专利名称：高梯度强磁场双通道聚氧聚氮装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种高梯度强磁场双通道聚氧聚氮装置，属于能源动力工程 领域。
背景技术：
目前制氧方法多种，如利用氧氮物性差异的深冷法、磁场法；利用氧氮分子 结构特点的分子筛渗透法、富氧膜法；禾,氧氮电解特性的电解法和禾佣其化学 特性的化学法等方法。但是，目前尚缺少连续大流量的氧氮供给，以适应当前节 能环保战略要求。实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种高梯度强磁场双通道聚氧聚氮装置，解决以 往单通道磁分离器存在不能连续大流量的氧氮供给等问题。通过高梯度强磁场对 空气进行氧氮分离，从而实现聚氧聚氮，为锅炉燃烧、发动ma气、玻璃炉窑和 液氮冷却等大型氧、氮用户提供较高浓度，较大流量的、廉价的、富氧和富氮源， 对节约能源、资源利用和环境保护具有重要实用价f直。本实用新型的技术方案是-一种高梯度强磁场双通道聚氧聚氮装置，该装置设有空气进口段、永磁体单 元、隔磁外壳筒体、空气外环进口通道兼防尘罩、电磁体线圈、电磁体线圈空气 冷却孔，空气进口段安装在隔磁外壳筒体的前端入口处，在隔磁外壳筒体的前半 段内壁上装有永磁体单元，在隔磁外壳筒体的后半段内壁上装有电磁体线圈，电 磁体线圈各段之间开设有电磁体线圈空气冷却孔，隔磁外壳筒体的后半段外侧设 置空气外环进口通道兼防尘罩，在隔磁外壳筒体的后半段壁上开设与电磁体线圈 空气冷却孔相通的进气孔，空气外环进口通道兼防尘罩内侧通过隔磁外壳筒体上 的进气孔与隔磁外壳筒体内腔魏。所述的高梯度强磁场双通道聚氧聚氮装置，隔磁外壳筒体与空气外环进口通 道兼防尘罩之间形成富氮外环通道，隔磁外壳筒体中心设置富氮中心通道，电磁 体线圈与富氮中心通道之间形成富氧环形收集通道。所述的高梯度强磁场双通道聚氧聚氮装置，在永磁体单元和电磁体线圈周围 以及永磁体单元到电磁体线圈之间的过渡段空间布满不锈钢毛。所述的高梯度强磁场双通道聚氧聚氮装置，永磁体单元相邻永磁体的磁南极 S对正磁南极S，相邻永磁体的磁北极N对正磁北极N。所述的高梯度强磁场双通道聚氧聚氮装置，在富氧环形收集通道出口处设有 富氧引流机。所述的高梯度强磁场双通道聚氧聚氮装置，在富氮中心通道出口处设有富氮 引流机。所述的高梯度强磁场双通道聚氧聚氮装置，在该装置进气流道的中心处设有 皮托管气流测速仪，在富氧环形收集通道出口处设有富氧浓度测试仪。 本实用新型的有益效果是1、 本实用新型x寸空气进fim氮磁化分离采用高梯度和强磁场，磁场强度的数值高于l个纟寺斯拉(T)，磁场梯度高于3 5特斯拉每米(T/m)。采用高性能 钕铁硼(Nd2Fe14B)稀土永磁材料和含铬不锈钢毛来实现，含铬不锈钢毛可延续 高磁场梯度，综合措施使磁场强度比常规的磁分离方法高出上百万倍。2、 本实用新型采用了以稀土永磁体为主，以电磁体磁场为辅，复合磁化分离 方案，永磁体为主的优点是结构简单、磁路可调、成本低廉、维护方便。而采用 电磁体是为提升磁场强度H，特别是可实现电控自动可调，可改变磁参数，提供 多种工程工况应用。3、 本实用新型磁分离特点是采用双通道空气进气和双级氧氮磁化分离以及双 通道富氮收集，有利于提高单机氧浓度、氮浓度和富氧富氮流量，克服了以往所 有单通道磁分离器缺点。4、 本实用新型又一特点是电磁体线圈分离段结构设计具有一器三功能作用 空气进气通道、电磁体线圈空气冷却通道，又是装置防尘罩。5、 本实用新型采用氧化锆型氧浓度测试仪监测富氧浓度；采用铜一康铜热电偶监测进、排气Mit;采用皮托管气流测速iM观攛氧和富氮的流速。本实用 新型电磁体线圈段使用电子控制，使浓度、流量等参数可调，自动显示测试结果， 以随时监控氧氮分离状况。6、 本实用新型为减少富氧通道阻力，大流量地提供富氧空气，富氧流道设计 成直线通道，电磁体线圈放热段有禾盱形成"磁风"提高富氧产量，而副产品富氮的通道可以折转通iIS行收集压縮，提高氮产量。7、 本实用新型磁场聚氧体积浓度最佳选择范围为23.6 36.5%，需要浓度更 高富氧时可将磁化氧氮分离器串联或耦合方法达到。当需要更大的富氧空气流量 时，可将磁化氧氮分离器并联达到。富 1烧的益处是1、 富氧燃烧是一种高效节能环保的先进技术，富氧助燃可提高火焰^S，富 氧浓度每提高1%，燃烧温度可提高35 50°C，从而提高了卡诺循环效率(;;=1-*) ， T2是出口绝X中温度，T!是燃烧乡叙寸温度。因而，可提高锅炉、窑炉或热力发动机的燃烧效率和循环效率。2、 富氧技术用于高炉冶炼、玻璃、水泥、陶瓷等窑炉，用于汽油机、柴油机、 船舶动力、电厂锅炉、燃气轮机等，可降低燃料消耗量10%到25%，减少废气热 损失，降低废气排放量，以有关文献中介绍的富氧炼铜为例，最高节能达50%。3、 富氧燃烧技术不但高效节能，而且还能节电，计算表明，如自然空气燃烧 1千克重油需要14立方米空气，而采用30%浓度的富氧空气只需供给9.78立方 米气源，空气量减少33%，使工厂、企业的鼓风量、引风量减少约三分之一，明 显地节约了工厂、企业或用户的用电量，同时节省了一次能源煤炭和二次能源电 能，从而降低了热能动力装置的运行费用。4、 富氧燃烧还能提高多种新型代用燃烧的热值，延缓一次能源煤炭、石油、 天燃气、可燃烧水合物等消耗速度，富氧燃烧可使劣质煤燃烧热值达到优质煤水 平。进而，达到以煤代油，而且能解决和弥补诸如水煤浆、奥里油、二甲醚、乙 醇汽油等新型代用燃料，虽然环保性能较好，但热值偏低，点火又困难的缺憾。
图1为本实用新型结构示意图。图2为图1中A-A剖视图。图中，l空气进口段；2永磁体单元；3隔磁外壳筒体；4空气外环进口通道 兼防尘罩；5电磁体线圈；6-1富氮外环通道；6-2富氮中心通道；7富氧环形收 集通道；8备用电阻丝加热器；9电磁体线圈空气冷却孔；IO不锈钢毛；11皮托 管气流测速仪；12富氧浓度测试仪；13富氧引流机；14富氮引流机。
具体实施方式
如图1 图2所示，本实用新型高梯度强磁场双通道聚氧聚氮装置主要包括空 气进口段l、永磁体单元2、隔磁外壳筒体3、空气外环进口通道兼防尘罩4、电 磁体线圈5、富氮外环通道6-l、富氮中心通道6-2、富氧环形收集通道7、备用 电阻丝加热器8、电磁体线圈空气冷却孔9、不锈钢毛IO、皮托管气流测速仪ll、 富氧浓度测试仪12、富氧弓硫机13、富氮引流机14等。空气进口段l安装在隔 磁外壳筒体3的前端入口处，在隔磁外壳筒体3的前半段内壁上装有永磁体单元 2，稀土永磁体单元2由磁路设计决定相邻永磁体的磁南极S对正磁南极S，相邻 永磁体的磁北极N对正磁北极N，所有相邻永磁体之间空隙都是斥力场，成组排 布在隔磁外壳筒体3内壁面上，其间隙和沿永磁体内侧即形成高梯度磁场。在隔 磁外壳筒体3的后半段内壁上装有电磁体线圈5，电磁体线圈5各段之间开设有 密布的进气 L (电磁体线圈空气冷却孔9)，其作用之一是聚氧磁通道，其二是 冷却电磁体线圈，吸收电磁体线圈所散发的热量，使电磁体保持正常的工作温度， 其三是废热利用富氧流吸收热量，相当于电阻丝加热，使之形成通道温差磁风， 富氧气流经由电磁体线圈空气冷却孔9后，经由中间富氧环形收集通道7，在富 氧引流机13负压驱动下，以富氧产品流出富氧环形收集通道7。在永磁体单元2 和电磁体线圈5周围以及永磁体单元2到电磁体线圈5之间的过渡段空间布满含 铬不锈钢毛IO，将永磁体单元组和电磁体线圈充分覆盖。隔磁外壳筒体3的后半 段外侧设置空气外环进口通道兼防尘罩4，在隔磁外壳筒体3的后半段壁上开设 与电磁体线圈空气冷却孔9相通的进气孔，空气外环进口通道兼防尘罩4内侧通 过隔磁外壳筒体3上的进气孔与隔磁外壳筒体3内腔连通。隔磁外壳筒体3与空气外环进口通道兼防尘罩4之间形成富氮外环通道6-1，隔磁外壳筒体3中心设 置富氮中心通道6-2,电磁体线圈5与富氮中心通道6-2之间形成富氧环形收集通 道7，在富氧环形收集通道7出口处设有富氧引流机13。在富氮中心通道6-2出 口处设有富氮引流机14，在富氮引流机14驱动下，富氮流则通过富氮外环通道 6-1、富氮中心通道6-2以富氮产品流出收集后供用户使用。在进气流道的中心处 设有皮托管气流测速仪11 ，在富氧环形收集通道7出口处设有富氧浓度测试仪12。 本实用新型聚氧聚氮装置各^件作用原,运CT程如下 空气是由双通道(内通道为隔磁外壳筒体3，外通道为空气外环进口通道兼 防尘罩4)进A^置，作用是增大进气流量，加大内外空气与磁场接触面积，内 通道由圆截面进入隔磁外壳筒体3，隔磁目的是加大磁场强度梯度，减少"透磁" 现象，外通道由环形截面进入电磁体线圈5，空气外环进口通道兼防尘罩4具有 双结构作用，既是外环空气通道，又是外环产富氮通道，本身又是电磁体线圈5 多孑L通道的防尘罩。由夕卜环通道空气通过电磁体线圈5空隙进入中间富氧环形收 集通道7，目的是既增加聚氧量又增加聚氮量，磁场的作用原理是聚氧滞氮机理。 隔磁外壳筒体3前段的永磁体单元2是一级聚氧滞氮，隔磁外壳筒体3后段的电 磁体线圈5是二级聚氧滞氮，充分发挥永磁体和电磁体聚氧氮各有独特的优点， 具有叠加作用。不锈钢毛10的作用是增加磁场梯度，强化高磁强范围，含铬不锈 钢毛具有双重作用，它还是空气的滤清器，灰尘、杂物等都可通过毛发团形不锈 钢毛层过滤掉，而且不锈钢毛都制成活动箱形模块化活动结构，可非常方便作定 期清洗，维护方便。由于以富氧为主要产品，所以采用直流式通道聚氧(中间环 形)，使流动阻力最小，后接外置富氧压縮鼓风机或用于制氧厂；而聚氮是副产 品，其流道可以折转旁路通道输出，不致影响热能燃烧动力工程的高速大流量供 应富氧。另外，本实用新型在隔磁外壳筒体3内设置备用电阻丝加热器8，取消了采 用电阻丝加热富氮产品形成热流磁风，而是充分利用电磁体线圈散热量足够形成 热磁风，节省了电能。备用电阻丝加热器8仅在装置处于室外冬季零下2(TC以下 时，作为防冻备用的，常温下不用。原理是氧氮磁化分离系数温度愈低，磁化分 离效果愈好。本实用新型对空气中的氧氮磁场分离原理是禾,氧氮在磁性上三点差异实现， 一是氧氮磁极性相反，抗磁体与顺磁体不 同，磁性吸氧滞氮；二是磁化率数值上有极大差别，在常温下氧氮磁化系数相差 高达251倍；三是环境Mit对氧氮磁化率影响截然不同。本实用新型利用空气中 氧氮分子磁性三大差异，在高梯度强磁场作用下，通过本实用新型内外空气通道 进气，先行永磁磁化，后作电磁磁化，要求磁场强度高于3~5特斯扮米(T/m)， 磁场强度高于l特斯拉(T)。采用稀土永磁材料钕铁硼(Nd2Fe14B)，通道中间 填充含铬不锈钢毛，采用永磁和电磁复合磁化分离方案采用内外环形双通道以增 大磁化空气流量。磁场聚氧聚氮浓度中，氧体积浓度最佳选择在23.6 36.5%,氮 体积浓度62.5 75.4%。本实用新型装置是根据热力学高温离解、耗能原理，按最 佳的氧体积浓度23.6~36.5%为最佳最显著富氧节能曲线设计的。如需要浓度更高 的富氧，完全可以通过串联本实用新型实现。而如需要更大流量时，完全可以并 联本装置，即可方便地实现聚氧聚氮。本实用新型用于制氧、制氮机可充分挖掘 大气中的丰富而廉价的氧氮资源，达到高效增产、节电、节能、环保、低成本经 济性好的效果，可适用富氧燃烧与制氧机、制氮机等氧源、氮源生产厂的需求。
权利要求1、一种高梯度强磁场双通道聚氧聚氮装置，其特征在于该装置设有空气进口段(1)、永磁体单元(2)、隔磁外壳筒体(3)、空气外环进口通道兼防尘罩(4)、电磁体线圈(5)、电磁体线圈空气冷却孔(9)，空气进口段(1)安装在隔磁外壳筒体(3)的前端入口处，在隔磁外壳筒体(3)的前半段内壁上装有永磁体单元(2)，在隔磁外壳筒体(3)的后半段内壁上装有电磁体线圈(5)，电磁体线圈(5)各段之间开设有电磁体线圈空气冷却孔(9)，隔磁外壳筒体(3)的后半段外侧设置空气外环进口通道兼防尘罩(4)，在隔磁外壳筒体(3)的后半段壁上开设与电磁体线圈空气冷却孔(9)相通的进气孔，空气外环进口通道兼防尘罩(4)内侧通过隔磁外壳筒体(3)上的进气孔与隔磁外壳筒体(3)内腔连通。
2、 按照权利要求1所述的高梯度强磁场双通道聚氧聚氮装置，其特征在于 隔磁外壳筒体(3)与空气外环进口通道兼防尘罩(4)之间形成富氮外环通道(6-l)， 隔磁外壳筒体(3)中心设置富氮中心通道(6-2)，电磁体线圈(5)与富氮中心 通道(6-2)之间形成富氧环形收集通道(7)。
3、 按照权利要求1所述的高梯度强磁场双通道聚氧聚氮装置，其特征在于 在永磁体单元(2)和电磁体线圈(5)周围以及永磁体单元(2)到电磁体线圈(5) 之间的过渡段空间布满不锈钢毛(10)。
4、 按照权利要求1所述的高梯度强磁场双通道聚氧聚氮装置，其特征在于 永磁体单元(2)相邻永磁体的磁南极S对正磁南极S，相邻永磁体的磁北极N 对正磁北极N。
5、 按照权禾腰求2所述的高梯度强磁场双通道聚氧聚氮装置，其特征在于 在富氧环形收集通道(7)出口处设有富氧引流机(13)。
6、 按照权利要求2所述的高梯度强磁场双通道聚氧聚氮装置，其特征在于 在富氮中心通道(6-2)出口处设有富氮引流机(14)。
7、 按照权利要求2所述的高梯度强磁场双通道聚氧聚氮装置，其特征在于 在该装置进气流道的中心处设有皮托管气流测速仪(11)，在富氧环形收集通道 (7)出口处设有富氧浓度测试仪(12) 。
专利摘要本实用新型涉及一种高梯度强磁场双通道聚氧聚氮装置，属于能源动力工程领域。该装置的空气进口段安装在隔磁外壳筒体的前端入口处，在隔磁外壳筒体的前半段内壁上装有永磁体单元，在隔磁外壳筒体的后半段内壁上装有电磁体线圈，隔磁外壳筒体的后半段外侧设置空气外环进口通道兼防尘罩，电磁体线圈各段之间开设有空气进气孔，同时也是冷却孔，外环出口段和中心通道双通道产生富氮，而隔磁外壳筒体内壁和产富氮的中心通道之间的中间环形通道则产生富氧。本实用新型可以解决以往单通道磁分离器存在不能连续大流量的氧氮供给等问题，适用于锅炉、窑炉、冶金炉、发动机、燃气轮机等装置的富氧燃烧和制氧制氮厂等大型氧氮用户。
文档编号C01B13/02GK201172625SQ20082001063
公开日2008年12月31日 申请日期2008年2月3日 优先权日2008年2月3日
发明者王喜魁, 陈正举 申请人:陈正举;王喜魁