一種電磁離心式水凈化器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于水凈化技術(shù)領(lǐng)域，也可用于空氣凈化，藥物提純，化學(xué)萃取等領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國(guó)水資源短缺，尤其是飲用水，北方城市水短缺更為嚴(yán)重，另一方面我國(guó)經(jīng)濟(jì)高 速發(fā)展的同時(shí)，水污染越來越嚴(yán)重，特別是重金屬污染。因此像食品安全一樣，飲用水的安 全衛(wèi)生也引起人們高度重視。
[0003] 家用自來水可能含有的污染物及其危害如下表：
近幾年凈水行業(yè)蓬勃發(fā)展，很多新技術(shù)被應(yīng)用到水凈化領(lǐng)域，最成功應(yīng)用最廣泛的 是采用吸附、過濾技術(shù)。比如活性炭、超濾膜、反滲透膜等。這種技術(shù)的缺點(diǎn)是廢水率高， 出水量小。典型的專利技術(shù)可以參考：CN1189405C，CN94222615. 1，CN97119082. 8,CN 103386231A，CN102872639A等。也有采用薄膜蒸餾原理的水凈化技術(shù)，如CN1104380C。 采用光催化磁化凈水技術(shù)，如CN1283560C。這些技術(shù)的共同缺陷是凈水效率較低。
[0004] 以上技術(shù)方法的共同缺點(diǎn)是凈水效率低，廢水率高，水資源利用率不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于，為提高凈水效率，降低廢水率，提高水資源利用率。本發(fā)明提 供一種電磁離心式水凈化器，本發(fā)明的水凈化方法同時(shí)合理利用離心力、電場(chǎng)力和洛倫茲 力分離水中的雜質(zhì)（包括顆粒物，細(xì)菌，大分子，重金屬，陽(yáng)離子，陰離子等)，并通過控制流 體轉(zhuǎn)速，徑向電場(chǎng)強(qiáng)度，縱向磁場(chǎng)大小三個(gè)參量使水凈化效果達(dá)到最優(yōu)。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種電磁離心式水凈化器，所述的水凈化器主要部 件包括：螺旋槳、分離筒、陽(yáng)極、陰極、電磁鐵N極和電磁鐵S極；螺旋槳帶動(dòng)分離筒中的水 旋轉(zhuǎn)，螺旋槳底端設(shè)有濃縮水中心出水口，分離筒頂部設(shè)有入水口，分離筒底部還設(shè)有濃縮 水外壁出水口，凈水導(dǎo)流槽和凈水出水口，在陽(yáng)極外表面包裹陽(yáng)極絕緣層，在分離筒外壁包 裹陰極絕緣層，如圖2所示。
[0007] 作為上述技術(shù)方案的基本原理，所述的水凈化器分離筒內(nèi)水作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，角 速度為_，筒軸心為陽(yáng)極，筒側(cè)壁為陰極，正負(fù)極電壓為沒，兩電極之間形成電場(chǎng)茗，軸向 方向有磁場(chǎng)及，如圖3所示。分離筒任意截面上的電磁場(chǎng)分布如圖4所示。磁場(chǎng)m均勻分 布，方向?yàn)檠剌S向向上，而電場(chǎng)強(qiáng)度為：
(1) 電場(chǎng)方向?yàn)閺较?，其中赫為分離筒兩極之間的電容，.為分離筒高度，，為真空介電 常數(shù)，從公式可以看出，電場(chǎng)強(qiáng)度隨正負(fù)極電壓_增加而增加，隨半徑增大而減小，在圓心 附近場(chǎng)強(qiáng)最大，如圖5所示。
[0008] 含有各種成分的液體在圓通內(nèi)旋轉(zhuǎn)不僅受到離心力，由于電場(chǎng)的極化作用，分子 發(fā)生極化，受到洛倫茲力的作用，金屬陽(yáng)離子，陰離子同時(shí)受到電場(chǎng)力和洛倫茲力的作用， 本發(fā)明充分利用這三種力，分尚水中的有害成分。
[0009] 作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的水凈化器分離對(duì)象為大顆粒雜質(zhì)時(shí)，包 括泥沙、鐵銹、懸浮物、膠體、細(xì)菌、病毒以及大分子團(tuán)，它們共同的特點(diǎn)是質(zhì)量或者體積較 大，受到的離心力較大，將沿著徑向向分離筒筒壁或者軸心運(yùn)動(dòng)。達(dá)到分離的效果。
[0010] 圖6為大顆粒雜質(zhì)受力示意圖，包括兩個(gè)部分，徑向水壓和離心力。在分離筒內(nèi)， 水可以看作一種均勻介質(zhì)，密度為/^，以勻角速度碑逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，大顆粒雜質(zhì)質(zhì)量為:#， 密度為體積為If，尺寸大小為，位于p處，該處的徑向水壓為方:
從公式可以看出，徑向壓力的本質(zhì)還是離心力產(chǎn)生的，因此也歸類為離心力。負(fù)號(hào)表示 徑向壓力與F方向相反，即指向筒圓心。注：為方便計(jì)算，公式推導(dǎo)過程中均采用標(biāo)量。
[0011] 大顆粒雜質(zhì)受到的離心力為：
其中丨，從公式（6)可以看出當(dāng)漏:51^^時(shí)，即密度較大的顆粒，比如金 屬顆粒，泥沙，部分細(xì)菌、病毒等，將向分離筒筒壁運(yùn)動(dòng)；時(shí)，即密度比水小的 顆粒，比如某些懸浮物、膠體、細(xì)菌、病毒等，將向筒軸心運(yùn)動(dòng)。只要顆粒物與水密度不同，都 可以利用離心力實(shí)現(xiàn)凈水能。若某種有機(jī)分子密度與水相同，則離心力無法實(shí)現(xiàn)分離。
[0012] 作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的水凈化器分離對(duì)象為陽(yáng)離子時(shí)，陽(yáng)離子 的電場(chǎng)力和洛倫茲力受力示意圖如圖7所示，此時(shí)的電場(chǎng)力和洛倫茲力方向與離心力方向 一致。若陽(yáng)離子質(zhì)量為W，帶電量為4^::，受到的電場(chǎng)力為：
陽(yáng)離子體積較小，可以不考慮水的徑向壓力，因此陽(yáng)離子在旋轉(zhuǎn)液體中受到的合力 為：
對(duì)于離子7 =A^/爲(wèi)* 一般小于1，從公式（9)可以看出，只要電極電壓_，電場(chǎng)強(qiáng)度 丨及:，液體旋轉(zhuǎn)速度崎:足夠大，陽(yáng)離子將很快"沉淀"到分離筒筒壁上。對(duì)于陰離子，為使電場(chǎng) 力和洛倫茲力方向與離心力方向一致，只需要改變電極和磁場(chǎng)方向，如圖8所示。因此，從 原理設(shè)計(jì)考慮，本技術(shù)至少需要兩級(jí)凈化。
[0013] 因此，離子在旋轉(zhuǎn)液體中受到的合力通用表達(dá)式為：
(10) 作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的水凈化器分離對(duì)象為分子時(shí)，分子在外電場(chǎng) 影響下，正、負(fù)電荷重心發(fā)生相對(duì)位移，使分子發(fā)生變形，產(chǎn)生的這種偶極叫誘導(dǎo)偶極，此過 程稱之為分子極化。極化偶極矩#的大小，與外電場(chǎng)強(qiáng)度X有關(guān)，比例系數(shù)減為分子極化 率： (11) 按照極化機(jī)理不同，有電子極化率,，原子極化率^ (兩者合稱變形極化率 和取向極化率:
(12) 因此，極性分子極化率為：《=，::+，^〇^:，非極性分子極化率為 ：〃:=雩4?^。分子極 化效果如圖9。每個(gè)分子的極化偶極矩可以由史勞修斯一莫索提一德拜方程求得：
(13) 其中#為分子組成物質(zhì)的介電常數(shù)，if為分子量，貧為物質(zhì)在溫度y::時(shí)的密度，為 阿佛加得羅常數(shù)。下面分析極化分子在旋轉(zhuǎn)液體中的受力情況，如圖10。分子極化后，在電 磁場(chǎng)中正電荷部分(*^:，仏，備 ;）受力為攻，攻：
負(fù)電荷部分(《?二:.，:fb，:g)受力為&:
其中，負(fù)號(hào)表示力的方向朝向軸心。在旋轉(zhuǎn)液體里還受到離心力：
-般小于1，當(dāng)時(shí)適當(dāng)增加磁場(chǎng)強(qiáng)度可以使極化分子向分離筒 筒壁移動(dòng)，完成分離。
[0014] 作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的水凈化器為徹底分離陰陽(yáng)離子，本發(fā)明 采用兩級(jí)凈化，第二級(jí)的電磁場(chǎng)方向與第一級(jí)的相反。并且本發(fā)明采用循環(huán)水路設(shè)計(jì)，含雜 質(zhì)成分的濃縮水回流到入水口重復(fù)凈化，以實(shí)現(xiàn)提高凈水效率，降低廢水率。第一級(jí)凈化水 中還含有部分陰離子，經(jīng)第二級(jí)凈化，可以得到品質(zhì)較高的凈化水，如圖11所示。從水路設(shè) 計(jì)圖中可以看出，理論上講，電磁離心水凈化器廢水率為0。為提高水質(zhì)，可以無限增加級(jí) 數(shù)，也可以減少入口水通量。
[0015] 本發(fā)明的一種電磁離心式水凈化器的優(yōu)點(diǎn)在于：綜合利用了離心力，電場(chǎng)力和洛 倫茲力，分離水中的各種雜質(zhì)成分，以純物理的方式完成水凈化；可以通過控制流體轉(zhuǎn)速， 徑向電場(chǎng)強(qiáng)度，縱向磁場(chǎng)大小三個(gè)參量使水凈化效果達(dá)到最優(yōu)；采用循環(huán)水路設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn) 提高凈水效率，降低廢水率；采用多級(jí)凈化，徹底分離水中的陰陽(yáng)離子。
【附圖說明】
[0016] 圖1是電磁離心式水凈化器裝配圖。
[0017] 圖2是電磁離心式水凈化器剖面圖。
[0018] 圖3是電磁離心式水凈化方法原理圖。
[0019] 圖4是分離筒內(nèi)電磁場(chǎng)分布圖。
[0020] 圖5是電場(chǎng)強(qiáng)度分布。
[0021] 圖6是大顆粒雜質(zhì)受力示意圖。
[0022] 圖7是陽(yáng)離子的電場(chǎng)力和洛倫茲力受力示意圖。
[0023] 圖8是陰離子的電場(chǎng)力和洛倫茲力受力示意圖。
[0024] 圖9是分子極化圖。
[0025] 圖10是極化分子受力示意圖。
[0026] 圖11是電磁離心水凈化器水路設(shè)計(jì)圖。
[0027] 附圖標(biāo)記 1、電磁鐵N極 2、陽(yáng)極 3、陽(yáng)極絕緣層 4、螺旋槳 5、分離筒 6、凈水導(dǎo)流槽 7、濃縮水中心出水口 8、入水口 9、陰極 10、陰極絕緣層 11、濃縮水外壁出水口 12、凈水出水口 13、磁鐵S極。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所述的電磁離心式水凈化器及其凈化方法進(jìn)行 詳細(xì)說明。
[0029] 如圖1所示，本發(fā)明的一種電磁離心式水凈化器，所述凈化器為圓筒結(jié)構(gòu)，外形尺