CN221051621U - 基于膜蒸馏及太阳能电热双利用的净水装置 - Google Patents

Abstract

基于膜蒸馏及太阳能电热双利用的净水装置，包括单向水路组件、蒸馏膜、板式换热器、太阳能供热组件和太阳能供电组件；单向水路组件包括污水箱、中温箱、加热箱、除杂室、冷凝室和净水箱；蒸馏膜安装在除杂室的内腔上端；太阳能供热组件包括聚光透镜、导热板和导热条；导热板接收聚光透镜汇聚的光线；导热条固定连接在导热板下端面上并位于加热箱内腔中；太阳能供电组件包括太阳能板光伏板、光伏管理单元和蓄电池。本实用新型结合了膜蒸馏技术和太阳能电热结构，通过太阳能供电组件为各需电部件的运行提供电力支持，通过太阳能供热组件将污水加热至蒸发，实现污水的淡化处理，通过蒸馏膜截留蒸汽中的杂质，实现污水的净化处理。

Description

基于膜蒸馏及太阳能电热双利用的净水装置

技术领域

本实用新型涉及污水净化技术领域，特别是一种基于膜蒸馏及太阳能电热双利用的净水装置。

背景技术

海水占地球水资源总量的97%以上，若能在较低的成本下，对海水进行淡化及净化处理，将极大的缓解淡水资源的使用紧张。然而，现有的海水淡化技术普遍存在能耗高，成本高的问题，这在一定程度上限制了海水淡化技术的推广应用。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，而提供一种基于膜蒸馏及太阳能电热双利用的净水装置，它实现了在较低成本下，对海水进行淡化及净化处理，有利于缓解淡水资源的使用紧张。

本实用新型的技术方案是：基于膜蒸馏及太阳能电热双利用的净水装置，包括机架、单向水路组件、蒸馏膜、板式换热器、太阳能供热组件和太阳能供电组件；

机架为安装支持部件，用于提供各部件安装连接位置；

单向水路组件固定安装在机架上，单向水路组件包括从前之后依次连通的污水箱、中温箱、加热箱、除杂室、冷凝室和净水箱；污水箱与中温箱之间的设有水泵A，水泵A进水端与污水箱连通，水泵A出水端与中温箱连通，中温箱与加热箱之间设有水泵B，水泵B进水端与中温箱连通，水泵B出水端与加热箱连通，除杂室内腔下端设有导流风扇A，冷凝室内腔下端设有导流风扇B；

蒸馏膜包括膜夹和固定安装在膜夹上的膜片，蒸馏膜可拆卸安装在除杂室的内腔上端并将除杂室的内腔上下隔断；蒸馏膜的上下两端仅通过设膜片上的膜孔连通；

板式换热器包括多片间隔布置的板片和反复弯折穿绕于各板片间的换热管，换热管的两端均伸出在所有板片外部而形成进水端和出水端，板式换热器固定安装在冷凝室内腔上端并将冷凝室的内腔上下隔断，板式换热器的上下两端仅通过相邻板片之间的间隙连通；板式换热器的换热管设置在污水箱与水泵A进水端之间，板式换热器的进水端通过管道与污水箱连通，板式换热器的出水端通过管道与水泵A的进水端连通；

太阳能供热组件包括聚光透镜、支架、电机、导热板和导热条；支架上端与聚光透镜固定连接，支架下端通过铰接轴转动连接在机架上；电机固定安装在机架上，电机的机轴通过联轴器与铰接轴连接，以驱动支架绕其铰接点做竖直平面内的转动，进而使聚光透镜改变朝向；导热板直接或间接固定安装在机架上，并位于聚光透镜下端，其通过上端面接收聚光透镜汇聚的光线；导热条固定连接在导热板的下端面上，并位于加热箱的内腔中；

太阳能供电组件包括太阳能板光伏板、光伏管理单元和蓄电池；太阳能光伏板安装在机架上，其用于将光能转化为电能，光伏管理单元分别与太阳能光伏板和蓄电池电连接，用于将太阳能光伏板转化的电能存储进入蓄电池中；蓄电池固定安装在机架上，并与各需电部件电连接，为各需电部件的运行提供电力支持。

本实用新型进一步的技术方案是：水泵A的进水端与板式换热器的出水端之间的管路上设有单向电磁阀。

本实用新型进一步的技术方案是：导热板为平板状的铜板，导热条为反复弯折的铜条，铜条的两端均固定连接在导热板的下端面上。

本实用新型进一步的技术方案是：在蒸馏膜中，膜片为疏水性聚四氟乙烯微孔膜，膜夹整体呈矩形框状，膜夹由上部框体和下部框体采用可拆卸连接方式拼装而成，膜片被夹持在膜夹的上部框体和下部框体之间。

本实用新型进一步的技术方案是：聚光透镜为菲涅尔镜，当支架转动至垂直于水平面时，聚光透镜呈水平状态。

本实用新型进一步的技术方案是：加热箱与除杂室之间的管道外部包覆有保温棉。

本实用新型进一步的技术方案是：加热箱的箱壁中埋设有电热丝，加热箱的内腔中从上至下依次设有水位传感器和水温传感器。

本实用新型进一步的技术方案是：冷凝室下端的内壁呈上大下小的漏斗形。

本实用新型与现有技术相比具有如下优点：

1.其结合了膜蒸馏技术和太阳能电热结构，通过太阳能供电组件为各需电部件的运行提供电力支持，通过太阳能供热组件将污水加热至蒸发，实现污水的淡化处理，通过蒸馏膜截留蒸汽中的杂质、残留盐分及放射性核素，实现污水(甚至是核污水)的净化处理。其相比现有的海水淡化技术，在有效降低了对传统能源依赖的同时，获得了更为洁净的淡水。

2.太阳能电热结构的利用，有助于减少净水装置对传统能源的依赖，减少了碳排放，提高了净水装置的可持续性。

以下结合图和实施例对本实用新型作进一步描述。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意简图；

图2为本实用新型在第一种视角下的结构示意图；

图3为本实用新型在第二种视角下的结构示意图；

图4为导热板与导热条的连接关系示意图。

特别说明：图2中的除杂室仅示出顶板，冷凝室完全未示出，图3中的除杂室未示出一面侧壁，冷凝室完全未示出。

图例说明：机架1；污水箱21；中温箱22；加热箱23；除杂室24；冷凝室25；净水箱26；蒸馏膜3；板式换热器4；进水端41；出水端42；聚光透镜51；支架52；电机53；导热板54；导热条55；太阳能板光伏板61；光伏管理单元62；蓄电池63；泵A100；水泵B200；导流风扇A300；导流风扇B400；单向电磁阀500；水位传感器600；水温传感器700。

具体实施方式

实施例

如图1-4所示，基于膜蒸馏及太阳能电热双利用的净水装置，包括机架1、单向水路组件、蒸馏膜3、板式换热器4、太阳能供热组件和太阳能供电组件。

机架1为安装支持部件，用于提供各部件安装连接位置。

单向水路组件固定安装在机架1上，单向水路组件包括从前之后依次连通的污水箱21、中温箱22、加热箱23、除杂室24、冷凝室25和净水箱26。污水箱21与中温箱22之间的设有水泵A100，水泵A100进水端与污水箱21连通，水泵A100出水端与中温箱22连通，中温箱22与加热箱23之间设有水泵B200，水泵B200进水端与中温箱22连通，水泵B200出水端与加热箱23连通，除杂室24内腔下端设有导流风扇A300，冷凝室25内腔下端设有导流风扇B400。

蒸馏膜3包括膜夹和固定安装在膜夹上的膜片，蒸馏膜3可拆卸安装在除杂室24的内腔上端并将除杂室24的内腔上下隔断。蒸馏膜3的上下两端仅通过设膜片上的膜孔连通。

板式换热器4包括多片间隔布置的板片和反复弯折穿绕于各板片间的换热管，换热管的两端均伸出在所有板片外部而形成进水端41和出水端42，板式换热器4固定安装在冷凝室25内腔上端并将冷凝室25的内腔上下隔断，板式换热器4的上下两端仅通过相邻板片之间的间隙连通。板式换热器4的换热管设置在污水箱21与水泵A100进水端之间，板式换热器4的进水端通过管道与污水箱21连通，板式换热器4的出水端通过管道与水泵A100的进水端连通。

太阳能供热组件包括聚光透镜51、支架52、电机53、导热板54和导热条55。支架52上端与聚光透镜51固定连接，支架52下端通过铰接轴转动连接在机架1上，支架52与铰接轴固定连接为一体。电机53固定安装在机架1上，电机53的机轴通过联轴器与铰接轴连接，以驱动支架52绕其铰接点做竖直平面内的转动，进而使聚光透镜51改变朝向。导热板54直接或间接固定安装在机架1上，并位于聚光透镜51下端，其通过上端面接收聚光透镜51汇聚的光线。导热条55固定连接在导热板54的下端面上，并位于加热箱23的内腔中。

太阳能供电组件包括太阳能板光伏板61、光伏管理单元62和蓄电池63。太阳能光伏板61安装在机架1上，其用于将光能转化为电能，光伏管理单元62分别与太阳能光伏板61和蓄电池63电连接，用于将太阳能光伏板转化61的电能存储进入蓄电池63中，蓄电池63固定安装在机架1上，并与各需电部件电连接，为各需电部件的运行提供电力支持。

优选，水泵A100的进水端与板式换热器4的出水端之间的管路上设有单向电磁阀500。单向电磁阀500用于水泵A100停止工作时，管路中的水逆流返回污水箱21。

优选，导热板54为平板状的铜板，导热条55为反复弯折的铜条，铜条的两端均固定连接在导热板54的下端面上。

优选，在蒸馏膜3中，膜片为疏水性聚四氟乙烯微孔膜，膜夹整体呈矩形框状，膜夹由上部框体和下部框体采用可拆卸连接方式拼装而成，膜片被夹持在膜夹的上部框体和下部框体之间。

优选，聚光透镜51为菲涅尔镜，当支架52转动至垂直于水平面时，聚光透镜51呈水平状态(参见图1中表达的状态)。菲涅尔镜相比普通凸透镜体积更小，重量更轻，相比普通透镜能降低光在折射过程中的损耗，从而提高能量利用率。

优选，加热箱23与除杂室24之间的管道外部包覆有保温棉。该设计可避免高温蒸汽在管路中输送的过程中，热量散失而提前冷凝，确保高温蒸汽在通过蒸馏膜时仍保持气相状态。

优选，加热箱23的箱壁中埋设有电热丝(图中并未示出)，加热箱23的内腔中从上至下依次设有水位传感器600和水温传感器700，水位传感器600用于提供水泵B200启动的判定依据，水温传感器700用于提供电热丝启动的判定依据。针对具体的使用场景而言，当太阳光强度较弱，不足以提供给导热板54和导热条55充足的热量时，电热丝提供电加热功能，以确保加热箱23内的污水能达到产生高温蒸汽的温度。

优选，冷凝室25下端的内壁呈上大下小的漏斗形，该结构有利于冷凝水的汇集。

优选，支架52上固定安装有光敏电阻，光敏电阻用于提供电机53启动时机的控制依据，实现自动追光的效果。基于光敏电阻的自动追光技术为常见的现有技术，例如公开号为CN210688083U的实用新型专利“智能追光机构”，此处不再展开说明控制原理。

简述本实用新型的工作原理：

上述的基于膜蒸馏及太阳能电热双利用的净水装置可实现污染海水的净化和淡化处理，待处理的污水储存在污水箱21中，处理后的净水储存在净水箱26中。

处理污水之前执行以下准备操作：

1、启动电机53，电机53的机轴转动带动铰接轴和支架52转动，进而使聚光透镜51的朝向改变，将聚光透镜51调节至垂直于日光的状态，从而获得相对较好的日光加热效率；

2、打开单向电磁阀500，使污水箱21与中温箱22之间的水路畅通；

3、打开导流风扇A300和导流风扇B400，使导流风扇A300和导流风扇B400处均形成从上至下的气流方向，进而使蒸馏膜3两侧形成蒸气压差。

污水处理的具体操作如下：

1、水泵A100启动，使污水箱21中的污水(常温)依次通过单向电磁阀500、板式换热器4的换热管的进水端、板式换热器4的换热管、板式换热器4的换热管的出水端、水泵A100进水端和水泵A100出水端，进入中温箱22；常温的污水在板式换热器4的换热管中流动的过程中，与板式换热器4的板片进行充分换热(关于板式换热器4的板片上携带热量来源见后文描述)，吸收热量而温度升高，形成中温的污水(中温仅用于表达温度的相对程度，并不限定温度的具体范围，此处的中温处在上述的常温与下文的高温之间)，相应的，进入中温箱22内的污水为中温的污水。

2、水泵B200启动，将中温箱22中的污水(中温)抽送至加热箱23中；聚光透镜51将日光聚焦到导热板54上，利用日光的能量加热导热板54，导热板54再将热量传递给导热条55，通过导热条55将加热箱23中的污水(中温)加热至蒸发，产生高温蒸汽，污水中的盐分则保留在污水中，从而实现污染海水的淡化。

本步骤中，加热箱23内的水位传感器600持续监控加热箱23内的液面高度，当加热箱23内的液面高度因蒸汽的蒸发而下降至水位传感器600以下时，水泵B200启动，将一定量的污水(中温)从中温箱22泵入加热箱23。

本步骤中，加热箱23内的水温传感器700持续监控加热箱23内的污水温度，当加热箱23内的水温低于95℃时，加热箱23的箱壁中埋设的电热丝通电，启动电加热，将加热箱23中的污水加热至98℃时，加热箱23的箱壁中埋设的电热丝断电。

3、加热箱23中产生的高温蒸汽通过管道进入除杂室24后，首先位于蒸馏膜3的上端，然后在蒸馏膜3两侧蒸汽压差的作用下(蒸汽压差由导流风扇A300和导流风扇B400提供)，穿过蒸馏膜3的膜片上的膜孔，进入蒸馏膜3的下端；高温蒸汽穿过蒸馏膜3的过程中，蒸汽中携带的杂质、残留盐分和放射性核素均被有效的截留，从而实现污染海水的净化。

4、净化后的蒸汽从除杂室24排出后，再通过管道进入冷凝室25，此时高温蒸汽位于板式换热器4的上端，高温蒸汽顺着从上至下的气流方向引导(由导流风扇A300和导流风扇B400使气流形成从上至下的流动方向)，穿过板式换热器4的相邻板片之间的间隙，进入板式换热器4的下端；高温蒸汽流经板式换热器4的板片时，将热量传递给板式换热器4的板片(此处解释了上文中的板式换热器4板片上携带热量的来源)并冷凝为液态水，液态水通过冷凝室23下端的漏斗形内壁的汇集，流入净水箱26中，从而实现净水的收集。

本步骤中，导流风扇B400除了引导气流形成从上至下的流动方向的效果，还起到了加快板式换热器4的板片散热，使高温蒸汽能更快冷凝的效果。

Claims (8)

1.基于膜蒸馏及太阳能电热双利用的净水装置，其特征是：包括机架、单向水路组件、蒸馏膜、板式换热器、太阳能供热组件和太阳能供电组件；

机架为安装支持部件，用于提供各部件安装连接位置；

单向水路组件固定安装在机架上，单向水路组件包括从前之后依次连通的污水箱、中温箱、加热箱、除杂室、冷凝室和净水箱；污水箱与中温箱之间的设有水泵A，水泵A进水端与污水箱连通，水泵A出水端与中温箱连通，中温箱与加热箱之间设有水泵B，水泵B进水端与中温箱连通，水泵B出水端与加热箱连通，除杂室内腔下端设有导流风扇A，冷凝室内腔下端设有导流风扇B；

蒸馏膜包括膜夹和固定安装在膜夹上的膜片，蒸馏膜可拆卸安装在除杂室的内腔上端并将除杂室的内腔上下隔断；蒸馏膜的上下两端仅通过设膜片上的膜孔连通；

板式换热器包括多片间隔布置的板片和反复弯折穿绕于各板片间的换热管，换热管的两端均伸出在所有板片外部而形成进水端和出水端，板式换热器固定安装在冷凝室内腔上端并将冷凝室的内腔上下隔断，板式换热器的上下两端仅通过相邻板片之间的间隙连通；板式换热器的换热管设置在污水箱与水泵A进水端之间，板式换热器的进水端通过管道与污水箱连通，板式换热器的出水端通过管道与水泵A的进水端连通；

太阳能供热组件包括聚光透镜、支架、电机、导热板和导热条；支架上端与聚光透镜固定连接，支架下端通过铰接轴转动连接在机架上；电机固定安装在机架上，电机的机轴通过联轴器与铰接轴连接，以驱动支架绕其铰接点做竖直平面内的转动，进而使聚光透镜改变朝向；导热板直接或间接固定安装在机架上，并位于聚光透镜下端，其通过上端面接收聚光透镜汇聚的光线；导热条固定连接在导热板的下端面上，并位于加热箱的内腔中；

太阳能供电组件包括太阳能板光伏板、光伏管理单元和蓄电池；太阳能光伏板安装在机架上，其用于将光能转化为电能，光伏管理单元分别与太阳能光伏板和蓄电池电连接，用于将太阳能光伏板转化的电能存储进入蓄电池中；蓄电池固定安装在机架上，并与各需电部件电连接，为各需电部件的运行提供电力支持。

2.如权利要求1所述的基于膜蒸馏及太阳能电热双利用的净水装置，其特征是：水泵A的进水端与板式换热器的出水端之间的管路上设有单向电磁阀。

3.如权利要求2所述的基于膜蒸馏及太阳能电热双利用的净水装置，其特征是：导热板为平板状的铜板，导热条为反复弯折的铜条，铜条的两端均固定连接在导热板的下端面上。

4.如权利要求3所述的基于膜蒸馏及太阳能电热双利用的净水装置，其特征是：在蒸馏膜中，膜片为疏水性聚四氟乙烯微孔膜，膜夹整体呈矩形框状，膜夹由上部框体和下部框体采用可拆卸连接方式拼装而成，膜片被夹持在膜夹的上部框体和下部框体之间。

5.如权利要求4所述的基于膜蒸馏及太阳能电热双利用的净水装置，其特征是：聚光透镜为菲涅尔镜，当支架转动至垂直于水平面时，聚光透镜呈水平状态。

6.如权利要求5所述的基于膜蒸馏及太阳能电热双利用的净水装置，其特征是：加热箱与除杂室之间的管道外部包覆有保温棉。

7.如权利要求6所述的基于膜蒸馏及太阳能电热双利用的净水装置，其特征是：加热箱的箱壁中埋设有电热丝，加热箱的内腔中从上至下依次设有水位传感器和水温传感器。

8.如权利要求7所述的基于膜蒸馏及太阳能电热双利用的净水装置，其特征是：冷凝室下端的内壁呈上大下小的漏斗形。