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4·26特别策划 | 用专利技术为汽车戴上“口罩”——空气净化系统

2020/4/23 16:49:10



成志伟、王云兰 机械发明审查部车辆工程室

汽车车厢内部是相对封闭的空间,正常使用中的汽车由于受到外界环境影响,导致车厢内部存在着多种有害物质,如残存的病毒、细菌,威胁到人体健康。如果能够通过类似“口罩”的部件将外界的有害物质隔绝在车外,那么对车内乘员的安全健康来说无疑是十分有利的。

那么,在车辆上,有没有类似“口罩”功能的部件呢?这就不得不提及车辆的空气净化系统,其能够实现对细菌和病毒进入车内的有效阻隔和过滤,例如吉利汽车公司研发的IAPS智能空气净化系统(Intelligent air purification system)。下面专利审查员就带你了解汽车的“口罩”——汽车空气净化系统。

一、汽车的空气循环系统

如同人类一样,汽车也需要“呼吸”。在了解空气净化系统之前,让我们先了解一下,汽车是如何通过空气循环系统自由呼吸的。

汽车空气循环系统是一个巨大的环境感应系统,在封闭情况下,汽车空气循环系统能够依照汽车内部的传感器所检测到的数据和实际操作人员设定的模式对车内空气进行调节。汽车空气循环系统涉及到内循环和外循环两种模式,内循环模式即关闭车内外的气流通道,仅仅形成车辆内部的气流循环;外循环模式是利用风机将车外的空气抽吸到车内,风扇送出的风来自车外,即使不开风机,车辆行驶中仍然有气流被吸入到车内,补充车内的新鲜空气。

这里需要提及汽车空气循环系统中的重要部件——空调滤芯,也就是我们常说的空滤。空调滤芯就像我们所戴的普通口罩一样,可以对空气进行一定的过滤,能阻隔空气中灰尘、花粉等固体颗粒物。而具有活性炭的空调滤芯,更是能够吸收大量的异味。

图1 汽车空气循环系统

汽车内外循环系统的选择是可以根据车主需要进行切换的,例如高速开车不便开窗时,就可以选择外循环系统呼吸新鲜空气;而在城内行驶尤其是在堵车路段,则建议车主选择内循环系统。只要轻轻点击内、外循环系统的切换按键,就能保持车内空气的清新。

图2 汽车空气循环模式切换按键

 

二、汽车空气净化系统类型

汽车空气净化系统是基于循环系统工作的,根据空气净化手段分为不同的类型。

1、光触媒净化型

光触媒净化型,是通过安装在空调或车内的固体催化剂,在光照或紫外线作用下,分解车内的甲醛、苯二甲苯等有害物质。代表车型有丰田凯美瑞等。

图3 光触媒净化空气原理

专利CN105473360B提供了一种带有光触媒模块的车用空调,其能够净化引入到空调壳体内部的空气,对蒸发器进行杀菌和除臭,并提供光触媒模块的优化安装位置,以使光触媒模块易于装卸并便于维护。

专利CN103961938B提供了一种能过滤PM2.5的多层结构抗菌汽车空调滤清器,其通过添加光触媒系列抗菌母粒到熔喷无纺布中,或通过将光触媒系列抗菌母粒无纺布与熔喷无纺布进行复合的方式来解决细菌问题。

图4 CN105473360B说明书附图

图5 CN103961938B说明书附图

2、静电除尘型

静电除尘型是在空气进气口的过滤器后面再设置一套静电除尘装置。静电除尘利用高压电极产生高压电场,对空气进行电离,使尘粒带电,然后在电场作用下使之产生定向运动,沉降在正负电极上而实现对空气的过滤除尘。代表车型有比亚迪唐新能源、沃尔沃S60等。

图6 静电除尘工作原理

比亚迪公司申请的专利CN203258754U提供了一种空气净化系统,其设有具备永久性静电的静电除尘组件,利用静电除尘组件可以吸附直径较大的带电颗粒,也能将直径较小的带电颗粒“一网打尽”。

专利CN208053055U公开了一种用于汽车空调系统空气净化领域的高压静电除尘净化芯,其具备杀菌、灭毒、除霾、去味、消烟的全效功能,电子滤网采用半导体聚合物作为集尘匣,耐水、耐酸碱腐蚀,可以直接用自来水清洗,从而反复使用。

图7 CN203258754U说明书附图

图8 CN208053055U说明书附图

 

3、利用活性炭

利用活性炭去除异味是汽车空气净化系统的重要方式。活性炭能够吸附空气中有毒有气味的成分,如汗臭、烟味和人体发出的各种异味,另外还能吸收有害的氯化物和硫化物等。代表车型有东风标致508。

图9 活性炭工作原理

 

丰田汽车公司的专利CN103906638B提供了一种车辆用大气净化装置,其在散热器及冷凝器各自的角部涂敷活性炭作为臭氧净化体,当附着到活性炭上的水分量超过预定的规定量,就会强制将活性炭高温化使水分脱离,从而提高空气净化能力。

专利CN105539081B提供了一种纳米银汽车空调滤清器,其首先经过活性炭过滤层吸附异味,再由长纤维层过滤微小颗粒和PM2.5,能更好去除车内的粉尘,还具备抗病毒和杀菌的功能,有效保护汽车座舱内人员的身体健康。

图10 CN103906638B说明书附图

图11 CN103906638B说明书附图

 

4、负离子发生器

负离子发生器净化系统,是由高压电路产生离子体,通过正负离子破坏细菌表面的蛋白膜,以杀灭空气中的细菌、霉菌等。负离子发生器还可以分解苯、乙烯等有害气体达到净化空气的效果。代表车型有奥迪A6L、东风悦达起亚K4等。

图12 负离子发生器工作原理

专利CN101500831B提供了一种使用离子发生器的汽车空调系统,其中正离子和负离子的数量根据空调系统的运转进行自动调整,可以显著减小引入到车厢中的正离子数,同时最大程度地增强对于蒸发器的杀菌功效。

专利CN203697902U提供了一种带负离子发生器的汽车空调,空调中各个出风管道连接于通道A出口的管口面积相等,负离子发生器产生的负离子能够均匀输出到各个出风管道中,对改善空气品质有明显效果,能够预防感冒和其他疾病。

图13 CN101500831B说明书附图


图14 CN203697902U说明书附图

 

三、专利发展现状及未来趋势

图15 不同类型空气净化系统全球专利申请量

从2010年至今,全球汽车空气净化系统的专利申请量总体上呈波动上升的趋势,特别是活性炭和负离子发生器是目前该领域的研究热点和主要发展方向。

图16 国内申请人分布图

从国内申请人的分布图来看,企业和个人是汽车空气净化系统专利申请的主体,分别占全部申请量的71%和22%。可见企业和个人作为直接的消费者或服务提供者,对汽车空气净化系统的市场需求较为敏锐。

随着相关技术发展和环境变化,国内外各大汽车厂商也越来越意识到汽车空气净化系统的重要性,纷纷推出了各自独特的空气净化系统。例如,特斯拉汽车主打的“生化模式”汽车空气净化系统,其核心在于可过滤直径0.3微米的高效率颗粒物滤芯;沃尔沃推出了名为“清洁驾驶舱CLEANZONE系统”,通过AQI空气质量信息查询APP对车内外空气质量进行实时查询,车辆可自动激活再循环系统和多重过滤器来有效阻止污染物进入。国内汽车厂商如吉利推出了AQS空气质量管理系统,在处于污染的环境时,自动切换空调模式,很大程度上可以起到过滤病毒的功能。比亚迪也推出了独特的PM2.5绿净系统,该系统具备超强高效净化能力,有效预防通过飞沫传播的病毒。

图17 AQS空气质量管理系统

总体而言,汽车空气净化系统已经渐渐成为车辆的标准配置硬件,未来也将成为车辆不可或缺的重要系统。具体来看,汽车空气净化系统主要朝着复合化、智能化以及高效化的方向发展,如多种净化手段综合应用、与车联网进行结合以达到实时监控和净化、采用NCCO(纳米催化式氧化)技术等,发展前景广阔。

复工之路,给汽车“戴上口罩”,让安全多一份保障。汽车空气净化系统,一项蓄势待发的技术,我们值得拥有。

 

 

 

 

 

 

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