CN1179352A - 紧凑式高效低能耗空气磁力分离技术(二) - Google Patents

Abstract

本发明涉及从空气中获取氧气和氮气的技术。本发明的主要目的在于低能耗地、紧凑地、高效地获取氧气和氮气。本发明利用氧气分子在不均匀磁场中会受到强的吸引力以及该吸引力随磁场强度与磁场梯度的乘积的增大而增强的特殊性质,特别强调在有限空间内大幅度地扩展高吸引力磁场与空气之间的有效作用界面。本发明的许多用途中包括组成保健氧气机、富氧空调机、富氧保温换气机、富氧发动机系统以及含氮氧化物燃烧废气磁力分离再循环系统。

Description

紧凑式高效低能耗空气磁力分离技术(二)

本发明主要涉及从空气中获取氧气和氮气的技术，特别是有关空气磁力分离技术。采用本发明技术，可以在常温常压的条件下，紧凑地、高效地、低能耗地获取富氧空气以及富氮空气，也可以用来紧凑地、高效地、低能耗地获取纯氧气以及纯氮气。

本发明是属于同一个发明人的发明专利申请文件“紧凑式高效低能耗空气磁力分离技术”的补充与拓展，所说发明专利申请文件“紧凑式高效低能耗空气磁力分离技术”的中国专利申请日是1997年2月20日，中国专利申请号是97100910.4，预定公开日是1997年10月8日。

从空气中获取氧气和氮气，现在常用的方法有三种，它们是低温精馏法、变压吸附法和膜分离技术。低温精馏法，是利用液化空气中氧气和氮气等气体组分之间的沸点差异来实现精馏分离的，这种方法发展历史久，技术成熟。变压吸附法，是利用分子筛对空气中氧和氮的平衡吸附量各不相同，通过改变体系压力，实现吸附和脱附过程循环，达到氧气和氮气分离目的。膜分离技术，是利用具有选择性通透功能的膜，在外界压力作用下，使空气中的氧和氮有选择地通过膜界面，达到空气分离目的。低温精馏法和变压吸附法技术成熟，产气量高，但设备复杂，操作费用高，控制繁琐：而膜分离技术虽然设备简单，操作也简单，但是制膜困难，膜的使用寿命较短，并且，气体渗透通过膜时阻力大，气体渗透通量小，产气量小，此外，膜分离设备体积庞大，不利于应用，总之，技术上还不能令人满意。上述的三种空气分离方法，能量消耗都比较高，以其中的相对而言能耗略低的膜分离技术为例，据中国甘肃省兰州市段家滩508号《膜科学与技术》编辑部出版的《膜科学与技术》杂志1989年第1期第39页至41页介绍，以及，据中国长春市斯大林大街108号吉林省科学技术情报研究所编辑出版的中文杂志《日本的科学与技术》1986年第3期第25页至第26页介绍，用膜分离富氧装置每分钟制取12升含氧量约为30％到40％的富氧空气，所需消耗电能功率约为300瓦至340瓦，该例涉及的膜分离富氧装置的尺寸约为长70厘米、宽40厘米、高80厘米，该装置的重量约为100公斤。

除了前文所述的三种常用的空气分离方法之外，另有一种用磁力来进行空气分离的方法，它是利用了氧气在不均匀磁场中可被强烈地吸引的特殊性质。据北京中国科学技术情报研究所编辑，北京科学技术文献出版社出版的《国外科技动态》1988年第1期第36至37页，以及，中国专利报社国际部编辑，北京中国专利报社出版的《世界发明》1989年第6期第6页至第8页介绍，日本特公昭42-15361等专利文献展示了一种空气磁力分离制氧技术，该空气磁力分离制氧技术的原理以及装置是这样的：使空气进入一个筒状容器内，在该筒状容器的内壁从筒口向内依次排列着永久磁铁块组和电磁铁组，通入强电流使各个电磁铁保持强的磁场，当空气在筒状容器内流动经过时，空气中的氧气分子，由于众所周知的可被磁场吸引的性质，被磁场吸引到安置在筒状容器内壁表面的永久磁铁块以及电磁铁附近，这样，留在筒状容器内轴心附近的空气就是缺氧的富氮空气，而靠近筒状容器内壁的空气，就是富氧空气，如此，在一个不太大的空间内，主要是利用电磁铁的强磁场，使空气中的氧气与氮气分离。使用该装置，可以同时获取富氧空气和富氮空气，并且，占用空间不太大，但是，需消耗大量的电能来维持由电磁铁组产生的高磁场强度，同时，还必须设法解决电磁铁组因为通过大电流而产生的发热、升温问题，这些不足之处使得这种制氧技术在应用上受到限制；该技术装置的不足之处还在于，虽然在该技术装置中使用了一些永久磁铁块，但那些永久磁铁块的设置方位、设置方式使得那些永久磁铁块实际上几乎不能发挥有效作用。除上述的空气磁力分离制氧装置外，经检索发明专利公报以及实用新型专利公报，可以知道，近年来，陆续地有涉及空气磁力分离技术的专利文件发表，但是，其中绝大部分的发明构思，均是试图以数量很少的永久磁铁来达到大流量获取富氧空气的目的，而这样的目的，仅仅通过利用小量的永磁铁实际上难以达到。

在实际应用中，人们通常期望能够实际地大流量地获得富氧空气，在这样的前提之下，人们才会注意到应如何降低制气能耗、降低制气成本、减小装置体积、减轻装置重量等等问题。

空气中的氮气、水气、二氧化碳和氢气等是弱逆磁性的成份，它们在磁场中会受到轻微的排斥力，而空气中的另一个重要的成份氧气却具有强的顺磁性，它在不均匀的磁场中会受到强的吸引力，这是一个众所周知的现象。据中国北京科学出版1979年6月出版的E.M.珀赛尔著《伯克利物理学教程》第二卷“电磁学”卷中文译文第434页至438页介绍，如果以液态氧进行实验，在磁场强度为18000高斯，磁场梯度为1700高斯/厘米的条件下，氧分子将受到相当于它自身重量八倍的力量往磁场里拉吸，由此可见，这种吸引力是大的。在常温时，不均匀磁场对氧气分子的吸引力仍然是大的，含氧空气中的众多氧气分子受不均匀磁场的吸引而产生定向运动可造成被称为“磁风”的气流，这种现象也是含氧空气中氧气含量的磁测量技术的科学依据。

已知磁场对氧气分子的吸引力是与磁场强度和磁场梯度的乘积成正比，也就是说，磁场对氧气分子的吸引力既与磁场强度成正比，又与磁场梯度成正比；因此，当磁场强度较高，而磁场梯度较小时，磁场对氧气分子的吸引力并不强；而在磁场强度不很高，但磁场梯度比较大的磁场中，氧气分子受到的吸引力却可以是较强的。所说磁场梯度是指磁场强度随距离的变化率。磁场梯度与磁场强度的乘积值大的磁场区间对氧气分子具有较大的吸引力。

本发明的主要目的，是提供一种紧凑的、高效率的、低能耗的能够大流量供气的从空气中获取氧气以及氮气的技术。本发明也是利用氧气分子可被磁场强烈吸引的特殊性质，从空气中获取氧气以及氮气，但是，与现有的空气磁力分离技术不同地，本发明是从新的设计思想出发，完全克服了现有空气磁力分离技术中的能量消耗大以及实际供气流量小等等不足。本发明强调扩展磁场对空气的作用范围，以及，充分地、全面地利用不消耗电能的永久磁铁。本发明仅以永久磁铁作为磁场提供者。本发明通过将永久磁铁，特别是板状的有孔洞或无孔洞的永久磁铁，在有限的空间内作合理的、紧凑的排列，达到下述两个方面的目的：其一是，利用永久磁铁制造有着高的磁场梯度与磁场强度乘积值的磁场，其二是，大幅度地扩展对氧气有强烈吸引力的磁场的有效作用面积，这也就是说，使磁场梯度与磁场强度的乘积值高的磁场与空气的作用界面大幅度地扩展。

本发明是这样实现的：使用一个或一个以上的集气通道支架，所说集气通道支架的功能包括固定集气通道形状以及位置，防止集气通道变形、移位或错位，以及，装设在所说集气通道支架的外围位置的许多永久磁铁，所说永久磁铁是在所说集气通道支架外围位置作小间隔排列，所说永久磁铁是用部分边缘与所说集气通道支架的外围位置邻接，所说小间隔地排列于集气通道支架外围位置的永久磁铁是呈肋状或翅状，所说装设在集气通道支架外围位置的许多的呈肋状或翅状的永久磁铁的部分边缘与集气通道支架一并围成了以集气通道支架作为导引支架的集气通道，本发明中，将包括了上述组件的装置称为紧凑式高效低能耗空气磁力分离装置。当所说空气磁力分离装置中的永久磁铁簇的磁场与含氧源空气接触时，受磁场的吸引，含氧源空气中的强顺磁性的氧气分子便向永久磁铁簇的方向移动，这样，在所说小间隔地排列在集气通道支架外围位置的肋状或翅状永久磁铁簇的间隙空间及其附近空间的空气中的氧气含量便高于含氧源空气的氧气含量，所说集气通道的侧壁上的缝隙与含氧量相对较高的空气接触，当这样的集气通道与压气机的进气通道连通时，启动压气机，那么，经由压气机的出气通道输出的空气，就是含氧量相对较高的空气，也就是富氧空气；用于抽吸富氧空气的机械，还可以是具有自持吸气能力的机械，例如一些种类的汽油发动机。

在所说空气磁力分离装置中，装设在集气通道支架外围位置的相邻的永久磁铁的相互靠近的磁极既可以是磁极性不同的磁极，也可以是磁极性相同的磁极，还可以是介于这二种情形之间的情形，但是，由于高梯度磁场对氧气分子有更大的吸引力，因而，所说呈肋状或翅状地装设于集气通道支架外围位置的永久磁铁的最好的排列方式，是使相邻的永久磁铁的相互靠近的磁极是磁极性相同的磁极。以磁极表面剩磁强度为2500高斯的永久磁铁为例，当相邻的永久磁铁的相互靠近的磁极是磁极性相同的磁极，并且，磁极间距约为0.5厘米时，那么，在所说磁极间隙及其附近的磁场梯度可达约10000高斯/厘米，当磁极间距约为0.2厘米时，在所说磁极间隙及其附近的磁场梯度可达约25000高斯/厘米；而如果是采用磁极表面剩磁强度约为1000高斯的永久磁铁，并且仍是用磁极性相同的磁极相互靠近，那么，当磁极间距约为0.2厘米时，在这样的磁极间隙及其附近的磁场梯度可以达到约10000高斯/厘米，当磁极间距约为0.1厘米时，在所说磁极间隙及其附近的磁场梯度可达约20000高斯/厘米；即使是使用磁极表面剩磁仅有500高斯的永久磁铁，在类似的情形下，当磁极间距约为0.2厘米至0.1厘米时，磁场梯度值也能达到约5000高斯/厘米至10000高斯/厘米。

在所说空气磁力分离装置中，所说呈肋状或翅状排列于集气通道支架外围位置的永久磁铁可以是任意形状的永久磁铁。所说任意形状的永久磁铁包括含有孔洞的永久磁铁以及不含有孔洞的永久磁铁。本发明强调在有限空间内扩展磁场与空气之间的效作用界面，采用板状永久磁铁是最有利于实现本发明目的的选择。本发明所说板状永久磁铁当然包括含有孔洞的板状永久磁铁，以及，不含有孔洞的板状永久磁铁。本发明所说板状永久磁铁包括厚度均匀的板状永久磁铁，以及，有厚薄变化的板状永久磁铁。本发明所说板状永久磁铁当然也可以包括板面呈曲面形状的板状永久磁铁。所说板状永久磁铁的磁化方式可以是任意的磁化方式，例如，可以是双极磁化，也可以是多极磁化；磁化方向可以任意取向。所说板状永久磁铁的最适宜的磁化方式，是双极磁化方式；最适宜的磁化方向，是与所说板状永久磁铁的最大纵向均分剖面相互垂直或接近于相互垂直的方向。对于厚度均匀的平板状永久磁铁，所说最适宜的磁化方向就是与该平板状永久磁铁的板平面垂直或接近于垂直的方向。

所说含有孔洞的永久磁铁可以是含有单个孔洞的永久磁铁，也可以是含有二个或三个或四个或五个或含有更多个孔洞的永久磁铁，所说孔洞的个数不限。当采用含有孔洞的永久磁铁时，所说集气通道支架与所说永久磁铁的最好的装配方式，是使集气通道支架穿透所说含有孔洞的永久磁铁的孔洞，换句话说，所说永久磁铁最好是用所说孔洞的边缘与所说集气通道支架的外围位置邻接。但是，用含有孔洞的永久磁铁的周围边缘的一部分与集气通道支架的外围位置邻接，也是可以的。最适宜于实现本发明目的的含有孔洞的永久磁铁是含有孔洞的板状永久磁铁。当然，所说含有孔洞的永久磁铁可以仅含有单个孔洞，也可以含有数量在一个以上的孔洞，所说孔洞的数量不限。当所说板状永久磁铁是含有许多孔洞时，相应地就可以有许多的集气通道支架分别穿透所说板状永久磁铁的许多个孔洞。

所说含有孔洞的永久磁铁的孔洞的形状不限，例如，所说孔洞可以是圆形、椭圆形、流线形、长条形、多边形或齿轮形的孔洞等等。所说含有孔洞的永久磁铁的周围边缘的形状不限，例如，所说永久磁铁的周围边缘的形状或可以是圆形、椭圆形、流线形、齿轮形、长条形或多边形等等。

所说集气通道支架可以是横截面呈任意形状的杆状、板状、管状、杆组状、板组状或者管组状的支架。所说杆状的集气通道支架例如横截面呈圆形、椭圆形、放射形、齿轮形、多边形的支架。所说板状的集气通道支架例如横截面呈长条形、齿条形或梳形的支架。所说管状的集气通道支架既可以是侧壁上开有孔洞的管状支架，也可以是侧壁上没有孔洞的管状支架。对于侧壁上没有开设孔洞的管状支架，其横截面形状例如矩形或凹多边形等等。所说集气通道支架的最好的实施方案，是采用侧壁上开设有吸气用的孔洞的管状支架。所说管状集气通道支架，特别是侧壁上开设有孔洞的管状支架，可以是任意形状的中空的管道，例如，可以是圆管、椭圆管、扁管、流线形管、横截面呈多边形或横截面呈齿轮形的管。所说扁管包括扁椭圆管以及横截面呈矩形或其它多边形的扁管。所说管状集气通道支架既可以是整体制造成形，也可以是用散件拼装封接构成，例如截面呈矩形的扁管的构成可以是平板加封条。在所说管状支架内，特别是在扁管内，还可以含有一些用于防止管状支架变形的物件。

在所说空气磁力分离装置中使用的集气通道支架的数量不限，例如，可以使用一个或二个或三个或数量更多的集气通道支架。所说集气通道支架的使用数量可以根据实际用气流量以及用气含氧量以及含氧源空气的含氧量以及含氧源空气的流动更新情况以及所说永久磁铁的性能品质以及永久磁铁的装设方式来确定。在大多数的应用情形中，要求同时使用许多个所述装设有肋状或翅状永久磁铁的集气通道支架。

在所说空气磁力分离装置中，当装设在集气通道支架外围位置的相邻的永久磁铁的相互靠近的磁极是磁极性相同的磁极时，在这样的磁极间隙内及其附近将出现具有高磁场梯度值的磁场，但是，在同一空间的磁场强度大小分布情形与磁场梯度大小的分布情形有所不同，例如，在磁极间隙中间存在磁场强度为零或接近于零的分界面，在该分界面及其附近，虽然磁场梯度值大，但磁场强度数值太小，从而使磁场梯度与磁场强度的乘积值偏小，因此，在这样的分界面及其附近区间的磁场对氧气分子吸引力不大；由所说磁场强度为零或接近于零的分界面出发，愈是靠近磁极表面，磁场强度越大，直到在磁极表面上达到磁场强度的最大值，也就是说，在磁极表面以及紧贴近磁极表面的那部分区间，磁场强度与磁场梯度的乘积值最大，对氧气分子的吸引力也最强，当所说空气磁力分离装置中的永久磁铁与含氧源空气接触时，受磁场的吸引，在所说永久磁铁簇的间隙及其附近空间将积蓄氧含量相对较高的空气，但是，由于在磁极间隙及其附近存在着对氧气分子吸引力强弱不均的磁场分布，结果相应地导致在这样的区间内存在氧气含量大小不均的分布，愈是靠近磁极表面，氧气含量越大，在磁极表面以及紧贴近磁极表面的区间内有最高的氧气含量，而在所说磁极间隙中间的磁场强度为零或接近于零的所说分界面及其附近区间，对氧气分子吸引力为零或接近于零，因而该区间氧气含量相对于磁极表面及其附近区间而言要小许多。如果任由集气通道侧壁上的缝隙将磁极间隙及其附近的空气不仔细区分氧含量的高低一并吸入集气通道内，结果虽然可获得富氧空气，但该富氧空气可能更多地是来自于对氧气分子吸引力为零或接近于零的所说分界面区间，因为该区间空气受束缚较小，相对而言更易于流动；而紧贴近磁极表面的含氧量高的空气受磁场束缚，相对而言，流动滞缓。不采取额外措施，仅以上述方式粗略地吸取富氧空气，当然是可以的，但效果不是最理想，因为这样获得的富氧空气氧气含量不高。为获取高含氧的富氧空气，应从所说磁极表面以及紧贴近磁极表面的高含氧区间吸取富氧空气，同时应设法将氧气含量相对较低的所说分界面及其附近区间的空气隔离或遮蔽，阻止含氧量相对较低的空气进入集气通道内。进一步包括了遮蔽物的空气磁力分离装置是有利于获取高品质的氧气含量比较高的富氧空气的装置。所说遮蔽物是用于遮蔽氧含量相对较低的所说分界面及其附近的空气，所说遮蔽物装设在相邻永久磁铁之间，在所说遮蔽物与邻近的永久磁铁之间存在有气隙。所说气隙正与所说磁极表面以及紧贴近磁极表面的高含氧区间相对应；经由所说气隙吸入集气通道的空气就是高品质的含氧量比较高的富氧空气。所说遮蔽物的周围边缘可大可小，其周围边缘的大小以不妨碍含氧源空气的流动更新为宜。用于制作所说遮蔽物的材料不限，例如可以使用橡胶、塑料、瓷材、木材以及金属材料等等。

前文已述及，在所说空气磁力分离装置中，装设在集气通道支架外围位置的肋状或翅状永久磁铁，既可以是含有孔洞的永久磁铁，也可以是没有孔洞的永久磁铁。含有孔洞的永久磁铁最好是用所说孔洞的边缘与所说集气通道支架的外围位置邻接。对于含有许多个孔洞的永久磁铁而言，可以用它的许多个孔洞的孔洞边缘分别地同时与许多个集气通道支架邻接；对于仅含单个孔洞的永久磁铁而言，则它的孔洞边缘最好只与一个集气通道支架邻接。所说永久磁铁无论是否含有孔洞，都可以用该永久磁铁的部分周围边缘与所说集气通道支架邻接。对于含有孔洞的永久磁铁而言，还可以同时用所说孔洞的边缘以及所说永久磁铁部分周围边缘分别与不同的集气通道支架邻接。

当所说永久磁铁是用它的周围边缘与集气通道支架的外围位置邻接时，该永久磁铁的周围边缘既可以仅与一个集气通道支架邻接，也可以同时与一个以上的集气通道支架邻接。前文已述及，在大多数的情形下，本发明所述空气磁力分离装置要求同时使用许多个装设有肋状或翅状永久磁铁的集气通道支架，所说集气通道支架可以作栅栏状、簇状或层状排列，当然还可以采取其它的排列方式，在上述情形下，伸展在集气通道支架之间的每一块所说肋状或翅状永久磁铁既可以仅与一个集气通道支架邻接，也可以同时与一个以上的集气通道支架邻接。

在所说空气磁力分离装置中，装设于所说集气通道支架外围位置上的肋状或翅状永久磁铁可以是含有孔洞或不含有孔洞的板状永久磁铁，相邻的板状永久磁铁的相互面对的板面可以是磁极性相同的磁极面，前文已述及，在该情形下，当所说永久磁铁簇与含氧源空气接触时，对氧气分子有强吸引力的磁极表面以及紧贴磁极表面的区间内将集聚高含氧的高品质的富氧空气，但是，这种呈薄层状分布的高含氧富氧空气受磁场吸引力的束缚，流动滞缓，如果磁极表面各处的磁场对氧气分子的吸引力相同或近乎相同，就难以驱使该薄层状高含氧富氧空气沿磁极表面向所说集气通道方向流动。为了驱使所说薄层状的高含氧富氧空气沿磁极表面向所说集气通道向流动，一般地说，可以采取下述四种方案，第一种方案是，使相邻的板状永久磁铁的所说最大纵向均分剖面之间的夹角呈锐角，并使该锐角的方向指向所说集气通道；第二种方案是，采用磁极表面剩磁强度不均匀的永久磁铁，并使所说永磁铁的剩磁强度比较大的部分靠近所说集气通道；第三种方案是，采用有厚薄变化的板状永久磁铁，所说板状永久磁铁的厚薄变化方式是使永久磁铁的邻近集气通道支架的部分有逐渐增大的厚度；第四种方案是，混合使用前述三种方案中的二种或全部三种方案；上述的任何一种方案都可以使所说磁极表面以及紧贴近磁极表面的区间的磁场强度与磁场梯度的乘积值发生有利的变化，越是靠近集气通道的位置，所说乘积值越大，对氧气的吸引力也随之增强，这就形成了沿着所说磁极表面指向集气通道的对氧气的定向牵引，如此，便可以驱使所说流动滞缓的薄层状的高含氧的富氧空气沿着磁极表面向所说集气通道方向流动。在上述情形下，如果所说空气磁力分离装置是包括了所说遮蔽物的装置，那么紧贴近磁极表面的所说气隙正好可以顺势地提取得沿着磁极表面源源不断地汇聚而来的所说薄层状分布的高含氧的富氧空气。

根据流体流动过程的一般科学原理，我们知道，当流体在任意材料的板与板之间流动时，流体的流动速率分布是不均匀的，越是贴近板面位置，流体的流动速率越低，在贴近板面的位置存在着流动滞缓的层流边界层；与此同时，在远离板面的位置，流体的流动速率可以是比较大。在本发明中，如果采用板状永久磁铁，并使相邻板状永久磁铁的相互面对的板面是磁极性相同的磁极面，当所说永久磁铁与流动着的含氧源空气接触时，在紧贴近磁极表面的区间形成高含氧的富氧空气层，这种高含氧的富氧空气层同时也正好与一般情形下所说的层流边界层对应，但是，在本发明涉及的情形中，由于磁场对紧贴近磁极表面的高品质的富氧空气层的强烈吸引，实际上使得所说层流边界层的密度增大、厚度增大、流动更加滞缓，更不容易被周围的相对高速率流动的气流冲散。在磁极空隙中的对氧气吸引力为零或接近于零空隙中的所说分界面及其附近，则是可以允许气流高速率流动。所说富氧空气层一旦形成，便能稳定地维持，既便富氧空气不断地被集气通道提取，所说富氧空气层也能够迅速地从周围的流动着的含氧源空气中捕集到高含氧的空气，使所说富氧空气层迅速得到补充并复原。由于上述原因，本发明所述空气磁力分离装置可以允许大流量以及大流速地更新和补充含氧源空气，这同时意味着，本发明所提供的空气磁力分离装置有大的供氧潜力。

本发明强调在有限空间内大幅度地扩展磁场与空气之间的有效接触界面，因此，如前文所述，板状永磁铁，特别是有厚度变化的板状永久磁铁是比较好的选择。显然，所说板状永久磁铁的平均厚度越小，越有利于在有限空间内提供尽可能大的有效磁场面积，但是，当所说板状永久磁铁的平均厚度小到一定程度时，对所说永久磁铁的脆性、耐冲击强度等机械性能就有了比较高的要求。可以应用于本发明的永久磁铁材料品种繁多，其中，粘结的永久磁铁是兼顾了成型性以及脆性、耐冲击强度等机械性能的一种比较好的选择。所说粘结的永久磁铁主要是用粘结剂与磁粉混合粘结加工制成。所说粘结剂例如热塑性树脂、热固性树脂；所说粘结剂也可以是低熔点金属材料，例如金属锡；所说粘结剂还可以是橡胶材料。所说磁粉例如铁氧体类磁粉、稀土类磁粉。所说稀土类磁粉例如钕铁硼磁粉、稀土钴磁粉。所说粘结的永久磁铁可以采用许多种方法成型，例如可以采用注塑、压制、涂布等方法成型。所说粘结的永久磁铁又称复合型永磁材料。所说粘结的永久磁铁的成份除了粘结剂以及磁粉之外，显然还可以允许包括一些次要的成份，例如着色剂、表面保护性涂料以及夹在所说粘结的永久磁铁内部的非磁性的片状物或网状物或丝状物。

本发明所说永久磁铁形状不限；所说粘结的永久磁铁可以被成型为任何设定形状的永久磁铁，尤其适宜于被成型为平均厚度小的板状永久磁铁。

在本发明所说空气磁力分离装置中，当相邻永久磁铁的相互面对的表面是磁极性相同的磁极面时，还可采用另外一种特殊的实施方案，该方案就是在相邻永久磁铁之间装设用导磁性材料制成的聚磁件，在所说聚磁件与相邻的永久磁铁之间存在有气隙。所说聚磁件的周围边缘大小不限；但是，为使聚磁件有效地发挥作用，最好是设计将聚磁件的周围边缘凸出在相邻永久磁铁的周围边缘之外。更好的设计方案是采用横截面呈箭头形或锚形或铆钉形或丁字尺形或哑铃形的聚磁件，同时，使该聚磁件的周围边缘凸出在相邻永久磁铁的周围边缘之外。所说聚磁件的作用在于将磁力线聚束，集中在凸缘处释放，如此，可使聚磁件的凸缘处及其附近磁场强度大幅度提高，无论是采用表面剩磁达2500高斯的永久磁铁，或采用表面剩磁仅有500高斯的永久磁铁，都可以通过适当的设计，使所说聚磁件的凸缘处的磁场强度达到约10000高斯以上，甚至更高磁场强度。采用横截面呈现箭头形或锚形或丁字尺形或铆钉形或哑铃形的聚磁件，是兼顾了磁场强度、磁场梯度、磁场有效作用界面以及流体边界层抗气流冲击因素的最佳设计。在上述情形下，被吸附的富氧空气是经由所说聚磁件与相邻永久磁铁之间的气隙进入所说集气通道，以此路径被提取。

在本发明所说空气磁力分离装置中，当然允许选择这样的设计：使相邻永久磁铁的相互面对的表面是磁极性不同磁极面。在该情形下，最好是使相邻永久磁铁的相互面对的表面部分地相互靠在一起，在这样的所说相互靠在一起的那部分表面之间存在有气隙。富氧空气经由该气隙进入集气通道，以此路径被提取。观测表明，在以上述方式装设的磁极表面及其附近，磁场强度与磁场梯度的乘积值仍有可观的数值，并且，该乘积值是沿着磁极表面逐渐增大，直到在所说气隙处达到最大值，被吸引的氧气分子主要也是沿着磁极表面向所说气隙方向运动，所说层流边界层抗气流冲击的特性在该方案中依然可以发挥作用。另一方面，当相邻永久磁铁是以不同的磁极相互靠近时，总是可以在这样的相邻永久磁铁之间的位置装设任意材料的垫件。所说垫件既可以是用于保护目的或维持气隙大小或滤尘目的，也可以是用于改变磁极之间磁场分布的目的，后者可以选择设计适当的导磁性材料。

本发明所说各种气隙大小不限。所说气隙可以小到仅由相互靠在一起的两个物件因物件表面上固有的凹凸不平所造成的微小气隙。

在本发明所说空气磁力分离装置中，当相邻永久磁铁的相互面对的表面是磁极性相同的磁极面时，如果在相邻永磁铁之间既不装设所说遮蔽物，也不装设所说聚磁件，也是可以的；在该情形下，最好是使相邻永久磁铁的相互面对的表面部分地相互靠在一起，并使所说相互靠在一起的那部分表面之间存有气隙。富氧空气经由所说气隙进入集气通道，以此路径被提取。

前文已述及，如果将所说集气通道与用于输送富氧空气的压气机的进气通道连通，启动该压气机，就可以从该压气机的出气通道中输出富氧空气；所说永久磁铁簇应暴露于含氧源空气中。本发明所说压气机指的是用于抽吸、加压、输送气体的机械，例如，空气压缩机、鼓风机、真空泵、空气泵等等均是压气机。含有用于输送富氧空气的压气机的空气磁力分离装置是本发明所说空气磁力分离装置的一种装置形式。

本发明所说空气磁力分离装置，无论是否含有专门配置的用于输送富氧空气的压气机，都可以将所说永久磁铁簇直接安置于自然流通的含氧源空气中；即便所说含氧源空气处于自然流动速率接近于零的似静止状态，由于浓差扩散的因素，含氧源空气中的氧气分子仍会源源不断地向所说永久磁铁簇的方向移动，以弥补所说永久磁铁簇周围的因被吸取而导致的偏低的含氧量。但是，为了充分发挥所说空气磁力分离装置的供氧能力，最好是将所说集气通道支架连带装设在集气通道支架外围的肋状或翅状永久磁铁等等一并安置在容器内，所说容器是含三种气体通道的容器，所说三种气体通道是新鲜空气输入通道、富氧空气输出通道和富氮空气输出通道，所说集气通道与所说容器的所说富氧空气输出通道连通，在上述情形下，如果使所说容器的所说新鲜空气输入通道与用于输送新鲜空气的压气机的出气通道连通，启动该压气机，就可以驱使含氧源空气以设定的流量及流速掠过所说永久磁铁簇；另一种驱动含氧源空气流动并掠过所说永久磁铁簇的实施方案，是使所说容器的所说富氮空气输出通道与用于输送富氮空气的压气机的进气通道连通。由所说容器的所说富氮空气输出通道输出的富氮空气或者说是缺氧的空气，可以根据应用的要求收集或者放空。

为了使所说空气磁力分离装置能够长期高效率运行，应防止集气通道侧壁上的用于吸气的缝隙或孔洞受到脏物阻塞；尤其是当所说空气磁力分离装置是含有所说遮蔽物的装置时，更应仔细防止所说气隙受到脏物阻塞。如果所说空气磁分离装置是含有所说容器的装置，那么，为解决上述问题，可以在所说容器的所说新鲜空气输入通道上装设空气过滤器；如果所说空气磁力分离装置是含有用于输送新鲜空气的压气机的装置，那么，所说用于输送新鲜空气的压气机的进气通道也可以视为所说新鲜空气输入通道的特殊部分，所说空气过滤器可以装设在所说压气机的进气通道上。已知空气过滤器品种繁多，例如金属丝网、纤维网、纤维纸、纤维布以及多孔泡沫塑料等材料制成的空气过滤器；所说空气过滤器也可以是离心式除尘过滤器、浸油式空气过滤器，等等。

本发明所说空气磁力分离装置还可以包括一些密封件，所说密封件的装设位置可以是在所说集气通道的端部以及气流通道的各个接口处等等需要密封的位置。

本发明所说空气磁力分离装置作为一个整体而言，所涉及的空气流动通道，也可以分成三种：装置的新鲜空气输入通道、装置的富氧空气输出通道以及装置的富氮空气输出通道。作为一种特殊情形，当所说永久磁铁簇是直接地安放在自然流动的正常空气中时，可以明确界定的空气流动通道就只有装置的富氧空气输出通道。

当实际应用中对富氧空气的含氧量的有更高的要求时，可以通过多级富集的方式，逐级增加氧气含量；本发明中将服务于这一目的的装置称为紧凑式高效低能耗氧气多级富集系统，所说氧气多级富集系统包括多个所说空气磁力分离装置，其中，前置级的空气磁力分离装置的富氧空气输出通道与后置级的空气磁力分离装置的新鲜空气输入通道连通。富集的级数越多，所获得的富氧空气的含氧量越高，通过这样的方式可以获取纯氧气。

当实际应用中所需求的是高含氮的富氮空气时，也可以通过多级富集氮气的方式，逐级除氧、增加氮气含量；在本发明中，将服务于这一目的的装置称为紧凑式高效低能耗氮气多级富集系统，所说氮气多级富集系统包括多个所说空气磁力分离装置，其中，前置级的空气磁力分离装置的富氮空气输出通道与后置级的空气磁分离装置的新鲜空气输入通道连通。富集的级数越多，所获得的富氮空气的含氮量越高；通过这样的方式可以获取纯氮气。

在本发明所涉及的各种含有压气机的装置中，各台压气机既可以独立运行，也可以联动运行。

本发明所说含有三种气体通道的容器，可以是专门制造的专用容器，也可以是帐篷或适当分隔的建筑物之类的东西。

本发明所说含氧源空气意指含有氧气成份的混合气体，例如人们日常接触的含氧的正常的新鲜空气。

使用多个的所述空气磁力分离装置，通过变换气体流路的连接方式，可以容易地变换功能，既可以组装成所述氧气多级富集系统，也可以组装成所述氮气多级富集系统。

富氧空气以及纯氧气的广泛用途是众所周知的，由于本发明提供了一种结构简单的、紧凑的、低能耗的、在十分接近于常温常压条件下运行的能够大流量地获取富氧空气以及纯氧气的技术，将使得富氧空气以及氧气的用途进一步大范围地扩展，例如，所述空气磁力分离装置可以用于为建筑物、医院、家庭居室以及个人提供保健和医疗用的富氧空气，供氧装置可以随时启动，可以长期低能耗运行；所述空气磁力分离装置以及所述氧气多级富集系统还可以应用于制氧工厂以及氧气消耗量大的各种场合，例如：冶炼厂、化工厂以及涉及燃烧设备的场合；所述空气磁力分离装置与换气机或者保温换气机进行组合，可以构成富氧换气机或富氧保温换气机；所述空气磁力分离装置与空调机组进行组合，可以构成富氧空调机；所述空气磁力装置与燃烧设备进行组合，可以构成富氧燃烧器；所述空气磁力分离装置与发动机组合，可以构成富氧发动机，所述发动机例如车、船用的各种消耗燃料和氧气的内燃机；除了上述各例之外，本发明所述空气磁力分离装置以及所述氧气多级富集系统还可以有许多的其它用途，例如，可以用于高山或高原地区的呼吸用氧的保障；由所说空气磁力分离装置或氮气多级富集系统输出的富氮空气或纯氮气还可以用于粮食、食品以及其它生物制品的氮气氛保鲜贮存；本发明技术恰能适应所说氮气氛保鲜贮存所特有的对供氮装置运行的长期性以及运行的低能耗的要求，等等。

本发明包括紧凑式高效低能耗富氧保温换气机。在现有技术中，已知有多种可用于建筑物、医院、家庭居室等场合的保温换气机。本发明所说富氧保温换气机是所说空气磁力分离装置或所说氧气多级富集系统与所说保温换气机的技术组合。所说富氧保温换气机包括所述空气磁力分离装置或所说氧气多级富集系统，以及，气体换热器，该气体换热器是用于富氧新空气与污浊旧空气之间的热量交换，该气体换热器含有用于输送富氧新空气的通道以及用于输送污浊旧空气的通道，所述空气磁力分离装置或所说氧气多级富集系统的富氧空气输出通道与所述气体换热器的用于输送富氧新空气的通道连通。所述富氧保温换气机当然可以包括用于输送富氧空气的压气机，该压气机的装设位置可以是在所述富氧新空气输送通道上的任何位置，该压气机可以视为所述空气磁力分离装置的一部分；所述富氧保温换气机当然还可以包括用于输送污浊旧空气的压气机，该压气机的装设位置可以是在所述污浊旧空气输送通道上的任何位置。已知气体换热器的品种繁多，例如，板式气体换热器、热管式气体换热器、全热交换式气体换热器以及肋片式或翅片式气体换热器，等等。利用本发明所述空气分离技术获取富氧空气，并使该富氧新空气经由气体换热器保温置换污浊旧空气，这对于保健以及节能都是有益的。所述富氧保温换气机特别适合应用于装设有空调机的建筑物、医院以及家庭居室等场合。

不含有气体换热器的富氧换气机是空气磁力分离装置与简单换气机的简单组合，它可视为所说空气磁力分离装置的一种简单应用装置形式。

本发明包括紧凑式高效低能富氧空调机，所说富氧空调机含有所述空气磁力分离装置以及空调机组。所述空调机组是用于调节空气的温度以及湿度的装置，所述空调机组内含有制冷系统，所说空调机组内还可以含有加热器，所说加热器例如电热器、热泵系统。一般说来，普通空调机在进行制冷或者制热运行时，为节省能量，是不允许大流量通新风来更换空调场所的空气；有些种类的空调机甚至根本就没有开设新风通道；即使是含有新风通道的空调机，也只能小流量地引入新风；在新风引入量不足的情况下，空调场所的空气品质变坏；虽然许多品种的空调机含有空气过滤器，但该装置并无增氧功能；另处一些常见的空气净化装置如空气臭氧净化器以及负离子发生器等等装置均无增氧功能；对于有人员活动的空调场所，无增氧功能的装置只能除尘和杀菌，而不能改变空气中氧含量下降的趋势；氧含量不足的危害是众所周知的，长时间在空调场所居住或者活动所产生的身体不适反应统称为空调病，究其根本原因，是空气品质变坏造成的，这其中有空气含尘量以及含菌量偏高的因素，然而，更重要的因素，是含氧量偏低。用现有技术中的保温换气机可以更新空调场所的污浊空气，但是，仅在换气流量很大时，才有可能使有人员活动的场所中空气含氧量与正常空气含氧量相等。采用本发明所述富氧保温换气机进行双向保温富氧换气，可以达到实质性增氧和节能的目的。为实现空调场所的增氧目的，还可以直接用所述空气磁力分离装置或所说氧气多级富集系统向空调场所持续地输送富氧空气。将所述空气磁力分离装置或所说氧气多级富集系统或者富氧换气机或者所述富氧保温换气机与所述空调机组装设在一起，构成富氧空调机，也是有益的实施方案，当这样的富氧空调机在进行制冷或者制热运行时，其中含有的空气磁力分离装置或所说氧气多级富集系统可以同时地持续地向空调场所输入富氧空气。当所说空气磁力分离装置或所说氧气多级富集系统输出的富氧空气是经由气体换热器输入空调场所时，则可以在调节空气的温度以及湿度的同时，达到富氧保温节能换气目的。当所述空气磁力分离装置或所说氧气多级富集系统或者富氧换气机或者富氧保温换气机是与风冷式空调机组装设在一起时，所述空调机组的用于向制冷系统的冷凝器通风的通风机可以同时为空气磁力分离装置中的永久磁铁簇通风。当与所述空气磁力分离装置或所说氧气多级富集系统或富氧换气机或富氧保温换气机装设在一起的空调机组是分体式空调机组时，用于输送富氧空气的输气管道可以与制冷剂循环管道并行安装。

本发明所说空气磁力分离装置、富氧保温换气机以及富氧空调机等装置，根据具体应用要求，显然还可以包括装设于气流通道上的消声器、流量计、流量调节器、氧含量检测显示器、臭氧发生器、负离子发生器、紫外光照射装置、空气加湿器、超声波雾化器、辅助营养药物或辅助治疗药物雾化喷射装置、空气加热器、空气加香装置、富氧空气精细除尘过滤器、电池架、蓄电池、太阳能电板、电源变压器、富氧空气呼吸面具以及氧气帐等等附加小装置。

本发明包括富氧燃烧系统，所说富氧燃烧系统包括燃烧系统，所说燃烧系统是以含有氧气的空气作为氧化剂来源，所说燃烧系统含有空气输入通道，以及，富氧空气供给装置，所说富氧空气供给装置是所说空气磁力分离装置或所说氧气多级富集系统，所说富氧空气供给装置的富氧空气输出通道与所说燃烧系统的空气输入通道连通。所说燃烧系统既可以是单纯的供热燃烧系统，也可以是由燃烧反应提供热能的热功转换系统，还可以是化学工业氧化反应器系统。所说燃烧系统例如大、中、小型锅炉、石油加热炉、金属加热炉、焦炉、水泥窑、玻璃熔炼炉、耐火砖煅烧炉、烧结炉、硫酸生产装置、硝酸生产装置以及家用燃煤、燃油、煤气炉具。所说燃烧系统包括发动机系统。所说发动机包括各类车用、船用、发电机用、空调机组用发动机。所说发动机例如汽油发动机、柴油发动机、煤气发动机、混合燃料发动机等等。所说发动机的空气输入通道也可以包括发动机排气歧管热反应器的空气输入通道以及发动机废气催化氧化净化装置的空气输入通道。以富氧空气作为发动机的氧化剂来源，对于提高燃料利用率以及减少有害废气排放量是十分有益的，对于提高发动机功率以及减小发动机体积也是有益的。最常见的发动机是汽车发动机，众所周知，地球上现有几亿辆各类汽车，由汽车发动机排放的未燃尽废气是造成环境污染的重要因素，燃料的未完全燃烧同时也造成能源的不必要的浪费；采用本发明技术有益于解决上述问题。

本发明包括含氮氧化物燃烧废气磁力分离再循环系统。燃烧系统以及发动机系统在工作中释放出的氮氧化物，一直是人们努力地试图根治或消除的污染物种。现有技术中，为消除或减少氮氧化物的排放量，主要采用降低燃烧温度、两级燃烧室设计、加水汽稀释空气以及催化还原的方法，虽收到一定的效果，但还不理想。降低氮氧化物排放的另一种方法是将部分燃烧废气用于再循环，但在这种方法中，只能将燃烧废气的一部分用于再循环，其余大部分还是直接进入大气层，氮氧化物排放量虽有所降低，但降低的幅度仍不够大。尽管在正常的大气环境中氮氧化物的含量微乎其微，但在燃烧系统以及发动机系统的排气管道中却有比较高的浓度，如何消除包括氮氧化物在内的燃烧废气污染物，是人们每年耗费巨资研究的课题。本发明提供一种新的解决上述问题的技术。已知气态单质或化合物中，只有氧气和氮氧化物具有被不均匀磁场强烈吸引的特殊性质，其中，尤其是氧气分子对磁场吸引力的响应最为强烈，氮氧化物受磁场吸引的强烈程度仅次于氧气分子，这一性质对于解决燃烧废气中的氮氧化物污染控制问题，有重要意义。本发明所说含氮氧化物燃烧废气磁力分离再循环系统包括含氮氧化物燃烧废气磁力分离装置，所说含氮氧化物燃烧废气磁力分离装是功能变化之后的所说空气磁力分离装置或者氧气多级富集系统，所说空气磁力分离装置或氧气多级富集系统的原新鲜空气输入通道转用为含氮氧化物燃烧废气输入通道，原富氧空气输出通道转用为氮氧化物增浓废气输出通道，原富氮空气输出通道转用为脱氮氧化物废气输出通道，以及，燃烧系统或发动机系统，所说燃烧系统或发动机系统含有空气输入通道，以及含氮氧化物燃烧废气输出通道，所说燃烧系统或发动机系统的含氮氧化物燃烧废气输出通道与所说含氮氧化物燃烧废气磁力分离装置的含氮氧化物燃烧废气输入通道，所说含氮氧化物燃烧废气磁力分离装置的氮氧化物增浓废气输出通道经由流量控制装置与所说燃烧系统或发动机系统的燃烧室连通。当所燃烧系统或发动机系统是采用了两级燃烧技术的系统时，也就是说，如果所说燃烧系统或发动机系统的燃烧室是分成富燃料燃烧区和富空气燃烧区，那么，最好是使本发明所说含氮氧化物燃烧废气磁力分离装置的氮氧化物增浓废气输出通道经由流量控制装置与所说燃烧系统或发动机系统的燃烧室的富燃料燃烧区连通。在高温条件下，氮氧化物在富燃料的情况下可以被还原，这是专家们所共知的事实。本发明中，是将氮氧化物通过磁力分离增浓之后，将增浓的氮氧化物废气送回所说富燃料燃烧区进行高温还原，消除氮氧化物，如此地周而复始，循环不息。所说燃烧系统或发动机系统还可以是富氧燃烧系统或富氧发动机系统，在以富氧空气作为氧化剂来源的情形下，由于富氧空气中氮气含量较少，更有利于抑制氮氧化物的生成。已知减少氮气含量对降低氮氧化物的生成速率十分有利。富氧空气中的高含氧状况可以用所说氮氧化物增浓废气来冲淡或调节，以调整至适宜的的含氧浓度。为防止所说含氮氧化物燃烧废气磁力分离装置中的永久磁铁簇受高温冲击而使性能下降，以及，其它考虑，最好是在该装置的所说含氮氧化物燃烧废气输入通道上装设用于高速降温的板翅式气体换热器或其它高速降温装置。

在燃烧系统中，特别是在发动机系统中，联合使用本发明所说富氧空气供给技术以及含氮氧化物燃烧废气磁力分离再循环技术，可以接近零污染排放的目标。

与现有的各种从空气中获取氧气以及氮气的技术相比较，本发明装置的工作原理以及装置的技术特点决定了本发明具有下述优点：结构简单、紧凑，能够大流量地供氧，能量消耗特别低，是在常温常压或十分接近于常温常压的条件下运行，所涉及的各类装置使用安全，操作简便，装置的维护以及保养简便，组合应用方便。当本发明技术被应用于为建筑物、医院、家庭居室、需氧个人以及车、船的驾驶仓或乘员仓以及其它有人员在其间活动的场所供给富氧空气时，有利于提高空气品质，有利于保健，也有利于提高人们的工作效率和工作的安全性；当本发明被应用于制造氧气、氮气的工厂以及在大量使用氧气或使用氮气的工厂等场合时，有利于大幅度降低制气能耗，还有利于提高制气生产安全性；当本发明技术被应用于各类消耗燃料和氧气的燃烧设备以及各类消耗燃料和氧气的发动机时，有利于提高燃料利用率，减少有害废气排放量，还有利于提高燃烧设备以及所说发动机的工作性能。

本发明所说集气通道支架的最佳实施方案，是采用在管壁上有孔洞的管状集气通道支架，所说管状集气通道支架的横截面形状不限，所说管壁上的孔洞形状不限、孔洞大小不限、孔洞数量不限。所说管状集气通道支架内还可以含有用于防止变形的物件，所说设置在管内的用于防止变形的物件可以是横截面呈任意形状的杆状物、板状物或管状物。在本发明说明书的附图说明中以及余下的实施例叙述中，将管壁上有孔洞的管状集气通通支架一律简称集气管。

附图说明：

图1是可以用作集气管的肋片的含有孔洞的板状永久磁铁的几种实施例。图2是一种永久磁铁肋片管式空气磁力分离装置的实施例，标记1是作为肋片的一种含有单个孔洞的有厚度变化的板状永久磁铁，标记2是一种遮蔽物，标记3是一种密封件，标记4是一种集气管，标记5是开设在集气管侧壁上的一种长条形吸气孔。图3是如图2所示的永久磁铁肋片管式空气磁力分离装置的工作原理以及工作状态的局部放大示意图，图中的标记含义与图2相同。图4是由许多支如图2所示的永久磁铁肋片管作簇状或栅栏状或层状排列所构成的空气磁力分离装置的一种实施例的截面形状以及工作方式的示意图，标记1、2、3、4含义与图2中的标记含义相同，标记6是含有三种气体通道的容器的一种实施例，标记7是容器6的富氧空气输出通道，标记8是容器6的富氮空气输出通道，标记9是一种装设在容器6的含氧源空气输入通道上的空气过滤器。图5展示的是如图4所示的空气磁力分离装置中的永久磁铁肋片管组的一种排列方式的立体示意图，标1、4、6含义与图4相同。图5中没有绘出容器6的具体细节。图6是另一种肋片式空气磁力分离装置的实施例的立体形状以及工作方式示意图，标记4是集气管，标记10是作为肋片的含有许多个孔洞的有厚度变化的板状永久磁铁。图7是如图6所示的肋片式空气磁力分离装置的截面形状、工作原理以及工作状态的局部放大示意图，标记2为遮蔽物，标记4、10含义与图6中的标记含义相同。图8是一种翅片式空气磁力分离装置的实施例的立体形状以及工作方式示意图，标记11是作为翅片的一种有厚度变化的板状永久磁铁的实施例，标记12是一种长条形遮蔽物的实施例，标记13是一种密封件的实施例，标记14是一种截面呈矩形的扁的集气管的实施例，在图8所示的实施例中，许多支扁的集气管作平行层状排列。图9是如图8所示的翅片式空气磁力分离装置内的永久磁铁翅片的形状、相邻翅片的相对位置、工作原理以及工作方式的局部放大示意图，标记11含义与图8中的标记含义相同。图10是另一种翅片式空气磁力分离装置的实施例的立体形状以及工作方式示意图，标记14是扁的集气管，标记15是作为翅片的一种板状永久磁铁的实施例，图10中没有绘出遮蔽物以及密封件等附件。图11是如图10所示的翅片式空气磁力分离装置内的永久磁铁翅片形状、相邻翅片的相对位置、工作原理以及工作方式的局部放大示意图，标记15的含义与图10中的标记含义相同。图12是一种翅片管式空气磁力分离装置的实施例的外形示意图，标记14是扁的集气管，标记16是作为翅片的一种有厚度变化的板状永久磁铁的实施例，标记17是长条形遮蔽物。图13是另一些集气通道支架实施例的横截面形状示意图。图14是另一些永久磁铁肋片管实施例的纵向剖面形状示意图，标记4是集气管，标记18以及标记19既可以选择非磁性材料的遮蔽物，也可以选择导磁性的聚磁件，标记20是导磁性的聚磁件，标记21是永久磁铁肋片。图15是利用了磁力线聚束技术的永久磁铁肋片管实施例的纵向剖面的局部放大形状以及它的工作方式的示意图，图中标记含义与图14相同。

说明书附图1至15展示了属于同一发明构思的涉及所述空气磁力分离装置的一系列实施例，附图具体说明了部分实施例涉及的装置的主体形状、散件形状以及工作原理和工作状态。

所说空气磁力分离装置可以根据需要进行并联、串联组合，通过这样的组合，可以进行装置规模的调整；在进行并联、串联组合时，相邻的空气磁力分离装置的相同种类的气体流动通道可以共用，这有利于进一步缩小气体流动通道占用的空间；在进行上述组合之后所构成的装置仍是本发明所述空气磁力分离装置，因为必要技术特征相同，只不过是在装置的规模大小方面有一些区别。说明书附图中的图4、图5、图6、图8、图10所展示的空气磁力分离装置的实施例在形式上具有箱形结构，这样的箱形结构尤其有利于进行所说并联、串联的自由组合，有利于根据应用要求进行整个装置规模大小的调节、控制；对于大规模的装置，这样的箱形结构的组合还有利于拆修、搬运、组装。

另一方面，虽然在附图中展示了含氧源空气的一些最佳流动方向或者说最佳流动角度，以及永久磁铁肋片或翅片的一些最佳装设角度，但是，实际上，在本发明所涉及的各类装置中，可以允许含氧源空气用任意角度流动、掠过永久磁铁簇，而装设在集气通道支架的外围位置的永久磁铁肋片或翅片也可以允许取任意的装设角度。

在本发明所涉及的各类装置中，为获取富氧空气所消耗的能量，主要是用于把被磁场吸附的富氧空气重新从磁场中抽吸出来；另一部分的能量消耗是用于驱使含氧源空气更新、流动、掠过永久磁铁簇；总的说来，所消耗的能量是小的。为了具体说明装置的规模、体积、装置的供气能力和装置的能耗功率之间的大致关系，以说明书附图中的图4和图5所展示的永久磁铁肋片管组式空气磁力分离装置为例，设作为肋片的含有单个孔洞的板状永久磁铁的周围边缘的直径约4厘米，设所说孔洞边缘的直径约1至2厘米，设相邻肋片的最大纵向均分剖面间距约0.5厘米，那么，在一支工作长度约30厘米的集气管上，可以排列约60片所说永久磁铁肋片，相应地也就有约60只所述遮蔽物相间地排列在所述集气管上，设相邻的集气管的轴心间距约5厘米，那么，在一个长约30厘米、宽约30厘米、高约30厘米的空间内，可以排列约36支所述集气管，在这样的装置中，除了位于集气管端部的肋片之外，大致上每一片永久磁铁肋片都有两个工作表面，以每一个所说工作表面每秒种提供0.5毫升至5毫升富氧空气计算，那么，每一支本例所说集气管每秒钟可以提供约60毫升到600毫升的富氧空气，那么，共有约36支集气管的整个本例所说装置每秒钟可以提供约2100毫升至21000毫升的富氧空气，也就是每秒钟提供约2.1升到21升的富氧空气，每分钟提供约126升到1260升富氧空气，每小时提供约7.56立方米至75.6立方米富氧空气，整个本例所说装置的能量消耗功率估计10瓦至100瓦；在本例中，掠过永久磁铁簇的含氧源空气的适宜的平均流动速率估计约为每秒流动5厘米至50厘米。

与图4以及图5所展示的空气磁力分离装置形式相比较，在供气量相当的情况下，显然，由图6、图8和图10所展示的空气磁力分离装置形式具有更加紧凑的结构，也就是说，装置所占用的  空间相比较而言会更小一些。

实际应用中所采用的空气磁力分离装置的大小规模，可以根据实际需要进行设计。当所说装置是被用于居室、家庭以及个人的保健、医疗等目的时，可以相应地采用较小的装置规模，例如，可以采用尺寸为长约15厘米、宽约15厘米、高约15厘米的箱形肋片管组式装置，同理可以推算出这样的装置每分钟可以提供富氧空气约8升至80升，该例装置能耗功率估计约为1瓦至10瓦。小的空气磁力分离装置适宜于家庭使用、个人使用，包括在居室使用、在工作室使用、在高原、高山等缺氧地区使用，装置中所附设的小型压气机既可以用民用电力驱动，也可以用电池电力驱动，还可以用人工的手摇动的方式驱动，等等。微型空气磁力分离装置可作为便携式保健氧气机使用。当所说空气磁力分离装置是被用于和保温换气机或空调机组或发动机或燃烧设备进行技术组合时，装置的规模就可以相应地大一些，例如，与空调机组匹配的空气磁力分离装置的适宜的规模在体积上估计与所说空调机组的制冷系统的冷凝器大小相仿；与保温换气机匹配的空气磁力分离装置的适宜的规模在体积上估计约与保温换气机的气体换热器大小相仿；与燃油汽车发动机匹配的空气磁力分离装置的适宜的规模在体积上估计约与汽车燃料箱大小相仿。

在说明书附图的图14以及图15中所展示的永久磁铁肋片管，也都可以如图4以及图5一般地组成类似的永久磁铁肋片管组。在本发明所说空气磁力分离装置中，最少可以仅使用一支永久磁铁肋片管，多则不限。在说明书附图的图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图10、图12、图14、图15中出现的集气管，均可以用尺寸适当的其它形式的集气通道支架来替换，例如图13所展示的集气通道支架。

Claims (35)

1·一种紧凑式高效低能耗空气磁力分离装置，该空气磁力分离装置包括：

集气通道支架，该集气通道支架的功能包括固定集气通道形状以及位置，防止集气通道变形、移位或错位，以及，

许多的永久磁铁，所说永久磁铁的装设位置是在所说集气通道支架的外围位置，所说永久磁铁是用部分边缘与所说集气通道支架的外围位置邻接，所说装设在集气通道支架外围位置的永久磁铁是作小间隔排列，所说小间隔地排列于集气通道支架外围位置的永久磁铁是呈肋状或翅状，所说装设在集气通道支架外围位置的许多的呈肋状或翅状的永久磁铁的部分边缘与集气通道支架一并围成了以集气通道支架作为导引支架的集气通道。

2·根据权利要求1所说的空气磁力分离装置，其特征在于，所说集气通道支架是横截面呈任意形状的杆状、板状、管状、杆组状、板组状或管组状的支架。

3·根据权利要求2所说的空气磁力分离装置，其特征在于，所说杆状的集气通道支架是横截面呈放射形、齿轮形的支架。

4·根据权利要求2所说的空气磁力分离装置，其特征在于，所说板状的集气通道支架是横截面呈齿条形或梳形的支架。

5·根据权利要求2所述的空气磁力分离装置，其特征在于，所说管状集气通道支架是含有开设在管壁上的吸气用的孔洞的横截面呈任意形状的管状支架。

6·根据权利要求1所说的空气磁力分离装置，其特征在于，所说集气通道支架的数量在一个以上，以及，所说集气通道支架是作簇状、层状或栅栏状排列。

7·根据权利要求1或2或3或4或5或6所说的空气磁力分离装置，其特征在于，所说永久磁铁是有厚度变化的板状永久磁铁，以及，所说板状永久磁铁的厚度变化方式是使该永久磁铁的邻近集气通道支架的位置有逐渐增大的厚度。

8·根据权利要求1或2或3或4或5或6所说的空气磁力分离装置，其特征在于，所说永久磁铁是含有孔洞的永久磁铁，以及，所说含有孔洞的永久磁铁是用所说孔洞的边缘与所说集气通道支架邻接。

9·根据权利要求8所说的空气磁力分离装置，其特征在于，所说含有孔洞的永久磁铁的孔洞的数量在一个以上，以及，所说含有数量在一个以上的孔洞的永久磁铁是用所说孔洞的边缘分别地同时与一个以上的集气通道支架邻接。

10·根据权利要求6所说的空气磁力分离装置，其特征在于，伸展在集气通道支架之间的所说永久磁铁是用它的部分周围边缘同时与一个以上的集气通道支架邻接。

11·根据权利要求1或2或3或4或5或6所说的空气磁力分离装置，其特征在于，相邻永久磁铁的相互面对的表面是磁极性相同的磁极面。

12·根据权利要求11所说的空气磁力分离装置，其特征在于，在相邻永久磁铁之间装设有遮蔽物，以及，所说遮蔽物与邻近的永久磁铁表面之间存在有气隙。

13·根据权利要求11所述的空气磁力分离装置，其特征在于，在相邻永久磁铁之间装设有用导磁性材料制成的聚磁件，以及，在所说聚磁件与相邻的永久磁铁之间存在有气隙。

14·根据权利要求13所述的空气磁力分离装置，其特征在于，所说聚磁件的周围边缘凸出在相邻永久磁铁的周围边缘之外。

15·根据权利要求13或14所述的空气磁力分离装置，其特征在于，所说聚磁件是横截面呈箭头形、锚形、丁字尺形、铆钉形或哑铃形的聚磁件。

16·根据权利要求11所说的空气磁力分离装置，其特征在于，相邻永久磁铁的相互面对的表面部分地相互靠在一起，以及，相邻永久磁铁的所说相互靠在一起的那部分表面之间存在有气隙。

17·根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的空气磁力分离装置，其特征在于，相邻永久磁铁的相互面对的表面是磁极性不同的磁极面，以及，相邻永久磁铁的相互面对的表面部分地相互靠在一起，以及，相邻永久磁铁的所说相互靠在一起的那部分表面之间存在有气隙。

18·根据权利要求1所说的空气磁力分离装置，其特征在于，该空气磁力分离装置包括用于输送富氧空气的压气机，由集气通道

支架导引的所说集气通道与所说压气机的进气通道连通。

19·根据权利要求1或18所说的空气磁力分离装置，其特征在于，该空气磁力分离装置包括容器，所说集气通道支架连带装设在集气通道支架外围的所说肋状或翅状永久磁铁一并装设在所说容器内，以及，所说容器含有三种气体通道，所说三种气体通道是新鲜空气输入通道、富氧空气输出通道以及富氮空气输出通道，由集气通道支架导引的所说集气通道与所说容器的所说富氧空气输出通道连通。

20·根据权利要求19所说的空气磁力分离装置，其特征在于，该空气磁力分离装置包括用于输送新鲜空气的压气机，该压气机的出气通道与所说容器的所说新鲜空气输入通道连通。

21·根据权利要求19所说的空气磁力分离装置，其特征在于，该空气磁力分离装置包括用于输送富氮空气的压气机，该压气机的进气通道与所说容器的所说富氮空气输出通道连通。

22·根据权利要求19所说的空气磁力分离装置，其特征在于，在所说容器的所说新鲜空气输入通道上装设有空气过滤器。

23·根据权利要求1所述的空气磁力分离装置，其特征在于，所述永久磁铁是粘结的永久磁铁，所说粘结的永久磁铁主要是用粘结剂与磁粉混合粘结加工制成。

24·一种紧凑式高效低能耗氧气多级富集系统，该氧气多级富集系统包括多个空气磁力分离装置，其中，前置级的空气磁力分离装置的富氧空气输出通道与后置级的空气磁力分离装置的新鲜空气输入通道连通，所说空气磁力分离装置是权利要求1所述的空气磁力分离装置。

25·一种紧凑式高效低能耗氮气多级富集系统，该氮气多级富集系统包括多个空气磁力分离装置，其中，前置级的空气磁力分离装置的富氮空气输出通道与后置级的空气磁力分离装置的新鲜空气输入通道连通，所说空气磁力分离装置是权利要求1所说的空气磁力分离装置。

26·一种紧凑式高效低能耗富氧保温换气机，该富氧保温换气机包括：

气体换热器，该气体换热器是用于富氧新空气与污浊旧空气之间的热量交换，该气体换热器含有用于输送富氧新空气的通道以及用于输送污浊旧空气的通道，以及，

富氧空气供给装置，所说富氧空气供给装置是权利要求1所说的空气磁力分离装置或权利要求24所说的氧气多级富集系统，所说富氧空气供给装置的富氧空气输出通道与所说气体换热器的用于输送富氧新空气的通道连通。

27·一种紧凑式高效低能耗富氧空调机，该富氧空调机含有：

用于调节空气的温度以及湿度的空调机组，以及，

富氧空气供给装置，所说富氧空气供给装置是权利要求1所说的空气磁力分离装置或权利要求24所说的氧气多级富集系统，所说富氧空气供给装置与所说空调机组装设在一起。

28·根据权利要求27所述的富氧空调机，其特征在于，该富氧空调机含有气体换热器，所述气体换热器是用于富氧新空气与污浊旧空气之间的热量交换，所说富氧空气供给装置的富氧空气输出通道与所说气体换热器的富氧空气输送通道连通。

29·一种富氧燃烧系统，该富氧燃烧系统包括：

燃烧系统，所说燃烧系统是以含有氧气的空气作为氧化剂来源，所说燃烧系统含有空气输入通道，以及，

富氧空气供给装置，所说富氧空气供给装置是权利要求1所说的空气磁力分离装置或权利要求24所述的氧气多级富集系统，所说富氧空气供给装置的富氧空气输出通道与所说燃烧系统的空气输入通道连通。

30·根据权利要求29所述的富氧燃烧系统，其特征在于，所说燃烧系统是发动机系统。

31·一种含氮氧化物燃烧废气磁力分离再循环系统，该系统包括：

含氮氧化物燃烧废气磁力分离装置，所说含氮氧化物燃烧废气磁力分离装置是功能变化之后的权利要求1所说的空气磁力分离装置或权利要求24所述的氧气多级富集系统，所说空气磁力分离装置或氧气多级富集系统的原新鲜空气输入通道转用为含氮氧化物燃烧废气输入通道，所说空气磁力分离装置或氧气多级富集系统的原富氧空气输出通道转用为氮氧化物增浓废气输出通道，所说空气磁力分离装置或氧气多级富集系统的原富氮空气输出通道转用为脱氮氧化物废气输出通道，以及，

燃烧系统，所说燃烧系统是以含有氧气的空气作为氧化剂来源，所说燃烧系统含有空气输入通道以及含氮氧化物燃烧废气输出通道，所说燃烧系统的含氮氧化物燃烧废气输出通道与所说含氮氧化物燃烧废气磁力分离装置的含氮氧化物燃烧废气输入通道连通，所说含氮氧化物燃烧废气磁力分离装置的氮氧化物增浓废气输出通道经由流量控制装置与所说燃烧系统的燃烧室连通。

32·根据权利要求31所述的含氮氧化物燃烧废气磁力分离再循环系统，其特征在于，所说燃烧系统的燃烧室分为富燃料燃烧区和富空气燃烧区，所说含氮氧化物燃烧废气磁力分离装置的氮氧化物增浓废气输出通道经由流量控制装置与所说燃烧系统的燃烧室的富燃料燃烧区连通。

33·根据权利要求31所述的含氮氧化物燃烧废气磁力分离再循环系统，其特征在于，所说燃烧系统的空气输入通道与富氧空气供给装置的富氧空气输出通道连通，所说富氧空气供给装置是权利要求1所述的空气磁力分离装置或权利要求24所述的氧气多级富集系统。

34·根据权利要求31所述的含氮氧化物燃烧废气磁力分离再循环系统，其特征在于，在所说含氮氧化物燃烧废气磁力分离装置的所说含氮氧化物燃烧废气输入通道上装设有板翅式气体换热器。

35·根据权利要求31或32或33或34所述的含氮氧化物燃烧废气磁力分离再循环系统，其特征在于，所说燃烧系统是发动机系统。

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