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] 我國水資源短缺，尤其是飲用水，北方城市水短缺更為嚴重，另一方面我國經(jīng)濟高 速發(fā)展的同時，水污染越來越嚴重，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合理利用離心力、電場力和洛倫茲 力分離水中的雜質(zhì)（包括顆粒物，細菌，大分子，重金屬，陽離子，陰離子等)，并通過控制流 體轉(zhuǎn)速，徑向電場強度，縱向磁場大小三個參量使水凈化效果達到最優(yōu)。
[0006] 為實現(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、陽極、陰極、電磁鐵N極和電磁鐵S極；螺旋槳帶動分離筒中的水 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，在陽極外表面包裹陽極絕緣層，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)水作勻速圓周運動，角 速度為_，筒軸心為陽極，筒側(cè)壁為陰極，正負極電壓為沒，兩電極之間形成電場茗，軸向 方向有磁場及，如圖3所示。分離筒任意截面上的電磁場分布如圖4所示。磁場m均勻分 布，方向為沿軸向向上，而電場強度為：
(1) 電場方向為徑向，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，電場強度隨正負極電壓_增加而增加，隨半徑增大而減小，在圓心 附近場強最大，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，由于電場的極化作用，分子 發(fā)生極化，受到洛倫茲力的作用，金屬陽離子，陰離子同時受到電場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)方案的進一步改進，所述的水凈化器分離對象為大顆粒雜質(zhì)時，包 括泥沙、鐵銹、懸浮物、膠體、細菌、病毒以及大分子團，它們共同的特點是質(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動。達到分離的效果。
[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。負號表示 徑向壓力與F方向相反，即指向筒圓心。注：為方便計算，公式推導(dǎo)過程中均采用標量。
[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，即密度較大的顆粒，比如金 屬顆粒，泥沙，部分細菌、病毒等，將向分離筒筒壁運動；時，即密度比水小的 顆粒，比如某些懸浮物、膠體、細菌、病毒等，將向筒軸心運動。只要顆粒物與水密度不同，都 可以利用離心力實現(xiàn)凈水能。若某種有機分子密度與水相同，則離心力無法實現(xiàn)分離。
[0012] 作為上述技術(shù)方案的進一步改進，所述的水凈化器分離對象為陽離子時，陽離子 的電場力和洛倫茲力受力示意圖如圖7所示，此時的電場力和洛倫茲力方向與離心力方向 一致。若陽離子質(zhì)量為W，帶電量為4^::，受到的電場力為：
陽離子體積較小，可以不考慮水的徑向壓力，因此陽離子在旋轉(zhuǎn)液體中受到的合力 為：
對于離子7 =A^/爲* 一般小于1，從公式（9)可以看出，只要電極電壓_，電場強度 丨及:，液體旋轉(zhuǎn)速度崎:足夠大，陽離子將很快"沉淀"到分離筒筒壁上。對于陰離子，為使電場 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方向，如圖8所示。因此，從 原理設(shè)計考慮，本技術(shù)至少需要兩級凈化。
[0013] 因此，離子在旋轉(zhuǎn)液體中受到的合力通用表達式為：
(10) 作為上述技術(shù)方案的進一步改進，所述的水凈化器分離對象為分子時，分子在外電場 影響下，正、負電荷重心發(fā)生相對位移，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，與外電場強度X有關(guān)，比例系數(shù)減為分子極化 率： (11) 按照極化機理不同，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 磁場中正電荷部分(*^:，仏，備 ;）受力為攻，攻：
負電荷部分(《?二:.，:fb，:g)受力為&:
其中，負號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)時適當(dāng)增加磁場強度可以使極化分子向分離筒 筒壁移動，完成分離。
[0014] 作為上述技術(shù)方案的進一步改進，所述的水凈化器為徹底分離陰陽離子，本發(fā)明 采用兩級凈化，第二級的電磁場方向與第一級的相反。并且本發(fā)明采用循環(huán)水路設(shè)計，含雜 質(zhì)成分的濃縮水回流到入水口重復(fù)凈化，以實現(xiàn)提高凈水效率，降低廢水率。第一級凈化水 中還含有部分陰離子，經(jīng)第二級凈化，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 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)點在于：綜合利用了離心力，電場力和洛 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， 徑向電場強度，縱向磁場大小三個參量使水凈化效果達到最優(yōu)；采用循環(huán)水路設(shè)計，以實現(xiàn) 提高凈水效率，降低廢水率；采用多級凈化，徹底分離水中的陰陽離子。
【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)電磁場分布圖。
[0020] 圖5是電場強度分布。
[0021] 圖6是大顆粒雜質(zhì)受力示意圖。
[0022] 圖7是陽離子的電場力和洛倫茲力受力示意圖。
[0023] 圖8是陰離子的電場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)計圖。
[0027] 附圖標記 1、電磁鐵N極 2、陽極 3、陽極絕緣層 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。
【具體實施方式】
[0028] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明所述的電磁離心式水凈化器及其凈化方法進行 詳細說明。
[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