CN106396212A - 一种基于太阳能驱动的光催化净水器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于太阳能驱动的用于应急情况的光催化净水器，其中包括控制面板、联动杆机构、太阳能板、二级水箱、一级水箱、外壳、紫外灯模块、光催化模块、水泵、水管、水质监测装置、相变加热模块和超声波发生器等部件。本发明采用超声净化和光催化技术结合的净化方式，双效净水，提高出水品质；本发明还采用光导介质作为紫外灯外壳，将紫外光高效均匀地传导出去，减少紫外光的损失，从而节省紫外灯的数量，降低净水器的功耗；本发明采用太阳能驱动和相变加热控温，进一步降低净水器的整体能耗，提高净化效率，且本发明的整体结构简单，携带方便，适用于各种环境尤其灾区及偏远极寒地区等地区使用。

Description

一种基于太阳能驱动的光催化净水器

技术领域

本发明涉及饮用水处理领域，尤其涉及一种基于太阳能驱动的用于应急情况的光催化净水器。

背景技术

随着社会工业的高速发展，国内众多河流流域、湖泊、水库的水源都受到不同程度的污染(如需氧有机物污染、营养盐污染、重金属污染、有机毒物、致病微生物污染、放射性水污染、物理污染、油类污染、酸碱污染等等)，在城市里配有先进的污水处理设备，足以对污染的水资源进行有效降解，保障人们的饮水安全。但在农村地区，尤其是偏远的山区、极寒、沙漠、高原地区以及受灾地区，局限于当地的条件和设施，要配套相应的污水处理设备所投入的资金和人力成本极高，短期内难以取得较好的成效，因此当地人只能饮用经过简单处理的地表水，喝了达不到饮用水标准的地表水后会对身体造成危害。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于太阳能驱动的、净水效果好的、多功能光催化净水器。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种基于太阳能驱动的光催化净水器，该净水器可以用于条件、设施落后但阳光资源充足的偏远山区或受灾地区，污水经过光催化和循环净水后可以达到饮用水标准，供人们引用。该净水器包括用于存储饮用水的一级水箱、用于暂存污水的二级水箱、利用光催化效应循环净化污水的净水器本体、用于驱动净水器的太阳能装置、以及控制面板。

所述一级水箱设置在净水器本体的上方，包括与二级水箱连通的一级进水口和饮用水出水口。所述一级进水口上还设有用于控制进入一级水箱的阀门，当阀门打开后，净化达标后的饮用水通过该阀门进入一级水箱。

所述二级水箱采用双层设计，包括内层和外层，内层和外层之间形成夹层。本发明提供的二级水箱还包括污水进水口、用于初步净化的过滤罩、水泵、水管、水质监测装置和用于加热的相变加热模块。所述相变加热模块设置在二级水箱的夹层内，与控制面板连接。所述水管一端与一级进水口连接，另一端与水泵连接，将净化达标的饮用水送进一级水箱，所述水管的一端上还设有与净水器本体连接的循环进水口，当一级水箱的阀门关闭后，污水从循环进水口流出，并进入净水器本体。所述过滤罩将水泵和水质监测装置罩住，将污垢挡在水泵外，避免污垢直接进入水泵，影响水泵寿命。

所述净水器本体的底部与二级水箱连通，污水在净水器本体与二级水箱之间循环净化。净水器本体包括圆柱体形外壳、光催化模块和紫外灯模块。所述外壳顶部设有与循环进水口连通的分布水缝。所述光催化模块设于分布水缝下方，采用筒状设计，由外而内层层嵌套。所述紫外灯模块设于光催化模块的层与层之间，紫外灯模块与光催化模块配合使用，对分布水缝流进的污水进行净化。污水在循环进水口出来后，流进分布水缝，在光催化模块和紫外灯模块之间形成水帘，水帘自上往下流动，紫外灯模块射出的紫外光激发光催化模块的效力，通过氧化还原反应将有机污染物分解为二氧化碳和水等无机小分子，对污水进行彻底净化。

所述太阳能装置包括设置在一级水箱上方的电池箱、采用曲面设计的太阳能板、以及驱动太阳能板的联动杆机构机构。所述联动杆机构机构的一端与太阳能板连接，另一端固定在二级水箱上，用于驱动太阳能板的打开和闭合。所述太阳能板设为四块，闭合时将外壳包裹，方便收纳不占用过多空间，打开时将太阳能转化为电能给电池箱充电。当需要充电时，联动杆机构机构控制四块太阳能板同时向外翻开，位于太阳能板内则的电池组件吸收太阳光照射的能量转化为直流电压对电池箱进行充电，充电电量达到额定值的95％至98％后自行断开。充电后的电池箱可以为整个净水器提供充足的电能。

所述控制面板通过收集水质监测装置的反馈信息，用于控制水泵的启停和阀门、紫外灯、相变加热模块的开闭状态。所述控制面板还用于控制打开或闭合太阳能板，使净水器保持足够的电量。

进一步的，所述光催化模块包括固定架和光催化网。由于固定架设计为圆筒形，所述光催化网设置在固定架上可以保持圆筒状，有助于提高光催化效率。

进一步的，所述紫外灯模块包括紫外灯和光导介质外壳。所述光导介质外壳采用环形状设计，将紫外灯包裹在里面，使照射的紫外光分布更均匀，反射和折射后的紫外光沿着环形介质传导得更远，有效减少了紫外灯的数量，节省成本，提高光催化效率。所述光导介质外壳由导光率高的材料制成，紫外光穿过环状的光导介质后照射到光催化网上，促使水中污染物的氧化还原反应，使净化更彻底。

进一步的，所述二级水箱中的相变加热模块由吸收和存储热量的相变复合材料层以及碳纤维加热电缆层组成。通过控制面板可以控制碳纤维加热电缆层加热，热量被相变符合材料层吸收后传递给二级水箱中的水，由于相变加热模块位于夹层内，与污水隔绝，因此不会被污水腐蚀，明显提高了使用寿命；另一方面，由于夹层被相变加热模块填充充满，且分布均匀，因此，相变加热模块的热效率大大提高，控制面板可以对二级水箱的水温进行精确控制。该相变加热模块的主要目的在于提高二级水箱中的水温，从而提高光催化活性，使氧化还原反应速度更快、效率更高；次要目的在于污水经过循环净化成为饮用水后，其水温适合饮用，方便人们在天气寒冷时饮用温水或热水。

本作为发明的优选方案，所述一级水箱同样采用双层设计，其夹层内同样设有相变加热模块，该相变加热模块主要用于加热一级水箱内的饮用水，使其水温达到温水或热水的温度，方便人们饮用。

进一步，本发明所提供的所述二级水箱内还设有用于超声波净化的超声波发生器。该超声波发生器安装在二级水箱的底部内壁，用于对污水进行超声净化，将污水中的难降解物质进行分解消耗，使污水净化更彻底，获得更好的净化效果。

所述二级水箱还包括用于固定光催化模块的装配槽。所述光催化模块卡设于装配槽内，该装配槽同样采用圆形设计，槽体呈环形，固定架卡合在槽体内，对固定架起到固定和定型作用，使固定架上的光催化网保持圆筒状。

作为本发明的优选方案，所述光催化模块设为四个，便于安装和后期的清洗维护。

作为本发明的优选方案，所述紫外灯模块设为四个，每个设有四盏紫外灯，便于安装和后期的清洗维护。

为了方便清洁净水器，所述二级水箱上还设有用于排出污垢的排污口，所述排污口设置在二级水箱的侧壁靠近底部的位置，可以方便排出净化污水后的脏物。

为了确保净水器的密封性，在所述一级水箱与外壳之间、二级水箱与外壳之间均设有用于加强密封性的密封圈，防止净水过程中污水外泄，影响净水效果。

本发明的工作过程和原理是：本发明利用循环净水的方式将二级水箱中的污水不断循环至净水器本体中的光催化模块，使水中有机污染物等杂质在光催化效应的作用下分解为二氧化碳和水等无机小分子物质，光催化模块的净化速度快、效率高、不会产生其他污染物，获得很好的净化效果。另一方面，二级水箱底部的超声波发生器对污水经一步净化，消除里面的难降解物质，以获得更好的净化效果。最后净化后的有毒有害污染物质经过过滤模块时被吸附，只有净化达标的水才能进入过滤模块内，控制面板通过接收水质监测装置的检测结果，判断合格后将位于一级进水口的阀门打开，让饮用水进入一级水箱，供人们饮用。本发明通过合理设计太阳能装置及太阳能板，使净水器使用清洁能源，既达到节能环保目的，又解决偏远地区供电设施落后的问题，确保人们的饮水安全。本发明的结构简单、操作方便、便于携带，净水效率高、效果好。

与现有技术相比，本发明还具有以下优点：

(1)本发明采用光导介质作为紫外灯的外壳，能将紫外光高效地传导出去，减少紫外光的损失，从而节省紫外灯的数量，降低能耗，提高电池箱的电能利用率。

(2)本发明采用与光催化网相对应的水帘环形分布式循环，使污水更加贴合光催化网，充分与光催化网反应，提高光催化效率。

(3)本发明利用超声净化技术，将污水中的难降解物质降解消耗，大大提高净水器的净化效率和出水品质。同时结合光催化净化的效果，可以进一步提高净化效率，获得更好的净化效果。

(4)在冬天或寒冷地区，本发明采用的相变材料加热模块可以吸收热量，对水进行加热使其达到适当的水温；而且，相变材料具有较宽的温度平台，从而将热量充分储存起来，进而获得很好的控温和保温效果；另外，加热后的污水在光催化模块的作用下，反应更迅速、明显提高光催化的效率。

(5)本发明采用太阳能板对电池箱进行充电，达到节能环保的目的，而且太阳能板紧贴外壁，整体结构简单稳固、效率高、便于携带，使净水器对污水进行直接、统一、更高效的净化处理，符合当今社会发展的需要，进一步缓解能源的紧张局势，使该产品具有广阔的市场前景。

附图说明

图1是本发明所提供的净水器的结构立体图。

图2是本发明所提供的净水器的结构爆炸示意图。

图3是本发明所提供的净水器的剖视立体图。

图4是本发明所提供的净水器的剖视图。

图5是本发明所提供的光催化模块的结构立体图。

图6是本发明所提供的紫外灯模块的俯视图。

图7是本发明所提供的紫外灯模块的剖视图。

图8是本发明所提供的净水器的太阳能板展开充电示意图。

上述附图中的标号说明：101-控制面板，102-顶部模块，103-联动杆机构，104-太阳能板，105-二级水箱，106-外壳，107-紫外灯模块，108-光催化模块，109-水泵，110-水管，111-相变加热模块，112-超声波发生器，113-水质监测装置，114-过滤模块；

1021-一级水箱，1022-电池箱，1023-出水口，1024-一级进水口，1051-箱体，1052-夹层，1053-进水口，1054-装配槽，1055-排污口，1061-分布水缝，1062-阀门，1063-循环进水口，1071-紫外灯，1072-光导介质外壳，1081-固定架，1082-光催化网，1111-相变复合材料层，1112-碳纤维加热电缆。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明作进一步说明。

如图1至图8所示，本发明公开了一种基于太阳能驱动的光催化净水器，该净水器主要包括控制面板101、顶部模块102、联动杆机构103、太阳能板104、二级水箱105、外壳106、紫外灯模块107、光催化模块108、水泵109、水管110、相变加热模块111、超声波发生器112、水质监测装置113、过滤模块114等部件。

其中，结合图1和图3所示，所述二级水箱105采用双层设计，内层和外层之间设有夹层。所述水泵109装配在二级水箱105的底部中间位置，所述相变加热模块111安装在二级水箱105夹层内部的四周和底部，所述超声波发生器112装配在二级水箱105的内壁底部，所述水质监测装置113装配在二级水箱105底部的中间位置，所述过滤模块114装配在二级水箱105内，将水质监测装置113和水泵109罩住，放置污垢进入，影响里面的水质。

所述光催化模块108装配在二级水箱105的上方，所述外壳106与二级水箱105紧密连接，所述紫外灯模块107装配在外壳106内，并分布在光催化模块108之间，所述顶部模块102装配在外壳106上，所述太阳能板104通过联动杆机构103与二级水箱105通过螺栓(图中未标出)紧密连接，所述水管110连接水泵109和外壳106中的阀门1062，所述控制面板101装配在顶部模块102上。

如图1和图3所示，所述二级水箱105由箱体1051、夹层1052、进水口1053、装配槽1054、排污口1055组成。所述装配槽1054用于装配光催化模块108，所述夹层1052设置设有相变加热模块111，所述排污口1055用于排出净化后的污水杂质，而不用拆开二级水箱清洗，操作十分简单方便。

如图3所示，所述顶部模块102中含有电池箱1022、一级水箱1021、出水口1023和一级进水口1024。一级水箱1021用于储存经过净化符合饮用标准的饮用水，电池箱用于装配驱动电源(图中未标出)。

如图3所示，所述外壳106中设有分布水缝1061、阀门1062、循环进水口1063。当阀门1062关闭时，污水从循环进水口1063进入到五个光催化模块108相应的分布水缝1061中，形成水帘紧贴光催化网1082，净化效率高，效果好。

如图3所示，所述超声波发生器112装配在二级水箱105的内壁，超声波发生器112对箱体1051中的污水进行超声净化，将污水中的难降解物质分解消耗，进一步提高净化效率。

如图3所示，所述水质监测装置113装配在二级水箱105底部，用于检测过滤模块内的水质，并将水质数据反馈到控制面板101中，由控制面板101决定一级水箱阀门的开关情况。

如图3所示，所述过滤模块114装配在二级水箱105内，将水泵109和水质监测装置113与污水隔离，防止污水进入水泵109并影响过滤模块114内的水质，起到过滤、隔离水中颗粒杂质的效果。

如图3和图4所示，所述相变加热模块111由相变复合材料层1111和碳纤维加热电缆1112组成。相变加热模块111装配在二级水箱105的夹层1052中，相变复合材料层1111吸收和储存碳纤维加热电缆1112产生的热量用于加热箱体1051中的水，相变加热模块111能对水进行高效控温。

如图2和图5所示，所述光催化模块108设为五个，每个光催化模块108具有相同的结构。所述光催化模块108由固定架1081和光催化网1082组成，光催化网1082与固定架1081紧密连接，固定架1081使光催化网1082保持圆柱形状。

如图6和图7所示，所述紫外灯模块107由紫外灯1071和光导介质外壳1072组成。光导介质外壳1072为环形状，紫外灯1071设置在光导介质外壳1072中，每一环形设置四根紫外灯1071，光导介质外壳1072采用光导介质材料，能将紫外灯1071发出的光呈环形传导，使光分布更均匀，大大提高光催化效率。

本发明的工作原理如下：

1)正常工况下：污水从进水口1053进入箱体1051，经过过滤模块114过滤后进入水泵109，水泵109通过水管110将污水泵到外壳106中，污水经过分布水缝1061进入相应的光催化模块108，再经过光催化反应后进入箱体1051，同时超声波发生器112工作，对箱体1051中的污水进行超声净化。净化后的污水再次经过过滤模块114进行进一步过滤，过滤后，再由水泵109进行循环过滤净化。在循环净化过程中，控制面板101控制阀门1062关闭，从而控制循环进水口1063处于开启状态，一级进水口1024处于关闭状态；当水质监测装置113检测水质达到标准时，控制面板101控制阀门1062开启，此时循环进水口1063处于关闭状态，一级进水口1024处于开启状态，水经过一级进水口1024进入一级水箱1021供饮用。全部净水过程所需动力均由电池箱1022中的驱动电源(图中未标出)提供。

2)相变加热模块111工作：在冬天或寒冷地区，需要适当的水温方可饮用，根据实际需要控制面板101检测到污水的温度低于设定的下限温度值时，从而控制相变加热模块111中的碳纤维加热电缆1112工作，相变复合材料层1111吸收和储存碳纤维加热电缆1112产生的热量后加热箱体1051中的水，从而对水进行高效控温；进一步，本发明提供的优选方案是，一级水箱1021同样采用双层设计，在夹层中同样设有相变加热模块111，通过对一级水箱1021内的饮用水进行直接加热，使饮用水快速升温，从而更方便人们饮用温水或热水，使净水器更节能环保。

3)太阳能板101工作：控制面板101用于显示电池箱的电量及净水器的工作状态，当电池箱的电量低于额定值时，控制面板101控制联动杆机构103，带动四块太阳能板104展开，如图8所示，吸收太阳光进行充电，直至电池箱中的驱动电源(图中未标出)电量值达到额定电量的95％-98％后断开充电。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于太阳能驱动的光催化净水器，其特征在于，包括用于存储饮用水的一级水箱、用于暂存污水的二级水箱、利用光催化效应循环净化污水的净水器本体、用于驱动净水器的太阳能装置、以及控制面板；

所述一级水箱设置在净水器本体上方，包括与二级水箱连通的一级进水口和饮用水出水口，所述一级进水口上还设有用于控制进入一级水箱的阀门；

所述二级水箱采用双层设计，包括污水进水口、用于初步净化的过滤罩、水泵、水管、水质监测装置和用于加热的相变加热模块；所述相变加热模块设置在二级水箱的夹层内；所述水管一端与一级进水口连接，另一端与水泵连接，将净化达标的饮用水送进一级水箱，所述水管一端上还设有与净水器本体连接的循环进水口；所述过滤罩将水泵和水质监测装置罩住，避免污垢直接进入水泵；

所述净水器本体的底部与二级水箱连通，污水在净水器本体与二级水箱之间循环净化，包括圆柱体形外壳、光催化模块和紫外灯模块；所述外壳顶部设有与循环进水口连通的分布水缝，所述光催化模块设于分布水缝下方，采用筒状设计，由外而内层层嵌套，所述紫外灯模块设于光催化模块的层与层之间，紫外灯模块与光催化模块配合使用，对分布水缝流进的污水进行净化；

所述太阳能装置包括设置在一级水箱上方的电池箱、采用曲面设计的太阳能板、以及驱动太阳能板的联动杆机构机构；所述联动杆机构机构一端与太阳能板连接，另一端固定在二级水箱上，用于驱动太阳能板的打开和闭合，所述太阳能板设为四块，闭合时将外壳包裹，打开时为电池箱提供电力；

所述控制面板收集水质监测装置的反馈信息，用于控制水泵的启停和阀门、紫外灯、相变加热模块的开闭状态，所述控制面板还用于打开或闭合太阳能板。

2.根据权利要求1所述的基于太阳能驱动的光催化净水器，其特征在于，所述光催化模块包括固定架和光催化网；所述光催化网设置在固定架上保持圆筒状。

3.根据权利要求1所述的基于太阳能驱动的光催化净水器，其特征在于，所述紫外灯模块包括紫外灯和光导介质外壳；所述光导介质外壳采用环形状设计，将紫外灯包裹在里面。

4.根据权利要求1所述的基于太阳能驱动的光催化净水器，其特征在于，所述相变加热模块由吸收和存储热量的相变复合材料层以及碳纤维加热电缆层组成。

5.根据权利要求1所述的基于太阳能驱动的光催化净水器，其特征在于，所述二级水箱内还设有用于超声波净化的超声波发生器。

6.根据权利要求1所述的基于太阳能驱动的光催化净水器，其特征在于，所述二级水箱还包括用于固定光催化模块的装配槽；所述光催化模块卡设于装配槽内。

7.根据权利要求1所述的基于太阳能驱动的光催化净水器，其特征在于，所述一级水箱采用双层设计，其夹层内设有用于加热饮用水的相变加热模块。

8.根据权利要求3所述的基于太阳能驱动的光催化净水器，其特征在于，所述光催化模块设为四个。

9.根据权利要求2所述的基于太阳能驱动的光催化净水器，其特征在于，所述紫外灯模块设为四个，每个设有四盏紫外灯。

10.根据权利要求1至9任一项所述的基于太阳能驱动的光催化净水器，其特征在于，所述二级水箱上还设有用于排出污垢的排污口。