CN109534537A - 一种用于软化水的燃气热水器废气利用装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于软化水的燃气热水器废气利用装置，包括与燃气热水器废气排放管道连接的进气管道、内置扰流子的混合反应管道、pH值调节装置、进水管、静置箱以及位于静置箱下方的储水供水箱。燃气热水器废气被压缩后导入提前被pH值调节装置处理过的pH在某一范围内的弱碱水中，并进入混合反应管道，在混合反应管道中废气中的CO2被水吸收，然后进入静置箱，在碱性环境中与水中的钙镁物质反应生成固体不溶物，进而通过静置吸附等物理手段除去，最终得到弱碱软化水并通入储水供水箱，以供日常用水。本发明将很少被回收利用的燃气热水器废气重新利用并用于软化硬质水，达到既减排又提高水质量的作用，有较高的社会价值和环保价值。

Description

一种用于软化水的燃气热水器废气利用装置
技术领域
本发明属于节能减排技术领域，尤其涉及一种用于软化水的燃气热水器废气利用装置。
背景技术
燃气热水器是目前市场上的主流热水器形式，每年的产量达到千万台，几乎占热水器市场产量的半数，并且近些年来发展迅速，其销售增长速度大大超过其它各类热水器产品。燃气热水器即开即用，出水速度快，出水量大，且燃气价格低，是不错的家用热水产品。但燃气热水器会排出大量的CO2以及部分SO2等气体，由于市面上的燃气热水器通常是直接将这部分气体排放到大气中的，几乎没有任何的利用和处理，这对大气产生了相对一定量的污染。同时，水是生命源泉,水贯穿了我们的日常生活，碱性水有利于人的身体健康，软化水可以使用水装置少垢不易老化。市面上的净水器大多是除去水中的固体颗粒和异味，少有软化水装置，且大多只是通过添加药剂来除去水中硬度。本装置既减少了相关污染物的排放，亦同时将其利用于净化水质，做到了废物利用，节能减排，有很高的经济和环境效益。
目前市面上的净水装置大多是通过物理过滤的方式添加多层具有吸附作用的物质分层除去水中的固体杂质，少部分可以降低水质硬度的净水器也是通过向水中添加特殊的盐类物质与水中钙镁结合沉淀并在后续添加装置去钠来降低水中硬度。本发明利用溶液溶解平衡的原理，利用家用热水器工作所产生的废气中的可利用成分与主要导致水硬度的钙镁物质发生化学反应从而发生沉淀，进而可以利用物理过滤的方法来达到降低水硬度的的目的。目前未发现市面上有类似产品。
发明内容
为了达到上文所述目的，本发明提供的是一种利用燃气热水器废气中的CO2通过溶液溶解平衡定理的水软化装置。该装置利用溶液的溶解平衡原理，在废气收集利用模块利用碱性物质将硬质水碱化并控制水的pH值在于合理范围，同时将燃气热水器废气中的CO2导入碱化水中促使形成钙镁沉淀物，从而降低水硬度。然后被处理水进入处理水静置模块，静置使得生成的固体杂质沉积并进行物理过滤。最后在储水供水模块，取箱体上部较为纯净的弱碱软水导入储水箱中，进而通过直接连接储水箱的水泵和阀门连接到用水网。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于软化水的燃气热水器废气利用装置，包括设有气体压缩泵和阀门的进气管道、内置扰流子的混合反应管道、进水管、静置箱以及位于静置箱下方的储水供水箱。
pH值调节器用于调节进入混合反应管道前进水管中水流的pH值，作为进一步优化的，pH值调节器包括带进气阀门的进气管、加药器和pH值探测装置；进气管的进气口与进气管道连接，进气管的出气口连接进水管；加药器上设有气动阀门，加药器连接进水管，用于向进水管中投放药液；pH值探测装置的探头伸入进水管内部；所述进气管的出气口、加药器的出药口以及pH值探测装置的探头沿着进水管中进水方向依次设置。
所述进气管道的进气口与燃气热水器的废气排放管道连接，进气管道的出气口与进水管连接，进水管的出水口与混合反应管道的进水口连接，混合反应管道的出水口通过管道与静置箱连接，静置箱与储水供水箱通过带阀门的出水管连接。
静置箱的顶部设有排气口，排气口连接废气排放管道，静置箱的底部设有沉淀物排出口，工作时，所述沉淀物排出口密封；储水供水箱设有出水口，其出水口与供水管道连接，供水管道上设有水泵及电磁阀。
其中，混合反应管道是前期对自来水进行碱处理及废气和弱碱水混合反应的主要场所。硬质水流入混合反应管道，接受加药器加氢氧化钠溶液并稀释，将水碱化，控制水的pH值约为7.5左右。加药器可以选用市面上常用的加药器，可以做到精确供给药物，而且不需要电力，耐腐蚀。之后弱碱水与从燃气热水器引出的废气混合，弱碱水由于成碱性，可以大量吸收废气中的酸性气体，从而提高CO2在水中的溶解度，且由于废气温度为80-110℃，HCO3 -会在50℃时开始分解为CO3 2-，所以水气接触的同时会减少HCO3 -的形成，减少暂时硬度的形成。水气接触处会防止水倒流烟道，保持气的单向流动。在水气接触后，水气在管道中流动混合反应，再通过控制系统，后续加碱，控制水的碱性保持在7.5左右，最终形成弱碱性水。最后通过管道导入静置箱中。
管道中添加扰流子可以大大增加气水的扰动程度，可使流体旋转，从而避免了水气分层促使废气和弱碱水充分混合反应，提高废气利用率及水质软化程度并减少装置的最终废气排放量。为了使反应更充分，进一步优化的，混合反应管道为一根蛇形弯管，所述扰流子整体为螺旋状的条状物且分布在所述弯管水平段。更进一步优化的，混合反应管道为一根十八折的蛇形弯管，所述扰流子的个数为18个。
进一步优化的，与混合反应管道连接的管道位于静置箱内部，管道的出水口开口向下，且向静置箱的底部延伸，并位于静置箱底部的上方。静置箱中还可以添加絮凝剂，并设置吸附层，水中反应形成的沉淀在水箱中静置沉淀45min以上，使不溶物充分沉淀聚拢，从而易于收集。此外，静置箱设置的排气管，可以将反应不了的气体和静置后水中析出的气体导出到室外。
由于废气中的酸性气体大多被碱化处理，最后排出的废气应只含有少量的不与碱反应的N2，NO，CO等气体。
储水箱用于存储处理完的弱碱水，进一步优化的，用于连接静置箱和储水供水箱的出水管的进水口连接在静置箱的中上部，出水管的出水口连接在储水箱的侧壁上部。取静置箱上部液体导入储水箱中以供使用。既保证了取用水的水质，同时防止水量过多，造成水质混杂的情况，从而方便取用，可连接后续的净水装置和其它家庭用水装置，设置阀门，方便连接。进一步优化的，pH值探测装置中还包括比较器，所述比较器中预先设置pH值标准范围，比较器将pH值探测装置的探头检测到的pH值进行比较，如果经判断检测到的pH值小于pH值标准范围内则比较器输出信号，并调控气动阀门增加加药量，如果经判断检测到的pH值大于pH值标准范围内则比较器输出信号，并调控气动阀门减少加药量。以市面上常用的10L燃气热水器为研究对象(即每分钟提供10L水温上升25℃的热水的燃气热水器)。一般家用天然气为一，二类天然气，取热值31.4MJ/m3,并以热效率为最低的80％计算得出每分钟耗气量为41.8L/min。以甲烷含量98％的天然气为例，废气中可得到CO2每分钟为41.8L，约为2mol/min，即0.2mol/L水。
由于自来水经加药器预处理已被碱化为pH值为7.5左右的弱碱性水，并在后面的处理中使水保持此pH值不变，水对CO2的吸收量大大增加，可以大部分吸收甚至完全吸收CO2。由于流动压差产生推动力，加药器通过下端处阀门来调整氢氧化钠溶液进入反应器的量，使达到控制氢氧化钠量的作用，并控制反应产物。
由于二氧化碳的量过大，原本应该生成大量HCO3 -，但是由于废气中含有大量水蒸汽且原本废气温度为80℃-110℃，根据碳酸氢钠不稳定的性质，在50℃时会开始分解为NaCO3，CO2和H2O，并随着温度的升高，分解程度也会增加，所以会促使生成更多的CO3 2-，而抑制HCO3 -的形成。
在混合反应管道中，气水进行混合反应，且在中部设置控制系统，根据水的pH值来调控开始处加药量的多少，使水保持弱碱性，使反应得以进行。
CO2分子会在水中水解生成HCO3 -离子，进而生成H2CO3分子，但是由于水成弱碱性H2CO3分子量极少可以忽略不计。根据电离水解平衡理论，计算得出水的硬度与水中的pH值成正比关系，与吸收的CO2的浓度成反比关系。水中的pH值可以通过控制二氧化碳和氢氧化钠的量的比来进行控制，在保持二氧化碳的通入的量的情况下，可以最终通过控制氢氧化钠溶液的量来控制水的硬度。
再根据完全吸收时吸收的HCO3 -的浓度可以换算成,弱碱水的pH值为7.5左右，可以得出水的硬度远低于国家标准要求。
以上是将CO2浓度设为0.2mol/L，即相当于只满足燃气热水器的供水需求满足，如果增加每单位CO2处理的水的量，继而满足家庭各部分的用水量的需求，在降低水处理效果的情况下，提高处理水的量，也是完全可以做到的，而且水质硬度也同时远低于相关国家标准。考虑到实际工况做不到完全燃烧以及部分废气无法被吸收反应，实际效果会有所降低，但仍然低于国家标准，尤其是北方地区效果更加明显。
本发明所取得的有益技术效果如下：
(1)本装置利用了一直以来被忽视的燃气热水器废气，将废气中的二氧化碳加以处理达到用以软化硬质水，且将废气热值低但温度不过低的特性用于保证生成物产品的质量。
(2)本装置通过化学原理使水软化，水的硬度可以调控在50mg/L左右(以CaCO3计)，远远低于国家自来水标准的450mg(以CaCO3计)标准，且回收利用了一直以来无法被利用的燃气热水器的废气，考虑到软化水效果和减排能力，装置有很高的经济环境效益。而且软化弱碱性性水对人体健康有很大的好处，无论是用于家庭生活用水还是饮用水，都可以改善人的生活质量，提高人们的生活水品。
附图说明
图1为本发明的实施例中的用于软化水的燃气热水器废气利用装置总体结构示意图；
图2为图1的右视图；
图3为图1中pH值调节器内部结构示意图；
图4为混合反应管道的结构示意图；
图5为放置在混合反应管道里的扰流子结构示意图。
图中：1、进气管道，2、混合反应管道，21、扰流子，3、气体压缩泵，4、pH值调节器，41、进气管，42、进气阀门，43、加药器，44、pH值探测装置，45、气动阀门，46、pH值探测装置的探头，5、进水管，6、静置箱，7、储水供水箱，8、管道，9、出水管，10、废气排放管道，11、沉淀物排出口，12、供水管道。
具体实施方式
本发明下面结合实施例作进一步详述。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成，方向和参照(例如，上、下、左、右、等等)可以仅用于帮助对附图中的特征的描述。因此，并非在限制性意义上采用以下具体实施方式，并且仅仅由所附权利要求及其等同形式来限定所请求保护的主题的范围。
如图1至图5所示，一种用于软化水的燃气热水器废气利用装置，包括：设有气体压缩泵3的进气管道1、内置扰流子21的混合反应管道2、pH值调节器4、进水管5、静置箱6以及位于静置箱下方的储水供水箱7。进水管5上设有电磁阀。
pH值调节器4包括带进气阀门42的进气管41、加药器43和pH值探测装置44。进气管41的进气口与进气管道1连接，进气管41的出气口连接进水管5。加药器43上设有气动阀门45，加药器44连接进水管5，用于向进水管5中投放药液；pH值探测装置的探头46伸入进水管5内部；所述进气管1的出气口、加药器43的出药口以及pH值探测装置的探头46沿着进水管5中进水方向依次设置。
pH值探测装置44中还包括比较器，所述比较器中预先设置pH值标准范围，比较器将pH值探测装置的探头46检测到的pH值进行比较，如果经判断检测到的pH值小于pH值标准范围内则比较器输出信号，并调控所述气动阀门45增加加药量，如果经判断检测到的pH值大于pH值标准范围内则比较器输出信号，并调控气动阀门45减少加药量。
进气管道1的进气口与燃气热水器的废气排放管道连接，进气管道1的出气口与进水管5连接，进水管5的出水口与混合反应管道2连接，混合反应管道2的出水口通过管道8与静置箱6连接，静置箱6与储水供水箱7通过带阀门的出水管9连接。管道8位于静置箱6内部，管道8的出水口开口向下，且向静置箱6的底部延伸，并位于静置箱6底部的上方。出水管9的进水口连接在静置箱6的中上部，出水管9的出水口连接在储水箱供水箱7的侧壁上部。
静置箱6为封闭的箱体，其顶部设有排气口，静置箱6的侧壁顶部设有进水口，另一个侧壁的上半部设有出水口。排气口连接废气排放管道10，废气排放管道10的排气口可直接通向大气。管道8的进水口从内部经由静置箱6的进水口穿出并与混合反应管道2密闭连通，管道8的外侧壁与静置箱6的进水口内侧表面密闭贴合。出水管9位于静置箱6和储水供水箱7外侧，出水管9的进水口与静置箱的出水口密闭连接。静置箱6的侧壁底部还设有沉淀物排出口11，工作时，所述沉淀物排出口密封。
储水供水箱7的与静置箱6的同一侧的侧壁上部设有进水口，其另一个侧壁底部设有出水口。储水供水箱7的进水口与出水管道9的出水口密闭连接。储水供水箱7的出水口与供水管道12连接，供水管道上设有水泵及电磁阀，且电磁阀位于水泵右侧。
混合反应管道2为一根十八折的蛇形弯管，扰流子的个数为18个，且分别放置在弯管的每个水平段，扰流子21整体为螺旋状的条状物。
在静置箱6的底部也可以设置夹层，方便定期处理反应生成的沉淀物。
工作时，燃气热水器开启燃烧开始并生成废气，此时开启装置，废气通过进气管道1导入气体压缩泵3被加压并通过进气管41被导入到进水管5中；与此同时进水管5处的电磁阀打开，水混合着废气开始流入混合反应管道2；在气水混合开始流入混合反应管道2后，pH值调节器4打开，调节进入混合反应管道2的气水混合物的pH值，当pH值达到合适的数值时，废气中的再利用物质与水混合并产生一定的化学反应，析出水中的钙镁物质并形成固体不溶物。在气水混合物通过管道过程中经过扰流子的影响增加水气扰动，保证水和废气的充分反应。水和废气充分反应后经管道8，流入到静置箱6中。也可在静置箱6中添加一定的固体吸附装置和吸附药剂，在将水静置一个小时以上后打开设置在装置侧面的出水管9上的电磁阀，取静置箱6中上部的处理水导入储水供水箱7中。储水箱供水箱7中储存已经过处理后的水，用以作为生活用水。需要用水时，开启供水管上的水泵和电磁阀，给水加压并控制水的流出，达到供给用水的目的。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (7)

1.一种用于软化水的燃气热水器废气利用装置，其特征在于：包括设有气体压缩泵(3)的进气管道(1)、内置扰流子(21)的混合反应管道(2)、pH值调节器(4)、进水管(5)、静置箱(6)以及位于静置箱下方的储水供水箱(7)；
所述pH值调节器(4)用于调节进入混合反应管道(2)前进水管(5)中水流的pH值；所述进气管道(1)的进气口与燃气热水器的废气排放管道连接，进气管道(1)的出气口与进水管(5)连接，进水管(5)的出水口与混合反应管道(2)的进水口连接，混合反应管道(2)的出水口通过管道(8)与静置箱(6)连接，静置箱(6)与储水供水箱(7)通过带阀门的出水管(9)连接；
静置箱(6)的顶部设有排气口，排气口连接废气排放管道(10)，静置箱(6)的底部设有沉淀物排出口(11)；储水供水箱(7)设有出水口，其出水口与供水管道(12)连接，供水管道上设有水泵及电磁阀。
2.如权利要求1所述的用于软化水的燃气热水器废气利用装置，其特征在于：所述pH值调节器(4)包括带进气阀门(42)的进气管(41)、加药器(43)和pH值探测装置(44)；进气管(41)的进气口与进气管道(1)连接，进气管(41)的出气口连接进水管(5)；加药器(43)上设有气动阀门(45)，加药器(43)连接进水管(5)，用于向进水管(5)中投放药液；pH值探测装置的探头(46)伸入进水管(5)内部；所述进气管(1)的出气口、加药器(43)的出药口以及pH值探测装置的探头(46)沿着进水管(5)中进水方向依次设置。
3.如权利要求1所述的用于软化水的燃气热水器废气利用装置，其特征在于：所述混合反应管道(2)为一根蛇形弯管，所述扰流子整体为螺旋状的条状物且分布在所述弯管水平段。
4.如权利要求1所述的用于软化水的燃气热水器废气利用装置，其特征在于：所述混合反应管道(2)为一根十八折的蛇形弯管，所述扰流子的个数为18个。
5.如权利要求1所述的用于软化水的燃气热水器废气利用装置，其特征在于：所述管道(8)位于静置箱(6)内部，管道(8)的出水口开口向下，且向静置箱(6)的底部延伸，并位于静置箱(6)底部的上方。
6.如权利要求1所述的用于软化水的燃气热水器废气利用装置，其特征在于：所述出水管(9)的进水口连接在静置箱(6)的中上部，出水管(9)的出水口连接在储水箱供水箱(7)的侧壁上部。
7.如权利要求1所述的用于软化水的燃气热水器废气利用装置，其特征在于：所述pH值探测装置(44)中还包括比较器，所述比较器中预先设置pH值标准范围，比较器将pH值探测装置的探头(46)检测到的pH值进行比较，如果经判断检测到的pH值小于pH值标准范围内则比较器输出信号，并调控所述气动阀门(45)增加加药量，如果经判断检测到的pH值大于pH值标准范围内则比较器输出信号，并调控气动阀门(45)减少加药量。
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