CN205575736U

CN205575736U - 一种太阳能风能净水装置

Info

Publication number: CN205575736U
Application number: CN201620419185.4U
Authority: CN
Inventors: 杨竣智; 邹志革; 雷鑑铭; 韩硕
Original assignee: PORTH GLOBAL (BEIJING) TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: PORTH GLOBAL (BEIJING) TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2016-05-10
Filing date: 2016-05-10
Publication date: 2016-09-14
Anticipated expiration: 2026-05-10

Abstract

本实用新型公开了一种太阳能风能净水装置，包括不锈钢管道、风车提水组件和太阳能净水组件，其中，风车提水组件用于在风的带动下将待处理的水输送到不锈钢管道中；太阳能净水组件包括太阳能电池板、蓄电池、振荡电路、线圈和导磁环；太阳能电池板与蓄电池相连；线圈缠绕在该导磁环上，并与振荡电路相连形成电流回路；振荡电路用于在该蓄电池输出的直流电压的作用向线圈输送振荡电流；导磁环套在不锈钢管道上，用于向该不锈钢管道内的待处理的水中引入交变电磁场。本实用新型有效利用环保能源，一方面既完成了对水体的净化，另一方面又实现了水体的循环，外界也无需为装置的运行额外提供能量，使用便捷，能源利用高。

Description

一种太阳能风能净水装置

技术领域

本实用新型属于水处理技术领域，更具体地，涉及一种太阳能风能净水装置，具有杀菌灭藻活水功能，该太阳能风能净水装置尤其适用于湖泊，是一种用于湖泊的太阳能风能净水装置。

背景技术

随着近些年污染加重，化肥的大量使用，许多流动缓慢的湖泊和池塘有机物大量分解，导致的淡水中富营养化后，藻类细菌大量滋生，“水华”现象频繁出现，面积逐年扩散，持续时间逐年延长。淡水中“水华”造成的最大危害是：饮用水源受到威胁，藻毒素通过食物链影响人类的健康，蓝藻“水华”的次生代谢产物MCRST能损害肝脏，具有促癌效应，直接威胁人类的健康和生存。此外，自来水厂的过滤装置被藻类“水华”填塞，漂浮在水面上的“水华”影响景观，并有难闻的臭味。当藻类大量生长时，这些藻类能释放出毒素—湖靛，对鱼类有毒杀作用。藻类大量死亡后，在腐败、被分解的过程中，也要消耗水中大量的溶解氧，使水体严重恶臭，细菌滋生。静止的水，由于水分子之间存在的范德瓦尔兹力，使得水分子抱团形成大的水分子团，降低水的活性。

目前我国对于水华现象的治理多采用人工打捞法、药物灭杀法、活水灭杀法等措施，这些方法要么费事费力，要么会造成二次污染。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型的目的在于提供一种太阳能风能净水装置，其中通过对其关键的能量提供方式、水体循环方式等进行改进，与现有技术相比能够有效解决水体净化不便的问题，该装置有效利用环保能源，风车提水组件将风能转化为水体的势能，太阳能净水组件则将太阳能转化为电磁能，各个组件相互支持，一方面既完成了对水体的净化，另一方面又实现了水体的循环，外界也无需为装置的运行额外提供能量，使用便捷，能源利用高，净水效果好。

为实现上述目的，按照本实用新型，提供了一种太阳能风能净水装置，其特征在于，包括不锈钢管道(3)、风车提水组件和太阳能净水组件，其中，

所述风车提水组件包括风车叶片，所述风车叶片用于在风的带动下将待处理的水输送到所述不锈钢管道(3)中；

所述太阳能净水组件包括太阳能电池板、蓄电池、振荡电路、线圈和导磁环；

所述太阳能电池板与所述蓄电池相连，该太阳能电池板用于将太阳能转化为电能，该蓄电池用于储存所述电能并输出直流电压；

所述线圈缠绕在该导磁环上，并与所述振荡电路相连形成电流回路；所述振荡电路与所述蓄电池相连，用于在该蓄电池输出的直流电压的作用下向所述线圈输送振荡电流；

所述导磁环套在所述不锈钢管道(3)上，用于向该不锈钢管道(3)内的所述待处理的水中引入交变电磁场，杀灭所述待处理的水中的细菌或藻类。

作为本实用新型的进一步优选，所述待处理的水取自湖泊，所述风车叶片用于在风的带动下将该湖泊中的水作为待处理的水输送到所述不锈钢管道(3)中。

作为本实用新型的进一步优选，所述不锈钢管道(3)中的所述待处理的水的重力势能大于所述湖泊中的水的重力势能；所述不锈钢管道(3)通入所述湖泊。

作为本实用新型的进一步优选，所述太阳能风能净水装置还包括蓄水池，该蓄水池与所述不锈钢管道(3)连接；所述待处理的水依次经过所述风车叶片和所述蓄水池被输送到所述不锈钢管道(3)中；该蓄水池内的所述待处理的水的重力势能大于所述不锈钢管道(3)中的所述待处理的水的重力势能。

作为本实用新型的进一步优选，所述导磁环为四边形环、五边形环、六边形环和圆形环中的任意一种。

作为本实用新型的进一步优选，所述振荡电流的频率为20Hz～180000Hz。

作为本实用新型的进一步优选，所述风车叶片的工作风速为1m/s～20m/s，该风车提水组件每小时输送的所述待处理的水不超过50m³。

作为本实用新型的进一步优选，所述太阳能风能净水装置还包括升压电路，所述蓄电池通过该升压电路与所述振荡电路相连，该升压电路用于提升该蓄电池输出的直流电压，并将提升后的直流电压传输至所述振荡电路，该振荡电路用于在所述提升后的直流电压的作用下向所述线圈输送振荡电流。

作为本实用新型的进一步优选，所述不锈钢管道(3)的口径为50mm、150mm、500mm、1000mm或1800mm，所述提升后的直流电压与所述不锈钢管道(3)的口径相关：

当所述不锈钢管道(3)的口径为50mm时，所述提升后的直流电压为12V；

当所述不锈钢管道(3)的口径为150mm时，所述提升后的直流电压为30V；

当所述不锈钢管道(3)的口径为500mm时，所述提升后的直流电压为45V；

当所述不锈钢管道(3)的口径为1000mm时，所述提升后的直流电压为60V

当所述不锈钢管道(3)的口径为1800mm时，所述提升后的直流电压为80V。

作为本实用新型的进一步优选，所述不锈钢管道(3)中所述待处理的水的流速不超过0.5m/s。

本实用新型采用风车叶片在风的作用下带动抽水设备上下周期性运动，不断地将湖水抽取到不锈钢管道中(或者将湖水先输送到蓄水池中，再从蓄水池中传送至不锈钢管道内，这样当外界环境无风时，该装置仍能正常工作)，不锈钢管道内的交变电磁场会净化该不锈钢管道内的水，该净化处理的水最终从不锈钢管道流回湖中(不锈钢管道内的水的重力势能大于湖泊水面位置处的湖水的重力势能)，形成循环回路。由于不锈钢管道内的交变电磁场是通过太阳能电池板提供能源，该太阳能风能净水装置整体无需额外提供能源，利用自然界的太阳能和风能即可以实现工作，能够大大减少水净化的能耗成本及维护成本，对于偏远地区或电力不稳定地区的湖泊水净化十分有利。

本实用新型中的太阳能电池板经太阳照射后，可以为蓄电池充电，并最终使振荡电路产生高频交流电信号。蓄电池可以采用常见的密封性铅电池，能够为系统提供固定的直流电压；本实用新型通过蓄电池提供整个装置运行所需的电能，无需额外供电。蓄电池的输出电压固定，该蓄电池直接提供的电压可能与振荡电路的额定电压大小存在差异，可以通过DC-DC、LDO等多种电源变换电路(如升压电路)实现电压变换后为净水系统提供多种不同电源电压；电源电压驱动振荡电路(即，信号产生电路)输出频率可调的交变电信号(如振荡电流)，频率调节范围在20Hz-180kHz，该交流电信号被加载到线圈上，并通过铁氧体环将能量耦合到水体中，水体中即产生相应的感应交变电磁场，可分解水体中的细菌或藻类杂质(如水华等)，实现净水功能。

本实用新型中，缠绕在在铁氧体上的排线(即线圈)可视为多匝的初级线圈，而管道和管道中的介质可等效为单匝的次级线圈，铁氧体环传递磁通，则可以将它们等效为变压器，当耦合线圈中通有交流电流时，铁氧体便产生交流磁通，使管道和其中的介质中感应出交变电场；管道壁以及管道内的水和各种粒子都可以导电，所以可以看作导体，故交变电压在管道内的水体和管道壁上感应出跟初级线圈中交变电流同频率、同走势的交变电场；简而言之就是振荡电路(即，信号转化电路)产生的交流电信号激励能量耦合环产生磁场，磁场作用于充满水体的管道，在管道壁和水体中形成电场。管道壁中的交变电流，继而在水中产生环状磁场。本实用新型产生交变电磁场的频率为20Hz～180000Hz，在导磁环(如铁氧体环)中左右延伸，能大大扩展交变电磁场对水体的杀菌灭藻作用。导磁环(尤其是铁氧体环)具备导磁率较高，磁导率越高，低频的阻抗越大，高频的阻抗越小，能够更好地将交变电磁场(尤其是高频交变电磁场)作用于水中；比起直接在容器(如管道)上缠绕线圈引入电磁场的方式，本实用新型通过采用含有导磁环的互感线圈，能有效降低电磁场的能量损失(相同条件下，磁场强度提高了3000倍)，高效的将电磁场传递到容器内的水中。

本实用新型通过将风车提水组件与太阳能净水组件相配合，尤其是通过直接作用于振荡电路的直流电压(该直流电压既可能是蓄电池直接输出的直流电压，也可能是升压电路输出的提升后的直流电压)与不锈钢管道口径的配合，既能保证太阳能、风能的能量利用率，又能保证不锈钢管道中水的净化效果。本实用新型中风车提水组件的工作风速可在1m/s～20m/s(即8级风力以下，为确保安全，该风车提水组件的强度需达到可抗12级风)，最大提水量(即该风车提水组件输送的待处理的水的量)不超过50m³/h，提水高度可设置为10m(即对应湖面与蓄水池或不锈钢管道入口之间的垂直距离)。不锈钢管道中水体的流速优选在0.5m/s以下(可以通过调整不锈钢管道的口径进行调控，水体需尽可能充满管道)，可以保证水体具有较长的净化时间(即流经不锈钢管道的时间)，并且能量利用率较高；另外，为了保证不锈钢管道中具有足够高强度的电磁场以实现良好的净水效果，直接作用于振荡电路的直流电压需达到一定大小；以口径为500mm的管道为例，蓄电池输出的直流电压(12V)可先经过升压电路转换为45V，45V直流电压为信号发生电路(即震荡电路)提供能量，功率为120W，产生的震荡波形频率为20Hz-180000Hz。本实用新型中的风车提水组件和太阳能净水组件两者功能上相互支持，确保太阳能风能净水装置的高效率的发挥作用；在风力过小或者过大的地区，可以根据风力大小选择合适口径的管道，以保证系统的净化效果和能量利用率；一般风力越大，管道口径越大。

本实用新型中，振荡电路所需要的工作电压(即直接作用于振荡电路的直流电压)也与管道的口径相关，管道口径越大，需感应电磁场覆盖的面积越大，并且该感应电磁场往往还需达到一定强度，以确保杀菌灭藻的净水效果；本实用新型通过将直接作用于振荡电路的直流电压与不锈钢管道的口径进行对应，使感应出的电磁场分布与不锈钢管道形状相匹配。以不锈钢管道内的水的流速不超过0.5m/s为例，本实用新型装置可使用的几组标准的管道口径及其对应的作用于振荡电路的最小直流电压值，如下所示：(1)口径50mm，电压12V；(2)口径150mm，电压30V；(3)口径500mm，电压45V；(4)口径1000mm，电压60V，(5)口径1800mm，电压80V；其中口径为150mm的管道与优选的提水量50m³/s相匹配。

综上，本实用新型中的太阳能风能净水装置能够综合能量利用效率与净化效果，实现水净化的循环操作，尤其是将风车叶片的工作风速与直接作用于振荡电路的直流电压、不锈钢管道的口径、不锈钢管道内的水流速等参数进行配合设计，具有良好的净水效果。

附图说明

图1是本实用新型提供的风能太阳能净水系统流程示意图；

图2是本实用新型提供的太阳能风能净水系统中太阳能净水装置结构示意图；

图3、图4均为本实用新型提供的风能太阳能净水系统中电磁场分布简图。

图中各附图标记的含义如下：1为耦合线圈；2铁氧体环；3为不锈钢管道；4为感应电流示意；5为感应电流的感应磁场示意；6为管道外部磁场示意；7为管道内部磁场示意。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例1

如图1、图2所示，本实用新型中的太阳能风能净水装置包括不锈钢管道3、风车提水组件和太阳能净水组件，其中，

风车提水组件包括风车叶片，风车叶片用于在风的带动下将待处理的水输送到不锈钢管道3中；

太阳能净水组件包括太阳能电池板、蓄电池、升压电路(该部件可选)、振荡电路、线圈和导磁环；

太阳能电池板与蓄电池相连，该太阳能电池板用于将太阳能转化为电能，该蓄电池用于储存电能，并输出直流电压；

升压电路可将蓄电池输出的直流电压转变为多种规格的直流电压，可以满足不同口径的管道；

线圈缠绕在该导磁环上(缠绕匝数为26圈)，并与振荡电路相连形成电流回路；振荡电路与蓄电池相连，用于在该蓄电池储存的电能作用下向线圈输送振荡电流；

导磁环套在不锈钢管道3上，用于向该不锈钢管道3内的待处理的水中引入交变电磁场，杀灭待处理的水中的细菌或藻类。

本实施例1中的净水活水的系统，包括风车提水和太阳能电磁净水两部分，风车提水装置利用风能将湖中的水抽取到蓄水池中。风车叶片在风的作用下带动抽水设备上下周期性运动，不断地将湖水抽取到蓄水池中，蓄水池的水经过不锈钢管道流经太阳能电磁净水装置最终流回湖中，形成循环回路。其流程如图1所示。

蓄水池中的水先经过过滤后利用落差，通过不锈钢管道流经太阳能电磁净水装置。如图2所示，太阳能电磁净水装置，包含太阳能电池板、蓄电池、电压变换模块(即升压电路，该部件为可选部件)、信号发生模块(即振荡电路)、耦合线圈、铁氧体环等。太阳能电池板经太阳照射后，为蓄电池充电。蓄电池采用常见的密封性铅电池。此类电池能够为系统提供固定的直流电压。蓄电池提供系统所需的电能，系统不再需要额外供电。

蓄电池内的电能经信号产生电路转化为交流信号，通过耦合线圈和导磁环将电磁场传递到水体中。蓄电池输出电压固定，但振荡电路可以选择多种不同电源电压，可以通过DC-DC、LDO等多种电源变换电路实现电压变换后为净水系统电路供电。经变换后的直流电压驱动信号产生电路输出频率可调的交变电信号。

类似于变压器工作原理，线圈1相当于变压器的初级线圈，铁氧体环2相当于于变压器中的铁芯，不锈钢管道3相当于次级线圈。交流电信号加载到线圈上，会在铁氧体环上产生交流磁通，铁氧体环环绕在管道上，变化的磁通会在不锈钢管道及管道中的水体中上产生交变电场。如图3所示，由于金属管道的趋肤效应电流会聚集在管道外壁形成一束束电流，可以近似看成一束束通有同向电流的导线紧密聚集在管道外壁。

不考虑电流束之间相互影响，管道的磁场应该如图3所示，管道上带小叉号的小圆圈4表示某一时刻导线中电流的流动方向，通过“右手法则”可以判断此时导线周围磁场应该为虚线圆圈5。然而由于电流束外部磁场之间的相互影响，使得电流束间的磁场发生扭曲，最终使得管道外部的磁力线6沿顺时针方向，管道内的磁场7沿逆时针方向，如图4所示。

另外，铁氧体环还可以是其它四边形、五边形或圆形，各条边可以采用塑料连接件(如螺杆)连接，只要铁氧体环形成一个团合的环形缠绕管道即可，线圈1既可以缠绕铁氧体环的一部分，也可以缠绕铁氧体环整体。

细菌或藻类依靠细胞膜和外界进行水、离子和小分子物质的交换，一般情况下膜内外溶液成分稳定，细菌和藻类能正常生长。然而，水体在交变电场与磁场作用下，其极性水分子的电子被激发至高能位状态，引起分子电位下降；同时水的物理性能发生变化(电导率﹑溶解氧﹑粘滞力﹑表面张力等)，从而破坏了微生物细胞膜上的离子通道，改变了调节细胞功能的内控电流及微生物体内的生理代谢，如基因表达程序﹑酶活性等，导致微生物死亡，从而达到杀菌灭藻的功能。含菌和藻类的液体经过强电磁场，致使变化电流通过液体，在导电通路上的细胞被高速运动的电子冲击致死，达到灭菌的目的。同时，水中微生物细胞受到外加交变电场作用时，会形成一个跨膜电位，当跨膜电位高于某个值时，会使细胞膜出现穿透现象，导致微生物死亡。其次，在水处理过程中，会产生较多经激发活化的具有强氧化能力的超氧负离子(O₂-)﹑羟基自由基(.OH)﹑氯离子(Cl-)等，这些活性自由基团与离子均可对微生物机体膜脂产生一系列氧化破坏作用，导致微生物死亡，并对水中残余的细菌﹑藻类有继续杀灭能力。

水是一种化合物，由氢元素和氧元素以二比一的比例化合而成，分子式是H₂O。但水分子不是单独存在的，水分子和水分子之间依靠氢键的相互吸引，以抱团的形式存在。经该装置传递的电磁场使水体中水分子间氢键发生断裂，导致较大分子团块裂变为较小的水分子团块。小的水分子团块较之大水分团块具有更强的渗透力、更高的溶解力和扩散力，以及更强的极性与活性。

综上，本实用新型通过风力带动提水组件，将自然水体中的水提升至一定高度，与原水体分离并产生落差；利用落差，让分离水体通过不锈钢管道，从而返回到自然水体中。在不锈钢管道外侧安装太阳能电磁净水组件，从而实现对分离部分水体的杀菌、灭藻和净化。分离的水体中带有施加的电磁能，在返回自然水体后，依然具有一定的杀菌、灭藻和净水功能。本实用新型利用非电接触的方式，将巨大的电磁能作用于水体，实现对水的净化。

另外，太阳能电磁净水组件安装在分离水体靠近下游返回自然水体的部分，在其上游还可以安装过滤组件和反冲水组件，便于除去水体中的杂物，以及藻类尸体。

本实用新型中的太阳能风能净水装置还可用于流速缓慢的河流，经净化处理后的水体同样返回河流内，实现水体的循环。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种太阳能风能净水装置，其特征在于，包括不锈钢管道(3)、风车提水组件和太阳能净水组件，其中，

2.如权利要求1所述太阳能风能净水装置，其特征在于，所述待处理的水取自湖泊，所述风车叶片用于在风的带动下将该湖泊中的水作为待处理的水输送到所述不锈钢管道(3)中。

3.如权利要求2所述太阳能风能净水装置，其特征在于，所述不锈钢管道(3)中的所述待处理的水的重力势能大于所述湖泊中的水的重力势能；所述不锈钢管道(3)通入所述湖泊。

4.如权利要求1所述太阳能风能净水装置，其特征在于，所述太阳能风能净水装置还包括蓄水池，该蓄水池与所述不锈钢管道(3)连接；所述待处理的水依次经过所述风车叶片和所述蓄水池被输送到所述不锈钢管道(3)中；该蓄水池内的所述待处理的水的重力势能大于所述不锈钢管道(3)中的所述待处理的水的重力势能。

5.如权利要求1所述太阳能风能净水装置，其特征在于，所述导磁环为四边形环、五边形环、六边形环和圆形环中的任意一种。

6.如权利要求1所述太阳能风能净水装置，其特征在于，所述振荡电流的频率为20Hz～180000Hz。

7.如权利要求1所述太阳能风能净水装置，其特征在于，所述风车叶片的工作风速为1m/s～20m/s，该风车提水组件每小时输送的所述待处理的水不超过50m³。

8.如权利要求1所述太阳能风能净水装置，其特征在于，所述太阳能风能净水装置还包括升压电路，所述蓄电池通过该升压电路与所述振荡电路相连，该升压电路用于提升该蓄电池输出的直流电压，并将提升后的直流电压传输至所述振荡电路，该振荡电路用于在所述提升后的直流电压的作用下向所述线圈输送振荡电流。

9.如权利要求8所述太阳能风能净水装置，其特征在于，所述不锈钢管道(3)的口径为50mm、150mm、500mm、1000mm或1800mm，所述提升后的直流电压与所述不锈钢管道(3)的口径相关：

10.如权利要求1所述太阳能风能净水装置，其特征在于，所述不锈钢管道(3)中所述待处理的水的流速不超过0.5m/s。