СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОЗДУХА, ОБОГАЩЕННОГО КИСЛОРОДОМ Российский патент 1995 года по МПК C01B13/00 C01B13/02 

Изобретение относится к способам получения воздуха, обогащенного кислородом, за счет использования магнитных полей и может быть применено в металлургической промышленности, для интенсификации работы двигателей внутреннего сгорания, для переработки в аппаратах разделения воздуха.

Известен способ получения обогащенного кислородом воздуха за счет применения постоянных магнитов. Воздух засасывается вентилятором и, проходя через коническое отверстие магнитов, разделяется на две составляющие: кислород и азот [1]
Недостатками известного способа являются большие гидравлические потери давления кислорода, недостаточная эффективность обогащения кислородом, а также большая себестоимость кислорода.

Наиболее близким к изобретению является способ получения воздуха, обогащенного кислородом, включающий подачу воздуха в полость всасывающего патрубка, в котором создают высоконапряженное магнитное поле, разделение воздуха на два потока обогащенного кислородом и обогащенного азотом, подачу к потребителю [2]
При повышении эффективности обогащения воздуха кислородом до 35% известному способу также присущи недостатки: высокая энергоемкость, относительно большое гидравлическое сопротивление движению воздуха, низкая его эффективность, поскольку в используемом для создания магнитного поля сердечнике броневого типа увеличен путь замыкания магнитного потока, в результате чего увеличено магнитное сопротивление.

Изобретение решает задачу создания экономичного способа получения обогащенного кислородом воздуха, снижения энергетических затрат при повышении эффективности обогащения воздуха кислородом.

Указанный результат достигается тем, что в известном способе получения воздуха, обогащенного кислородом, включающем подачу воздуха под давлением в полость патрубка, разделение воздуха на два потока: обогащенного кислородом и обогащенного азотом, подачу к потребителю, по изобретению патрубок выполняют с открытой пористостью из частиц ферромагнитного материала, которые предварительно покрывают слоем немагнитного материала толщиной не более 1/3 диаметра частиц ферромагнитного материала, или из смеси частиц ферромагнитного и немагнитного материалов.

Сущность изобретения заключается в том, что атмосферный воздух попадает в полость всасывающего патрубка, стенки которого выполняют пористыми из частиц ферромагнитного материала с открытой пористостью, например, порошка железа, молотых отходов постоянных магнитов, ферритов. Каждую частицу ферромагнитного материала предварительно покрывают слоем немагнитного материала для устранения замыкания магнитных силовых линий и создания магнитного поля на границах пор. Например, покрывают медью, погружая чаcтицы ферромагнитного материала в раcтвор cолей меди, или другим способом наружным окислением ферромагнитного материала электролизом. На границах пор создают высоконапряженное магнитное поле за счет постоянного магнетизма ферромагнитного материала, а также, возможно, за счет внешнего источника. Например, сам всасывающий патрубок может являться сердечником соленоида.

Воздух, попадая в зону высоконапряженного магнитного поля, рассредоточивается таким образом по поперечному сечению патрубка, что обладающий меньшей магнитной восприимчивостью азот свободно выталкивается давлением воздушного потока через поры патрубка наружу. Парамагнитный кислород задерживается в патрубке на границах пор. За счет свободного прохождения азота через поры патрубка воздух, проходя по патрубку под давлением, обогащается кислородом на выходе из него.

Так как магнитная чувствительность кислорода изменяется обратно пропорционально его абсолютной температуре, то возможно предварительное охлаждение воздуха, например, в сетчатом холодильнике перед подачей его в патрубок.

Глубину обогащения воздуха кислородом можно регулировать размерами пор, толщиной слоя покрытия ферромагнитных частиц немагнитным материалом, толщиной стенок патрубка, силой магнитной составляющей, величиной энергии отсоса разделенных кислородсодержащей и азотсо- держащей сред, изменением скорости воздушного потока.

При выполнении патрубка из смеси частиц ферромагнитного и немагнитного материалов значительно упрощается изготовление самого патрубка. При этом воздух будет обогащаться кислородом до 35%
П р и м е р. Атмосферный воздух под давлением 1-2 ати от нагнетателя поступает в полость всасывающего патрубка, который может являться сердечником соленоида. Всасывающий патрубок выполнен пористым из спрессованных частиц ферритов фракцией 0,05-0,5 мм. Каждая частица ферритов покрыта слоем меди. Толщина слоя немагнитного материала (меди) должна быть не более 1/3 диаметра частиц ферритов. Размеры пор зависят от выбранной фракции ферритов. Патрубок размещен в кольцевом трубопроводе с заглушенным торцом со стороны подвода воздуха. На границах пор создается высоконапряженное магнитное поле. Воздух, проходя мимо пористой поверхности патрубка, в порах которой создано сильное магнитное поле, на выходе из патрубка обогащается кислородом за счет того, что диамагнитный азот диффундирует через поры патрубка гораздо быстрее, чем обладающий большой магнитной восприимчивостью кислород, который задерживается внутри у границ пор патрубка.

Таким образом, происходит разделение потока воздуха на два: с повышенным содержанием кислорода внутри патрубка и с повышенным содержанием азота снаружи. Далее обогащенный кислородом до 37% воздух подают к потребителю. Азотсодержащая среда также может быть подана к потребителю по отдельному трубопроводу.

Конструктивно способ может быть осуществлен в разных вариантах. Например, можно в трубопроводе установить пучок пористых патрубков из ферромагнитного материала. Можно также на выходе из патрубка разместить поперек движению воздуха пористую пробку из немагнитного материала. Регулируя размеры пор, толщину слоя покрытия, толщину, длину стенок патрубка, энергию отсоса разделенных потоков, скорость воздушного потока (общего), температуру охлаждения воздуха, можно обеспечить практически любые концентрации кислорода при малом гидравлическом сопротивлении движению воздуха.

Изобретение позволяет подавать обогащенный кислородом воздух в доменные печи, в нагревательные колодцы, использовать его для интенсификации работы двигателей внутреннего сгорания, в аппаратах разделения воздуха. При этом создан экономичный способ с незначительными, по сравнению с прототипом, энергетическими затратами и с повышенной степенью эффективности обогащения воздуха кислородом. Кроме того, для осуществления данного способа используется устройство простой конструкции и более высокой надежности. (56) 1. Патент США N 3177663, кл. 55-100, 1965.

2. Авторское свидетельство СССР N 958318, кл. C 01 B 13/00, 1982.

Использование: в металлургической промышленности, для интенсификации работы двигателей внутреннего сгорания и т.д. при получении обогащенного кислородом воздуха за счет магнитных полей. Сущность изобретения: воздух подают под давлением в полость всасывающего патрубка /ВП/. ВП выполняют пористым из частиц ферромагнитного материала, которые предварително покрывают слоем немагнитного материала. На границах пор ВП создают высоконапряженное магнитное поле. Диамагнитный азот диффундирует через поры патрубка гораздо быстрее, чем обладающий большой магнитной восприимчивостью кислород, задерживающийся внутри ВП у границ пор. Происходит разделение потока воздуха на два: с повышенным содержанием кислорода внутри ВП и с повышенным содержанием азота снаружи. Далее кислородсодержащий поток подают к потребителю. Изобретение позволяет создать экономичный способ обогащения воздуха кислородом до 37 и выше с незначительными энергетическими затратами и малом гидравлическим сопротивлении движению потока воздуха.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОЗДУХА, ОБОГАЩЕННОГО КИСЛОРОДОМ, включающий подачу воздуха под давлением в полость патрубка, разделение воздуха на два потока - обогащенный кислородом и обогащенный азотом, подачу их к потребителю, отличающийся тем, что патрубок выполняют с открытой пористостью из частиц ферромагнитного материала, которые предварительно покрывают слоем немагнитного материала, или из смеси частиц ферромагнитного и немагнитного материалов, при этом толщина слоя немагнитного материала составляет не более 1/3 диаметра частиц ферромагнитного материала.