CN101468825A - 一种太阳能热水器与纯水机一体化装置 - Google Patents

Abstract

本发明将太阳能热水器与低温膜蒸馏纯水制取装置有机结合，发明了热水器与纯水机一体化装置。该装置在不改变太阳能热水器原有功能的情况下，发挥膜蒸馏组件低温传质、传热等功能优势，以从太阳能热水器获取的部分热量作为膜蒸馏的传质热源，制取纯水。该装置具有热水器与饮水机双重功能，不仅拓宽了传统太阳能热水器的应用范围，而且使太阳能资源得到有效利用，节约了电能。

Description

一种太阳能热水器与纯水机一体化装置

一、技术领域

本发明涉及一种太阳能热水器与纯水机一体化装置，特别是一种以太阳能热水器产生的热水作为热循环工质，采用膜蒸馏法进行水质净化处理的太阳能热水器与纯水机一体化装置。

二、背景技术

人类的生产和生活都离不开水，水也是组成生命的必需物质，科学研究表明，人体的59～66％是由水组成的。要维持人体健康的基本需求，每人每天至少要得到20升左右的安全饮用水，如果再计入其它日常生活用水，每人每天大约需要50升左右的水。

水资源短缺已成为当前国际社会亟待解决的问题，而有些地区如沙漠、海岛及偏远地区的淡水资源则更为匮乏，比如我国的中西部地区，其饮用水多为高矿高氟苦咸水，对于这些地区获得长期连续的优质饮用水和生活用水显得尤为重要。这些地区太阳能资源丰富，而且太阳能作为一种可再生能源，是一种清洁能源，如果能够得到有效的利用，既可以解决能源短缺的问题又可以保护环境。

膜蒸馏，又称为低温膜蒸馏，是一种采用疏水性微孔膜、以膜两侧的蒸汽压力差为驱动力的膜分离过程。当不同温度的水溶液被疏水膜分隔的时候，由于膜的疏水性，两侧的水溶液均不能通过膜而进入另一侧。但由于高温侧水溶液与膜界面间的水蒸汽压高于低温侧与膜界面间的水蒸汽压，水蒸汽会从高温侧透过膜孔进入低温侧并冷凝成为渗出水，这种通过蒸馏的原理获得的渗出水是一种品质很好的纯水；浓水则留在高温侧成为渗余水。膜蒸馏过程无须将溶液加热到沸点，只要膜两侧维持适当的温差，该过程就能够进行，因此又被称为低温膜蒸馏。膜蒸馏最初是为大规模海水脱盐而提出的，早在上世纪60年代就开始了较为***的研究。与同为膜法的反渗透工艺相比，膜蒸馏的优点非常显著：(1)膜蒸馏过程几乎在常压下进行，设备简单，操作方便；(2)在非挥发性水溶液的膜蒸馏过程中，由于仅有水蒸气能透过膜孔，因此蒸馏液十分纯净；(3)可以处理极高浓度的含盐水，甚至可以将溶液浓缩到过饱和状态而成为所谓的膜蒸馏结晶技术，因此膜蒸馏的产水率可以远高于反渗透。但膜蒸馏的缺点也同样显著：由于膜蒸馏是一个相变的过程，汽化潜热降低了热能利用效率，使膜蒸馏成为一种高耗能的过程，这是限制膜蒸馏工艺应用的最主要因素。与其它水质净化工艺相比，膜蒸馏在有廉价能源可利用的情况下才更有实用意义。

一种太阳能热水器与纯水机一体化装置的发明旨在提出一种将太阳能热水器与低温膜蒸馏纯水制取装置相结合，既拓宽传统太阳能热水器的应用范围，又使太阳能资源得到有效利用，减少能源消耗的更经济、更清洁的水质净化方法。其优点体现在：一、清洁能源的使用。通过发明中的膜蒸馏技术，将太阳能热水器产生的热能与低温膜蒸馏技术相结合，充分利用了清洁能源，避免了资源的浪费；三、能源得到最大程度的充分利用，纯水生产过程中，由于膜蒸馏的传热作用，冷循环工质被加热，当加热后的冷循环工质回流至纯水机贮水箱时，其潜热被回收，降低了纯水后继使用过程的加热能耗；三、使用成本降低。一种装置，多种用途，既节约了设备购置费，又节约了电能；四、生活用水水质的全面提升。由于低温膜蒸馏组件的优越性能，膜两侧的水溶液均不能透过膜孔进入另一侧，只有水蒸汽从高温侧透过膜孔进入低温侧并冷凝成为渗出水，通过膜蒸馏所获得的渗出水是一种品质很好的纯水。五、使用便捷，宜于大范围推广。膜蒸馏过程无须将水加热到沸点，只要膜两侧维持适当的温差，该过程就能够进行，而目前通用的太阳能热水器均可以将水加热至80℃左右，这完全可以满足膜蒸馏对热侧水温的要求；使用本发明时，仅在太阳能热水器的用水点上接入膜蒸馏装置即可制取纯水，使用非常便捷。

总之，本太阳能热水器与纯水机一体化装置是对现有太阳能热水器应用范围的拓展、是对生活用水水质净化模式的创新，将全面提升太阳能这种清洁能源的使用范围，提高生活用水的水质。

三、发明内容

本发明提出一种太阳能热水器与纯水机一体化装置，说明如下：

与目前通用的只具有单一功能的太阳能热水器、纯水机相比，本发明将太阳能热水器与低温膜蒸馏纯水制取装置有机结合，不仅太阳能热水器的使用范围得到了拓展，可以生产出品质很好的纯水，而且节约了电能，使太阳能资源得到了有效利用。

本发明主要包括两大部分：太阳能热水器和低温膜蒸馏纯水机。其中太阳能热水器主要包括：太阳能集热管、贮水箱、室内热水贮水箱、给水管、温控仪等部件；低温膜蒸馏纯水机主要由膜蒸馏组件、热工质循环泵、冷工质循环泵、制冷水箱等组成。

太阳能热水器产生的热水与制冷水箱产生的冷水一起构成了膜蒸馏***的工艺循环：热水器产生的热水循环为料液循环侧，制冷水箱的冷水循环为产水循环侧。其中作为冷循环工质的是冷纯水，透过疏水性微孔膜的水蒸汽被冷循环纯水吸收，并成为所生产的纯水流入纯水机贮水箱，透膜蒸汽所携带的潜热则全部传递给纯水机贮水箱中纯水。

本发明中的全部能耗均由太阳能转化而来，太阳能资源得到了有效利用，节约了电能：纯水机的制冷***可根据需要选择目前常用的太阳能制冷***如喷射式、吸收式、压缩式或吸附式制冷***等；膜蒸馏循环***中冷、热循环泵运行过程中所需电能由太阳能光伏发电***提供，整个纯水生产过程中不需耗费电能。

此外，太阳能热水器用水点较多，纯水生产只是其部分功能，故不会导致较高的热循环工质浓缩倍数，无浓缩废液外排以致污染环境。

本发明由于有效解决了膜蒸馏过程的能耗问题、拓展了太阳能热水器应用范围，是对生活用水水质净化模式的创新，因此有望大范围地推广使用。

附图说明

附图中：1为太阳能热水器贮水箱、2为太阳能集热管、3为太阳能热水器支架、4为太阳能热水器配水管、5为闸阀、6为止回阀、7为室内热水贮水箱、8为热水给水管、9为自来水给水管、10为电磁阀、11为电磁阀线、12为温控仪、13为水箱水位信号线、14为热水用水点、15为热水循环泵、16为膜蒸馏组件、17为纯水冷水管、18为冷水循环泵、19为纯水机制冷水箱、20为隔水挡板、21为纯水机外壳。

Claims (9)

1、一种太阳能热水器与纯水机一体化装置，其特征是：

太阳能热水器与低温膜蒸馏纯水制取装置有机结合，在不对太阳能热水器作任何改变的情况下，发挥膜蒸馏组件的低温传质、传热等功能优势，以从太阳能热水器获取的部分热量作为膜蒸馏的传质热源，制取纯水。该装置具有热水器与饮水机双重功能，不仅拓宽了传统太阳能热水器的应用范围，而且使太阳能资源得到有效利用，减少了能源消耗。

膜蒸馏器的冷水侧与太阳能热水器的出水侧一起构成了膜蒸馏装置的循环，在该循环中，冷循环工质通过膜蒸馏组件的传热、传质功能吸收透过疏水膜的水蒸汽。由于膜蒸馏组件的传热功能，冷循环工质吸收水蒸气后温度升高，在回流至纯水机的贮水箱时，将热量传递给纯水机贮水箱中的贮存水。经纯水机制冷水箱降温后的冷循环工质再循环至膜蒸馏器的冷侧进行传热、传质，吸收的水蒸汽以纯水的形式供给纯水机。

2、如权利要求1所说的一种太阳能热水器与纯水机一体化装置，其特征在于：纯水机所用的热循环工质为太阳能热水器产生的热水。

3、如权利要求1所说的一种太阳能热水器与纯水机一体化装置，其特征在于：纯水机所用冷循环工质为纯水机制冷水箱产生的冷却纯水。

4、如权利要求1所说的一种太阳能热水器与纯水机一体化装置，其特征在于：纯水机所用的膜蒸馏组件为疏水性膜，在膜蒸馏过程中，只有水蒸汽能透过膜孔。

5、如权利要求1所说的一种太阳能热水器与纯水机一体化装置，其特征在于：纯水生产过程中，膜蒸馏几乎是在常压下进行，设备简单、操作方便；而且整个生产过程所需的全部能量均由太阳能转化而来，可节约大量电能。

6、如权利要求1所说的一种太阳能热水器与纯水机一体化装置，其特征在于：纯水生产过程中，由于膜蒸馏的传热作用，循环冷工质被加热，当加热后的冷循环工质回流至纯水机贮水箱时，其潜热全部被回收，降低了纯水后继使用过程中的加热能耗。

7、如权利要求1所说的一种太阳能热水器与纯水机一体化装置，其特征在于：纯水机的制冷***可以根据需要选择目前常用的太阳能制冷***如喷射式、吸收式、压缩式或吸附式等制冷***，无需耗费电能。

8、如权利要求1所说的一种太阳能热水器与纯水机一体化装置，其特征在于：纯水机膜蒸馏循环***中冷、热循环泵运行过程中所需电能可由太阳能光伏发电***提供。

9、如权利要求1所说的一种太阳能热水器与纯水机一体化装置，其特征在于：热水器用水点较多，纯水生产只是其部分功能，故不会导致较高的热循环工质浓缩倍数，无浓缩废液外排以致污染环境。

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