CN100506586C - 具有供氧功能的汽车空车净化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种具有供氧功能的空气净化装置，其中，汽车内空气用真空泵抽吸，并用集尘器或吸附剂(如活性炭和沸石之类)净化，进而在空气中富集氧气，随之把富氧空气供入汽车内。空气净化装置根据VSA(真空摆动吸附)方法，利用吸附床中压力和大气压力之间压差，用真空泵将吸附在吸附剂中的氮气释放出来，使空气氧含量增加。空气净化装置包括：空气过滤器，去除用真空泵抽吸汽车内空气中的杂质的吸附剂，通过空气过滤器吸附空气中的氮气，让氧气通过；氧气罐，贮存由吸附剂提供的氧气和用真空释放的氧气；和负离子发生器或香气发生器。

Description

具有供氧功能的汽车空车净化装置

技术领域

本发明涉及具有供氧功能的空气净化装置，具体涉及在室内空调器和汽车中使用的供氧机和空气净化装置。

背景技术

本领域熟练技术人员清楚地知道：向汽车旅客车厢供氧的传统过程包括使用如沸石之类吸附剂的变压吸附(pressure swing adsorption)(PSA)方法和使用气体分离膜方法。采用PSA方法供氧纯度为80％或更高的富氧空气，而采用气体分离膜方法则供氧纯度相对较低的富氧空气为30％或更高。气体分离膜方法通常需要的压力比PSA方法所需的压力要高。

但是，这些使用压缩空气把氧气从空气中分离出来的常规方法是有缺点的：当经空气压缩机压缩的高温和高压气体与相对较冷的室内空气接触时，发生水汽凝结现象，通常PSA方法中所用的吸附剂，如人造沸石因水汽冷凝而受潮，降低了氧气分离效率。而气体分离膜方法也有缺点：与PSA方法一样，氧气分离效率因湿气而降低，在使用长寿命的油润滑型空气压缩机场合，空气压缩机中的润滑剂与压缩空气混合；而非润滑型空气压缩机情况，空压缩机寿命缩短，空气压缩受到限制，空气压缩机的温度过高。至于使用汽车电源的电动机型压缩机情况，功率消耗大。

换言之，在变压吸附法情况，空气被压缩到2至4个大气压、随后通向吸附床，在吸附床中被吸附剂吸附的氮气在大气压力下解吸。这种使用空气压缩机的常规方法在汽车中应用存在严重的噪声污染、使用寿命短和能耗大等缺点。

用于汽车的传统供氧机是一种抽吸环境空气，从空气中分离出少量的氧气，然后把氧气通入汽车中的装置。并且净化车内空气需要一个单独的空气净化装置。

不用空气压缩机，采用真空泵产生压差和使用吸附剂产生富氧空气的真空摆动吸附(vacuum swing adsorption)(VSA)方法已经长期用来大量生产富氧空气，该生产过程中：在大气压力下，空气通过吸附床，利用吸附床层产生的真空把吸附床层吸附的氮气解吸出来。VSA方法的优点是：降低了噪声污染，避免了在用油润滑设备情况下采用PSA方法所存在的缺点。但是，VSA方法不能用于小规模的氧气生产，只适用于大规模的商业用制氧生产。至于用于小规模制氧过程，要联合使用VPS方法和PSA方法，也就是说，以VPSA联用的形式来提高富氧空气的生产率和纯度。用于大楼中央真空管道上的这种VPSA联用方法的一个范例揭示于朝鲜实用新型注册No.20-0219405，美国专利No.5,370,728对VPSA方法也有阐述。此外，美国专利No.5,266,102和美国专利No.5,656,067都提出一种改进的VSA方法。

VPS方法和PSA方法联合使用的理由是提高了氧气分离效率和获得高纯度的氧气。据报道，当空气中氧气纯度高于大气中氧气1％纯度时，人们清新振作，但氧气纯度为90％或更高时，对人非但无好处，反而有害。普通PSA氧气分离器产生纯度为80％或更高的高纯氧气，故直接使用普通的PSA氧气分离器可引起诸如火灾、氧气中毒等问题。所以宜采用产生纯度相对较低的氧气的气体分离模法或产生最大量的低纯度氧气的改良型PSA方法代替生产诸如医用氧气类高纯度氧气的常规PSA方法，来从空气分离氧气。此外，已经大规模申请使用的VSA方法应用到小规模的氧气分离过程中时，考虑到低纯度氧气的产生、VSA方法可能较适用于汽车。

为此，本发明一直关注于现有技术领域中存在的上述缺点，并按照VSA方法，PSA方法提供一种具有供氧功能的空气净化装置，在该装置里，使用汽车真空源或真空泵、或由汽车发动机驱动的油润滑型真空设备，从空气中产出富氧空气。真空泵抽吸汽车内空气，吸进的空气被集尘器或如活性炭之类的过滤器净化，通过如沸石之类的吸附剂从空气中产出富氧空气，随之将它供入汽车旅客车厢。如上所述，如果仅用VSA方法从空气中产出富氧空气，氧气分离效率相当低。所以常采用联合VSA法和PSA法的VPSA方法。然而，由于汽车使用空气压缩机带来各种缺点，所以根据本发明的空气净化装置是基于仅用真空的VSA方法。因为采用真空摆动法运行空气净化装置不会产出高纯度氧气，所以能更好地向汽车内提供一种不会对人健康有害的氧气浓度的空气。

根据本发明，通过抽吸汽车内空气、净化空气、随后向汽车内供入具有要求氧气浓度的净化空气保持空气具有要求的氧气浓度，汽车司机和旅客都感到清新振作。

此外，本发明提供一种通过吸附剂从空气中分离出氧气的方法，包括使用真空泵释放吸附在如沸石之类吸附剂中的氮气和把汽车内空气抽吸进入处于真空状态下的吸附床的步骤。

发明内容

本发明的第一个目的是向室内或车内提供连同净化空气一起的氧气。

本发明第两个目的是为汽车提供具有供氧功能的空气净化装置，它抽吸汽车内空气、产出具有要求氧气浓度的空气、然后让产出的空气通过集尘器、沸石、活性炭、抗微生物过滤器、负离子发生器和香气发生器等装置、让汽车驾乘人员感到清新振作。

本发明第三个目的是防止由于热的压缩空气通过空气压缩机与冷的环境空气接触时而出现蒸气冷凝现象，导致的如沸石类吸附剂吸潮。

本发明第四个目的是利用真空泵低压和大气压之间的压差来防止润滑剂在使用油润滑型空气压缩机提高其耐久性过程中包含压缩空气。

本发明第五个目的是提供供氧机用的油循环真空泵，它由汽车发动机驱动，具有噪声低、使用寿命长和流量大等优点。

本发明第六个目的是避免常规变压吸附方法的缺点，如省略高压安全设备、压力控制器和潮湿分离器存在的震动和噪音。

本发明第七个目的是在汽车内采用真空摆动吸附法来避免变压吸附法的缺点。

本发明第八个目的是提供一种向单一真空源的吸附床供入空气和从吸附床释放富氧空气的装置。

附图说明

由结合附图的详细说明，我们将更清晰地理解本发明的上述目的和其它的目的、特点和其它一些优点，其中：

图1为工艺流程图，图解说明根据本发明为汽车设计的具有供氧功能的空气净化装置。

具体实施方式

在本发明的基础上，通过在室内空调器或汽车内配置具有供氧功能的空气净装置，完成本发明目标，空气净化装置包括：去除车内空气杂质、细菌和臭味的空气过滤器，以预定真空度抽吸通过空气过滤器的空气的真空泵，含有吸附剂并能用真空泵从空气中吸附大部分的氮气从而提高氧气浓度的吸附床，改善吸附床的氮气解吸效率的分流量控制管，使供氧通过吸附剂向一个方向流动第一止回阀，贮存流过止回阀的氧气的氧气贮罐，把氧气贮罐中贮存的氧气供入车内的泵设备，氧气贮罐中氧气释放后保持罐内真空状态的第二止回阀、交替提供吸附床真空和常压状态的阀门设备，连同净化氧气一起向车内供入香气的香气发生器，或者改善车内空气质量的负离子发生器、控制器和测定氧气含量的氧传感器。

对汽车情况，最好使用由汽车发动机驱动的真空泵，也可以与进气岐管部件配合使用，或可以单独使用进气岐管部件为作真空泵。可以单独使用小型真空泵或可以使用小型鼓风机把常压状态下的氧气送进贮氧罐。根据本发明实施方案，当使用两个吸附床时，最好采用简单的弹簧和隔膜以便利用真空设备产生的真空，或可以使用气缸中的弹簧和活塞组合件。

另外，吸气和释放步骤所构成一个循环的长短取决于真空泵的容量和吸附床的大小。所以，当使用两个吸附床时，采用最佳单独真空泵或与汽车发动机相连的真空泵能在一秒钟之内完成吸气和释放步骤。此时真空泵直接与汽车发动机的曲轴或带轮相连。从本发明空气净化装置上所作的试验来看，发现通过针对小型吸附床(长20cm，内径2.5cm或更小)内的吸附剂优化真空泵循环周期，整个循环时间小于5秒钟，能产出大量纯度为25—35％的氧气。换言之，我们发现，根据普通的PSA方法所产出的氧气纯度低、但它的生产率并不降低。

此外，少量的氧气通过设置在吸附床上的氧气旁道分流，以去除空气中的氮气，从而使氧气纯度提高3％或更多。

首先净化车内吸附的空气的过滤器可包括：空气过滤器、集尘器、去除臭味的活性炭和根据需要配置的抗微生物过滤器。不用说，因汽车不完全气密，抽吸车内空气引起车外空气被吸进。与供氧器吸附车外空气再向车内供入富氧空气的使用情况是一样的。所以，从理论上说，通过本发明装置从车内抽吸空气和向车内供入富氧的空气之间的压差，促使附加的外部空气流进车内，最好是抽吸车内空气的同时达到空气净化和氧气富集的目的。

而且，当贮氧罐和氧气输送泵状态不是最佳时，空气净化装置还可以包括流量控制阀。该装置可以与贮氧罐、氧气输送泵逐个提供或合用同一真空源与它们配套集中提供。

另外，把吸附剂提供的氧气以一个方向流动的止回阀与吸附剂和贮氧罐相连接。此时，如果用电动阀代替止回阀的话，氧气纯度可用控制器来控制。

各具有三个出口的两个2通电磁阀或各具有五个出口的一个2通电磁阀可以用作阀设备用，但如果在预定时间间隔，通过重复实施二类真空一抽吸步骤，把通道相互连接的马达回转阀当作阀设备用，释放氧气的泵设备可通过使用一只回转阀另外控制，则装置的缺点如噪音和耐久性差都可避免。

又，当使用马达回转阀时，控制器可省略，但装置最好包括控制器进行自我检测和自动控制。

特别是本发明的特征是利用汽车进气岐管部件内的真空压力，而不需要单独配置真空泵。汽车进气岐管部件里的真空压力为260毫巴或更低，故能起真空泵设备作用。

现在参考附图、凡是相同或类似构件在所有附图中标明的数字号码是一致的。图1为流程图说明本发明具有供氧功能的空气净化装置。

参照图1，该装置包括：安装在车内或室内空调器上过滤掉车内或室内空气中杂质的空气过滤器1，在预定真空度状态下通过空气过滤器的吸气口抽吸空气的真空泵2，与真空泵2连接保持要求的真空压力的真空罐5，将真空压力变换成大气压力的阀门6至9，内有吸附氧气的吸附剂并让车内空气中的氧组分通过的吸附床10和11，在吸附床之间起氧气通道作用的分流控制阀31，使吸附床提供的氧气以一个方向流动的止回阀12和13，收集富氧空气氧气罐16和17。弹簧25或27和隔膜26或28安装在氧气罐上，利用真空泵2的真空压力把氧气从氧气罐送入车内，起到氧气释放泵的作用。和现有技术一样，使用另一个真空泵，释放氧气罐中储存的氧气。空气净化装置还可包括止回阀14和15，使贮存在氧气罐中的氧气以一个方向流动，通过止回阀14和15的富氧空气经释放舱21流进车内。当真空泵单独用来释放氧气时，不需要连接氧气罐16或17至阀门的通道。当空气净化装置产生足够的真空压力时，真空罐5可以省略，如在用单独的真空泵释放氧气时，从氧气罐释放的氧气流量不需要恒定，氧气罐16或17可有选择地省略。本发明所用的阀门6至9选自电磁阀和马达驱动回转阀。释放舱21有选择地装备负离子发生器18或香气发生器19，氧气罐中的氧气通过它们释放。通过负离子发生器18或香气发生器19的氧气经导管20释放到汽车内部25，从而改善汽车内部气氛。

此外，为测量车内空气中氧气含量，空气净化装置有选择地包括安置在汽车中的氧传感器23和根据所测的氧含量控制氧传感器23的控制器22。此时，控制器22可根据用户的要求作为部件提供。

具有供氧功能的空气净化装置的操作方法说明如下：

用真空泵2把空气吸入车内，经过空气过滤器1和两个吸附床10、11，两个吸附床各自按照真空和吸气循环相互交替运作，使一个吸附床与另一吸附床逆向操作。本领域的技术人员会懂得使用两个吸附床可以使空气净化装置连续运转，也可扩建多床系统来缩短抽吸周期。

详细的吸附床操作说明如下：假设第一个吸附床10处在释放空气状态中，而第两个吸附床11处在吸气状态中。

当汽车进气岐管部件24造成的真空低压和真空泵2产生的交替真空压力均比真空罐5的压力更低时，空气通过止回阀3或4从真空罐5中吸出，以稳定保持真空罐5中的真空度。

当阀门6和9打开，另外两个阀门7和8关闭时，由于真空罐5处于低压，造成第一吸附床10中的压力降低，于是第一吸附床10中吸附剂所吸附的氮气释放到真空罐5中，允许第二吸附床11中分离出来的少量氧气流入第一吸附床10，从而有助于氮气解吸。另一方面，当空气穿过空气过滤器1流进第二吸附床11时，第二吸附床进行吸附过程。当阀门9打开时，第一个氧气罐16内部处在常压状态，第一个氧气罐16中的弹簧下压把隔膜26降至图1所示的状态。氧气罐中氧气通过止回阀14，并可以穿过负离子发生器18或香气发生器19进入车内。

同时，当阀门6打开时，第二氧气罐17处于真空状态，则第二氧气罐17中的隔膜28上升，以贮存由第二吸附床11提供的富氧空气。如上所述，氧气罐16和17的作用象泵，通过单独使用小型真空泵或小型鼓风机来释放富氧空气。此时不需要连接氧气罐至阀门的通道。

换言之，重复上述步骤，吸附床10和11反复进行吸气和释放过程而连续产生富氧空气。考虑到真空泵的功率和氧气生产率、许多吸附床能够相互并联。

所以，本发明的空气净化装置优点在于：该装置抽吸车内空气来产生富氧空气，并使富氧空气穿过集尘器、如沸石和活性炭之类吸附剂、负离子发生器和香气发生器等设施，让车辆驾乘人员感到清新振作。

空气净化装置防止司机因困倦或氧气不足而引起的车祸。

本发明供氧机的优点是：与使用空气压缩机时不同，由于利用常压和真空而不会产生热量，因此不需要单独的冷却设备，消除水汽凝结和噪音。

此外，本发明避免了油润滑型泵的缺点，也就是说，利用真空泵产生的真空压力和大气压力之间的压差，恰好从车内抽吸空气，避免来自空气对润滑剂的污染。

同时，本发明能提供一种同汽车发动机驱动的油循环真空泵供氧机，具有噪音低、使用寿命长和流量大等优点。

此外，本发明不需要高压安全设备、压力控制器和水气分离器，避免了普通PSA方法所具的缺点如振动和噪音等。

此外，本发明的优点在于，防止了在使用空调器附带供氧机场合，当通过空气压缩机的热压缩空气与冷的环境空气接触时蒸汽冷凝而引起的吸附剂吸潮，因为只使用真空进行空气净化和氧气产出，所以改进了空气净化装置的品质因数。

此外，由汽车发动机驱动的油循环型真空泵使用寿命长能用作供氧机的真空泵。

此外，只利用常压和真空压力可省略普通PSA方法所必需的高压安全设备、压力控制器和水汽分离器，因此提供的空气净化装置具有简单、轻巧、噪音低和半永久性期望寿命等优点。

本发明以说明的方式进行了阐述，应理解，专用名词仅用于描述不构成限制。按照上面揭示的内容可以对本发明进行各种修改和变动。因此应理解在后附的权利要求书范围内，本发明不需要详细说明就可以实施。

Claims (10)

1.具有供氧功能的汽车空气净化装置，该装置有一个抽吸车内空气的抽吸口和一个释放空气进入车内的出气口，以及连接抽吸口与出气口的通道，所述装置包括：

邻近抽吸口的空气过滤器，以去除车内空气中的杂质；

真空泵设备，用于抽吸汽车内空气；

两个吸附床，与空气过滤器连接，用于分离空气中氧气，所述吸附床各包含主要从空气中吸附氮气的吸附剂；

旁通管道设备，与吸附床相互连接，允许富氧空气从一个吸附床流向另一个吸附床；

辅助泵设备，以从吸附床中释放富氧空气；

止回阀，连接到各吸附床和辅助泵设备，允许富氧空气仅从吸附床流向辅助泵设备；

阀门设备，安装在管道上，连接到所述的两个吸附床、真空泵设备和空气过滤器，允许在每一个吸附床上交替施加真空和常压；

其特征在于上述真空泵设备直接安装在汽车上，由发动机驱动，每一个吸附床把从车内抽吸的空气转化为富氧空气，用辅助泵设备把富氧空气送进车内，根据真空摆动吸附方法，利用阀门设备来控制管道，利用真空泵设备产生的真空压力，对每一个吸附床交替施加真空和常压，将从车内抽吸的空气转变为富氧空气。

2.如权利要求1所述的空气净化装置，其特征在于，所述装置还包括与辅助泵设备和止回阀连接的氧气罐，贮存从每一个吸附床供入的富氧空气。

3.如权利要求1所述的空气净化装置，其特征在于，所述装置还包括一个保持真空的真空罐，它与阀门设备和真空泵设备连接。

4.如权利要求2或3所述的空气净化装置，其特征在于，所述真空泵设备包括汽车进气岐管部件。

5.如权利要求4所述的空气净化装置，其特征在于，所述装置还包括车内配置的氧传感器和控制器，所述氧传感器测量车内氧气浓度，所述控制器根据测出的氧气浓度值来调节氧气的产量。

6.如权利要求4所述的空气净化装置，其特征在于，所述装置还包括在所述辅助泵设备的氧气释放部件上有香气发生器或负离子发生器，向车内释放富氧空气让驾乘人员感到舒适。

7.如权利要求2或3所述的空气净化装置，其特征在于，真空泵设备包括油润滑型真空泵，所述真空泵直接与发动机曲轴或带轮连接。

8.如权利要求2所述的空气净化装置，其特征在于，氧气罐通过安装在其内的弹簧和隔膜释放富氧空气，上述弹簧和隔膜由真空泵设备提供的真空压力操作。

9.如权利要求4所述的空气净化装置，其特征在于，控制管道的阀门设备是一种用马达驱动的回转阀。

10.如权利要求4所述的空气净化装置，其特征在于，释放富氧空气的辅助泵设备是一个用马达驱动的小型真空泵。

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