專利名稱：改善空氣質量裝置的制作方法
技術領域：
本發明是關于一種改善空氣質量裝置，尤指一種能維持空氣中氧氣濃 度并降低空氣中二氧化碳濃度的裝置。
背景技術：
人類長時間在密閉的室內生活或工作時，因為人類呼吸而消耗掉空氣 中的氧氣，同時產生二氧化碳。空氣中含氧量隨時間減少而二氧化碳則隨 時間增加，久處于此密閉的空間會使人產生疲勞、精神不濟、胸悶、頭痛、 呼吸困難等癥狀，進而影響人們的身體健康或工作的效率。市面上已有常用的氧氧制造機，制造出高濃度的氧氣供醫療上使用。然而大部分醫療用的氧氣制造機，其氧氣純度高達90%以上，若將此醫療 用的氧氣制造機應用于一般的室內空間，并提供一高濃度的氧氣供人類長時間使用并不理想。主要原因有如下二點其一為一般心肺健康的人若長 時間呼吸濃度過高的氧氣，容易產生精神亢奮等不利于身體機能的副作 用。其二為氧氣是一種助燃劑，若居家空氣中的氧氣濃度過高，容易產生 不可預期的危險。因此，在顧及人類身心健康及人身安全的前提下，欲改善密閉空間的 空氣質量，只著重提升室內氧氣濃度實非良策。發明人緣因于此，本于積 極發明的精神，欲提供一種可議解決上述問題的改善室內空氣質量的裝 置，幾經研究實驗終至完成此項嘉惠世人的本發明。發明內容本發明的主要目的是在提供一種改善空氣質量裝置，使能維持空氣中 氧氣濃度并降低空氣中二氧化碳濃度。為達成上述目的，本發明的改善空氣質量裝置，是適用于一具有周壁 的艙室。本裝置包括有一具有一進氣口及一排氣口的壓縮機； 一熱交換器， 此熱交換器與此壓縮機相連通；以及一具有一入口及一第一 出口的氣體分 離模塊，此氣體分離模塊的入口與熱交換器相連通；其中，此氣體分離模 塊是用以分離經該壓縮機與該熱交換器而來的空氣中二氧化碳與氮氣而 產生一改質氣體，此改質氣體由氣體分離模塊的第一出口排出。本發明的改善空氣質量裝置，其中，此氣體分離模塊可更包括有一第 二出口，是用以排出被分離的二氧化碳與氮氣。本發明的改善空氣質量裝置，可更包括有一第一排氣管，此第一排氣 管的一端與氣體分離模塊的第一出口相連通。本發明的改善空氣質量裝置，可更包括有一空氣吸入管，此空氣吸入 管的一端與此壓縮機的進氣口相連通。本發明的改善空氣質量裝置，可更包括有一消音器，是組設于壓縮機 的進氣口。本發明的改善空氣質量裝置，可更包括有一空氣過濾器，例如高效率微粒濾網(High Efficiency Particulate Air縮寫為服PA)，是組設于壓 縮機的進氣口。本發明的改善空氣質量裝置，可更包括有至少一溫度控制模塊，是用 以控制氣體分離模塊的溫度。本發明的改善空氣質量裝置，可更包括有一逆止閥，此逆止閥的入口 與氣體分離模塊的第一出口相連通。上述的改善空氣質量裝置，可更包括 有一細菌過濾器，是組設于此逆止閥的出口端。本發明的改善空氣質量裝置，可更包括有一第二排氣管，此第二排氣管的一端是與氣體分離模的第二出口相連通，另一端是貫穿艙室的周壁， 并設置于一開放空間中。本發明的改善空氣質量裝置，可更包括有一儲氣筒，且此儲氣筒與氣 體分離模塊的第一出口相連通。本發明的改善空氣質量裝置中，此氣體分離模塊較佳可包括有復數個分子篩顆粒。如上所述的氣體分離模塊較佳可為變壓吸附法(Pressure Swing Adsorption)、 真空變壓吸附法(Vacuum Pressure Swing Adsorption)、或變溫吸附法(Temperature Swing Adsorption)以分離空 氣中的二氧化碳與氮氣。本發明的改善空氣質量裝置中，此氣體分離模塊較佳亦可包括有至少 一薄膜。如上所述的氣體分離模塊較佳可為薄膜分離法(Membrane S印aration Method)以分離空氣中的二氧化碳與氮氣。本發明的改善空氣質量裝置，可更包括有一節流閥及一回流輸氣管 路，此節流閥是組設于氣體分離模塊的第一出口處，此回流輸氣管路是連 接該節流閥與該壓縮機的進氣口 。


圖1是本發明實施例一的系統架構圖；圖2是本發明中分子篩對二氧化碳、氮氣、及氧氣的等溫吸附平衡曲線；圖3是本發明實施例二的系統架構圖； 圖4是本發明實施例三的系統架構圖。
具體實施方式
實施例一圖l為本發明第一實施例的系統架構圖。本裝置包括有一空氣吸入管100、 一第一排氣管200、 一第二排氣管300、 一空氣過濾器IO、 一消音器 20、 一壓縮機400、 一熱交換器500、 一氣體分離模塊600、 一細菌過濾器 30、以及一逆止閥800。空氣吸入管的吸入口101裝設于室內并與室內環境 空氣相通。第一排氣管的排氣口201同樣裝設于室內，而第二排氣管的排 氣口301則裝設于室外并與室外環境空氣相通。當壓縮機啟動后，室內空氣由空氣吸入管的吸入口101進入本裝置。 流經空氣過濾器IO，借已去除空氣中的微粒及雜質，避免微粒及雜質進入 壓縮機內而損壞壓縮機。并設置一消音氣20于壓縮機進氣口401處，其主 要目的為消除空氣快速吸入壓縮機所產生的噪音。空氣經壓縮機壓縮后，到達到2.5大氣壓的高壓狀態，同時溫度也上 升到約1001C。壓縮機排氣口402連接到熱交換器500，熱交換器500用以降 低經壓縮后的高壓空氣的溫度。隨后高壓空氣流向氣體分離模塊600。在 本實施例中，氣體分離模塊600是利用變壓吸附法(Pressure Swing Adsorption)以達到分離空氣中二氧化碳與氮氣的目的。氣體分離模塊600內部包括有兩個管柱(或多個管柱，未圖示)，管柱內填充分子篩顆粒，用 以吸附二氧化碳與氮氣。當氣體分離模塊600內部的一個(或一組)管柱進行吸附程序時，另一個(或一組)管柱則同時進行脫附程序而再生。經吸附 程序后的改質氣體僅含有極低濃度的二氧化碳與氮氣，此改質氣體由氣體 分離模塊的第一出口602連接到第一排氣管200，而排到室內。而同時進行脫附再生程序的另一個(或一組)分子篩管柱所產生的廢氣，則經由氣體分 離模塊的第二出口603連接到第二排氣管300，排放到室外。圖2為氣體分離模塊600內分子篩對不同氣體的等溫吸附平衡曲線，其 中曲線A為二氧化碳的等溫吸附平衡曲線，曲線B為氮氣的等溫吸附平衡 曲線，曲線C為氧氣的等溫吸附平衡曲線。圖2中顯示此分子篩對二氧化碳 與氮氣的吸附量遠高于氧氣。因此，當髙壓空氣流經分子篩管柱時，空氣 中的二氧化碳與氮氣大部份會被分子篩吸附，而氧氣的吸附量則相對少很多，借此達成分離空氣中二氧化碳與氮氣的目的。此分子篩對于氣體的吸附行為是一種物理吸附模式。當進入的空氣的 溫度升高時，分子篩對各種氣體的吸附量均會減少，反之當其溫度降低時， 分子篩對各種氣體的吸附量會增加。因此，在氣體分離模塊入口601前設 置一熱交換器的主要目的，是為了降低高壓空氣的溫度而增加分子篩的吸 附量。高壓空氣流經分子篩顆粒后會產生壓降，使得氣體分離模塊第一出口602的壓力降為1. 5大氣壓。氣體分離模塊第一出口602連接到細菌過濾器 30，用以去除氣體中可能的細菌或微生物。并于細菌過濾器30的出口側設 置一逆止閥800，其主要目的為避免在壓縮機400停機后，空氣中的水氣或 懸浮物質進入此裝置內部。流經細菌過濾器30及逆止閥800的改質氣體， 再連接到第一排氣管200輸送回室內。室內空氣進入本裝置后，其中的二氧化碳與氮氣成分將被分離而產生 出改質氣體。然后再將產生的改質氣體輸送回室內，經由這樣的循環來降 低室內空氣中二氧化碳的濃度，達到改善室內空氣質量的目的。實施例二圖3為本發明第二實施例的系統架構圖。本裝置包括有一空氣吸入管 100、 一第一排氣管200、 一第二排氣管300、 一空氣過濾器IO、 一消音器 20、 一壓縮機400、 一熱交換器500、 一氣體分離模塊600、 一溫度控制模 塊40、 一儲氣筒700、 一細菌過濾器30、以及一逆止閥800。溫度控制模塊 40包覆熱交換器500及氣體分離模塊600。空氣吸入管的吸入口101裝設于 室內并與室內環境空氣相通，第一排氣管的排氣口201同樣裝設于室內。 而第二排氣管的排氣口301則裝設于室外并與室外環境空氣相通。當壓縮機啟動后，室內空氣由空氣吸入管的吸入口101進入本裝置。 流經空氣過濾器IO，借已去除空氣中的微粒及雜質，避免微粒及雜質進入 壓縮機內而損壞壓縮機。并設置一消音氣20于壓縮機進氣口401處，其主要目的為消除空氣快速吸入壓縮機所產生的噪音。空氣經壓縮機壓縮后，到達到2.5大氣壓的高壓狀態，同時溫度也上 升到約100。C。壓縮機排氣口402連接到熱交換器500，熱交換器500用以降 低經壓縮后的高壓空氣的溫度。隨后高壓空氣流向氣體分離模塊600。在 本實施例中，氣體分離模塊600是利用變壓吸附法(Pressure Swing Adsorption)以達到分離空氣中二氧化碳的目的。氣體分離模塊600內部包 括有兩個(或多個)管柱(未圖示)，管柱內填充分子篩顆粒，用以吸附二氧 化碳與氮氣。當氣體分離模塊600內部的一個(或一組)管柱進行吸附程序 時，另一個(或一組)管柱則同時進行脫附程序而再生。經吸附程序后的改 質氣體僅含有極低濃度的二氧化碳與氮氣，此改質氣體由氣體分離模塊的 第一出口602連接到第一排氣管200,而排到室內。而同時進行脫附再生程 序的另一個(或一組)分子篩管柱所產生的廢氣，則經由氣體分離模塊的第 二出口603連接到第二排氣管300，排放到室外。圖2為氣體分離模塊600內分子篩對不同氣體的等溫吸附平衡曲線，其 中曲線A為二氧化碳的等溫吸附平衡曲線，曲線B為氮氣的等溫吸附平衡 曲線，曲線C為氧氣的等溫吸附平衡曲線。圖2中顯示此分子篩對二氧化碳 與氮氣的吸附量遠高于氧氣。因此，當高壓空氣流經分子篩管柱時，空氣 中的二氧化碳與氮氣大部份會被分子篩吸附，而氧氣的吸附量則相對少很 多，借此達成分離空氣中二氧化碳的目的。此分子篩對于氣體的吸附行為是一種物理吸附模式。當進入的空氣的 溫度升高時，分子篩對各種氣體的吸附量均會減少，反之當其溫度降低時， 分子篩對各種氣體的吸附量會增加。因此，在本實施例中設置一溫度控制 模塊40用以控制氣體分離模塊600的溫度，避免因環境溫度改變，例如日夜溫差或寒熱帶國家，而造成二氧化碳的分離效果發生變異，從而確保本 裝置的效果。同時，氣體分離模塊600經過一段長時間使用，無可避免會 吸附一些正常脫附程序無法脫附的物質，造成分子篩的吸附效果劣化，而使得本裝置分離二氧化碳的效果下降。此時，可利用溫度控制模塊40將脫 附溫度提高，在高溫下進行脫附程序，達到再生分子篩的目的。高壓空氣流經分子篩固定床后會產生壓降，使得氣體分離模塊第一出口602的壓力降為1. 5大氣壓。氣體分離模塊第一出口602連接到一儲氣筒 700，儲氣簡700提供一大空間儲存改質氣體。使本裝置在運轉過程中可穩 定地提供改質氣體。儲氣筒700出口連接一細菌過濾器30，以去除氣體中 可能的細菌或微生物。并于細菌過濾器30的出口端設置一逆止閥800，以 避免在本裝置停機之后，空氣中的水氣或懸浮物質進入此裝置內部。流經 細菌過濾器30及逆止閥800的改質氣體，再連接到第一排氣管200輸送回室 內。室內空氣進入本裝置后，其中的二氧化碳與氮氣成分將被分離而產生 出改質氣體。然后再將產生的改質氣體輸送回室內，經由這樣的循環來降 低室內空氣中二氧化碳的濃度，達到改善室內空氣質量的目的。實施例三圖4為本發明第三實施例的系統架構圖。本裝置包括有一空氣吸入管 100、 一第一排氣管200、 一第二排氣管300、 一空氣過濾器IO、 一消音器 20、 一壓縮機400、 一熱交換器500、 一氣體分離模塊600、 一節流閥50、 一回流輸氣管路60、 一細菌過濾器30、以及一逆止閥800。節流閥50設置 于氣體分離模塊的第一出口602處。回流輸氣管路60則連接節流閥50與壓 縮機進氣口401。空氣吸入管的吸入口101裝設于室內并與室內環境空氣相 通，第一排氣管的排氣口201同樣裝設于室內。而第二排氣管的排氣口301 則裝設于室外并與室外環境空氣相通。當壓縮機啟動后，室內空氣由空氣吸入管的吸入口101進入本裝置。 流經空氣過濾器IO，借已去除空氣中的微粒及雜質，避免微粒及雜質進入 壓縮機內而損壞壓縮機。并設置一消音氣20于壓縮機進氣口401處，其主 要目的為消除空氣快速吸入壓縮機所產生的噪音。空氣經壓縮機壓縮后，到達到2.5大氣壓的高壓狀態，同時溫度也上升到約100'C。壓縮機排氣口402連接到熱交換器500，熱交換器500用以降 低經壓縮后的高壓空氣的溫度。隨后高壓空氣流向氣體分離模塊600。在 本實施例中，氣體分離模塊600是利用變壓吸附法(Pressure Swing Adsorption)以達到分離空氣中二氧化碳與氮氣的目的。氣體分離模塊600 內部包括有兩個(或多個)管柱(未圖示)，管柱內填充分子篩顆粒，用以吸 附二氧化碳與氮氣。當氣體分離模塊600內部的一個(或一組)管柱進行吸 附程序時，另一個(或一組)管柱則同時進行脫附程序而再生。經吸附程序 后的改質氣體僅含有極低濃度的二氧化碳，此改質氣體由氣體分離模塊的 第一出口602連接到第一排氣管200，而排到室內。而同時進行脫附再生程 序的另一個(或一組)分子篩管柱所產升的廢氣，則經由氣體分離模塊的第 二出口端603連接到第二排氣管300，排放到室外。圖2為氣體分離模塊600內的分子篩對不同氣體的等溫吸附平衡曲線， 其中曲線A為二氧化碳的等溫吸附平衡曲線，曲線B為氮氣的等溫吸附平衡 曲線，曲線C為氧氣的等溫吸附平衡曲線。圖中顯示此分子篩對二氧化碳 與氮氣的吸附量遠高于氧氣。因此，當高壓空氣流經分子篩管柱時，空氣 中的二氧化碳與氮氣大部份會被此分子篩吸附，而氧氣的吸附量則相對少 很多，借此達成分離空氣中二氧化碳與氮氣的目的。此分子篩對于氣體的吸附為一種物理吸附模式，當進入的空氣的溫度 升高時。分子篩對各種氣體的吸附量均會減少，反的當其溫度降低時，分 子篩對各種氣體的吸附量會增加。因此，在氣體分離模塊入口601前設置 一熱交換器的主要目的是降低經壓縮后高壓空氣的溫度，增加分子篩的吸當本裝置所欲處理的空氣量增大時，則必須考慮填充有分子篩的管柱 的平均滯留時間，平均滯留時間的定義如下列方程式l所示 T=V/p 方程式l其中、T為平均滯留時間，V為管柱內的空隙體積(m3)， p為流經分子 篩固定床的體積平均流速(m/s)。因此，當進入本裝置的空氣流量增加時，高壓空氣流經分子篩管柱的 平均滯留時間T將減少。當平均滯留時間T減少到一特定值時，會使得高 壓空氣與分子篩沒有充分的接觸時間，而導致分子篩吸附二氧化碳的效果 大幅下降。本實施例中，氣體分離模塊第一出口端602連接一節流閥50。當氣體 流經節流閥50時會有一部份氣體被分流到回流輸氣管路60，而再進入壓縮 機進氣口401。這樣的部份回流設計，可以更有效率的利用分子篩固定床， 進而改善因空氣流量增加所導致二氧化碳吸附效果下降的問題。本實施例中還包括有一細菌過濾器30，以去除氣體中可能的細菌或微 生物。并于細菌過濾器30的出口端設置一逆止闊800，以避免在此裝置停 機之后，空氣中的水氣或懸浮物質進入此裝置內部。流經細菌過濾器30及 逆止閥800的改質氣體，再連接到第一排氣管200輸送回室內。室內空氣進入本裝置后，其中的二氧化碳與氮氣成分將被分離而產生 出改質氣體。然后再將產生的改質氣體輸送回室內，經由這樣的循環來降 低室內空氣中二氧化碳的濃度，達到改善室內空氣質量的目的。然而，本發明并不限制用于改善室內空氣質量。事實上，本發明的裝 置可應用于任何需要移除或控制空氣中二氧化碳濃度的場合。例如，需要 控制空氣中二氧化碳濃度的生物培養腔或是需要移除空氣中二氧化碳的 生物測試環境。上述實施例僅是為了方便說明而舉例而己，本發明所主張的權利范圍 自應以權利要求書所述保護范圍為準，而非僅限于上述實施例。
權利要求
1. 一種改善空氣質量裝置，是適用于一具有復數個周壁的艙室，其中該艙室是由該復數個周壁所圍繞而成；其特征在于包括一具有一進氣口及一排氣口的壓縮機；一熱交換器，且該熱交換器與該壓縮機相連通；以及一具有一入口及一第一出口的氣體分離模塊，該氣體分離模塊的該入口與該熱交換器相連通；其中，該氣體分離模塊是用以分離經該壓縮機與該熱交換器而來的空氣中二氧化碳與氮氣而產生一改質氣體，且該改質氣體由該氣體分離模塊的第一出口排出。
2. 如權利要求1所述的改善空氣質量裝置，其特征在于其中，該氣 體分離模塊更包括有一第二出口 ，是用以排出該被分離的二氧化碳與氮 氣。
3. 如權利要求1所述的改善空氣質量裝置，其特征在于其更包括有 一第一排氣管，該第一排氣管的一端與該氣體分離模塊的第一出口相連 通。
4. 如權利要求1所述的改善空氣質量裝置，其特征在于其更包括有 一空氣吸入管，該空氣吸入管的一端與該壓縮機的該進氣口相連通。
5. 如權利要求1所述的改善空氣質量裝置，其特征在于其更包括有 一消音器，是組設于該壓縮機的該進氣口。
6. 如權利要求1所述的改善空氣質量裝置，其特征在于其更包括有 一空氣過濾器，是組設于該壓縮機的該進氣口。
7. 如權利要求1所述的改善空氣質量裝置，其特征在于其更包括有 至少一溫度控制模塊，是用以控制該氣體分離模塊的溫度。
8. 如權利要求1所述的改善空氣質量裝置，其特征在于其更包括有一逆止閥，該逆止閥的入口與該氣體分離模塊的第一出口相連通。
9. 如權利要求8所述的改善空氣質量裝置，其特征在于其更包括有 一細菌過濾器，是組設于該逆止閥的出口端。
10. 如權利要求2所述的改善空氣質量裝置，其特征在于其更包括 有一第二排氣管，且該第二排氣管的一端是與該氣體分離模塊的第二出口 相連通，另一端是貫穿該周壁。
11. 如權利要求2所述的改善空氣質量裝置，其特征在于其更包括 有一儲氣筒，且該儲氣筒與該氣體分離模塊的第一出口相連通。
12. 如權利要求2所述的改善空氣質量裝置，其特征在于其中，該 氣體分離模塊包括有復數個分子篩顆粒。
13. 如權利要求12所述的改善空氣質量裝置，其特征在于其中， 該氣體分離模塊是利用變壓吸附以分離空氣中的二氧化碳與氮氣。
14. 如權利要求12所述的改善空氣質量裝置，其特征在于其中，該 氣體分離模塊是利用真空變壓吸附以分離空氣中的二氧化碳與氮氣。
15. 如權利要求12所述的改善空氣質量裝置，其特征在于其中，該 氣體分離模塊是利用變溫吸附以分離空氣中的二氧化碳與氮氣。
16. 如權利要求2所述的改善空氣質量裝置，其特征在于其中，該 氣體分離模塊包括有至少一薄膜。
17. 如權利要求16所述的改善空氣質量裝置，其特征在于其中，該 氣體分離模塊是利用該薄膜以分離空氣中的二氧化碳與氮氣。
18. 如權利要求2所述的改善空氣質量裝置，其特征在于其更包括 有一節流閥及一回流輸氣管路，該節流閥是組設于該氣體分離模塊的第一 出口處，該回流輸氣管路是連接該節流閥與該壓縮機的該進氣口。
全文摘要
本發明是有關于一種改善空氣質量裝置，是適用于一具有周壁的艙室，使能降低此艙室內空氣中二氧化碳濃度并維持氧氣濃度。本裝置包括有一具有一進氣口及一排氣口的壓縮機；一熱交換器，此熱交換器與此壓縮機相連通；以及一具有一入口及一第一出口的氣體分離模塊，此氣體分離模塊的入口與熱交換器相連通；其中，此氣體分離模塊是用以分離經該壓縮機與該熱交換器而來的空氣中二氧化碳與氮氣而產生一改質氣體，此改質氣體由氣體分離模塊的第一出口排出。
文檔編號A61L9/00GK101270901SQ20071008688
公開日2008年9月24日 申請日期2007年3月21日 優先權日2007年3月21日
發明者楊國隆, 楊勝評, 陳嘉明 申請人:大同生科股份有限公司