CN100334390C

CN100334390C - 一种增氧离子节能装置

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Publication number: CN100334390C
Application number: CNB2005100114291A
Authority: CN
Inventors: 金宗哲; 王锦忠; 王圣威; 黄丽容
Original assignee: Beijing Jiaotong University
Current assignee: Beijing Jiaotong University
Priority date: 2005-03-15
Filing date: 2005-03-15
Publication date: 2007-08-29
Anticipated expiration: 2025-03-15
Also published as: CN1664447A

Abstract

一种增氧离子节能装置，该装置包括：外壳、芯和富氮空气排气管，所述的芯为依次安装在外壳(2)内的圆柱形多孔烧结稀土(3)、第一圆筒形永磁铁(4)、隔氮圆锥(5)、第二圆筒形永磁铁(6)，它们一同固定在外壳上(2)。圆柱形多孔烧结稀土(3)采用含ThO₂为1～2%的低放射能的多孔陶瓷，贯穿孔直径为1～2mm，空心率为30～50%。第一圆筒形永磁铁(4)和第二圆筒形永磁铁(6)的磁感应强度大于1.2T。隔氮圆锥(5)采用含1～2%的氧化钍ThO₂的低放射能的稀土废碴烧成的陶瓷，贯穿孔直径为1～2mm，空心率为30～50%。该装置具有结构简单、成本很低，在节能的同时还减少污染，特别适用于内燃机。

Description

一种增氧离子节能装置

技术领域

本发明涉及一种增氧离子技术，适用于各种内燃机、锅炉节能减废功能的进气系统。

背景技术

近年来，能源和环保问题已成为世界各国最为关注的焦点，随着工业的不断发展，能源消耗越来越大，产生的大量废气对大气造成严重的污染，其中在燃烧过程中主要为燃烧不完全所致。半个世纪以来，为了节省燃料和减少有害气体的排放，研究发明了很多技术，如催化燃烧、富氧燃烧、三元净化触煤、乳化油、增压废气、燃烧过程和控制、微粒过滤器等各种方法，但是都不很理想。

现有的增氧燃烧技术：

为了节能早已提出了各种增氧节能方法，增氧方法有工业提取氧气法、低温液化空气法、电解水法、化学分解法等方法，首先制氧，然后在进气中混合空气使用。这些方法设备投资高、耗能大且节能效果不很明显。最近，出现了模分离法，即用分子筛分离空气中的氧和氮，以达到增氧的目的。这种方法当含氧量较高时能达到很好的效果，已在中国北京、大连、江苏等地用试验证实，但能得到含氧量较高的模分离系统十分复杂、昂贵，只能应用于大型工厂和企业，不适合于内燃机设备方面。2002年的美国专利US6363923B1“内燃机燃烧的增氧设备”中，所公开的是利用尾气的能量驱动离心分离机增氧，它是用尾气驱动离心机，其转速达到80000转/分，半径达到7.5cm左右才能有较好的增氧效果，利用尾气驱动是很困难的。

现有的离子燃烧技术：

电场或磁场激活燃烧的技术是1924年开始研究提出的，但是至今尚没有产业化。电场、磁场、放射和等离子等强化燃烧的实质是激活或激发燃料和空气的离子化、加快燃烧速度。负离子应用技术是近几年从小型民用企业开始的，现已很快发展到丰田、三菱汽车等大型企业。日本2002年开始离子节能减废技术的应用试验，柴油机共81台，锅炉和小汽车一万台以上，已有节油率效果。最近报道，罗斯阿拉姆斯Los Alamos美国国家实验室正在研究等离子燃烧技术。

中国专利号：200410000044.0，发明名称“广义内燃机静电场降污节能器”所公开的是一种使用了静电发生装置和单独的富氧设备系统，该系统成本较高，产生28-40％的富氧空气，导致了内燃机所缸内燃烧温度过高而损伤。

分子筛过滤制氧或增氧设备在中国江苏阜宁和原北京玻璃厂得到实际应用，但在交通用内燃机上无法使用类似的增氧设备。专利号：00131272.3，名称：“内燃机空气富氧节油滤芯装置”，使用了臭氧发生器、负离子发生器、电场极板、高低压电路、永久磁铁、氧气过滤膜等，但是该装置复杂，成本较高；另外由于分子筛孔隙太小，使用分子筛分离氮和氧阻力很大，不适合在内燃机中使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单、成本很低，在节能的同时还减少污染，特别适用于内燃机的增氧离子节能装置。

本发明利用了空气离子化技术和磁选分离氮/氧离子技术的协合作用。当空气经功能多孔陶瓷离子化后，进入氮、氧离子分离室，将氮、氧离子分离，在同一磁场中，氧离子受到的磁力远大于氮受到的磁力，因而氧离子沿磁场较大的部位流入燃烧室，达到增氧离子的目的；而大部分氮受磁力影响不大，被富氮空气排气管排出去。

本发明的技术方案：

一种增氧离子节能装置，该装置包括：外壳、芯和富氮空气排气管。所述的芯为依次安放在外壳内的圆柱形多孔烧结稀土、第一圆筒形永磁铁、隔氮圆锥、第二圆筒形永磁铁，均固定在外壳上。.

圆柱形多孔烧结稀土采有含1～2％的氧化钍ThO₂的低放射能的稀土废碴烧成的陶瓷，贯穿孔直径为1～2mm，空心率为30～50％。

第一圆筒形永磁铁和第二圆筒形永磁铁的磁感应强度大于1.2T。

隔氮圆锥采用沸石结构的微孔多孔陶瓷，微孔直径为1～100nm，穿孔直径为1～2mm，空心率为40～60％。

本发明的有益效果：

①本技术中整个过程不需要动力，成本很低，适合于内燃机设备方面，在节能的同时还减少污染。

②本技术中采用了离子燃烧和富氧燃烧技术相结合，进气中既提高了氧离子含量，也增加了一些氧含量，前者的氧化性强于后者，因此更有利于燃烧。

附图说明

图1为增氧离子节能装置结构主视图。

图2为增氧离子节能装置结构俯视图。

图中：空气进口1、外壳2、圆柱形多孔烧结稀土3、第一圆筒形永磁铁4、隔氮圆锥5、第二圆筒形永磁铁6、氮、氧离子分离室7、富氮空气排气管8、富氧空气进气口9。

具体实施方式

以附图为具体实施方式对本发明作进一步说明。

增氧离子节能装置，见图1和2。该装置包括：空气进口1(外壳下端)、外壳2、圆柱形多孔烧结稀土3、第一圆筒形永磁铁4、隔氮圆锥5、第二圆筒形永磁铁6、氮、氧离子分离室7、富氮空气排气管8、富氧离子空气进气口(外壳上端)9。

外壳2为一个圆筒形，采用非磁性材料制成。

圆柱形多孔烧结稀土3是由多孔烧结稀土制成的圆柱体。它安装在外壳2一端头的内部，形成离子化室。圆柱形多孔烧结稀土3为含1～2％的氧化钍ThO₂的低放射能的稀土废碴烧成的陶瓷，贯穿孔直径为1～2mm，空心率为30～50％。

在外壳2内，紧贴着圆柱形多孔烧结稀土3的上端，安装第一圆筒形永磁铁4；紧贴着第一圆筒形永磁铁4的上端安装隔氮圆锥的5；紧贴着隔氮圆锥5喇叭口翻檐的上面，安装第二圆筒形永磁铁6。

圆柱形多孔烧结稀土3、第一圆筒形永磁铁4、隔氮圆锥5依次安放在外壳2内，采用螺钉或其他方式固定在外壳2上。

富氮空气排气管8穿过外壳2上的圆孔，并将富氮空气排气管8的斜口端对准隔氮圆锥5的中心固定在外壳2。

外壳2的另一端与燃烧设备的进气口连接。

隔氮圆锥5采用沸石结构的微孔多孔陶瓷制成一喇叭形状，其大口端有一翻檐。隔氮圆锥5的微孔直径为1～100nm，穿孔直径为1～2mm左右，空心率为40～60％。

第一圆筒形永磁铁4和第二圆筒形永磁铁6的磁感应强度大于1.2T。

在外壳2内，第一圆筒形永磁铁4、隔氮圆锥5、第二圆筒形永磁铁6、富氮空气排气管8形成的空间为氮、氧离子分离室7。

该装置安装着圆柱形多孔烧结稀土3端为进气口1，另一端为出气口9。进气口1通大气，出气口9接燃烧设备的进气口。

将本装置安装在ZS195型柴油机进气口上进行实验，在改变发动机的转速和扭矩时，测量柴油消耗和减废率。实验效果：节油率为1～15％，减少一氧化碳CO10～50％，减少氮氧化物NOx70～40％。

本发明是在空气离子化功能材料、磁性材料、隔氮材料的协合作用下，把部分空气变成离子状态，提高进气中氧离子和氧的含量，即氮氧离子分离技术，但本发明中的氮氧离子分离不需要动力，成本较低。同时在进油口中设置活化油的装置，达到节能和减废的效果。其基本原理如下：

1.空气离子化

美国Luckey教授于1982年就证实了低量级的放射性不仅无害，而且有利于健康，本项目中把空气通过低量级放射性的稀土微孔陶瓷被辐射而离子化，在辐射能量5～41ev，即波长λ＝200～30nm的光子能量hυ时，其初级活化过程如下：

O₂+hυ(≤5ev)→O₂ ^*(激活氧分子) ①

O₂+hυ(5ev)→O·+O· ②

O₂+hυ(12ev)→O₂ ⁺+e ③

O₂ ⁺是由辐射从分子中逐出电子产生的。

O₂+e→gO₂ ^-(负氧离子或自由基) ④

空气中的氮为非极性分子，不易电离，对辐射比较稳定，电离电位为15.4ev，比氧的电离电位高30％左右，且离子化率较少。

总之，空气中部分氧活化为氧离子是进气口空气活化的第一步。由于在燃烧过程中，能量损失主要因燃烧不完全所致，而氧离子的氧化性比氧强很多，因此更加有利于燃烧。

2.氮氧离子分离

空气经离子化后，部分氧转化为氧离子，再将含氧离子、氧、氮的空气通过磁选分离室，而根据顺磁性物质(凡是含有未成对电子为顺磁性，不含有未成对电子为逆磁性)在磁场中所受作用力的不同。一般情况下，氧和氮的磁化率分别为：χ_o＝2.1×10^-6，χ_N＝1.3×10^-8，氧离子的磁化率远大于2.1×10^-6；氧离子的半径大于氧的半径，这是因为得到电子的阴离子半径比相应的分子大。由于氧离子受的磁力远大于氧或氮在磁场中受到的力，因而氮受磁力的影响较小，基本上不发生偏转，直接通过磁选分离室中心排出；氧在磁场中有较小的偏转，在某种程度上能起到富氧的作用；而氧离子受力较明显，沿磁力强的部位进入燃烧室，从而达到增氧离子的目的。

总之，从空气中分离出氧离子，利用氧离子的强氧化性，更有效的促进燃料完全燃烧。

Claims

1.一种增氧离子节能装置，该装置包括：外壳、芯和富氮空气排气管，其特证在于：所述的芯为依次安放在外壳(2)内的圆柱形多孔烧结稀土(3)、第一圆筒形永磁铁(4)、隔氮圆锥(5)、第二圆筒形永磁铁(6)，均固定在外壳(2)上；隔氮圆锥(5)上有多个通孔；富氮空气排气管(8)底端与隔氮圆锥(5)顶端同心，置于隔氮圆锥(5)的锥口上，另一端伸出外壳(2)外，与外壳(2)焊接固定。

2.根据权利要求1所述的一种增氧离子节能装置，其特证在于：圆柱形多孔烧结稀土(3)采用含1～2％的氧化钍ThO₂的低放射能的稀土废碴烧成的陶瓷，贯穿孔直径为1～2mm，空心率为30～50％。

3.根据权利要求1所述的一种增氧离子节能装置，其特证在于：第一圆筒形永磁铁(4)和第二圆筒形永磁铁(6)的磁感应强度大于1.2T。

4.根据权利要求1所述的一种增氧离子节能装置，其特证在于：隔氮圆锥(5)采用沸石结构的微孔多孔陶瓷，微孔直径为1～100nm，穿孔直径为1～2mm，空心率为40～60％。