專利名稱：多級隧道式順磁分離富氧裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種多級隧道式順磁分離富氧裝置，屬于氣體分離技術領域。
背景技術：
空氣中氧氣的含量為20.93%，當空氣中氧氣含量超過21%時稱為富氧空氣；隨 著科技的發展和社會的進步，富氧空氣的應用也越來越廣，包括富氧助燃節能環保、醫療 保健衛生、化學化工反應以及農業水產養殖等等，特別是人類面臨的環境污染和能源短缺， 使得改善家庭環境的氧含量以抵御大氣的污染和應用富氧助燃節能環保成為勢在必行；但 用于富氧助燃節能環保的膜法富氧盡管生產成本偏高、運行費用偏大，而用于家庭的室內 供氧卻一直因為制氧成本太高而無法大面積推廣。 目前制取富氧氣體的方法有深冷法、變壓吸附法、電解水法、化學法、膜分離法 等，這些方法制氧成本都很高。人類認識并研究利用氧氣的順磁性和氮氣的抗磁性特點及 體積磁化率相差251倍的差異，設計制作過多種多樣的裝置，并申請了多個相關專利，但都 因順磁分離氣體中氧含量增量不大，沒有實用價值而至今沒有能夠工業化或產業化。
發明內容
本發明的目的是提供一種結構簡單、使用方便、產氧量可大可中可小、產氧濃度可
高可中可低且成本較低、運行成本更低的一種多級隧道式順磁分離富氧裝置。 氧氣為順磁性介質，標準狀態下其體積磁化率為146X 10—6，氮氣為抗磁性介質，標
準狀態下其體積磁化率為-0. 58 X 10—6，根據這一特性，氧氣和氮氣在梯度磁場(dB/dx > 0)
中會受到不同強度方向相反的磁場力作用 氧分子受力為F! = ii lClB/dx = miai = 4. 32X 10—24B dB/dx， ii工為氧分子磁矩，n^為氧分子質量，^為氧分子加速度，B為磁場
強度； 氮分子受力為F2 = 12dB/dx = m2a2 = _1. 72X 10—26B dB/dx， ii 2為氮分子磁矩，1112為氮分子質量，^為氮分子加速度，B為磁場
強度；FA = (4. 32X 10—24B dB/dx)/(l. 72X 10—26B dB/dx) = 251. 16倍 氧氣所受磁場力指向磁場強度增大的方向，而氮氣受到的磁場力指向磁場強度減
小的方向； 根據朱重光教授的計算(淮北煤師院學報1997年第18巻第1期)氧分子和氮 分子的分離行程為1. 8mm，但實際分離過程中由于分子的熱運動、喘流和碰撞等多重作用， 與理論計算有相當的差距；本發明每條隧道的空間能使氮氧分子產生多次逐級分離；另 外，根據蔡軍博士等的實驗結果(北京科技大學學報2006年5月)當混合氣體中氧氣的 初始體積分數由20%增加到30%時，其順磁分離氣中氧的體積分數增量由0. 12%增加到 0. 59%，這說明氮氧混合氣體中氧氣含量越高，其順磁分離氣中氧氣濃度的 量比例也就越大。因此本發明采用多級隧道分離，即第一級隧道分離出的富氧空氣進入第二級隧道進 行順磁分離，第二級順磁隧道分離出的富氧空氣再進入第三級隧道分離，然后進行第四級 分離、第五級分離……，這樣上一級分離出的富氧空氣在下一級中可以分離富集出更高濃 度的富氧空氣，這樣一級一級的連續不斷分離富集的富氧氣體的氧濃度也越來越高。
本發明提供的一種多級隧道式順磁分離富氧裝置，包括多個截面為等腰三角形或 等腰梯形的長條形高強磁力的永久性磁鐵分層分級堆積，并由長六邊支承框架支承固定； 長條形磁鐵的兩側分別為N極和S極，三角形或梯形長條形磁鐵大小不一樣，最大形一組 三角形長條磁鐵的底邊或最大形一組梯形長條磁鐵的長底邊間隙地異極相對地排成一條 直線(或者一條折線)，而且其尖角間隙寬度由間隙調節器調節，調節其間隙寬度可改變分 離富集的富氧氣濃度和富氧量(富氧濃度和富氧量與上一級的氧濃度和流量有關)；次大 的一組三角形長條磁鐵或次大的一組梯形長條磁鐵按最大形長條磁鐵方向一致異極相對 地間隔間隙地放置在最大形長條磁鐵之間，組成三角形順磁隧道，次大的一組三角形長條 磁鐵的三角形底邊或次大的一組梯形長條磁鐵的梯形長底邊基本在同一水平上，其底邊與 最大組長條磁鐵腰間的尖角間隙寬度由間隙調節器調節，調節其間隙寬度可改變分離富集 的富氧氣濃度和富氧量(富氧濃度和富氧量與上一級的氧濃度和流量有關)；同樣，第三大 的一組三角形長條磁鐵或第三大的一組梯形長條磁鐵按最大形長條磁鐵方向一致異極相 對地間隔間隙地放置在次大形長條磁鐵與最形長條磁鐵之間，組成三角形順磁隧道，且第 三大的一組三角形長條磁鐵的三角形底邊或第三大的一組梯形長條磁鐵的梯形長底邊基 本在同一水平上，其底邊與次大組長條磁鐵和最大組長條磁鐵腰間的尖角間隙寬度由間隙 調節器調節，調節其間隙寬度可改變分離富集的富氧氣濃度和富氧量(富氧濃度和富氧量 與上一級的氧濃度和流量有關)；以此類排可以根據需要組裝更多級的多級三角形隧道組 (三角形長條形磁鐵或梯形長條形磁鐵的排列也可以不按上述的大小順序排列，只要能組 成更大化梯度磁場的三角形或尖角隧道分離即可)；同樣組裝另一組排列相同數量一樣的 多級三角形隧道組，兩組相同的三角形隧道組以三角形尖角相對或梯形短邊相對并對稱放 置，組成鱷魚嘴式的對稱多級隧道式順磁富氧系統。每兩相鄰磁鐵間均有一個三角形(或 三角尖角)的與長條磁鐵一樣長的三角形隧道(鱷魚嘴中間的為尖角形隧道)，每個三角形 隧道或尖角形隧道都是一級梯度磁場分離隧道。 空氣從兩組對稱放置的鱷魚嘴送入，前進中經過并列的多個隧道尖角，氧氣分子 在前進中不斷在梯度磁場順磁力的作用下，向磁場梯度增強的隧道尖角間隙移動富集，同 時氮氣分子在前進中受抗磁力的作用不斷遠離隧道尖角，因此，隧道尖角的氧濃度不斷增 高，并在前進中的送風力作用下不斷穿過尖角間隙進入下一個三角形隧道，形成第一級分 離富集的富氧空氣，其富氧濃度高于進入鱷魚嘴的初始空氣的氧濃度；在三角形隧道中不 斷前進的第一級分離富集的富氧空氣，連續受到第二級三角形隧道中的梯度磁場順磁力的 作用，高濃度氧分子不斷移向第二級三角形隧道的尖角間隙，不斷穿過尖角間隙進入第三 級三角形隧道，形成第二級分離富集的富氧空氣，其富氧濃度高于第一級分離富集的富氧 空氣；在三角形隧道中前進的第二級分離富集的富氧空氣，連續受到第三級三角形隧道中 的梯度磁場順磁力的作用，更高濃度氧分子不斷移向第三級三角形隧道的尖角間隙，并不 斷穿過尖角間隙進入最高濃度富氧氣通道，形成第三級分離富集的富氧空氣，其富氧濃度 又高于第二級分離富集的富氧空氣。最后從長條三角形隧道出來的各級濃度富氧空氣和最高濃度富氧氣通道出來的富氧氣體，可以分別引至使用地；在同一級別的三角形隧道出來 的富氧氣濃度是一樣的，但不同級別的三角形隧道出來的富氧氣濃度不一樣，從最高濃度 富氧氣通道依次往鱷魚嘴其氧濃度逐級遞減。 改變截面為等腰三角形或等腰梯形長條形磁鐵的長度即順磁隧道長度、各三角形 順磁隧道(鱷魚嘴間為尖角形順磁隧道)尖角間隙寬度、順磁隧道的數量和級數，可以改變 各級順磁隧道分離富集的富氧氣體的氧濃度和富氧氣體量。
本發明與現有技術相比，具有以下優點 1.將長條形磁鐵做成三角形或梯形，且大頭間隙并行排列，能使相同截面積的磁 鐵間隙間磁場梯度更大化，因為兩磁鐵中間的磁場強度隨著間距增大，磁場強度減小，而磁 鐵越厚其磁場強度越大；因此隨著磁鐵從三角形的尖角或梯形的短邊到三角形磁鐵的底邊 或梯形的長邊，其磁鐵厚度增加、磁鐵間距減小，磁場強度增強的梯度加大，從而增強氧分 子在梯度磁場中的受力而促進氮氧分子的分離。 2.截面為三角形或梯形磁鐵大頭間隙排列的間隙可調，間隙越小其分離富集氣中 提高的氧濃度比例就越高。 3.隧道長度可長可短，隧道越長其連續不斷分離的次數就越多，其分離富集的富 氧氣濃度提高就越大。 4.采用多隧道式多級分離，充分利用初始氧濃度越高，分離富集氧濃度提高的比 例就越大的原理，提高隧道順磁分離的效率，并能通過改變分離隧道級數和隧道數量滿足 用戶需求。 5.多級隧道順磁分離富氧方法中，同一級別隧道出來的富氧濃度是一樣的，而不 同分離級別出來的富氧氣其濃度不一樣，用戶可以在使用最高濃度級別的富氧氣的同時， 再利用次高濃度級別的富氧氣和更次高富氧濃度級別的富氧氣等，如富氧助燃中將最高濃 度級別的富氧氣送入燃燒中心的同時，也可以將其它濃度的富氧氣送入燃燒中心外圈，充 分利用有限的富氧氣體。 6.多級隧道順磁分離富氧方法運行費用極低，只需送風機送風使空氣以極小的壓
力在順磁隧道中以一定速度流動即可，通常只有運行費用最低的膜法富氧運行費用的幾分
之一到十幾分之一，而且系統不需使用水，也減少了許多水閥及相應的控制電器。 7.多級隧道順磁分離富氧方法中只需將空氣送入鱷魚嘴中的第一級順磁分離隧
道，然后自動順次進入第二級、第三級、第四級……直到最后一級，除第一級有送風動力外，
其它級別的順磁隧道分離不再需要動力。 8.多級隧道順磁分離富氧方法維修費用極低，只要被送入鱷魚嘴的空氣中直徑在 0. 5ii以上的微粒除去率達到99. 99%以上，磁鐵間隙尖角的污染率大大降低，需要清理清 潔的次數也就大大減少；而且隧道系統拆裝也比較簡單。
圖1是本發明實施例等腰三角形截面長條形磁鐵的結構示意圖
圖2是本發明實施例等腰梯形截面長條形磁鐵的結構示意圖
圖3是本發明實施例長六邊支承框架示意圖。 圖中1、三角形截面長條磁鐵2、梯形截面長條磁鐵3、三角形截面三角形底邊
54、梯形截面長底邊 5、三角形截面三角腰線 6、梯形截面梯形腰線 7、三角形截面頂尖 角 8、梯形截面短邊9、三角形順磁隧道10、兩相鄰三角形長條磁鐵或梯形長條磁鐵組 成的尖角間隙11、三角形截面長條磁鐵12、梯形截面長條磁鐵13、三角形截面三角形 底邊 14、梯形截面長底邊 15、三角形截面三角腰線 16、梯形截面梯形腰線 17、三角 形截面頂尖角18、梯形截面短邊19、三角形順磁隧道20、兩相鄰三角形長條磁鐵或梯 形長條磁鐵組成的尖角間隙21、三角形截面長條磁鐵22、梯形截面長條磁鐵23、三角 形截面三角形底邊24、梯形截面長底邊25、三角形截面三角腰線26、梯形截面梯形腰 線 27、三角形截面頂尖角 28、梯形截面短邊 29、最高濃度富氧氣通道 30、兩相鄰三 角形長條磁鐵或梯形長條磁鐵組成的尖角間隙31、鱷魚嘴32、長六邊支承框架33、間 隙調節器
具體實施例方式以下結合附圖實施例對本發明更進一步的說明。 如圖1、圖2所示，本發明包括多個截面為等腰三角形或等腰梯形的長條形高強磁 力的永久性磁鐵分層分級堆積組成，并由長六邊支承框架32支承固定；長條形磁鐵的兩側 分別為N極和S極，三角形或梯形長條形磁鐵大小不一樣，最大形一組三角形長條磁鐵1的 底邊3或最大形一組梯形長條磁鐵2的長底邊4間隙地異極相對地排成一條直線(或者一 條折線)，而且其尖角間隙30寬度由間隙調節器33調節，調節其間隙寬度可改變分離富集 的富氧氣濃度和富氧量；次大的一組三角形長條磁鐵11或次大的一組梯形長條磁鐵12按 最大形長條磁鐵方向一致異極相對地間隔間隙地放置在最大形長條磁鐵之間，組成三角形 順磁隧道9，次大的一組三角形長條磁鐵11的三角形底邊13或次大的一組梯形長條磁鐵 12的梯形長底邊14基本在同一水平上，其底邊與最大組長條磁鐵腰間的尖角間隙10寬度 由間隙調節器33調節，調節其間隙寬度可改變分離富集的富氧氣濃度和富氧量；同樣，第 三大的一組三角形長條磁鐵21或第三大的一組梯形長條磁鐵22按最大形長條磁鐵方向一 致異極相對地間隔間隙地放置在次大形長條磁鐵與最大形長條磁鐵之間，組成三角形順磁 隧道19，且第三大的一組三角形長條磁鐵21的三角形底邊23或第三大的一組梯形長條磁 鐵22的梯形長底邊24基本在同一水平上，其底邊與次大組長條磁鐵和最大組長條磁鐵腰 間的尖角間隙20寬度由間隙調節器33調節，調節其間隙寬度可改變分離富集的富氧氣濃 度和富氧量；以此類排可以根據需要組裝更多級的多級三角形隧道組A ;同樣組裝另一組 排列相同數量一樣的多級三角形隧道組B，兩組相同的三角形隧道組AB以三角形尖角相對 或梯形短邊相對并對稱放置，組成鱷魚嘴31式的對稱多級隧道式順磁富氧系統。每兩相鄰 磁鐵間均有一個三角形(或三角尖角)的與長條磁鐵一樣長的三角形隧道(鱷魚嘴31中 間的為尖角形隧道)，每個三角形隧道或尖角形隧道都是一級梯度磁場分離隧道。
空氣從兩組對稱放置的鱷魚嘴31送入，前進中經過并列的多個隧道尖角20，氧氣 分子在前進中不斷在梯度磁場順磁力的作用下，向磁場梯度增強的隧道尖角間隙20移動 富集，同時氮氣分子在前進中受抗磁力的作用不斷遠離隧道尖角20，因此，隧道尖角20的 氧濃度不斷增高，并在前進中的送風力作用下不斷穿過尖角間隙20進入下一個三角形隧 道19，形成第一級分離富集的富氧空氣，其富氧濃度高于進入鱷魚嘴31的初始空氣的氧濃 度；在三角形隧道19中不斷前進的第一級分離富集的富氧空氣，連續受到第二級三角形隧道19中的梯度磁場順磁力的作用，高濃度氧分子不斷移向第二級三角形隧道19的尖角間 隙IO，不斷穿過尖角間隙10進入第三級三角形隧道9，形成第二級分離富集的富氧空氣， 其富氧濃度高于第一級分離富集的富氧空氣；在三角形隧道9中前進的第二級分離富集的 富氧空氣，連續受到第三級三角形隧道9中的梯度磁場順磁力的作用，更高濃度氧分子不 斷移向第三級三角形隧道9的尖角間隙30，并不斷穿過尖角間隙30進入最高濃度富氧氣 通道29，形成第三級分離富集的富氧空氣，其富氧濃度又高于第二級分離富集的富氧空氣。 最后從長條三角形隧道出來的各級濃度富氧空氣和最高濃度富氧氣通道29出來的富氧氣 體，可以分別引至使用地；在同一級別的三角形隧道出來的富氧氣濃度是一樣的，但不同級 別的三角形隧道出來的富氧氣濃度不一樣，從最高濃度富氧氣通道29依次往鱷魚嘴31其 氧濃度逐級遞減。 改變截面為等腰三角形或等腰梯形長條形磁鐵的長度即順磁隧道長度、各三角形 順磁隧道(鱷魚嘴間為尖角形順磁隧道)尖角間隙寬度、順磁隧道的數量和級數、以及初始 空氣的流速流量，可以改變各級順磁隧道分離富集的富氧氣體的氧濃度和富氧氣體量。
權利要求
多級隧道式順磁分離富氧裝置，包括多個截面為等腰三角形或等腰梯形的長條形永久性磁鐵分層分級堆積，并由支承框架支承固定；長條形永久性磁鐵的兩側分別為N極和S極，長條形磁鐵最大形一組三角形的底邊或梯形的長底邊間隙地異極相對地排成一條直線或者一條折線，而且其尖角間隙寬度由間隙調節器調節；次大的一組三角形長條磁鐵或次大的一組梯形長條磁鐵按最大形長條磁鐵方向一致異極相對地間隔間隙地放置在最大形長條磁鐵之間，組成三角形順磁隧道，次大的一組的三角形底邊或次大的一組的梯形長底邊基本在同一水平上，其底邊與最大組長條磁鐵腰間的尖角間隙寬度由間隙調節器調節；同樣，第三大的一組三角形長條磁鐵或第三大的一組梯形長條磁鐵按最大形長條磁鐵方向一致異極相對地間隔間隙地放置在次大形長條磁鐵與最大形長條磁鐵之間，組成三角形順磁隧道，且第三大的一組的三角形底邊或第三大的一組的梯形長底邊基本在同一水平上，其底邊與次大形長條磁鐵和最大形長條磁鐵腰間的尖角間隙寬度由間隙調節器調節；以此類排可以根據需要組裝更多級的多級三角形隧道組A；同樣組裝另一組排列相同、數量一樣的多級三角形隧道組B，兩組相同的三角形隧道組A和B以三角形尖角相對或梯形短邊相對并對稱放置，組成鱷魚嘴式的對稱多級隧道式順磁富氧裝置。
2. 如權利要求1所述的多級隧道式順磁分離富氧裝置，其特征在于所述的支承框架 為長六邊支承框架。
3. 如權利要求1或2所述的多級隧道式順磁分離富氧裝置，其特征在于所述的不同 層級間的長條磁鐵間設置間隙調節器。
全文摘要
多級隧道式順磁分離富氧裝置，包括多個截面為等腰三角形或等腰梯形的長條形永久性磁鐵分層分級堆積，并由支承框架支承固定；根據需要組裝更多級的多級三角形隧道組A；同樣組裝另一組排列相同、數量一樣的多級三角形隧道組B，兩組相同的三角形隧道組A和B以三角形尖角相對或梯形短邊相對并對稱放置，組成鱷魚嘴式的對稱多級隧道式順磁富氧裝置。其優點為結構簡單、使用方便、產氧量可大可中可小、產氧濃度可高可中可低且成本較低、運行成本更低。
文檔編號B01D53/00GK101700452SQ20091015241
公開日2010年5月5日 申請日期2009年9月7日 優先權日2009年9月7日
發明者魏伯卿 申請人:魏伯卿