專利名稱：一種羅倫茲效應(yīng)海水淡化裝置的制作方法
一種羅倫茲效應(yīng)海水淡化裝置，它適用于對(duì)海水等離子型溶液的淡化以及硬水的軟化。
現(xiàn)在已有的海水淡化方法，主要使用如蒸餾、滲析膜滲析、化學(xué)沉淀以及電泳分離等方法，這些方法有的要消耗大量的能源，有的要使用昂貴的滲析設(shè)備，也有的由于加入化學(xué)制劑，不能滿足生活衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，還有的由于產(chǎn)出量很小，只適用于生物及醫(yī)療分析和醫(yī)藥生產(chǎn)。由于生活以及工業(yè)用水的增加，使一些地區(qū)的淡水資源更趨緊張，而象使用蒸餾、滲析或化學(xué)方法生產(chǎn)存在上述難以解決的問題。
本發(fā)明的目的是發(fā)明一種使用磁場(chǎng)作用使海水等離子型溶液淡化以及硬水軟化的裝置，它利用運(yùn)動(dòng)的帶電離子與磁場(chǎng)相互作用的羅倫茲效應(yīng)使海水等離子型水溶液中的離子受力分離來實(shí)現(xiàn)淡化海水的目的。并能通過測(cè)量輸入與輸出液的離子濃度控制它的分離參數(shù)。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，節(jié)約能源，成本低廉。
本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)如附

圖1所示，它有海水輸送泵1、海水分離管2，在海水分離管2兩側(cè)裝有在其內(nèi)腔中形成垂直于軸線的固定磁場(chǎng)的永磁體3，有淡化水排水口4，濃縮液出口5，在海水分離管2中與磁場(chǎng)以及軸線都垂直的兩側(cè)面裝有使海水分離管2與濃縮液出口5相通的透液板6，其特征在于在海水輸送泵1上接有稀土永磁轉(zhuǎn)子交流電動(dòng)機(jī)7，在電動(dòng)機(jī)7的輸入端接有可變頻電源變換器8，在濃縮液出口5上接有流量控制閥9，在海水分離管2的入口處裝有輸入液離子濃度傳感器10，在淡化水排水口4處裝有輸出液離子濃都傳感器11，在就近有標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面12，在其中分別插有與可變頻電源變換器8和流量控制閥9相連并對(duì)其進(jìn)行控制的控制適配模塊13和14，以及分別插有與傳感器10和11相連并對(duì)其參數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換的測(cè)量適配模塊15和16，標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面12通過標(biāo)準(zhǔn)串行通訊接口5可與其它裝置共用的中央控制計(jì)算機(jī)17相連。
附圖1是本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖2是本發(fā)明海水分離管2的兩側(cè)濃縮液出口5合并的一種結(jié)構(gòu)形式剖面示意圖。
附圖3是本發(fā)明海水分離管2的兩側(cè)濃縮液出口5分開的一種結(jié)構(gòu)形式剖面示意圖。
附圖4是本發(fā)明多級(jí)串聯(lián)用于海水淡化的結(jié)構(gòu)示意圖。
本發(fā)明的工作原理如下使用海水輸送泵1對(duì)輸入海水加速，通過海水分離管2，并使海水具有較高的流速。由于海水等離子型溶液中的鹽是分解成帶電離子(金屬離子和酸根離子)游離于水溶液中的，這些離子和水溶液以一定速度通過碰場(chǎng)時(shí)，受到羅倫茲力的作用，使這些離子產(chǎn)生與磁場(chǎng)和流動(dòng)方向都垂直的加速運(yùn)動(dòng)，趨向于透液板6，正離子集中到一邊，負(fù)離子集中到一邊，從而產(chǎn)生離子濃度在海水分離管2的橫切面內(nèi)產(chǎn)生非均勻的濃度分布，透液板6近旁的離子濃度高，中間的離子濃度低，而通過透流板6把高濃度的離子溶液排入到濃縮液出口5中，從而使海水分離管2中的海水淡化，通過較長(zhǎng)的海水分離管2，可以得到較低離子濃度的淡化水輸出。
在本發(fā)明中，使用稀土永磁轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)7帶動(dòng)海水輸送泵1工作。在電動(dòng)機(jī)7的輸入端接有可變頻電源變換器8，通過控制改變可變頻電源變換器8的輸出頻率，可以改變輸送泵1的工況。在本發(fā)明中，在海水分離管2的進(jìn)液口端和出液口端(淡化水排水口4)分別裝有離子濃度傳感器10和11，用于檢測(cè)海水及淡化水的離子濃度，從而得到淡化率。在濃縮液出口5上裝有流量控制閥9，通過流量控制閥9的流量控制，可以改變透液板6的不同透液率，從而改變不同的濃縮率和淡化水輸出流量。在本發(fā)明中，使用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面12加中央控制計(jì)算機(jī)17這種機(jī)電一體化控制形式。中央控制計(jì)算機(jī)17在軟件控制下，定時(shí)通過標(biāo)準(zhǔn)串行通訊接口給標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面12發(fā)出與離子濃度傳感器10或11相連的測(cè)量適配模塊15或16的地址造通信號(hào)，選通相應(yīng)的測(cè)量適配模塊15或16。通過標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面12選通相應(yīng)的測(cè)量適配模塊15或16后，測(cè)量適配模塊15或16把濃度傳感器10或11所測(cè)得的物理信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量通過標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面12送到中央控制計(jì)算機(jī)17中。中央控制計(jì)算機(jī)17通過上述兩濃度數(shù)據(jù)與儲(chǔ)存在其中的控制模型進(jìn)行比較。在需要改變濃縮液出口5的排出流量時(shí)，中央控制計(jì)算機(jī)17通過標(biāo)準(zhǔn)串行通訊接口發(fā)出與流量控制閥9相連并對(duì)其進(jìn)行控制的控制適配模塊14的地址適通信號(hào)，通過標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面12選通控制適配模塊14。在選通后，中央接口控制計(jì)算機(jī)17發(fā)出流量值信號(hào)，通過控制適配模塊14轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模似量后改變流量控制閥9的輸入，從而改變濃縮液的輸出流量。在中央控制計(jì)算機(jī)17測(cè)量了兩離子順度信號(hào)經(jīng)與模型進(jìn)行比較后，需要改變輸送泵的輸出流速時(shí)，中央控制計(jì)算機(jī)17通過標(biāo)準(zhǔn)串行通訊接口發(fā)出對(duì)與可變換頻電源變換器8相連并對(duì)其進(jìn)行控制的控制適配模塊13的地址造通信號(hào)。通過標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面12選通了控制適配模塊13后，中央控制計(jì)算機(jī)17發(fā)出對(duì)應(yīng)于改變輸送泵工況的頻率參數(shù)，通過控制適配模塊13把控制數(shù)字量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的控制量使可變頻電源變換器8輸出相應(yīng)頻率的驅(qū)動(dòng)電流，達(dá)到控制輸送泵1工況的目的。
本發(fā)明使用固定磁場(chǎng)與海水等離子型溶液中運(yùn)動(dòng)離子相互作用的羅倫茲效應(yīng)使海水等其它離子溶液中的離子分離來實(shí)現(xiàn)淡化的目的。由于能源消耗只是使液體具有一定的流速，因而與其它方法相比，能源消耗很少，不消耗化學(xué)制劑，也不使用昂貴的滲透膜。本裝置的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，使用計(jì)算機(jī)加標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面這種機(jī)電一體化的控制技術(shù)，可以使本發(fā)明在不同被淡化海水濃度情況下，以及要求不同的淡化率的情況下，通過測(cè)量輸入與輸出液的離子濃度控制它的分離參數(shù)，使其工作在最佳狀態(tài)。
在本發(fā)明中，永磁體3可以使用普通鐵氧體制造，也可以使用磁鋼制造，而最優(yōu)的是使用采用釹鐵硼稀土永磁材料制造，有較強(qiáng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度，而磁場(chǎng)強(qiáng)度正比于濃度梯度。
本發(fā)明中，由兩側(cè)透液板6連通的濃縮液排出口5可以是連成一體的一個(gè)整體。濃縮液排出口5的腔體包在輸液管外面，其橫剖面圖如附圖2所示，使在兩側(cè)透液板6分別排出的帶正負(fù)離子溶液混合以降低透液板5兩側(cè)的電位差，提高凈化率。
在本發(fā)明中，由兩側(cè)透液板6連通的濃縮液排出口5可以是分開的兩體。兩個(gè)濃縮液排出口5的腔體分別在輸液管兩側(cè)，其橫剖面圖如附圖3所示，在兩側(cè)腔體中分別設(shè)置一個(gè)電極19和20，并使用導(dǎo)體18使之相連，通過導(dǎo)體18使兩腔的電位保持一定。這樣，本發(fā)明不僅可用于淡化海水等離子溶液，而且在正極腔中，由于金屬正離子的增多，通過電極得到電子析出金屬附著于電極上，或是析出氫氣，得到堿溶液。在使用分開的雙濃縮液排出口3時(shí)，由于在電極處有一定的折出電位差，因而對(duì)于水的凈化率將降低，應(yīng)加大輸液管1中液體的流速。
在本發(fā)明中的透液板6，可以用多種材料制成，如石棉、毛氈等，也可以用金屬絲或非金屬絲等編織或壓接交聯(lián)而成，還可以在如金屬板或塑料、陶瓷等非金屬板上加工出孔洞而成。其透水率可以在20%～5%之間。
本發(fā)明可以多級(jí)使用，如為得到較低含鹽量的凈化水，可以采用多級(jí)串聯(lián)的形式，如附圖4所示。上一級(jí)的淡化水排水口4與下一級(jí)的海水輸送水泵1入口相連，進(jìn)行多級(jí)凈化。在多級(jí)凈化的結(jié)構(gòu)中，每一級(jí)都可以有一個(gè)海水輸送水泵1。在這種結(jié)構(gòu)形式中，每一個(gè)海水輸送水泵1都有稀土永磁轉(zhuǎn)子交流電動(dòng)機(jī)7和相應(yīng)的可變頻電源變換器8，以及相應(yīng)對(duì)其進(jìn)行控制的控制適配模塊13。中央控制計(jì)算機(jī)17對(duì)每一個(gè)海水輸送水泵1的工況都進(jìn)行控制。在多級(jí)凈化的結(jié)構(gòu)中，可以多級(jí)海水分離管2共用一個(gè)海水輸送水泵1，中央控制計(jì)算機(jī)17對(duì)只對(duì)共用的海水輸送水泵1的工程進(jìn)行控制。在多級(jí)凈化的結(jié)構(gòu)中，每一級(jí)都可以有相應(yīng)的流量控制閥9、輸入液離子濃度傳感器10、輸出液離子濃都傳感器11、控制適配模塊13、測(cè)量適配模塊15和16。中央控制計(jì)算機(jī)17通過掃描不斷測(cè)量各個(gè)液離子濃度傳感器10和11得到的離子濃度值并不斷的進(jìn)行計(jì)算比較，從而對(duì)每一個(gè)流量控制閥9和海水輸送水泵1的工況進(jìn)行控制，使其工作在最佳狀態(tài)。
本發(fā)明中的海水分離管2由絕緣材料制造，以消除導(dǎo)體導(dǎo)電對(duì)離子濃度分布電場(chǎng)的影響。本發(fā)明中的透液板5不必在整個(gè)永磁體4所在的軸向長(zhǎng)度上都安裝。在永磁體4對(duì)應(yīng)的前半段可以沒有。在永磁體4的外面兩極可以用軟鐵類導(dǎo)磁材料連接，以減小磁阻和磁體對(duì)外界的干擾。
本發(fā)明中，使用稀土永磁轉(zhuǎn)子交流電動(dòng)機(jī)7，一方面是可以得到一臺(tái)不用電流勵(lì)磁的同步電動(dòng)機(jī)，解決由于勵(lì)磁所要求的饋電問題，或是感應(yīng)勵(lì)磁的變工況問題，另一方面永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以承受較高的轉(zhuǎn)速，無電絕緣問題。使用稀土永磁材料制造，使永磁體有很高的磁能積，有較大的起動(dòng)力矩和較小的結(jié)構(gòu)尺寸。在本發(fā)明中，用來驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的可變頻電源變換器8可以使用日本富士公司的G5系列或G7系列逆變器，也可以使用如專利號(hào)為CN89209067的“一種大功率數(shù)控調(diào)壓與交流裝置”。
在本發(fā)明中，標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面12可以選用美國(guó)ME公司(MECHATRONIC EQUIPMENT INC.)的I/O 32，或是美國(guó)OPTO 22公司的PB16AH。中央控制計(jì)算機(jī)17可以選用美國(guó)OPTO 22公司的LC4控制器，也可以選用美國(guó)ME公司的PCS-1工業(yè)過程控制工作站，還可以選用普通PC計(jì)算機(jī)。適配模塊15和16可以采用OPTO 22公司的AD3或類似的A/D轉(zhuǎn)換模塊。適配模塊13和14可選用OPTO 22公司的DA3或類似的D/A轉(zhuǎn)換模塊。
在本發(fā)明中，在海水分離管2入口處裝有的輸入液離子濃度傳感器10和在淡化水排水口4處裝有的輸出液離子濃都傳感器11可以使用液體電導(dǎo)測(cè)量元件。通過測(cè)量被測(cè)液體的電導(dǎo)量(電阻值的倒數(shù))可以得到被測(cè)液體的離子濃度。
權(quán)利要求
1.一種羅倫茲效應(yīng)海水淡化裝置，它有海水輸送泵1、海水分離管2，在海水分離管2兩側(cè)裝有在其內(nèi)腔中形成垂直于軸線的固定磁場(chǎng)的永磁體3，有淡化水排水口4，濃縮液出口5，在海水分離管2中與磁場(chǎng)以及軸線都垂直的兩側(cè)面裝有使海水分離管2與濃縮液出口5相通的透液板6，其特征在于在海水輸送泵1上接有稀土永磁轉(zhuǎn)子交流電動(dòng)機(jī)7，在電動(dòng)機(jī)7的輸入端接有可變頻電源變換器8，在濃縮液出口5上接有流量控制閥9，在海水分離管2的入口處裝有輸入液離子濃度傳感器10，在淡化水排水口4處裝有輸出液離子濃都傳感器11，在就近有標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面12，在其中分別插有與可變頻電源變換器8和流量控制閥9相連并對(duì)其進(jìn)行控制的控制適配模塊13和14，以及分別插有與傳感器10和11相連并對(duì)其參數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換的測(cè)量適配模塊15和16，標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面12通過標(biāo)準(zhǔn)串行通訊接口5可與其它裝置共用的中央控制計(jì)算機(jī)17相連。
全文摘要
一種羅倫茲效應(yīng)海水淡化裝置，它適用于對(duì)海水等離子型溶液的淡化以及硬水的軟化。它有輸送泵、海水分離管等，其特征在于在輸送泵接有由可變頻電源變換器驅(qū)動(dòng)的電機(jī)，在濃縮液出口上接有流量控制閥，在海水分離管的入口與出口處分別裝有離子濃度傳感器，有標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面，可共用的中央控制計(jì)算機(jī)和適配模塊。使用計(jì)算機(jī)加標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面這種機(jī)電一體化的控制技術(shù)，使其工作在最佳狀態(tài)。
文檔編號(hào)C02F1/48GK1101013SQ92101959
公開日1995年4月5日 申請(qǐng)日期1992年3月26日 優(yōu)先權(quán)日1992年3月26日
發(fā)明者石行 申請(qǐng)人:北京市西城區(qū)新開通用試驗(yàn)廠