專利名稱：離心式空氣氧氮分離裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及分離提取空氣中的有用組份氧氣的技術(shù)，具體是指一種離心式空氣氧氮分離裝置。
背景技術(shù)：
空氣中的氧氣組份是我們?nèi)祟惾≈槐M用之不絕的重要環(huán)境資源，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生活等各個領(lǐng)域。然而氧氣組份在空氣中的含量相對較低，要增強其使用效果就必須分離出空氣中的氮氣，提高空氣中氧氣的純度。目前，分離空氣中氧氣和氮氣的方法主要有物理分離方法和化學(xué)分離方法兩大類。物理分離方法是利用氧氣和氮氣的沸點不相同，通過壓縮冷卻使兩者分離，制成液態(tài)氧和液態(tài)氮，其組份純度較高，但所需設(shè)備結(jié)構(gòu)龐大復(fù)雜，投資成本極高，故其應(yīng)用范圍受到了很大的限制?；瘜W(xué)分離方法是利用氧氣和氮氣的分子粒徑的差異、以及兩者吸附能力的差異，通過化學(xué)膜材料使兩者分離，從而得到富氧空氣和富氮空氣，其組份純度不太高，但其裝備并不簡單，投資和運作成本也很高，還可能由于采用化學(xué)物質(zhì)而帶來某些污染等副作用，故同樣不適于大范圍應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的就是要克服上述分離技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單可靠、制造成本低廉、并且能廣泛應(yīng)用的離心式空氣氧氮分離裝置。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型所設(shè)計的離心式空氣氧氮分離裝置，具有一個內(nèi)腔呈圓柱形的殼體，該殼體的圓柱形內(nèi)腔中與其軸心線垂直的方向設(shè)置有一中空隔板，此中空隔板將殼體的內(nèi)腔分為兩個相互獨立而又聯(lián)通的小圓柱形空間。該殼體的圓柱形內(nèi)腔中與其軸心線重疊的方向設(shè)置有一貫穿上述中空隔板的旋轉(zhuǎn)軸，此旋轉(zhuǎn)軸位于中空隔板兩邊小圓柱形空間中的軸身上分別安裝有一個主葉輪和一個副葉輪，主葉輪和副葉輪上分別布置有一組主葉片和一組副葉片。該殼體上位于主葉輪安裝區(qū)的端面設(shè)計有一空氣進口，位于主葉輪安裝區(qū)的圓周方向設(shè)計有一富氧空氣出口，位于副葉輪安裝區(qū)的圓周方向設(shè)計有一富氮空氣出口。本實用新型所述的分離裝置是根據(jù)空氣中氧氣和氮氣分子重量的差異來進行工作的，當(dāng)空氣由殼體端部的空氣進口進入主葉輪空間后，在主葉片強烈旋轉(zhuǎn)的離心力作用下，質(zhì)量較大的氧氣分子率先向主葉片的外緣空間聚集，在此形成富氧空氣層并從富氧空氣出口輸出；而質(zhì)量較輕的氮氣分子則滯留在主葉片的根部空間形成富氮空氣層，并在副葉輪上的副葉片的旋轉(zhuǎn)抽吸作用下，通過中空隔板的中心通孔進入副葉輪空間，隨即從富氮空氣出口排出。
本實用新型的優(yōu)點在于所設(shè)計的離心分離裝置充分利用了氧氮分子重量的差異，其結(jié)構(gòu)簡單巧妙，成本極其低廉，工作穩(wěn)定可靠；所分離出的富氧空氣純度可穩(wěn)定在28％～35％的范圍，且無任何毒副作用，可廣泛應(yīng)用于居室增氧、醫(yī)療增氧、高原及惡劣環(huán)境增氧等領(lǐng)域，對于工業(yè)窖爐燃燒增氧、汽車輪船等發(fā)動機進氣增氧也具有極為重要的意義。
圖1為一種離心式空氣氧氮分離裝置的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1的A-A剖視結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖1的B-B剖視結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為圖2中主葉片的C向放大結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施例作進一步的詳細(xì)描述圖中所示的離心式空氣氧氮分離裝置，具有一內(nèi)腔呈圓柱形的殼體1，殼體1的圓柱形內(nèi)腔中與其軸心線垂直的方向安裝固定有一中空隔板2，中空隔板2將殼體1的內(nèi)腔分為兩個相互獨立而又通過其中心孔聯(lián)通的小圓柱形空間。殼體1的圓柱形內(nèi)腔中與其軸心線重疊的方向設(shè)置有一根貫穿中空隔板2中心孔的旋轉(zhuǎn)軸13，旋轉(zhuǎn)軸13通過安裝在殼體1兩端上的軸承8、12支承定位。旋轉(zhuǎn)軸13的直徑要小于中空隔板2的中心孔直徑，以便保持殼體1內(nèi)腔中兩小圓柱形空間之間的通暢性。旋轉(zhuǎn)軸13位于中空隔板2兩邊小圓柱形空間中的軸身上分別安裝有主葉輪11和副葉輪9，主葉輪11和副葉輪9上分別布置有若干片主葉片7和若干片副葉片6，主葉片7和副葉片6最好沿著主葉輪11和副葉輪9的徑向安裝，其結(jié)構(gòu)呈直葉片形，這樣的安裝方向和結(jié)構(gòu)形式可以使空氣所受到的離心作用力最大，更有利于重量不同的氧氣和氮氣沿徑向產(chǎn)生分離。在相間隔的主葉片7上還開有若干排通孔3，使一組主葉片7形成直葉片和花葉片的間隔排列組合，這樣設(shè)計是因為空氣中的氧分子和氮分子的重量比約為8∶7，其重量差異不大，容易團聚在一起，在旋轉(zhuǎn)過程中主葉片7上的通孔3可以大幅增強空氣氣流的擾動，破碎氧氮混合氣體分子間的聚集，提高分離效果。上述通孔3采用矩形通孔結(jié)構(gòu)，并沿葉片徑向在15～75°的范圍內(nèi)傾斜排列布置為佳，這樣可以進一步增強氣流擾動的力度，促進氧氣和氮氣快速分離。而上述傾斜角度取45°時不僅分離效果非常理想，而且裝置運行極為平穩(wěn)可靠。殼體1上位于主葉輪安裝區(qū)的端面設(shè)計有一空氣進口4，位于主葉輪安裝區(qū)的圓周方向設(shè)計有一富氧空氣出口5，位于副葉輪安裝區(qū)的圓周方向設(shè)計有一富氮空氣出口10。上述空氣進口4和富氧空氣出口5的位置關(guān)系較為理想的是沿著主葉輪11的旋轉(zhuǎn)方向相隔270～330°，這樣設(shè)計可以迫使空氣進入主葉輪安裝區(qū)后至少離心旋轉(zhuǎn)一周以上才會排出，提高裝置的運行效率，確保氧氮分離效果。
本實用新型運行時，空氣從空氣進口4進入殼體1的主葉輪安裝區(qū)內(nèi)，在主葉片7的高速旋轉(zhuǎn)離心力作用下，空氣中重量較大的氧分子主要向殼體1主葉輪安裝區(qū)的外邊緣聚集，并從切向安裝在殼體1外邊緣上的富氧空氣出口5輸出；而空氣中重量較小的氮分子在殼體1主葉輪安裝區(qū)的中心附近濃度加大，并在副葉片6的旋轉(zhuǎn)抽吸作用下，通過中空隔板2的中心通道進入副葉輪安裝區(qū)，隨即從切向安裝在殼體1外邊緣上的富氮空氣出口10排出。經(jīng)實驗檢測表明所輸出的富氧空氣中氧氣的含量可達28％～35％。
權(quán)利要求1.一種離心式空氣氧氮分離裝置，其特征在于它具有一內(nèi)腔呈圓柱形的殼體(1)，殼體(1)的圓柱形內(nèi)腔中與其軸心線垂直的方向設(shè)置有一中空隔板(2)，中空隔板(2)將殼體(1)的內(nèi)腔分為兩個相互獨立而又聯(lián)通的小圓柱形空間；殼體(1)的圓柱形內(nèi)腔中與其軸心線重疊的方向設(shè)置有一貫穿中空隔板(2)的旋轉(zhuǎn)軸(13)，旋轉(zhuǎn)軸(13)位于中空隔板(2)兩邊小圓柱形空間中的軸身上分別安裝有主葉輪(11)和副葉輪(9)，主葉輪(11)和副葉輪(9)上分別布置有一組主葉片(7)和一組副葉片(6)；殼體(1)上位于主葉輪安裝區(qū)的端面設(shè)計有一空氣進口(4)，位于主葉輪安裝區(qū)的圓周方向設(shè)計有一富氧空氣出口(5)，位于副葉輪安裝區(qū)的圓周方向設(shè)計有一富氮空氣出口(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離心式空氣氧氮分離裝置，其特征在于所說的一組主葉片(7)和一組副葉片(6)是分別沿著主葉輪(11)和副葉輪(9)的徑向安裝的直葉片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的離心式空氣氧氮分離裝置，其特征在于所說的一組主葉片(7)相間隔的葉片上開有若干排通孔(3)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的離心式空氣氧氮分離裝置，其特征在于所說的主葉片(7)上開有的若干排通孔(3)為沿葉片徑向呈15～75°傾斜布置的矩形通孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的離心式空氣氧氮分離裝置，其特征在于所說的主葉片(7)上開有的若干排通孔(3)為沿葉片徑向呈45°傾斜布置的矩形通孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的離心式空氣氧氮分離裝置，其特征在于所說的殼體(1)上空氣進口(4)和富氧空氣出口(5)的位置關(guān)系沿著主葉輪(11)的旋轉(zhuǎn)方向相隔270～330°。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的離心式空氣氧氮分離裝置，其特征在于所說的殼體(1)上空氣進口(4)和富氧空氣出口(5)的位置關(guān)系沿著主葉輪(11)的轉(zhuǎn)旋方向相隔270～330°。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的離心式空氣氧氮分離裝置，其特征在于所說的殼體(1)上空氣進口(4)和富氧空氣出口(5)的位置關(guān)系沿著主葉輪(11)的轉(zhuǎn)旋方向相隔270～330°。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的離心式空氣氧氮分離裝置，其特征在于所說的殼體(1)上空氣進口(4)和富氧空氣出口(5)的位置關(guān)系沿著主葉輪(11)的轉(zhuǎn)旋方向相隔270～330°。
專利摘要一種離心式空氣氧氮分離裝置,包括有一內(nèi)腔呈圓柱形的殼體,殼體的圓柱形內(nèi)腔中與其軸心線垂直的方向設(shè)有一中空隔板,中空隔板將殼體內(nèi)腔分為兩個相互獨立而又聯(lián)通的小圓柱形空間。殼體的圓柱形內(nèi)腔中與其軸心線重疊的方向設(shè)有一貫穿中空隔板的旋轉(zhuǎn)軸,旋轉(zhuǎn)軸位于中空隔板兩邊小圓柱形空間中的軸身上分別安裝有一主葉輪和一副葉輪。殼體上位于主葉輪安裝區(qū)的端面設(shè)計有一空氣進口,位于主葉輪安裝區(qū)的圓周方向設(shè)計有一富氧空氣出口,位于副葉輪安裝區(qū)的圓周方向設(shè)計有一富氮空氣出口。該裝置充分利用了氧氮分子重量的差異,結(jié)構(gòu)簡單成本低廉,所分離出的富氧空氣純度達28%～35%,可廣泛用于居室、醫(yī)療、高原氣候、工業(yè)窖爐、發(fā)動機增氧等領(lǐng)域。
文檔編號B01D53/24GK2518572SQ0125262
公開日2002年10月30日 申請日期2001年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月29日
發(fā)明者李格升, 田學(xué)海, 金琥 申請人:武漢理工大學(xué)