專利名稱：氧氣濃度差磁致通風(fēng)方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用高梯度強(qiáng)磁場(chǎng)使不同氧氣濃度區(qū)之間產(chǎn)生自然通風(fēng)的方法及裝置，屬于空氣調(diào)節(jié)與建筑通風(fēng)技術(shù)領(lǐng)域。
本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種氧氣濃度差磁致通風(fēng)方法，其特征在于該方法是在低氧濃度的需通風(fēng)場(chǎng)合和高氧濃度的環(huán)境大氣之間布置超導(dǎo)磁體，使其產(chǎn)生梯度磁場(chǎng)，形成驅(qū)動(dòng)空氣流動(dòng)的磁場(chǎng)力；將空氣管道布置在所述的梯度磁場(chǎng)中，使需通風(fēng)的場(chǎng)合與環(huán)境大氣之間形成自然通風(fēng)。
根據(jù)上述提供的通風(fēng)方法，本發(fā)明提出一種氧氣濃度差磁致通風(fēng)裝置，該裝置主要包括設(shè)置在需通風(fēng)區(qū)和環(huán)境大氣之間的超導(dǎo)磁體，通風(fēng)管道以及可為超導(dǎo)磁體提供低溫環(huán)境的冷卻系統(tǒng)，所述的通風(fēng)管道布置在超導(dǎo)磁體內(nèi)部。
由于需要通風(fēng)的場(chǎng)合通常也存在著與環(huán)境空氣之間的氧氣濃度差異，該發(fā)明則利用這種氧氣濃度差，通過在需要通風(fēng)處和環(huán)境大氣之間布置超導(dǎo)磁體，驅(qū)動(dòng)空氣由高氧濃度區(qū)，即環(huán)境大氣向低氧濃度區(qū)，即建筑物內(nèi)部流動(dòng)，形成不需機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)部件的自然通風(fēng)方式。
本發(fā)明基于需通風(fēng)區(qū)與環(huán)境大氣之間存在氧氣濃度差這一客觀事實(shí)，利用超導(dǎo)磁體提供高梯度強(qiáng)磁場(chǎng)條件，驅(qū)動(dòng)環(huán)境空氣向建筑物內(nèi)流動(dòng)，形成自然通風(fēng)，而無須檢測(cè)二氧化碳濃度。有效克服了常規(guī)機(jī)械通風(fēng)噪音污染大，能源浪費(fèi)嚴(yán)重，運(yùn)行管理困難的缺點(diǎn)，具有無機(jī)械驅(qū)動(dòng)部件，無噪音的特點(diǎn)，易于操作和管理。該發(fā)明與一般自然通風(fēng)方式相比，不受室外氣象條件的影響，可人為控制，而且通風(fēng)效果突出，優(yōu)勢(shì)明顯。例如對(duì)最大磁感應(yīng)強(qiáng)度為8T的某超導(dǎo)磁場(chǎng)分布作用下的磁致通風(fēng)進(jìn)行的計(jì)算表明在建筑物內(nèi)氧氣濃度為20.8％，即與環(huán)境空氣氧氣濃度(21％)差為0.2％時(shí)，通風(fēng)量可達(dá)12m3/h；當(dāng)建筑物內(nèi)氧氣濃度為20％時(shí)，通風(fēng)量則達(dá)到了30m3/h。
圖2為氧氣濃度差磁致通風(fēng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3所示為磁感應(yīng)強(qiáng)度B以及磁感應(yīng)強(qiáng)度與梯度乘積 的典型分布規(guī)律。
圖4為截面平均流速與氧氣濃度差的關(guān)系。


圖1為本發(fā)明的氧氣濃度差磁致通風(fēng)原理示意圖，詳細(xì)說明如下處于梯度磁場(chǎng)中的氣體，將會(huì)被磁化，因而會(huì)受到如下所示磁力的作用f=12μ0χ▿H2---(1)]]>其中，μ0為真空磁導(dǎo)率(4π×10-7H/m)，H為磁場(chǎng)強(qiáng)度，x為氣體磁化率。對(duì)混合氣體一空氣，其磁化率滿足χ＝∑yiχi(2)式中，yi為氣體組分i的體積百分比，χi為組分i的磁化率。由于氧氣磁化率遠(yuǎn)大于空氣中其它組分的磁化率，因此空氣磁化率可進(jìn)一步表示為χ＝y(tǒng)o2χo2(3)yo2和χo2分別為氧氣的體積百分比和磁化率。
將(3)式代入(1)式，得到空氣受到的磁場(chǎng)力為f=12μ0yo2χo2▿H2=μ0yo2χo2H▿H=yo2χo2B▿Bμ0---(4)]]>從上式中可以看到，當(dāng)空氣中氧氣濃度發(fā)生變化時(shí)，不同氧氣濃度處的空氣就可能受到不同的磁場(chǎng)力。這種氣體內(nèi)部體積力的不平衡就會(huì)驅(qū)動(dòng)空氣的流動(dòng)，產(chǎn)生磁致通風(fēng)現(xiàn)象。式(4)說明，磁場(chǎng)力與磁場(chǎng)梯度的方向一致，即磁場(chǎng)力朝向磁場(chǎng)強(qiáng)度增加的方向。圖1給出了氧氣濃度差磁致通風(fēng)原理示意圖。左側(cè)空氣所受磁場(chǎng)力fl指向+x方向，右側(cè)空氣所受磁場(chǎng)力fr指向-x方向。由于左側(cè)空氣中氧氣濃度高于右側(cè)，因此fl＞fr，于是出現(xiàn)了磁場(chǎng)力的不平衡，磁場(chǎng)力差Δf＝fl-fr會(huì)驅(qū)動(dòng)空氣由左側(cè)流向右側(cè)。顯然只要存在這種氧氣濃度差，磁致自然通風(fēng)就會(huì)始終進(jìn)行下去。如果左右側(cè)的氧氣濃度相同，則左右側(cè)的磁場(chǎng)力將會(huì)達(dá)到平衡，磁致通風(fēng)自然終止。
圖2為本發(fā)明提供的氧氣濃度差磁致通風(fēng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。該裝置主要包括超導(dǎo)磁體1，通風(fēng)管道2以及可為超導(dǎo)磁體提供低溫環(huán)境的冷卻系統(tǒng)3。所用的超導(dǎo)磁體可以購(gòu)買現(xiàn)成商品，亦可自行設(shè)計(jì)，用來提供本發(fā)明所需的高梯度強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境，然后將通風(fēng)管道2放置在超導(dǎo)磁體裝置的內(nèi)部，并使其與環(huán)境大氣和所需通風(fēng)的場(chǎng)合相連通；冷卻系統(tǒng)3的工作介質(zhì)采用液氮或液氦。
圖3所示為磁感應(yīng)強(qiáng)度B以及磁感應(yīng)強(qiáng)度與梯度乘積 的典型分布規(guī)律。由式(4)可以看到，磁感應(yīng)強(qiáng)度與梯度乘積 越大，磁場(chǎng)力就越大，通風(fēng)效果就越好。
本發(fā)明人對(duì)最大磁感應(yīng)強(qiáng)度為8T的某磁場(chǎng)分布作用下的磁致通風(fēng)進(jìn)行了數(shù)值模擬，數(shù)值模擬通過改變圓管右端空氣的氧氣濃度，而維持左端空氣內(nèi)的氧氣濃度不變(21％)，來計(jì)算不同氧氣濃度差條件下的通風(fēng)狀況。氧氣濃度差取五個(gè)計(jì)算工況，分別為1％，0.8％，0.6％，0.4％，0.2％，對(duì)應(yīng)右端氧氣濃度分別為20％，20.2％，20.4％，20.6％，20.8％。圓管長(zhǎng)度上＝0.6 m，內(nèi)徑D＝0.1m。數(shù)值模擬結(jié)果表明截面平均流速隨氧氣濃度差的增加而增加，在氧氣濃度差為0.2％時(shí)，截面平均流速為0.28m/s；當(dāng)氧氣濃度差達(dá)到1％時(shí)，截面平均流速達(dá)到了0.70m/s。可見在氧氣濃度與環(huán)境大氣的氧氣濃度存在一定差異的場(chǎng)合，這種磁致自然通風(fēng)的效果還是比較明顯的。而且氧氣濃度越低，磁致通風(fēng)越強(qiáng)；其數(shù)值模擬結(jié)果表示在圖4中。
權(quán)利要求
1.一種氧氣濃度差磁致通風(fēng)方法，其特征在于該方法是在低氧濃度的需通風(fēng)場(chǎng)合和高氧濃度的環(huán)境大氣之間布置超導(dǎo)磁體，使其產(chǎn)生梯度磁場(chǎng)，形成驅(qū)動(dòng)空氣流動(dòng)的磁場(chǎng)力；將空氣管道布置在所述的梯度磁場(chǎng)中，使需通風(fēng)的場(chǎng)合與環(huán)境大氣之間形成自然通風(fēng)。
2.一種實(shí)施如權(quán)利要求1所述氧氣濃度差磁致通風(fēng)方法的裝置，其特征在于該裝置主要包括設(shè)置在需通風(fēng)區(qū)和環(huán)境大氣之間的超導(dǎo)磁體，通風(fēng)管道以及可為超導(dǎo)磁體提供低溫環(huán)境的冷卻系統(tǒng)，所述的通風(fēng)管道布置在超導(dǎo)磁體內(nèi)部。
3.按照權(quán)利要求2所述的的氧氣濃度差磁致通風(fēng)裝置，其特征在于所述的冷卻系統(tǒng)采用液氮或液氦冷卻系統(tǒng)。
全文摘要
氧氣濃度差磁致通風(fēng)方法及裝置，涉及建筑通風(fēng)的技術(shù)及設(shè)備。由于需要通風(fēng)的場(chǎng)合通常也存在著與環(huán)境空氣之間的氧氣濃度差異，該發(fā)明則利用需要通風(fēng)的場(chǎng)合與環(huán)境空氣之間的氧氣濃度差異，通過在需要通風(fēng)處和環(huán)境大氣之間布置超導(dǎo)磁體，使其產(chǎn)生梯度磁場(chǎng)，從而形成驅(qū)動(dòng)空氣流動(dòng)的磁場(chǎng)力；將空氣管道布置在所述的梯度磁場(chǎng)中，使需通風(fēng)的場(chǎng)合與環(huán)境大氣之間形成自然通風(fēng)。采用本方法及裝置，有效克服了常規(guī)機(jī)械通風(fēng)噪音污染大，能源浪費(fèi)嚴(yán)重，運(yùn)行管理困難的缺點(diǎn)，具有無機(jī)械驅(qū)動(dòng)部件，無噪音的特點(diǎn)，易于操作和管理。該發(fā)明與一般自然通風(fēng)方式相比，不受室外氣象條件的影響，可人為控制，而且通風(fēng)效果突出，優(yōu)勢(shì)明顯。
文檔編號(hào)A61M16/10GK1401945SQ02131339
公開日2003年3月12日 申請(qǐng)日期2002年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月29日
發(fā)明者楊立軍, 任建勛, 宋耀祖, 胡桅林 申請(qǐng)人:清華大學(xué)