CN104085957A - 一种供野外环境使用的车载式水电供给装置 - Google Patents

Abstract

一种供野外环境使用的车载式水电供给装置，包括供电部分与供水部分，供电部分包括光伏电池板，光伏电池板插入可与市电共享的通用外接口，通用外接口连接储能器将光伏电池板转化的电能存储，储能器连接逆变器外输出电力供应；供水部分包括储水容器，储水容器中设置有微滤器，微滤器通过面板接口与自吸式压力泵连接，自吸式压力泵出口连接饮用制水入口，饮用制水入口处设置超滤膜，经超滤膜后的水分为两路，一路直接连接至面板出水口且在连接官道上设置电磁阀一，另一路通过反渗透膜连接至面板出水口且在反渗透膜的前端管路上设置电磁阀二，可随时清洗滤除物保证清洁，本发明实现了野外环境对河流、湖泊、雨雪降水等地表水的饮用净纯化制水，并可供电。

Description

一种供野外环境使用的车载式水电供给装置

技术领域

本发明属于太阳能资源应用技术领域，特别涉及一种供野外环境使用的车载式水电供给装置。

背景技术

最为清洁环保的太阳能，不仅孕育了地球生态，也是人类赖以生存的煤炭、石油等化石能源的根本来源。生活中我们使用并消耗的化学能、机械能、生物能等都是太阳能转化而来。相比这些不同形态的动力能源可能带来的使用条件需要和环境负面效应，太阳能是唯一可提供无所不在的、清洁无偿的能量源泉。太阳能的充分应用，会更好地服务于人类的生产生活。其拓展，也将减少因其他能源使用造成的环境污染。

供野外环境使用的车载式水电供给装置，以光伏发电和电池储备的方式汲取太阳能，并车载到现场，在野外实施电力和环境水质饮用净化的供给。适于科学考察、勘探、岛礁生活、军事训练、野外露营，以及象地震等自然灾害，或突发事件特别条件下的动力供给保障。其中，太阳能通过电池板光伏转化于储能器，进而，以车载或可移动的方式，于目的地提供在线电力和膜组件水质净纯化处理。

现代膜分离过滤技术，以压力差为推动力，分为超滤膜过滤、微滤膜过滤和反渗透膜过滤三类。它们的区分是根据膜层所能截留的最小粒子尺寸或分子量大小。以膜的额定孔径范围作为区分标准的，微孔膜(MF)的额定孔径范围为0.02～10μm；超滤膜(UF)为0.001～0.02μm；反渗透膜(RO)为0.0001～0.001μm。

作为第一级的微孔过滤膜(MF)经济实用，经其可滤除水中较粗颗粒杂质、污泥、胶体、虫卵、悬浮物质等。从而，保护超滤膜(UF)表面不被硬物擦伤，并减少负荷、延长使用寿命。MF以抛弃式使用。

超滤膜一般为中空纤维的高分子分离膜，每米长的超滤膜丝管壁上约有60亿个小于0.01微米的微孔，其孔径只允许水分子、水中的有益矿物质和微量元素通过，而最小细菌病毒的体积都在0.02微米以上，因此细菌以及比细菌体积大得多的胶体、铁锈、悬浮物、泥沙、大分子有机物等都能被超滤膜截留下来，实现水质净纯化。其所制得的出水保持了pH值不变，以及原水中溶解氧和人体所需微量矿物质。另外，超滤制水的利用率近乎100％，是一种安全、健康概念的优质饮用水。

RO(Reverse Osmosis)反渗透技术是利用渗透压力差为动力的膜分离过滤技术，源于美国NASA宇航科技。目前已广泛运用于科研、医药、食品、饮料、海水淡化等领域。RO反渗透膜孔径小至纳米级(1纳米＝10^-9米)，在一定的压力下，只有水分子可以通过RO膜，而源水中的无机盐(钙镁钾钠矿物离子)、重金属离子(铬镉汞砷等)、有机物、胶体、细菌、病毒等生物、化学成份均无法通过RO膜，从而得到空白的纯净水。RO反渗透膜的脱盐率能达99％以上，有更高的安全系数和风控水平，然于此同时也滤除了水中人体所需的微量元素矿物质，出水的水质pH值略偏酸性。另外，其单只膜的水资源利用率只有30％。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种供野外环境综合使用的车载式水电供给装置，维持在野外环境下，对河流、湖泊、雨雪降水等地表水的饮用净纯化的选择性制水，并提供现场的照明、手机充电、导航仪、计算机等以及户外洗澡(微泵附件)的动力保证。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种供野外环境使用的车载式水电供给装置，包括供电部分与供水部分，所述供电部分包括光伏电池板9，光伏电池板9插入可与市电接口16共享的通用外接口1，通用外接口1连接储能器2将光伏电池板9转化的电能存储，储能器2连接逆变器8向外输出电力供应；所述供水部分包括储水容器19，储水容器19中设置有微滤器5，微滤器5为内衬PE且一端带有螺纹接头的刚性镂空体，其螺纹接头通过面板接口18与自吸式压力泵3连接，自吸式压力泵3出口连接饮用制水入口，饮用制水入口处设置超滤膜6，经超滤膜6后的水分为两路，一路直接连接至面板出水口13且在连接官道上设置电磁阀一15，另一路通过反渗透膜7连接至面板出水口13且在反渗透膜7的前端管路上设置电磁阀二14，所述自吸式压力泵3、电磁阀一15和电磁阀二14连接三位选择开关4并由所述供电部分供电，其中电磁阀一15和电磁阀二14分别连接三位选择开关4的一个连接位后均通过自吸式压力泵3回接供电电源，三位选择开关4的另一个连接位为关闭档。

所述反渗透膜7的浓盐排水通过废水比12连接废水出口11排出，所述超滤膜6的清洗是其后通过泵控电磁阀10连接管路，并入废水出口11随时将滤出物排出。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)一体式组合于300×300×400(mm)空间，并设置于机动车上，便于野外作业使用。

2)仅通过一个通用外接口，接驳太阳能电池板或220V市电充电。

3)采用外置式微滤器(PE)浸水式吸滤处理。具有操作直观、廉价、不占空间、渍物外露可洗涮、密封性强等特点。

4)供电部分经储能器接逆变器，可由面板向外输出AC220V、100～500w的电力。

5)取自河流、湖泊或雨雪降水等不同水质的地表水体，可针对性地以保持天然水体养分为特点，选择超过滤去浊除菌获取优质饮用水；或以安全、风控为主，选择反渗透膜过滤钙镁钾钠矿物离子、铬镉汞砷等重金属毒害物、有机污染物及细菌、病毒蛋白等，制取空白纯净水。

6)可随时自动清洗并排除膜表面的过滤截留物，使膜的运行不至纳污堵塞，而始终保持清洁状态。

附图说明

图1是本装置的工作流程图。

图2是本装置的结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

如图1和图2所示，一种供野外环境使用的车载式水电供给装置，一体式组合于300mm×300mm×400mm的空间。包括供电部分与供水部分，供电部分包括光伏电池板9，光伏电池板9插入可与市电接口16共享的通用外接口1，通用外接口1连接储能器2将光伏电池板9转化的电能存储，储能器2连接逆变器8向外输出电力供应；供水部分包括储水容器19，储水容器19中设置有微滤器5，微滤器5为内衬PE且带有螺纹接头的刚性镂空体，其螺纹接头通过面板接口18与自吸式压力泵3连接，自吸式压力泵3出口连接饮用制水入口，饮用制水入口处设置超滤膜6，经超滤膜6后的水分为两路，一路直接连接至面板出水口13且在连接官道上设置电磁阀一15，另一路通过反渗透膜7连接至面板出水口13且在反渗透膜7的前端管路上设置电磁阀二14，自吸式压力泵3、电磁阀一15和电磁阀二14连接三位选择开关4并由供电部分供电，其中电磁阀一15和电磁阀二14分别连接三位选择开关4的一个连接位(UF位、RO位)后均通过自吸式压力泵3回接供电电源，三位选择开关4的另一个连接位(0位)为关闭档。

为保证膜清洗，反渗透膜7的浓盐水通过与废水比12连接，由废水出口11在线排出；超滤膜6的清洗是其后通过泵控电磁阀10连接管路，并入废水出口11随时将滤出物排出。供电部分与供水部分一体式组合于300mm×300mm×400mm的空间。

本发明工作包括如下主要部分：

电力贮备：调节朝阳角度，将光伏电池板9接入装置背板的通用外接口1，光伏电池即将太阳能转化为DC12v电能并存储于储能器2。或者通用外接口1接市电接口16，于室内以220v市电为储能器2直接充电。借此，车载野外环境下，本装置为纯化制水自给动力。另外，储能器2连接逆变器8，于面板右上方位置输出接口17，可向外输出AC220v，100～500w电力供应。用于野外现场的照明、手机充电、导航仪、计算机等以及户外洗澡(微泵附件)的动力所需。

原水准备：取现场的河流、湖泊或雨雪降水等环境地表水，并将主机面板前方的微滤器5置于储水容器19的液面下方，将此状态在制水的过程保持始终。外置式的微滤器5是一内衬PE高分子致密材料、一端带有螺纹接头的刚性镂空体。微滤器5与自吸式压力泵3的进水管线经面板接口18相接。以去除水中较粗颗粒杂质、污泥、胶体、虫卵、悬浮物质等，为净化饮水提供预过滤保护。当微滤器5的PE外表面沉积泥沙等较多的污物时，可刷洗修复或更弃。

饮用制水：打开背板上方的电源开关。将面板中部处于0位的三位选择开关4旋至UF位，此时，DC12v的自吸式压力泵3启动，电磁阀一15也将同步打开UF出水开关，同时电磁阀二14被关闭。取水经微滤器5去除悬浮的颗粒杂质，再经过超滤膜6纳米级的微孔，滤除水体中的浊度成分和细菌类等主要饮水污染。超滤膜6运行属于低压、高通量，其出水为含矿物离子的优质饮用水。目前，人们受制于不能直饮的、广泛存在的自然水体的主要危害超标物是微生物细菌。而超滤技术几近100％的去除率和水的利用率，实现了经济高效的处理效果。制水以高于80L/H流量，自面板出水口13流出。当面板中部的三位选择开关4回复0位，电磁阀一15和自吸式压力泵3都将关闭，截止制水。使用过一段时间后，超滤膜6阻滤的细菌以及比细菌体积大得多的胶体、泥浊、大分子有机物等，可轻触装置背板上方的泵控电磁阀，由背板下方的废水出口11自动清洗排出。使超滤膜6不至纳污堵塞，始终保持清洁的运行状态。

当面板中部处于0位的三位选择开关4旋至RO位，此时，DC12v的自吸式压力泵3启动，装置的电磁阀二14将同步打开RO制水开关，同时电磁阀一15被关闭。取水将通过微滤器5和超滤膜6去浊除菌后，经反渗透膜7于0.1nm过滤精度去除环境水体含有的能透过超滤膜6的重金属离子、矿物质、有机物或不可预知的化学物质，得到高纯的H₂O，归于面板前的同一面板出水口13流出，即所谓超纯水。停止制水时，将三位选择开关4回复0位，则电磁阀二14和自吸式压力泵3都将关闭。出水立即截止。制水的同时，将有70％的高含盐量的浓水经废水比12，从装置背板下方的废水出口11排出。反渗透膜7工作所需的10个大气压由自吸式压力泵3提供。因单只膜的水资源利用率只有三分之一，故RO纯净水在强调饮水空白水质安全的同时，表现为成本高、制水率低、缺乏水质的矿物养份。

本发明两种制水模式应用可以如下例所示：

现场一：当所取的河流、湖泊或雨雪降水等地表环境水体背景为自然状态，或水体所处的生态环境没有污染排入，周围未见工厂、养殖场；水体没有异物、异臭、味；地学上不属于地矿质等。采用超滤UF制取饮用水。

打开后备箱盖或将装置放于稳定位置，调整光伏电池板的光照角度，并接入通用外接口1。开启电源，将太阳能产生的电力，存于储能器2。取足量的上述地表水于装置前，将外置式的微滤器5放于储水容器19液面的下方，并将此状态在制水的过程保持始终。使三位选择开关4由0位旋至UF,装置即会有高于80L/H的水流量，经纳米滤除浊度、细菌、胶体及大分子有机物，且保留矿物离子制取超滤饮用水。三位选择开关4重复选择0位或UF的操作，可随时方便地接取饮用。与此同时，面板上方的输出接口17提供AC220V，100～500w电力输出，满足野外环境照明、手机充电、导航仪、计算机等以及户外洗澡(微泵附件)的动力需要。

现场二：当所取的河流、湖泊或雨雪降水等地表环境水体背景怀疑有污染排入，周围有工厂、养殖场；或是海水、高盐水；或是自然灾害、突发事件特别环境下的急需用水。采用反渗透RO制取纯净水。

如上，调整光伏电池板的光照角度，并接入通用外接口1，利用太阳能产生电力，存于储能器2供应自吸式压力泵3；取足量的现场地表水，将装置前方的外置式的微滤器5放于储水容器19液面的下方，并将此状态在制水的过程保持始终。使三位选择开关4由0位旋至RO，水体经微滤、超滤后，泵压至反渗透膜7，进一步将其中可能的有机物、无机离子和细菌、病毒等生物蛋白体滤除，同时，浓盐水经废水比12由装置背板的废水出口11随时排除。反渗透纯净制水于面板前的出水口13流出接用。重复三位选择开关4的上述操作，可方便地随时制取使用。同时，面板上方的输出接口17提供AC220v、100～500w电力供应，满足野外环境照明、手机充电、导航仪、计算机等以及户外洗澡(微泵附件)的动力需要。

综上，取自现场环境的河流、湖泊、雨雪降水等地表水，经外置式取水微滤器由自吸泵打入超滤膜和反渗透膜系统处理，经选择制水，可得到高通量、低耗的优质饮用水或纯净水。装置可在野外无动力环境下，提供在线电力和净纯化饮用水的动力供给。

Claims (3)

1.一种供野外环境使用的车载式水电供给装置，设置于机动车上，包括供电部分与供水部分，其特征在于，所述供电部分包括光伏电池板(9)，光伏电池板(9)插入可与市电接口(16)共享的通用外接口(1)，通用外接口(1)连接储能器(2)将光伏电池板(9)转化的电能存储，储能器(2)连接逆变器(8)向外输出电力供应；所述供水部分包括储水容器(19)，储水容器(19)中设置有微滤器(5)，微滤器(5)为内衬PE且带有螺纹接头的刚性镂空体，其螺纹接头通过面板接口(18)与自吸式压力泵(3)连接，自吸式压力泵(3)出口连接饮用制水入口，饮用制水入口处设置超滤膜(6)，经超滤膜(6)后的水分为两路，一路直接连接至面板出水口(13)且在连接管道上设置电磁阀一(15)，另一路通过反渗透膜(7)连接至面板出水口(13)且在反渗透膜(7)的前端管路上设置电磁阀二(14)，所述自吸式压力泵(3)、电磁阀一(15)和电磁阀二(14)连接三位选择开关(4)并由所述供电部分供电，其中电磁阀一(15)和电磁阀二(14)分别连接三位选择开关(4)的一个连接位后均通过自吸式压力泵(3)回接供电电源，三位选择开关(4)的另一个连接位为关闭档。

2.根据权利要求1所述的供野外环境使用的车载式水电供给装置，其特征在于，所述反渗透膜(7)的浓盐水通过废水比(12)连接废水出口(11)排出。

3.根据权利要求1所述的供野外环境使用的车载式水电供给装置，其特征在于，所述供电部分与供水部分一体式组合于300mm×300mm×400mm的空间。