CN101734765A - 洛伦兹力电泳净水器 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种洛沦兹力电泳净水器。特别是一种净化水中杂质离子的净化装置。由进水口9，出水口10及水流通道组成，由磁体形成的磁力间隙是水流通道的一部分，其特征是：在水流通道的磁力间隙部分的两侧对称设有离子出口11，对称的离子出口11与电泳桥5连通，电泳桥5是一通道，其两端与对称离子出口连通。本发明具有分离效率高，能耗小，制造、使用成本低的优点。用于海水淡化，海盐浓缩，硬水软化，自来水净化磁化。

Description

洛伦兹力电泳净水器

技术领域

本发明提出一种水的净化装置，特别是一种利用洛沦兹力电泳净化水中离子的净化装置。

技术背景

现有技术中，海水等自然水的净化主要采用的方法是：蒸馏法和反渗法。这两种净化自然水的方法都是从自然水中析出蒸馏水或渗透水。国家知识产权局公开的名称为：磁力海水淡化装置，专利号为：88217795。8的专利，其要点是：在电磁铁的磁回路中有一磁力间隙，海水流经磁力间隙，在罗伦茨力的作用下，正负离子分别向水流两边移动，同时在水流两边形成电位差，通过联接电极的导线使上述电位差消除，正负离子的运动就会持续下去，在出水口就形成中间是淡水的水流。这种结构的装置，虽然流体两侧的电势相等，但带电离子会逐步向内部积累，在新的位置形成电动势，最终会将洛伦兹力抵消掉，而停止偏转。所以它的偏转不能连续进行，无法完成它的发明目的。同时，流体两侧经导体短路后，在电动势的作用下会发生电化学反应的，电化学产物会污染海水。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用洛沦兹力电泳法分离水中离子的装置，可以充分分离出水中溶解的各种盐。

它是利用洛伦兹力迫使运动溶液产生与运动方向垂直的电泳实现的。

传统的思路电泳是在电场内进行的，带电离子受的是电场力；洛伦兹力与电场力的发生机理和作用方向完全不同，在运动中才会发生，且与运动方向垂直，因此洛伦兹力作用下的电泳有完全不同的特性。

本发明是这样完成的：由进水口，出水口及水流通道组成，由磁体形成的磁力间隙为水流通道，进水口、出水口分别在水流通道的两端，其技术要点是：在水流通道的磁力间隙部分的两侧对称设有离子出口，对称的离子出口与电泳桥连通，电泳桥是一通道，其两端与对称离子出口连通。

水中的盐类物质是以电离形成存在的，正负带电离子在自然状态下均匀分布于整个溶液中，当水溶液以一定速度经过垂直于运动方向的均匀磁场时，运动溶液中的正负带电离子会发生垂直于运动方向的偏转，从而在流体两边形成电动势，如果这时在流体两边以外、电动势方向上存在一个由水溶液形成的离子通道，这些正负带电离子就会在电动势的作用下，连续不断地沿着相反方向脱离运动溶液，而在磁场外中和，从而实现净化水的目的。这个离子通道相当于带电离子实现磁场外电泳的桥，称之为电泳桥。

运动溶液中的带电离子在均匀磁场中垂直于磁场运动，受三方面的影响，一是洛伦兹力的影响，二是流体运动的影响，三是反电动势的影响。

如果只考虑洛伦兹力的影响，正负离子会被磁场拦截在入口处，在常用的水体输送速度下，做半径极小方向相反的圆周运动。

带电离子在流体内和流体一起向前运动，在洛伦兹力的作用下，带电离子和流体之间会产生相对运动，于是水的阻尼影响就出现了，前进方向的阻尼是维持带电离子匀速直线运动的力量，垂直于前进方向的阻尼会延长带电离子偏出磁场的时间。如果我们认为前进方向的阻尼能够维持带电离子在前进方向上的匀速直线运动，且忽略垂直阻尼的影响，此时的带电离子的运动模式就可以简化为抛物运动。在这种运动模式下，如果我们搭建的磁场宽100mm，场强2000高斯，水流以5米/秒流动，我们可以计算出，最难偏转的碳酸氢根离子，从一边移动到另一边向前方移动的距离只有1.78mm，从这一结果可以看出不需要太大的长宽比就可以让带电离子偏出磁场，这一结果使我们制造小尺寸的装置成为可能。如果加入阻尼的不利影响，离子偏转出磁场而向前移动的距离会加长。

反电动势对带电离子产生的作用力会削弱洛伦兹力，必须设法克服。我们有二种方法降低反电动势的影响：一种是通过引流辅助电泳，将偏离磁场的带电离子及时引出，防止带电离子在磁场两侧过度积累，达到降低反电动势的目的；这种方法可保证带电离子的分离效果。另一种是增加电泳桥内溶液的浓度，以降低闭合电泳回路的内阻，从而降低反电动势；这种方法利于海盐的浓缩结晶，但电泳桥内高浓度的离子会向磁场内扩散，影响分离效果。如果在水体流动方向上采用多个电泳回路并联的方法，这二种方法可以在一台设备中同时运用，前面的电泳桥主要用于浓缩海盐，后面的电泳桥主要用于保证离子分离。

由于磁场内流动的水体和电泳桥内的溶液存在速度差，在它们的结合部容易形成涡流，从而干扰带电离子正常偏转；可在与磁隙交叉的两个侧面，带电离子出口前，设置对称的流线型渐扩线面，加以解决。

电泳效果的测量与控制

在正负带电离子出口处，设有一对电极，用于出口电势差的测量；电泳桥末端中央设有溶液出口。

先关闭电泳桥上的溶液出口，再向均匀磁场内按正常工作速度注入纯水，纯水内只有少量水分子电离，离子浓度低，会在正负带电离子出口处形成一个较低的电压，测量这个电压，作为基础电压；

再在均匀磁场内按相同速度注入自然水，自然水内离子浓度相对较高，会在正负带电离子出口处形成一个较高的电压；打开电泳桥上的盐水出口，调整流量，辅助带电离子电泳，直至电压略低于基础电压，这时的分离状态定为工作状态。水体经过多个电泳回路分离后，水体中的带电离子就只剩下再生的氢离子和氢氧根离子了。当然，前端的电泳桥如果我们用于浓缩海盐，则不要按以上原则操作，应根据浓缩情况操作。

自然水经过这种装置后就可以连续不断地对离子产生分离，从而实现本发明的目的。

这种方法除对带电离子产生偏转作用外，还会对象水分子这样的有极性的分子产生拉伸作用，这种拉伸作用会打断部分水分子团的连接，而形成单个水分子或水分子链，并沿拉伸方向顺序排列，这种水就是人们常说的“活性水”，这种水对生物体的新陈代谢有利，但它不是稳态的水，离开磁场后会逐渐恢复自然状态。这种方法对自然水中的悬浮物，微生物没有作用。

这种方法在分离带电离子过程中，能耗产生于带电离子对水体的反阻尼，因此能耗极低。

用这种方法分离带电离子，可在水体流动中的分离，因此效率很高。

本发明可用于以下领域：

可用于海水的淡化，制取廉价优质的淡水，甚至可用于最浪费的沙漠农田的灌溉，可轻易地解决沿海城市的淡水供应问题；

可用于咸水地区的咸水脱咸

可用于海盐化工的各类海盐的浓缩或结晶；

可用于污水处理中的毒害化学离子的处理；

可用于硬水的软化，防止锅炉和热交换器的结垢；

可用于家庭生活用水的净化磁化，城市自来水的净化，远洋船队的生活用水的制取。

附图说明

图1是本发明的主剖视图

图2是本发明的俯视图

图3是本发明的左剖视图

图4是本发明的轴测图

具体实施例

本发明的磁体由永磁体2、硅钢板4及支架构成，永磁体2为不导电的强磁材料，形状为薄片型长方体；支架由两块平行板13和支撑框架12组成，支架由不导磁不导电的非金属材料做成，平行板13内壁开有嵌槽14，永磁体2平行嵌装在嵌槽14内，永磁体2至少有两个，相邻的两个永磁体之间形成一个磁力间隙，支架的上下两端是硅钢板4，从而形成闭合磁路，每两相邻的平行永磁体2和平行板13之间形成一水流通道，水流通道的两端分别是进水口9和出水口10，进水口9经整流管8和疏流板3连通水流通道，水流通道经疏流板3和整流管8连通出水口10；多层永磁体，形成多层水流通道，水流通道两侧平行板13上，开有对称的离子出口，对称的离子出口在水流方向上可以有多对，离子出口与电泳桥5连通；电泳桥5是一个中和从对称离子出口分离出的正负离子的容器，电泳桥5的下端设有一溶液出口6，用以放出浓缩的盐溶液；在每个对称离子出口前的平行板13上，设有导流板1，导流板1带有流线形渐扩线面；在对称离子出口上设有检测电极7，用以检测对称离子出口两端电压。

本发明的支架平行板13上的流线型渐扩线面和带电离子出口与永磁体2围成的空间是电泳回路的内回路，电泳桥形成的离子通道为电泳回路的外回路，电泳桥5的材质是非金属绝缘材料。在水流方向上，可以设置多个电泳回路，每一个回路对于离子分离就是一级。

本发明的磁体可以用电磁体或者超导磁体等构建，其功能、效果和技术手段是一致的。

Claims (7)

1.一种洛伦兹力电泳净水器，由进水口(9)，出水口(10)及水流通道组成，由磁体形成的磁力间隙是水流通道的一部分，其特征是：在水流通道的磁力间隙部分的两侧对称设有离子出口(11)，对称的离子出口(11)与电泳桥(5)连通，电泳桥(5)是一通道，其两端与对称离子出口(11)连通。

2.根据权利要求1所述的一种洛伦兹力电泳净水器，其特征是：磁体由永磁体(2)、硅钢板(4)及支架构成，支架由两块平行板(13)和支撑框架(12)组成，平行板(13)内壁开有嵌槽(14)，永磁体(2)为片状结构，平行嵌装在嵌槽(14)内，永磁体至少有两个，相邻的两个永磁体(2)之间形成一个磁力间隙，支架的上下两端是硅钢板(4)，从而形成闭合磁路，每两相邻的平行永磁体(2)和平等板(13)之间形成一水流通道，多层永磁体，形成多层水流通道，水流通道两侧开有对称的离子出口(11)，对称的离子出口(11)在水流方向上可以有多对，离子出口(11)与电泳桥(5)连通，在支架上，每个对称离子出口(11)前设有导流板(1)，导流板(1)带有流线形渐扩线面。

3.根据权利要求2所述的一种洛伦兹力电泳净水器，其特征是：在多层水流通道的相同位置的对称离子出口(11)，可以使用一个电泳桥(5)。

4.根据权利要求2或3所述的一种洛伦兹力电泳净水器，其特征是：电泳桥(5)上设有溶液出口(6)。

5.根据权利要求1或2或3所述的一种洛伦兹力电泳净水器，其特征是：进水口(9)经整流管(8)与疏流板(3)与水流通道连通，水流通道经疏流板(3)整流管(8)连通出水口(10)。

6.根据权利要求4所述的一种洛伦兹力电泳净水器，其特征是：进水口(9)经整流管(8)与疏流板(3)与水流通道连通，水流通道经疏流板(3)整流管(8)连通出水口(10)。

7.根据权利要求6所述的一种洛伦兹力电泳净水器，其特征是：在对称的离子出口(11)处安装有检测电极(7)。

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