CN1401945A - 氧气浓度差磁致通风方法及装置 - Google Patents

Abstract

氧气浓度差磁致通风方法及装置，涉及建筑通风的技术及设备。由于需要通风的场合通常也存在着与环境空气之间的氧气浓度差异，该发明则利用需要通风的场合与环境空气之间的氧气浓度差异，通过在需要通风处和环境大气之间布置超导磁体，使其产生梯度磁场，从而形成驱动空气流动的磁场力；将空气管道布置在所述的梯度磁场中，使需通风的场合与环境大气之间形成自然通风。采用本方法及装置，有效克服了常规机械通风噪音污染大，能源浪费严重，运行管理困难的缺点，具有无机械驱动部件，无噪音的特点，易于操作和管理。该发明与一般自然通风方式相比，不受室外气象条件的影响，可人为控制，而且通风效果突出，优势明显。

Description

氧气浓度差磁致通风方法及装置

技术领域

本发明涉及一种利用高梯度强磁场使不同氧气浓度区之间产生自然通风的方法及装置，属于空气调节与建筑通风技术领域。

背景技术

通风对改善建筑物内的空气环境，保护人们健康，提高劳动生产率起着重要作用。在许多工业部门，通风又是保证生产正常进行，提高产品质量必不可少的条件。目前，现有技术中的通风系统一般是采用机械驱动设备(风机)，将环境空气通过输运管道送到需要通风的场合，因此必然产生机械噪音。同时，控制新风量的指标始终没有统一的标准。通常用室内二氧化碳平均浓度作为控制新风量的指标，但近年来，有关该方法的缺点也见诸文献，认为二氧化碳不能作为衡量室内空气质量好坏的指标。因此，ASHRAE(美国供热制冷空调工程师协会)标准62R-1989(1996修订版)中，删去了利用二氧化碳作为室内污染程度指标的新风量设计方法，而推荐了一种需求控制通风的改进方法，但仍需测定室内二氧化碳浓度变化，导致通风系统复杂。在我国，建筑及矿山通风系统目前普遍存在通风机效率低，风量调节方法不科学等问题，因此能源浪费严重。

发明内容

本发明的目的是针对现有机械通风方式容易产生噪声以及能源浪费严重等缺陷，提出一种氧气浓度差磁致通风方法及装置，该方法及装置利用超导磁场实现自然通风，不需机械运转部件，既无噪声，又可达到节能降耗的目的。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

一种氧气浓度差磁致通风方法，其特征在于：该方法是在低氧浓度的需通风场合和高氧浓度的环境大气之间布置超导磁体，使其产生梯度磁场，形成驱动空气流动的磁场力；将空气管道布置在所述的梯度磁场中，使需通风的场合与环境大气之间形成自然通风。

根据上述提供的通风方法，本发明提出一种氧气浓度差磁致通风装置，该装置主要包括设置在需通风区和环境大气之间的超导磁体，通风管道以及可为超导磁体提供低温环境的冷却系统，所述的通风管道布置在超导磁体内部。

由于需要通风的场合通常也存在着与环境空气之间的氧气浓度差异，该发明则利用这种氧气浓度差，通过在需要通风处和环境大气之间布置超导磁体，驱动空气由高氧浓度区，即环境大气向低氧浓度区，即建筑物内部流动，形成不需机械运转部件的自然通风方式。

本发明基于需通风区与环境大气之间存在氧气浓度差这一客观事实，利用超导磁体提供高梯度强磁场条件，驱动环境空气向建筑物内流动，形成自然通风，而无须检测二氧化碳浓度。有效克服了常规机械通风噪音污染大，能源浪费严重，运行管理困难的缺点，具有无机械驱动部件，无噪音的特点，易于操作和管理。该发明与一般自然通风方式相比，不受室外气象条件的影响，可人为控制，而且通风效果突出，优势明显。例如对最大磁感应强度为8T的某超导磁场分布作用下的磁致通风进行的计算表明：在建筑物内氧气浓度为20.8％，即与环境空气氧气浓度(21％)差为0.2％时，通风量可达12m³/h；当建筑物内氧气浓度为20％时，通风量则达到了30m³/h。

附图说明

图1为氧气浓度差磁致通风原理示意图。

图2为氧气浓度差磁致通风装置的结构示意图。

图3所示为磁感应强度B以及磁感应强度与梯度乘积 的典型分布规律。

图4为截面平均流速与氧气浓度差的关系。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的原理及实施方式。

图1为本发明的氧气浓度差磁致通风原理示意图，详细说明如下：

处于梯度磁场中的气体，将会被磁化，因而会受到如下所示磁力的作用： $f=\frac{1}{2}{\mathrm{\μ}}_0\mathrm{\χ}\▿H^2---\left(1\right)$

其中，μ₀为真空磁导率(4π×10^-7H/m)，H为磁场强度，x为气体磁化率。对混合气体一空气，其磁化率满足：

χ＝∑y_iχ_i                      (2)

式中，y_i为气体组分i的体积百分比，χ_i为组分i的磁化率。由于氧气磁化率远大于空气中其它组分的磁化率，因此空气磁化率可进一步表示为：

χ＝y_o2χ_o2                      (3)

y_o2和χ_o2分别为氧气的体积百分比和磁化率。

将(3)式代入(1)式，得到空气受到的磁场力为： $f=\frac{1}{2}{\mathrm{\μ}}_0{y}_{o2}{\mathrm{\χ}}_{o2}\▿H^2={\mathrm{\μ}}_0{y}_{o2}{\mathrm{\χ}}_{o2}H\▿H=\frac{y_{o2}{\mathrm{\χ}}_{o2}B\▿B}{{\mathrm{\μ}}_0}---\left(4\right)$

从上式中可以看到，当空气中氧气浓度发生变化时，不同氧气浓度处的空气就可能受到不同的磁场力。这种气体内部体积力的不平衡就会驱动空气的流动，产生磁致通风现象。式(4)说明，磁场力与磁场梯度的方向一致，即磁场力朝向磁场强度增加的方向。图1给出了氧气浓度差磁致通风原理示意图。左侧空气所受磁场力f_l指向+x方向，右侧空气所受磁场力f_r指向-x方向。由于左侧空气中氧气浓度高于右侧，因此f_l＞f_r，于是出现了磁场力的不平衡，磁场力差Δf＝f_l-f_r会驱动空气由左侧流向右侧。显然只要存在这种氧气浓度差，磁致自然通风就会始终进行下去。如果左右侧的氧气浓度相同，则左右侧的磁场力将会达到平衡，磁致通风自然终止。

图2为本发明提供的氧气浓度差磁致通风装置的结构示意图。该装置主要包括超导磁体1，通风管道2以及可为超导磁体提供低温环境的冷却系统3。所用的超导磁体可以购买现成商品，亦可自行设计，用来提供本发明所需的高梯度强磁场环境，然后将通风管道2放置在超导磁体装置的内部，并使其与环境大气和所需通风的场合相连通；冷却系统3的工作介质采用液氮或液氦。

图3所示为磁感应强度B以及磁感应强度与梯度乘积 的典型分布规律。由式(4)可以看到，磁感应强度与梯度乘积

越大，磁场力就越大，通风效果就越好。

本发明人对最大磁感应强度为8T的某磁场分布作用下的磁致通风进行了数值模拟，数值模拟通过改变圆管右端空气的氧气浓度，而维持左端空气内的氧气浓度不变(21％)，来计算不同氧气浓度差条件下的通风状况。氧气浓度差取五个计算工况，分别为1％，0.8％，0.6％，0.4％，0.2％，对应右端氧气浓度分别为20％，20.2％，20.4％，20.6％，20.8％。圆管长度上＝0.6 m，内径D＝0.1m。数值模拟结果表明：截面平均流速随氧气浓度差的增加而增加，在氧气浓度差为0.2％时，截面平均流速为0.28m/s；当氧气浓度差达到1％时，截面平均流速达到了0.70m/s。可见在氧气浓度与环境大气的氧气浓度存在一定差异的场合，这种磁致自然通风的效果还是比较明显的。而且氧气浓度越低，磁致通风越强；其数值模拟结果表示在图4中。

Claims (3)

1.一种氧气浓度差磁致通风方法，其特征在于：该方法是在低氧浓度的需通风场合和高氧浓度的环境大气之间布置超导磁体，使其产生梯度磁场，形成驱动空气流动的磁场力；将空气管道布置在所述的梯度磁场中，使需通风的场合与环境大气之间形成自然通风。

2.一种实施如权利要求1所述氧气浓度差磁致通风方法的装置，其特征在于：该装置主要包括设置在需通风区和环境大气之间的超导磁体，通风管道以及可为超导磁体提供低温环境的冷却系统，所述的通风管道布置在超导磁体内部。

3.按照权利要求2所述的的氧气浓度差磁致通风装置，其特征在于：所述的冷却系统采用液氮或液氦冷却系统。