CN1045188C - 磁场型富氧产气装置 - Google Patents

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Abstract

一个富氧产气装置包括一个壳体，至少一个可转动地安置在壳体上的转子，从而限定壳体和转子之间的空间和一个磁场发生装置用来产生一个在壳体和转子之间空间内沿轴向延伸的磁通量。一个富氧空气出口和一个富氮空气出口开在壳体上以便在空间的轴向方向相互隔开。

Description

磁场型富氧产气装置
本发明是以日本专利申请平成7-294597(1995年10月13日提交)和平成8-263926(1996年10月4日提交)为依据，本专利申请采纳了上述申请内容以供参考。
本发明与利用磁场的富氧产气装置有关。
众所周知可利用空气中氧气和氮气对磁敏感度的差异可生产富氧空气的原理，在这方面，氧气是聚磁的且有一个约为+106.2×10-6emu/g的磁敏感度而氮气是疏磁的且有约为-0.43×10-6emu/g的磁敏感度。
为了利用对汽车，燃烧装置和其它工业装置的富氧产气装置，希望氧的产量大即氧气量大且能连续供应氧气，从这方面看，回转式装置优于活塞式装置以及间歇式装置。
日本专利公开号No.SHO54-49993公开了一种氧、氮分离装置，在装置内，转子可转动地安置在柱形壳体内，转子和壳体限定了一个空间，在该空间内产生一个磁通量呈径向延伸的磁场。当空气连续地供入空间内时，具有高磁敏感度的氧气就极化而从空气中分离，这样通过一个富氧空气出口就可采集富氧空气而通过一富氮空气出口而采集余下的富氮空气。
然而，由于所产生的磁通量在上述装置中的空间中呈径向方向延伸。为了增加氧的产量，转子和壳体之间的径向间隙必须是大的，结果装置在径向方向的尺寸就变大。
本发明的目的是提供一种回转式磁场型富氧产气装置，该装置的尺寸紧凑，特别在装置的径向方向很紧凑。
一种为了达到上述目的之本发明的磁场型富氧产气装置包括一个壳体，一个转子和一个磁场发生装置。转子可转动地安置在壳体内并由壳体支撑，转子和壳体限定一空间，一个在空间轴向方向延伸的轴线穿过空间。磁场发生装置是一个在空间内产生磁场的装置，磁场包括一个沿轴向穿过空间的磁通量且在空间的相对两端产生磁极。在壳体上开有一个空气入口而一个富氧空气出口就开在靠近至少磁极之一位置的壳体上，一个富氮空气出口则开在远离富氧空气出口位置的壳体上。
结合附图，随着本发明最佳实施例的详细叙述，本发明的上述目的和其它特点和优点将会更明显而且更容易理解，其中
图1是本发明第一实施例的磁场型富氧产气装置的剖视图；
图2是图1中沿剖面线2-2所取的富氧产气装置的剖视图；
图3是本发明第二实施例的磁场型富氧产气装置的剖视图；
图4是图3中沿剖面线404所取的富氧产气装置的剖视图；
图5是本发明第三实施例的磁场型富氧产气装置的剖视图；
图6是图5中沿剖面线6-6所取的富氧产气装置的剖视图；
图7是本发明第四实施例的磁场型富氧产气装置的剖视图；
图8是图7中沿剖面线8-8所取的富氧产气装置的剖视图；
图9是图7装置的壳体一轴向端的端板部分的局部立面图；
图10是图7装置的壳体另一轴向端的端板部分的局部立面图；
图11是本发明第五实施例的磁场型富氧气装置的剖视图；
图12是本发明第六实施例的磁场型富氧产气装置的剖视图；
图13是图12中沿剖面线13-13所取的富氧产气装置的剖视图；
图14是本发明装置加到一内燃机的进气系统的情况下所示的转矩特性曲线图；
图15是一个说明本发明装置内氧分子和氮分子的磁极化的示意图。
图1和图2说明一个本发明的第一实施例，图3和图4说明一个本发明的第二实施例；图5和6说明一个本发明的第三实施例；图7到图10说明一个本发明的第四实施例；图11说明一个本发明的第五实施例；图12和图13说明一个本发明的第六实施例；图14和图15可应用到本发明的任何一个实施例。在本发明的全部实施例中，只要是本发明所有实施例的共同部分或相似部分都采用同一标号表示。
首先，对本发明任何实施例的共同和相似结构部分及其操作将参照，例如，图1，图2和图14和图15进行说明。
如图1和图2所示，根据本发明的任一实施例的磁场型富氧产气装置包括一个由非磁性材料制成的壳体6和非磁性材料制成的转子7且可转动地支撑在壳体6上，转子7包括一个轴4和若干叶片3，转子7和壳体6限定一个其间的空间A，该空间有一沿轴向延伸的轴线。该富氧产气装置还包括一个以标号2表示的磁场发生装置，该磁场包括在空间A内轴向延伸的磁通量φ和空间相对两端所产生磁极S和N，磁通量发生装置2在空间轴向延伸且包括一个由线圈20，一直流电源或一永久磁铁构成的电磁铁。该富氧产气装置还包括一个开在壳体6上的空气入口8，一个富氧空气出口9开在靠近壳体6轴端部分至少所产生的一个N极和S极的壳体6上而一个富氮空气出口10开在与所产生的S极和N极轴向间隔开且在产生S极N极之间的部分的壳体内。轴(4)是由一个驱动装置(例如电动机未示出)来驱动，轴4通过轴承5(例如，一磁流轴承)由壳体6可转动地支撑，叶片3通过轴4而转动且如一风机般运转。磁场发生装置2包括一个线圈，线圈20接收通过接线柱1来自直流电源的直流电，一个可选择地使氧从中穿过的聚合物氧分隔膜11设在富氧空气的出口9。
下文将说明上述共同结构的运转：
转子7由驱动装置来驱动从而压缩已引入到空间A的空气并通过空气出口9和10排出压缩空气。在该实例中，磁场发生装置2包括一个沿着从左侧到右侧延伸的轴线以顺时针方向绕的线圈，如图1所示在壳体6和转子7之间所限定的空间产生一磁通量沿轴向延伸的磁场。
如图15所示，当聚磁的氧气在磁场内磁化时，在N极附近，氧分子以S-N的形式极化以便磁吸到N极而在S极附近则氧分子以N-S的形式极化以便磁吸到S极。当疏磁的氮气在磁场内磁化时，在N极附近，氮分子以N-S的形式极化以便由N极排斥而在S极附近，氮分子以S-N的形式极化以便由S极排斥。
结果，因为氧有一个大的磁感性，空气中所含的氧引入到壳体6和转子7之间的空间就被磁化且移向N极或S极，因此靠近S和N极的空间就富氧。再因为氮有一个小的磁敏感性，空气中所含的氮引入到壳体6和转子7之间的空间一般就不磁化，即使氮分子被磁化，氮分子也磁化成与氧分子相反的极性因此就从S极和N极斥离，也就是斥离到空间A的轴向中间部分。
结果，富氧空气有选择地通过开在靠近N极和/或S极的位置处壳体6的轴向端富氧空气出口9排出而余下富氮空气则有选择地通过开在远离N极和/或S极位置处壳体6的轴向中间部分的富氮空气出口10排出。
由于通过磁场的富氧运作以及通过叶片的增压运作，如图14所示，与非富氧和非增压的入口相比则改进了发动机的转矩。因为上述装置是回转型，所以能连续地供应空气而且向上述装置供应的空气量也是大的，再则因为在空间A的轴向延伸所产生的磁通量，故而壳体6和转子7在其径向之间不必有一个大的距离，结果，在装置的径向方向，尺寸就紧凑。而且因为富氧空气和富氮空气各自在空间的轴向隔开一距离，所以就能通过壳体轴端的富氧空气出口，有效进行有选择地排出富氧空气这样就改进了氧的产量。
现在将说明本发明各实施例独特的结构部分及其操作。
如图1和图2所示的本发明的第一实施例，壳体6有一个空心的圆柱部分和圆柱部分两相对端的端板而转子7包括由一单个轴4和若干叶片3组成的风机，该轴承5是由，例如，一磁流体轴承所构成，此磁场发生装置2包括一个提供直流电流的线圈，该线圈20安置在沿壳体6圆柱部分的内面上。富氧空气出口9开在壳体6的端板(N极和S极)上而富氮空气出口10开在壳体6圆柱部分的轴向中间部分(即N极和S极的中央部分)上。
有关本发明第一实施例装置的操作因为线圈20安置在壳体内因此并不转动，所以不必设置一个电流收集装置向线圈20供应电流，结果，供电机构是简单可靠。
如图3和图4所示的本发明的第二实施例，壳体6有一个中空的圆柱部分和圆柱部分两相对端的端板而转子7包括一个由单个轴4和若干叶片3组成的风机，轴承5则是由，例如，一个径向滚珠轴承构成。磁场发生装置2包括一个直流电流线圈，该线圈20安置在沿转子7轴4的外表面上，通过一构成电流收集装置的滑环13和电刷12而供应电流，富氧空气出口9开在壳体6圆柱部分的轴端部分(N极和S极)而富氮空气出口10开在壳体6圆柱部分的轴向中间部分(N极和S极之间的一中段)。
本发明第二实施例装置的一优点，因为壳体6的圆柱部分并未被线圈20所占，就能把空气入口8和空气出口9和10设在壳体6的圆柱部分，结果，设计的自由度大了。
如图5和图6所示，一个本发明的第三实施例，壳体6有一个截面为椭圆的壁和端板而二个转子7各有一葫芦形截面和一转轴都置于壳体6内以便绕着各自的转轴而转动，转子7可由与任意一个转子7的轴4相连的驱动装置14所驱动。磁场发生装置2是一个沿轴向延伸的永久磁铁埋置在各转子7内，各磁铁的N极都指向同一方向。空气入口8开在壳体6椭圆形截面壁的一侧内而富氧空气出口9和富氮空气出口10则开在壳体6椭圆形截面壁的另一侧内。
由于上述的结构，本发明装置的运作如同一个鲁兹式鼓风增压机，一个带有轴向延伸磁通量的磁场被磁场发生装置2产生在转子7和壳体6之间所限定的空间，富氧空气有选择地通过安置在靠近N极和/或S极的富氧空气出口9而流出。通过把该装置装到一汽车内燃机的进气系统从而取得一进气口的增压运作和富氧空气运作，结果如图14所示，相比非增压和非富氧的情况，发动机的转矩特性大大改善。还因为一个永久磁铁用于磁场发生装置2所以不需供电来产生磁场。
如图7到图10所示的本发明第四实施例，壳体6有一个截面为椭圆的壁和端板而二个转子7各有一葫芦形截面和一转轴都置于壳体6内以便绕着各自的转轴而转动，转子7可由与任意一个转子7的轴4相连的驱动装置(未示出)所驱动。各转子7有相对的部分，它们各有一个开有圆柱孔的放大截面积而带有一线圈29的磁场发生装置2安置在沿圆柱孔的表面，各线圈的N极指向同一方向。空气入口8开在壳体6椭圆形壁的一侧而富氧空气出口9和富氮空气出口10则开在壳体6椭圆形壁的另一侧。
一个包括电刷12和滑环13的电流收集器向线圈20进行供电，如图9和图10所示，滑环13安置在一开在壳体6端板上的槽内，直流电从一安置在一端板上的滑环13通过电刷12加到线圈20且再从线圈20加到一个安置在另一端板的滑环13上。
由于上述结构，该装置运转如同一个鲁兹式鼓风增压机，磁场发生装置2在转子7和壳体6之间限定的空间内产生一个带有轴向延伸磁通量的磁场。富氧空气有选择地通过安置在靠近N极和/或S极的富氧空气出口9流出，借助把该装置装到汽车内燃机内进气系统，就可达到进气增压运行和富氧空气运行，结果，如图14所示，相比非增压和非富氧的情况，发动机的转矩特性大大地改进。因为线圈用于产生磁场，通过改变电流的大小就很容易改变磁场的强度和氧的产量。
上述增压器结构有葫芦形截面的两个转子7，可以用下列所述的任一种结构取代之：
1)一个齿轮泵包括一个具有椭圆形壁的壳体和两个各有一齿轮形截面的转子置于壳体内。
2)一个Lysholm压缩机有一个壳体和两个回转螺旋的转子。
3)一个螺旋型泵有一个壳体和两个螺旋形转子。
4)一个可动叶片式压缩机有一壳体和一转子，其中叶片可滑动地装在转子上。
一个本发明的第五实施例，如图13所示，壳体6和转子7之间的空间A包括一个在富氧空气出口9侧的第一容积和在富氮空气出口10侧，大于第一容积的第二容积，转子7为永久磁化，第一容积有一个比第二容积径向距离小的转子7和壳体6之间的径向距离，更具体地说，壳体6的半径从富氧空气出口9侧到富氮空气出口10侧是逐渐增加的。一增速装置15(例如，多个齿轮，一个链条或一个皮带)设一个在轴4和驱动装置14之间的转矩传送件上，一个压力控制阀16则安置在富氮空气出口10上。
因为氧和氮在空气中的含量分别为21％和78％(容积计量)，所以氮约为氧的4倍。当氧和氮在磁场下分开时，很难做到靠近富氧空气出口9的空间部分只被富氧空气所占，然而，在本发明的第五实施例中，因为富氧空气出口9周围的容积很小，就容易做到靠近富氧空气出口9的空间部分只被富氧空气所占，结果，增加了氧的产量。
虽然图11的装置包括一个单个转子7，如上所述，在装置具有多个转子的情况下也能采用相同的结构。
一个本发明的第六实施例，如图12和图13所示，壳体有一个圆柱形壁和端板；转子7包括一个轴4和多个叶片3；轴承5包括一个径向滚珠轴承；磁场发生装置2包括一个具有磁极运作相对端的磁通量强化芯21和一个把强化芯的相对端相连的连结部分21a。如同磁场发生装置2，线圈20绕在强化芯的连结部分21a上，线圈20和芯21的连结部分21a安置在壳体6的柱形壁外侧。
因为如同磁场发生装置2一样，线圈20安置在壳体6的外侧，所以不需提供一电流收集装置，因此能源机构就简单而且装置也可靠。因为线圈20并不沿壳体6安置，所以容易在壳体6上开出空气入口8和空气出口9和10。另外因为线圈20与壳体分开，故而线圈20就能绕到强化芯21的连结部分21a而不受尺寸和壳体6形状的限制，结果，线圈20的绕线工作便容易从而降低加工成本。
而且，不像线圈安置在壳体内的情况，现在线圈的匝数几乎不受壳体的限制，通过增加线圈的匝数就能容易地提高磁通量的强度，另外，通过使强化芯21端(极)的直径减小，例如芯21两端变锥形，也能增加磁通量的强度。
在本发明的任何一个实施例中，通过冷却输入到装置内的空气，就可提高聚磁材料氧气的磁敏感度，结果一步提高了氧的产量。
根据本发明可取得下列的技术好处：
第一，因为所产生的磁场有一个在转子和壳体之间所限定空间内轴向延伸的磁通量，富氧产气装置在该空间的径向的尺寸上可以更紧凑，另外由于富氧空气出口和富氮空气出口在该空间的轴向相互隔开，富氧空气就能通过富氧空气出口有选择地排出，这样就提高了氧的产量。
第二通过把磁场发生装置安置在壳体上，即便在磁场发生装置包括一个电磁铁的情况下都不必提供一个电流收集装置，因此该装置的结构简单且运作可靠。
第三，通过把磁场发生装置安置在转子上，壳体就不会被磁场发生装置所占据，结果把空气入口和空气出口安置在壳体上的自由度就增加。
第四，这把富氧装置在结构上当作一增压机来运作并把该装置装到一内燃机的进气系统上，就会大大地改进发动机的力矩特性。
第五，通过把本发明装置做成其靠近富氧空气出口的空间容积小于靠近富氮空气出口的空间容积，靠近富氧空气出口的部分就被富氧空气占据。这样就能增加氧的产量。
第六，通过把磁场发生装置安置在壳体外侧，所产生磁通量的强度就可通过选择线圈的匝数和磁通量强化芯相反端的形状加以控制。另外，因为壳体并未被磁通量发生装置所占据，所以在壳体上安排空气入口和空气出口的自由度便增加。
虽然本发明已参照具体实施例进行说明，本专业的普通技术人员都懂得可以对所示具体实施例进行各种修改，只要这些修改不偏离本发明的精神实质和优点，故而这些修改都在本发明的保护范围内并由下文的权利要求书所限定。

Claims (12)

1．一种磁场型富氧产生装置，其特征在于该装置包括：
一个壳体；
一个转子与壳体同轴地安置在壳体内，并可转动地由上述壳体所支撑，上述转子和上述壳体在其间限定了一个空间，该空间有一个在轴向延伸的轴线；所述转子具有转动轴以及分隔壁部，其用于将壳体内部空间分隔成多个部分；
一个磁场发生装置，诸如永久磁铁或电磁铁，用于在上述空间产生一磁场，上述磁场包括一个在上述空间内沿轴向延伸的磁通量和上述空间相对两端所产生的磁极；
一个空气入口开在上述壳体上；
一个富氧空气出口开在上述壳体的靠近上述磁极的位置；
和
一个富氮空气出口开在上述壳体的与上述富氧空气出口轴向隔开的位置。
2．根据权利要求1所述的上述富氧产气装置，其特征在于上述磁场发生装置包括一个具有一线圈的电磁铁。
3．根据权利要求1所述的上述富氧产气装置，其特征在于上述磁场发生装置包括一个永久磁铁。
4．根据权利要求1所述的富氧产气装置，其特征在于上述的磁场发生装置安置在上述壳体上，并且相对于壳体固定之。
5．根据权利要求1所述的富氧产气装置，其特征在于上述磁场发生装置安置在上述转子上以便随其一起转动。
6．根据权利要求1所述的富氧产气装置，其特征在于上述转子包括轴和叶片，上述产气装置结构做成和布置成像一个选自一鲁兹式吹风增压器一里索式压缩机一螺旋式泵和一可动叶片压缩机所组成一组那种形式的增压器而运转。
7．根据权利要求6所述的富氧产气装置，其特征在于各上述转子件包括一个埋置于其内的轴向延伸的永久磁铁。
8．根据权利要求6所述的富氧产气装置，其特征在于各上述转子件包括一个开在其内有一表面的轴向延伸孔，上述包括一线圈的磁场发生装置则沿上述的孔表面而安置。
9．根据权利要求1所述的富氧产气装置，其特征在于上述空间包括一个大致邻近上述富氧空气出口的第一容积和一个比大致邻近上述富氮空气出口的第一容积更大的第二容积。
10．根据权利要求9所述的富氧产气装置，其特征在于上述第一容积有一个比上述第二容积的上述转子和上述壳体之间径向距离更小的上述转子和上述壳体之间径向距离。
11．根据权利要求1所述的富氧产气装置，其特征在于上述磁场发生装置包括：一个磁通量强化芯有如同上述磁极运作的相对端和一个连结上述强化芯相对端的连结部分和
一个围绕上述强化芯连结部分的线圈，上述线圈和上述强化芯的连结部分安置在上述壳体的外侧。
12．根据权利要求11所述的富氧产气装置，其特征在于上述磁通量强化芯有向着各自端部直径缩小的相对部分。
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