專利名稱：具有供氧功能的汽車空車凈化裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及具有供氧功能的空氣凈化裝置，具體涉及在室內(nèi)空調(diào)器和汽車中使用的供氧機和空氣凈化裝置。
背景技術：
本領域熟練技術人員清楚地知道向汽車旅客車廂供氧的傳統(tǒng)過程包括使用如沸石之類吸附劑的變壓吸附(pressure swing adsorption)(PSA)方法和使用氣體分離膜方法。采用PSA方法供氧純度為80％或更高的富氧空氣，而采用氣體分離膜方法則供氧純度相對較低的富氧空氣為30％或更高。氣體分離膜方法通常需要的壓力比PSA方法所需的壓力要高。
但是，這些使用壓縮空氣把氧氣從空氣中分離出來的常規(guī)方法是有缺點的當經(jīng)空氣壓縮機壓縮的高溫和高壓氣體與相對較冷的室內(nèi)空氣接觸時，發(fā)生水汽凝結現(xiàn)象，通常PSA方法中所用的吸附劑，如人造沸石因水汽冷凝而受潮，降低了氧氣分離效率。而氣體分離膜方法也有缺點與PSA方法一樣，氧氣分離效率因濕氣而降低，在使用長壽命的油潤滑型空氣壓縮機場合，空氣壓縮機中的潤滑劑與壓縮空氣混合；而非潤滑型空氣壓縮機情況，空壓縮機壽命縮短，空氣壓縮受到限制，空氣壓縮機的溫度過高。至于使用汽車電源的電動機型壓縮機情況，功率消耗大。
換言之，在變壓吸附法情況，空氣被壓縮到2至4個大氣壓、隨后通向吸附床，在吸附床中被吸附劑吸附的氮氣在大氣壓力下解吸。這種使用空氣壓縮機的常規(guī)方法在汽車中應用存在嚴重的噪聲污染、使用壽命短和能耗大等缺點。
用于汽車的傳統(tǒng)供氧機是一種抽吸環(huán)境空氣，從空氣中分離出少量的氧氣，然后把氧氣通入汽車中的裝置。并且凈化車內(nèi)空氣需要一個單獨的空氣凈化裝置。
不用空氣壓縮機，采用真空泵產(chǎn)生壓差和使用吸附劑產(chǎn)生富氧空氣的真空擺動吸附(vacuum swing adsorption)(VSA)方法已經(jīng)長期用來大量生產(chǎn)富氧空氣，該生產(chǎn)過程中在大氣壓力下，空氣通過吸附床，利用吸附床層產(chǎn)生的真空把吸附床層吸附的氮氣解吸出來。VSA方法的優(yōu)點是降低了噪聲污染，避免了在用油潤滑設備情況下采用PSA方法所存在的缺點。但是，VSA方法不能用于小規(guī)模的氧氣生產(chǎn)，只適用于大規(guī)模的商業(yè)用制氧生產(chǎn)。至于用于小規(guī)模制氧過程，要聯(lián)合使用VPS方法和PSA方法，也就是說，以VPSA聯(lián)用的形式來提高富氧空氣的生產(chǎn)率和純度。用于大樓中央真空管道上的這種VPSA聯(lián)用方法的一個范例揭示于朝鮮實用新型注冊No.20-0219405，美國專利No.5,370,728對VPSA方法也有闡述。此外，美國專利No.5,266,102和美國專利No.5,656,067都提出一種改進的VSA方法。
VPS方法和PSA方法聯(lián)合使用的理由是提高了氧氣分離效率和獲得高純度的氧氣。據(jù)報道，當空氣中氧氣純度高于大氣中氧氣1％純度時，人們清新振作，但氧氣純度為90％或更高時，對人非但無好處，反而有害。普通PSA氧氣分離器產(chǎn)生純度為80％或更高的高純氧氣，故直接使用普通的PSA氧氣分離器可引起諸如火災、氧氣中毒等問題。所以宜采用產(chǎn)生純度相對較低的氧氣的氣體分離模法或產(chǎn)生最大量的低純度氧氣的改良型PSA方法代替生產(chǎn)諸如醫(yī)用氧氣類高純度氧氣的常規(guī)PSA方法，來從空氣分離氧氣。此外，已經(jīng)大規(guī)模申請使用的VSA方法應用到小規(guī)模的氧氣分離過程中時，考慮到低純度氧氣的產(chǎn)生、VSA方法可能較適用于汽車。
為此，本發(fā)明一直關注于現(xiàn)有技術領域中存在的上述缺點，并按照VSA方法，PSA方法提供一種具有供氧功能的空氣凈化裝置，在該裝置里，使用汽車真空源或真空泵、或由汽車發(fā)動機驅(qū)動的油潤滑型真空設備，從空氣中產(chǎn)出富氧空氣。真空泵抽吸汽車內(nèi)空氣，吸進的空氣被集塵器或如活性炭之類的過濾器凈化，通過如沸石之類的吸附劑從空氣中產(chǎn)出富氧空氣，隨之將它供入汽車旅客車廂。如上所述，如果僅用VSA方法從空氣中產(chǎn)出富氧空氣，氧氣分離效率相當?shù)汀Ｋ猿２捎寐?lián)合VSA法和PSA法的VPSA方法。然而，由于汽車使用空氣壓縮機帶來各種缺點，所以根據(jù)本發(fā)明的空氣凈化裝置是基于僅用真空的VSA方法。因為采用真空擺動法運行空氣凈化裝置不會產(chǎn)出高純度氧氣，所以能更好地向汽車內(nèi)提供一種不會對人健康有害的氧氣濃度的空氣。
根據(jù)本發(fā)明，通過抽吸汽車內(nèi)空氣、凈化空氣、隨后向汽車內(nèi)供入具有要求氧氣濃度的凈化空氣保持空氣具有要求的氧氣濃度，汽車司機和旅客都感到清新振作。
此外，本發(fā)明提供一種通過吸附劑從空氣中分離出氧氣的方法，包括使用真空泵釋放吸附在如沸石之類吸附劑中的氮氣和把汽車內(nèi)空氣抽吸進入處于真空狀態(tài)下的吸附床的步驟。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一個目的是向室內(nèi)或車內(nèi)提供連同凈化空氣一起的氧氣。
本發(fā)明第兩個目的是為汽車提供具有供氧功能的空氣凈化裝置，它抽吸汽車內(nèi)空氣、產(chǎn)出具有要求氧氣濃度的空氣、然后讓產(chǎn)出的空氣通過集塵器、沸石、活性炭、抗微生物過濾器、負離子發(fā)生器和香氣發(fā)生器等裝置、讓汽車駕乘人員感到清新振作。
本發(fā)明第三個目的是防止由于熱的壓縮空氣通過空氣壓縮機與冷的環(huán)境空氣接觸時而出現(xiàn)蒸氣冷凝現(xiàn)象，導致的如沸石類吸附劑吸潮。
本發(fā)明第四個目的是利用真空泵低壓和大氣壓之間的壓差來防止?jié)櫥瑒┰谑褂糜蜐櫥涂諝鈮嚎s機提高其耐久性過程中包含壓縮空氣。
本發(fā)明第五個目的是提供供氧機用的油循環(huán)真空泵，它由汽車發(fā)動機驅(qū)動，具有噪聲低、使用壽命長和流量大等優(yōu)點。
本發(fā)明第六個目的是避免常規(guī)變壓吸附方法的缺點，如省略高壓安全設備、壓力控制器和潮濕分離器存在的震動和噪音。
本發(fā)明第七個目的是在汽車內(nèi)采用真空擺動吸附法來避免變壓吸附法的缺點。
本發(fā)明第八個目的是提供一種向單一真空源的吸附床供入空氣和從吸附床釋放富氧空氣的裝置。
附圖簡述由結合附圖的詳細說明，我們將更清晰地理解本發(fā)明的上述目的和其它的目的、特點和其它一些優(yōu)點，其中

圖1為工藝流程圖，圖解說明根據(jù)本發(fā)明為汽車設計的具有供氧功能的空氣凈化裝置。
發(fā)明詳細說明在本發(fā)明的基礎上，通過在室內(nèi)空調(diào)器或汽車內(nèi)配置具有供氧功能的空氣凈裝置，完成本發(fā)明目標，空氣凈化裝置包括去除車內(nèi)空氣雜質(zhì)、細菌和臭味的空氣過濾器，以預定真空度抽吸通過空氣過濾器的空氣的真空泵，含有吸附劑并能用真空泵從空氣中吸附大部分的氮氣從而提高氧氣濃度的吸附床，改善吸附床的氮氣解吸效率的分流量控制管，使供氧通過吸附劑向一個方向流動第一止回閥，貯存流過止回閥的氧氣的氧氣貯罐，把氧氣貯罐中貯存的氧氣供入車內(nèi)的泵設備，氧氣貯罐中氧氣釋放后保持罐內(nèi)真空狀態(tài)的第二止回閥、交替提供吸附床真空和常壓狀態(tài)的閥門設備，連同凈化氧氣一起向車內(nèi)供入香氣的香氣發(fā)生器，或者改善車內(nèi)空氣質(zhì)量的負離子發(fā)生器、控制器和測定氧氣含量的氧傳感器。
對汽車情況，最好使用由汽車發(fā)動機驅(qū)動的真空泵，也可以與進氣岐管部件配合使用，或可以單獨使用進氣岐管部件為作真空泵?？梢詥为毷褂眯⌒驼婵毡没蚩梢允褂眯⌒凸娘L機把常壓狀態(tài)下的氧氣送進貯氧罐。根據(jù)本發(fā)明實施方案，當使用兩個吸附床時，最好采用簡單的彈簧和隔膜以便利用真空設備產(chǎn)生的真空，或可以使用氣缸中的彈簧和活塞組合件。
另外，吸氣和釋放步驟所構成一個循環(huán)的長短取決于真空泵的容量和吸附床的大小。所以，當使用兩個吸附床時，采用最佳單獨真空泵或與汽車發(fā)動機相連的真空泵能在一秒鐘之內(nèi)完成吸氣和釋放步驟。此時真空泵直接與汽車發(fā)動機的曲軸或帶輪相連。從本發(fā)明空氣凈化裝置上所作的試驗來看，發(fā)現(xiàn)通過針對小型吸附床(長20cm，內(nèi)徑2.5cm或更小)內(nèi)的吸附劑優(yōu)化真空泵循環(huán)周期，整個循環(huán)時間小于5秒鐘，能產(chǎn)出大量純度為25-35％的氧氣。換言之，我們發(fā)現(xiàn)，根據(jù)普通的PSA方法所產(chǎn)出的氧氣純度低、但它的生產(chǎn)率并不降低。
此外，少量的氧氣通過設置在吸附床上的氧氣旁道分流，以去除空氣中的氮氣，從而使氧氣純度提高3％或更多。
首先凈化車內(nèi)吸附的空氣的過濾器可包括空氣過濾器、集塵器、去除臭味的活性炭和根據(jù)需要配置的抗微生物過濾器。不用說，因汽車不完全氣密，抽吸車內(nèi)空氣引起車外空氣被吸進。與供氧器吸附車外空氣再向車內(nèi)供入富氧空氣的使用情況是一樣的。所以，從理論上說，通過本發(fā)明裝置從車內(nèi)抽吸空氣和向車內(nèi)供入富氧的空氣之間的壓差，促使附加的外部空氣流進車內(nèi)，最好是抽吸車內(nèi)空氣的同時達到空氣凈化和氧氣富集的目的。
而且，當貯氧罐和氧氣輸送泵狀態(tài)不是最佳時，空氣凈化裝置還可以包括流量控制閥。該裝置可以與貯氧罐、氧氣輸送泵逐個提供或合用同一真空源與它們配套集中提供。
另外，把吸附劑提供的氧氣以一個方向流動的止回閥與吸附劑和貯氧罐相連接。此時，如果用電動閥代替止回閥的話，氧氣純度可用控制器來控制。
各具有三個出口的兩個2通電磁閥或各具有五個出口的一個2通電磁閥可以用作閥設備用，但如果在預定時間間隔，通過重復實施二類真空-抽吸步驟，把通道相互連接的馬達回轉(zhuǎn)閥當作閥設備用，釋放氧氣的泵設備可通過使用一只回轉(zhuǎn)閥另外控制，則裝置的缺點如噪音和耐久性差都可避免。
又，當使用馬達回轉(zhuǎn)閥時，控制器可省略，但裝置最好包括控制器進行自我檢測和自動控制。
特別是本發(fā)明的特征是利用汽車進氣岐管部件內(nèi)的真空壓力，而不需要單獨配置真空泵。汽車進氣岐管部件里的真空壓力為260毫巴或更低，故能起真空泵設備作用。
現(xiàn)在參考附圖、凡是相同或類似構件在所有附圖中標明的數(shù)字號碼是一致的。圖1為流程圖說明本發(fā)明具有供氧功能的空氣凈化裝置。
參照圖1，該裝置包括安裝在車內(nèi)或室內(nèi)空調(diào)器上過濾掉車內(nèi)或室內(nèi)空氣中雜質(zhì)的空氣過濾器1，在預定真空度狀態(tài)下通過空氣過濾器的吸氣口抽吸空氣的真空泵2，與真空泵2連接保持要求的真空壓力的真空罐5，將真空壓力變換成大氣壓力的閥門6至9，內(nèi)有吸附氧氣的吸附劑并讓車內(nèi)空氣中的氧組分通過的吸附床10和11，在吸附床之間起氧氣通道作用的分流控制閥31，使吸附床提供的氧氣以一個方向流動的止回閥12和13，收集富氧空氣氧氣罐16和17。彈簧25或27和隔膜26或28安裝在氧氣罐上，利用真空泵2的真空壓力把氧氣從氧氣罐送入車內(nèi)，起到氧氣釋放泵的作用。和現(xiàn)有技術一樣，使用另一個真空泵，釋放氧氣罐中儲存的氧氣?？諝鈨艋b置還可包括止回閥14和15，使貯存在氧氣罐中的氧氣以一個方向流動，通過止回閥14和15的富氧空氣經(jīng)釋放艙21流進車內(nèi)。當真空泵單獨用來釋放氧氣時，不需要連接氧氣罐16或17至閥門的通道。當空氣凈化裝置產(chǎn)生足夠的真空壓力時，真空罐5可以省略，如在用單獨的真空泵釋放氧氣時，從氧氣罐釋放的氧氣流量不需要恒定，氧氣罐16或17可有選擇地省略。本發(fā)明所用的閥門6至9選自電磁閥和馬達驅(qū)動回轉(zhuǎn)閥。釋放艙21有選擇地裝備負離子發(fā)生器18或香氣發(fā)生器19，氧氣罐中的氧氣通過它們釋放。通過負離子發(fā)生器18或香氣發(fā)生器19的氧氣經(jīng)導管20釋放到汽車內(nèi)部25，從而改善汽車內(nèi)部氣氛。
此外，為測量車內(nèi)空氣中氧氣含量，空氣凈化裝置有選擇地包括安置在汽車中的氧傳感器23和根據(jù)所測的氧含量控制氧傳感器23的控制器22。此時，控制器22可根據(jù)用戶的要求作為部件提供。
具有供氧功能的空氣凈化裝置的操作方法說明如下用真空泵2把空氣吸入車內(nèi)，經(jīng)過空氣過濾器1和兩個吸附床10、11，兩個吸附床各自按照真空和吸氣循環(huán)相互交替運作，使一個吸附床與另一吸附床逆向操作。本領域的技術人員會懂得使用兩個吸附床可以使空氣凈化裝置連續(xù)運轉(zhuǎn)，也可擴建多床系統(tǒng)來縮短抽吸周期。
詳細的吸附床操作說明如下假設第一個吸附床10處在釋放空氣狀態(tài)中，而第兩個吸附床11處在吸氣狀態(tài)中。
當汽車進氣岐管部件24造成的真空低壓和真空泵2產(chǎn)生的交替真空壓力均比真空罐5的壓力更低時，空氣通過止回閥3或4從真空罐5中吸出，以穩(wěn)定保持真空罐5中的真空度。
當閥門6和9打開，另外兩個閥門7和8關閉時，由于真空罐5處于低壓，造成第一吸附床10中的壓力降低，于是第一吸附床10中吸附劑所吸附的氮氣釋放到真空罐5中，允許第二吸附床11中分離出來的少量氧氣流入第一吸附床10，從而有助于氮氣解吸。另一方面，當空氣穿過空氣過濾器1流進第二吸附床11時，第二吸附床進行吸附過程。當閥門9打開時，第一個氧氣罐16內(nèi)部處在常壓狀態(tài)，第一個氧氣罐16中的彈簧下壓把隔膜26降至圖1所示的狀態(tài)。氧氣罐中氧氣通過止回閥14，并可以穿過負離子發(fā)生器18或香氣發(fā)生器19進入車內(nèi)。
同時，當閥門6打開時，第二氧氣罐17處于真空狀態(tài)，則第二氧氣罐17中的隔膜28上升，以貯存由第二吸附床11提供的富氧空氣。如上所述，氧氣罐16和17的作用象泵，通過單獨使用小型真空泵或小型鼓風機來釋放富氧空氣。此時不需要連接氧氣罐至閥門的通道。
換言之，重復上述步驟，吸附床10和11反復進行吸氣和釋放過程而連續(xù)產(chǎn)生富氧空氣。考慮到真空泵的功率和氧氣生產(chǎn)率、許多吸附床能夠相互并聯(lián)。
所以，本發(fā)明的空氣凈化裝置優(yōu)點在于該裝置抽吸車內(nèi)空氣來產(chǎn)生富氧空氣，并使富氧空氣穿過集塵器、如沸石和活性炭之類吸附劑、負離子發(fā)生器和香氣發(fā)生器等設施，讓車輛駕乘人員感到清新振作。
空氣凈化裝置防止司機因困倦或氧氣不足而引起的車禍。
本發(fā)明供氧機的優(yōu)點是與使用空氣壓縮機時不同，由于利用常壓和真空而不會產(chǎn)生熱量，因此不需要單獨的冷卻設備，消除水汽凝結和噪音。
此外，本發(fā)明避免了油潤滑型泵的缺點，也就是說，利用真空泵產(chǎn)生的真空壓力和大氣壓力之間的壓差，恰好從車內(nèi)抽吸空氣，避免來自空氣對潤滑劑的污染。
同時，本發(fā)明能提供一種同汽車發(fā)動機驅(qū)動的油循環(huán)真空泵供氧機，具有噪音低、使用壽命長和流量大等優(yōu)點。
此外，本發(fā)明不需要高壓安全設備、壓力控制器和水氣分離器，避免了普通PSA方法所具的缺點如振動和噪音等。
此外，本發(fā)明的優(yōu)點在于，防止了在使用空調(diào)器附帶供氧機場合，當通過空氣壓縮機的熱壓縮空氣與冷的環(huán)境空氣接觸時蒸汽冷凝而引起的吸附劑吸潮，因為只使用真空進行空氣凈化和氧氣產(chǎn)出，所以改進了空氣凈化裝置的品質(zhì)因數(shù)。
此外，由汽車發(fā)動機驅(qū)動的油循環(huán)型真空泵使用壽命長能用作供氧機的真空泵。
此外，只利用常壓和真空壓力可省略普通PSA方法所必需的高壓安全設備、壓力控制器和水汽分離器，因此提供的空氣凈化裝置具有簡單、輕巧、噪音低和半永久性期望壽命等優(yōu)點。
本發(fā)明以說明的方式進行了闡述，應理解，專用名詞僅用于描述不構成限制。按照上面揭示的內(nèi)容可以對本發(fā)明進行各種修改和變動。因此應理解在后附的權利要求書范圍內(nèi)，本發(fā)明不需要詳細說明就可以實施。
權利要求
1.具有供氧功能的汽車空氣凈化裝置，該裝置有一個抽吸車內(nèi)空氣的抽吸口和一個釋放空氣進入車內(nèi)的出氣口，以及連接抽吸口與出氣口的通道，所述裝置包括鄰近抽吸口的空氣過濾器，抽吸車內(nèi)空氣，以去除空氣中雜質(zhì)；真空泵設備，用于抽吸汽車內(nèi)空氣；兩個吸附床，與空氣過濾器連接，用于分離空氣中氧氣，所述吸附床各包含主要從空氣中吸附氮氣的吸附劑；旁通管道設備，與吸附床相互連接，允許富氧空氣從一個吸附床流向另一個吸附床；輔助泵設備，以從吸附床中釋放富氧空氣；止回閥，連接到各吸附床和輔助泵設備，允許富氧空氣僅從吸附床流向泵設備；閥門設備，安裝在管道上，連接到兩個吸附床、真空泵設備和空氣過濾器，允許在每一個吸附床上交替施加真空和常壓；其特征在于上述真空泵設備直接安裝在汽車上，由發(fā)動機驅(qū)動，每一個吸附床把從車內(nèi)抽吸的空氣轉(zhuǎn)化為富氧空氣，用輔助泵設備把富氧空氣送進車內(nèi)，根據(jù)真空擺動吸附方法，利用閥門設備來控制管道，利用真空泵設備產(chǎn)生的真空壓力，對每一個吸附床交替施加真空和常壓，將從車內(nèi)抽吸的空氣轉(zhuǎn)變?yōu)楦谎蹩諝狻?br> 2.如權利要求1所述的空氣凈化裝置，其特征在于，所述裝置還包括與輔助泵設備和止回閥連接的氧氣罐，貯存從每一個吸附床供入的富氧空氣。
3.如權利要求1所述的空氣凈化裝置，其特征在于，所述裝置還包括一個保持真空的真空罐，它與閥門設備和真空泵設備連接。
4.如權利要求2或3所述的空氣凈化裝置，其特征在于，所述真空泵設備包括汽車進氣岐管部件。
5.如權利要求4所述的空氣凈化裝置，其特征在于，包括一個獨立的輔助真空泵，所述汽車進氣岐管部件主要起真空泵設備的作用，所述獨立的輔助真空泵對空氣凈化裝置提供額外的真空。
6.如權利要求4所述的空氣凈化裝置，其特征在于，所述裝置還包括車內(nèi)配置的氧傳感器和控制器，所述氧傳感器測量車內(nèi)氧氣濃度，所述控制器根據(jù)測出的氧氣濃度值來調(diào)節(jié)氧氣的產(chǎn)量。
7.如權利要求4所述的空氣凈化裝置，其特征在于，所述裝置還包括在氧氣釋放部件上的香氣發(fā)生器或負離子發(fā)生器，向車內(nèi)釋放富氧空氣讓駕乘人員感到舒適。
8.如權利要求2或3所述的空氣凈化裝置，其特征在于，真空泵設備包括油潤滑型真空泵，所述真空泵直接與發(fā)動機曲軸或帶輪連接。
9.如權利要求2所述的空氣凈化裝置，其特征在于，氧氣罐通過安裝在其內(nèi)的彈簧和隔膜釋放富氧空氣，上述彈簧和隔膜由真空泵設備提供的真空壓力操作。
10.如權利要求4所述的空氣凈化裝置，其特征在于，控制管道的閥門設備是一種用馬達驅(qū)動的回轉(zhuǎn)閥。
11.如權利要求4所述的空氣凈化裝置，其特征在于，釋放富氧空氣的輔助泵設備是一個用馬達驅(qū)動的小型真空泵。
全文摘要
本發(fā)明公開一種具有供氧功能的空氣凈化裝置，其中，汽車內(nèi)空氣用真空泵抽吸，并用集塵器或吸附劑(如活性炭和沸石之類)凈化，進而在空氣中富集氧氣，隨之把富氧空氣供入汽車內(nèi)?？諝鈨艋b置根據(jù)VSA(真空擺動吸附)方法，利用吸附床中壓力和大氣壓力之間壓差，用真空泵將吸附在吸附劑中的氮氣釋放出來，使空氣氧含量增加?？諝鈨艋b置包括空氣過濾器，去除用真空泵抽吸汽車內(nèi)空氣中的雜質(zhì)的吸附劑，通過空氣過濾器吸附空氣中的氮氣，讓氧氣通過；氧氣罐，貯存由吸附劑提供的氧氣和用真空釋放的氧氣；和負離子發(fā)生器或香氣發(fā)生器。
文檔編號B60H3/06GK1539663SQ0312227
公開日2004年10月27日 申請日期2003年4月25日 優(yōu)先權日2003年4月25日
發(fā)明者金吾寧 申請人:數(shù)字汽車株式會社