CN2848827Y - 一种太阳能加热净化饮用水的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种利用太阳能和光—电催化净水技术加热净化饮用水的装置。它主要由过滤器、电催化反应器、光催化反应器、太阳能加热器、储水箱及控制组件构成。经电催化反应和光催化反应处理之后，水中的细菌、病毒被彻底杀灭，有机污染物被有效的分解为CO₂、H₂O等无机物，有害的重金属离子被去除。经过深度净化处理的水比自来水更洁净。而且光催化反应器和太阳能加热器具有高效利用太阳能的特点。太阳能能推动光催化反应发生，太阳能被加热器中的吸热管吸收使水温可升至 90℃以上。因此该装置既具有深度净化水质的能力，又具有节约能源，保护环境的优势。

Description

一种太阳能加热净化饮用水的装置

技术领域

本实用新型涉及一种太阳能加热净化饮用水的装置，特别是利用太阳能和光——电催化净水技术生产饮用热水的装置，属于电化学技术领域。

背景技术

随着城市化与工业化的迅速发展，水源的污染日趋严重。水源中的有机污染物和某些重金属离子，特别是常规方法难以去除的三致(致癌、致畸、致突变)优先控制的污染物，对饮用水的卫生质量构成了极大的威胁。据检测发现，某地的自来水中存在20多种有机污染物和重金属离子。国际某卫生组织发表的研究报告指出：当今80％以上的疾病和50％以上的癌症与水和空气的污染有关。

把自来水煮沸，是一种传统的水净化方法。至今，我国城乡大多数人仍保留着“烧开水”“喝开水”的习惯，许多单位仍在使用锅炉或电热器之类的设备烧开水。暂且不说燃煤给环境带来污染，电加器耗费大量的电能；但必须指出的是：由于当今水质污染的严重性和多样性，这种古老的净化技术已不能适应“现代水质”的净化要求。因为把水煮沸，只能将水中的细菌热死(孢子菌之类的耐热菌还可能存在)，水中的其它污染物(有机物和重金属离子)俱留水中。所以“开水”并非一定是“净水”。

日前市场上有一种饮水设备，由“膜分离器十电热器”构成。膜分离器的作用是通过膜表面的微孔将水中的其它成分过滤分离，电热器的用途是加热水、靠消耗电能产生热水。在正常情况下，膜分离法净化后的水比“开水”卫生、洁净。例如：采用反渗透膜分离法，能除去水中的无机离子、病毒、细菌、以及分子量大于120的有机物。获得高纯度的水。但是，由于膜表面的孔轻还不够小，分子量大于120的有机分子仍可通过膜，得不到分离。此外，因为孔小容易发生堵塞现象，需要20倍的水量进行冲洗，水的浪费很大。如果不及时冲洗或更换膜，大量的污染物和细菌附着在膜表面，而膜本身也是有机物，极易被细菌当作营养物，导致膜的快速老化失效和细菌的大量繁殖，因而产生水的二次污染，水质急刷下降，甚至不及原水。当膜的性能和表面状态处于正常的条件下，溶解于水中的氧和有益于健康的镁、硒、钙等微量元素和矿物质会被渗透膜当作“污染物”分离掉。有医学专家认为长期饮用这种高纯度的水会导致体内某些元素缺乏或电解质失衡，影响免疫力和身体发育。所以现在越来越多的用户不再追求饮用高纯度的水。

发明内容

针对传统的“煮沸法”和“膜分离器+电热器”的饮水设备存在的问题，本技术提供了一种新型的加热净化饮用水装置，该装置利用太阳能和光——电催化净水技术生产饮用热水，该装置不仅克服了锅炉燃煤污染环境和电热水器高能耗的弊端，而且能彻底杀灭水中的细菌和病毒，并将水中的有机污染物分解为CO₂、H₂O等简单的无机物，将铅、镉、汞等有毒的重金属离子从水中分离出来，同时又保留了水中有益健康的矿物质和微量元素，并增加了水中的氧含量，给用户提供了一种无菌、无污染、富氧、比自来水更洁净的饮用水。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：该加热净化饮用水装置主要包括过滤器、电催化反应器、光催化反应器、太阳能热水器、储水箱及控制组件，电催化反应器位于过滤器上方，净化水组件与储水箱之间设有太阳能加热器。

过滤器用活性炭作滤芯，其用途是分离原水中的混浊物、悬浮物、藻类、寄生虫卵等杂质，它直接固定在电催化反应器的下端。

电催化反应器由主电极和粒子群电极构成。主电极有2个，一个为正极，另一个为负极。正极材料为高纯度的多孔钛板，其表面修饰化学稳定性极高的贵金属催化剂。负极材料为不锈钢网或钛网。粒子群电极是由多孔炭粒、硅胶、石英砂(经过表面改性)和惰性金属氧化物催化剂组成。粒子群电极分布在两个主电极之间。直流稳压电源给两个主电极之间的粒子群电极提供高梯度的电场(1-2V/cm)。在电场和界面的电催化作用下，水中的微生物(细菌、病毒)死亡，铜、汞、铅、镉等重金属离子被还原，有机分子被降解或改性，而且有新生态的氧析出，有中间产物的生成——对提高光催化反应效率有明显的催化作用。

光催化反应器至少包括两个单元。每个单元含紫外光源、石英套管、光催化网、透紫容器。光催化网的基体材料是纯钛网(或不锈钢网)，在其表面修饰纳米TiO₂光催化膜。石英套管位于透紫玻璃容器的中心位置。紫外光管插入石英套管。光催化网环绕着石英套管，它处于透紫玻璃容器内壁与石英套管外壁之间的中间位置。当晴天时，日光中的紫外线穿过透紫玻璃容器照射在光催化网的外表面而发生光催化反应；无日照时(阴天和夜晚)，石英套管里面的紫外光源会发出紫外线，照射于光催化网的内表面而引发光催化反应。通过光催化反应，使电催化过程中尚未去除的微生物(细菌、病毒)，重金属离子和有机污染物得到深度的净化。

太阳能热水器由数根平行的吸热管构成。吸热管能十分有效的吸收太阳能。经光催化处理后的净水进入吸热管后能迅速被加热升温。

储水箱具有储存热水、保鲜、保温和辅助加热的功能。在水箱内部安装了2个器件：一个是紫外光源——用于保持水质新鲜卫生，另一个是电加热器——一种辅助加热的装置。在寒冷、阴雨天或夜晚时，水箱内的水温可能低于设定值。这时辅助加热器会自动给水补充热量升温，直至达到设定温度后停止加热。根据相关参数的计算结果表明：在相同产热水的条件下，同单纯使用电热器加热水的设备比较，使用本设备可以节约电耗63％。

经我们长期研究的结果证明：采用单一的光催化技术和单一的电催化技术存在一定的局限性。前者需要较长的净化时间，导致设备造价高；后者对一些有机分子不能彻底降解，甚至无法降解。因此本实用新型将电催化置于光催化之前，作为一种前置过程，并选用特殊的材料作粒子群电极的催化剂，从而显著提高整体的净化速度和效率，缩短水质净化的时间，既降低了成本，又实现了水质深度净化的目的。正因本装置采用了光一电催化联合净水技术，在水质的净化深度和效果稳定性方面明显优于传统的“煮沸”法和“膜分离法”；此外，由于设备的设计上具有利用太阳能的技术特色，大大节约了光催化反应和生产热水所消耗的电能，因而这对于保护环境、节约能源有重要的意义。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图

图2为本实用新型的电化学催化反应器结构示意图

图3为本实用新型的光催化反应器结构示意图

具体实施方式

如图1所示，本实用新型主要由净化水组件，即过滤器A、电催化反应器B、光催化反应器C，以及太阳能加热器D、储水箱E和各控制组件构成。电催化反应器B位于过滤器A上方，净化水组件与储水箱E之间设有太阳能加热器D。过滤器A可直接固定在电催化反应器B的下端。本实施例中供给装置的原水是管道自来水。原水由过滤器A的下端从原水进口1经电磁阀门2进入，依次经过过滤器A、电催化反应器B、光催化反应器C、太阳能加热器D后进入储水箱E，最后经净水出口15到用户。

本实用新型的控制组件可以用阀门、开关等最简单的常规构件即可，但为实用起见，本实施例中的控制组件还包括温控仪、整流器、电源开关、光源开关、太阳能电池、水位传感器和温度传感器，因所用的控制技术为比较成熟的现有技术，所以在实施例中仅做简要说明。

图1中的过滤器A采用活性炭纤维筒式滤芯，分离水中悬浮物之类的杂质。

如图2所示，电催化反应器B由布水格板17、构成主电极的多孔正极18和网状负极20，及粒子群电极19组成。进水口16和出水口23分别设置在右下部和顶上部。多孔正极18平卧在布水格板17之上。网状负极20安装在电催化反应器B的上部。粒子群电极19处于二个主电极之间并与它们紧密接触。两个主电极(18、20)与容器壁上的接线柱21和22密封连接。如图1所示，直流稳压电源14的输出端与接线柱21和22连接，在二个主电极之间形成一定强度的直流电场(1-2V/cm)。

如图1所示，光催化反应器C中至少有两个单元，单元之间以串联的方式连接。进水口24设置在右端单元的下部，水由下而上、由右至左流经每一个单元，最后从左端单元的上部出水口31流出。

如图3所示，每个光催化单元由紫外光源28、石英套管27、光催化网26和透紫玻璃容器25构成。进水口24和出水口31分别设置在下部和上部。石英套管27居中。光催化网26固定在石英套管27外壁和透紫玻璃管25内壁之间的中心位置。紫外光源28灯头引线(29、30)与图1所示的电路开关12连接。光催化反应器紫外光源的开关还受太阳能电池的控制。当晴天时，太阳能电池产生的光生电压使开关转变为开路(不通)状态。阴天(或夜间)时，开关总是处于闭路状态。

如图1所示，太阳能热水器D由若干个吸热管3构成。水在各个吸热管3内部以平行上移的运动方式经加热后流入储水箱E。

如图1所示，储水箱E是一个具有良好保温性能的容器，容器可不锈钢制成，容器内设有紫外灯源8、石英套管7、水位传感器9、温度传感器5、电热管4和温控仪6。石英套管7固定在水箱的中心部位。用于水质保鲜的紫外光源8(低压汞灯，30W)插入套管7，一般全天候工作。水温的设定和控制由温控仪执行。低于设定温度时，温度仪6将启动电热管4给水补充热量。储水箱E内的水位传感器9在欠水位时会发出打开进入阀门、打开整流器工作电源开关、打开光催化反应器紫外光源开关的讯号指令。当水箱中的水位下降时，水位传感器9会输出三路平行的电讯号。其中一路电讯号使进水的电磁阀门2打开，给设备供水。另一路电讯号使电子开关13闭合，200V的交流电被输入整流器14，产生直流电供给电催化反应器B的主电极21和22，从而产生电催化反应。第三路电讯号使电子开关12闭合，若是阴天(或夜晚)，电子开关11处于闭合状态，此时220V的交流电依次通过电子开关11和电子开关12以及灯头引线29和30输送给光催化反应器的紫外光源28，紫外灯管28发出紫外光照射在光催化网26内表面产生光催化反应；若是晴天，我们利用太阳能电池10产生的光电压使电子开关11由闭合状态变为开路(不通)，紫外光源28则不工作。此时太阳光中的紫外线穿过透紫玻璃照射在光催化网26的外表面引发光催化反应发生。当水箱的水满之后，水位传感器9无电信号讯出，此时进水阀门2被关，停止供水，供给电催化反应B和紫外光源28的工作电压被切断，停止工作。

Claims (9)

1、一种太阳能加热净化饮用水的装置，至少包括净化水组件、储水箱及控制组件，其特征在于：净化水组件包括过滤器、电催化反应器和光催化反应器，电催化反应器位于过滤器上方，净化水组件与储水箱之间设有太阳能加热器。

2、根据权利要求1所述的加热净化饮用水的装置，其特征在于：过滤器是一种可分离悬浮物的炭纤维滤芯，它直接固定在电催化反应器的下端。

3、根据权利要求1所述的加热净化饮用水的装置，其特征在于：电催化反应器主要由布水格板、主电极和粒子群电极组成，主电极由多孔的正极主板和网状负极主板构成，多孔的正极主板平卧在布水格板之上，网状负极主板位于电催化反应器上部，粒子群电极分布在正负主电极之间，两主电极之间被施加直流电场。

4、根据权利要求1所述的加热净化饮用水的装置，其特征在于：光催化反应器中至少有2个单元，每个单元都由透紫玻璃管容器和置于容器内的紫外光源、石英套管、光催化网组成，单元之间以串联的方式连接。

5、根据权利要求4所述的加热净化饮用水的装置，其特征在于：光催化网为表面被修饰纳米TiO₂光催化膜的钛网或不锈钢网，石英套管位于透紫玻璃容器的中心位置，紫外光管插在石英套管中，光催化网环绕着石英套管，光催化网距离石英套管外表面的尺寸与它距离透紫玻璃容器内壁的尺寸相同。

6、根据权利要求1所述的加热净化饮用水的装置，其特征在于：太阳能加热器由数根平行的吸热管构成。

7、根据权利要求1所述的加热净化饮用水的装置，其特征在于：贮水箱内部安装有紫外光源、水位传感器、温度传感器和电加热管。

8、根据权利要求1所述的加热净化饮用水的装置，其特征在于：控制组件至少包括阀门、开关。

9、根据权利要求8所述的加热净化饮用水的装置，其特征在于：控制组件还设有温控仪、整流器、电源开关、光源开关、太阳能电池、水位传感器和温度传感器。

Images