基于膜蒸馏的太阳能智能户外洗手装置

1.本发明涉及户外洗漱领域，具体是基于膜蒸馏的太阳能智能户外洗手装置。


背景技术：

2.户外洗手装置是保证手部卫生的一个好方式，目前应用于户外公共场所的 洗手装置主要有以下两种：
[0003][0004]
第一种是随身携带免洗洗手液，该方法成本高，携带不方便，且化学合成 品会损害皮肤；
[0005]
第二种为设计一些洗手池，存在着投资大、占地广、耗水量多的问题，在 这些设计中，有的采用了滤芯对脏水进行过滤，大部分用水均为城市供水线路 提供，这样的用水方式极易造成大量清洁水浪费和持续投资量大；而有设计偏 重雨水收集，但这种装置在干旱少雨的地区难以实现持续使用，且用水卫生难 以保证；有设计对于使用过后的污水进行过滤处理后排放，但这种设计仅考虑 了绿色排水，并未实现水资源的循环利用。


技术实现要素：

[0006]
本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种基于膜蒸馏的太 阳能智能户外洗手装置，通过内循环机制，实现水的循环再利用，节约用水， 解决了群众在外洗手难和减少细菌、病毒传染的问题，既能巧妙的实现个人卫 生防护的目标，又将可再生能源进行了合理的利用。
[0007]
本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
[0008]
基于膜蒸馏的太阳能智能户外洗手装置，包括加热冷凝系统、清水储存系 统、出水回收系统、发电供电系统；
[0009]
所述加热冷凝系统包括第一箱体，所述第一箱体内的上部倾斜设有板状的 微通道冷凝器，在所述微通道冷凝器的底面上敷设有膜结构，所述第一箱体内 的底部设有第一加热器，所述第一箱体的底部设有排污阀；
[0010]
所述清水储存系统包括固定在第一箱体的外壁上的第二箱体，所述微通道 冷凝器的高度较低的一端插入第二箱体中；
[0011]
所述出水回收系统包括洗手台、增压泵，所述洗手台的顶部设有回收水槽， 所述回收水槽的上侧设有水龙头，所述水龙头的进水端通过第一管路与增压泵 连接，所述增压泵的进水口与第二箱体连通，所述回收水槽的底端通过第二管 路与第一箱体连通；
[0012]
所述发电供电系统包括光伏板、蓄电池、控制器，所述第一箱体、第二箱 体、洗手台均位于光伏板的下侧，所述光伏板覆盖第一箱体、第二箱体、洗手 台。
[0013]
优选的，所述第一箱体、第二箱体均为保温箱。
[0014]
优选的，所述第一箱体内的顶部设有风冷装置，所述第一箱体远离第二箱 体的一端的外壁上设有透气窗，所述透气窗位于微通道冷凝器的上侧，所述透 气窗内设有过滤
网，所述透气窗的外侧设有防尘罩。
[0015]
优选的，所述第一箱体的外壁上设有注水口，所述第一箱体内设有第一温 度感应计、压力感应器，所述第一箱体上安装有水位计。
[0016]
优选的，所述第二箱体与第一箱体之间设有溢流管，所述溢流管位于微通 道冷凝器的下侧。
[0017]
优选的，所述第二箱体内设有第二温度感应计、第二加热器、电子水位感 应器，所述第二箱体的顶部设有泄压阀。
[0018]
优选的，所述第二箱体内的顶部设有紫外光灯。
[0019]
优选的，所述洗手台的高度可调，所述第一管路、第二管路均包括一段软 管，所述第二箱体上设有智能识别系统。
[0020]
优选的，所述回收水槽内设有可拆卸过滤网，所述第二管路上设有控制阀 门。
[0021]
优选的，所述水龙头为红外感应水龙头。
[0022]
对比现有技术，本发明的有益效果在于：
[0023]
本发明提供了一种户外洗手装置的新思路，通过内循环机制，实现水的循 环再利用，节约用水；将微通道冷凝板与膜蒸馏结合对热水蒸汽进行冷凝回收， 有效提高水蒸气冷凝效率和冷凝水回收效率，保证了用水洁净度和蒸馏水出水 效率，能够及时提供清洁水；通过重力作用回收被使用的水，构成了循环水使 用系统，使水资源得到了循环利用；通过智能化控制系统对装置的运行参数进 行监测和调整，保证装置的协同稳定运行和满足人们的用水需求；依靠太阳能 供能独立运行于各大户外公共场所以及无城市管网和电网的地区，安装维护较 为方便，可节省较多人工和物料成本，绿色环保；在节约能源和智慧化城市建 设的大前提下，本发明可提供在公交站牌、公园等户外公共场所进行使用，解 决群众在外洗手难和减少细菌、病毒传染的问题，既能巧妙的实现个人卫生防 护的目标，又将可再生能源进行了合理的利用。
附图说明
[0024]
附图1是本发明的结构示意图；
[0025]
附图2是微通道冷凝器的横截面示意图；
[0026]
附图3是本发明的系统控制图；
[0027]
附图4是本发明的系统智能化“监测
‑
反馈
‑
控制”示意图。
[0028]
附图中标号：
[0029]
1、第一箱体；11、微通道冷凝器；12、膜结构；13、第一加热器；14、排 污阀；15、风冷装置；16、过滤网；17、防尘罩；18、注水口；19、第一温度 感应计；
[0030]
2、第二箱体；21、第二温度感应计；22、第二加热器；23、电子水位感应 器；24、泄压阀；25、紫外光灯；26、智能识别系统；
[0031]
3、洗手台；31、增压泵；32、回收水槽；33、水龙头；34、第一管路；35、 第二管路；36、可拆卸过滤网；37、控制阀门；
[0032]
4、光伏板；41、蓄电池；42、控制器；
[0033]
5、水位计；6、溢流管；7、压力感应器。
具体实施方式
[0034]
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说 明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内 容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样 落于本申请所限定的范围。
[0035]
实施例：如附图1
‑
4所示，本发明所述是基于膜蒸馏的太阳能智能户外洗手 装置，包括加热冷凝系统、清水储存系统、出水回收系统、发电供电系统；
[0036]
所述加热冷凝系统包括第一箱体1，第一箱体1用于存水，所述第一箱体1 内的上部倾斜设有板状的微通道冷凝器11，在所述微通道冷凝器11的底面上敷 设有膜结构12，为了解决水蒸气冷凝的问题，微通道冷凝器11采用了膜蒸馏微 通道金属冷凝板，其对水蒸气进行冷凝，并且按照一定的角度斜插入第二箱体2， 利用重力可使冷凝水流入第二箱体2中，整块微通道冷凝器11仅是在金属冷凝 板的基础上加设了多条双梯形小直径凹槽结构(如附图2所示)，增大了热蒸气 收集面积，扩大热蒸气与冷凝壁接触面积，为冷凝水提供下流路径，使得冷凝 水沿着槽道下流，另外利用重力效应避免了经冷凝后的水珠滴落，加快了冷凝 水凝结效率与排出效率；当膜两侧存在一定温差时，由于蒸汽压的不同，水蒸 气透过微孔在冷测冷凝，热侧溶液逐步浓缩，加快水蒸气的冷凝，金属冷凝板 滴落的冷凝水由自身重力沿路径下流到第二箱体2。所述第一箱体1内的底部设 有第一加热器13，第一加热器13可采用加热棒，第一加热器13与蓄电池41连 接，用于对第一箱体1内的水进行加热，使其蒸发；所述第一箱体1的底部设 有排污阀14，维护期间打开排污阀14，排出沉积于箱底的杂物，能够提升第一 箱体1里的水质。
[0037]
优选的，所述第一箱体1内的顶部设有风冷装置15，所述第一箱体1远离 第二箱体2的一端的外壁上设有透气窗，所述透气窗位于微通道冷凝器11的上 侧，所述透气窗内设有过滤网16，所述透气窗的外侧设有防尘罩17，风冷装置 15通过冷风对微通道金属冷凝板进行风冷散热降温，增大冷凝板与水蒸气环境 的温差，提高冷凝效率，位于壁面上的过滤网16与防尘罩17达到了散热和防 止雨水及杂物的进入的目的。
[0038]
优选的，所述第一箱体为保温箱，可在第一箱体1周围铺上保温层进行保 温，能防止第一箱体1内的水蒸发时热量的散失，能够降低能耗。
[0039]
优选的，为了解决水消耗的问题，所述第一箱体1的外壁上设有注水口18， 注水口18为单向，可对第一箱体1内的水进行补充；为了监测第一箱体内的水 位变化、温度和气压，所述第一箱体1内安装有水位计5、第一温度感应计19、 压力感应器7。
[0040]
所述清水储存系统包括固定在第一箱体1的外壁上的第二箱体2，第二箱体 2用于储存清洁水，所述微通道冷凝器11的高度较低的一端插入第二箱体2中；
[0041]
优选的，所述第二箱体2与第一箱体1之间设有溢流管6，所述溢流管6位 于微通道冷凝器11的下侧，通过溢流管导通第二箱体2与第一箱体1，使第二 箱体2能保持一定液位，迅速排除多余水，使其进入第一箱体1，保证装置的正 常运行。
[0042]
优选的，所述第二箱体2内安装有第二加热器22，可对水进行加热，使第 二箱体2中的水温恒定在某一范围内。进一步的，第二箱体2为保温箱，第二 箱体2被一层保温层包围，减小了第二箱体2中水的热损失。
[0043]
优选的，所述第二箱体2内第二温度感应计21、电子水位感应器23，用于 时刻监视第二箱体2中的温度变化和水位的变化。
[0044]
优选的，所述第二箱体2的顶部设有泄压阀24，泄压阀24可采用电子泄压 阀，由于第二箱体2与第一箱体1连通，第二箱体2与第一箱体1内的压力是 一样的，当对第一箱体1内的水不停加热时，第二箱体2与第一箱体1内的压 力会变大，压力变大水的沸点也会随之提高，限制箱内压力处在一定范围内能 够保证蒸馏环节更好的进行，故增加了电子泄压阀，调节箱内的气压。
[0045]
优选的，所述第二箱体2内的顶部安装有紫外光灯25，紫外光灯对水进行 高温消毒外的二次消毒，能够除去冷凝水中可能携带的细菌，保证了水的清洁 性。
[0046]
所述出水回收系统包括洗手台3、增压泵31，所述洗手台3的顶部设有回 收水槽32，所述回收水槽32的上侧设有水龙头33，在洗手台3上设有与水龙 头33相适应的支座，所述水龙头33的进水端通过第一管路34与增压泵31连 接，所述增压泵31的进水口与第二箱体2连通，所述回收水槽32的底端通过 第二管路35与第一箱体1连通，使用增压泵31提高水压，保证水流的循环流 动，第二箱体2中的水通过第一管路34到达外界供人们的清洁活动，回收水槽 32中的水通过第二管路35回收到第一箱体1进行二次利用，清洁手部后的废水 将通过第二管路35流入第一箱体1。
[0047]
优选的，所述回收水槽32内设有可拆卸过滤网36，通过可拆卸过滤网36 来收集人们洗手时掉落的物品，以及防止比较大的污垢堵塞第二管路35，有利 于装置的维护和清理；所述第二管路35上设有控制阀门37，控制阀门37采用 电动阀门，起到了防止脏水倒流的作用。
[0048]
优选的，所述水龙头33为红外感应水龙头，避免人们的手与水龙头33进 行接触，从而避免了人们在洗手后的二次接触污染。
[0049]
优选的，所述洗手台3的高度可调，所述第一管路34、第二管路35均包括 一段软管，在洗手台3的底部设有液压升降系统，所述液压升降系统包括升降 台、升降台支架、液压撑杆和液压组件组成，液压撑杆给运行的升降台支架一 个支撑作用，防止使用人洗手时对回收水槽32用力过大。
[0050]
进一步的，所述第二箱体2上设有智能识别系统26，便于人们对箱内清水 温度及水位的直观了解，同时可以根据来人的身高，控制液压升降系统和水龙 头的出水量。
[0051]
所述发电供电系统包括光伏板4、蓄电池41、控制器42，光伏板4与蓄电 池41电连接，采用光伏发电原理为本发明的运行供电，并将光伏组件所产生的 电量存储在蓄电池41中，以防止连续性的阴雨天气给太阳能供电带来影响，控 制器42则起到了控制蓄电池充放电的作用，控制器42由各种传感器和监测器 件组成，用于对各个传感器和监测器件传回数据进行分析和传递，并且执行相 对应的控制策略。蓄电池41、控制器42均位于第一箱体1底部的底座中，所述 第一箱体1、第二箱体2、洗手台3均位于光伏板4的下侧，所述光伏板4覆盖 第一箱体1、第二箱体2、洗手台3，光伏板4还起到遮风挡雨的作用，既可以 保护装置也可以给人们提供便利。
[0052]
本发明的工作原理如下：
[0053]
本发明利用光生伏特原理，阳光照射在光伏板4上产生电能，蓄电池41将 其电能储存，蓄电池41可为本发明中的各种原件提供电能，通过各种感应器和 监测器(红外感应器、温度感应器、智能识别系统、水位感应器、压力感应器 等)对整个装置的监测，将装置信息及运行状态反馈给控制系统，控制系统将 根据不同的反馈信息对所述装置的相关器件
(紫外光灯、加热棒、电子泄压阀、 电动阀门、风冷装置、增压泵、液压控制器、脏水出口及阀门等)进行实时的 控制和调整，并将相关信息上传反馈给维护人员。
[0054]
本发明的循环水清洁装置工作原理为：当智能识别系统26感应到有人需要 进行清洁活动，水龙头33自动出水，然后流入回收水槽32，通过可拆卸过滤网 36粗过滤的废水经第二管路35流入第一箱体1(脏水箱)中，与此同时第二箱 体2(清洁水箱)的水位有所下降，当第二箱体2中的水位下降到一定程度时， 电子水位感应器23会发送信号给控制系统，控制系统接收到信号后，向蓄电池 42发出给第一箱体1的加热棒供电的信号，第一箱体1内的加热棒开始工作， 为第一箱体1的脏水进行加热，此时蒸馏冷凝系统、风冷装置15开始工作，持 续对金属冷凝板降温，随着脏水温度的升高，脏水不断蒸发出干净的水蒸气， 且蒸发量随温度逐渐变大，大量的水蒸气通过膜组件与微孔冷凝板相接触，冷 凝成液滴，并通过重力的作用汇聚流向第二箱体2，部分滴落的清水沿着膜组件 流入第二箱体2，第二箱体2通过电子水位感应器23感应水位高度，当水位快 要到达储存最大容量时，发送信号给控制系统，停止加热第一箱体1中的脏水。 之后第二箱体2里的清水会再次被人们使用，如此建立了水的循环利用。当第 一箱体1的水量，因为人们清洁活动时的消耗，水位低到一定程度时，水位计5 会发送信号给控制系统，控制系统发送信号给维护人员，让维护人员对装置进 行注水、排杂物和维护等操作。
[0055]
对于清水储存系统而言，蓄电池为紫外光灯，温度感应器，电子水位感应 器，电子泄压阀，和其中的加热棒供电，当箱内气压到达设定最大值时，控制 系统输出控制信号，电子泄压阀打开进行泄压操作。紫外光灯定时打开进行杀 毒除菌工作，据调查人的最佳清洁温度在30摄氏度到40摄氏度，所以当清水 储存区的水温感应器，探测到水温不在此温度范围内，通过控制系统，其中的 加热棒会得到供电，对水进行加热；
[0056]
通过压力感应器感应到水箱内的压力超出设定值时，控制系统发出信号， 电子泄压阀打开进行泄压操作，当压力感应器感应到水箱内的压力小于1.5个 大气压的时候，电子泄压阀关闭；
[0057]
控制系统根据第二箱体2(清水储存区)内水位感应器给出的信号，来调节 第一箱体1(脏水储存区)加热棒的输出功率，若清水储存区水位下降过快，脏 水储存区的加热棒功率变大并长期维持大功率状态，进行脏水的蒸发，从而加 快清水储存区水位的回升；
[0058]
当第一箱体1(脏水储存箱)水位低于设定的最低水位极限时，控制系统将 断开脏水加热棒的电源供给，防止加热棒的干烧，第二箱体2(清水储存箱)通 过电子水位感应器检测水位，同理防止加热棒干烧。
[0059]
智能识别系统感应使用人的身高和性别，通过控制器控制液压系统的升降 和水龙头的出水量，在顾及老人小孩的同时也保证了合理的用水量。
[0060]
通过各传感器和监测器的信号反馈，控制系统可以向维护人员发送装置运 行的相关信息，以此进行装置的日常维护操作。
[0061]
本装置将微通道冷凝板与膜蒸馏结合对热水蒸汽进行冷凝回收，有效提高 水蒸气冷凝效率和冷凝水回收效率，保证了用水洁净度和蒸馏水出水效率；通 过重力作用回收被使用的水，构成了循环水使用系统，使水资源得到了循环利 用；通过智能化控制系统对装置的运行参数进行监测和调整，从而保证装置的 协同稳定运行和满足人们的用水需求；本装置为集成一体化系统，依靠太阳能 供能独立运行于各大户外公共场所以及无城市管
网和电网的地区，安装维护较 为方便，可节省较多人工和物料成本，绿色环保。