CN1673113A - 磁镜海水淡化装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及磁镜海水淡化装置以及磁镜海水淡化方法，装置包括水泵、磁镜和螺旋水管。磁镜产生梯度磁场，螺旋水管处在磁镜的梯度磁场中，水泵驱动海水沿螺旋水管由弱场向强场方向运动，利用梯度磁场只反射盐离子不反射水分子的特性将离子与水分子分离开来，实现海水淡化。出水口设有分水板，将出水口分成淡水出口和浓盐水出口，淡水和浓盐水分别由淡水出口和浓盐水出口流出。本装置的特点是：可以连续生产淡水和浓盐水，设备简单，投资少，运行费用低，淡水成本低。本发明还可以用于含离子溶液的处理，浓缩溶液中的离子或去除溶液中的离子。

Description

磁镜海水淡化装置及方法

技术领域

本发明属海水淡化领域，涉及一种磁镜海水淡化装置和利用磁镜反射离子的原理实现海水淡化的方法。

背景技术

廉价的海水淡化方法一直是工程技术人员追寻的目标，经过几十年不懈的努力海水淡化技术已经取得长足进展，产生了许多海水淡化方法，诸如蒸馏法、冷冻法、膜法、离子交换法等等。目前技术上最成熟也是应用最多的方法是蒸馏法和膜法。据国际脱盐协会统计，1999年全世界的海水淡化产业中，蒸馏法的淡水产量约占42.2％，膜法的淡水产量约占45.2％。蒸馏法包括多级闪蒸法和多效蒸馏法等，主要是通过加热海水得到水蒸气，再经过多级冷凝使水蒸气重新液化成淡水。蒸馏法的缺点是设备庞大，成本高，耗能大，需要大量循环冷却用海水，而且设备腐蚀和结垢严重，很难普遍推广。膜法包括反渗透法和电渗析法等，主要是通过机械压力或电压改变半透膜两侧的渗透压，从海水中得到淡水。膜法的缺点是设备复杂昂贵，投资大，运行成本高。

磁镜是二十世纪五十年代为实现核聚变约束等离子体而产生的技术，其原理是利用磁镜可以反射正、负离子和电子的性质，用多个磁镜构成磁瓶，由于磁镜的反射，等离子体只能在磁瓶内运动，实现对等离子体的约束。磁镜是梯度磁场，也就是说磁镜是沿着某一个方向逐渐减弱的磁场。在梯度磁场中运动的离子遵守能量守恒定律，粒子的总能量不变。如果离子的运动方向与磁场的梯度方向之间存在夹角，可以把离子的运动速度分解成为垂直于梯度方向的速度和平行于梯度方向的速度。当离子由弱场向强场方向运动的时候，随着磁场的磁感应强度的增加，离子垂直于梯度方向的速度增大，动能也相应地增大。由于总能量不变，平行于梯度方向的速度和动能必然相应地减小，直到平行于梯度方向的速度减小到零，离子不能继续向强场区域运动，速度方向改变，开始向弱场方向运动，这就是磁镜反射离子的原理。

磁镜不仅可以反射气体中离子，也可以反射液体中的离子。中国专利：85203717.1“磁镜式直流电弧炉”和89104794.8“控弧式磁镜直流电弧炉”提出了用磁镜控制电弧炼钢的技术方案，它是通过一个环绕在炉体上部的磁镜线圈产生的对离子压力控制电弧炼钢。炉体内并排着两根石墨电极，接通直流电源以后电极之间产生横向的电弧，在磁镜的压力下，横向的电弧改变方向，向下运动，先将钢锭或废钢吹化形成熔池，然后构成电弧的等离子体进入熔池内直至底部，维持熔池的高温。等离子体进入熔池以后变成液体中的离子。上述专利指出：“磁镜磁场在弧区的磁场强度大于50奥斯特时，可以有效地约束等离子体。”表明磁镜也可以对液体中的离子产生很大的压力。

海水中的盐，诸如钾、钠、钙、镁、氯、硫酸根等都是离子。磁镜的一个重要性质是：只反射带电的离子，不反射不带电的分子，因此可以利用磁镜的压力将海水里的水分子与各种盐离子分离开来，实现海水淡化。

发明内容

本发明提供的磁镜海水淡化装置，包括一个或多个磁镜、螺旋水管和水泵，其特征在于：磁镜产生梯度磁场，螺旋水管置于磁镜的梯度磁场中，螺旋水管的进水口在梯度磁场的弱场区域，与水泵相连接，出水口在梯度磁场的强场区域，螺旋水管的靠近出水口部分设有分水板将出水口分成淡水出口和浓盐水出口。

水泵将海水由进水口压入螺旋水管，使海水在螺旋水管内沿水管作螺旋运动；在海水由弱场向强场运动过程中，由于磁镜只对盐离子有压力，对水分子没有压力，管内的海水被分成淡水和浓盐水；淡水由淡水出口引出，浓盐水由浓盐水出口引出。

磁镜对离子的压力与磁场的梯度成正比，与离子垂直于梯度磁场方向的速度平方成正比，增大磁场梯度可以增大磁镜对离子的压力，特别是增大离子垂直于梯度方向的速度可以大大增大磁镜对离子的压力。

在这个装置里海水不是直接由弱场向强场运动，而是沿螺旋水管由弱场向强场运动，目的是延长海水在梯度磁场中的停留时间和增大海水垂直于梯度磁场方向的运动速度从而增大磁镜对盐离子的压力。

本发明的磁镜可以是超导磁体、电磁铁或永磁体，也可以是通电螺线管和线圈组；可使用一个磁镜或多个磁镜。螺旋水管一般由非铁磁质材料制成。

本发明的目的是，提供一种大规模利用海水生产廉价淡水的装置和方法。与蒸馏法相比较，磁镜海水淡化法不需要加热海水，大大地降低了能源消耗；与膜法相比较，磁镜海水淡化法不需要昂贵的膜设备，大大地降低了投资和运行成本。而且该装置占地小，产量高，一套磁镜海水淡化装置的淡水产量，相当于目前一座中、小型海水淡化厂的淡水产量。

本发明不仅可以用于海水淡化，还可以用于含离子溶液的处理，即除去溶液中的离子或浓缩溶液中的离子，处理方法与海水淡化方法相同。

附图说明

下面结合附图和实施例进一步描述本发明：

附图1为本发明的实施例1的结构示意图

其中：磁镜1     螺旋水管2    进水口3

      分水板4   淡水出口5    浓盐水出口6

附图2是本发明的实施例2的结构示意图

其中：磁镜1    螺旋水管2    进水口3

      分水板4  淡水出口5    浓盐水出口6

由图1和图2可知，本发明提供的磁镜海水淡化装置，包括高压泵(图中未画出)、磁镜1和螺旋水管2。本发明的螺旋水管2置于磁镜1的梯度磁场中，进水口3位于磁镜1的弱场区域，与高压泵相连接。出水口位于磁镜1的强场区域，分水板4将出水口分成淡水出口5和浓盐水出口6，淡水由淡水出  5流出，浓盐水由浓盐水出口6流出。改变分水板的位置可以改变淡水与浓盐水的出水比例。

实施例1是简单磁镜海水淡化装置，只有一个磁镜，它的优点是梯度长度较长，但磁镜对盐离子的压力较小。实施例2是非对称麦克斯韦磁镜海水淡化装置，它有两个磁镜，图2上部磁镜1的磁场方向与下部磁镜1的磁场方向相反，上部磁镜1的磁感应强度要大于下部磁镜1的磁感应强度，非对称麦克斯韦磁镜对盐离子的压力要大于简单磁镜对盐离子的压力，但梯度长度较短。

附图3是本发明的实施例3的结构示意图

其中：磁镜1    腔体2      进水口3

      分水板4  淡水出口5  浓盐水出口6

具有螺旋状水通道的非铁磁质材料制成的物体构成腔体2，其作用与螺旋水管相同，这种结构能够承受较高的水压，有利于提高海水的流速从而增大磁镜对盐离子的压力。

Claims (8)

1、一种海水淡化装置，其特征在于，该海水淡化装置包括：水泵、磁镜和螺旋水管。由一个或多个磁镜产生梯度磁场，螺旋水管处在磁镜的梯度磁场中，海水在螺旋水管中由弱场向强场方向运动，通过磁镜对海水中盐离子的压力，将海水分成淡水和浓盐水。

2、如权利要求1所述的海水淡化装置，其特征在于，螺旋水管具有分水板，分水板将出水口分成淡水出口和浓盐水出口，淡水和浓盐水分别由淡水出口和浓盐水出口流出，改变分水板的位置可以调节淡水和浓盐水的出水比例。

3、如权利要求1所述的海水淡化装置，其特征在于，可以用具有螺旋状水通道的腔体代替螺旋水管。

4、如权利要求1所述的装置，螺旋水管或腔体的任何位置都可以根据需要设置出水口。

5.如权利要求1所述的海水淡化装置的磁镜，其特征在于：磁镜可以是超导磁体、电磁铁或永磁体，也可以是通电螺线管或通电线圈组。

6、一种海水淡化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：海水在磁镜的梯度磁场中由弱场向强场方向运动，通过磁镜对海水中盐离子的压力，海水被分成淡水和浓盐水，分别引出得到淡水和浓盐水。

7、一种含离子溶液的浓缩方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：含离子溶液在磁镜的梯度磁场中由弱场向强场方向运动，通过磁镜对溶液中离子的压力，溶液被分成高浓度离子溶液和低浓度离子溶液，将高浓度离子溶液引出，得到浓缩离子溶液。

8、一种去除含离子溶液中离子的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：含离子溶液在磁镜的梯度磁场中由弱场向强场方向运动，通过磁镜对溶液中离子的压力，溶液被分成高浓度离子溶液和低浓度离子溶液，将低浓度离子溶液引出，得到去除离子的溶液。

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