカム構造体15の加熱状態を調整することができる。また、制御部90は、第1通風機70を起動させ、差圧バルブ60における空気の流れを第1流出配管40に切替えるように制御することができる。さらに、制御部90は、第2通風機80を起動させ、差圧バルブ60における空気の流れを第2流出配管50に切替えるように制御することができる。
【0097】
制御部90としては、特に限定されないが、一般にECU(Engine (electronic) Control Unit)である。ECUは、各種演算処理を実行するCPU、その制御に必要なプログラムやデータが記憶されたROM、CPUでの演算結果などが一時的に記憶されるRAM、外部との間で信号を入出力するための入出力ポートを備える。
【0098】
制御部90は、第1通風機70を起動し、空気の流れを第1流出配管40に切替えるように差圧バルブ60を制御して車室内の空調を行う空調モードと、第2通風機80を起動し、空調デバイス10の一対の電極16a,16bに電圧を印加するとともに、空気の流れを第2流出配管50に切替えるように差圧バルブ60を制御して機能材含有層17の再生を行う再生モードとを実行可能であることが好ましい。このようなモードが実行可能であれば、空調モードにおいて車室からの空気に含まれる除去対象成分を除去して車室に戻すことができるとともに、再生モードにおいて機能材含有層17に捕捉された除去対象成分を車外に排出することができる。
【0099】
特に、機能材含有層17が吸湿材を含有する場合、制御部90は、第1通風機70を起動し、空気の流れを第1流出配管40に切替えるように差圧バルブ60を制御して車室内の除湿を行う除湿モードと、第2通風機80を起動し、空調デバイス10の一対の電極16a,16bに電圧を印加するとともに、空気の流れを第2流出配管50に切替えるように差圧バルブ60を制御して機能材含有層17の再生を行う再生モードとを実行可能であることが好ましい。このようなモードが実行可能であれば、除湿モードにおいて車室からの空気に含まれる水分を除去して車室に戻すことができるとともに、再生モードにおいて機能材含有層17に捕捉された水分を車外に排出することができる。
【0100】
車両用空調システム100は、車室内のガラスの曇りを検知することが可能な検知部(図示していない)を更に備え、制御部90は、車室内のガラスの曇りが検知されたときに再生モードを実行し、車室内のガラスの曇りが検知されていないときに除湿モードを実行することが好ましい。このように制御することにより、車室内のガラスの曇りを抑制しつつ機能材含有層17の再生を効率良く進めることができる。
【0101】
車室内のガラスの曇りを検知することが可能な検知部としては、特に限定されないが、車室内の温度及び湿度に基づいて車室内のガラスの曇りを検知することが好ましい。このような機能を有する検知部であれば、ガラスの曇りを安定して検知することができる。
【0102】
吸湿材を含有する機能材含有層17の再生モードにおいて、機能材含有層17に捕捉された水分の離脱を促進するため、吸湿材の種類に応じて離脱温度以上に機能材含有層17を加熱することが好ましい。例えば、機能材含有層17を70~150℃に加熱することが好ましく、80~140℃に加熱することがより好ましく、90~130℃に加熱することが更により好ましい。
【0103】
上記の制御を安定して行う観点から、空調デバイス10は車室に近い位置に配置されることが望ましい。したがって、感電防止などの観点から、空調デバイス10の駆動電圧が60V以下であることが好ましい。空調デバイス10に用いられているハニカム構造体15は、室温における電気抵抗が低いため、この低い駆動電圧でのハニカム構造体15の加熱が可能である。なお、駆動電圧の下限は、特に限定されないが、10V以上であることが好ましい。駆動電圧が10V未満であると、ハニカム構造体15の加熱時の電流が大きくなるため、導線を太くする必要がある。
【符号の説明】
【0104】
10 空調デバイス
11 外周壁
12a 第1端面
12b 第2端面
13 セル
14 隔壁
15 ハニカム構造体
16a,16b 一対の電極
17 機能材含有層
18 端子
20 電源
30 流入配管
40 第1流出配管
50 第2流出配管
60 差圧バルブ
61 基部
62a,62b 開閉部
63a,63b バネ部
70 第1通風機
80 第2通風機
90 制御部
100 車両用空調システム
図1
図2A
図2B
図3A
図3B