专利名称：离心式空气氧氮分离装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及分离提取空气中的有用组份氧气的技术，具体是指一种离心式空气氧氮分离装置。
背景技术：
空气中的氧气组份是我们人类取之不尽用之不绝的重要环境资源，被广泛应用于工业、农业和生活等各个领域。然而氧气组份在空气中的含量相对较低，要增强其使用效果就必须分离出空气中的氮气，提高空气中氧气的纯度。目前，分离空气中氧气和氮气的方法主要有物理分离方法和化学分离方法两大类。物理分离方法是利用氧气和氮气的沸点不相同，通过压缩冷却使两者分离，制成液态氧和液态氮，其组份纯度较高，但所需设备结构庞大复杂，投资成本极高，故其应用范围受到了很大的限制。化学分离方法是利用氧气和氮气的分子粒径的差异、以及两者吸附能力的差异，通过化学膜材料使两者分离，从而得到富氧空气和富氮空气，其组份纯度不太高，但其装备并不简单，投资和运作成本也很高，还可能由于采用化学物质而带来某些污染等副作用，故同样不适于大范围应用。
发明内容
本实用新型的目的就是要克服上述分离技术的不足，提供一种结构简单可靠、制造成本低廉、并且能广泛应用的离心式空气氧氮分离装置。
为实现上述目的，本实用新型所设计的离心式空气氧氮分离装置，具有一个内腔呈圆柱形的壳体，该壳体的圆柱形内腔中与其轴心线垂直的方向设置有一中空隔板，此中空隔板将壳体的内腔分为两个相互独立而又联通的小圆柱形空间。该壳体的圆柱形内腔中与其轴心线重叠的方向设置有一贯穿上述中空隔板的旋转轴，此旋转轴位于中空隔板两边小圆柱形空间中的轴身上分别安装有一个主叶轮和一个副叶轮，主叶轮和副叶轮上分别布置有一组主叶片和一组副叶片。该壳体上位于主叶轮安装区的端面设计有一空气进口，位于主叶轮安装区的圆周方向设计有一富氧空气出口，位于副叶轮安装区的圆周方向设计有一富氮空气出口。本实用新型所述的分离装置是根据空气中氧气和氮气分子重量的差异来进行工作的，当空气由壳体端部的空气进口进入主叶轮空间后，在主叶片强烈旋转的离心力作用下，质量较大的氧气分子率先向主叶片的外缘空间聚集，在此形成富氧空气层并从富氧空气出口输出；而质量较轻的氮气分子则滞留在主叶片的根部空间形成富氮空气层，并在副叶轮上的副叶片的旋转抽吸作用下，通过中空隔板的中心通孔进入副叶轮空间，随即从富氮空气出口排出。
本实用新型的优点在于所设计的离心分离装置充分利用了氧氮分子重量的差异，其结构简单巧妙，成本极其低廉，工作稳定可靠；所分离出的富氧空气纯度可稳定在28％～35％的范围，且无任何毒副作用，可广泛应用于居室增氧、医疗增氧、高原及恶劣环境增氧等领域，对于工业窖炉燃烧增氧、汽车轮船等发动机进气增氧也具有极为重要的意义。
图1为一种离心式空气氧氮分离装置的剖视结构示意图；图2为图1的A-A剖视结构示意图；图3为图1的B-B剖视结构示意图；图4为图2中主叶片的C向放大结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施例作进一步的详细描述图中所示的离心式空气氧氮分离装置，具有一内腔呈圆柱形的壳体1，壳体1的圆柱形内腔中与其轴心线垂直的方向安装固定有一中空隔板2，中空隔板2将壳体1的内腔分为两个相互独立而又通过其中心孔联通的小圆柱形空间。壳体1的圆柱形内腔中与其轴心线重叠的方向设置有一根贯穿中空隔板2中心孔的旋转轴13，旋转轴13通过安装在壳体1两端上的轴承8、12支承定位。旋转轴13的直径要小于中空隔板2的中心孔直径，以便保持壳体1内腔中两小圆柱形空间之间的通畅性。旋转轴13位于中空隔板2两边小圆柱形空间中的轴身上分别安装有主叶轮11和副叶轮9，主叶轮11和副叶轮9上分别布置有若干片主叶片7和若干片副叶片6，主叶片7和副叶片6最好沿着主叶轮11和副叶轮9的径向安装，其结构呈直叶片形，这样的安装方向和结构形式可以使空气所受到的离心作用力最大，更有利于重量不同的氧气和氮气沿径向产生分离。在相间隔的主叶片7上还开有若干排通孔3，使一组主叶片7形成直叶片和花叶片的间隔排列组合，这样设计是因为空气中的氧分子和氮分子的重量比约为8∶7，其重量差异不大，容易团聚在一起，在旋转过程中主叶片7上的通孔3可以大幅增强空气气流的扰动，破碎氧氮混合气体分子间的聚集，提高分离效果。上述通孔3采用矩形通孔结构，并沿叶片径向在15～75°的范围内倾斜排列布置为佳，这样可以进一步增强气流扰动的力度，促进氧气和氮气快速分离。而上述倾斜角度取45°时不仅分离效果非常理想，而且装置运行极为平稳可靠。壳体1上位于主叶轮安装区的端面设计有一空气进口4，位于主叶轮安装区的圆周方向设计有一富氧空气出口5，位于副叶轮安装区的圆周方向设计有一富氮空气出口10。上述空气进口4和富氧空气出口5的位置关系较为理想的是沿着主叶轮11的旋转方向相隔270～330°，这样设计可以迫使空气进入主叶轮安装区后至少离心旋转一周以上才会排出，提高装置的运行效率，确保氧氮分离效果。
本实用新型运行时，空气从空气进口4进入壳体1的主叶轮安装区内，在主叶片7的高速旋转离心力作用下，空气中重量较大的氧分子主要向壳体1主叶轮安装区的外边缘聚集，并从切向安装在壳体1外边缘上的富氧空气出口5输出；而空气中重量较小的氮分子在壳体1主叶轮安装区的中心附近浓度加大，并在副叶片6的旋转抽吸作用下，通过中空隔板2的中心通道进入副叶轮安装区，随即从切向安装在壳体1外边缘上的富氮空气出口10排出。经实验检测表明所输出的富氧空气中氧气的含量可达28％～35％。
权利要求1.一种离心式空气氧氮分离装置，其特征在于它具有一内腔呈圆柱形的壳体(1)，壳体(1)的圆柱形内腔中与其轴心线垂直的方向设置有一中空隔板(2)，中空隔板(2)将壳体(1)的内腔分为两个相互独立而又联通的小圆柱形空间；壳体(1)的圆柱形内腔中与其轴心线重叠的方向设置有一贯穿中空隔板(2)的旋转轴(13)，旋转轴(13)位于中空隔板(2)两边小圆柱形空间中的轴身上分别安装有主叶轮(11)和副叶轮(9)，主叶轮(11)和副叶轮(9)上分别布置有一组主叶片(7)和一组副叶片(6)；壳体(1)上位于主叶轮安装区的端面设计有一空气进口(4)，位于主叶轮安装区的圆周方向设计有一富氧空气出口(5)，位于副叶轮安装区的圆周方向设计有一富氮空气出口(10)。
2.根据权利要求1所述的离心式空气氧氮分离装置，其特征在于所说的一组主叶片(7)和一组副叶片(6)是分别沿着主叶轮(11)和副叶轮(9)的径向安装的直叶片。
3.根据权利要求1或2所述的离心式空气氧氮分离装置，其特征在于所说的一组主叶片(7)相间隔的叶片上开有若干排通孔(3)。
4.根据权利要求3所述的离心式空气氧氮分离装置，其特征在于所说的主叶片(7)上开有的若干排通孔(3)为沿叶片径向呈15～75°倾斜布置的矩形通孔。
5.根据权利要求3所述的离心式空气氧氮分离装置，其特征在于所说的主叶片(7)上开有的若干排通孔(3)为沿叶片径向呈45°倾斜布置的矩形通孔。
6.根据权利要求1或2所述的离心式空气氧氮分离装置，其特征在于所说的壳体(1)上空气进口(4)和富氧空气出口(5)的位置关系沿着主叶轮(11)的旋转方向相隔270～330°。
7.根据权利要求3所述的离心式空气氧氮分离装置，其特征在于所说的壳体(1)上空气进口(4)和富氧空气出口(5)的位置关系沿着主叶轮(11)的转旋方向相隔270～330°。
8.根据权利要求4所述的离心式空气氧氮分离装置，其特征在于所说的壳体(1)上空气进口(4)和富氧空气出口(5)的位置关系沿着主叶轮(11)的转旋方向相隔270～330°。
9.根据权利要求5所述的离心式空气氧氮分离装置，其特征在于所说的壳体(1)上空气进口(4)和富氧空气出口(5)的位置关系沿着主叶轮(11)的转旋方向相隔270～330°。
专利摘要一种离心式空气氧氮分离装置,包括有一内腔呈圆柱形的壳体,壳体的圆柱形内腔中与其轴心线垂直的方向设有一中空隔板,中空隔板将壳体内腔分为两个相互独立而又联通的小圆柱形空间。壳体的圆柱形内腔中与其轴心线重叠的方向设有一贯穿中空隔板的旋转轴,旋转轴位于中空隔板两边小圆柱形空间中的轴身上分别安装有一主叶轮和一副叶轮。壳体上位于主叶轮安装区的端面设计有一空气进口,位于主叶轮安装区的圆周方向设计有一富氧空气出口,位于副叶轮安装区的圆周方向设计有一富氮空气出口。该装置充分利用了氧氮分子重量的差异,结构简单成本低廉,所分离出的富氧空气纯度达28%～35%,可广泛用于居室、医疗、高原气候、工业窖炉、发动机增氧等领域。
文档编号B01D53/24GK2518572SQ0125262
公开日2002年10月30日 申请日期2001年11月29日 优先权日2001年11月29日
发明者李格升, 田学海, 金琥 申请人:武汉理工大学