JP5387766B2 - 車両用大気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用大気浄化装置に関し、大気中のオゾンを直接浄化することのできる車両用大気浄化装置に関する。

光化学スモッグの原因であるオゾンは、自動車や工場の排気ガスに含まれるＨＣとＮＯｘが光化学反応を起こすことによって生成される。このため、自動車からのＨＣやＮＯｘの排出量を抑えることは、オゾンの生成を抑えて光化学スモッグの発生を防ぐための有効な手段である。一方、光化学スモッグの発生を防ぐ手段としては、大気中のオゾンを直接浄化することも考えられる。反応物であるＨＣやＮＯｘの排出量の低減を目指すだけでなく、生成物であるオゾンの浄化も図ることで、光化学スモッグの発生をより効果的に防ぐことが可能となる。このような観点から、米国カリフォルニア州をはじめとする一部の地域では、大気中のオゾンを直接浄化することのできる車両用大気浄化装置を備えた自動車が実用されている。この車両用大気浄化装置は、特に、ＤＯＲ(Direct Ozone Reduction)システムと呼ばれている。

従来実用されている車両用大気浄化装置（ＤＯＲシステム）は、特表２００２−５１４９６６号公報や特表２００３−５１５４４２号公報に開示されているような、二酸化マンガン等の金属酸化物を触媒として使用する装置である。走行中に大気が流入するラジエータに金属酸化物の触媒を塗布しておくことで、大気中に含まれるオゾンが触媒によって分解浄化されるようになっている。

ところで、オゾンを浄化する機能は、二酸化マンガン等の金属酸化物触媒だけでなく、活性炭にも備えられていることが知られている。活性炭によれば、オゾンは活性炭そのものと反応して二酸化炭素となる。この反応は常温でも起きる反応であるので、常温よりも高い反応温度を必要とする金属酸化物触媒に比較して、活性炭は浄化条件において有利であると言える。

しかしながら、現在のところ、活性炭をオゾン浄化体に使用した車両用大気浄化装置は実用化されていない。活性炭をオゾン浄化体に使用する場合、その浄化性能の劣化のし易さが問題になるためである。その原因は、活性炭が有している大気中の水分やＰＭ、さらにはＮＯｘやＳＯｘを吸着する機能にある。活性炭に吸着されたそれらの物質は、オゾンと活性炭との反応を阻害する浄化妨害成分として作用し、活性炭が有するオゾンの浄化性能を著しく劣化させてしまう。活性炭の浄化性能を回復させることは、技術的には可能である。しかし、そのためには車両用大気浄化装置の構造は複雑になってしまい、また、多くのエネルギーが必要になってしまう。したがって、活性炭を車両用大気浄化装置に用いる上では、水分、ＮＯｘ、ＳＯｘ、或いはＰＭといった浄化妨害成分の活性炭への影響を如何にして低減するかが課題となる。

特表２００２−５１４９６６号公報 特表２００３−５１５４４２号公報

本発明は、上述の課題に鑑みなされたもので、活性炭を含んでなるオゾン浄化体を用いた車両用大気浄化装置の実用化を目的とする。このため、本発明が提供する車両用大気浄化装置は、活性炭を含んでなるオゾン浄化体とは別に、オゾン浄化体によるオゾンの浄化を妨害する成分（以下、浄化妨害成分）を除去する浄化妨害成分除去体を備えている。オゾン浄化体は、車両の走行時に大気の流路が形成される箇所に配置された車両構成部品の表面に配置されている。一方、浄化妨害成分除去体は、前記流路においてオゾン浄化体の上流に配置されている。このような車両用大気浄化装置の構成によれば、オゾン浄化体に流入する大気から浄化妨害成分が除去されるので、オゾン浄化体が有するオゾンの浄化性能を高く維持することができる。

なお、本発明において用いられる浄化妨害成分除去体は、必ずしも浄化妨害成分を恒久的に除去するものや、浄化妨害成分を分解或いは合成して無害化するものである必要は無い。浄化妨害成分のオゾン浄化体への吸着されやすさは、温度や流量などの環境条件によって左右される。したがって、少なくとも浄化妨害成分がオゾン浄化体に吸着されやすい条件下においてオゾン浄化体への浄化妨害成分の流入を防ぐことができるならば、浄化妨害成分を一時的に捕捉しておくようなものであってもよい。したがって、浄化妨害成分除去体には、例えば、アルミナ等のＮＯｘ吸着材、或いは、ＮＯｘの吸着機能に加えて還元機能も有するＮＯｘ吸着還元型触媒、或いは、活性炭やゼオライトなどを用いることができる。

浄化妨害成分除去体を設ける場所としては、２つの好ましい形態が存在する。第１の形態では、前記流路においてオゾン浄化体が設けられた車両構成部品の上流に別の車両構成部品（第２の車両構成部品）が配置されている場合に、その第２の車両構成部品の表面に浄化妨害成分除去体が設けられる。この場合、オゾン浄化体が設けられる車両構成部品は、ラジエータであることが好ましい。また、浄化妨害成分除去体が設けられる第２の車両構成部品は、コンデンサ、サブラジエータ又はバンパーグリルの何れかであることが好ましい。一方、第２の形態では、車両構成部品の表面を構成する領域のうち、大気の流れ方向において下流側に位置する領域にオゾン浄化体が設けられ、浄化妨害成分除去体は大気の流れ方向において上流側に位置する領域に設けられる。この場合の車両構成部品は、ラジエータであることが好ましい。

オゾン浄化体と浄化妨害成分除去体との間には、設置条件に関して好ましい関係が存在する。その１つは、浄化妨害成分除去体の大気との総接触面積が、オゾン浄化体のそれよりも大きいことである。また、オゾン浄化体と浄化妨害成分除去体とがそれぞれ別の車両構成部品、特に、多数のフィンを有する熱交換器に設けられるのであれば、浄化妨害成分除去体が設けられる熱交換器のフィン間隔が、オゾン浄化体が設けられる熱交換器のフィン間隔よりも狭くされていることでもよい。浄化妨害成分の活性炭への吸着は拡散反応によって生じることから、前記の関係に基づいて浄化妨害成分除去体が設置されていれば、浄化妨害成分除去体によって浄化されなかった浄化妨害成分は、オゾン浄化体に接触することなくそのままオゾン浄化体を通過することになる。したがって、浄化妨害成分除去体によって全ての浄化妨害成分を浄化しきれなかったとしても、それによりオゾン浄化体の劣化が進んでしまうことは避けられる。

また、浄化妨害成分除去体としては、先に例示したものに加えて、光触媒を用いることもできる。光触媒は紫外光を吸収することで超親水性を示し、表面に大気中の水分を吸着するようになる。さらに、その表面に親水性の高いＮＯｘやＳＯｘが吸着され、また、ＰＭが吸着される。吸着されたＮＯｘやＳＯｘ或いはＰＭは水分とともに流れ落ちることによって、浄化妨害成分除去体の表面から除去される。つまり、光触媒を含む浄化妨害成分除去体によれば、浄化妨害成分を吸着できるだけでなく、吸着した浄化妨害成分を光触媒のセルフクリーニング作用によって系外へ排出することができる。なお、この場合は、車両に紫外線照射装置を備え、夜間のように光量が不足する状況では紫外線照射装置から光触媒に紫外線を照射できるようにすることが望ましい。

本発明の各実施の形態の車両用大気浄化装置が適用される自動車の構成を示す概略図である。 図１に示す自動車において本発明の実施の形態１の車両用大気浄化装置と特に関係する部分を抜き出して示す概略図である。 図１に示す自動車において本発明の実施の形態２の車両用大気浄化装置と特に関係する部分を抜き出して示す概略図である。 図１に示す自動車において本発明の実施の形態３の車両用大気浄化装置と特に関係する部分を抜き出して示す概略図である。

実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１について図を参照して説明する。

図１は、本実施の形態の車両用大気浄化装置が適用される自動車の構成を示す概略図である。本車両用大気浄化装置は、内燃機関４を動力装置として備える自動車２に適用される。内燃機関４から排出される排気ガスにはＨＣ及びＮＯｘが含まれている。オゾンはＨＣとＮＯｘを反応物として光化学反応により生成されることから、内燃機関４を備える自動車２に本車両用大気浄化装置を適用し、自動車２の走行中に大気中のオゾンを浄化することで、自動車２が環境に与える影響を低減することができる。

自動車２において内燃機関４の前方にはラジエータ６が配置されている。そして、ラジエータ６の前方にはエアコンのコンデンサ１０が配置されている。ラジエータ６の裏側にはラジエータファン８が取り付けられている。自動車２の走行時には、自動車２の前面のバンパーグリル１２から大気が取り込まれ、取り込まれた大気はコンデンサ１０を通過し、さらに、ラジエータ６を通過して後方へ排出される。また、ラジエータファン８が回転することで、自動車２の停止時にもバンパーグリル１２からコンデンサ１０を経てラジエータ６へと流れる大気の流路が形成される。

図２は、自動車２において本実施の形態の車両用大気浄化装置と特に関係する部分を抜き出して示す概略図である。ラジエータ６のコアにはルーバ付きフィンが備えられ、コンデンサ１０のコアにもルーバ付きフィンが備えられている。コンデンサ１０におけるフィンの間隔は、ラジエータ６におけるフィンの間隔よりも狭くされている。ラジエータ６とコンデンサ１０との隙間は、その側面をＳＵＳプレート１４によって覆われている。これにより、側面から隙間への大気の流入は防止され、コンデンサ１０を通過した大気のみがラジエータ６に流入するようになっている。

本車両用大気浄化装置では、図２に示す構成において、ラジエータ６のルーバ付きフィンに活性炭を含んでなるオゾン浄化体が塗布され、コンデンサ１０のルーバ付きフィンには浄化妨害成分除去体が塗布されている。オゾン浄化体は活性炭のみで構成されていてもよく、活性炭の他に何らかの触媒を含んでいてもよい。浄化妨害成分除去体とは、オゾン浄化体がオゾンを浄化するのを妨害する大気中の成分、すなわち、水分、ＮＯｘ、ＳＯｘ、及びＰＭを一時的にでも大気中から除去することのできる物体である。そのような浄化妨害成分除去体を大気の流路においてラジエータ６の上流、つまり、オゾン浄化体の上流に設けることで、オゾン浄化体に流入する大気から浄化妨害成分を除去し、オゾン浄化体に含まれる活性炭の劣化を抑えることができるようになる。

浄化妨害成分除去体としては、アルミナなどのＮＯｘ吸着材、ＮＯｘ吸着還元型触媒、ゼオライト、或いは、オゾン浄化体と同様の活性炭を好適例として挙げることができる。ＮＯｘ吸着還元型触媒としては、例えば、ＺｒＯ_２、ＣｅＯ_２及びＹ型ゼオライトからなる担体にＲｈを担持したものを挙げることができる。これらの例示から分かるように、本車両用大気浄化装置が備える浄化妨害成分除去体は、必ずしも浄化妨害成分を恒久的に除去するものや、浄化妨害成分を分解或いは合成して無害化するものである必要は無い。少なくとも浄化妨害成分が活性炭に吸着されやすい条件下においてオゾン浄化体への浄化妨害成分の流入を防ぐことができるならば、浄化妨害成分を一時的に捕捉しておくようなものであってもよい。なお、好ましくは、水分、ＮＯｘ、ＳＯｘ、及びＰＭの全ての成分が除去できるように、例示したような材料を適宜組み合わせたものを浄化妨害成分除去体とする。

浄化妨害成分除去体にＮＯｘ吸着材が含まれる場合、コンデンサ１０を通過する大気中のＮＯｘ、ＳＯｘ、及び水分を吸着によって捕捉することができる。ＮＯｘ吸着材が吸着した浄化妨害成分は、コンデンサ１０の温度の上昇やコンデンサ１０を通過する大気の流量の増大に伴って放出される。放出された浄化妨害成分は下流に配置されたラジエータ６に流入することになるが、このとき流入した浄化妨害成分がオゾン浄化体に吸着される可能性は低い。なぜなら、ＮＯｘ吸着材とオゾン浄化体の活性炭との間で浄化妨害成分の吸着・放出特性に差はないため、ＮＯｘ吸着材においてそれら浄化妨害成分が放出され易い条件は、言い換えれば、オゾン浄化体においてそれら浄化妨害成分が吸着され難い条件でもあるからである。

浄化妨害成分除去体に活性炭やゼオライトが含まれている場合には、大気中の水分やＰＭを細孔内に捕捉することができる。活性炭やゼオライトが捕捉した水分はコンデンサ１０の温度の上昇やコンデンサ１０を通過する大気の流量の増大に伴って放出されるが、前述の理由により、放出された水分が下流のオゾン浄化体に吸着される可能性は低い。なお、ＰＭに関しては、放出されること無く活性炭やゼオライトの細孔内にどんどん蓄積されていき、やがては、これ以上ＰＭを蓄積できなくなる状況に至ることになる。しかし、十分な量の活性炭やゼオライトをラジエータ６に塗布してＰＭを蓄積する容量を確保しておくことで、実質的な問題が生じることは回避することができる。

また、本実施の形態において採用しているラジエータ６とコンデンサ１０のフィン間隔の関係によれば、浄化妨害成分除去体によって全ての浄化妨害成分を浄化しきれなかったとしても、それによりオゾン浄化体の劣化が進んでしまうことは避けられる。なぜなら、オゾン浄化体の活性炭に浄化妨害成分が吸着される際の反応は拡散反応であるため、フィン間隔が狭い（すなわち、拡散距離が短い）コンデンサ１０で吸着されなかった浄化妨害成分が、フィン間隔が広い（すなわち、拡散距離が長い）ラジエータ６において吸着される可能性は低いからである。本車両用大気浄化装置によれば、コンデンサ１０に塗布された浄化妨害成分除去体によって浄化されなかった浄化妨害成分は、ラジエータ６に塗布されたオゾン浄化体に接触することなく、そのままラジエータ６を通過することになる。

実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について図を参照して説明する。

図３は、図１に示す自動車２において本実施の形態の車両用大気浄化装置と特に関係する部分を抜き出して示す概略図である。本実施の形態で用いられるラジエータ６は、そのコア部分が大気の流れ方向に向けて３つの領域６１，６２，６３に分けられている。このうち最下流に位置する領域６１は、内燃機関に最も近く、内燃機関からの放熱によって暖められるために比較的温度が高い。本車両用大気浄化装置では、この最下流の領域６１に活性炭を含んでなるオゾン浄化体が塗布されているので、内燃機関の始動後直ぐにオゾン浄化体を速やかに常温以上に昇温することができる。オゾン浄化体に含まれる活性炭は金属酸化物触媒と異なって常温でも浄化性能を発揮するが、その浄化性能は温度が常温以上に高まることでさらに向上する。このため、本車両用大気浄化装置によれば、始動直後から高いオゾン浄化性能を得ることができる。

また、本車両用大気浄化装置では、ラジエータ６の中央に位置する領域６２にＮＯｘ吸着材が塗布され、最上流に位置する領域６３には活性炭やゼオライトなどのＰＭ吸着材が塗布されている。すなわち、拡散しづらいＰＭを前段において除去し、ＮＯｘやＳＯｘは後段で除去するような構成とされている。水分はＮＯｘ吸着材とＰＭ吸着材のどちらでも除去することができる。また、図３に示す構成において、領域６２におけるルーバ付きフィンの総表面積と、領域６３におけるルーバ付きフィンの総表面積は、何れも、領域６１におけるルーバ付きフィンの総表面積よりも大きくされている。これは、オゾン浄化体の大気との総接触面積よりも、ＮＯｘ吸着材やＰＭ吸着材の大気との総接触面積の方を大きくするためである。

本車両用大気浄化装置では、実施の形態１と同様、浄化妨害成分除去体は大気の流路においてオゾン浄化体の上流に設けられている。これにより、オゾン浄化体に流入する大気から浄化妨害成分を除去し、オゾン浄化体に含まれる活性炭の劣化を抑えることができる。また、ＮＯｘ吸着材やＰＭ吸着材の大気との総接触面積の方がオゾン浄化体のそれよりも大きいことから、ＮＯｘ吸着材やＰＭ吸着材で浄化されなかった浄化妨害成分は、下流のオゾン浄化体に接触することなくそのままオゾン浄化体を通過することになる。したがって、ＮＯｘ吸着材やＰＭ吸着材によって全ての浄化妨害成分を浄化しきれなかったとしても、それによりオゾン浄化体の劣化が進んでしまうことは避けられる。

実施の形態３．
最後に、本発明の実施の形態３について図を参照して説明する。

図４は、図１に示す自動車２において本実施の形態の車両用大気浄化装置と特に関係する部分を抜き出して示す概略図である。本車両用大気浄化装置では、図４に示す構成において、ラジエータ６のルーバ付きフィンに活性炭を含んでなるオゾン浄化体が塗布され、コンデンサ１０のルーバ付きフィンには酸化チタンからなる光触媒が塗布されている。つまり、本車両用大気浄化装置では、浄化妨害成分除去体として光触媒が設けられている。さらに、バンパーグリル１２の内側には、コンデンサ１０に向けて紫外線を照射する紫外線ランプ２０が設けられている。紫外線ランプ２０は、夜間のように光量が不足する状況において作動し、コンデンサ１０に向けて紫外線を照射する。

本車両用大気浄化装置によれば、紫外光を吸収することで超親水性を示す光触媒によって大気中の水分を吸着することができ、さらに、その表面に親水性の高いＮＯｘやＳＯｘ、及びＰＭを吸着することができる。光触媒の表面の水分に吸着されたＮＯｘやＳＯｘ或いはＰＭは、水分とともにコンデンサ１０の下に流れ落ち、系外へと排出される。このような光触媒のセルフクリーニング作用により、本車両用大気浄化装置によれば、浄化妨害成分の除去性能を恒常的に維持することが可能であり、ひいては、オゾン浄化体が有するオゾンの浄化性能を高く維持することができる。

その他．
本発明は上述の実施の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種々変形して実施することができる。例えば、実施の形態１及び３では、浄化妨害成分除去体をコンデンサに塗布していたが、サブラジエータを備える車両であれば、サブラジエータに浄化妨害成分除去体を塗布することもできる。また、バンパーグリルに浄化妨害成分除去体を塗布することもできる。

また、実施の形態１では、コンデンサのフィン間隔とラジエータのフィン間隔とに違いを持たせているが、コンデンサのセル密度のほうをラジエータのセル密度よりも大きくすることでもよい。或いは、コンデンサにおいて浄化妨害成分除去体を塗布する部分の容積のほうをラジエータにおいてオゾン浄化体を塗布する部分の容積よりも大きくすることでもよい。

２ 自動車
４ 内燃機関
６ ラジエータ
８ ラジエータファン
１０ コンデンサ
１２ バンパーグリル
１４ ＳＵＳプレート
６１ オゾン浄化体を塗布する領域
６２ ＮＯｘ吸着材を塗布する領域
６３ ＰＭ吸着材を塗布する領域

Claims (9)

1. 車両の走行時に大気の流路が形成される箇所に配置された車両構成部品と、
   前記車両構成部品の表面に設けられた、活性炭を含んでなるオゾン浄化体と、
   前記流路において前記オゾン浄化体の上流に配置された、前記オゾン浄化体に流入する大気から前記オゾン浄化体がオゾンを浄化するのを妨害する成分を除去する浄化妨害成分除去体と、
   を備えることを特徴とする車両用大気浄化装置。
2. 前記浄化妨害成分除去体は、前記流路において前記車両構成部品の上流に配置された第２の車両構成部品の表面に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の車両用大気浄化装置。
3. 前記車両構成部品はラジエータであり、
   前記第２の車両構成部品はコンデンサ、サブラジエータ又はバンパーグリルの何れかであることを特徴とする請求項２に記載の車両用大気浄化装置。
4. 前記オゾン浄化体は、前記車両構成部品の表面を構成する領域のうち、大気の流れ方向において下流側に位置する領域に設けられ、
   前記浄化妨害成分除去体は、大気の流れ方向において上流側に位置する領域に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の車両用大気浄化装置。
5. 前記車両構成部品はラジエータであることを特徴とする請求項４に記載の車両用大気浄化装置。
6. 前記車両構成部品と前記第２の車両構成部品はともに大気の流通部分に多数のフィンを備える熱交換器であり、前記第２の車両構成部品のフィン間隔は前記車両構成部品のフィン間隔よりも狭くされていることを特徴とする請求項２又は３に記載の車両用大気浄化装置。
   
7. 前記浄化妨害成分除去体の大気との総接触面積は、前記オゾン浄化体の大気との総接触面積よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の車両用大気浄化装置。
8. 前記浄化妨害成分除去体は光触媒を含むことを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の車両用大気浄化装置。
9. 前記浄化妨害成分除去体に紫外線を照射する紫外線照射装置をさらに備えることを特徴とする請求項８に記載の車両用大気浄化装置。

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