CN203006976U - 纯净水制取装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种纯净水制取装置，包括水热交换器、储热水箱、立式顺流多效蒸馏器、淡水箱及加热器，水热交换器分别与储热水箱及外部的空调制冷机组连接，分别与来自空调制冷机组排出的高温高压制冷剂蒸气和来自储热水箱的循环水及自来水补水相连通，进行热交换；储热水箱中出来的热水进入多效蒸馏器进行热交换后返回至储热水箱；来自进水管的自来水经加热器与流回储热水箱的热水换热后，进入多效蒸馏器进行多效蒸馏冷凝后转化的淡水进入淡水箱。本实用新型将空调余热与低温多效蒸馏技术相结合，在空调运转时利用其余热生产饮用纯净水，有效降低能耗；同时可减少大气排放废热，减轻热污染；此外，本装置使用寿命长，易于管理维护。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种利用余热制取饮用纯净水的装置，特别涉及一种基于空调余热驱动的低温多效蒸馏技术制备纯净水的装置。
背景技术
目前，多数宾馆、酒店、办公建筑、医疗建筑等公共服务建筑甚至居住建筑等都设置了集中制冷和采暖的中央空调系统。随着空调快速的普及，空调系统作为耗能大户的地位日益突出。众所周知，中央空调冷水机组在运行时排出大量的冷凝热，冷凝热通常通过冷却塔或风冷冷凝器排放到大气中。在空调工况下运行时，冷凝热可达制冷量的1.18～1.3倍。大量的余热直接排入大气，白白散失掉，造成巨大的能源浪费，而这些热量的散发又使周围环境温度升高，造成环境热污染。若能将空调冷凝热予以回收利用，不仅能够节约大量一次能源，而且还能保护环境。
如今，随着生活水平的提高，高质量饮用水供应成为现代人生活环境中不可缺少的环节。目前，国内的自来水水质还达不到饮水水质要求，因此多数公共建筑如酒店、宾馆、办公建筑、医疗建筑都采用终端纯净水装置对水进行深度净化，而这些纯净水生产过程需要消耗大量的一次能源，同时材料更换频繁且维修费用高，若不经常更换清洗，还容易滋生细菌，影响水质。
实用新型内容
本实用新型的主要目的在于提供一种基于空调余热驱动的低温多效蒸馏器纯净水制取装置，以回收空调冷凝热制备饮用纯净水，节约能源，保护环境。
为了达到上述目的，本实用新型提出一种纯净水制取装置，包括：水热交换器、储热水箱、立式顺流多效蒸馏器、淡水箱及加热器，其中：
所述水热交换器分别与所述储热水箱及外部的空调制冷机组连接，分别与来自所述空调制冷机组排出的高温高压制冷剂蒸气和来自所述储热水箱的循环水及自来水补水相连通，进行热交换；
所述储热水箱还与所述多效蒸馏器连接，储热水箱中出来的热水进入所述多效蒸馏器进行热交换后返回至储热水箱；
加热器连接在储热水箱与多效蒸馏器之间；淡水箱与多效蒸馏器相连接，来自进水管的自来水经所述加热器与流回储热水箱的热水换热后，进入多效蒸馏器进行多效蒸馏冷凝后转化的淡水进入淡水箱。
优选地，所述空调制冷机组包括：依次连接的膨胀阀、蒸发器、压缩机及水冷冷凝器，其中：
所述水热交换器连接在所述压缩机与水冷冷凝器之间；所述压缩机排出的高温高压制冷剂蒸气进入水热交换器进行热交换后，进入水冷冷凝器。
优选地，所述空调制冷机组还包括冷凝器旁通管，并联在所述水冷冷凝器的两端，所述水热交换器的输出端与所述冷凝器旁通管的输入端连接。
优选地，所述储热水箱与多效蒸馏器之间连接有热循环泵，当储热水箱内的温度达到预定启动温度时，储热水箱顶部出来的热水经由热水循环泵进入多效蒸馏器进行多效蒸馏冷凝的淡水转化过程；储热水箱内温度降低后的热水返回至储热水箱并再次进入水热交换器内加热。
优选地，所述水热交换器旁设置有防止水热交换器内水温过高而发生汽化的交换器旁通管，与水冷冷凝器连接；当水热交换器内的水温达到预定值时，开通交换器旁通管，使制冷剂蒸汽绕行，进入水冷冷凝器。
优选地，所述储热水箱配有辅助热源，当空调制冷机组的冷凝热达不到多效蒸馏器所需的温度时，由所述辅助热源补充储热水箱中热水的能量。
优选地，所述多效蒸馏器至少包括：首效蒸馏器、二效蒸馏器及冷凝器；所述首效蒸馏器及二效蒸馏器均包括蒸馏室及位于所述蒸馏室内的换热管；所述加热器通过水管与所述首效蒸馏器的蒸馏室的顶部连通，来自进水管的自来水经过所述加热器加热后进入所述首效蒸馏器的蒸馏室；所述首效蒸馏器的蒸馏室的底部通过U形管与二效蒸馏器的蒸馏室的顶部连通；所述换热管输出端与所述加热器连接，输入端通过所述热循环泵与所述储热水箱连接，来自储热水箱的热水经过所述循环泵进入所述换热管，从所述首效蒸馏器的换热管的输出端流入所述加热器并返回至所述储热水箱；所述首效蒸馏器的蒸馏室的顶部通过蒸汽管道连接所述二效蒸馏器的换热管的输入端；所述二效蒸馏器的换热管的输出端连接所述冷凝器，所述冷凝器连接所述淡水箱。
优选地，所述多效蒸馏器还包括连接在所述二效蒸馏器与冷凝器之间的三效蒸馏器，所述二效蒸馏器的蒸馏室的底部通过U形管与三效蒸馏器的蒸馏室的顶部连通；所述二效蒸馏器的蒸馏室的顶部通过蒸汽管道连接所述三效蒸馏器的换热管的输入端，三效蒸馏器的换热管的输出端连接所述淡水箱；所述三效蒸馏器的蒸馏室的顶部与冷凝器连接。
优选地，所述三效蒸馏器的换热管的输出端与所述淡水箱之间连接有用于盛装凝结水的凝结水箱；该凝结水箱还与冷凝器连接。
优选地，所述多效蒸馏器还包括浓水箱，与所述三效蒸馏器的蒸馏室的底部连通。
优选地，所述多效蒸馏器和冷凝器内的换热管均为水平布置，自来水自上而下顺效流过各效蒸馏器。
本实用新型提出的一种纯净水制取装置，将空调余热与低温多效蒸馏技术相结合，一方面可以在空调运转时利用其余热生产饮用纯净水，满足办公及公共等建筑的日常饮用水要求，有效降低饮用水能耗，节约饮水成本；另一方面可以减少向大气中排放的废热，减轻热污染，改善生态环境；此外，本装置还具有使用寿命长，易于进行自动化管理，日常维护简单且维护费用低，清洗简便等特点。
附图说明
图1是本实用新型纯净水制取装置较佳实施例的结构示意图。
为了使本实用新型的技术方案更加清楚、明了，下面将结合附图作进一步详述。
具体实施方式
本实用新型实施解决方案主要是：利用中央空调冷凝器产生的低品位热能存储在储热水箱中，通过热水循环泵为立式顺流多效蒸馏器提供热量产生饮用纯净水；空调余热回收是在原中央空调运行系统中增加了回收冷凝热的水热交换器。
如图1所示，本实用新型较佳实施例提出一种纯净水制取装置，图中实线箭头所指方向为水流动方向，虚线箭头所指方向为空调（本实施例以中央空调为例）制冷工质流动方向或蒸汽流动方向（多效蒸馏器右侧虚线方向），该装置包括：水热交换器5、储热水箱7、立式顺流多效蒸馏器B、淡水箱20及加热器9，其中：
所述水热交换器5分别与所述储热水箱7及外部的空调制冷机组A连接，分别与来自所述空调制冷机组A排出的高温高压制冷剂蒸气和来自所述储热水箱7的循环水及自来水补水相连通，进行热交换。
本实施例中，空调制冷机组A包括：依次连接的膨胀阀1、蒸发器2、压缩机3及水冷冷凝器4，水冷冷凝器4的两端还并联有冷凝器旁通管，其中：所述水热交换器5连接在所述压缩机3与水冷冷凝器4之间，水热交换器5的输出端与所述冷凝器旁通管的输入端连接。
在空调系统运行时，由压缩机3排出的高温高压制冷剂先通过水热交换器5后，再进入水冷冷凝器4，在初始阶段，水热交换器5的加热能力大，此时可以越过水冷冷凝器4经冷凝器旁通管进入膨胀阀1。随着水热交换器5内热水温度的升高，其换热能力下降，此时再打开水冷冷凝器4，使其与水热交换器5共同承担冷凝负荷。通过膨胀阀1节流降压的制冷剂经蒸发器2后再回到压缩机3，完成一个系统循环。
本实施例储热水箱7通过热循环泵8与所述多效蒸馏器B连接，由储热水箱7中出来的热水经由热水循环泵进入所述多效蒸馏器B，进行热交换后返回至储热水箱7。具体过程为：
当储热水箱7内水的温度未达到预定启动温度（比如55℃）时，从储热水箱7底部出来的循环水，将由热循环泵8加压从水热交换器5下部进入获取热能升温，经加热后从水热交换器5的上部流出，再回到储热水箱7中。为防止水热交换器5内水温过高而发生汽化，在水热交换器5旁设置了旁通管。当水温达到90℃时，打开旁通阀，使制冷剂蒸汽绕行，进入水冷冷凝器4；当储热水箱7内的温度达到预定启动温度时，储热水箱7顶部出来的热水经由热水循环泵进入立式顺流多效蒸馏器B进行多效蒸馏冷凝的淡水转化过程，温度降低后的热水返回至储热水箱7并再次进入水热交换器5内加热。
储热水箱7配有辅助热源，当冷凝热达不到多效蒸馏器B所需的温度，由辅助热源补充储热水箱7中热水的能量。
上述加热器9连接在储热水箱7与多效蒸馏器B之间；淡水箱20与多效蒸馏器B相连接，来自进水管的自来水由进水泵17进入，经冷凝器15及所述加热器9加热后，进入多效蒸馏器B进行多效蒸馏冷凝后转化的淡水进入淡水箱20，由淡水箱20出来的纯净水通过饮水管道送往各个饮用水点。
上述立式顺流多效蒸馏器B，其至少包括：首效蒸馏器10、二效蒸馏器11及冷凝器15，其中，蒸馏器可以为多级，本实施例以三级蒸馏器为例进行说明，该蒸馏器具体包括：首效蒸馏器10、二效蒸馏器11、三效蒸馏器12、浓水箱13、凝结水箱14及冷凝器15。
所述首效蒸馏器10、二效蒸馏器11、三效蒸馏器12均包括蒸馏室及位于所述蒸馏室内的换热管；所述加热器9通过水管与所述首效蒸馏器10的蒸馏室的顶部连通，来自进水管的自来水经过所述加热器9加热后进入所述首效蒸馏器10的蒸馏室；所述首效蒸馏器10的蒸馏室的底部通过U形管与二效蒸馏器11的蒸馏室的顶部连通；首效蒸馏器10的换热管输出端与所述加热器9连接，输入端通过所述热循环泵8与所述储热水箱7连接，来自储热水箱7的热水经过所述循环泵进入所述换热管，从所述首效蒸馏器10的换热管的输出端流入所述加热器9并返回至所述储热水箱7；所述首效蒸馏器10的蒸馏室的顶部通过蒸汽管道连接所述二效蒸馏器11的换热管的输入端；所述二效蒸馏器11的换热管的输出端连接用于盛装凝结水的凝结水箱14，凝结水箱14连接淡水箱20。
所述二效蒸馏器11的蒸馏室的底部通过U形管与三效蒸馏器12的蒸馏室的顶部连通；所述二效蒸馏器11的蒸馏室的顶部通过蒸汽管道连接所述三效蒸馏器12的换热管的输入端，三效蒸馏器12的换热管的输出端通过凝结水箱14连接所述淡水箱20；所述三效蒸馏器12的蒸馏室的顶部与冷凝器15连接，冷凝器15通过凝结水箱14连接所述淡水箱20。
所述三效蒸馏器12的换热管的输出端通过凝结水箱14连接所述淡水箱20；所述三效蒸馏器12的蒸馏室的底部连接浓水箱13。
本实施例中的多效蒸馏器B和冷凝器15内的换热管均为水平布置，自来水自上而下顺效流过各效蒸馏器。
本实施例中立式顺流多效蒸馏器B的工作原理为：
多效蒸馏器B内的自来水和凝结水在重力和压差的作用下自上而下流动，各效蒸馏器的换热管均采用水平管外降膜换热方式，储热水箱7内的热水先进入首效蒸馏器10，放出热量后进入加热器9加热来自进水泵17打入的自来水，温度降低后的热水返回至储热水箱7；首效蒸馏器10产生的蒸汽作为二效蒸馏器11热源，在二效蒸馏器11的换热管内凝结成水放出热量，换热管外自来水获得热量后部分汽化，蒸汽作为三效蒸馏器12热源并在三效蒸馏器12换热管内凝结成水放出热量，三效蒸馏器12换热管外自来水部分汽化，蒸汽进入冷凝器15内，在换热管外凝结成水，放出的热量被来自进水泵17泵入的冷却自来水带走。
冷凝器15中未被凝结的气体通过真空泵16抽出；出冷凝器15的冷却水分流部分作为淡化用自来水，经加热器9加热后进入首效蒸馏器10，出首效蒸馏器10未被汽化的自来水经U形管进入二效蒸馏器11后部分自来水闪蒸成蒸汽作为三效蒸馏器12热源；出二效蒸馏器11未被汽化的自来水经U形管进入三效蒸馏器12后部分自来水闪蒸成蒸汽；出三效蒸馏器12未被汽化的自来水最后进入浓水箱13由浓水泵18排出；出二效蒸馏器11及三效蒸馏器12的凝结水经U形管进入凝结水箱14，部分凝结水闪蒸成蒸汽，与出三效蒸馏器12全部蒸汽一起进入冷凝器15，凝结水从冷凝器15流入凝结水箱14并通过淡水泵19输送至淡水箱20。
以下详细说明本实例的工作原理：
夏天中央空调制冷机组A运行时，通过压缩机3排出的高温高压制冷剂蒸气在水热交换器5中加热流过水热交换器5的循环水，被加热的循环水进入储热水箱7。当储热水箱7内热水温度未达到本系统的启动温度时，热水流经循环水泵6进入水热交换器5中被再次加热；当储热水箱7内温度达到本系统的启动温度时，热水循环泵8开启，使热水流经首效蒸馏器10换热管，热水放出热量给管外降膜蒸发的自来水，使部分自来水汽化，降温后的热水流出首效蒸馏器10后流经加热器9加热来自冷凝器15的部分冷却水进水，温度进一步降低后的热水返回至储热水箱7。
经加热器加热后的自来水在压差的作用下进入首效蒸馏器10内获得热量部分汽化，未汽化的自来水经U形管进入二效蒸馏器11，部分自来水闪蒸成蒸汽；首效蒸馏器10产生的蒸汽作为二效蒸馏器11的热源，在换热管内凝结放热，使喷淋在换热管外的自来水获得热量部分蒸发；二效蒸馏器11内的自来水闪蒸和蒸发产生的蒸汽一并作为热源进入三效蒸馏器12，在换热管内凝结放热，使喷淋在换热管外的自来水获得热量部分蒸发；二效蒸馏器11内未汽化的自来水经U形管流入三效蒸馏器12，部分自来水闪蒸成蒸汽；三效蒸馏器12内未汽化的自来水流入浓水箱13，被浓水泵18抽出并排放；二效蒸馏器11及三效蒸馏器12的凝结水经各自U形管最后进入凝结水箱14，部分凝结水闪蒸成蒸汽，与三效蒸馏器12内的自来水闪蒸和蒸发产生的蒸汽一并流入冷凝器15被凝结成水，放出热量被来自进水泵17泵入的冷却自来水带走，凝结水从冷凝器15流入凝结水箱14并通过淡水泵19输送至淡水箱20；出冷凝器15的冷却水分流小部分作为淡化用自来水流入加热器9，大部分冷却水则用作中央空调制冷机组A中水冷冷凝器4冷却水补水（如图1中所示的冷却水流向箭头21所示）或返回至自来水管道；冷凝器15中未被凝结的气体通过真空泵16抽出。
本实用新型的最大特点是通过利用低品位热量将低水质的水（如自来水）精制成高质量的纯净水，低温多效蒸馏能有效利用回收的低品位空调余热（60~75℃），在多级减压蒸馏器中通过热量传递将待处理的水在较低的温度下进行多级蒸发，蒸发出的水蒸气凝结后即得到蒸馏水，热量回收率远远高于传统的蒸馏技术。
本实用新型采用的多效蒸馏技术能有效去除水中所含的有害物质，保证水质的纯净。同时，该技术得到的产水可溶性固体含量低于5mg/L，水质与市面上销售的饮用纯净水相当甚至更优。
本实用新型采用中央空调余热与低温多效蒸馏技术相结合的纯净水制备系统，一方面可以在中央空调运转时利用其余热生产饮用纯净水，满足办公及公共等建筑的日常饮用水要求，有效降低饮用水能耗，节约饮水成本；另一方面可以减少向大气中排放的废热，减轻热污染，改善生态环境。
此外，利用回收空调余热生产的纯净水作为居民饮用水或商品化的纯净水，其价值远远高于余热回收成本。尤其是与传统空调余热加热生活用水比较，该装置的节能效果以及经济效益优势都显而易见。对于一些已经采用空调冷凝热制备生活热水的宾馆、酒店等建筑，在原有系统中加入低温多效蒸馏饮用纯净水机，即可同时实现饮用纯净水生产及生活用热水供应。
此外，本装置还具有使用寿命长（≥15年），易于进行自动化管理，日常维护简单且维护费用低（无需更换耗材），清洗简便、频率低（仅一年一次）等特点。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种纯净水制取装置，其特征在于，包括：水热交换器、储热水箱、立式顺流多效蒸馏器、淡水箱及加热器，其中：
所述水热交换器分别与所述储热水箱及外部的空调制冷机组连接，分别与来自所述空调制冷机组排出的高温高压制冷剂蒸气和来自所述储热水箱的循环水及自来水补水相连通，进行热交换；
所述储热水箱还与所述多效蒸馏器连接，储热水箱中出来的热水进入所述多效蒸馏器进行热交换后返回至储热水箱；
加热器连接在储热水箱与多效蒸馏器之间；淡水箱与多效蒸馏器相连接，来自进水管的自来水经所述加热器与流回储热水箱的热水换热后，进入多效蒸馏器进行多效蒸馏冷凝后转化的淡水进入淡水箱。
2.根据权利要求1所述的纯净水制取装置，其特征在于，所述空调制冷机组包括：依次连接的膨胀阀、蒸发器、压缩机及水冷冷凝器，其中：
所述水热交换器连接在所述压缩机与水冷冷凝器之间；所述压缩机排出的高温高压制冷剂蒸气进入水热交换器进行热交换后，进入水冷冷凝器。
3.根据权利要求2所述的纯净水制取装置，其特征在于，所述空调制冷机组还包括冷凝器旁通管，并联在所述水冷冷凝器的两端，所述水热交换器的输出端与所述冷凝器旁通管的输入端连接。
4.根据权利要求2所述的纯净水制取装置，其特征在于，所述储热水箱与多效蒸馏器之间连接有热循环泵，当储热水箱内的温度达到预定启动温度时，储热水箱顶部出来的热水经由热水循环泵进入多效蒸馏器进行多效蒸馏冷凝的淡水转化过程；储热水箱内温度降低后的热水返回至储热水箱并再次进入水热交换器内加热。
5.根据权利要求2所述的纯净水制取装置，其特征在于，所述储热水箱配有辅助热源，当空调制冷机组的冷凝热达不到多效蒸馏器所需的温度时，由所述辅助热源补充储热水箱中热水的能量；所述水热交换器旁设置有防止水热交换器内水温过高而发生汽化的交换器旁通管，与水冷冷凝器连接；当水热交换器内的水温达到预定值时，开通交换器旁通管，使制冷剂蒸汽绕行，进入水冷冷凝器。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的纯净水制取装置，其特征在于，所述多效蒸馏器至少包括：首效蒸馏器、二效蒸馏器及冷凝器；所述首效蒸馏器及二效蒸馏器均包括蒸馏室及位于所述蒸馏室内的换热管；所述加热器通过水管与所述首效蒸馏器的蒸馏室的顶部连通，来自进水管的自来水经过所述加热器加热后进入所述首效蒸馏器的蒸馏室；所述首效蒸馏器的蒸馏室的底部通过U形管与二效蒸馏器的蒸馏室的顶部连通；所述换热管输出端与所述加热器连接，输入端通过所述热循环泵与所述储热水箱连接，来自储热水箱的热水经过所述循环泵进入所述换热管，从所述首效蒸馏器的换热管的输出端流入所述加热器并返回至所述储热水箱；所述首效蒸馏器的蒸馏室的顶部通过蒸汽管道连接所述二效蒸馏器的换热管的输入端；所述二效蒸馏器的换热管的输出端连接所述冷凝器，所述冷凝器连接所述淡水箱。
7.根据权利要求6所述的纯净水制取装置，其特征在于，所述多效蒸馏器还包括连接在所述二效蒸馏器与冷凝器之间的三效蒸馏器，所述二效蒸馏器的蒸馏室的底部通过U形管与三效蒸馏器的蒸馏室的顶部连通；所述二效蒸馏器的蒸馏室的顶部通过蒸汽管道连接所述三效蒸馏器的换热管的输入端，三效蒸馏器的换热管的输出端连接所述淡水箱；所述三效蒸馏器的蒸馏室的顶部与冷凝器连接。
8.根据权利要求7所述的纯净水制取装置，其特征在于，所述三效蒸馏器的换热管的输出端与所述淡水箱之间连接有用于盛装凝结水的凝结水箱；该凝结水箱还与冷凝器连接。
9.根据权利要求7所述的纯净水制取装置，其特征在于，所述多效蒸馏器还包括浓水箱，与所述三效蒸馏器的蒸馏室的底部连通。
10.根据权利要求7所述的纯净水制取装置，其特征在于，所述多效蒸馏器和冷凝器内的换热管均为水平布置，自来水自上而下顺效流过各效蒸馏器。
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