一种利用导磁轭铁加强层叠磁体阵列实现空气中氧气富集的装置及方法，属于气体分离技术领域。装置包括：层叠磁体阵列、导磁轭铁、磁场空间、磁场空间开放边界上的流动阻尼层、空气源、缓冲器、空气输送管、入口过渡段、出口过渡段、富氧空气输送管、阀门、富氮空气输送管、容器外壳以及富氧气体出口气体电加热器。方法是使空气注入一个具有开放边界、在边界上存在梯度方向指向内部的梯度磁场的磁场空间，在空气从开放边界流出时，利用梯度磁场对氧气分子产生的作用力将空气中的氧气分子束缚在磁场空间内，在磁场空间内形成氧的富集区，把该区域内的气体引出得到富氧空气。优点在于：操作方便，造价低廉，能耗低，使用寿命长，适用性广，磁污染小等。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于空气分离
，提出了一种利用磁力作用实现空气中氧气富集 的具有导磁轭铁的层叠磁体阵列结构装置和方法。
技术介绍
空气中氧气含量为20.9%，含氧量高于此值的空气被称为富氧空气。富氧空气 在工农业生产中有着极其重要的作用，而且可以有效降低燃料燃烧过程中空气污染 物的排放。所以，采用方便、经济的方法实现氧气富集一直是人们极为关注的问 题。自从法拉第发现气体流动的磁致效应以来，许多研究者都对这种磁致气体行为 进行了研究并且加以应用。20世纪初，国内外研究者就开始了对空气在梯度磁场作 用下的对流作用的探索；到了 80年代初，国外学者开始研究基于磁致气体行为的 氧气富集技术；在90年代中期开始，国内也开始有这方面的报道，但是由于存在 种种技术上的困难，研究进展一直缓慢。2005年申请的一项中国专利技术专利提出了一 种全新的利用磁致气流行为富集氧气的装置与方法，提出利用2块磁体构成的磁场空间边界梯度磁场的拦截 作用而非偏转作用实现氧气的富集，应用该方法所建立的小型实验装置已获得了 0.65%的氧气富集率。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种利用磁力作用实现空气中氧气富集的装置及方法，在 常温常压下实现空气中的氧气富集，富集装置具有结构简单，操作方便，造价低 廉，能耗低，使用寿命长，适用性广，磁污染小等特点。本专利技术的装置包括层叠磁体阵列1 (磁体可以是永磁体，也可是电磁铁、超导磁体等)，磁场空间8，磁场空间8开放边界上可以有流动阻尼层3覆盖(流动 阻尼层由有机或无机多孔介质材料制成)、导磁轭铁2、空气源4、缓冲器5、空气 输送管6、入口过渡段7、出口过渡段9、富氧空气输送管10、阀门11、富氮空气 输送管12、容器外壳13以及富氧气体出口气体电加热器15。层叠磁体阵列1由 3 12000块磁体构成，形成2 11999个磁场空间，各磁体之间的间距为0.1 mm 1000 mm，各磁体的厚度为0.3mm 1500mm。层叠磁体阵列1相邻各磁体之间异极 相对形成磁场空间8，在磁场空间的边界处形成磁场梯度；入口过渡段7的一端连 接空气输送管6，另一端与磁场空间入口相连，使空气均匀流入磁场空间8;磁场 空间8的出口通过出口过渡段9与富氧空气输送管IO相连。富氮空气输送管12与 容器14相连；两个阀门11分别安装在富氧空气输送管IO和富氮空气输送管12 上，通过配合调节这两个阀门，可以控制从富氧空气输送管10以及富氮空气输送管12流出气体的流量和压力。空气经过缓冲器5，被送入磁场空间8，当空气进入 磁场空间8后，由于通过富氧空气输送管10流出的富氧空气流量小于通过空气输 送管6进入磁场空间的流量，将有部分空气向流动方向的两侧从磁场空间8的边界 经过流动阻尼层3流出，由于在磁场空间8的边界处存在指向磁场空间内部的磁场 梯度，氧气分子在磁场力的作用下其出流受到束缚，而氮气分子和其它分子可以顺 利流出磁场空间8，被束缚在磁场空间内的氧气分子继续随主流气体沿原来的方向 流动，这样就在磁场空间内部，尤其是在远离空气注入口的地方氧分子得到富集。 富氧空气经出口电加热器15加热后，经出口过渡段9和富氧空气输送管IO输送到 装置外；富氮空气流入容器14中，并最终会聚在一起，通过富氮空气输送管道12 排出装置之外。如果采用多级结构，从装置中引出的富氧空气可以作为下一级装置 的入口空气。本专利技术所述的磁体截面的形状可以是方形、三角形、圆形，梯形或多边形。与 此相对应，由其形成的磁场空间的截面形状可以是方形、三角形、圆形、梯形或多 边形。本专利技术所示的氧气富集装置也可以为多级结构，前一级的富氧空气出口作为后 一级的空气入口，因此所述装置的串联组合也属本专利技术范围之内。空气的主要成分是氧气和氮气，还有少量的二氧化碳，水蒸汽以及其它微量的 惰性气体。在这些气体当中，氧气的体积磁化率为+146xl0—6 ("+"表示该气体为顺 磁性气体)，这类气体在梯度磁场受到的磁力的方向与场强梯度方向一致。相反， 氮气的体积磁化率为-0.58xl(T6， 二氧化碳为-0.84xl0'6，水蒸汽为-0.58xl(T6 ("-" 表示该气体为抗磁性气体)，这类气体在梯度磁场中受到的磁力的方向与场强梯度 方向相反。由此可见，不但氧气的体积磁化率比空气中其它气体的体积磁化率大很 多，而且其磁性相反。氧气的这一性质使得利用梯度磁场来实现空气中氧气的富集 成为可能。本专利技术所述的利用磁力的拦截作用实现空气中氧气富集的方法，是使空气流经 一个由带有导磁轭铁的层叠磁体阵列所形成的磁场空间，在由相邻两块磁体所形成 的磁场空间的边界处会形成梯度方向指向磁场空间内部的梯度磁场，利用梯度磁场 对氧气分子产生的作用力将流出磁场空间的空气中的氧气分子束缚在磁场空间内， 在磁场空间内远离空气入口的地方形成氧的富集区，把该区域内的气体引出即可得 到富氧空气。当空气从空气入口进入磁场空间后，有部分气体从两侧开放边界上流 出。当空气流出磁场空间时，由于边界处存在梯度方向指向磁场空间内部的磁场梯 度，氧气分子(顺磁性分子)受到指向磁场空间内部的磁力，因此其出流受到阻碍 而可能被拦截在磁场空间内；氮气分子与其它气体分子(抗磁性分子)受到指向磁 场空间外部的磁场力，因此可以顺利流出磁场空间。这样就在磁场空间内部，尤其 是在远离空气入口的地方氧分子得到富集。磁场空间边界处的梯度磁场就像一个 "磁筛"，对氧气分子具有拦截作用，对氮气分子放行。本专利技术所述的磁场空间由多层磁体层叠所形成，相邻两磁体间的间距或磁场空 间的厚度范围为0.1 mm 1000mm，磁体的厚度为0.3mm 1500mm。本专利技术是利用层叠磁体阵列中各磁体之间梯度磁场的"磁筛"作用把空气中的氧 分子束缚在磁场空间内从而实现氧气的富集，它与依靠梯度磁场对氧气产生的吸引 力使流动空气中的氧气分子的流动方向产生偏移的氧气富集方法不同，虽然两者都 是利用了氧氮气分子在梯度磁场中会受到方向相反磁力作用的原理，但是前者 ("磁筛"方法)可以有效避免氧气富集过程中，气体湍流，气体分子的热运动以及 浓度扩散等对氧气富集的削弱作用。本专利技术与申请号:200510086240.9，公告号CN1762792. 2005的专利申请相比 有如下特点-1、 由于层叠磁体阵列中各磁体所产生的磁场在空间中各磁体所产生的磁场在 空间的相互叠加作用，使得每一磁场空间中的磁场梯度得到加强。例如，利用6块 厚度为5.0mm的N35钕铁硼永磁体所构成的层叠磁体阵列结构，在所形成的厚度 为lmm的5个磁场空间中，磁场强度是由同样大小的两块磁体所形成的磁场空间 中的磁场强度的3.0~3.6倍，相应的，由于磁场空间内磁场强度的提高，磁场空间 开放边界处的氧气富集能力可以提高2.0 2.6倍。2、 当加入导磁轭铁后，由于导磁轭铁具有高磁导率，使得各个磁体之间空气 间隙的磁位降有效提高，即增大了空气间隙的磁场强度，从而提高了永磁体的氧富 集能力。例如，将同样的6块厚度为5.0mm的N35钕铁硼永磁体所构成的层叠磁 体阵列结构固定在导磁轭铁中，其开放边界处的氧气富集能力可以再提高 60%~100%。3、 由于采用的层叠结构具有多流道设计以及导磁轭铁对磁场的加强作用，使 得处理同样多气本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种利用导磁轭铁加强层叠磁体阵列实现空气中氧气富集的装置，包括：层叠磁体阵列、导磁轭铁、流动阻尼层、空气源、缓冲器、空气输送管、入口过渡段、磁场空间、出口过渡段、富氧空气输送管、阀门、富氮空气输送管、容器外壳、电加热器；其特征在于：由磁体组成层叠磁体阵列（１），层叠磁体阵列（１）各磁体之间异极相对形成磁场空间（８），在磁场空间的边界处形成磁场梯度；在层叠磁体阵列（１）的两级有一个导磁轭铁（２）将层叠磁体结构所产生的磁感线封闭在导磁轭铁中；外侧入口过渡段（７）的一端连接空气输送管（６），另一端与磁场空间入口相连，使空气均匀流入磁场空间（８）；磁场空间（８）的出口通过出口过渡段（９）与富氧空气输送管（１０）相连，磁场空间（８）的开放边界上设置流动阻尼层（３），在磁场空间（８）的富氧空气出口处设置电加热器（１５）；富氮空气输送管（１２）与容器（１４）相连；两个阀门（１１）分别安装在富氧空气输送管（１０）和富氮空气输送管（１２）上，通过配合调节这两个阀门，控制从富氧空气输送管（１０）以及富氮空气输送管（１２）流出气体的流量和压力；空气经过缓冲器（５）被送入磁场空间（８），当空气进入磁场空间（８）后，由于通过富氧空气输送管（１０）流出的富氧空气流量小于通过空气输送管（６）进入磁场空间的流量，将有部分空气向流动方向的两侧从磁场空间（８）的边界经过流动阻尼层（３）流出，富氧空气经出口电加热器（１５）加热后，经出口过渡段（９）和富氧空气输送管（１０）输送到装置外；富氮空气流入容器（１４）中，并最终会聚在一起，通过富氮空气输送管道（１２）排出装置之外。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：吴平，王立，张师平，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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