CN105254108A - 一种光伏驱动、保温加压、超滤的一体化净水装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光伏行业及净水水处理领域，具体一种光伏驱动_保温加压_超滤的一体化净水装置。本发明所述光伏系统包括太阳能电池板、与太阳能电池板两输出端连接的DC/DC电路、与DC/DC电路输出端连接的DC/AC逆变电路及输入端与DC/DC电路输出端连接的蓄电池；所述保温加压系统包括与DC/AC逆变电路输出端连接的三相异步电机、与三相异步电机输出端连接的交流潜水泵、与DC/AC逆变电路输出端连接的电热元件及设置在蓄水装置内的加压泵。本发明运行费用低，为安全饮用水水质制备系统，对提高饮用水水质安全性，预防疾病，提高人民健康水平，保证社会稳定具有重要的意义。具有非常好的经济、社会、生态效益。

Description

一种光伏驱动、保温加压、超滤的一体化净水装置
技术领域
本发明涉及光伏行业及净水水处理领域，具体一种光伏驱动、保温加压、超滤的一体化净水装置。
背景技术
目前，使用净水装置已是大势所趋，政府及个人都越来越重视饮水健康。净水装置能减少污染次数，保证水的质量，预防疾病，提高人民健康水平，保证社会稳定具有重要的意义，具有非常好的经济、社会、生态效益。
偏远地区更需要净水器。广大的农村和一些偏远地区的用水条件之恶劣让人触目惊心，这些地区比城市更需要净水产品。人们对喝上无污染的水的渴望以及生活习惯的不断改变，净水装置越来越不可或缺。新产品的不断出现和相关技术的趋于成熟，更扩宽了净水装置的应用范围。
基于我国西北广大地区，特别是偏远无电、无自来水地区，研发推广一种新型的、光伏驱动的、能满足较大需求的净水装置势在必行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光伏驱动的能满足偏远无电、无自来水地区的光伏驱动、保温加压、超滤的一体化净水装置。
本发明一种光伏驱动、保温加压、超滤的一体化净水装置通过下述技术方案予以实现：一种光伏驱动、保温加压、超滤的一体化净水装置包括光伏系统、净水系统、保温加压系统、蓄水装置，所述光伏系统包括太阳能电池板、与太阳能电池板两输出端并联连接的储能电容、与太阳能电池板两输出端连接的DC/DC电路、与DC/DC电路输出端连接的DC/AC逆变电路及输入端与DC/DC电路输出端连接的蓄电池；所述保温加压系统包括与DC/AC逆变电路输出端连接的三相异步电机、与三相异步电机输出端连接的交流潜水泵、与DC/AC逆变电路输出端连接的电热元件及设置在蓄水装置内的加压泵；所述净水系统包括设置在二级蓄水箱内的超滤单元、设置在一级蓄水箱内活性炭过滤单元两个处理单元；所述蓄水装置为两个蓄水箱，分别为一级蓄水箱二级蓄水箱。
本发明一种光伏驱动、保温加压、超滤的一体化净水装置与现有技术相比较有如下有益效果：（1）活性炭过滤单元使用饮用水处理常用的颗粒活性炭，具有发达的孔隙结构，良好的吸附性能，机械强度高，易反复再生，造价低等特点；吸附设备为不锈钢非压力容器。（2）超滤单元采用超滤技术中最为成熟与先进的中空纤维超滤膜技术，超滤过程仅采用压力作为膜分离的动力，因此分离装置简单、流程短、操作简便、易于控制和维护。（3）蓄水装置为两个蓄水箱，分别为一级蓄水箱、二级蓄水箱。活性炭过滤单元安装于一级蓄水箱内，超滤单元安装于二级蓄水箱内。（4）蓄水装置内的加压泵属于动力设备，起到进水加压的作用。蓄水装置外壳为三层结构，分别为芯层、内层和外层，芯层的保温介质采用50mm~80mm聚氨酯发泡、聚苯乙烯等来进行保温。内层是不锈钢层，使用304食品级不锈钢板。外层一般选用不锈钢冲模压膜块或者是使用镀锌板。为了应对高寒地区，箱体内部安装了电热元件，为简化光伏系统控制器结构，电热元件启动为手动模式。（5）过流式紫外线杀菌器为选装组件（市场成熟产品），紫外线杀菌波段主要介于50～300nm之间，其中以253.7nm波长的杀菌能力最强。当水或空气中的各种细菌病毒经过紫外线（253.7nm波长）照射区域时，紫外线穿透微生物的细胞膜和细胞核，破坏核酸（DNA或RNA）的分子键，使其失去复制能力或失去活性而死亡，从而在不使用任何化学药物的情况下杀灭水或空气中所有的细菌病毒。
本发明设计运行流量为1m3~1.2m3/h，出水质量超过城市生活直饮水标准；光伏系统稳定可靠，并引入了最大功率控制策略，加压泵水系统使用三相异步电机驱动交流潜水泵，为了应对高寒地区使用，储水装置增设了电热保温系统，可维持水温常年高于0摄氏度，而不冰冻。本发明为中型光伏一体化净水装置，在保证水源水量充足情况下，单个装置可一小时即可制备净水大于1000升，就可满足至少上百人一天的饮水需求，多个装置并行使用，即可满足偏远村镇较大规模生活饮用水需求。本发明运行费用低，为成套的安全饮用水水质制备系统，对提高饮用水水质安全性，预防疾病，提高人民健康水平，保证社会稳定具有重要的意义。具有非常好的经济、社会、生态效益。
附图说明
本发明一种光伏驱动、保温加压、超滤的一体化净水装置有如下附图：
图1是本发明一种光伏驱动、保温加压、超滤的一体化净水装置总体结构示意图；
图2是本发明一种光伏驱动、保温加压、超滤的一体化净水装置净水系统结构示意图；
图3是本发明一种光伏驱动、保温加压、超滤的一体化净水装置光伏系统结构示意图。
其中：1、光伏系统；2、净水系统；3、保温加压系统；4、蓄水装置；5、太阳能电池板；6、储能电容；7、DC/DC电路；8、DC/AC电路；9、蓄电池；10、三相异步电动机；11、潜水泵；12、第一电热元件；13、第一加压泵；14、一级蓄水箱；15、二级蓄水箱；16、超滤单元；17、活性炭过滤单元；18、水源；19、原水入口；20、净水出口；21、过流式紫外线杀菌器；22、第二加压泵；23、第二电热元件；24、第一手动开关；25、第二手动开关。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明一种光伏驱动、保温加压、超滤的一体化净水装置技术方案作进一步描述。
如图1—图3所示，本发明一种光伏驱动、保温加压、超滤的一体化净水装置包括光伏系统1、净水系统2、保温加压系统3、蓄水装置4，所述光伏系统1包括太阳能电池板5、与太阳能电池板5两输出端并联连接的储能电容6与太阳能电池板5两输出端连接的DC/DC电路7、与DC/DC电路7输出端连接的DC/AC逆变电路8及输入端与DC/DC电路7输出端连接的蓄电池9；所述保温加压系统3包括与DC/AC逆变电路8输出端连接的三相异步电机10、与三相异步电机10输出端连接的交流潜水泵11、与DC/AC逆变电路8输出端连接的电热元件及设置在蓄水装置内的加压泵；所述净水系统2包括设置在二级蓄水箱15内的超滤单元16、设置在一级蓄水箱14内活性炭过滤单元17两个处理单元；所述蓄水装置4为两个蓄水箱，分别为一级蓄水箱14、二级蓄水箱15。
进一步地，所述三相异步电机10、交流潜水泵11安装于水源18处。
进一步地，所述蓄水装置4为两个蓄水箱，分别为一级蓄水箱14、二级蓄水箱15，第一电热元件12和第一加压泵13安装设置在一级蓄水箱14内，第二电热元件23和第二加压泵22安装设置在二级蓄水箱15内。
进一步地，所述净水系统2由超滤单元16、活性炭过滤单元17两个处理单元组成，活性炭过滤单元17安装于一级蓄水箱14内，超滤单元16安装于二级蓄水箱15内。
进一步地，净水出口20的出水口处安装有过流式紫外线杀菌器21。
进一步地，所述第一电热元件12通过第一手动开关24与DC/AC逆变电路8输出端连接，第二电热元件23通过第二手动开关25与DC/AC逆变电路8输出端连接。
实施例1。
如图1—图3所示，本发明一种光伏驱动_保温加压_超滤的一体化净水装置包括光伏系统1、净水系统2、保温加压系统3、蓄水装置4，所述光伏系统1包括太阳能电池板5、与太阳能电池板5两输出端并联连接的储能电容6与太阳能电池板5两输出端连接的DC/DC电路7、与DC/DC电路7输出端连接的DC/AC逆变电路8及输入端与DC/DC电路7输出端连接的蓄电池9；所述保温加压系统3包括与DC/AC逆变电路8输出端连接的三相异步电机10、与三相异步电机10输出端连接的交流潜水泵11、与DC/AC逆变电路8输出端连接的电热元件及设置在蓄水装置内的加压泵；所述净水系统2包括设置在二级蓄水箱15内的超滤单元16、设置在一级蓄水箱14内活性炭过滤单元17两个处理单元；所述蓄水装置4为两个蓄水箱，分别为一级蓄水箱14、二级蓄水箱15。
优选地，所述三相异步电机10、交流潜水泵11安装于水源18处。
优选地，所述蓄水装置4为两个蓄水箱，分别为一级蓄水箱14、二级蓄水箱15，第一电热元件12和第一加压泵13安装设置在一级蓄水箱14内，第二电热元件23和第二加压泵22安装设置在二级蓄水箱15内。
优选地，所述净水系统2由超滤单元16、活性炭过滤单元17两个处理单元组成，活性炭过滤单元17安装于一级蓄水箱14内，超滤单元16安装于二级蓄水箱15。
优选地，净水出口20的出水口处安装有过流式紫外线杀菌器21。
优选地，所述第一电热元件12通过第一手动开关24与DC/AC逆变电路8输出端连接，第二电热元件23通过第二手动开关25与DC/AC逆变电路8输出端连接。
结合附图，本发明实施示例如下：
本发明提出了一种光伏驱动、保温加压、超滤的一体化净水装置，该装置适用于无电、高寒、高海拔地区的生活净水制备，也非常适合我国西北部地区，以及偏远农村地区的日常高质量饮用水制备。系统主要由光伏系统、净水系统、保温加压系统、蓄水装置组成。
所述光伏系统由太阳能电池板、储能电容、DC/DC电路、DC/AC逆变电路及蓄电池组成。
保温加压系统由三相异步电机、交流潜水泵、电热元件组成。
其中三相异步电机、交流潜水泵安装于水源处，能源驱动白天来自光伏电池板，夜间来自蓄电池。但根据实际情况，夜间泵水作业的概率不大。蓄电池主要维持电热元件的工作，保证蓄水装置内水温在冬天能维持在零度到一摄氏度，不结冰即可。同时蓄水装置壳体由三层组成，分别为芯层、内层和外层。
水源可以是水井、池塘或水库。电热元件的引入是为考虑寒冷地区蓄水装置的结冰问题，结构简单。蓄水装置内的加压泵属于动力设备。蓄水装置为两个蓄水箱，电热元件及加压泵分别安装于两个蓄水箱内，分别为一级蓄水箱、二级蓄水箱。
净水系统由超滤单元、活性炭过滤单元两个处理单元组成。其中超滤单元为基于膜技术的中空纤维超滤组件。活性炭过滤单元安装于一级蓄水箱内，超滤单元安装于二级蓄水箱内。
1、净水过程实施示例
如图2，所示：
（1）活性炭过滤单元17
使用饮用水处理常用的颗粒活性炭，具有发达的孔隙结构，良好的吸附性能，机械强度高，易反复再生，造价低等特点；吸附设备为不锈钢非压力容器。
（2）超滤单元16
采用超滤技术中最为成熟与先进的中空纤维超滤膜技术，超滤过程仅采用压力作为膜分离的动力，因此分离装置简单、流程短、操作简便、易于控制和维护。
（3）过流式紫外线杀菌器21
为选装组件（市场成熟产品），紫外线杀菌波段主要介于50～300nm之间，其中以253.7nm波长的杀菌能力最强。当水或空气中的各种细菌病毒经过紫外线（253.7nm波长）照射区域时，紫外线穿透微生物的细胞膜和细胞核，破坏核酸（DNA或RNA）的分子键，使其失去复制能力或失去活性而死亡，从而在不使用任何化学药物的情况下杀灭水或空气中所有的细菌病毒。
（4）蓄水及保温装置
蓄水装置4为两个蓄水箱，分别为一级蓄水箱14、二级蓄水箱15。活性炭过滤单元17安装于一级蓄水箱14内，超滤单元16安装于二级蓄水箱15内。蓄水装置4内的第一加压泵13、第二加压泵22属于动力设备，起到进水加压的作用。
蓄水装置4外壳为三层结构，分别为芯层、内层和外层，芯层的保温介质采用50mm~80mm聚氨酯发泡、聚苯乙烯等来进行保温。内层是不锈钢层，使用304食品级不锈钢板。外层一般选用不锈钢冲模压膜块或者是使用镀锌板。为了应对高寒地区，箱体内部安装了电热元件，为简化光伏系统控制器结构，电热元件启动为手动模式。
2、光伏发电供能实施示例
如图3，所示：
（1）DC/DC电路7
太阳能电池板5阵列的输出特性受到太阳光照以及环境温度的影响，当光线强的时候，太阳能电池阵列输出实际功率高；反正，当光线弱的时候，太阳能电池阵列输出的实际功率低；为了让光伏系统能够高效、稳定运行，DC/DC升压电路7中的主控芯片采用STC公司8位的STC89C52单片机，采用了BOOST升压电路，通过控制开关管的导通与关断，即改变占空比来实现直流升压。
（2）DC/AC逆变电路8
DC/AC逆变电路8采用了TI公司的32位TMS320F2812作为控制芯片。采用三相全桥逆变电路作为逆变主电路。并采用SVPWM技术实现电压和频率的协调控制达到光伏水泵系统的控制目的。
（3）电机及交流潜水泵
电机选用三相异步电机10，型号为YS序列铝壳电机，额定电压为220V，额定电流为4.45A，额定频率为50HZ,额定功率为1100W。交流潜水泵11选择常用的无油真空泵。
（4）储能电容6
电机的启动需要较大的启动转矩，而大的启动转矩需要大的电流，太阳能光伏电池受到本身能量密度的限制，无法满足这一要求，需使用储能电容6，储能电容6有稳压效果，够将其储存的电能补充光伏阵列的不足。

Claims (6)

1.一种光伏驱动、保温加压、超滤的一体化净水装置，包括光伏系统（1）、净水系统（2）、保温加压系统（3）、蓄水装置（4），其特征在于：所述光伏系统（1）包括太阳能电池板（5）、与太阳能电池板（5）两输出端并联连接的储能电容（6）与太阳能电池板（5）两输出端连接的DC/DC电路（7）、与DC/DC电路（7）输出端连接的DC/AC逆变电路（8）及输入端与DC/DC电路（7）输出端连接的蓄电池（9）；所述保温加压系统（3）包括与DC/AC逆变电路（8）输出端连接的三相异步电机（10）、与三相异步电机（10）输出端连接的交流潜水泵（11）、与DC/AC逆变电路（8）输出端连接的电热元件及设置在蓄水装置内的加压泵；所述净水系统（2）包括设置在二级蓄水箱（15）内的超滤单元（16）、设置在一级蓄水箱（14）内的活性炭过滤单元（17）两个处理单元；所述蓄水装置（4）为两个蓄水箱，分别为一级蓄水箱（14）、二级蓄水箱（15）。
2.根据权利要求1所述的光伏驱动、保温加压、超滤的一体化净水装置，其特征在于：所述三相异步电机（10）、交流潜水泵（11）安装于水源（18）处。
3.根据权利要求1所述的光伏驱动、保温加压、超滤的一体化净水装置，其特征在于：所述蓄水装置（4）为两个蓄水箱，分别为一级蓄水箱（14）、二级蓄水箱（15），第一电热元件（12）和第一加压泵（13）安装设置在一级蓄水箱（14）内，第二电热元件（23）和第二加压泵（22）安装设置在二级蓄水箱（15）内。
4.根据权利要求1所述的光伏驱动、保温加压、超滤的一体化净水装置，其特征在于：所述净水系统（2）由超滤单元（16）、活性炭过滤单元（17）两个处理单元组成，活性炭过滤单元（17）安装于一级蓄水箱（14）内，超滤单元（16）安装于二级蓄水箱（15）内。
5.根据权利要求1所述的光伏驱动、保温加压、超滤的一体化净水装置，其特征在于：净水出口（20）的出水口处安装有过流式紫外线杀菌器（21）。
6.根据权利要求1所述的光伏驱动、保温加压、超滤的一体化净水装置，其特征在于：所述第一电热元件（12）通过第一手动开关（24）与DC/AC逆变电路（8）输出端连接，第二电热元件（23）通过第二手动开关（25）与DC/AC逆变电路（8）输出端连接。
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