CZ2018291A3 - Zařízení pro rozklad vzduchu na kyslík a dusík - Google Patents
Zařízení pro rozklad vzduchu na kyslík a dusík Download PDFInfo
- Publication number
- CZ2018291A3 CZ2018291A3 CZ2018-291A CZ2018291A CZ2018291A3 CZ 2018291 A3 CZ2018291 A3 CZ 2018291A3 CZ 2018291 A CZ2018291 A CZ 2018291A CZ 2018291 A3 CZ2018291 A3 CZ 2018291A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- slot
- oxygen
- magnetic field
- nitrogen
- slope
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/32—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by electrical effects other than those provided for in group B01D61/00
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B13/00—Oxygen; Ozone; Oxides or hydroxides in general
- C01B13/02—Preparation of oxygen
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
- C01B21/02—Preparation of nitrogen
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2257/00—Components to be removed
- B01D2257/10—Single element gases other than halogens
- B01D2257/102—Nitrogen
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2257/00—Components to be removed
- B01D2257/10—Single element gases other than halogens
- B01D2257/104—Oxygen
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
Zařízení pro rozklad vzduchu na kyslík a dusík, které obsahuje podlouhlou základnu (1) opatřenou obdélníkovou štěrbinou (3) pro laminární proudění Qvzduchu přiváděného k jednomu konci štěrbiny (3) a na druhém konci štěrbiny (3) jsou dva výstupy Qa QK základně (1) je dále připevněn alespoň jeden elektromagnet (2), jehož magnetické pole zasahuje pouze do jedné podélné části štěrbiny (3). Vstupní a výstupní náběhy štěrbiny (3) mají sklon 4,5 až 5,2° a tvar hrany náběhu je sinx.
Description
Předkládané řešení se týká zařízení pro rozklad vzduchu na kyslík a dusík s využitím magnetického pole. Zařízení nalezne uplatnění například při výrobě ochranné atmosféry - dusík, při pájení, svařování, nebo při výrobě kyslíku například pro kabiny letadel.
Dosavadní stav techniky
Separace dusíku a kyslíku se v současné době pro uvedené účely provádí např. pomocí filtrů, nebo membrán, vymrazováním vzduchu - zkapalňování při různých teplotách, nebo adsorpcí.
Tyto způsoby jsou energeticky náročné, zdlouhavé. Jejich účinnost je malá.
Například vymrazovací systémy jsou vhodné jenom pro velké množství zpracovávaného plynu, který je dále zkapalňován a prodáván v tlakových lahvích. Způsob není vhodný pro lokální produkci plynů v malých množstvích.
V případě membránových filtrů stlačený vzduch, předsušený na tlakový rosný bod +3 °C, vstupuje do přívodní přípojky generátoru, kde je předčištěn na vstupních filtrech 1 pm a 0,1 pm. Dále je veden přes adsorbér s aktivním uhlím pro odstranění olejových a aromatických výparů a pro eliminaci ozónu. Nakonec stlačený vzduch prochází do membránových modulů přes jemný prachový filtr. Membránový filtr je složený z mnoha mikroskopických dutých vláken, kterými plyn prochází. Mikroskopická dutá vlákna umožňují nežádoucím plynům, jako je kyslík a vodní páry, prostupovat přes jejich stěny, kdežto produkovaný plyn - dusík, vystupuje z membrán k dalšímu aplikačnímu využití.
Nevýhodou je velká tlaková ztráta filtru - cca 1 bar, protože plyn je nutné protlačit přes malé otvory. Dále je třeba relativně velký vstupní tlak, cca 4 bar.
Dále existují řešení pro separaci plynu s využitím magnetického pole. Jedná se např. o užitný vzor CN 201172625, kde se magnetická separace využívá pro oddělení dusíku ve spalinách. Užitný vzor se týká dvoukanálového zařízení pro separaci dusíku silným magnetickým polem. Využití jev energetice např. pro kotle, pece, metalurgické pece, motory a plynové turbíny a podobně. Jedná se o zařízení ve tvaru válce, kde na vnitřní stěně vstupní strany je jednotka s permanentními magnety. Na straně výstupu je elektromagnet - cívka, ke které je přitahován kyslík. Dusík je odváděn - shromažďován ve středu trubky.
Další existující řešení je patent JP 2007209843, kde se magnetická separace používá pro odstranění zbytků po spalování, jako např. dioxiny. Zařízení se skládá z trubek, které jsou uloženy mezi permanentní magnety. Zachycený zmagnetovaný kyslík je zpětně využíván ve spalovacím procesu.
Uvedená řešení není možné použít pro oddělení dusíku a kyslíku pro účely pájení nebo svařování, zejména vzhledem k jejich velikosti, jsou určené pro jiné teplotní rozsahy. Dále se jedná o zařízení určené pro velké průtoky, s velkou tlakovou ztrátou.
Podstata vynálezu
Výše uvedené nevýhody jsou do značné míry odstraněny zařízením pro rozklad vzduchu na kyslík a dusík, podle tohoto vynálezu. Jeho podstatou je to, že obsahuje podlouhlou základnu
- 1 CZ 2018 - 291 A3 opatřenou obdélníkovou štěrbinou pro laminámí proudění vzduchu přiváděného k jednomu konci štěrbiny a na druhém konci štěrbiny jsou dva výstupy. K základně je dále připevněn alespoň jeden elektromagnet, jehož magnetické pole zasahuje pouze do jedné podélné části štěrbiny.
Vstupní a výstupní náběhy štěrbiny mají s výhodou sklon 4,5 až 5,2° a tvar hrany náběhu je sin2x. Průřez štěrbiny na vstupní straně je ve výhodném provedení rovný součtu průřezu obou výstupů a plocha části štěrbiny s magnetickým polem a bez magnetického pole je s výhodou stejná.
Výhodou předkládaného řešení je malá energetická náročnost, magnetické pole je vytvářené elektromagnety. Velikostí proudu elektromagnetem lze regulovat sílu rozkládacího účinku. Zařízení je vhodné pro malé průtoky, je rozměrově nenáročné.
Využití je v oblasti generování ochranné atmosféry např. pro pájení, svařování apod. Další využití je např. pro generování kyslíku pro kabiny letadel.
Zařízení je nenáročné na obsluhu a údržbu, nenachází se v něm žádný prvek, který by bylo nutné vyměňovat, jako např. u membránových filtrů.
Zařízení se díky nenáročné konstrukci vyznačuje nízkou cenou, jednoduchost konstrukce umožňuje snadnou údržbu a tím i dlouho životnost.
Objasnění výkresů
Předkládané řešení ajeho účinky budou blíže vysvětleny pomocí přiložených výkresů, kde Obr. 1 znázorňuje celé příkladné řešení v axonometrickém pohledu. Na Obr. 2 je znázorněno laminámí proudění ve štěrbině a rozdělení proudu na výstupní straně. Obr. 3 znázorňuje řez štěrbinou a průběh magnetického toku elektromagnetu a Obr. 4 znázorňuje síly působící na molekuly plynu při zapnutých elektromagnetech.
Příklady uskutečnění vynálezu
Příkladné zařízení pro rozklad vzduchu na kyslík a dusík obsahuje podlouhlou základnu 1 opatřenou obdélníkovou štěrbinou 3 pro laminámí proudění vzduchu přiváděného k jednomu konci štěrbiny 3. Na drahém konci štěrbiny 3 jsou dva výstupy. K základně 1 jsou dále připevněny čtyři elektromagnety 2, jejichž magnetické pole zasahuje pouze do jedné podélné poloviny štěrbiny 3. Vstupní a výstupní náběhy štěrbiny 3 mají sklon 5° a tvar hrany náběhu je sin2x. Průřez štěrbiny 3 na vstupní straně je rovný součtu průřezu obou výstupů.
Do zařízení přichází proud vzduchu Qm a vychází zněj dva proudy Qouti a Qout2. Průtok ve štěrbině 3 musí být dostatečně malý, tak aby proudění bylo laminámí.
Zařízení je založené na rozdílném chování kyslíku a dusíku v magnetickém poli. Kyslík je paramagnetický, tj. pokud je v magnetickém poli, je slabě přitahován magnetickým polem. Dusík naproti tomu je diamagnetický, tj. z magnetického pole je slabě vypuzován. Zemská atmosféra obsahuje objemově přibližně 78 % N2, 21 % O2 a cca 1 % Ar, který je také diamagnetický.
Pokud je proudění ve štěrbině 3 laminámí, nedochází k míšení jednotlivých vrstev - viz obr. 2. Vstupní a výstupní náběhy štěrbiny 3, se sklonem cca 5°, ideálně s tvarem sin2 x, jsou z důvodů uklidnění proudu a zachování jeho laminarity. Proud se na výstupní straně rozděluje na dva proudy. Průřez štěrbiny 3 je navržený tak, aby na výstupní straně byl součet průřezu obou výstupů stejný jako průřez vstupu.
-2CZ 2018 - 291 A3
Štěrbina 3 je navržená tak, aby magnetické pole elektromagnetů zasahovalo jenom do jedné části štěrbiny 3, viz obr. 3. Druhá část štěrbiny 3 je bez magnetického pole. Plocha části štěrbiny 3 bez a s magnetickým polem je tak přibližně stejná, je ale možné volit i jiný poměr.
V případě, že nejsou elektromagnety 2 zapnuté, proudí vzduch štěrbinou 3, proudění je laminámí, k rozkladu nedochází.
Po zapnutí elektromagnetů 2 a vzniku magnetického pole ve štěrbině 3 začne na molekuly O2 působit síla, která je do magnetického pole slabě vtahuje a na molekuly N2 síla, která je slabě odpuzuje, viz obr. 4. Proud vzduchu se rozdělí na proud O2 a druhý proud N2.
Protože proudění je laminámí, nedochází k míchání. Na výstupu Qoutl je tak plyn obohacený o N2 a ochuzený o O2, na výstupu Qout2 je ochuzený o N2 a obohacený o O2.
Délka štěrbiny 3 - vzduchové mezery a počet elektromagnetů 2 ovlivňují účinnost rozkladu. Zvětšením délky štěrbiny 3, přidáním elektromagnetů 2 nebo použitím elektromagnetů 2 s větším magnetickým tokem φ dovoluje zvýšit účinnost rozkladu.
Pro dosažení co největší intenzity magnetického pole je nutné, aby magnetický obvod elektromagnetů 2 byl z feromagnetického materiálu s co největší permeabilitou. Např. při použití křemíkové oceli pro elektrické stroje je možné očekávat magnetickou indukci ve vzduchové mezeře kolem 1T. Je možné použít i jiné materiály, např. jádra z práškového železa, kde dosažitelná permeabilita a magnetická indukce je větší.
Výhodou předkládaného řešení je malá energetická náročnost, magnetické pole je vytvářené elektromagnety. Velikostí proudu elektromagnetem lze regulovat sílu rozkládacího účinku. Zařízení je vhodné pro malé průtoky, je rozměrově nenáročné.
Využití jev oblasti generování ochranné atmosféry např. pro pájení, svařování apod. Další využití je např. pro generování kyslíku pro kabiny letadel.
Zařízení je nenáročné na obsluhu a údržbu, nenachází se v něm žádný prvek, který by bylo nutné vyměňovat, jako např. u membránových filtrů.
V konkrétním příkladu provedení je zvolený průřez štěrbiny 3 42 mm1 2, materiál magnetického obvodu elektromagnetů 2 je železo, střední délka magnetického obvodu je 320 mm. Tyto parametry ale reprezentují jenom jedno konkrétní provedení, mohou být libovolné jiné se zachováním výše uvedených podmínek.
Průmyslová využitelnost
Popsané zařízení je využitelné např. jako zdroj ochranné atmosféry - N2 pro pájení nebo ve všech aplikacích, které jí potřebují vytvořit.
PATENTOVÉ NÁROKY
Claims (4)
1. Zařízení pro rozklad vzduchu na kyslík a dusík, vyznačující se tím, že obsahuje podlouhlou základnu (1) opatřenou obdélníkovou štěrbinou (3) pro laminámí proudění vzduchu přiváděného k jednomu konci štěrbiny (3) a na druhém konci štěrbiny (3) jsou dva výstupy a k základně (1) je dále připevněn alespoň jeden elektromagnet (2), jehož magnetické pole zasahuje pouze do jedné podélné části štěrbiny (3).
-3 CZ 2018 - 291 A3
2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že vstupní a výstupní náběhy štěrbiny (3) mají sklon 4,5 až 5,2° a tvar hrany náběhu je sin2x.
3. Zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že průřez štěrbiny (3) na vstupní straně 5 je rovný součtu průřezu obou výstupů.
4. Zařízení podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že plocha části štěrbiny (3) s magnetickým polem a bez magnetického poleje stejná.
2 výkresy
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2018-291A CZ307921B6 (cs) | 2018-06-14 | 2018-06-14 | Zařízení pro rozklad vzduchu na kyslík a dusík |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2018-291A CZ307921B6 (cs) | 2018-06-14 | 2018-06-14 | Zařízení pro rozklad vzduchu na kyslík a dusík |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2018291A3 true CZ2018291A3 (cs) | 2019-08-21 |
| CZ307921B6 CZ307921B6 (cs) | 2019-08-21 |
Family
ID=67616280
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2018-291A CZ307921B6 (cs) | 2018-06-14 | 2018-06-14 | Zařízení pro rozklad vzduchu na kyslík a dusík |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ307921B6 (cs) |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1281746A (zh) * | 1999-10-17 | 2001-01-31 | 李榕生 | 气体磁力分离装置及其应用 |
| JP2001221111A (ja) * | 2000-02-07 | 2001-08-17 | Toyota Motor Corp | 酸素ガス供給装置 |
| JP2007209843A (ja) * | 2006-02-07 | 2007-08-23 | Ftec:Kk | 発磁機及び磁気処理装置 |
| CN201172625Y (zh) * | 2008-02-03 | 2008-12-31 | 陈正举 | 高梯度强磁场双通道聚氧聚氮装置 |
| CN105561728B (zh) * | 2015-04-22 | 2017-10-27 | 浙江大学 | 低温空气分离的超导磁分离器、分离装置及方法 |
-
2018
- 2018-06-14 CZ CZ2018-291A patent/CZ307921B6/cs not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ307921B6 (cs) | 2019-08-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4704139A (en) | Method and apparatus for separating gases | |
| US5169006A (en) | Continuous magnetic separator | |
| CA2140088C (en) | Fuel oil improvement apparatus | |
| DE60108407D1 (de) | Vorrichtung und verfahren zur steigerung des sauerstoffgehaltes in einer flüssigkeit | |
| US9254493B2 (en) | Oxygen-enriched air producing device and oxygen-enriched air producing method | |
| GB1578396A (en) | Magnetic separator | |
| JPS6123005B2 (cs) | ||
| CZ2018291A3 (cs) | Zařízení pro rozklad vzduchu na kyslík a dusík | |
| US5118416A (en) | Permanent magnetic power cell circuit for treating fluids to control iron pipes | |
| Raveshiyan et al. | Intensification of O2/N2 separation by novel magnetically aligned carbonyl iron powders/polysulfone magnetic mixed matrix membranes | |
| US20050126974A1 (en) | Water purifier having magnetic field generation | |
| JP2007105723A (ja) | 流体磁気処理装置及び磁石ユニット | |
| EP3419930B1 (en) | System and a method to extract oxygen from air | |
| JP2008238153A (ja) | 流体への磁場照射装置 | |
| JPH0833840A (ja) | 磁化器並びに磁化処理方法及び化学反応制御方法 | |
| KR20120107878A (ko) | 에어스트림으로부터 습기를 제거하기 위한 시스템 | |
| WO2018081803A1 (en) | Device for treating water | |
| JP2004049998A (ja) | 磁気式酸素分離装置 | |
| JP2006187755A (ja) | 酸素富化装置 | |
| KR20120067467A (ko) | 공기 중 산소 초전도 자기분리 장치 | |
| JP2014210234A (ja) | 磁性気流制御装置及び磁性気流制御方法 | |
| JP2013095658A (ja) | 酸素濃縮装置 | |
| JP2001340867A (ja) | 水処理装置 | |
| JP2003254175A (ja) | 燃料用磁気処理装置 | |
| Wang et al. | A novel magnetic separation oxygen-enriched method and the influence of temperature and magnetic field on enrichment |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20210614 |