專利名稱：高梯度強(qiáng)磁場(chǎng)雙通道聚氧聚氮裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種高梯度強(qiáng)磁場(chǎng)雙通道聚氧聚氮裝置，屬于能源動(dòng)力工程 領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前制氧方法多種，如利用氧氮物性差異的深冷法、磁場(chǎng)法；利用氧氮分子 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的分子篩滲透法、富氧膜法；禾,氧氮電解特性的電解法和禾傭其化學(xué) 特性的化學(xué)法等方法。但是，目前尚缺少連續(xù)大流量的氧氮供給，以適應(yīng)當(dāng)前節(jié) 能環(huán)保戰(zhàn)略要求。實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種高梯度強(qiáng)磁場(chǎng)雙通道聚氧聚氮裝置，解決以 往單通道磁分離器存在不能連續(xù)大流量的氧氮供給等問(wèn)題。通過(guò)高梯度強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì) 空氣進(jìn)行氧氮分離，從而實(shí)現(xiàn)聚氧聚氮，為鍋爐燃燒、發(fā)動(dòng)ma氣、玻璃爐窯和 液氮冷卻等大型氧、氮用戶提供較高濃度，較大流量的、廉價(jià)的、富氧和富氮源， 對(duì)節(jié)約能源、資源利用和環(huán)境保護(hù)具有重要實(shí)用價(jià)f直。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是-一種高梯度強(qiáng)磁場(chǎng)雙通道聚氧聚氮裝置，該裝置設(shè)有空氣進(jìn)口段、永磁體單 元、隔磁外殼筒體、空氣外環(huán)進(jìn)口通道兼防塵罩、電磁體線圈、電磁體線圈空氣 冷卻孔，空氣進(jìn)口段安裝在隔磁外殼筒體的前端入口處，在隔磁外殼筒體的前半 段內(nèi)壁上裝有永磁體單元，在隔磁外殼筒體的后半段內(nèi)壁上裝有電磁體線圈，電 磁體線圈各段之間開(kāi)設(shè)有電磁體線圈空氣冷卻孔，隔磁外殼筒體的后半段外側(cè)設(shè) 置空氣外環(huán)進(jìn)口通道兼防塵罩，在隔磁外殼筒體的后半段壁上開(kāi)設(shè)與電磁體線圈 空氣冷卻孔相通的進(jìn)氣孔，空氣外環(huán)進(jìn)口通道兼防塵罩內(nèi)側(cè)通過(guò)隔磁外殼筒體上 的進(jìn)氣孔與隔磁外殼筒體內(nèi)腔魏。所述的高梯度強(qiáng)磁場(chǎng)雙通道聚氧聚氮裝置，隔磁外殼筒體與空氣外環(huán)進(jìn)口通 道兼防塵罩之間形成富氮外環(huán)通道，隔磁外殼筒體中心設(shè)置富氮中心通道，電磁 體線圈與富氮中心通道之間形成富氧環(huán)形收集通道。所述的高梯度強(qiáng)磁場(chǎng)雙通道聚氧聚氮裝置，在永磁體單元和電磁體線圈周圍 以及永磁體單元到電磁體線圈之間的過(guò)渡段空間布滿不銹鋼毛。所述的高梯度強(qiáng)磁場(chǎng)雙通道聚氧聚氮裝置，永磁體單元相鄰永磁體的磁南極 S對(duì)正磁南極S，相鄰永磁體的磁北極N對(duì)正磁北極N。所述的高梯度強(qiáng)磁場(chǎng)雙通道聚氧聚氮裝置，在富氧環(huán)形收集通道出口處設(shè)有 富氧引流機(jī)。所述的高梯度強(qiáng)磁場(chǎng)雙通道聚氧聚氮裝置，在富氮中心通道出口處設(shè)有富氮 引流機(jī)。所述的高梯度強(qiáng)磁場(chǎng)雙通道聚氧聚氮裝置，在該裝置進(jìn)氣流道的中心處設(shè)有 皮托管氣流測(cè)速儀，在富氧環(huán)形收集通道出口處設(shè)有富氧濃度測(cè)試儀。 本實(shí)用新型的有益效果是1、 本實(shí)用新型x寸空氣進(jìn)fim氮磁化分離采用高梯度和強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)強(qiáng)度的數(shù)值高于l個(gè)纟寺斯拉(T)，磁場(chǎng)梯度高于3 5特斯拉每米(T/m)。采用高性能 釹鐵硼(Nd2Fe14B)稀土永磁材料和含鉻不銹鋼毛來(lái)實(shí)現(xiàn)，含鉻不銹鋼毛可延續(xù) 高磁場(chǎng)梯度，綜合措施使磁場(chǎng)強(qiáng)度比常規(guī)的磁分離方法高出上百萬(wàn)倍。2、 本實(shí)用新型采用了以稀土永磁體為主，以電磁體磁場(chǎng)為輔，復(fù)合磁化分離 方案，永磁體為主的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、磁路可調(diào)、成本低廉、維護(hù)方便。而采用 電磁體是為提升磁場(chǎng)強(qiáng)度H，特別是可實(shí)現(xiàn)電控自動(dòng)可調(diào)，可改變磁參數(shù)，提供 多種工程工況應(yīng)用。3、 本實(shí)用新型磁分離特點(diǎn)是采用雙通道空氣進(jìn)氣和雙級(jí)氧氮磁化分離以及雙 通道富氮收集，有利于提高單機(jī)氧濃度、氮濃度和富氧富氮流量，克服了以往所 有單通道磁分離器缺點(diǎn)。4、 本實(shí)用新型又一特點(diǎn)是電磁體線圈分離段結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有一器三功能作用 空氣進(jìn)氣通道、電磁體線圈空氣冷卻通道，又是裝置防塵罩。5、 本實(shí)用新型采用氧化鋯型氧濃度測(cè)試儀監(jiān)測(cè)富氧濃度；采用銅一康銅熱電偶監(jiān)測(cè)進(jìn)、排氣Mit;采用皮托管氣流測(cè)速iM觀攛氧和富氮的流速。本實(shí)用 新型電磁體線圈段使用電子控制，使?jié)舛?、流量等參?shù)可調(diào)，自動(dòng)顯示測(cè)試結(jié)果， 以隨時(shí)監(jiān)控氧氮分離狀況。6、 本實(shí)用新型為減少富氧通道阻力，大流量地提供富氧空氣，富氧流道設(shè)計(jì) 成直線通道，電磁體線圈放熱段有禾盱形成"磁風(fēng)"提高富氧產(chǎn)量，而副產(chǎn)品富氮的通道可以折轉(zhuǎn)通iIS行收集壓縮，提高氮產(chǎn)量。7、 本實(shí)用新型磁場(chǎng)聚氧體積濃度最佳選擇范圍為23.6 36.5%，需要濃度更 高富氧時(shí)可將磁化氧氮分離器串聯(lián)或耦合方法達(dá)到。當(dāng)需要更大的富氧空氣流量 時(shí)，可將磁化氧氮分離器并聯(lián)達(dá)到。富 1燒的益處是1、 富氧燃燒是一種高效節(jié)能環(huán)保的先進(jìn)技術(shù)，富氧助燃可提高火焰^S，富 氧濃度每提高1%，燃燒溫度可提高35 50°C，從而提高了卡諾循環(huán)效率(;;=1-*) ， T2是出口絕X中溫度，T!是燃燒鄉(xiāng)敘寸溫度。因而，可提高鍋爐、窯爐或熱力發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率和循環(huán)效率。2、 富氧技術(shù)用于高爐冶煉、玻璃、水泥、陶瓷等窯爐，用于汽油機(jī)、柴油機(jī)、 船舶動(dòng)力、電廠鍋爐、燃?xì)廨啓C(jī)等，可降低燃料消耗量10%到25%，減少?gòu)U氣熱 損失，降低廢氣排放量，以有關(guān)文獻(xiàn)中介紹的富氧煉銅為例，最高節(jié)能達(dá)50%。3、 富氧燃燒技術(shù)不但高效節(jié)能，而且還能節(jié)電，計(jì)算表明，如自然空氣燃燒 1千克重油需要14立方米空氣，而采用30%濃度的富氧空氣只需供給9.78立方 米氣源，空氣量減少33%，使工廠、企業(yè)的鼓風(fēng)量、引風(fēng)量減少約三分之一，明 顯地節(jié)約了工廠、企業(yè)或用戶的用電量，同時(shí)節(jié)省了一次能源煤炭和二次能源電 能，從而降低了熱能動(dòng)力裝置的運(yùn)行費(fèi)用。4、 富氧燃燒還能提高多種新型代用燃燒的熱值，延緩一次能源煤炭、石油、 天燃?xì)?、可燃燒水合物等消耗速度，富氧燃燒可使劣質(zhì)煤燃燒熱值達(dá)到優(yōu)質(zhì)煤水 平。進(jìn)而，達(dá)到以煤代油，而且能解決和彌補(bǔ)諸如水煤漿、奧里油、二甲醚、乙 醇汽油等新型代用燃料，雖然環(huán)保性能較好，但熱值偏低，點(diǎn)火又困難的缺憾。


圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1中A-A剖視圖。圖中，l空氣進(jìn)口段；2永磁體單元；3隔磁外殼筒體；4空氣外環(huán)進(jìn)口通道 兼防塵罩；5電磁體線圈；6-1富氮外環(huán)通道；6-2富氮中心通道；7富氧環(huán)形收 集通道；8備用電阻絲加熱器；9電磁體線圈空氣冷卻孔；IO不銹鋼毛；11皮托 管氣流測(cè)速儀；12富氧濃度測(cè)試儀；13富氧引流機(jī)；14富氮引流機(jī)。
具體實(shí)施方式
如圖1 圖2所示，本實(shí)用新型高梯度強(qiáng)磁場(chǎng)雙通道聚氧聚氮裝置主要包括空 氣進(jìn)口段l、永磁體單元2、隔磁外殼筒體3、空氣外環(huán)進(jìn)口通道兼防塵罩4、電 磁體線圈5、富氮外環(huán)通道6-l、富氮中心通道6-2、富氧環(huán)形收集通道7、備用 電阻絲加熱器8、電磁體線圈空氣冷卻孔9、不銹鋼毛I(xiàn)O、皮托管氣流測(cè)速儀ll、 富氧濃度測(cè)試儀12、富氧弓硫機(jī)13、富氮引流機(jī)14等?？諝膺M(jìn)口段l安裝在隔 磁外殼筒體3的前端入口處，在隔磁外殼筒體3的前半段內(nèi)壁上裝有永磁體單元 2，稀土永磁體單元2由磁路設(shè)計(jì)決定相鄰永磁體的磁南極S對(duì)正磁南極S，相鄰 永磁體的磁北極N對(duì)正磁北極N，所有相鄰永磁體之間空隙都是斥力場(chǎng)，成組排 布在隔磁外殼筒體3內(nèi)壁面上，其間隙和沿永磁體內(nèi)側(cè)即形成高梯度磁場(chǎng)。在隔 磁外殼筒體3的后半段內(nèi)壁上裝有電磁體線圈5，電磁體線圈5各段之間開(kāi)設(shè)有 密布的進(jìn)氣 L (電磁體線圈空氣冷卻孔9)，其作用之一是聚氧磁通道，其二是 冷卻電磁體線圈，吸收電磁體線圈所散發(fā)的熱量，使電磁體保持正常的工作溫度， 其三是廢熱利用富氧流吸收熱量，相當(dāng)于電阻絲加熱，使之形成通道溫差磁風(fēng)， 富氧氣流經(jīng)由電磁體線圈空氣冷卻孔9后，經(jīng)由中間富氧環(huán)形收集通道7，在富 氧引流機(jī)13負(fù)壓驅(qū)動(dòng)下，以富氧產(chǎn)品流出富氧環(huán)形收集通道7。在永磁體單元2 和電磁體線圈5周圍以及永磁體單元2到電磁體線圈5之間的過(guò)渡段空間布滿含 鉻不銹鋼毛I(xiàn)O，將永磁體單元組和電磁體線圈充分覆蓋。隔磁外殼筒體3的后半 段外側(cè)設(shè)置空氣外環(huán)進(jìn)口通道兼防塵罩4，在隔磁外殼筒體3的后半段壁上開(kāi)設(shè) 與電磁體線圈空氣冷卻孔9相通的進(jìn)氣孔，空氣外環(huán)進(jìn)口通道兼防塵罩4內(nèi)側(cè)通 過(guò)隔磁外殼筒體3上的進(jìn)氣孔與隔磁外殼筒體3內(nèi)腔連通。隔磁外殼筒體3與空氣外環(huán)進(jìn)口通道兼防塵罩4之間形成富氮外環(huán)通道6-1，隔磁外殼筒體3中心設(shè) 置富氮中心通道6-2,電磁體線圈5與富氮中心通道6-2之間形成富氧環(huán)形收集通 道7，在富氧環(huán)形收集通道7出口處設(shè)有富氧引流機(jī)13。在富氮中心通道6-2出 口處設(shè)有富氮引流機(jī)14，在富氮引流機(jī)14驅(qū)動(dòng)下，富氮流則通過(guò)富氮外環(huán)通道 6-1、富氮中心通道6-2以富氮產(chǎn)品流出收集后供用戶使用。在進(jìn)氣流道的中心處 設(shè)有皮托管氣流測(cè)速儀11 ，在富氧環(huán)形收集通道7出口處設(shè)有富氧濃度測(cè)試儀12。 本實(shí)用新型聚氧聚氮裝置各^件作用原,運(yùn)CT程如下 空氣是由雙通道(內(nèi)通道為隔磁外殼筒體3，外通道為空氣外環(huán)進(jìn)口通道兼 防塵罩4)進(jìn)A^置，作用是增大進(jìn)氣流量，加大內(nèi)外空氣與磁場(chǎng)接觸面積，內(nèi) 通道由圓截面進(jìn)入隔磁外殼筒體3，隔磁目的是加大磁場(chǎng)強(qiáng)度梯度，減少"透磁" 現(xiàn)象，外通道由環(huán)形截面進(jìn)入電磁體線圈5，空氣外環(huán)進(jìn)口通道兼防塵罩4具有 雙結(jié)構(gòu)作用，既是外環(huán)空氣通道，又是外環(huán)產(chǎn)富氮通道，本身又是電磁體線圈5 多孑L通道的防塵罩。由夕卜環(huán)通道空氣通過(guò)電磁體線圈5空隙進(jìn)入中間富氧環(huán)形收 集通道7，目的是既增加聚氧量又增加聚氮量，磁場(chǎng)的作用原理是聚氧滯氮機(jī)理。 隔磁外殼筒體3前段的永磁體單元2是一級(jí)聚氧滯氮，隔磁外殼筒體3后段的電 磁體線圈5是二級(jí)聚氧滯氮，充分發(fā)揮永磁體和電磁體聚氧氮各有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)， 具有疊加作用。不銹鋼毛10的作用是增加磁場(chǎng)梯度，強(qiáng)化高磁強(qiáng)范圍，含鉻不銹 鋼毛具有雙重作用，它還是空氣的濾清器，灰塵、雜物等都可通過(guò)毛發(fā)團(tuán)形不銹 鋼毛層過(guò)濾掉，而且不銹鋼毛都制成活動(dòng)箱形模塊化活動(dòng)結(jié)構(gòu)，可非常方便作定 期清洗，維護(hù)方便。由于以富氧為主要產(chǎn)品，所以采用直流式通道聚氧(中間環(huán) 形)，使流動(dòng)阻力最小，后接外置富氧壓縮鼓風(fēng)機(jī)或用于制氧廠；而聚氮是副產(chǎn) 品，其流道可以折轉(zhuǎn)旁路通道輸出，不致影響熱能燃燒動(dòng)力工程的高速大流量供 應(yīng)富氧。另外，本實(shí)用新型在隔磁外殼筒體3內(nèi)設(shè)置備用電阻絲加熱器8，取消了采 用電阻絲加熱富氮產(chǎn)品形成熱流磁風(fēng)，而是充分利用電磁體線圈散熱量足夠形成 熱磁風(fēng)，節(jié)省了電能。備用電阻絲加熱器8僅在裝置處于室外冬季零下2(TC以下 時(shí)，作為防凍備用的，常溫下不用。原理是氧氮磁化分離系數(shù)溫度愈低，磁化分 離效果愈好。本實(shí)用新型對(duì)空氣中的氧氮磁場(chǎng)分離原理是禾,氧氮在磁性上三點(diǎn)差異實(shí)現(xiàn)， 一是氧氮磁極性相反，抗磁體與順磁體不 同，磁性吸氧滯氮；二是磁化率數(shù)值上有極大差別，在常溫下氧氮磁化系數(shù)相差 高達(dá)251倍；三是環(huán)境Mit對(duì)氧氮磁化率影響截然不同。本實(shí)用新型利用空氣中 氧氮分子磁性三大差異，在高梯度強(qiáng)磁場(chǎng)作用下，通過(guò)本實(shí)用新型內(nèi)外空氣通道 進(jìn)氣，先行永磁磁化，后作電磁磁化，要求磁場(chǎng)強(qiáng)度高于3~5特斯扮米(T/m)， 磁場(chǎng)強(qiáng)度高于l特斯拉(T)。采用稀土永磁材料釹鐵硼(Nd2Fe14B)，通道中間 填充含鉻不銹鋼毛，采用永磁和電磁復(fù)合磁化分離方案采用內(nèi)外環(huán)形雙通道以增 大磁化空氣流量。磁場(chǎng)聚氧聚氮濃度中，氧體積濃度最佳選擇在23.6 36.5%,氮 體積濃度62.5 75.4%。本實(shí)用新型裝置是根據(jù)熱力學(xué)高溫離解、耗能原理，按最 佳的氧體積濃度23.6~36.5%為最佳最顯著富氧節(jié)能曲線設(shè)計(jì)的。如需要濃度更高 的富氧，完全可以通過(guò)串聯(lián)本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)。而如需要更大流量時(shí)，完全可以并 聯(lián)本裝置，即可方便地實(shí)現(xiàn)聚氧聚氮。本實(shí)用新型用于制氧、制氮機(jī)可充分挖掘 大氣中的豐富而廉價(jià)的氧氮資源，達(dá)到高效增產(chǎn)、節(jié)電、節(jié)能、環(huán)保、低成本經(jīng) 濟(jì)性好的效果，可適用富氧燃燒與制氧機(jī)、制氮機(jī)等氧源、氮源生產(chǎn)廠的需求。
權(quán)利要求1、一種高梯度強(qiáng)磁場(chǎng)雙通道聚氧聚氮裝置，其特征在于該裝置設(shè)有空氣進(jìn)口段(1)、永磁體單元(2)、隔磁外殼筒體(3)、空氣外環(huán)進(jìn)口通道兼防塵罩(4)、電磁體線圈(5)、電磁體線圈空氣冷卻孔(9)，空氣進(jìn)口段(1)安裝在隔磁外殼筒體(3)的前端入口處，在隔磁外殼筒體(3)的前半段內(nèi)壁上裝有永磁體單元(2)，在隔磁外殼筒體(3)的后半段內(nèi)壁上裝有電磁體線圈(5)，電磁體線圈(5)各段之間開(kāi)設(shè)有電磁體線圈空氣冷卻孔(9)，隔磁外殼筒體(3)的后半段外側(cè)設(shè)置空氣外環(huán)進(jìn)口通道兼防塵罩(4)，在隔磁外殼筒體(3)的后半段壁上開(kāi)設(shè)與電磁體線圈空氣冷卻孔(9)相通的進(jìn)氣孔，空氣外環(huán)進(jìn)口通道兼防塵罩(4)內(nèi)側(cè)通過(guò)隔磁外殼筒體(3)上的進(jìn)氣孔與隔磁外殼筒體(3)內(nèi)腔連通。
2、 按照權(quán)利要求1所述的高梯度強(qiáng)磁場(chǎng)雙通道聚氧聚氮裝置，其特征在于 隔磁外殼筒體(3)與空氣外環(huán)進(jìn)口通道兼防塵罩(4)之間形成富氮外環(huán)通道(6-l)， 隔磁外殼筒體(3)中心設(shè)置富氮中心通道(6-2)，電磁體線圈(5)與富氮中心 通道(6-2)之間形成富氧環(huán)形收集通道(7)。
3、 按照權(quán)利要求1所述的高梯度強(qiáng)磁場(chǎng)雙通道聚氧聚氮裝置，其特征在于 在永磁體單元(2)和電磁體線圈(5)周圍以及永磁體單元(2)到電磁體線圈(5) 之間的過(guò)渡段空間布滿不銹鋼毛(10)。
4、 按照權(quán)利要求1所述的高梯度強(qiáng)磁場(chǎng)雙通道聚氧聚氮裝置，其特征在于 永磁體單元(2)相鄰永磁體的磁南極S對(duì)正磁南極S，相鄰永磁體的磁北極N 對(duì)正磁北極N。
5、 按照權(quán)禾腰求2所述的高梯度強(qiáng)磁場(chǎng)雙通道聚氧聚氮裝置，其特征在于 在富氧環(huán)形收集通道(7)出口處設(shè)有富氧引流機(jī)(13)。
6、 按照權(quán)利要求2所述的高梯度強(qiáng)磁場(chǎng)雙通道聚氧聚氮裝置，其特征在于 在富氮中心通道(6-2)出口處設(shè)有富氮引流機(jī)(14)。
7、 按照權(quán)利要求2所述的高梯度強(qiáng)磁場(chǎng)雙通道聚氧聚氮裝置，其特征在于 在該裝置進(jìn)氣流道的中心處設(shè)有皮托管氣流測(cè)速儀(11)，在富氧環(huán)形收集通道 (7)出口處設(shè)有富氧濃度測(cè)試儀(12) 。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種高梯度強(qiáng)磁場(chǎng)雙通道聚氧聚氮裝置，屬于能源動(dòng)力工程領(lǐng)域。該裝置的空氣進(jìn)口段安裝在隔磁外殼筒體的前端入口處，在隔磁外殼筒體的前半段內(nèi)壁上裝有永磁體單元，在隔磁外殼筒體的后半段內(nèi)壁上裝有電磁體線圈，隔磁外殼筒體的后半段外側(cè)設(shè)置空氣外環(huán)進(jìn)口通道兼防塵罩，電磁體線圈各段之間開(kāi)設(shè)有空氣進(jìn)氣孔，同時(shí)也是冷卻孔，外環(huán)出口段和中心通道雙通道產(chǎn)生富氮，而隔磁外殼筒體內(nèi)壁和產(chǎn)富氮的中心通道之間的中間環(huán)形通道則產(chǎn)生富氧。本實(shí)用新型可以解決以往單通道磁分離器存在不能連續(xù)大流量的氧氮供給等問(wèn)題，適用于鍋爐、窯爐、冶金爐、發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等裝置的富氧燃燒和制氧制氮廠等大型氧氮用戶。
文檔編號(hào)C01B13/02GK201172625SQ20082001063
公開(kāi)日2008年12月31日 申請(qǐng)日期2008年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月3日
發(fā)明者王喜魁, 陳正舉 申請(qǐng)人:陳正舉;王喜魁