一种磁场制氧方法与流程

本发明涉及一种利用梯度磁场的制氧方法及装置，具体地说，在磁体间磁感强度大的位置开设气体通道，气体通道设有向外开通的侧道，侧道沿磁感强度弱的方向向外有一段距离的延伸，空气进入气体通道流动的过程中，完成氮氧分离，属于制氧技术领域。

背景技术：

利用梯度磁场进行氮氧分离，由于氮气和氧气分子的运动速率都很大，要想达到较好的氮氧分离效果，需要极大的磁感应强度与磁场梯度的乘积，这在现实中很难达到，因此难以实现理想的制氧效果。在利用梯度磁场进行氮氧分离方面，人们已做了大量的理论和实验研究，但迄今为止，还没有取得较成功的可行技术应用于社会。分子筛法制氧技术比较成熟，但是单独应用效率低且耗能大。

氧是人类赖以生存的最重要物质，制氧技术在社会生产、生活中有着宽泛的需求，提供廉价和广泛适用的制氧技术，对促进人类健康和社会生产发展具有重要意义。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是针对上述技术方案的不足，提供一种磁场制氧方法及装置。本发明采用以上技术方案，可以实现磁场与分子筛结合以提高氮氧分离效率，并经多级纯化提高氧气浓度，与现有制氧技术相比，具有制氧效率高、耗能少，适用范围广，易于实施的优点。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种磁场制氧方法，其特征在于，包括：建立一个梯度磁场组合体，在磁体间磁感强度大的位置开设气体通道，气体通道设有向外开通的侧道，侧道沿磁感强度弱的方向向外有一段距离的延伸；

空气进入气体通道流动的过程中，氧受磁场力的吸引，沿气体通道流动，由氧气出口排出；

氮不受磁场力的吸引沿侧道向外逸出。

一种优化方案，侧道在磁体以外的部分可由硅钢板等导磁材料构成。

进一步地，侧道的外端部可装置沸石等对氮有吸附作用的分子筛。

进一步地，气体通道和侧道内设置若干层平面隔板，将气体通道和侧道轴向分成若干段，其中气体通道内的隔板上具有气孔。

进一步地，在气体通道和侧道内可设置磁导率高的硅钢薄片、不锈钢细丝等导磁材料，以提高磁感应效果和缓冲气体湍流现象，并利于阻氧排氮加强氮氧分离的作用。

本发明采用以上技术方案，与现有技术相比，具有以下优点：气体通道外侧开通的侧道，向外有一段距离的延伸，以增大磁场梯度和氮氧分离的行程；气体通道和侧道内设置若干层平面隔板，将气体通道和侧道轴向分成若干段，其中气体通道内的隔板为有孔通气隔板，以实施对氧的多级纯化；侧道的外端部可装置沸石等对氮有吸附作用的分子筛，以提高排出氮的效果；梯度磁场组合体中的各气体通道连通，使气体流通的行程延长，以提高多级纯化效果；在气体通道和侧道内设置磁导率高的硅钢薄片、不锈钢细丝等导磁材料，以提高磁感应效果和缓冲气体湍流现象，并起到阻氧排氮的作用；气体通道内的气体，在每两层隔板之间的一段间距中，由于氮的逸出而使氧的浓度增大，氮的浓度减小，氧与氮浓度的变化达到了一个相对平衡状态，这个过程称为一级纯化，气体通道内的气体是连续流动的，由一级纯化再进入到下一级，使氧和氮的浓度变化再达到一个新的相对平衡状态，这样经过多级纯化，使气体通道内的气体氧的浓度不断增大，氮的浓度不断减小，最终得到理想浓度的氧气，具有制氧效率高、耗能少，适用范围广，易于实施的优点。

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

附图说明

附图1为本发明实施例中制氧装置的外形图；

附图2为附图1中a-a向的剖视图；

附图3为附图2中b-b向的剖视图；

附图4为附图2中c-c向的剖视图；

附图5为附图2中d-d向的剖视图；

附图6为硅钢薄片的结构示意图；

图中，

1-梯度磁场组合体，2-空气进口，3-氧气出口，4-氮气出口，5-壳体，6-磁体，7-第三气体通道，71-第三气孔，8-第一气体通道，81-第一隔板，82-第一气孔，83-第一侧道，9-第二气体通道，91-第二气孔，92-固定型沸石分子筛，93-第二隔板，94-第二侧道，10-第三侧道，11-固定型沸石分子筛，12-圆柱状支撑架，13-转轴，14-沸石分子筛，15-第三隔板，16-硅钢薄片。

具体实施方式

实施例，一种磁场制氧方法，其特征在于，包括：建立一个梯度磁场组合体，在磁体间磁感强度大的位置开设气体通道，气体通道设有向外开通的侧道，侧道沿磁感强度弱的方向向外有一段距离的延伸；空气进入气体通道流动的过程中，氧受磁场力的吸引，沿气体通道流动，由氧气出口排出；氮不受磁场力的吸引沿侧道向外逸出；侧道在磁体以外的部分可由硅钢板等导磁材料构成；侧道的外端部可装置沸石等对氮有吸附作用的分子筛；气体通道和侧道内设置若干层平面隔板，将气体通道和侧道轴向分成若干段，其中气体通道内的隔板上具有气孔；在气体通道和侧道内可设置磁导率高的硅钢薄片、不锈钢细丝等导磁材料，以提高磁感应效果和缓冲气体湍流现象，并利于阻氧排氮加强氮氧分离的作用。

基于以上磁场制氧方法，如图1、图2、图3、图4、图5所示，一种磁场制氧装置，包括一个密闭的壳体5，壳体5上连通有空气进口2、氧气出口3和氮气出口4。

壳体5内设有梯度磁场组合体1，梯度磁场组合体1由多块磁体6组成，本实施例中为六块，可以根据实际进行调整；磁体6的截面形状为等腰台型，多块磁体6依次以同极s的上底面相对作圆周排列，形成中心有一空隙的六面体。

磁体6的下底中央部位设有一个凹槽，凹槽与磁体6的下底等长，再用硅钢板围成一个与凹槽长、宽对应的凸槽形成轴向的第一气体通道8，第一气体通道8径向向外延伸至磁体6外形成第一侧道83，第一侧道83的外端部呈弧形向外扩展间隙，在扩展的间隙内设置有可转到的圆柱状支撑架12，内设置有沸石分子筛14，圆柱状支撑架12与第一侧道83的内壁有一段弧形无缝接触，使第一侧道83不与外界直接相通，圆柱状支撑架12的中间位置具有转轴13，转轴13的轴承座设置于壳体1上，在电机的驱动下转动，本领域技术人员可以清楚地理解电机带动转轴13转动，因此附图中没有画出电机。

每两块磁体6之间设有一个间隙，在间隙中设有第二气体通道9，第二气体通道9的一侧为磁体6的一个侧面，另一侧由硅钢片围成，临梯度磁场组合体1中心空隙端封闭，第二气体通道9径向向外延伸至磁体6外形成第二侧道94，第二侧道94由硅钢板构成，第二侧道94的外端部呈漏斗状扩展间隙，在扩展的间隙内装有固定型沸石分子筛92。

梯度磁场组合体1中心位置的空隙为第三气体通道7，在第二气体通道9与相邻磁体6之间设有一个第三侧道10，第三侧道10与第三气体通道7连通，第三侧道10径向向外延伸至磁体6外，磁体6外部分由硅钢板构成，第三侧道10的外端部呈漏斗状扩展间隙，在扩展的间隙内装有固定型沸石分子筛11。

第一气体通道8及第一侧道83内设置有若干层第一隔板81，本例中为八层，第一隔板81的外端与圆柱状支撑架12边缘相切，第一隔板81在第一气体通道8内的一段上设有第一气孔82。

第二气体通道9及第二侧道94内设置有若干层第二隔板93，本例中为八层，第二隔板93向外延伸至固定型沸石分子筛92，第二隔板93在第一气体通道9内的一段设有第二气孔91。

第三气体通道7及第三侧道10内设置有若干层第三隔板15，本例中为八层，第三隔板15向外延伸至固定型沸石分子筛11，第三气体通道7内的第三隔板15上设有第三气孔71。

第一气体通道8、第二气体通道9及第三气体通道7及第一侧道83、第二侧道94、第三侧道10内还可以设置硅钢薄片16及不锈钢细丝等导磁材料，以提高磁感应效果和缓冲气体湍流现象，利于促进氮氧分离的作用。

梯度磁场组合体1顶部的各组第一气孔82与空气进口2密闭连通，空气进口2连通加压泵，梯度磁场组合体1底部的各组第一气孔82与梯度磁场组合体1底部的各组第二气孔91密闭连通，梯度磁场组合体1顶部的各组第二气孔91与梯度磁场组合体1顶部的第三气孔71密闭连通，梯度磁场组合体1底部的第三气孔71与氧气出口3密闭连通，壳体1与梯度磁场组合体之间的密闭空间与氮气出口4连通，用于连通的管道在附图中没有画出，作为本领域的技术人员根据以上说明可以很清楚地理解。

工作过程：

空气在加压泵的作用下进入第一气体通道8流动，由第一气体通道8再进入第二气体通道9流动，由第二气体通道9再进入第三气体通道7流动；空气在各组气体通道流动的过程中，由于氧的顺磁性和氮的逆磁性，氧受磁场力的吸引，沿气体通道流动，由氧气出口3排出，氮不受磁场力的吸引，沿侧道向向外逸出并被分子筛吸附，在气体通道内外气体压力差的作用下，氮气经分子筛后排出到箱体内，从氮气出口排出。

气体通道内的气体，在每两层隔板之间的一段间距中，由于氮的逸出而使氧的浓度增大，氮的浓度减小，氧与氮浓度的变化达到了一个相对平衡状态，这个过程称为一级纯化，气体通道内的气体是连续流动的，由一级纯化再进入到下一级，使氧和氮的浓度变化再达到一个新的相对平衡状态，这样经过多级纯化，使气体通道内的气体氧的浓度不断增大，氮的浓度不断减小，最终得到理想浓度的氧气，本发明实施例中气体流经第一气体通道、第二气体通道和第三气体通道，也可以根据实际情况，调整气体通道的数量和连通方式，由于根据说明书的记载，本领域技术人员可以清楚地想到，所以不再具图。

氮通过的分子筛有两种形式，一是呈转动的沸石分子筛14，沸石分子筛14的一部分和第一侧道83相对，且与第一侧道83内壁的一段呈弧形无缝接触，使第一侧道83不与外界直接相通，沸石分子筛14的另一部分开放在外界，在电机的驱动下转动时，沸石分子筛14与第一侧道83间隙相对的部分在气体通道内气体压力的作用下吸附氮，当转到外界时由于气体压力减小氮又被解吸，这样一个连续过程，使氮不断的被吸附和解吸而排出通道；二是分子筛呈固定形式，包括固定型沸石分子筛11、固定型沸石分子筛92，在通道内外压力差的作用下，氮通过固定型沸石分子筛11、固定型沸石分子筛92的吸附和解吸以及直接通过的形式排出通道。

气体在气体通道内流动中，通过隔板时，由于隔板通气的横截面积减小，使其流速加快，以及加上隔板的阻挡，减少了氮和氧由于不规则运动，而产生的逆气流方向的返回，使气体通道内的气体在相邻两层隔板之间的一段间距中，由于氮的逸出而使氧的浓度增大，氮的浓度减小，氧与氮浓度的变化达到了一个相对平衡状态，这个过程称为一级纯化。气体通道内的气体是通过多层隔板连续流动的，由一级纯化再进入到下一级，使氧和氮的浓度变化再达到一个新的相对平衡状态。这样经过若干级连续纯化，使气体通道内的气体氧的浓度不断增大，氮的浓度不断减小，最终得到理想浓度的氧气由氧气出口排出。

本实施例所述的磁场组合体，是由多块等腰台型磁体，以同极s上底面相对为中心圆周排列形成的磁场组合体，该组合形式所需要的等腰台型磁体的块数与等腰台型磁体的高成正比，高越大，需要的块数越多，其目的是充分发挥磁体的磁场力以收到更好的制氧效果。

梯度磁场组合体的组合形式，以提高磁感强度及充分利用磁体的磁力为主，并结合不同制氧需要而定。

构成梯度磁场的磁体一般为永磁体，也可用电磁体，必要时可永磁体与电磁体结合应用，以节约能源并提高磁感应强度。

为增大磁场梯度和氮氧分离的行程，气体通道向外开通的侧道在磁体以外有一段的延伸，延伸部分可由导磁材料如硅钢板等构成。

侧道外端部装置的转动分子筛可与相邻的侧道共用，以使分子筛装置简化且能起到较好地排氮作用。

气体通道中隔板上的气孔，其位置、形状、数量可以根据气体通道的形状及磁感应强度中心位置进行调整，以在磁感应强度大的中心位置开设气孔为佳。

为了使分子筛吸附的氮更好地解吸，以提高排出氮气的效果，氮气出口可接通负压泵。

壳体的作用是保护壳体内的分子筛，必要时可在氮气出口接通负压泵，并不是本制氧方法所必须，因此可以不用。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。