專利名稱：一種綜合利用太陽能加熱生活熱水和制取飲用凈水的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能綜合利用裝置，尤其涉及一種綜合利用太陽能加熱生活熱水和 制取飲用凈水的裝置。
背景技術(shù)：
能源供需矛盾是關(guān)乎社會可持續(xù)發(fā)展的重要命題，人類對化石能源的過渡依賴造 成了當(dāng)前能源資源行將枯竭，二氧化碳排放過量，氣候環(huán)境惡化的嚴(yán)重后果?？稍偕艿拈_ 發(fā)和利用是緩解能源供需矛盾的重要手段。太陽能利用是可再生能源在建筑中利用的關(guān)鍵 環(huán)節(jié)。目前盡管太陽能的光熱利用-太陽能熱水系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換率較高，但由于需熱量和供熱 量的季節(jié)性不平衡，造成冬季熱量不足，夏季熱量過剩而浪費，并對系統(tǒng)造成超溫和超壓的 危害。使得太陽能熱水系統(tǒng)的實際使用效率大為降低。太陽能是一種分散、低密度、不可控的能源，熱量的產(chǎn)生和使用在時空上存在很大 的錯位。錯位還分為晝夜錯位和季節(jié)性錯位，晝夜錯位主要是指每日太陽能的產(chǎn)生在白天， 生活熱水的使用大都在夜間。因此，必須通過儲熱調(diào)節(jié)用水負(fù)荷。而季節(jié)性的錯位主要是指 夏季由于冷水水溫較高、輻射量大造成熱量大為富裕，而冬季由于冷水溫度較低、輻射量較 小而造成熱量嚴(yán)重不足。目前相關(guān)的技術(shù)規(guī)范要求設(shè)計太陽能集熱器面積時，按照全年平 均的輻射量和冷水溫度參數(shù)取值。作為單一的太陽能熱水系統(tǒng)，這種取值合理地兼顧了夏 季和冬季的不同需求。但由于輻射量和水溫隨季節(jié)變化的幅度較大，造成所設(shè)計的集熱器 面積在冬季最冷月的熱量虧欠和夏季最熱月的熱量富裕平均在設(shè)計值的一倍以上。使系統(tǒng) 的穩(wěn)定性和效益下降。目前的太陽能集熱技術(shù)在集熱器本身的集熱效益上研究相當(dāng)深入， 但對于輻射量和系統(tǒng)熱需求季節(jié)性不同的關(guān)注相對較少。將生活飲用凈水引入太陽能集熱 系統(tǒng)中是本裝置的一大特色。目前我國大部分地區(qū)的城市市政供水由于受處理工藝和管道輸送過程的污染所 限，不能直接飲用。飲用凈水一般采用加熱煮沸的自來水或經(jīng)過深度處理的桶裝水。加熱 和深度處理的過程都需要耗費了一定的能量。目前的一種膜蒸餾技術(shù)可以利用太陽能集熱 板的熱量以熱水形式通過特殊的負(fù)壓蒸餾器時，利用巨大的膜表面積蒸餾冷凝后產(chǎn)出高質(zhì) 量的飲用凈水。飲用凈水的需求特點是用水量冬季小而夏季大。與生活熱水的需求正好形成互 補。如果采用同一組太陽能集熱器，在技術(shù)上能夠解決熱量的分配和高效利用問題。夏季 主要用于制取飲用凈水而冬季主要用于加熱生活熱水。則可以解決太陽能光熱系統(tǒng)的季節(jié) 性不平衡所造成的系統(tǒng)實際效益不高的關(guān)鍵問題。太陽能集熱板的配置也可以冬季和夏季 兩種工況進(jìn)行設(shè)計和互為校核。因為季節(jié)性能量差是很難通過儲存來調(diào)節(jié)的，本裝置的核 心的作用就是可以提高太陽能集熱器的全年使用效率。太陽能加熱生活熱水技術(shù)和太陽能膜蒸餾制取飲用凈水技術(shù)分處于兩個不同的 領(lǐng)域。近年來在技術(shù)上都有不小進(jìn)展，兩個領(lǐng)域都不斷有專利被公開和授權(quán)田瑞；楊曉宏等人(專利名稱一種便攜式太陽能膜蒸餾海水淡化裝置；專利號CN1827532 ；
公開日期2006. 09. 06)發(fā)明為一種便攜式太陽能膜蒸餾海水淡化裝置，該裝 置包括海水容器，所述海水容器的底面為疏水性膜，與海水容器的周邊密封連接，所述疏 水性膜的下方相隔一定的間隙設(shè)置一冷卻板，該冷卻板上有淡水出口，所述間隙為空氣隙， 海水容器設(shè)有進(jìn)水管，該海水容器設(shè)有太陽能加熱裝置。放置在海面上使用時，還可包括一 漂浮裝置，該裝置傾斜漂浮在海面上，充分吸收太陽能。該裝置應(yīng)用了空氣隙膜蒸餾原理， 充分利用了海島地區(qū)豐富的太陽能資源和海水資源；結(jié)構(gòu)簡單、便于攜帶、成本低，給海島 地區(qū)的居民和保衛(wèi)海島的戰(zhàn)士的工作生活帶來極大的方便。張信榮任建勛等人(專利名稱利用太陽能或廢熱的膜蒸餾式水處理裝置；專利 號CN1396120A;
公開日期2003. 2. 12)發(fā)明屬于熱能利用、水處理以及環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，包 括膜組件、太陽能集熱器或廢熱集熱器、一個以上的循環(huán)泵及其驅(qū)動裝置以及連接各部件 的管路；分別構(gòu)成了原料液的回路，蒸餾液側(cè)的回路，以及原料液的補充管路。本發(fā)明可以 連續(xù)的處理原料液，源源不斷的得到生活及飲用水；還可以省去電加熱，無需任何電耗；并 且可以利用換熱器回收冷凝潛熱，大大減小所需太陽能集熱器的規(guī)模。閔輝(專利名稱集體用真空管式太陽能熱水器的上供水裝置；專利號 CN1419087A ；
公開日期2003. 5. 21)發(fā)明為一種集體用真空管式太陽能熱水器的上供水裝 置，本套真空管式集體用太陽能熱水器的上供水裝置是+由放置于連接器上部的輸送熱水 的管槽內(nèi)的冷水管線及分別通道各連接器的冷水管線組成。利用太陽能產(chǎn)生的熱水為自身 的冷水管線加溫，達(dá)到防止冷水管線凍結(jié)的效果。同時有效的解決了系統(tǒng)中壓力分布過高， 易于泄露，和維修時需排掉全系統(tǒng)存水所帶來的操作困難資源浪費問題。唐娜陳明玉等人(專利名稱海水淡化濃鹽水真空膜蒸餾工藝，專利號 CN101205086A ；
公開日期2008. 6. 25)發(fā)明涉及海水淡化及制鹽技術(shù)領(lǐng)域的一種海水淡化 濃鹽水真空膜蒸餾工藝。該工藝是將海水淡化濃鹽水的熱溶液通過膜組件一側(cè)，另一側(cè)抽 真空，從而在膜兩側(cè)形成傳遞蒸汽壓差，在真空側(cè)產(chǎn)生水蒸氣，經(jīng)過冷凝成液態(tài)水，從而實 現(xiàn)濃鹽水的濃縮和分離，確定反應(yīng)過程的工藝參數(shù)。本發(fā)明所采用的真空膜蒸餾法將海水 淡化與制鹽業(yè)結(jié)合起來，以膜兩側(cè)的壓力差為驅(qū)動力，分離效率高，膜通量大，具有操作方 便、節(jié)能、占地面積小、對環(huán)境污染小等優(yōu)點，具有廣泛的應(yīng)用前景。但是，將生活熱水加熱和制取飲用水兩種工藝綜合在同一組集熱系統(tǒng)中，尚未見 相關(guān)的專利。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種綜合利用太陽能加熱生活熱水和 制取飲用凈水的裝置。綜合利用太陽能加熱生活熱水和制取飲用凈水的裝置包括太陽能集熱器組件、第 一儲熱水箱、第二儲熱水箱、冷水箱、熱水給水泵、負(fù)壓膜蒸餾裝置、冷凝器、飲用凈水水箱、 水環(huán)式真空泵、循環(huán)冷卻水泵、溫度傳感器、電磁閥、液位計、換熱盤管、膨脹罐、液位控制閥 和控制裝置；太陽能集熱器組件進(jìn)水口與自來水相連，太陽能集熱器組件出水口與第一儲 水箱、熱水給水泵、負(fù)壓膜蒸餾裝置進(jìn)水口依次相連，負(fù)壓膜蒸餾裝置蒸汽出口與冷凝器和 飲用凈水水箱依次相連，負(fù)壓膜蒸餾裝置出水口和冷凝器冷卻水出口與第二儲水箱進(jìn)水口 相連，冷凝器冷卻水進(jìn)口接自來水，水環(huán)式真空泵冷卻水管與冷水箱中的換熱盤管、循環(huán)冷卻水泵依次相連，水環(huán)式真空泵進(jìn)氣口與負(fù)壓膜蒸餾裝置、冷凝器和飲用凈水水箱相連，供 水控制裝置分別和循環(huán)冷卻水泵、溫度傳感器、電磁閥和液位計相連，形成自動控制系統(tǒng)。 第二儲水箱出水口接熱水供水，冷水箱出水口接冷水，在負(fù)壓膜蒸餾裝置進(jìn)水口設(shè)有流量調(diào)節(jié)閥?？刂蒲b置采用PLC中文控制裝置。本發(fā)明以水為工質(zhì)的太陽能集熱組件收集到的熱量首先通過控制閥進(jìn)入負(fù)壓膜 蒸餾裝置，經(jīng)膜表面負(fù)壓蒸發(fā)進(jìn)入冷凝器冷凝。高溫段熱量被利用后，溫度相對較低的出流 尾水進(jìn)入生活熱水水箱備用。在冷凝器中通入冷水將水蒸氣冷凝成飲用凈水備用，被加熱 的冷卻水也進(jìn)入生活熱水水箱混合后利用。進(jìn)入負(fù)壓膜蒸餾裝置的熱水可以通過調(diào)節(jié)流量 控制進(jìn)出水溫差，進(jìn)而保證負(fù)壓膜蒸餾裝置運行在高效段并保證出水仍可用作生活熱水。 運行時為保持負(fù)壓膜蒸餾裝置、冷凝器和應(yīng)用凈水水箱的負(fù)壓環(huán)境，采用水環(huán)式真空泵。冷 卻水在所述裝置的冷水箱中換熱，既保證水環(huán)式真空泵的運行環(huán)境，又可利用其抽真空時 產(chǎn)生的工作熱量不被浪費。


圖1是綜合利用太陽能加熱生活熱水和制取飲用凈水的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中，太陽能集熱器組件1、第一儲熱水箱2、第二儲熱水箱3、冷水箱4、熱水給水 泵5、負(fù)壓膜蒸餾裝置6、冷凝器7、飲用凈水水箱8、水環(huán)式真空泵9、循環(huán)冷卻水泵10、溫度 傳感器11、電磁閥12、液位計13、換熱盤管14、膨脹罐15、液位控制閥16和控制裝置17。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明專利的具體實施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)說明如圖1所示，綜合利用太陽能加熱生活熱水和制取飲用凈水的裝置包括太陽能集 熱器組件1、第一儲熱水箱2、第二儲熱水箱3、冷水箱4、熱水給水泵5、負(fù)壓膜蒸餾裝置6、 冷凝器7、飲用凈水水箱8、水環(huán)式真空泵9、循環(huán)冷卻水泵10、溫度傳感器11、電磁閥12、液 位計13、換熱盤管14、膨脹罐15、液位控制閥16和控制裝置17 ；太陽能集熱器組件1進(jìn)水 口與自來水相連，太陽能集熱器組件1出水口與第一儲水箱2、熱水給水泵5、負(fù)壓膜蒸餾裝 置6進(jìn)水口依次相連，負(fù)壓膜蒸餾裝置6蒸汽出口與冷凝器7和飲用凈水水箱8依次相連， 負(fù)壓膜蒸餾裝置6出水口和冷凝器7冷卻水出口與第二儲水箱3進(jìn)水口相連，冷凝器7冷卻 水進(jìn)口接自來水，水環(huán)式真空泵9冷卻水管與冷水箱4中的換熱盤管14、循環(huán)冷卻水泵10 依次相連，水環(huán)式真空泵9進(jìn)氣口與負(fù)壓膜蒸餾裝置6、冷凝器7和飲用凈水水箱8相連，控 制裝置17分別和循環(huán)冷卻水泵10、溫度傳感器11、電磁閥12、液位計13相連，形成自動控 制系統(tǒng)，第二儲水箱3出水口接熱水供水，冷水箱4出水口接冷水供水。負(fù)壓膜蒸餾裝置6 進(jìn)水口設(shè)有流量調(diào)節(jié)閥，控制裝置采用PLC中文控制裝置。太陽能集熱組件1 一般采用市場最常見的真空玻璃管組件，按照常規(guī)的非承壓式 系統(tǒng)配置成一套具有提供普通生活熱水功能的太陽能熱水系統(tǒng)。生活熱水的合理使用溫度 為50°C左右。利用真空管集熱器對收集到輻射熱量不易通過傳導(dǎo)損失的特點，系統(tǒng)運行時 提高放水的設(shè)定溫度，約為70°C左右。負(fù)壓膜蒸餾裝置6利用這個溫度段的熱水在負(fù)壓膜 蒸餾裝置6中蒸發(fā)，冷凝后獲得飲用凈水。被部分蒸發(fā)后的尾水溫度降至50°C左右回流至 第二儲水箱3作為生活熱水使用。
所述太陽能集熱組件1由單支的真空集熱管組合而成，每支集熱管在集分流管兩 側(cè)水平橫置，以一定規(guī)模組合成組。集熱器進(jìn)水端設(shè)置溫控電磁閥12，設(shè)于集熱器組件上部 的溫度傳感器11測得集熱器中水溫達(dá)設(shè)定值時，開啟電磁閥12，利用冷水管的管網(wǎng)余壓， 將冷水從集熱器組件下部頂入集熱器，同時將達(dá)到溫度要求的熱水從集熱器上部送入第一 儲熱水箱2儲存。當(dāng)所述溫度傳感器11測得集熱器出水溫度下降到設(shè)定值時，說明達(dá)到溫 度要求的熱水已全部送入第一儲熱水箱2中。溫控電磁閥12關(guān)閉，開始下一輪的集熱。以 此類推，使第一儲熱水箱2中水位不斷上升，水量增加。當(dāng)?shù)谝粌崴?中的水量達(dá)到一定值時，開啟熱水給水泵5將工作水泵入負(fù)壓 膜蒸餾裝置6，經(jīng)過該裝置的負(fù)壓高效蒸發(fā)，蒸汽進(jìn)入冷凝器7冷卻后凝結(jié)為飲用凈水流入 飲用凈水水箱8，飲用凈水水箱8注滿后，間隙性地恢復(fù)常壓，取出合格的飲用凈水備用。而 負(fù)壓膜蒸餾裝置6中大部分尚未蒸發(fā)而溫度有所降低的尾水流入第二儲熱水箱3，作生活 熱水使用，達(dá)到綜合利用太陽能加熱生活熱水和制備飲用凈水的雙向目的。負(fù)壓膜蒸餾裝置6中的冷卻工作水由自來水管網(wǎng)供給，冷卻水在冷凝器7中通過 間接熱交換形式將來自負(fù)壓膜蒸餾裝置6的蒸汽冷凝后水溫升高流入第二儲熱水箱3與生 活熱水混合后使用。所述負(fù)壓膜蒸餾裝置6在運行時為保持其蒸餾器和冷凝器中的負(fù)壓環(huán)境，采用水 環(huán)式真空泵9保持真空度，水環(huán)式真空泵9的冷卻工作水循環(huán)使用，在水環(huán)式真空泵冷卻系 統(tǒng)中設(shè)置循環(huán)冷卻水泵10、冷卻水管，在冷水箱4中設(shè)一組換熱盤管14。水環(huán)式真空泵9 開啟時啟動循環(huán)冷卻水泵10將水環(huán)式真空泵9的工作熱量通過熱交換儲存到裝置的冷水 箱4中，以提高整個裝置的熱利用效率。當(dāng)冬季或太陽輻射量不足時，所述熱水給水泵5關(guān)閉，第一儲熱水箱和第二儲熱 水箱之間的電磁閥開啟，太陽能集熱器組件1制備的熱水直接進(jìn)入第二儲熱水箱3中，用作 生活用水。
權(quán)利要求
1.一種綜合利用太陽能加熱生活熱水和制取飲用凈水的裝置，其特征在于包括太陽能 集熱器組件(1)、第一儲熱水箱(2)、第二儲熱水箱(3)、冷水箱(4)、熱水給水泵(5)、負(fù)壓膜 蒸餾裝置(6)、冷凝器(7)、飲用凈水水箱(8)、水環(huán)式真空泵(9)、循環(huán)冷卻水泵(10)、溫度 傳感器(11)、電磁閥(12)、液位計(13)、換熱盤管(14)、膨脹罐(15)、液位控制閥(16)和控 制裝置(17)；太陽能集熱器組件(1)進(jìn)水口與自來水相連，太陽能集熱器組件(1)出水口 與第一儲水箱(2)、熱水給水泵(5)、負(fù)壓膜蒸餾裝置(6)進(jìn)水口依次相連，負(fù)壓膜蒸餾裝置 (6)蒸汽出口與冷凝器(7)和飲用凈水水箱(8)依次相連，負(fù)壓膜蒸餾裝置(6)出水口和冷 凝器(7)冷卻水出口與第二儲水箱(3)進(jìn)水口相連，冷凝器(7)冷卻水進(jìn)口接自來水，水環(huán) 式真空泵(9)冷卻水管與冷水箱(4)中的換熱盤管(14)、循環(huán)冷卻水泵(10)依次相連，水 環(huán)式真空泵(9)進(jìn)氣口與負(fù)壓膜蒸餾裝置(6)、冷凝器(7)和飲用凈水水箱(8)相連，控制 裝置(17)分別和循環(huán)冷卻水泵(10)、溫度傳感器(11)、電磁閥(12)、液位計(13)相連，形 成自動控制系統(tǒng)，第二儲水箱(3)出水口接熱水供水，冷水箱(4)出水口接冷水供水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種綜合利用太陽能加熱生活熱水和制取飲用凈水的裝置， 其特征在于在負(fù)壓膜蒸餾裝置(6)進(jìn)水口設(shè)有流量調(diào)節(jié)閥。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種綜合利用太陽能加熱生活熱水和制取飲用凈水的裝置， 其特征在于控制裝置(17)采用PLC中文控制裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種綜合利用太陽能加熱生活熱水和制取飲用凈水的裝置。太陽能集熱器組件出水口與第一儲水箱、熱水給水泵、負(fù)壓膜蒸餾裝置進(jìn)水口依次相連，負(fù)壓膜蒸餾裝置蒸汽出口與冷凝器和飲用凈水水箱依次相連，負(fù)壓膜蒸餾裝置出水口和冷凝器冷卻水出口與第二儲水箱進(jìn)水口相連，水環(huán)式真空泵冷卻水管與冷水箱中的換熱盤管、循環(huán)冷卻水泵依次相連，水環(huán)式真空泵進(jìn)氣口與負(fù)壓膜蒸餾裝置、冷凝器和飲用凈水水箱相連，控制裝置分別和循環(huán)冷卻水泵、溫度傳感器、電磁閥和液位計相連。本發(fā)明利用同一組太陽能集熱單元，根據(jù)不同季節(jié)太陽輻射量的變化結(jié)合飲用凈水和生活熱水需求量變化調(diào)整兩者的熱量需求分配，使收集到的太陽能輻射熱量得到高效利用。
文檔編號F24J2/40GK102003797SQ201010281600
公開日2011年4月6日 申請日期2010年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月14日
發(fā)明者何海霞, 張三明, 王靖華, 鄧倩, 陳志剛, 陳歡林 申請人:浙江大學(xué)建筑設(shè)計研究院