CN102249356A - 一种太阳能热水纯水联产装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种利用太阳能制纯水的热水纯水联产装置。该装置包括真空管集热器、热水箱、冷却水箱、冷凝器、接水盘、水泵、水位传感器、电动阀以及管路。该装置制取纯水的过程：太阳能热水器水箱处于一种高温高湿环境中，湿空气通过自然对流进入上部的冷凝器冷却凝结产生纯水；冷却水吸收凝结潜热后温度上升，而后作为热水器补充水，实现蒸汽潜热的回热利用。本发明结构简单，辅助能源消耗小，实现了热水纯水联产，特别适合应用于海岛、苦咸水地区等淡水匮乏地区的分散供水，解决家庭饮用水难题。

Description

一种太阳能热水纯水联产装置

一、技术领域

本发明涉及一种太阳能制取纯水的纯水热水一体化方法，特别涉及一种利用太阳能热水器产生的热水，通过自然对流对空气增湿减湿，实现制取纯水和热水的装置。

二、背景技术

我国淡水资源十分匮乏，据统计我国有3800多万人饮用苦咸水，长江以北沿海城市多处于严重缺水状态，水资源污染也对饮水水质构成威胁，饮用纯净水成为一种普遍选择。目前制取纯水的方法以反渗透法、多级闪蒸、低温多效为主，这些方法主要为人口稠密地区集中供水，而农村、海岛等地区能源匮乏、供水分散，传统海水淡化装置效益较低。目前的家庭用纯净水饮水机通过反渗透膜来制取纯水，其主要问题在于：反渗透膜效率较低，寿命较短；需要过滤、吸附等前处理，对水质的要求较高；电耗较高，不宜在电力匮乏地区应用，开发一种小型的低能耗海水淡化装置成为当务之急。

太阳能作为一种清洁的可再生能源，近年来广泛应用于热水、发电、干燥等行业，技术日趋成熟，供热能力得到很大提高，除满足家庭热水需求外，尚有一定余量可作它用，利用太阳能实现热水纯水联产成为一种可行的水淡化处理技术。

目前国内外已有多项相关专利技术，如：一种太阳能热水器与纯水机一体化装置、其专利号为200710304369.1，太阳能热水纯水器、其专利号为200920190332.5，高效节能型太阳能淡化海水技术、其专利号为200910200016.6，大型太阳能热水纯水装置、其专利号为200820081644.8，一体型真空管太阳能热水纯水装置、其专利号为200820081642.9，一种利用太阳能热水器制取纯水的方法、其专利号为200810000548.0，太阳能纯水热水器、其专利号为00101276.2，一种太阳能海水淡化及产盐装置、其专利号为200920151175.7，单一利用太阳能淡化海水或苦咸水的减压蒸馏装置与方法、其专利号为200910067653.0，混合式太阳能水淡化系统、其专利号为200810226488.4，太阳能高温集热淡化水处理技术、其专利号为200920216734.8，太阳能聚光蒸馏水机、其专利号为200910161290.0，便携式太阳能全玻璃真空集热管承压海水蒸馏淡化器、其专利号为201010216323.6，太阳能热泵联合海水淡化装置、其专利号为200510015302.3等。

以上的技术都存在一定的不足，其中部分技术以高温聚光为热源，这种方法的弊端在于高温结垢难以解决，系统热效率较低；部分技术以膜蒸馏为基础，较好的解决了产水率低的问题，但渗透膜的寿命较短，且对水质要求较高；部分技术没有说明对蒸汽潜热的回收利用，降低了系统的热效率；部分技术采用低温多效或多级闪蒸的方式，这种方式对蒸发室负压的要求较高，能耗高，操作复杂，不适合分散用户使用。

三、发明内容

本发明的目的是设计一种基于自然对流的太阳能热水器热水、纯水联产装置，结合太阳能热水器技术与空气增湿减湿技术，实现热水与纯水供应，解决家庭用户的饮用水问题，节约电能，保护环境。

一种太阳能热水纯水联产装置，包括真空管集热器、热水箱、冷却水箱、冷凝器、接水盘、循环水泵、水位传感器、电动阀以及管路等，在热水箱和冷却水箱内分别设有高水位传感器和低水位传感器，在冷却水箱的底部设有进水管道，其特征在于在热水箱内的上部位置安装有冷凝器，冷凝器的进口通过管道连接到冷却水箱的下端，冷凝器的出口通过管道连接到冷却水箱的上端，冷凝器的底部装有接水盘，接水盘的底部设有保温层，在热水箱与冷却水箱的底部设有连接管道。热水箱的高水位传感器和低水位传感器与热水箱的水位控制器连接，冷却水箱的高水位传感器和低水位传感器与冷却水箱的水位控制器连接；冷却水箱的进水管道上装有电动阀，油冷却水箱的水位传感器控制；热水箱与冷却水箱的连接管道上装有电动阀，由热水箱的水位传感器控制；接水盘外侧底部设有聚氨酯保温层，接水盘沿长度方向略微倾斜，倾角1～3度，接水盘的低端设有外接纯水管；从冷却水箱连接到冷凝器进口的管道回路中设有循环水泵；冷却水箱的水位及水位传感器高于热水箱的水位及水位传感器。

本发明生产纯水的过程如下：水经太阳能真空管加热后，自然对流进入热水箱上部；热水箱上部水温较高，并在水面处形成高温高湿的饱和湿空气边界层，由于边界层与热水箱中湿空气存在温度和湿度的梯度差，热水箱内湿空气不断与边界层进行热湿交换，从而形成温湿度较高的湿空气，完成水箱内部空气的增湿过程；增湿后的湿空气密度减小，在热水箱内有上升趋势，湿空气以自然对流方式进入热水箱上部的冷凝器，并在冷凝器表面冷却减湿生成纯水；经冷却减湿后的湿空气密度增大，以自然对流运动到热水箱水面处，并与之进行热湿交换，如此循环往复，不断产生纯水。

本发明中冷凝器内部的循环水吸收水蒸气冷凝时释放的汽化潜热温度上升，而后进入冷却水箱，冷却水箱水温逐渐上升；当供出热水后，热水箱内部水位下降，冷却水进入热水箱作为热水器的补充水，将热量带回热水器内，实现蒸汽凝结潜热的有效利用。

与现有技术相比，本发明的优点在于：热水与纯水联产，冷凝器出水作为热水器的补充水，实现了蒸汽凝结潜热的有效利用，提高了热效率；浓缩倍率低，结垢的倾向小，不需要专门排污；蒸发过程为自然对流方式，结构简单，辅助动力消耗少。本发明利用太阳能热水器，实现了热水纯水联产，特别适合应用于海岛、苦咸水地区等淡水匮乏地区的分散供水，解决家庭饮用水难题。

四、附图说明

图1为本发明的结构示意图，图2为本发明的热水箱剖面结构示意图。

其中：1为真空管集热器、2为热水箱、3为冷凝器、4为接水盘、5为循环水泵、6为冷却水箱、7～8为电动阀、9为热水箱水位控制器、10为冷却水箱水位控制器、11为热水箱内水位传感器的高水位测点、12为冷却水箱内水位传感器的高水位测点、13为热水箱内水位传感器的低水位测点、14为冷却水箱内水位传感器的低水位测点、15为纯水管、16为热水管、17为聚氨酯保温层。

五、具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示的太阳能热水纯水联产装置，由真空管集热器1、热水箱2、冷凝器3、接水盘4、循环水泵5、冷却水箱6、电动阀7～8、水位控制器9～10、水位传感器11～12以及管路组成。冷凝器3安装在热水箱2内部，并与热水箱2内部水位保持5cm以上间距，冷凝器为间距翅片管换热器，翅片间距为1.5～3cm；接水盘4安装在冷凝器3底部，接水盘4沿热水箱2的长度方向略微倾斜安装，倾角1～3°，接水盘4的底面进行聚氨酯发泡保温隔热，接水盘4收集的纯水由纯水管15引出热水箱2；冷凝器3入口与冷却水箱6下部相连，冷却水箱6与热水箱2安装在同一高度；冷凝器3出口与冷却水箱6上部相连，冷却回路中安装循环水泵5，冷却水箱6进行良好保温；冷却水箱6入口安装电动阀8；冷却水箱与热水箱通过连接管道连接，连接管道上设有电动阀7；冷却水箱内安装高水传感器12和低水位传感器14，热水箱内部安装高水位传感器11和低水位传感器13，冷却水箱的高水位传感器12位置高出热水箱高水位传感器11约10～15cm；高水位传感器11安装在接水盘下方，高水位传感器11、12和低水位传感器13、14输出的信号分别输送至水位控制器9、10中，由水位控制器9和10分别控制各自入口的电动阀7和8。

如图1所示，本实施例中的热水纯水联产过程：给水经冷却水箱6、电动阀8进入真空管集热器1，水在真空管集热器1中加热升温，密度下降，经自然对流上升至热水箱2水面，温度较高的水与热水箱2中的空气发生热湿交换，形成温度、湿度都较高的湿空气，湿空气经自然对流进入冷凝器3并与之换热，湿空气温度下降并发生结露生成纯水，纯水在由安装在冷凝器3下部的接水盘4收集，并由纯水管引出热水器；经冷却后的湿空气温湿度下降，密度增大，不断向下运动，进入热水箱2底部与热水发生热湿交换，如此循环往复，不断产生纯水。

如图1所示，本实施例中的凝结潜热回收过程：冷却水箱6底部的冷水由循环水泵5泵入冷凝器3中，冷却水在冷凝器3中吸收水蒸气冷凝时释放的汽化潜热，然后进入冷却水箱6上部。由于冷却水箱6内部自然形成的温度分层现象，利于将冷却水箱6上部温度稍高的冷却水作为热水箱2的补充水。

如图1所示，本实施例中的热水箱补水过程：系统启动时，冷却水箱6和热水箱2内部均无水，水位控制器9和10控制开启电动阀7和8，冷却水箱6和热水箱2整体联通，给水不断进入冷却水箱6，并经冷却水箱6进入热水箱2中；当热水箱2中的水位高于高水位传感器11的高水位测点时，高水位传感器11发送信号至水位控制器9，控制电动阀7关闭，热水箱2不再进水，同时冷却水箱6继续加水，当水位高于冷却水箱6内高水位传感器12的高水位测点时，高水位传感器12发送信号至水位控制器10，控制电动阀8关闭；当有热水负荷时，热水箱2内部水位下降，当水位下降至热水箱2内低水位传感器13的低水位测点时，低水位传感器13发送信号至水位控制器9，由水位控制器9控制开启电动阀7，冷却水箱6上部的冷却水便会进入热水箱2作为热水器的补充水；当冷却水箱6内部水位降低到冷却水箱6内低水位传感器14的低水位测点后，由水位控制器10控制开启电动阀8，给水进入冷却水箱6，完成系统的补水过程。由于将冷却水箱6上层温度较高的冷却水作为热水箱2的补充水，可有效回收水蒸气凝结时放出的潜热，大大提高系统热效率。

如图2所示，本实施例中的热水箱结构示意图。接水盘4焊接固定在冷凝器3下部，接水盘4安装角度1～3°，接水盘4的低端与纯水管15相连，接水盘4的底部附加聚氨酯保温层17，聚氨酯保温层厚度1cm，接水盘4与水面的距离大于5cm；水位传感器的高水位测点7与接水盘4垂直距离为5cm，水位传感器的低水位测点8安装在水箱底部以上约5cm处。

Claims (7)

1.一种太阳能热水纯水联产装置，包括真空管集热器、热水箱、冷却水箱、冷凝器、接水盘、循环水泵、水位传感器、电动阀以及管路等，在热水箱和冷却水箱内分别设有高水位传感器和低水位传感器，在冷却水箱的底部设有进水管道，其特征在于在热水箱内的上部位置安装有冷凝器，冷凝器的进口通过管道连接到冷却水箱的下端，冷凝器的出口通过管道连接到冷却水箱的上端，冷凝器的底部装有接水盘，接水盘的底部设有保温层，在热水箱与冷却水箱的底部设有连接管道。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能热水纯水联产装置，其特征在于热水箱的高水位传感器和低水位传感器与热水箱的水位控制器连接，冷却水箱的高水位传感器和低水位传感器与冷却水箱的水位控制器连接。

3.根据权利要求1所述的一种太阳能热水纯水联产装置，其特征在于冷却水箱的进水管道上装有电动阀，油冷却水箱的水位传感器控制。

4.根据权利要求1所述的一种太阳能热水纯水联产装置，其特征在于热水箱与冷却水箱的连接管道上装有电动阀，由热水箱的水位传感器控制。

5.根据权利要求1所述的一种太阳能热水纯水联产装置，其特征在于接水盘外侧底部设有聚氨酯保温层，接水盘沿长度方向略微倾斜，倾角1～3度，接水盘的低端设有外接纯水管。

6.根据权利要求1所述的一种太阳能热水纯水联产装置，其特征在于从冷却水箱连接到冷凝器进口的管道回路中设有循环水泵。

7.根据权利要求1所述的一种太阳能热水纯水联产装置，其特征在于冷却水箱的水位及水位传感器高于热水箱的水位及水位传感器。

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