CN1292991C - 太阳能反渗透净水器 - Google Patents

Abstract

一种太阳能反渗透净水器，属于水处理和太阳能开发利用技术领域。它包括：太阳能集热器、加热水箱、左浮沉式工质工作器、右浮沉式工质工作器、左反渗透膜组件室、右反渗透膜组件室、对称式活塞、左气动室、右气动室和对称式自动工质降温器。其结构特点是：太阳能集热器通过水管和加热水箱相连通；左、右浮沉式工质工作器分别通过输气管和左、右气动室相连通；左、右反渗透膜组件室分别通过对称活塞和左、右气动室相连接；对称式自动工质降温器分别设置在左气动室和右气动室内。同现有技术相比，本发明可使运行成本大幅降低，它可以用于对自来水、海水的净化处理及污水处理后的深度净化回用。

Description

太阳能反渗透净水器

                        技术领域

本发明涉及利用太阳能进行反渗透水处理，具体的是一种太阳能反渗透净水器。

                        背景技术

在水处理技术领域里，反渗透净水技术由于具有传统水处理技术无法比拟的诸多优势，已经越来越受到人们的青睐和重视，为了更好的在水处理各行业中推广应用，降低能耗、降低运行成本一直是该净水技术的重要研究课题之一。随着科学技术的不断进步，反渗透净水技术的能耗从上世纪的80年代的12kwh/m³已经下降到现在的4.7kwh/m³，但4.7kwh/m³的能耗依然使水处理运行成本维持在较高水平，致使某些水处理行业望洋兴叹。究其原因，目前国内外反渗透净水技术始终不能摆脱以电能作为动力源的工艺运行模式，从根本上改变这种传统的工艺运行模式势在必行。

                        发明内容

本发明的目的是提供一种太阳能反渗透净水器，利用太阳能进行反渗透水处理，从根本上改变传统的以电能作为动力源的工艺运行模式，以达到大幅度降低运行成本的目的。

本发明是这样实现的：在一个装置内，通过设置对称式反渗透膜组件室、对称式活塞、对称式气动室及对称式自动工质降温器等部件，使该装置不仅具有完善的热动功能，而且具有反渗透功能。再通过配置太阳能集热器、加热水箱、浮沉式工质工作器，以达到利用太阳能进行反渗透水处理的目的。

对称式反渗透膜组件室设置在该装置的左右侧端，反渗透膜采用中空纤维膜，膜组件为单封头，中空纤维束的一端用环氧树脂密封，另一端是开口的，用环氧树脂管板固定，膜组件通过圆环和圆形盒分别固定在该装置的对称式压力室里，对称式反渗透膜组件室的作用就是通过加压和反渗透对水进行净化处理。对称式活塞是通过活塞连杆连接成工字型，分为左右侧活塞，对称式活塞放置在缸体内，设置对称式活塞的目的一是为对称式反渗透膜组件室提供工作压力，二是为设置对称式气动室、对称式自动工质降温器提供放置空间。对称式气动室分别设置在隔板和对称式自动工质降温器之间，其作用就是通过工质在气动室的气压变化，推动对称式活塞做往复运动。对称式自动工质降温器分别装置在对称式活塞内侧，分别和对称式活塞固定在一起，其作用就是自动对对称式气动室内的工质进行冷却，以保证工质正常工作。太阳能集热器采用真空管式太阳能集热器，其作用就是将太阳能输送到加热水箱，给加热水箱里的水加热。加热水箱和太阳能集热器通过水管相连接，加热水箱里充有一定量的水，在水里放置两个能自动上浮和下沉的对称式浮沉式工质工作器，加热水箱的作用就是通过对称式浮沉式工质工作器的上浮和下沉，将太阳能集热器里的热能，按照一定要求交替地传递给对称式浮沉式工质工作器。在对称式两个浮沉式工质工作器里分别装有一定量的工质，并在管端装有射流器，当工质工作器里的工质在加热水箱里加热后，就会形成有一定气压的气体。如工质气体和部分液体通过射流器和气管进入到左气动室，这时左侧活塞就会在左气动室气压的作用下向左移动，右侧活塞也同时向左移动，由于对称式活塞向左移动，而使左反渗透膜组件室压力增加，在水压推力作用下，左反渗透膜组件对原水(待处理的水)进行反渗透处理，这时右反渗透膜组件室压力减小并形成负压，在负压的作用下，将待处理水吸入该室内，同时迫使右气动室里的工质也会通过气管不断排回右浮沉工质工作器。随着左浮沉式工质工作器里的工质不断向左气动室里移动，其工作器里的工质也在不断的减少，当减少到一定程度时，由于重量减少左浮沉式工作器浮出水面，其内的工质会自动停止加热，活塞这时也已移动到了左端极点，并停止移动，与此同时，右气动室里的工质也已全部排入右浮沉式工质工作器里，致使该工作器由于重量大幅增加而沉入加热水箱中，并进行加热，加热后的工质同样会通过射流器和气管将有压气体和部分液体输送到右气动室，右气动室气压增加使活塞向右移动，由于活塞的向右移动，而使右反渗透膜组件室压力增加，在水压推力作用下，右反渗透膜组件对原水(待处理的水)进行反渗透处理，左反渗透膜组件室压力减小并形成负压，在负压的作用下，将待处理水吸入该室内，同时使左气动室里的工质不断地回流到左浮沉式工质工作器，当回流工质达到一定重量时，该工作器下沉，并对工质加热，而这时右浮沉式工质工作器里的工质由于全部进入右气动室，而使该工作器重量大幅减少而上浮，这时活塞已移动到右端极点。如此循环即可完成该发明的正常工作。

该发明具有一定的新颖性，具体体现在在申请日以前没有同样的发明或者实用新型，在国内外出版物上公开发表过，也没有在国内外公开使用过或者以其它方式为公众所知，也没有同样的发明或实用新型由他人向专利局提出过申请并且记载在申请日以后公布的专利申请文件中。

该发明也具有一定的创造性，具体体现在在申请日以前，国内外反渗透净水技术始终不能摆脱以电能作为动力源的工艺运行模式。该发明利用太阳能进行反渗透水处理，从根本上改变了这种传统的运行模式，并在太阳能的转换问题上，避开光伏转换，直接进行热机转换，和目前国内外反渗透净水技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步。

该发明也具有一定的实用性，具体体现在该发明能够制造或者使用，并且能够产生以下积极有益的效果：

(1)该发明直接使用太阳能作为动力源，不需要消耗电能，不需要太阳能电池转换，可使反渗透净水设备生产成本和运行成本大幅度下降；

(2)该发明通过设置对称式工质工作器和对称式气动室，省去了一般热机必须使用的液体工质泵以及换向机构等，使该发明具有结构简单，运行可靠的特点；

(3)该发明通过在对称式反渗透膜组件室里进行交替加压和减压，不仅可以减少反渗透膜污染，而且还可以在运行中完成对膜的冲洗。

(4)该发明可用于对自来水、海水的净化处理及污水处理后的深度净化回用。

                        附图说明

图1是本发明一实施例的俯视结构图。

图2是图1中反渗透净水部分正视结构图。

图3是图1中太阳能集热器及加热水箱等部件正视结构图。

图中，1.净水器壳体 2.对称式活塞 3.对称式活塞连杆 4.隔板 5.对称式自动工质降温器 6.左反渗透膜组件室 7.右反渗透膜组件室 8.左气动室 9.右气动室 10.中空纤维膜束 11.圆形盒 12.对称式自动工质降温器进出水孔 13.对称式自动工质降温器进出水槽 14.原水进水单向阀15.原水进水管 16.左气动室进出气管 17.右气动室进出气管 18.左气动室进出气软管 19.右气动室进出气软管 20.螺钉 21.阀门 22.加热水箱23.左浮沉式工质工作器 24.高温水 25.右浮沉式工质工作器 26.太阳能集热器出水管 27.太阳能集热器回水管 28.太阳能集热器 29.圆环 30.环氧树脂封头 31.浓水出水单向阀 32.浓水出水管 33.对称式反渗透膜组件室下盖34.环氧树脂管间密封带35.左反渗透膜组件室净水出水单向阀 36.右反渗透膜组件室净水出水单向阀 37.净水出水管 38.活塞缸上盖 39.左浮沉式工质工作器工质 40.右浮沉式工质工作器工质 41.射流器喷嘴 42.射流器吸入室 43.射流器混合室 44.射流器增压室 45.射流器吸入管 46.太阳能集热器支架。

                        具体实施方式

在图1中，净水器壳体1是由铸钢铸造而成，它的作用就是和其它部件一起构造对称式反渗透膜组件室、对称式气动室及对称式活塞运动缸体等。对称式活塞2是由钢板切割加工而成，通过对称式活塞连杆3连接固定在一起，对称式活塞连杆3由圆钢加工制作，两端和对称式活塞焊接在一起，对称式活塞2的作用就是一方面为对称式反渗透膜组件室提供工作动力，另一方面构造对称式气动室，并和对称式气动室进行能量交换。隔板4是由钢板加工而成，它和净水器壳体1焊接在一起，其作用是和对称式活塞2一起，构成对称式气动室。对称式工质自动降温器5设置在对称式活塞2内侧，是由钢板焊接而成，焊接在对称式活塞2内侧，是一个密封式容器，在对称式活塞2侧面分别打有对称式自动工质降温器进出水孔12，水可以通过此水孔进出对称式自动工质降温器5，对称式自动工质降温器5的作用就是通过进出其内的水将对称式气动室里工质的多余热量带走，以保证工质的正常工作。降温水的进出是通过对称式活塞2的往复运动和对称式自动工质降温器进出水槽13有序配合自动完成的，当右浮沉式工质工作器25被加热后，其内工质气化并进入右气动室8，右气动室8气压增加使对称式活塞2向右移动，当移动到右端点时，右浮沉式工质工作器25里的工质已全部流出，该工作器在加热水箱22里上浮，并停止加热，这时的右活塞正好达到右自动工质降温器进出水槽13的位置，该进出水槽和右自动工质降温器进出水孔12相连通，而这时右反渗透膜组件室7水压较高，该高压水会迅速进入右自动工质降温器5，而这时右气动室8里的工质温度也已达到了最高，其能量也已转换完毕，需要迅速降温冷却，为工质向右浮沉式工质工作器25回流进行必要的准备工作。右气动室9里的工质热量迅速传递到右自动工质降温器5，其内水温升高，与此同时，左气动室里的工质已全部回流到了左浮沉式工质工作器23里，这样使该工作器下沉而加热，其内的工质加热而气化并不断进入左气动室8，由于左气动室8气压增加而使对称式活塞2向左移动，由于对称式活塞2的向左移动，这时右反渗透组件室7迅速形成负压，在这种负压作用下，右自动工质降温器5里的高温水被吸入右反渗透膜组件室7，而这时的右气动室9工质也已开始向右浮沉式工质工作器25回流，当回流完毕，左浮沉式工质工作器23里的工质全部流入左气动室8时，对称式活塞2也移动到了左端极点，同上过程，左反渗透膜组件室6里的水进入和排出左自动工质降温器5，并对左气动室8里的工质进行降温冷却。这样周而复始的运行，从而自动有序完成对工质的降温冷却。左反渗透膜组件室6和右反渗透膜组件室7分别是由左活塞、右活塞和净水壳体等部件所组成，其内装有中空纤维膜束10，对称式反渗透膜组件室的作用就是通过对称式活塞的移动，改变其内容积，进而建立负压和正压，以达到吸入原水(待处理的水)并将原水通过中空纤维膜束10进行反渗透净化的目的。当对称式活塞向右移动时，右反渗透膜组件室7由于容积减少而形成正水压，室内的原水就会在正水压的推动下，通过中空纤维膜束的反渗透实现淡水和浓水的分离，透过中空纤维膜束的淡水，在正水压的作用下通过净水出水单向阀35(图2中)流出室外，而未透过中空纤维膜束的浓水，也会在正水压的作用下通过浓水出水单向阀31(图2中)流出室外；由于对称式活塞向右移动，左反渗透膜组件室6由于容积增大而形成负水压，在负水压的作用下，原水(待净化的水)通过原水进水单向阀14进入到该室，为下一步对称式活塞向左移动时，左反渗透膜组件室6形成正压，在正水压的推动下，通过中空纤维膜束进行反渗透，实现对原水的淡水和浓水的分离，进行原水储备，其过程类似上述右反渗透膜组件室7的工作过程。在原水进入到左反渗透膜组件室6的同时，在负压的作用下，中空纤维膜束内的少量存储淡水(由于设有净水单向出水阀35(图2中))会反向渗透到浓水侧，这样即可完成对膜的反清洗，以保证膜的正常工作。左气动室8和右气动室9均由隔板4、净水器壳体1、对称式活塞2等部件组合而成，其作用均是通过工质的进入和排出，推动对称式活塞2做往复运动。当左双动浮沉式工质工作器23的工质被加热而不断进入左气动室8时，由于该室气压增加使对称式活塞2向左移动，随着对称式活塞2的向左移动，右气动室9里的工质不断向右浮沉式工质工作器25回流，当对称式活塞2向左移动一定行程后，由于左浮沉工质工作器23的重量大幅减轻而上浮，并停止加热，这时，右浮沉式工质工作器25里的工质由于全部回流重量大幅增加，而使该工作器下沉到加热水箱22里对工质进行加热，加热后的工质不断从该工作器进入左气动室9，这时的对称式活塞2又会开始不断地向右移动，当对称式活塞2向右移动一定行程后，由于右浮沉式工质工作器25里的工质全部流出而使该工作器上浮并停止加热，而这时左浮沉式工质工作器23里的工质由于全部回流而使该工作器下沉并对工质加热，加热后的工质又重新进入到左气动室8，如此循环即可使对称式活塞2进行往复运动。中空纤维束10是由多根中空纤维膜管组成，一端用环氧树脂密封，形成环氧树脂封头30(见图2)，该封头用圆环29(参见图2)进行固定，中空纤维束10另一端是开口的，用环氧树脂固定在圆形盒11里，中空纤维束10的作用就是在水压的作用下对原水进行淡水和浓水分离。圆形盒11是由钢板切割焊接而成的一端开口，另一端密封的圆形盒，它开口的一端放置多根中空纤维膜管端头，并用环氧树脂进行密封固定，使多根中空纤维膜管端头和圆形盒形成一体，圆形盒11的密封端底面中心连接一出水管，通过中空纤维膜反渗透流出的淡水在此汇集并经出水管流出反渗透膜组件室，圆形盒11通过螺钉20和净水器壳体1连接固定在一起，圆形盒11的作用一方面是将多根中空纤维束一端固定密封在一起，收集淡水，另一方面是将中空纤维膜组件连接固定在净水器壳体1上。对称式自动工质降温器进出水孔12是在对称式活塞2一侧面打的孔洞，它的作用就是为对称式自动工质降温器5输入冷却水和回流高温水。对称式自动工质降温器进出水槽13设在净水器壳体1的一侧面，也是在对称式活塞2缸体一侧面的两端部位，是在净水器壳体1铸造时预留的矩形小小槽，它的作用就是通过和对称式自动工质降温器进出水孔12有序接通和断开，将降温冷却水引入对称式自动工质降温器5，并将高温水从对称式自动工质降温器5里引出。其工作过程前面已介绍，这里不再叠述。原水单向进水阀14是标准部件，原水只能流进对称式反渗透膜组件室，不能流出，它的作用就是当组件室内形成负压时，将原水吸入室内。原水进水管15是由钢管制作而成，通过丝扣和原水单向进水阀14及净水器壳体1相连接，其作用就是将原水引入对称式反渗透膜组件室。左气动室进出气管16和右气动室进出气管17，均是由钢管制作而成，它的作用就是分别将工质输入和输出对称式气动室。左气动室进出气软管18和右气动室进出气软管19均为塑料软管，它的作用就是能随着对称式浮沉式工质工作器的上浮或下沉而方便地移动。螺钉20是标准件，将圆形盒11固定在净水器壳体1上。阀门21是标准件，它的作用就是通过打开或关闭控制工质的流动，以达到控制该太阳能反渗透净水器的启闭。加热水箱22是由钢板焊接而成，为内外两层，隔层内添充保温材料，以达到水箱保温的目的。左浮沉式工质工作器23和右浮沉式工质工作器25均是由钢板焊接而成，为密闭容器，其作用就是为工质提供工作空间。高温水24是传热介质。太阳能集热器出水管26是由钢管制作，其作用是将太阳能集热器28的热量通过水流输送到加热水箱22。太阳能集热器回水管27是由钢管制作而成，其作用是使加热水箱22里的低温水回流到太阳能集热器28进行加温。太阳能集热器28采用真空管式集热器，其作用是获取太阳能。

在图2中，圆环29是由钢板制作而成，用环氧树脂和环氧树脂封头30粘合在一起，通过螺钉20将圆环29和净水器壳体1连接固定在一起，圆环29的作用就是固定多根中空纤维膜束。环氧树脂封头30是用环氧树脂将多根中空纤维膜束的一端头粘合在一起，并密封所有的中空纤维膜束的端头。浓水出水单向阀31是标准部件，它的作用就是使浓水从对称式中空纤维膜组件室流出。浓水出水管32是由钢管制作，其作用就是将对称式组件室里的浓水集中引出。对称式反渗透膜组件室下盖33是由钢板制作而成，它通过螺钉20和净水器壳体1连接固定在一起，其作用是通过打开该下盖对对称式反渗透膜组件室进行检修。环氧树脂管间密封带34是用环氧树脂将多根中空纤维膜束进行管间粘合密封而形成的管间密封带，以保证圆形盒里的出水是经过中空纤维膜束进行反渗透的淡水。左反渗透膜组件室净水出水单向阀35和右反渗透膜组件室净水出水单向阀36均是标准部件，它们的作用就是使室内净水流出，不能流回。净水出水管37是由钢管制作而成，其作用是汇集对称式反渗透膜组件室里的净水，并向外输送。活塞缸上盖38是由钢板制作而成，通过螺钉20和净水器壳体1连接固定在一起，其作用是通过打开上盖对对称式活塞2、对称式自动工质降温器5等部件进行检修。

图3中，左浮沉式工质工作器工质39和右浮沉式工质工作器工质40均采用低沸点的液体，如氟利昂或烷类或者氨水，工质的作用就是利用其低沸点的特点，加热产生气压，冷凝形成液体，为净水器对称式气动室提供气压。射流器由部件射流器喷嘴41、射流器吸入室42、射流器混合室43、射流器增加室44、和射流器吸入管45所组成，其各部件均是由钢管制作而成。射流器喷嘴41和射流器吸入室42焊接在一起，其作用是引入有压工质气体进行高速喷射，射流器吸入室42的作用是形成真空室，射流器吸入管45和射流器吸入室42焊接在一起，其作用是将液体输送到射流器的吸入室。射流器混合室43和射流器吸入室42焊接在一起，其作用是将从喷嘴喷射的工质气体和从吸入管进入的液体进行混合。射流器增压室44和混合室43焊接在一起，其作用就是通过混合气液的扩散减速，增加压力。射流器的工作原理是当工质被加热气化后，有压气流以较高的速度通过喷嘴41向外喷射，这时高速气流会将吸入室42里的空气夹带走，而使吸入室42形成真空，由于真空的作用，将沉在对称式浮沉式工质工作器里的底部液体工质，通过吸入管45吸到吸入室42，吸入到吸入室42的液体工质会随由喷嘴41喷射的工质气流进入混合室43进行混合，混合后的气液进入增压室44后，由于过流断面增大而使流速减小，压力增加，高压气液工质通过气管进入对称式气动室。这样周而复始的运行，射流器即可将对称式浮沉式工质工作器里的气液工质不断地输送到对称式气动室。太阳能集热器支架46是由角钢焊接而成，它对太阳能集热器起支撑和固定作用。

Claims (6)

1、一种太阳能反渗透净水器，其特征在于，它包括：太阳能集热器(28)、加热水箱(22)、左浮沉式工质工作器(23)、右浮沉式工质工作器(25)、左反渗透膜组件室(6)、右反渗透膜组件室(7)、对称式活塞(2)、左气动室(8)、右气动室(9)和对称式自动工质降温器(5)；太阳能集热器(28)通过水管和加热水箱(22)相连通；左浮沉式工质工作器(23)和右浮沉式工质工作器(25)均设置在加热水箱(22)里，可在热水中进行自由上浮或下沉，左浮沉式工质工作器(23)通过输气管和左气动室(8)相连通，右浮沉式工质工作器(25)通过输气管和右气动室(9)相连通；隔板(4)将所述净水器的壳体(1)的内部划分为左右两部分，对称式活塞(2)的左右活塞分别位于壳体(1)的左右部分内，且对称式活塞(2)外侧分别通过对称式活塞自身和左反渗透膜组件室(6)、右反渗透膜组件室(7)动态连通，对称式活塞(2)内侧分别通过对称式活塞自身和左气动室(8)、右气动室(9)动态连通；对称式自动工质降温器(5)分别设置在左气动室(8)和右气动室(9)内，并固定在对称式活塞(2)的内侧，随对称式活塞(2)进行往复运动。

2、根据权利要求1所述的一种太阳能反渗透净水器，其特征在于：左浮沉式工质工作器(23)和右浮沉式工质工作器(25)结构完全相同，其内均设置有射流器。

3、根据权利要求1所述的一种太阳能反渗透净水器，其特征在于：左反渗透膜组件室(6)和右反渗透膜组件室(7)内均装有中空纤维膜束(10)。

4、根据权利要求1所述的一种太阳能反渗透净水器，其特征在于：对称式活塞(2)是通过对称式活塞连杆(3)将两个活塞连接成工字型。

5、根据权利要求1所述的一种太阳能反渗透净水器，其特征在于：在对称式活塞(2)侧面分别打有对称式自动工质降温器进出水孔(12)，水通过该进出水孔进出对称式自动工质降温器(5)，且该进出水孔通过对称式活塞(2)的往复运动和对称式自动工质降温器进出水槽(13)接通或断开。

6、根据权利要求1或3所述的一种太阳能反渗透净水器，其特征在于：左反渗透膜组件室(6)和右反渗透膜组件室(7)均在进出水管上分别安装有原水进水单向阀(14)、净化出水单向阀(35、36)、和浓水出水单向阀(31)。

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