CN1220002C - 带有富氧装置的空调 - Google Patents

Abstract

一种空调器包括：一个富氧空气分离器(320)，用于将室外空气分离成富氧空气和富氮空气；一个富氧空气供应装置，用于将富氧空气供应到室内机组(100)。富氧空气分离器有一个主体(110)；一个排出口，其通过输送管连接到室内机组；一个富氮空气排出口(116)，用于排出富氮空气；及一个压力维持部件，用于维持与富氮空气排出口相通的第一空间和与富氧空气排出口相通的第二空间之间的压力差高于一个预定的水平。

Description

带有富氧装置的空调

技术领域

本发明涉及一种空调，特别是涉及一种带有一个富氧装置、能向室内提供富氧空气的空调。

背景技术

正如空调被广泛的运用一样，其使用多是在封闭的房间里。然而，当房间长时间处于封闭状态时会对人产生如呼吸困难，头痛，记忆力减退等许多负面的影响。

为了解决上述问题，可向室内提供氧气的富氧空气分离系统已被开发。一般情况下，富氧空气分离系统使用对氧气有选择性通透性的分离膜。图1所示是一个传统的富氧空气分离器。

如图1所示，富氧空气分离器包括一个中空的主体10和安装在主体10内的数个圆柱形分离膜20。主体10内部被分离膜20分成两个空间11a和11b。由于第一空间11a和第二空间11b的压差作用，输入到第一空间11a的空气渗透过分离膜20传送到第二空间11b。由于分离膜对氧气有较高的选择性渗透性，传送到第二空间11b的空气变得具有较高氧气浓度，范围从大约30％到45％(即后面所指的富氧空气)。同时，留在第一空间11a内的空气(即指由于空气中的氮浓度相对较高而被称为的富氮空气)通过预先布在主体10一端的富氮空气出口17被排出。

然而，这种传统的富氧空气分离器有一个缺点，当富氮空气，即氧气被分离后留下的空气被排出时会产生很大的噪音。这可能是因为富氮空气出口是一个开放的端口。

此外，由于分离膜对氧气的选择性渗透性对温度变化敏感，当冬天温度低时，性能迅速恶化。所以在冬天富氧空气分离器的效率大大降低。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种能维持第一和第二空间较大压力差的富氧空气分离器。

本发明的另一个目的是提供一种富氧空气分离器，其分离膜对氧气有良好的选择性渗透性而与外界温度无关。

依据本发明的一个方面，本发明提供了一种空调，包括一个室外机组，其带有一个室外热交换器，用于在热交换介质和外部空气之间进行热交换；一个室内机组，其带有一个室内热交换器，用于在室内空气和热交换介质间进行热交换；一个富氧空气供应装置，包括：一个空气压缩机，用于提供压缩空气，一个富氧空气分离器，用于将压缩空气分离为富氧空气和富氮空气；一个输送管，用于输送由富氧空气分离器提供的富氧空气到室内机组。其中，所述富氧空气分离器包括一个主体；一个富氧空气排出口，通过输送管排出富氧空气；一个富氮空气排出口，用于将富氮空气排放到大气中；分离膜，用于将压缩空气分离成富氧空气和富氮空气，所述主体内部被分成与富氮空气排出口相连通的第一空间和与富氧空气排出口相连通的第二空间；一个压力维持部件，用于维持第一和第二空间的压差大于预定的水平。

根据本发明的另一个方面，本发明提供了一种空调，包括一个室外机组，其带有一个室外热交换器，用于在热交换介质和外部空气间进行热交换；一个室内机组，其带有一个室内热交换器，用于在室内空气和热交换介质之间进行热交换；一个富氧空气供应装置，包括：一个空气压缩机，用于提供压缩空气，一个富氧空气分离器，用于将压缩空气分离为富氧空气和富氮空气；一个输送管，用于输送富氧空气分离器提供的富氧空气到室内机组。其中，所述富氧空气分离器包括：一个主体；一个通过输送管连接到室内机组的富氧空气排出口；一个富氮空气排出口，用于将富氮空气排出到外部；和分离膜，用于将压缩空气分离成富氧空气和富氮空气，所述主体的内部被分离成与富氮空气排出口相连通的第一空间和与富氧空气排出口相连通的第二空间；和一个加热装置，用于将分离膜加热到预定的温度以提高分离膜对氧气的选择性渗透性。

附图说明

本发明的上述及其它目的和特征将在下面结合附图的实施例说明中体现出来。

图1为传统空调的剖视图。

图2为根据本发明的空调的透视图。

图3为根据本发明第一个实施例的富氧空气供应装置示意图。

图4为根据本发明第一个实施例的富氧空气供应装置的横向剖视图。

图5为根据本发明第二个实施例的富氧空气供应装置的横向剖视图。

图6为根据本发明第三个实施例所述的富氧空气分离器示意图。

最佳实施例描述

如图2所示，本发明的空调包括一个室内机组100，一个室外机组200和一个富氧空气供应装置。

图3所示为图2中的富氧空气供应装置示意图。

图2和图3所示的富氧空气供应装置包括一个空气压缩机310，一个富氧空气分离器320，第一和第二过滤组件330和340，一个消声器350，一个氧气传感器360和一个控制部件(图中未示出)。

空气压缩机310安装在室外机组200的一端，用来压缩从外部进入的空气。

富氧空气分离器320具有一个进气口，两个出气口和设置在内部的分离膜。富氧空气分离器320的进气口和空气压缩机310相连通，富氧空气分离器320的两个出气口中的一个是富氮空气排出口326，另一个是富氧空气排出口。所述富氮空气排出口连通到室外，富氧空气排出口通过富氧空气导管304连通到室内。此外，分离膜对氧气有较好的选择性渗透性，例如最好用聚酰亚胺制成。但是制造分离膜的材料不仅限于聚酰亚胺，其它对氧气有较好的选择渗透性的材料都可以，如三醋酸基，polyculfone，聚烯烃等材料。

第一和第二过滤组件330和340设置在位于空气压缩机310和富氧空气分离器320之间的连接管302内，去除由空气压缩机310产生的压缩空气中的杂质。此外，第一过滤组件330消除了由空气压缩机310产生的压缩空气的脉动力，第二过滤组件340除去来自压缩空气的冷凝水并通过安装在其中的排泄阀342排出冷凝水。

消声器350内堆叠了大量的降低噪音的材料，其安装在靠近空气压缩机310的吸入端，以降低当外部空气被吸入空气压缩机时产生的噪音。优选的方式是消声器350也可以去除空气中的杂质。

设置于室内机组一端的氧气传感器360测量室内氧气的浓度，将氧气浓度估计值输入到控制部件。

控制部件通过氧气传感器360输入的氧气浓度控制空气压缩机310的开关以控制富氧空气供应装置可使室内环境维持在一个适度状态。同时，控制部件也控制空调的室内机组和室外机组全部操作。

同时，一个二氧化碳传感器可替代氧气传感器或连同氧气传感器360一起使用。此外，一氧化碳传感器，氧化氮传感器或氧化硫传感器可依据室内的环境不依赖于氧气传感器而被使用。更进一步的是，除这些传感器以外，可以使用一个定时器，所述控制部件可以在使用者设置的一段时间之内控制空气压缩机工作。

当富氧空气供应功能被选择为手工操作模式时，富氧空气供应装置开始工作。另一方面，在一个自动操作模式中，当氧气传感器检测到房间内氧气浓度低于预定标准时，控制部件开始启动富氧空气供应装置。

空气压缩机310的运行启动富氧空气供应。从室外吸入的空气通过消声器350后被压缩机310压缩。当被吸入的空气通过预先设置在消声器350内的噪音降低材料时，因空气被吸入压缩机所产生的噪音被大大降低。此外，当空气通过消声器350时，被吸入空气中的杂质也被去除。去除杂质后的空气在较高温度和较大压力下被空气压缩机310压缩。之后，压缩空气进入连接管302到达富氧空气分离器320。当压缩空气通过连接管302时，安装在空气压缩机310和富氧空气分离器320之间的第一和第二过滤组件330和340分别将压缩空气中的杂质和冷凝水去除。

富氧空气分离器通过设置在内部的对氧气有选择性渗透性的分离膜将进入其中的空气分离为比普通空气氧浓度高的富氧空气和比普通空气氧浓度低的富氮空气。富氧空气中的氧浓度范围大约为30％到45％。然而，通过改变吸入到富氧空气分离器320中压缩空气的压力和流速或通过串联安装两个或更多富氧空气分离器，富氧空气的氧浓度可被提高到50％。

分离出的富氧空气通过连接在富氧空气出口端的富氧空气进入管304进入空调的室内机组100，并通过预先设置在富氧空气进入管304一端的一个富氧空气排出口305排放到室内。另一方面，分离出的富氮空气通过富氮空气排出口326排出到室外。

如果富氧空气不断供应到房间内以致传感器360测量到的氧气浓度达到或高于预定水平，如大约为22％到23％(或者当二氧化碳传感器测量二氧化碳的浓度为18％或更低)，或者手工操作输入一个停止信号时，控制部件通过使空气压缩机310停止工作而切断富氧空气的供应。

图4示出了本发明第一个实施例的富氧空气分离器。

所述富氧空气分离器包括：一个主体110；分离膜120和一个压力维持部件。主体110是一个中空圆筒形部件，数个分离膜通过一对支撑分隔件112设置在主体110内，所述分离膜是其两端开口的圆柱形管。分离膜120由对氧气比对空气中的其它成份有较高选择性渗透性的材料制成，如：聚酰亚胺。主体110内部被支撑分隔件112和分离膜120分成第一空间111a，其与分离膜120内部相连通，和第二空间111b，其连通着分离膜120外部。

主体110的一个进气口114和富氮空气出口117与第一空间111a相连通，而富氧空气出口116与第二空间111b相连通。这里所用的压力维持部件是一个窄管130，其设置在富氮空气出口117端，最好是以螺旋形盘绕方式安装。

空气通过进气口114进入富氧空气分离器后，部分压缩空气透过分离膜120从第一空间111a进入到第二空间111b，余下的空气通过预先设置在富氮空气出口117的窄管130排出。由于通过窄管130的富氮空气受到一个较高的流动阻力，因此富氮空气的排出速度和排放压力总能维持在一个预定水平。

所以，进入到第一空间111a的空气不可能像传统的空调一样以较高的速度通过富氮空气出口117被排出到外部，以致于第一空间111a和第二空间111b的压力差可被维持在高于预定的范围，富氧空气的分选过程的效率可大大提高。此外，通过窄管130排出到外部的富氮空气和室外大气的压差可通过调节窄管130的长度减小。因此富氮空气被排出时产生的噪音可被降低。

图5示出本发明第二实施例的富氧空气分离器。

本发明第二个实施例所示的富氧空气分离器与图2中所示的第一个实施例相比，除第二个实施例中富氧空气分离器的压力维持装置是用一个阀130’代替在第一个实施例中的窄管130外，具有相同的结构。

阀130’通过有规律地维持富氮空气出口117内气流通道横截面面积控制通过富氮空气出口117排出空气的排放速度到较小。因此，如第一个实施例中的相同效果可以获得。此外，可以通过控制阀130’的开启调节富氮空气的排放速度和排放压力。

如图6所示，为依据本发明第三个实施例的富氧空气分离器。

富氧空气分离器包括一个主体110，分离膜120和一个带有加热线圈132的加热部件130，一个电源开关(图中未示出)，一个温度传感器134和一个外壳136。所述加热部件130以缠绕方式安装在主体110外部。加热线圈132绕置在主体110周围，并通过电源开关连接电源。优选的方式是加热线圈132在主体110外表面螺旋式盘绕。温度传感器可安装在主体110的第一空间111a或第二空间111b。依靠温度传感器134测量的温度，电源开关对加热线圈132通电或断电。主体110和围绕在主体110外部的加热线圈132设置在外壳136内以防止热线圈132曝露在外部。

如果温度传感器134测量主体110内的温度超过参考值，如10℃，电源开关维持在一个关闭状态。然而，如果主体110内的温度测得在参考值以下，电源开关开启使加热线圈132通电。而后，加热线圈132加热主体110和安装在主体110内的分离膜120。如果分离膜120被全部加热到显示对氧气有选择性渗透性时，例如主体的温度达到大约60℃，电源开关又处于关闭状态。因此，无论外界温度如何，依据本发明所述的富氧空气分离器都能有效地向室内提供氧气。

尽管参照前面的最佳实施例对本发明已作了描述，但在本领域内应理解为凡没有脱离本发明精神和范围的任何变化或形式的改进均应限定在权利要求书的范围内。

Claims (12)

1.一种空调器包括：

一个室外机组，其带有一个室外热交换器，用于在热交换介质和外部空气之间进行热交换；

一个室内机组，其带有一个室内热交换器，用于在热交换介质和室内空气之间进行热交换；

一个富氧空气供应装置，它包括：一个空气压缩机，用于提供压缩空气；一个富氧空气分离器，用于将压缩空气分离为富氧空气和富氮空气；一个输送管，用于将富氧空气分离器分离出的富氧空气输送到室内机组；

其特征在于，所述富氧空气分离器包括：

一个主体；

一个富氧空气排出口，通过输送管排放富氧空气；

一个富氮空气排出口，将富氮空气排放到大气中；

分离膜，用于将压缩空气分离为富氧空气和富氮空气，所述主体内部被分成第一空间，其与富氮空气排出口相通；第二空间，其与富氧空气排出口相通；和

一个压力维持部件，用于通过升高第一空间中的压力来维持第一和第二空间的压力差高于预定的水平。

2.如权利要求1所述的空调器，其特征在于，压力维持部件是一个从富氮空气排出口延长的底端开放的窄管。

3.如权利要求2所述的空调器，其特征在于，窄管以螺旋式方式盘绕。

4.如权利要求1所述的空调器，其特征在于，压力维持部件是一个安装在富氮空气排出口的阀。

5.如权利要求1所述的空调器，其特征在于，富氧空气供应装置还包括：

第一过滤装置，其安装在空气压缩机和富氧空气分离器之间的连接管内，以去除压缩空气中的杂质和降低压缩空气的脉动压力；

第二过滤装置，其安装在空气压缩机和富氧空气分离器之间的连接管内，以去除杂质和压缩空气产生的冷凝水。

6.如权利要求5所述空调器，其特征在于，第二过滤装置具有一个排泄阀，用于排泄分离出的冷凝水。

7.如权利要求1所述的空调器，其特征在于，富氧空气供应装置还包括：

一个探测室内环境的传感器；和

一个控制部件，其依靠测得的室内环境控制室内机组、室外机组和压缩机的开关。

8.如权利要求7所述空调器，其特征在于，所述传感器是一个氧气传感器，用于测量室内的氧气浓度。

9.如权利要求7所述的空调器，其特征在于，所述传感器是一个二氧化碳传感器，用于测量室内二氧化碳的浓度。

10.如权利要求1所述的空调器，其特征在于，富氧空气供应装置还包括一个消声器，其安装在靠近空气压缩机吸气部分处。

11.一种空调器包括：

一个室外机组，其带有一个室外热交换器，用于在热交换介质和外部空气之间进行热交换；

一个室内机组，其带有一个室内热交换器，用于在热交换介质和室内空气之间进行热交换；和

一个富氧空气供应装置，它包括：一个空气压缩机，用于提供压缩空气；一个富氧空气分选器，用于将压缩空气分离为富氧空气和富氮空气；一个输送管，用于将富氧空气分离器分离出的富氧空气输送到室内机组；

其特征在于，所述富氧空气分离器包括：

一个主体；

一个富氧空气排出口，其通过输送管连接到室内机组；

一个富氮空气排出口，其将富氮空气排放到室外；

分离膜，用于将压缩空气分离为富氧空气和富氮空气，所述主体内部被分成第一空间，其与富氮空气排出口相通；第二空间，其与富氧空气排出口相通；和

一个加热装置，用于将分离膜加热到一个预定的温度以提高分离膜对氧气的选择性渗透性。

12.如权利要求11所述的空调器，其特征在于，所述加热装置包括：

一个缠绕设置于主体的加热线圈；

一个温度感应器，用于探测主体内或主体外的温度；

一个控制加热线圈通电的开关，当温度感应器测得的温度低于第一参考值，所述开关打开，当温度感应器测得的温度超过比第一参考值高的第二参考值时，所述开关关闭。

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