專利名稱：一種太陽能熱水器與純水機一體化裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種太陽能熱水器與純水機一體化裝置，特別是一種以太陽能 熱水器產(chǎn)生的熱水作為熱循環(huán)工質(zhì)，采用膜蒸熘法進行水質(zhì)凈化處理的太陽能 熱水器與純水機一體化裝置。
二背景技術：
人類的生產(chǎn)和生活都離不開水，水也是組成生命的必需物質(zhì)，科學研究表
明，人體的59 66%是由水組成的。要維持人體健康的基本需求，每人每天至少 要得到20升左右的安全飲用水，如果再計入其它日常生活用水，每人每天大約 需要50升左右的水。
水資源短缺已成為當前國際社會亟待解決的問題，而有些地區(qū)如沙漠、海 島及偏遠地區(qū)的淡水資源則更為匱乏，比如我國的中西部地區(qū)，其飲用水多為 高礦高氟苦咸水，對于這些地區(qū)獲得長期連續(xù)的優(yōu)質(zhì)飲用水和生活用水顯得尤 為重要。這些地區(qū)太陽能資源豐富，而且太陽能作為一種可再生能源，是一種 清潔能源，如果能夠得到有效的利用，既可以解決能源短缺的問題又可以保護 環(huán)境。
膜蒸餾，又稱為低溫膜蒸餾，是一種采用疏水性微孔膜、以膜兩側的蒸汽 壓力差為驅動力的膜分離過程。當不同溫度的水溶液被疏水膜分隔的時候，由 于膜的疏水性，兩側的水溶液均不能通過膜而進入另一側。但由于高溫側水溶 液與膜界面間的水蒸汽壓高于低溫側與膜界面間的水蒸汽壓，水蒸汽會從高溫側透過膜孔進入低溫側并冷凝成為滲出水，這種通過蒸餾的原理獲得的滲出水 是一種品質(zhì)很好的純水；濃水則留在高溫側成為滲余水。膜蒸餾過程無須將溶 液加熱到沸點，只要膜兩側維持適當?shù)臏夭?，該過程就能夠進行，因此又被稱
為低溫膜蒸餾。膜蒸餾最初是為大規(guī)模海水脫鹽而提出的，早在上世紀60年代
就開始了較為系統(tǒng)的研究。與同為膜法的反滲透工藝相比，膜蒸餾的優(yōu)點非常
顯著(1)膜蒸餾過程幾乎在常壓下進行，設備簡單，操作方便；(2)在非揮
發(fā)性水溶液的膜蒸餾過程中，由于僅有水蒸氣能透過膜孔，因此蒸餾液十分純
凈；(3)可以處理極高濃度的含鹽水，甚至可以將溶液濃縮到過飽和狀態(tài)而成 為所謂的膜蒸餾結晶技術，因此膜蒸餾的產(chǎn)水率可以遠高于反滲透。但膜蒸餾 的缺點也同樣顯著由于膜蒸餾是一個相變的過程，汽化潛熱降低了熱能利用
效率，使膜蒸餾成為一種高耗能的過程，這是限制膜蒸餾工藝應用的最主要因 素。與其它水質(zhì)凈化工藝相比，膜蒸餾在有廉價能源可利用的情況下才更有實 用意義。
一種太陽能熱水器與純水機一體化裝置的發(fā)明旨在提出一種將太陽能熱水 器與低溫膜蒸餾純水制取裝置相結合，既拓寬傳統(tǒng)太陽能熱水器的應用范圍， 又使太陽能資源得到有效利用，減少能源消耗的更經(jīng)濟、更清潔的水質(zhì)凈化方
法。其優(yōu)點體現(xiàn)在 一、清潔能源的使用。通過發(fā)明中的膜蒸餾技術，將太陽 能熱水器產(chǎn)生的熱能與低溫膜蒸餾技術相結合，充分利用了清潔能源，避免了 資源的浪費；三、能源得到最大程度的充分利用，純水生產(chǎn)過程中，由于膜蒸 餾的傳熱作用，冷循環(huán)工質(zhì)被加熱，當加熱后的冷循環(huán)工質(zhì)回流至純水機貯水 箱時，其潛熱被回收，降低了純水后繼使用過程的加熱能耗；三、使用成本降 低。 一種裝置，多種用途，既節(jié)約了設備購置費，又節(jié)約了電能；四、生活用 水水質(zhì)的全面提升。由于低溫膜蒸餾組件的優(yōu)越性能，膜兩側的水溶液均不能透過膜孔進入另一側，只有水蒸汽從高溫側透過膜孔進入低溫側并冷凝成為滲 出水，通過膜蒸餾所獲得的滲出水是一種品質(zhì)很好的純水。五、使用便捷，宜 于大范圍推廣。膜蒸餾過程無須將水加熱到沸點，只要膜兩側維持適當?shù)臏夭睿?該過程就能夠進行，而目前通用的太陽能熱水器均可以將水加熱至8(TC左右，
這完全可以滿足膜蒸餾對熱側水溫的要求；使用本發(fā)明時，僅在太陽能熱水器 的用水點上接入膜蒸餾裝置即可制取純水，使用非常便捷。
總之，本太陽能熱水器與純水機一體化裝置是對現(xiàn)有太陽能熱水器應用范 圍的拓展、是對生活用水水質(zhì)凈化模式的創(chuàng)新，將全面提升太陽能這種清潔能 源的使用范圍，提高生活用水的水質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種太陽能熱水器與純水機一體化裝置，說明如下
與目前通用的只具有單一功能的太陽能熱水器、純水機相比，本發(fā)明將太 陽能熱水器與低溫膜蒸餾純水制取裝置有機結合，不僅太陽能熱水器的使用范 圍得到了拓展，可以生產(chǎn)出品質(zhì)很好的純水，而且節(jié)約了電能，使太陽能資源 得到了有效利用。
本發(fā)明主要包括兩大部分太陽能熱水器和低溫膜蒸餾純水機。其中太陽 能熱水器主要包括太陽能集熱管、貝亡水箱、室內(nèi)熱水貯水箱、給水管、溫控 儀等部件；低溫膜蒸餾純水機主要由膜蒸餾組件、熱工質(zhì)循環(huán)泵、冷工質(zhì)循環(huán) 泵、制冷水箱等組成。
太陽能熱水器產(chǎn)生的熱水與制冷水箱產(chǎn)生的冷水一起構成了膜蒸餾系統(tǒng)的 工藝循環(huán)熱水器產(chǎn)生的熱水循環(huán)為料液循環(huán)側，制冷水箱的冷水循環(huán)為產(chǎn)水 循環(huán)側。其中作為冷循環(huán)工質(zhì)的是冷純水，透過疏水性微孔膜的水蒸汽被冷循環(huán)純水吸收，并成為所生產(chǎn)的純水流入純水機貯水箱，透膜蒸汽所攜帶的潛熱 則全部傳遞給純水機貯水箱中純水。
本發(fā)明中的全部能耗均由太陽能轉化而來，太陽能資源得到了有效利用， 節(jié)約了電能純水機的制冷系統(tǒng)可根據(jù)需要選擇目前常用的太陽能制冷系統(tǒng)如 噴射式、吸收式、壓縮式或吸附式制冷系統(tǒng)等；膜蒸餾循環(huán)系統(tǒng)中冷、熱循環(huán) 泵運行過程中所需電能由太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)提供，整個純水生產(chǎn)過程中不需 耗費電能。
此外，太陽能熱水器用水點較多，純水生產(chǎn)只是其部分功能，故不會導致 較高的熱循環(huán)工質(zhì)濃縮倍數(shù)，無濃縮廢液外排以致污染環(huán)境。
本發(fā)明由于有效解決了膜蒸餾過程的能耗問題、拓展了太陽能熱水器應用 范圍，是對生活用水水質(zhì)凈化模式的創(chuàng)新，因此有望大范圍地推廣使用。


附圖中l(wèi)為太陽能熱水器貯水箱、2為太陽能集熱管、3為太陽能熱水器
支架、4為太陽能熱水器配水管、5為閘閥、6為止回閥、7為室內(nèi)熱水貯水箱、 8為熱水給水管、9為自來水給水管、IO為電磁閥、ll為電磁閥線、12為溫控 儀、13為水箱水位信號線、14為熱水用水點、15為熱水循環(huán)泵、16為膜蒸餾 組件、17為純水冷水管、18為冷水循環(huán)泵、19為純水機制冷水箱、20為隔水 擋板、21為純水機外殼。
權利要求
1、一種太陽能熱水器與純水機一體化裝置，其特征是太陽能熱水器與低溫膜蒸餾純水制取裝置有機結合，在不對太陽能熱水器作任何改變的情況下，發(fā)揮膜蒸餾組件的低溫傳質(zhì)、傳熱等功能優(yōu)勢，以從太陽能熱水器獲取的部分熱量作為膜蒸餾的傳質(zhì)熱源，制取純水。該裝置具有熱水器與飲水機雙重功能，不僅拓寬了傳統(tǒng)太陽能熱水器的應用范圍，而且使太陽能資源得到有效利用，減少了能源消耗。膜蒸餾器的冷水側與太陽能熱水器的出水側一起構成了膜蒸餾裝置的循環(huán)，在該循環(huán)中，冷循環(huán)工質(zhì)通過膜蒸餾組件的傳熱、傳質(zhì)功能吸收透過疏水膜的水蒸汽。由于膜蒸餾組件的傳熱功能，冷循環(huán)工質(zhì)吸收水蒸氣后溫度升高，在回流至純水機的貯水箱時，將熱量傳遞給純水機貯水箱中的貯存水。經(jīng)純水機制冷水箱降溫后的冷循環(huán)工質(zhì)再循環(huán)至膜蒸餾器的冷側進行傳熱、傳質(zhì)，吸收的水蒸汽以純水的形式供給純水機。
2、 如權利要求l所說的一種太陽能熱水器與純水機一體化裝置，其特 征在于純水機所用的熱循環(huán)工質(zhì)為太陽能熱水器產(chǎn)生的熱水。
3、 如權利要求l所說的一種太陽能熱水器與純水機一體化裝置，其特 征在于純水機所用冷循環(huán)工質(zhì)為純水機制冷水箱產(chǎn)生的冷卻純水。
4、 如權利要求l所說的一種太陽能熱水器與純水機一體化裝置，其特 征在于純水機所用的膜蒸餾組件為疏水性膜，在膜蒸餾過程中，只 有水蒸汽能透過膜孔。
5、 如權利要求l所說的一種太陽能熱水器與純水機一體化裝置，其特征在于純水生產(chǎn)過程中，膜蒸餾幾乎是在常壓下進行，設備簡單、 操作方便；而且整個生產(chǎn)過程所需的全部能量均由太陽能轉化而來， 可節(jié)約大量電能。
6、 如權利要求l所說的一種太陽能熱水器與純水機一體化裝置，其特 征在于純水生產(chǎn)過程中，由于膜蒸餾的傳熱作用，循環(huán)冷工質(zhì)被加 熱，當加熱后的冷循環(huán)工質(zhì)回流至純水機貯水箱時，其潛熱全部被回 收，降低了純水后繼使用過程中的加熱能耗。
7、 如權利要求l所說的一種太陽能熱水器與純水機一體化裝置，其特 征在于純水機的制冷系統(tǒng)可以根據(jù)需要選擇目前常用的太陽能制冷 系統(tǒng)如噴射式、吸收式、壓縮式或吸附式等制冷系統(tǒng)，無需耗費電能。
8、 如權利要求l所說的一種太陽能熱水器與純水機一體化裝置，其特 征在于純水機膜蒸餾循環(huán)系統(tǒng)中冷、熱循環(huán)泵運行過程中所需電能 可由太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)提供。
9、 如權利要求l所說的一種太陽能熱水器與純水機一體化裝置，其特 征在于熱水器用水點較多，純水生產(chǎn)只是其部分功能，故不會導致 較高的熱循環(huán)工質(zhì)濃縮倍數(shù)，無濃縮廢液外排以致污染環(huán)境。
全文摘要
本發(fā)明將太陽能熱水器與低溫膜蒸餾純水制取裝置有機結合，發(fā)明了熱水器與純水機一體化裝置。該裝置在不改變太陽能熱水器原有功能的情況下，發(fā)揮膜蒸餾組件低溫傳質(zhì)、傳熱等功能優(yōu)勢，以從太陽能熱水器獲取的部分熱量作為膜蒸餾的傳質(zhì)熱源，制取純水。該裝置具有熱水器與飲水機雙重功能，不僅拓寬了傳統(tǒng)太陽能熱水器的應用范圍，而且使太陽能資源得到有效利用，節(jié)約了電能。
文檔編號C02F1/14GK101468825SQ200710304369
公開日2009年7月1日 申請日期2007年12月27日 優(yōu)先權日2007年12月27日
發(fā)明者侯得印, 欒兆坤, 軍 王, 賈智萍 申請人:中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心