CN108059129B - 一种磁法多重径向分离空气制取富氧的装置 - Google Patents
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Abstract
一种磁法多重径向分离空气制取富氧的装置，涉及制备富氧领域。解决了现有磁法富氧装置占地面积大，且制备富氧效率低的问题。它包括空气鼓风机、空气过滤器和多层磁分离机构；空气鼓风机将空气泵入到空气过滤器，经空气过滤器进行过滤后，进入多层磁分离机构中的多层磁分离区，多层磁分离区使空气中的氧气在电磁场和永磁体产生的梯度磁场的共同作用下，由最外层磁分离区依次进入最内层磁分离区，且氧气浓度逐层升高，实现氧气的分离，完成富氧的制备。本发明可广泛用于燃烧、冶金、军事、化工、医疗、家用等制取富氧领域。
Description
技术领域
本发明涉及制备富氧领域。
背景技术
富氧空气在工业和日常生活中被广泛使用。在发电、水泥、冶金等工业生产中用富氧空气取代普通空气能明显降低生产过程中的能源消耗，节约成本，同时也能提高产品品质。发动机室内在一些阶段通入富氧空气能显著提高其性能。在医疗中通过直接分离空气作为富氧来源相比采用高压气瓶更加安全。
目前已有的制备富氧的装置和方法中，磁法吸附分离方法前景广阔。其基本原理是根据空气中的氧气具有顺磁性，氮气具有逆磁性，而且二者的磁化率相差几个数量级，当空气在梯度磁场中流动时，氧气和氮气受到的磁化力方向相反并且大小相差很大，这使得磁法分离空气获得富氧空气成为可能。但是现有的磁法制备富氧的装置和方法存在富氧浓度低、效率低、制氧成本高、占地面积大、噪音大、设备运行成本高等问题，因此如何改进和提高现有磁法富氧技术是亟待解决的问题。
发明内容
本发明是为了解决现有磁法富氧装置占地面积大，且制备富氧效率低的问题，本发明提供了一种磁法多层径向分离空气制取富氧装置和方法。
一种磁法多重径向分离空气制取富氧的装置，它包括空气鼓风机、空气过滤器和多层磁分离机构；
空气鼓风机将空气泵入到空气过滤器，经空气过滤器进行过滤后，进入多层磁分离机构中的多层磁分离区，多层磁分离区使空气中的氧气在电磁场和永磁体产生的梯度磁场的共同作用下，由最外层磁分离区依次进入最内层磁分离区，且氧气浓度逐层升高，实现氧气的分离，完成富氧的制备。
优选的是，多层磁分离机构包括缓冲罩、密封盖、套筒单元和线圈；
套筒单元由同轴的多个相互嵌套的套筒构成，且任意相邻的两个套筒间形成一层环形腔体，该层环形腔体为一层磁分离区，所有层的环形腔体和最内层套筒形成的圆柱形腔体构成多层磁分离区，其中，最外层的环形腔体为氮气分离区，剩余的环形腔体和圆柱形腔体构成富氧分离区；
密封盖用于密封富氧分离区的首端，缓冲罩盖合在套筒单元的首端，空气过滤器通过缓冲罩与多层磁分离机构内部的氮气分离区连通；
每层磁分离区中的套筒的内壁上周向均有设有多个永磁铁磁组；
线圈缠绕在套筒单元的最外层套筒上。
优选的是，每层磁分离区中的套筒的内壁上设有钢毛，钢毛、永磁铁磁组和线圈共同作用改变磁分离区中磁场梯度。
优选的是，每个永磁铁磁组由多块永磁铁构成，且相邻的两块永磁铁间存在间隙，该间隙中设有钢毛。
优选的是，氮气分离区和富氧分离区的气体输出管路上均设有电磁阀。
优选的是，还包括真空泵、混气罐和富氧鼓风机；
真空泵用于将富氧分离区的圆柱形腔体输出的富养泵入到混气罐内，富氧分离区的环形腔体输出富氧分别输送至混气罐，混气罐用于对不同浓度的富养进行混合。
优选的是，永磁铁磁组采用钕铁硼磁铁实现。
优选的是，钢毛的布置方向与套筒中气流流动方向的夹角在0°～180°范围内可调。
优选的是，永磁铁磁组的分布密度沿氧气流动的方向上逐渐减小。
本发明带来的有益效果是，其一，本发明所述多层磁分离机构采用多个相互嵌套的套筒实现，使其整个制氧设备的结构紧凑，占地面积减少了30％以上；其二，分离量可大可小，可通过改变套筒的个数，从而改变磁分离区的层数实现；其三，在电场和磁场的共同作用下，提高氧气的分离速度，从而提高富氧的制备效率。本发明装置制氧成本低，可广泛用于燃烧、冶金、军事、化工、医疗、家用等领域。
附图说明
图1为本发明所述的一种磁法多重径向分离空气制取富氧的装置的结构示意图；其中，箭头指向表示磁场梯度方向；
图2为多层磁分离区的三维结构示意图，本图中不显示密封盖；其中，箭头指向表示氧气的流动方向；
图3为多层磁分离区的三维结构示意图，本图中显示密封盖。
具体实施方式
具体实施方式一：参见图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种磁法多重径向分离空气制取富氧的装置，它包括空气鼓风机1、空气过滤器2和多层磁分离机构3；
空气鼓风机1将空气泵入到空气过滤器2，经空气过滤器2进行过滤后，进入多层磁分离机构3中的多层磁分离区，多层磁分离区使空气中的氧气在电磁场和永磁体产生的梯度磁场的共同作用下，由最外层磁分离区依次进入最内层磁分离区，且氧气浓度逐层升高，实现氧气的分离，完成富氧的制备。
本实施方式，对富氧浓度要求高的场合可通过增加分离层数量，经多级分离后得到高浓度的富氧空气。
分离过程中可通过电场和磁场强度，从而改变分离浓度。
通入空气鼓风机1中的空气的温度范围可为室温至400℃。
多层磁分离区中最外层磁分离区为氮气分离区3-5，剩余的分离区为富氧分离区3-6。
在具体应用过程中，首先，空气通过空气鼓风机1泵入到空气过滤器2进行除杂后，输送至多层磁分离机构3中的氮气分离区3-5；其次，氮气分离区3-5内的空气，在电磁场和永磁体产生的梯度磁场的共同作用下，使空气中的氧气在氮气分离区3-5的径向方向上，由最外层磁分离区依次进入最内层磁分离区，而空气中的氮气与氧气的运动方向相反，从而使氮气停留在氮气分离区3-5，氧气进入富氧分离区3-6；从富氧分离区3-6输出的氧气为富氧，完成了对富氧的制取。
具体实施方式二：参见图1至图3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的一种磁法多重径向分离空气制取富氧的装置的区别在于，多层磁分离机构3包括缓冲罩3-1、密封盖3-2、套筒单元3-3和线圈3-4；
套筒单元3-3由同轴的多个相互嵌套的套筒构成，且任意相邻的两个套筒间形成一层环形腔体，该层环形腔体为一层磁分离区，所有层的环形腔体和最内层套筒形成的圆柱形腔体3-8构成多层磁分离区，其中，最外层的环形腔体为氮气分离区3-5，剩余的环形腔体和圆柱形腔体3-8构成富氧分离区3-6；
密封盖3-2用于密封富氧分离区3-6的首端，缓冲罩3-1盖合在套筒单元3-3的首端，空气过滤器2通过缓冲罩3-1与多层磁分离机构3内部的氮气分离区3-5连通；
每层磁分离区中的套筒的内壁上周向均有设有多个永磁铁磁组3-7；
线圈3-4缠绕在套筒单元3-3的最外层套筒上。
本实施方式，氮气分离区3-5与缓冲罩3-1相交的环形端面可选择全通或者在环形端面上开孔的形式，使二者连通；全通可降低空气流动阻力，适合富氧流量大且对浓度要求低的场合使用；采用开小孔的形式会增大空气流动阻力，但同时能提高分离效果，适用于富氧流量小且浓度要求高的场合。开孔率可根据富氧流量确定。小的开孔率的适用于富氧流量小且浓度要求高的场合；大的开孔率适合富氧流量大且对浓度要求低的场合使用。
空气在氮气分离区3-5沿着套筒单元3-3轴线方向流动的过程中由于受到该磁分离区中径向磁场力的作用下，发生径向偏转。空气中的氮气和氧气受到垂直于套筒中心轴线磁场力作用，但两种气体受力方向相反，使得氧气和氮气在垂直于筒壁轴线的方向上发生方向相反的径向偏转，其中氧气的偏转方向指向套筒的轴线中心，氮气的偏转方向指向套筒单元3-3中的最外层套筒。
具体实施方式三：参见图1至图3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式二所述的一种磁法多重径向分离空气制取富氧的装置的区别在于，每层磁分离区中的套筒的内壁上设有钢毛3-7-2，钢毛3-7-2、永磁铁磁组3-7和线圈3-4共同作用改变磁分离区中磁场梯度。
本实施方式，永磁铁磁组3-7周围形成径向梯度变化的磁场，线圈3-4通电后，其周围形成径向梯度变化的磁场，钢毛3-7-2起到加强磁场梯度的作用，同时也会形成径向梯度磁场。三者产生的径向磁场强度产生叠加，进一步增强了整个设备径向磁场梯度，使氧气受力更大，更容易分离。
套筒的内壁上布置的钢毛3-7-2尺寸、排列方式、密度等参数，以能最大化地增强径向磁场梯度为准则。
具体实施方式四：参见图1至图3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式二所述的一种磁法多重径向分离空气制取富氧的装置的区别在于，每个永磁铁磁组3-7由多块永磁铁3-7-1构成，且相邻的两块永磁铁3-7-1间存在间隙，该间隙中设有钢毛3-7-2。
本实施方式，布置的永磁铁3-7-1数量、间距可变，磁铁尺寸、形状、磁铁数量以及磁铁布置方式以形成最大的径向梯度磁场为准则；
具体实施方式五：参见图1至图3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的一种磁法多重径向分离空气制取富氧的装置的区别在于，氮气分离区3-5和富氧分离区3-6的气体输出管路上均设有电磁阀7。
本实施方式，电磁阀7的设置方式，可调节各层磁分离区的富氧流量。
具体实施方式六：参见图1至图3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式二所述的一种磁法多重径向分离空气制取富氧的装置的区别在于，还包括真空泵4、混气罐5和富氧鼓风机6；
真空泵4用于将圆柱形腔体3-8输出的富养泵入到混气罐5内，多层磁分离区的其它环形腔体输出富氧分别输送至混气罐5，混气罐5用于对不同浓度的富养进行混合。
本实施方式，为了增加套筒单元3-3中最内层套筒内富氧空气的流动性，在最内层套筒连接真空泵4，使得最内层套筒内形成微负压，加强富氧空气在最内层套筒内的流动性，使得高浓度的富氧空气更容易地从最内层套筒中分离出来。真空泵4可根据需要添加或者去除，根据分离区中实际流动阻力及分离效果经过真空泵4后的高浓度富氧空气也通过管道进入混气罐5中。
套筒单元3-3中最内层套筒输出的富养浓度最高，从套筒单元3-3中最内层套筒至最外层套筒的方向上，各分离区输出的富养的浓度逐渐变小，可以通过调节输送到混气罐5中每层分离区的富养流量，来调节混气罐5内富养的浓度。
具体实施方式七：参见图1至图3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式二所述的一种磁法多重径向分离空气制取富氧的装置的区别在于，永磁铁磁组3-7采用钕铁硼磁铁实现。
具体实施方式八：参见图1至图3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式三所述的一种磁法多重径向分离空气制取富氧的装置的区别在于，钢毛3-7-2的布置方向与套筒中气流流动方向的夹角在0°～180°范围内可调。
具体实施方式九：参见图1至图3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式三所述的一种磁法多重径向分离空气制取富氧的装置的区别在于，永磁铁磁组3-7的分布密度沿氧气流动的方向上逐渐减小。
本发明所述一种磁法多重径向分离空气制取富氧的装置的结构不局限于上述各实施方式所记载的具体结构，还可以是上述各实施方式所记载的技术特征的合理组合。
Claims (6)
1.一种磁法多重径向分离空气制取富氧的装置，其特征在于，它包括空气鼓风机(1)、空气过滤器(2)和多层磁分离机构(3)；
空气鼓风机(1)将空气泵入到空气过滤器(2)，经空气过滤器(2)进行过滤后，进入多层磁分离机构(3)中的多层磁分离区，多层磁分离区使空气中的氧气在电磁场和永磁体产生的梯度磁场的共同作用下，由最外层磁分离区依次进入最内层磁分离区，且氧气浓度逐层升高，实现氧气的分离，完成富氧的制备；
多层磁分离机构(3)包括缓冲罩(3-1)、密封盖(3-2)、套筒单元(3-3)和线圈(3-4)；
套筒单元(3-3)由同轴的多个相互嵌套的套筒构成，且任意相邻的两个套筒间形成一层环形腔体，该层环形腔体为一层磁分离区，所有层的环形腔体和最内层套筒形成的圆柱形腔体(3-8)构成多层磁分离区，其中，最外层的环形腔体为氮气分离区(3-5)，剩余的环形腔体和圆柱形腔体(3-8)构成富氧分离区(3-6)；
密封盖(3-2)用于密封富氧分离区(3-6)的首端，缓冲罩(3-1)盖合在套筒单元(3-3)的首端，空气过滤器(2)通过缓冲罩(3-1)与多层磁分离机构(3)内部的氮气分离区(3-5)连通；
每层磁分离区中的套筒的内壁上周向均有设有多个永磁铁磁组(3-7)；
线圈(3-4)缠绕在套筒单元(3-3)的最外层套筒上；
每层磁分离区中的套筒的内壁上设有钢毛(3-7-2)，钢毛(3-7-2)、永磁铁磁组(3-7)和线圈(3-4)共同作用改变磁分离区中磁场梯度；
每个永磁铁磁组(3-7)由多块永磁铁(3-7-1)构成，且相邻的两块永磁铁(3-7-1)间存在间隙，该间隙中设有钢毛(3-7-2)。
2.根据权利要求1所述的一种磁法多重径向分离空气制取富氧的装置，其特征在于，氮气分离区(3-5)和富氧分离区(3-6)的气体输出管路上均设有电磁阀(7)。
3.根据权利要求1所述的一种磁法多重径向分离空气制取富氧的装置，其特征在于，还包括真空泵(4)、混气罐(5)和富氧鼓风机(6)；
真空泵(4)用于将富氧分离区(3-6)的圆柱形腔体(3-8)输出的富养泵入到混气罐(5)内，富氧分离区(3-6)的环形腔体输出富氧分别输送至混气罐(5)，混气罐(5)用于对不同浓度的富养进行混合。
4.根据权利要求1所述的一种磁法多重径向分离空气制取富氧的装置，其特征在于，永磁铁磁组(3-7)采用钕铁硼磁铁实现。
5.根据权利要求1所述的一种磁法多重径向分离空气制取富氧的装置，其特征在于，钢毛(3-7-2)的布置方向与套筒中气流流动方向的夹角在0°～180°范围内可调。
6.根据权利要求1所述的一种磁法多重径向分离空气制取富氧的装置，其特征在于，永磁铁磁组(3-7)的分布密度沿氧气流动的方向上逐渐减小。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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