[發明專利]利用磁力作用實現空氣中氧氣富集的層疊磁體陣列結構裝置及方法

有效

• 申請號: 200710063685.4
• 申請日: 2007-02-07
• 公開（公告）號: CN101054164A
• 公開（公告）日: 2007-10-17
• 發明（設計）人: 王立;吳平
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C01B13/02
• 分類號: C01B13/02;B01D53/00
• 代理公司: 北京科大華誼專利代理事務所
• 代理人: 劉月娥

技術領域

本發明屬于氣體分離技術領域，提出了一種利用磁力作用實現空氣中氧氣富集的層疊磁體陣列結構裝置及方法。

背景技術

上個世紀80年代國外學者開始研究基于磁致氣流行為的氧氣富集技術，國內在90年代中期開始有這方面研究的報道，但進展一直非常緩慢。總結起來，把磁致氣流行為用于氧氣富集的方法主要有兩種：一種是利用磁化后磁性金屬絲表面附近存在的高梯度磁場捕獲氧分子實現氧氣富集；另一種是通過在氣體流道中布置梯度磁場，依靠梯度磁場產生的磁化力使氧氮的行進軌跡發生分離實現氧氣富集。前者存在的問題是難以實現連續富集，后者存在的問題是氣體湍流以及分子擴散很容易造成氧氮的再混合，從而大大降低了氧氣的富集效率。2005年申請的一項國家發明專利提出了一種全新的利用磁致氣流行為富集氧氣的裝置與方法[吳平、王立、蔡軍等，利用磁力實現空氣中氧氣富集的裝置及方法。國家發明專利，申請號：200510086240.9。公告號：CN1762792.2005]，提出利用2塊磁體構成的磁場空間邊界梯度磁場的攔截作用而非偏轉作用實現氧氣的富集，應用該方法所建立的小型實驗裝置已獲得了0.65％的氧氣富集率。

發明內容

本發明的目的是提供一種利用磁力作用實現空氣中氧氣富集的裝置及方法，實現空氣中氧氣的富集。該富氧裝置具有結構簡單，富氧效率較高，操作方便，造價低廉，能耗低，使用壽命長，適應性廣等特點。

本發明的裝置包括：層疊磁體陣列1(磁體可以是永久磁體，也可是電磁鐵)，磁場空間7，磁場空間7開放邊界上的流動阻尼層2(由有機或無機多孔介質材料制成)、空氣源3、緩沖器4、空氣輸送管5、入口過渡段6、出口過渡段8、富氧空氣輸送管9、閥門10，11、富氮空氣輸送管12、容器外殼13以及富氧氣體出口氣體電加熱器15。層疊磁體陣列由3～12000塊磁體構成，形成2～11999個磁場空間，各磁體之間的間距為0.1mm～1000mm，各磁體的厚度為0.3mm～1500mm。層疊磁體陣列1相鄰各磁體之間異極相對形成磁場空間7，在磁場空間的邊界處形成磁場梯度；入口過渡段6的一端連接空氣輸送管5，另一端與磁場空間入口相連，使空氣均勻流入磁場空間7；磁場空間7的出口通過出口過渡段8與富氧空氣輸送管9相連。富氮空氣輸送管12與容器14相連；閥門10，11分別安裝在富氧空氣輸送管9和富氮空氣輸送管12上，通過配合調節這兩個閥門，可以控制從富氧空氣輸送管9以及富氮空氣輸送管12流出氣體的流量和壓力。空氣經過緩沖器4，被送入磁場空間7，當空氣進入磁場空間7后，由于通過富氧空氣輸送管9流出的富氧空氣流量小于通過空氣輸送管5進入磁場空間的流量，將有部分空氣向流動方向的兩側從磁場空間7的邊界經過流動阻尼層2流出，由于在磁場空間7的邊界處存在指向磁場空間內部的磁場梯度，氧氣分子在磁場力的作用下其出流受到束縛，而氮氣分子和其它分子可以順利流出磁場空間7，被束縛在磁場空間內的氧氣分子繼續隨主流氣體沿原來的方向流動，這樣就在磁場空間內部，尤其是在遠離空氣注入口的地方氧分子得到富集。富氧空氣經出口電加熱器15加熱后，經出口過渡段8和富氧空氣輸送管9輸送到裝置外；富氮空氣流入容器14中，并最終會聚在一起，通過富氮空氣輸送管道12排出裝置之外。如果采用多級結構，從裝置中引出的富氧空氣可以作為下一級裝置的入口空氣。

本發明所述的磁體截面的形狀可以是方形、三角形、圓形，梯形或多邊形。與此相對應，由其形成的磁場空間的截面形狀可以是方形、三角形、圓形、梯形或多邊形。

本發明所示的氧氣富集裝置也可以為多級結構，前一級的富氧空氣出口作為后一級的空氣入口，前后級裝置具有相同的結構，因此所述裝置的串聯組合也屬本發明范圍之內

下面對本發明利用磁力來實現空氣中氧氣富集的原理及方法進行說明。

空氣的主要成分是氧氣和氮氣，還有少量的二氧化碳，水蒸汽以及其它微量的惰性氣體。在這些氣體當中，氧氣的體積磁化率為+146×10^-6(“+”表示該氣體為順磁性氣體)，這類氣體在梯度磁場受到的磁力的方向與場強梯度方向一致。相反，氮氣的體積磁化率為-0.58×10^-6，二氧化碳的為-0.84×10^-6，水蒸汽的為-0.58×10^-6(“-”表示該氣體為抗磁性氣體)，這類氣體在梯度磁場中受到的磁力的方向與場強梯度方向相反。由此可見，不但氧氣的體積磁化率比空氣中其它氣體的體積磁化率大很多，而且其磁性相反。氧氣的這一性質使得利用梯度磁場來實現空氣中氧氣的富集成為可能。