CN101734768A - 一种磁分离式海水淡化方法及其装置 - Google Patents

Abstract

一种磁分离式海水淡化方法及其装置。本发明是为了解决磁分离法海水淡化方案存在正负离子分别向两侧移动至导电体变为中性粒子，会自由扩散回到正在淡化水流中的问题。技术要点：用绝缘材料制造的管道作为过水通道，在管道顶、底面外侧设置磁体，使管道内腔形成磁场，特征是管道侧壁外侧设有夹层空腔，侧壁上均布有过水缝隙，海水的正负离子经过水缝隙进入夹层空腔，夹层空腔分别设相互导通的电极，消除因正负离子聚集形成的电场，夹层空腔有出水口，抽水泵从夹层空腔抽水使由正负离子转变的中性粒子不会自由扩散，并将其经抽水泵导出，或使用送水泵向管道内加压送水使夹层空腔内的由正负离子转变的中性粒子不会自由扩散，而其从夹层空腔出水口流出。

Description

一种磁分离式海水淡化方法及其装置

技术领域

本发明涉及海水淡化方法及其设备、特别是一种磁分离方式从海水中分离出淡水的方法及其装置。

背景技术

众所周知，地球上水的总储量中海水占97.3％，淡水只占2.7％。由于海水是含有Na⁺、Mg⁺⁺、Cl^-等多种离子的苦咸水，不能直接供人类使用。而淡水中有三分之二在冰川雪原，也不能直接供人类使用，人类可利用的江、河、湖、泊及地下水的总量仅占地球总水量中极微小的比例。在人类活动的淡水分配中农业灌溉占67％、工业生产占23％、市政民用占10％。本世纪以来，随着全球人口数量的激增，农业用水量增长了5倍，工业用水量增长了26倍，市政民用水量增长了18倍。随着陆地淡水需求日益紧张，世界上目前约有三分之一的人生活在淡水资源缺乏的环境中，按现在的用水速度，三十年后贫水人口数将可能达到三分之二。为此，人们已采用过各种不同方法尝试从取之不尽的海水中得到可以利用的淡水。

目前已有的海水淡化方法中，有冰冻法、蒸发法、电渗析法，但要消耗大量能源；有反渗透法，虽然耗能较省，但也要有数拾到上百大气压的压力源，且滤膜的成本高，易老化；有太阳能淡化法，但需要昂贵庞大的设备；都不适用于需要量大价廉的淡水的民用需求。

为此人们开始探索用不需要昂贵和庞大设备的、耗能少、处理量大的磁分离法，从海水中制取淡水。磁分离海水淡化法的基本原理是：在一个管道的上下方设置磁体，使管道内形成磁场，当海水从管道内流过时，海水中的Na⁺、Mg⁺⁺、Cl^-等正负离子在洛伦茨(Lorentz)力的作用下便分别向管道两侧移动，然后将管道的出水口分隔成中间水道和侧边水道，脱离了Na⁺、Mg⁺⁺、Cl^-等正负离子的淡水从中间水道流出，高含Na⁺、Mg⁺⁺、Cl^-等正负离子的苦咸水从侧边水道流出，从而达到海水淡化的目的。但目前已有的磁分离海水淡化方法或装置都属于构想和试验阶段，还无法付诸实际应用，其主要原因是正负离子分别向两侧移动聚集后，瞬间形成的电场力远远大于离子所受的洛伦茨力，会使正负离子分别向两侧的移动减弱或不再移动，这个问题至今没有得到较为理想的解决。

中国专利申请第88217795.8号的磁力海水淡化装置，通过分别在管道二侧壁设置导线电极伸进管道内，并将二侧壁的电极连接导通，以消除侧壁附近积聚正离子或负离子所形成的电位差，即消除对磁场力起抵消作用的电场，认为这样可以使正负离子向两侧移动不受干扰。但是，当海水中的Na⁺、Mg⁺⁺、Cl^-等正负离子分别移动至管道两侧时，碰到导线电极后便会变为中性粒子，就不受磁场力的作用而自由移动，由于缺乏任何技术措施来约束这些中性粒子的自由移动，中性粒子又很快会回到正在淡化的水流中而使海水淡化作用失效。

本申请人在先申请的第200910036688.8号的一种磁分离海水淡化方法及其装置，是用一个矩形截面的管道作为过水通道，在管道的上下面外侧设置磁体，使管道内形成磁场，将海水从管道内流过，在磁场的洛伦茨力作用下，海水中的正离子向管道一侧移动、负离子向管道另一侧移动，将管道的出水口分隔成中间水道和二侧边水道，淡水从中间水道流出，苦咸水从二侧边水道流出，特征是所述管道为绝缘材料制造，管道二侧面的外侧各设有一电极板，管道内正离子移动所朝向的一侧面的外侧设负电极板，管道内负离子移动所朝向的另一侧面的外侧设正电极板，这样通过在管道每一侧壁内侧的离子电位和外侧的电极电位构成一个电场，改变了整个管道内腔形成为一个电场的状况，这样侧壁电场的电场力对侧壁外的影响很小，即对在磁场力作用下移动的正负离子的干扰很弱，保证了正负离子分别向管道两侧移动聚集的有效实现。

发明内容

为了克服现有象中国专利申请第88217795.8号的磁力海水淡化装置那样存在正负离子磁场力分别向管道两侧移动后，变为中性粒子不受磁场力的作用便会自由移动，很快又回到正在淡化的水流中而使海水淡化作用失效的缺陷，本发明的目的是提供另一种改进的磁分离式海水淡化方法及其装置，可以克服现有技术的缺陷。

本发明解决其主要目的的技术问题所采用的技术方案是：

一种磁分离式海水淡化方法，用一个顶面和底面为互相平行平面的绝缘材料制造的管道作为过水通道，在管道的顶面和底面外侧设置磁体，使管道内腔形成磁场，将海水从管道内腔流过，在磁场的洛伦茨力作用下，海水中的正离子向管道一侧移动、负离子向管道另一侧移动，其特征是：所述管道的二个侧壁的外侧分别设置有夹层空腔，侧壁上均布有连通夹层空腔与管道内腔的过水缝隙，让海水中的正离子通过一侧的过水缝隙进入一侧的夹层空腔，海水中的负离子通过另一侧的过水缝隙进入另一侧的夹层空腔，管道二侧的夹层空腔中分别设有电极，再通过导通二侧的电极来消除管道二侧的夹层空腔中的电位差，从而消除正负离子分别向两侧移动聚集而在管道内腔形成阻碍正负离子继续移动的电场，管道二侧的夹层空腔分别设有出水口，使用抽水泵从夹层空腔出水口抽水以使夹层空腔内的由正负离子转变的中性粒子不因浓度差而向管道内腔自由扩散，并将富集该中性粒子的水经过抽水泵导出，或者使用送水泵从管道进水口向管道内腔加压送水，以使夹层空腔内的由正负离子转变的中性粒子不因浓度差而向管道内腔自由扩散，而富集该中性粒子的水从夹层空腔出水口流出。

上述技术方案的使用抽水泵从夹层空腔出水口抽水和使用送水泵向管道内腔加压送水还可以同时进行。

上述技术方案还可以使用抽水泵从管道内腔出水口抽水来控制管道内腔内水流的流向和流速。

一种磁分离式海水淡化装置，其特征是：包括一个内腔作为过水通道用的管道、二个磁体、二个电极和抽水泵，其中管道为绝缘材料制造且顶面和底面为互相平行平面，管道的二个侧壁的外侧分别设有夹层空腔，侧壁上均布有连通夹层空腔与管道内腔的过水缝隙，二个磁体分别设置在管道的顶面和底面外侧，二个电极分别设置在管道二侧的夹层空腔内，二个电极通过导体进行连接导通，管道二侧的夹层空腔分别设有出水口，管道内腔为淡化水输出通道，管道二个侧夹层空腔为富集由正负离子转变的中性粒子的水输出通道，夹层空腔出水口的外侧均连接抽水泵或者管道进水口的外侧连接送水泵。

上述技术方案还可以是管道内腔进水口的外侧连接有水泵，管道进水口的外侧也连接有送水泵。

上述技术方案的管道侧壁可以是平面壁，也可以是曲面壁。

上述技术方案的电极可以是金属电极或其它导电体材质电极；具体位置可以是横置固定在夹层空腔内的靠外壁面上。

上述技术方案的缝隙可以是窄缝或者小孔等结构形式。窄缝的宽度和小孔的孔径可以根据管道内腔的流量、流速、水压以及夹层空腔的流量、流速、负压等实际因素进行确定，确定的原则是既要保证缝隙具有足够的过水量又要保证侧壁具有足够的分隔效果

上述技术方案的磁分离海水淡化装置可以通过并联多个同时工作，以提高生产效率。

上述技术方案的二个磁体可以是分别覆盖在管道的上下面外侧的磁板，具体可以是永久磁铁板或电磁铁板。

上述技术方案的所谓绝缘材料制造包括整体由绝缘材料制造和在非绝缘材料基体的表面上覆盖绝缘材料层等情况。

上述技术方案的抽水泵是起到从夹层空腔抽水以在夹层空腔内形成负压，使由正负离子转变的中性粒子不因浓度差而向管道内腔自由扩散的作用。如果将夹层空腔作倾斜布置，不使用抽水泵也可在一定程度上使由正负离子转变的中性粒子不因浓度差而向管道内腔自由扩散，这种情况应该视为本发明的等同技术方案。

本发明的有益效果：由于管道的二个侧壁的外侧分别设置有夹层空腔，侧壁上均布有连通夹层空腔与管道内腔的过水缝隙，在磁场力作用下，海水中的正离子会通过一侧的过水缝隙进入一侧的夹层空腔，海水中的负离子会通过另一侧的过水缝隙进入另一侧的夹层空腔，所以海水中的正负离子进入夹层空腔后，碰到电极导体后变为自由移动的中性粒子，且不容易再从缝隙回流到管道腔的淡化水流中；由于管道二侧的夹层空腔中均设有电极，二侧的电极连接导通，所以消除了管道二侧的夹层空腔中的电位差，从而消除正负离子分别向两侧移动聚集而在管道内形成阻碍正负离子继续移动的电场；由于管道二侧的夹层空腔均设有出水口，用抽水泵从夹层空腔出水口抽水以控制夹层空腔内的富集正负离子水的流向和流速、使富集正负离子水经过抽水泵得以导流，或者使用送水泵从管道进水口向管道内腔加压送水，以使夹层空腔内的由正负离子转变的中性粒子不因浓度差而向管道内腔自由扩散，而富集该中性粒子的水从夹层空腔出水口流出，也就是保持管道内腔的水流压力始终大于夹层空腔水流压力，这样经过侧壁上过水缝隙中的水流方向始终由管道内腔向着夹层空腔，所以正负离子在夹层空腔内变为自由移动的中性粒子后，便会被抽水泵强行导出，或者被送水泵的增压作用由从过水缝隙进来的水流强行挤出；通过采取上述技术措施后，便可有效将海水中的Na⁺、Mg⁺⁺、Cl^-等正负离子从海水中分离出来，并保证了分离出来后的Na⁺、Mg⁺⁺、Cl^-等正负离子不会回到淡化水中，可靠且高效的实现海水淡化的目的。本发明技术构思巧妙而且完善，具有可操作性、分离效果好、节能、简单、低成本的优点，是海水淡化的理想技术方案，适于推广应用。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

图1是本发明一种实施例的俯视就图2的A-A位置剖开的示意图。

图2是图1的B-B剖视示意图。

图3是图1的B-B剖视示意图。

图中：1、顶面；2、底面；3、管道；4和5、永久磁铁板；6、管道内腔；7、海水；8、右夹层空腔；9、左夹层空腔；10和11、过水缝隙；12和13、金属电极；14、导体；15和16、夹层空腔出水口；17、抽水泵；18、送水泵。

具体实施方式

参照图1～图2，本磁分离式海水淡化方法，用一个顶面1和底面2为互相平行平面的绝缘材料制造的管道3作为过水通道，在管道3的顶面1和底面2外侧分别设置永久磁铁板4、5，使管道内腔6形成磁场，将海水7从管道内腔6流过，在磁场的洛伦茨力作用下，海水7中的正离子向管道内腔6右侧移动、负离子向管道内腔6左侧移动，其特征是：所述管道3的右侧壁的外侧设置有右夹层空腔8，管道3的左侧壁的外侧设置有左夹层空腔9，右侧壁上均布有连通右夹层空腔8与管道内腔6的过水窄缝10等，左侧壁上均布有连通左夹层空腔9与管道内腔6的过水窄缝11等，让海水中Na⁺、Mg⁺⁺等正离子通过过水窄缝10等进入右夹层空腔8，海水中Cl^-等负离子通过过水窄缝11等进入左夹层空腔9，右夹层空腔8中设有金属电极12，左夹层空腔9中设有金属电极13，再通过导体14的连接使二电极12、13导通，消除右夹层空腔8与左夹层空腔9中的电位差，从而消除正负离子分别向两侧移动聚集而在管道内腔6形成阻碍正负离子继续移动的电场，右、左夹层空腔8、9上分别设有出水口15、16，使用抽水泵17从夹层空腔出水口15、16抽水以使夹层空腔内8、9的由正负离子转变的中性粒子不因浓度差而向管道内腔6自由扩散，并将富集该中性粒子的水经过抽水泵17导出，同时，又使用送水泵18从管道3进水口向管道内腔6加压送水，也以使夹层空腔8、9内的由正负离子转变的中性粒子不因浓度差而向管道内腔6自由扩散，而富集该中性粒子的水从夹层空腔出水口15、16流出。

参照图1～图2，本磁分离式海水淡化装置，其特征是：包括一个内腔作为过水通道用的管道3、二个永久磁铁板4、5、二个金属电极12、13和抽水泵17，其中管道3为绝缘材料制造且顶面1和底面2为互相平行平面，管道3的右、左侧壁的外侧分别设有右、左夹层空腔8、9，右侧壁上均布有连通右夹层空腔8与管道内腔6的过水窄缝10等，左侧壁上均布有连通左夹层空腔9与管道内腔6的过水窄缝11等，二个永久磁铁板4、5分别设置在管道3的顶面1和底面2外侧，二个金属电极12、13分别设置在右、左夹层空腔8、9内，二个金属电极12、13通过导体14连接导通，右、左夹层空腔8、9分别设有出水口15、16，管道内腔6为淡化水输出通道，右、左夹层空腔8、9为富集由正负离子转变的中性粒子的水输出通道，夹层空腔出水口15、16的外侧均连接抽水泵17，同时管道3的进水口外侧还连接有送水泵18。

Claims (8)

1.一种磁分离式海水淡化方法，用一个顶面和底面为互相平行平面的绝缘材料制造的管道作为过水通道，在管道的顶面和底面外侧设置磁体，使管道内腔形成磁场，将海水从管道内腔流过，在磁场的洛伦茨力作用下，海水中的正离子向管道一侧移动、负离子向管道另一侧移动，其特征是：所述管道的二个侧壁的外侧分别设置有夹层空腔，侧壁上均布有连通夹层空腔与管道内腔的过水缝隙，让海水中的正离子通过一侧的过水缝隙进入一侧的夹层空腔，海水中的负离子通过另一侧的过水缝隙进入另一侧的夹层空腔，管道二侧的夹层空腔中分别设有电极，再通过导通二侧的电极来消除管道二侧的夹层空腔中的电位差，从而消除正负离子分别向两侧移动聚集而在管道内腔形成阻碍正负离子继续移动的电场，管道二侧的夹层空腔分别设有出水口，使用抽水泵从夹层空腔出水口抽水以使夹层空腔内的由正负离子转变的中性粒子不因浓度差而向管道内腔自由扩散，并将富集该中性粒子的水经过抽水泵导出，或者使用送水泵从管道进水口向管道内腔加压送水，以使夹层空腔内的由正负离子转变的中性粒子不因浓度差而向管道内腔自由扩散，而富集该中性粒子的水从夹层空腔出水口流出。

2.按权利要求1所述的磁分离式海水淡化方法，其特征是所述使用抽水泵从夹层空腔出水口抽水和使用送水泵向管道内腔加压送水是同时进行。

3.按权利要求1或2所述的磁分离式海水淡化方法，其特征是所述方法使用抽水泵从管道内腔出水口抽水。

4.一种磁分离式海水淡化装置，其特征是：包括一个内腔作为过水通道用的管道、二个磁体、二个电极和抽水泵，其中管道为绝缘材料制造且顶面和底面为互相平行平面，管道的二个侧壁的外侧分别设有夹层空腔，侧壁上均布有连通夹层空腔与管道内腔的过水缝隙，二个磁体分别设置在管道的顶面和底面外侧，二个电极分别设置在管道二侧的夹层空腔内，二个电极通过导体进行连接导通，管道二侧的夹层空腔分别设有出水口，管道内腔为淡化水输出通道，管道二个侧夹层空腔为富集由正负离子转变的中性粒子的水输出通道，夹层空腔出水口的外侧均连接抽水泵或者管道进水口的外侧连接送水泵。

5.按权利要求4所述的磁分离式海水淡化装置，其特征是所述管道内腔进水口的外侧连接有水泵，且管道进水口的外侧也连接有送水泵。

6.按权利要求4或5所述的磁分离式海水淡化装置，其特征是所述管道侧壁为平面壁或者曲面壁。

7.按权利要求4或5所述的磁分离式海水淡化装置，其特征是所述电极是横置固定在夹层空腔内的靠外壁面上。

8.按权利要求4或5所述的磁分离式海水淡化装置，其特征是所述管道内腔的出水口连接有抽水泵。

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