磁場型富氧產氣裝置的制作方法

專利名稱：磁場型富氧產氣裝置的制作方法
技術領域：
本發明是以日本專利申請平成7-294597(1995年10月13日提交)和平成8-263926(1996年10月4日提交)為依據，本專利申請采納了上述申請內容以供參考。
本發明與利用磁場的富氧產氣裝置有關。
眾所周知可利用空氣中氧氣和氮氣對磁敏感度的差異可生產富氧空氣的原理，在這方面，氧氣是聚磁的且有一個約為+106.2×10-6emu/g的磁敏感度而氮氣是疏磁的且有約為-0.43×10-6emu/g的磁敏感度。
為了利用對汽車，燃燒裝置和其它工業裝置的富氧產氣裝置，希望氧的產量大即氧氣量大且能連續供應氧氣，從這方面看，回轉式裝置優于活塞式裝置以及間歇式裝置。
日本專利公開號No.SHO54-49993公開了一種氧、氮分離裝置，在裝置內，轉子可轉動地安置在柱形殼體內，轉子和殼體限定了一個空間，在該空間內產生一個磁通量呈徑向延伸的磁場。當空氣連續地供入空間內時，具有高磁敏感度的氧氣就極化而從空氣中分離，這樣通過一個富氧空氣出口就可采集富氧空氣而通過一富氮空氣出口而采集余下的富氮空氣。
然而，由于所產生的磁通量在上述裝置中的空間中呈徑向方向延伸。為了增加氧的產量，轉子和殼體之間的徑向間隙必須是大的，結果裝置在徑向方向的尺寸就變大。
本發明的目的是提供一種回轉式磁場型富氧產氣裝置，該裝置的尺寸緊湊，特別在裝置的徑向方向很緊湊。
一種為了達到上述目的之本發明的磁場型富氧產氣裝置包括一個殼體，一個轉子和一個磁場發生裝置。轉子可轉動地安置在殼體內并由殼體支撐，轉子和殼體限定一空間，一個在空間軸向方向延伸的軸線穿過空間。磁場發生裝置是一個在空間內產生磁場的裝置，磁場包括一個沿軸向穿過空間的磁通量且在空間的相對兩端產生磁極。在殼體上開有一個空氣入口而一個富氧空氣出口就開在靠近至少磁極之一位置的殼體上，一個富氮空氣出口則開在遠離富氧空氣出口位置的殼體上。
結合附圖，隨著本發明最佳實施例的詳細敘述，本發明的上述目的和其它特點和優點將會更明顯而且更容易理解，其中

圖1是本發明第一實施例的磁場型富氧產氣裝置的剖視圖；圖2是圖1中沿剖面線2-2所取的富氧產氣裝置的剖視圖；圖3是本發明第二實施例的磁場型富氧產氣裝置的剖視圖；圖4是圖3中沿剖面線404所取的富氧產氣裝置的剖視圖；圖5是本發明第三實施例的磁場型富氧產氣裝置的剖視圖；圖6是圖5中沿剖面線6-6所取的富氧產氣裝置的剖視圖；圖7是本發明第四實施例的磁場型富氧產氣裝置的剖視圖；圖8是圖7中沿剖面線8-8所取的富氧產氣裝置的剖視圖；圖9是圖7裝置的殼體一軸向端的端板部分的局部立面圖；圖10是圖7裝置的殼體另一軸向端的端板部分的局部立面圖；圖11是本發明第五實施例的磁場型富氧氣裝置的剖視圖；圖12是本發明第六實施例的磁場型富氧產氣裝置的剖視圖；圖13是圖12中沿剖面線13-13所取的富氧產氣裝置的剖視圖；圖14是本發明裝置加到一內燃機的進氣系統的情況下所示的轉矩特性曲線圖；圖15是一個說明本發明裝置內氧分子和氮分子的磁極化的示意圖。
圖1和圖2說明一個本發明的第一實施例，圖3和圖4說明一個本發明的第二實施例；圖5和6說明一個本發明的第三實施例；圖7到圖10說明一個本發明的第四實施例；圖11說明一個本發明的第五實施例；圖12和圖13說明一個本發明的第六實施例；圖14和圖15可應用到本發明的任何一個實施例。在本發明的全部實施例中，只要是本發明所有實施例的共同部分或相似部分都采用同一標號表示。
首先，對本發明任何實施例的共同和相似結構部分及其操作將參照，例如，圖1，圖2和圖14和圖15進行說明。
如圖1和圖2所示，根據本發明的任一實施例的磁場型富氧產氣裝置包括一個由非磁性材料制成的殼體6和非磁性材料制成的轉子7且可轉動地支撐在殼體6上，轉子7包括一個軸4和若干葉片3，轉子7和殼體6限定一個其間的空間A，該空間有一沿軸向延伸的軸線。該富氧產氣裝置還包括一個以標號2表示的磁場發生裝置，該磁場包括在空間A內軸向延伸的磁通量φ和空間相對兩端所產生磁極S和N，磁通量發生裝置2在空間軸向延伸且包括一個由線圈20，一直流電源或一永久磁鐵構成的電磁鐵。該富氧產氣裝置還包括一個開在殼體6上的空氣入口8，一個富氧空氣出口9開在靠近殼體6軸端部分至少所產生的一個N極和S極的殼體6上而一個富氮空氣出口10開在與所產生的S極和N極軸向間隔開且在產生S極N極之間的部分的殼體內。軸(4)是由一個驅動裝置(例如電動機未示出)來驅動，軸4通過軸承5(例如，一磁流軸承)由殼體6可轉動地支撐，葉片3通過軸4而轉動且如一風機般運轉。磁場發生裝置2包括一個線圈，線圈20接收通過接線柱1來自直流電源的直流電，一個可選擇地使氧從中穿過的聚合物氧分隔膜11設在富氧空氣的出口9。
下文將說明上述共同結構的運轉轉子7由驅動裝置來驅動從而壓縮已引入到空間A的空氣并通過空氣出口9和10排出壓縮空氣。在該實例中，磁場發生裝置2包括一個沿著從左側到右側延伸的軸線以順時針方向繞的線圈，如圖1所示在殼體6和轉子7之間所限定的空間產生一磁通量沿軸向延伸的磁場。
如圖15所示，當聚磁的氧氣在磁場內磁化時，在N極附近，氧分子以S-N的形式極化以便磁吸到N極而在S極附近則氧分子以N-S的形式極化以便磁吸到S極。當疏磁的氮氣在磁場內磁化時，在N極附近，氮分子以N-S的形式極化以便由N極排斥而在S極附近，氮分子以S-N的形式極化以便由S極排斥。
結果，因為氧有一個大的磁感性，空氣中所含的氧引入到殼體6和轉子7之間的空間就被磁化且移向N極或S極，因此靠近S和N極的空間就富氧。再因為氮有一個小的磁敏感性，空氣中所含的氮引入到殼體6和轉子7之間的空間一般就不磁化，即使氮分子被磁化，氮分子也磁化成與氧分子相反的極性因此就從S極和N極斥離，也就是斥離到空間A的軸向中間部分。
結果，富氧空氣有選擇地通過開在靠近N極和/或S極的位置處殼體6的軸向端富氧空氣出口9排出而余下富氮空氣則有選擇地通過開在遠離N極和/或S極位置處殼體6的軸向中間部分的富氮空氣出口10排出。
由于通過磁場的富氧運作以及通過葉片的增壓運作，如圖14所示，與非富氧和非增壓的入口相比則改進了發動機的轉矩。因為上述裝置是回轉型，所以能連續地供應空氣而且向上述裝置供應的空氣量也是大的，再則因為在空間A的軸向延伸所產生的磁通量，故而殼體6和轉子7在其徑向之間不必有一個大的距離，結果，在裝置的徑向方向，尺寸就緊湊。而且因為富氧空氣和富氮空氣各自在空間的軸向隔開一距離，所以就能通過殼體軸端的富氧空氣出口，有效進行有選擇地排出富氧空氣這樣就改進了氧的產量。
現在將說明本發明各實施例獨特的結構部分及其操作。
如圖1和圖2所示的本發明的第一實施例，殼體6有一個空心的圓柱部分和圓柱部分兩相對端的端板而轉子7包括由一單個軸4和若干葉片3組成的風機，該軸承5是由，例如，一磁流體軸承所構成，此磁場發生裝置2包括一個提供直流電流的線圈，該線圈20安置在沿殼體6圓柱部分的內面上。富氧空氣出口9開在殼體6的端板(N極和S極)上而富氮空氣出口10開在殼體6圓柱部分的軸向中間部分(即N極和S極的中央部分)上。
有關本發明第一實施例裝置的操作因為線圈20安置在殼體內因此并不轉動，所以不必設置一個電流收集裝置向線圈20供應電流，結果，供電機構是簡單可靠。
如圖3和圖4所示的本發明的第二實施例，殼體6有一個中空的圓柱部分和圓柱部分兩相對端的端板而轉子7包括一個由單個軸4和若干葉片3組成的風機，軸承5則是由，例如，一個徑向滾珠軸承構成。磁場發生裝置2包括一個直流電流線圈，該線圈20安置在沿轉子7軸4的外表面上，通過一構成電流收集裝置的滑環13和電刷12而供應電流，富氧空氣出口9開在殼體6圓柱部分的軸端部分(N極和S極)而富氮空氣出口10開在殼體6圓柱部分的軸向中間部分(N極和S極之間的一中段)。
本發明第二實施例裝置的一優點，因為殼體6的圓柱部分并未被線圈20所占，就能把空氣入口8和空氣出口9和10設在殼體6的圓柱部分，結果，設計的自由度大了。
如圖5和圖6所示，一個本發明的第三實施例，殼體6有一個截面為橢圓的壁和端板而二個轉子7各有一葫蘆形截面和一轉軸都置于殼體6內以便繞著各自的轉軸而轉動，轉子7可由與任意一個轉子7的軸4相連的驅動裝置14所驅動。磁場發生裝置2是一個沿軸向延伸的永久磁鐵埋置在各轉子7內，各磁鐵的N極都指向同一方向。空氣入口8開在殼體6橢圓形截面壁的一側內而富氧空氣出口9和富氮空氣出口10則開在殼體6橢圓形截面壁的另一側內。
由于上述的結構，本發明裝置的運作如同一個魯茲式鼓風增壓機，一個帶有軸向延伸磁通量的磁場被磁場發生裝置2產生在轉子7和殼體6之間所限定的空間，富氧空氣有選擇地通過安置在靠近N極和/或S極的富氧空氣出口9而流出。通過把該裝置裝到一汽車內燃機的進氣系統從而取得一進氣口的增壓運作和富氧空氣運作，結果如圖14所示，相比非增壓和非富氧的情況，發動機的轉矩特性大大改善。還因為一個永久磁鐵用于磁場發生裝置2所以不需供電未產生磁場。
如圖7到圖10所示的本發明第四實施例，殼體6有一個截面為橢圓的壁和端板而二個轉子7各有一葫蘆形截面和一轉軸都置于殼體6內以便繞著各自的轉軸而轉動，轉子7可由與任意一個轉子7的軸4相連的驅動裝置(未示出)所驅動。各轉子7有相對的部分，它們各有一個開有圓柱孔的放大截面積而帶有一線圈29的磁場發生裝置2安置在沿圓柱孔的表面，各線圈的N極指向同一方向。空氣入口8開在殼體6橢圓形壁的一側而富氧空氣出口9和富氮空氣出口10則開在殼體6橢圓形壁的另一側。
一個包括電刷12和滑環13的電流收集器向線圈20進行供電，如圖9和圖10所示，滑環13安置在一開在殼體6端板上的槽內，直流電從一安置在一端板上的滑環13通過電刷12加到線圈20且再從線圈20加到一個安置在另一端板的滑環13上。
由于上述結構，該裝置運轉如同一個魯茲式鼓風增壓機，磁場發生裝置2在轉子7和殼體6之間限定的空間內產生一個帶有軸向延伸磁通量的磁場。富氧空氣有選擇地通過安置在靠近N極和/或S極的富氧空氣出口9流出，借助把該裝置裝到汽車內燃機內進氣系統，就可達到進氣增壓運行和富氧空氣運行，結果，如圖14所示，相比非增壓和非富氧的情況，發動機的轉矩特性大大地改進。因為線圈用于產生磁場，通過改變電流的大小就很容易改變磁場的強度和氧的產量。
上述增壓器結構有葫蘆形截面的兩個轉子7，可以用下列所述的任一種結構取代之1)一個齒輪泵包括一個具有橢圓形壁的殼體和兩個各有一齒輪形截面的轉子置于殼體內。
2)一個Lysholm壓縮機有一個殼體和兩個回轉螺旋的轉子。
3)一個螺旋型泵有一個殼體和兩個螺旋形轉子。
4)一個可動葉片式壓縮機有一殼體和一轉子，其中葉片可滑動地裝在轉子上。
一個本發明的第五實施例，如圖13所示，殼體6和轉子7之間的空間A包括一個在富氧空氣出口9側的第一容積和在富氮空氣出口10側，大于第一容積的第二容積，轉子7為永久磁化，第一容積有一個比第二容積徑向距離小的轉子7和殼體6之間的徑向距離，更具體地說，殼體6的半徑從富氧空氣出口9側到富氮空氣出口10側是逐漸增加的。一增速裝置15(例如，多個齒輪，一個鏈條或一個皮帶)設一個在軸4和驅動裝置14之間的轉矩傳送件上，一個壓力控制閥16則安置在富氮空氣出口10上。
因為氧和氮在空氣中的含量分別為21％和78％(容積計量)，所以氮約為氧的4倍。當氧和氮在磁場下分開時，很難做到靠近富氧空氣出口9的空間部分只被富氧空氣所占，然而，在本發明的第五實施例中，因為富氧空氣出口9周圍的容積很小，就容易做到靠近富氧空氣出口9的空間部分只被富氧空氣所占，結果，增加了氧的產量。
雖然圖11的裝置包括一個單個轉子7，如上所述，在裝置具有多個轉子的情況下也能采用相同的結構。
一個本發明的第六實施例，如圖12和圖13所示，殼體有一個圓柱形壁和端板；轉子7包括一個軸4和多個葉片3；軸承5包括一個徑向滾珠軸承；磁場發生裝置2包括一個具有磁極運作相對端的磁通量強化芯21和一個把強化芯的相對端相連的連結部分21a。如同磁場發生裝置2，線圈20繞在強化芯的連結部分21a上，線圈20和芯21的連結部分21a安置在殼體6的柱形壁外側。
因為如同磁場發生裝置2一樣，線圈20安置在殼體6的外側，所以不需提供一電流收集裝置，因此能源機構就簡單而且裝置也可靠。因為線圈20并不沿殼體6安置，所以容易在殼體6上開出空氣入口8和空氣出口9和10。另外因為線圈20與殼體分開，故而線圈20就能繞到強化芯21的連結部分21a而不受尺寸和殼體6形狀的限制，結果，線圈20的繞線工作便容易從而降低加工成本。
而且，不像線圈安置在殼體內的情況，現在線圈的匝數幾乎不受殼體的限制，通過增加線圈的匝數就能容易地提高磁通量的強度，另外，通過使強化芯21端(極)的直徑減小，例如芯21兩端變錐形，也能增加磁通量的強度。
在本發明的任何一個實施例中，通過冷卻輸入到裝置內的空氣，就可提高聚磁材料氧氣的磁敏感度，結果一步提高了氧的產量。
根據本發明可取得下列的技術好處第一，因為所產生的磁場有一個在轉子和殼體之間所限定空間內軸向延伸的磁通量，富氧產氣裝置在該空間的徑向的尺寸上可以更緊湊，另外由于富氧空氣出口和富氮空氣出口在該空間的軸向相互隔開，富氧空氣就能通過富氧空氣出口有選擇地排出，這樣就提高了氧的產量。
第二通過把磁場發生裝置安置在殼體上，即便在磁場發生裝置包括一個電磁鐵的情況下都不必提供一個電流收集裝置，因此該裝置的結構簡單且運作可靠。
第三，通過把磁場發生裝置安置在轉子上，殼體就不會被磁場發生裝置所占據，結果把空氣入口和空氣出口安置在殼體上的自由度就增加。
第四，這把富氧裝置在結構上當作一增壓機來運作并把該裝置裝到一內燃機的進氣系統上，就會大大地改進發動機的力矩特性。
第五，通過把本發明裝置做成其靠近富氧空氣出口的空間容積小于靠近富氮空氣出口的空間容積，靠近富氧空氣出口的部分就被富氧空氣占據。這樣就能增加氧的產量。
第六，通過把磁場發生裝置安置在殼體外側，所產生磁通量的強度就可通過選擇線圈的匝數和磁通量強化芯相反端的形狀加以控制。另外，因為殼體并未被磁通量發生裝置所占據，所以在殼體上安排空氣入口和空氣出口的自由度便增加。
雖然本發明已參照具體實施例進行說明，本專業的普通技術人員都懂得可以對所示具體實施例進行各種修改，只要這些修改不偏離本發明的精神實質和優點，故而這些修改都在本發明的保護范圍內并由下文的權利要求書所限定。
權利要求
1.一個磁場型富氧產氣裝置有一個殼體；一個轉子安置在殼體內并可轉動地由上述殼體所支撐，上述轉子和上述殼體在其間限定一個空間，該空間有一個在軸向延伸的軸線；一個磁場發生裝置用于在上述空間產生一磁場，上述磁場包括一個在上述空間內沿軸向延伸的磁通量和上述空間相反兩端所產生的磁極；一個空氣入口開在上述殼體上；一個富氧空氣出口開在上述殼體的靠近至少一個上述磁極的位置；和一個富氮空氣出口開在上述殼體的與上述富氧空氣出口軸向隔開的位置。
2.根據權利要求1所述的上述富氧產氣裝置，其特征在于上述磁場發生裝置包括一個具有一線圈的電磁鐵。
3.根據權利要求1所述的上述富氧產氣裝置，其特征在于上述磁場發生裝置包括一個永久磁鐵。
4.根據權利要求1所述的富氧產氣裝置，其特征在于上述的磁場發生裝置安置在上述殼體上，并且相對于殼體固定之。
5.根據權利要求1所述的富氧產氣裝置，其特征在于上述磁場發生裝置安置在上述轉子上以便隨其一起轉動。
6.根據權利要求1所述的富氧產氣裝置，其特征在于上述轉子包括多個轉子件，上述產氣裝置結構做成和布置成像一個選自一魯茲式吹風增壓器一里索式壓縮機一螺旋式泵和一可動葉片壓縮機所組成一組那種形式的增壓器而運轉。
7.根據權利要求6所述的富氧產氣裝置，其特征在于各上述轉子件包括一個埋置于其內的軸向延伸的永久磁鐵。
8.根據權利要求6所述的富氧產氣裝置，其特征在于各上述轉子件包括一個開在其內有一表面的軸向延伸孔，上述包括一線圈的磁場發生裝置則沿上述的孔表面而安置。
9.根據權利要求1所述的富氧產氣裝置，其特征在于上述空間包括一個大致鄰近上述富氧空氣出口的第一容積和一個比大致鄰近上述富氮空氣出口的第一容積更大的第二容積。
10.根據權利要求9所述的富氧產氣裝置，其特征在于上述第一容積有一個比上述第二容積的上述轉子和上述殼體之間徑向距離更小的上述轉子和上述殼體之間徑向距離。
11.根據權利要求1所述的富氧產氣裝置，其特征在于上述磁場發生裝置包括一個磁通量強化芯有如同上述磁極運作的相反端和一個連結上述強化芯相反端的連結部分和一個圍繞上述強化芯連結部分的線圈，上述線圈和上述強化芯的連結部分安置在上述殼體的外側。
12.根據權利要求11所述的富氧產氣裝置，其特征在于上述磁通量強化芯有向著各自端部直徑縮小的相對部分。
全文摘要
一個富氧產氣裝置包括一個殼體，至少一個可轉動地安置在殼體上的轉子，從而限定殼體和轉子之間的空間和一個磁場發生裝置用來產生一個在殼體和轉子之間空間內沿軸向延伸的磁通量。一個富氧空氣出口和一個富氮空氣出口開在殼體上以便在空間的軸向方向相互隔開。
文檔編號B01J19/08GK1156688SQ9611446
公開日1997年8月13日 申請日期1996年11月13日 優先權日1995年11月13日
發明者新田彰一郎, 出尾隆志, 三瓶和久, 小吹信三, 伊藤陽三, 淺山和博 申請人:豐田自動車株式會社