CN1476921A - 空气分离制氧的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种空气分离制氧的方法及装置，属于增氧技术领域。它主要采用磁体及分离膜组合的方式，由分离膜将制氧容器分隔为两个不相沟通的空间，在一个空间内有序排列有磁铁，使其空间内形成磁场梯度，该空间与外部环境空气相沟通，另一个空间为封闭空间，仅带有气体出口，在分离膜附近的小分子气体可通过分离膜进入封闭空间内，封闭空间由其所带的气体出口输出富氧气体。本发明能够简化制氧设备，减小体积，降低制氧成本，使制氧设备能够广泛适用于家庭、办公室，有助于人们的身体健康。

Description

空气分离制氧的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种空气分离制氧的方法及装置。

背景技术

当前传统制氧方法主要有：变压吸附法、深冷法(又叫低温精馏法)、膜分离法及化学方法等。深冷法可以获得99％以上的纯氧，但此种方法需要专用的大型制冷设备，设备投资高，生产成本大，一般只适用于对氧纯度要求较高的场所。一级膜分离法获得的氧气浓度最高只有50％，多级膜分离可以获得高浓度氧，但膜分离制氧机体积较大。化学方法制氧的设备简单，但需要经常性添加化学药品，且会有其他产物伴生。变压吸附法是一种纯物理制氧方法，可获得90％以上纯度的富氧空气。变压吸附法是一种成熟的技术，在目前成熟的技术中是最适合小型化设备选用的，但也存在耗能高，噪音大等不易克服的缺点。

自从物质的顺磁性被发现以来，尤其是当空气中的氧气和少量氮氧化合物的顺磁性远大于其他气体的事实被越来越多的人知道以后，通过这种特性进行空气分离来获取人们所需的气体的技术革新问题就被提上工作日程。

发明内容

本发明的目的是利用磁场的顺磁性设计一种分离空气制氧的方法及制氧装置，其结构合理，体积小，高效低能耗，低噪音，绿色无污染。

本发明的分离空气的制氧方法为磁体及分离膜组合的方式，由分离膜将制氧容器分隔为两个不相沟通的空间，在一个空间内有序排列有磁铁，使其空间内形成磁场梯度，该空间与外部环境空气相沟通，另一个空间为封闭空间，仅带有气体出口，在分离膜附近的小分子气体可通过分离膜进入封闭空间内，封闭空间由其所带的气体出口输出富氧气体。

本发明所设计的一种分离空气的制氧装置主要由内筒、外筒、出气法兰端盖、入气法兰端盖构成，内筒置于外筒内，外筒内有规律的分布有磁铁，出气法兰端盖及入气法兰端盖置于内、外筒的两端，将内、外筒连接固定，出气法兰端盖及入气法兰端盖的对应内、外筒之间的部位带有相应的出气口及进气口，内筒一端封闭，另一端带有出口，内筒侧壁上带有孔，侧壁外覆着有空气分离膜，出气法兰端盖上与内筒出口对应的部位亦带有出口，该出口与出气法兰端盖上所带的出气口相互隔离。

本发明所设计的空气分离制氧装置的外筒与内筒之间安装有聚磁辅件，以使磁力线的空间排布更加规则、积聚，增强磁场梯度，使磁场均匀分布。

上述的聚磁辅件由软磁性材料或低矫顽力高剩磁的永久磁性材料制成。

本发明所设计的空气分离制氧装置的内、外筒可根据需要其截面形状可为圆形、椭圆形或多边形。

本发明所设计的空气分离制氧装置的外筒内的磁铁的排列方式可以是肋组形，翅组形，叠片链形，百叶窗形或叠层栅形堆叠排列。

本发明中所使用的空气分离膜为高分子膜，或具有高选择性的增透膜。

本发明中的空气分离制氧装置中所用的磁铁为永久性磁铁。

本发明的主要思路，是将磁铁作为磁场提供来源，利用磁铁和聚磁辅件进行配合制造出高磁场强度和高磁场梯度的磁场环境，将空气中的氧气从气体中浓聚到接近分离膜的一侧，然后再利用空气分离膜将氧气从气路中分离到另一空间内，进行氧气收集工作。通过这种方法，可以得到含高浓度氧气的混合气体。

本发明的优点是：

1.采用一种新的制氧方法，通过磁膜组合的方式，简化制氧设备，降低制氧成本；

2.采用磁膜组合方式的制氧装置结构简单、合理，体积小，有效地将空气中的氧气分离出来，达到制备高氧含量的气体；

3.绿色环保，不产生污染物，且可降低制氧设备的能耗。可根据本发明所述的空气分离制氧的方法设计多种制氧装置，从而实现不同地方的需要。在磁场排布及选择上也可以多种多样。

附图说明图1是空气分离制氧装置的装配图。图2是外筒及内侧磁铁及聚磁辅件的装配示意图。图3图1中出气端法兰结构示意图。图4图1中进气端法兰结构示意图。图5图1中内筒结构示意图。

具体实施方式

下面根据附图结合具体实施例对本发明的空气分离制氧的方法及装置的实施方式做进一步说明。

实施例1

图1是利用本发明的分离空气的制氧方法的一种制氧装置，它主要由内筒1、外筒2、出气法兰端盖3、入气法兰端盖4构成，内筒1采用多孔形式，由金属材料制成。内筒1如图5所示，其一端封闭，另一端带有富氧空气出口5。整个内筒1采用一体化设计。内筒1的外表覆着有空气分离膜6，该膜为含有钴的低挥发性有机溶剂支撑的微孔膜。出气端法兰端盖3如图3所示，其中图A’为主剖视图，图B’为侧视图。出气端法兰端盖3上开有富氧空气输出出口7和空气输出出气口8以及外筒2的插槽9。该法兰可用ABS或金属材料制造。出气端法兰端盖3卧有若干条均匀分布的细槽11，呈以富氧空气输出出口7为圆心的半径线分布，作为紧固永久磁铁和聚磁辅件用。空气输出出气口8设计为若干条呈半径线分布的近似扇形通气孔。入气端法兰端盖4如图4所示，其中图A”为主剖视图，图B”为侧视图。入气端法兰端盖4上开有内筒卧槽12，空气输入进气口13和外筒插槽14。所用材料与出气端法兰端盖3一致。该端盖与出气端法兰端盖3相应卧有若干条半径线分布的紧固磁铁的细槽15。外筒2如图2所示，其中图A为外筒2主视图，图B为安装于外筒2内的聚磁组件的结构视图。外筒2的内壁面卧有均匀分布若干个槽孔17，槽孔17与内壁圆切线相垂直，组装中此槽孔17与入气端法兰端盖4，出气端法兰端盖3的卧槽配合使用紧固片状永久磁铁18。外筒2采用软铁材料。永久磁铁18呈厚度均匀的平板状，双极磁化方式，磁化方向为与板状永久磁铁18最大纵向均分剖面相互垂直或接近于垂直的方向。所用磁铁的材料可采用高矫顽力永久磁铁，如硬磁铁氧体或钕铁硼永久磁铁。聚磁辅件16制作材料为软磁性材料。永久磁铁18安装于外筒2的内，采取肋组形，聚磁辅件16位于内筒1及外筒2之间，以增强磁场梯度。永久磁铁18与聚磁辅件16的装配结构如图2所示。

该装置是采取磁膜组合方式进行增氧的，即空气从入气端法兰端盖4的空气输入进气口13进入内、外筒1、2所形成的空气流道内，在磁场梯度的作用下，在内筒1的外部聚集氧浓度较高的气体，该部分气体通过空气分离膜6进入内筒1中，在内筒1中形成富氧气体可从出气端法兰端盖3的富氧空气输出出口7与内筒1的富氧空气出口5相配合导出。

由上述可知，利用磁膜组合的方法所制作出的制氧装置结构简单，体积小，无污染物产出，且无其它能耗，为一种较理想的制氧装置。

实施例2

在实施例1所述的制氧装置中，在含氧源空气进入装置空气输入进气口中的磁铁阵列空间之前，增加以物理或化学方式进行空气滤清处理的过滤层，将源空气中的少量氮氧化合物，碳氧化合物，水蒸汽，惰性气体以及其他微量气态物质组分和少量浮尘等固态漂浮物从含氧源空气中滤除。使进入到内外筒间的磁铁阵列空间的气体变得干燥，纯净，无毒害。已知的空气过滤器种类很多，可以采用金属网，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。

实施例3

在实施例1所述的制氧装置中，在入气端法兰端盖4前端可加装压气机，即让气流输入进气口13与用于输送新鲜空气的压气机的出口通道连通。也可以在空气出口的后级加装抽气机，即让气流输出出气口8与抽气机的进气通道连通。

分离膜可以采用复合多层过滤结构。

另外，制氧装置后部可安装用于抽吸，加压，输送气体的压气机。这其中包括空气压缩机，鼓风机，通风机，真空泵，空气泵等等机械。用于将产出的富氧气体抽出内管进入富氧空气采集系统。

当实际应用中对富氧空气的含氧量有更高的要求时，可以通过多级富集的方式，逐步提高氧浓度。其中，前置级的空气分离装置的输出富氧空气作为后级的输入气源。富集的级数越多，所获的富氧空气的含氧量越高，最终可以通过这种方式得到纯氧。

当实际应用中对富氧空气的气量有更大的要求时，可以考虑在同级中并列设置本发明的装置，在输入空气被过滤后，分别输送到每个同级的分离装置中，然后在末级输出口处集中产气统一输出。

当以上两种要求同时存在时，本装置可以采取复合串并结构的方式进行设置。

由上述可知，利用磁膜组合分离空气的制氧方法能够制造出满足不同需求的各种制氧装置，且该制氧装置体积小，符合环保要求。

Claims (8)

1.一种空气分离的制氧方法，其特征是：采用磁体及分离膜组合的方式，由分离膜将制氧容器分隔为两个不相沟通的空间，在一个空间内有序排列有磁铁，使其空间内形成磁场梯度，该空间与外部环境空气相沟通，另一个空间为封闭空间，仅带有气体出口，在分离膜附近的小分子气体可通过分离膜进入封闭空间内，封闭空间由其所带的气体出口输出富氧气体。

2.使用上述方法所设计的一种空气分离的制氧装置，其特征是：主要由内筒、外筒、出气法兰端盖、入气法兰端盖构成，内筒置于外筒内，外筒内有规律的分布有磁铁，出气法兰端盖及入气法兰端盖置于内、外筒的两端，将内、外筒连接固定，出气法兰端盖及入气法兰端盖的对应内、外筒之间的部位带有相应的出气口及进气口，内筒一端封闭，另一端带有出口，内筒侧壁上带有孔，侧壁外覆着有空气分离膜，出气法兰端盖上与内筒出口对应的部位亦带有出口，该出口与出气法兰端盖上所带的出气口相互隔离。

3.根据权利要求2所述的空气分离制氧的装置，其特征还在于：外筒与内筒之间安装有聚磁辅件。

4.根据权利要求3所述的空气分离制氧的装置，其特征还在于：聚磁辅件由软磁性材料或低矫顽力高剩磁的永久磁性材料制成。

5.根据权利要求2所述的空气分离制氧的装置，其特征还在于：内、外筒的截面形状可为圆形、椭圆形或多边形。

6.根据权利要求2所述的空气分离制氧的装置，其特征还在于：外筒内的磁铁的排列方式可以是肋组形，翅组形，叠片链形，百叶窗形或叠层栅形堆叠排列。

7.根据权利要求1或2所述的空气分离制氧的方法及装置，其特征还在于：所使用的空气分离膜为高分子膜，或具有高选择性的增透膜。

8.根据权利要求1或2所述的空气分离制氧的方法及装置，其特征还在于：所用的磁铁为永久性磁铁。

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