一种双效太阳能净水器及其制水方法与流程

本发明属于太阳能蒸馏水热水联合生产装置技术，具体涉及一种双效太阳能净水器及其制水方法。

背景技术：

现有的家用太阳能热水器能量利用简单，用途单一，尤其是夏季生产的热水温度较高，普通家庭无法短时间使用大量热水，造成大量热水浪费，从而不能充分利用高品位集热元件的优势。现有的制取蒸馏水的技术诸如：蒸馏法、离子交换法、渗析法和发渗透法等存在需要消耗大量的燃料和电力缺陷，因此急需一种节能制取淡水技术，来满足水资源和能源匮乏地区饮水难的问题。

已有技术诸如专利CN201310103870.7所公开的这类太阳能海水淡化装置，结构复杂,制造成本较高,且功能单一。集水箱内接液槽采用大量焊接件，长时间使用焊接处容易生锈，存在循环蒸发部分结垢，蒸馏水箱清洗不方便等问题。所以必须设计一种便于清洗、结构合理、节能高效的净水器。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供一种双效太阳能净水器及其制水方法，本双效太阳能净水器及其制水方法提高太阳能二次利用率，在产生一定量的蒸馏水的同时还能制作生活热水。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

一种双效太阳能净水器，包括混合水箱和太阳能集热器，所述混合水箱包括夹套生活用水箱、蒸发集液盘和蒸馏水箱，所述蒸发集液盘和蒸馏水箱均设在夹套生活用水箱的内侧，所述蒸馏水箱设在所述夹套生活用水箱内侧的底壁上，所述蒸发集液盘位于所述蒸馏水箱的上方，所述蒸发集液盘通过太阳能循环泵与太阳能集热器连通，所述蒸发集液盘通过水管连接有源水，所述夹套生活用水箱通过水管连接有生活用水。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述蒸发集液盘包括底部蒸发集液盘和顶部蒸发集液盘，所述顶部蒸发集液盘位于底部蒸发集液盘的上方，所述顶部蒸发集液盘通过导水管与底部蒸发集液盘连接，所述顶部蒸发集液盘通过水管连接有源水，所述底部蒸发集液盘通过太阳能循环泵与太阳能集热器连通，所述底部蒸发集液盘通过集液盘支撑架安装在夹套生活用水箱的内壁上，所述顶部蒸发集液盘的底部向左下方倾斜并通过集液盘支撑架安装在夹套生活用水箱的内壁上，所述顶部蒸发集液盘的右端通过挡气板与所述底部蒸发集液盘连接，所述顶部蒸发集液盘的长度大于所述底部蒸发集液盘的长度。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述集液盘支撑架的表面设有若干个矩形长槽孔。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述顶部蒸发集液盘的顶部设有蒸汽收集板，所述底部蒸发集液盘、挡气板、顶部蒸发集液盘和蒸汽收集板为一体结构。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述蒸汽收集板包括多个蒸汽收集叶片，每个所述蒸汽收集叶片错位倾斜叠放从而构成呈倒V型的蒸汽收集板，每相邻的两个蒸汽收集叶片之间设有空隙，所述蒸汽收集板的中间设有若干个方槽。

作为本发明进一步改进的技术方案，还包括辅助电加热器，所述顶部蒸发集液盘连接有源水的水管上设有第一电磁阀，所述底部蒸发集液盘通过太阳能循环泵和设有第二电磁阀的连接管道与辅助电加热器连通。

作为本发明进一步改进的技术方案，还包括支架、控制器、光伏驱动电源，所述混合水箱安装在支架的中部，所述太阳能集热器的顶部倾斜的与支架的顶部连接，所述控制器安装在支架的顶部，所述光伏驱动电源安装在支架的后侧，所述太阳能集热器的出水口设有温度传感器，所述底部蒸发集液盘的内部设有液位传感器，所述温度传感器和液位传感器分别与控制器电连接，所述控制器分别与太阳能循环泵、第一电磁阀、第二电磁阀和辅助电加热器电连接，所述光伏驱动电源分别与控制器、第一电磁阀、第二电磁阀、辅助电加热器、温度传感器和液位传感器电连接。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述夹套生活用水箱的外表面设有保温层，所述夹套生活用水箱设有生活用水进水口和生活用水出水口。

本发明采取的另一个技术方案为：一种双效太阳能净水器的制水方法，包括以下步骤：

步骤1：源水通过水管进入顶部蒸发集液盘，顶部蒸发集液盘内的源水通过导水管流入到底部蒸发集液盘内，底部蒸发集液盘内的源水通过太阳能循环泵和太阳能集热器发生热交换从而加热底部蒸发集液盘内的源水；

步骤2：底部蒸发集液盘内的源水在加热的过程中不断进行蒸发，蒸发后的蒸汽上升到顶部蒸发集液盘的下端，蒸汽在顶部蒸发集液盘的下端进行冷凝从而产生泠凝水，顶部蒸发集液盘的下端的冷凝水沿着带有倾角的顶部蒸发集液盘的下端流向集液盘支撑架，冷凝水通过集液盘支撑架上设有的矩形长槽孔流入到蒸馏水箱内；

步骤3：蒸汽在顶部蒸发集液盘的下端进行冷凝时散发的热量加热了顶部蒸发集液盘内的源水，顶部蒸发集液盘内的源水产生新的二次蒸汽，二次蒸汽上升到蒸汽收集板，蒸汽收集板将二次蒸汽收集到夹套生活用水箱的内壁上，二次蒸汽在夹套生活用水箱的内壁上进行冷凝从而产生二次泠凝水，二次泠凝水沿着夹套生活用水箱的内壁和集液盘支撑架上设有的矩形长槽孔流入到蒸馏水箱内；

步骤4：二次蒸汽在夹套生活用水箱的内壁上进行冷凝时散发的热量加热了夹套生活用水箱内的生活用水，夹套生活用水箱通过生活用水出水口与第一水泵的进水口连接，第一水泵将夹套生活用水箱内已经加热的生活用水输送给用户；

步骤5：蒸馏水箱内的冷凝水为蒸馏水，蒸馏水箱通过水管和第二水泵的进水口连接，第二水泵将蒸馏水箱内的蒸馏水输送给用户。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

1、本发明分别通过混合水箱中的蒸发集液盘和夹套生活用水箱对蒸馏水和生活热水联合制作，提高了能量传递效率，热效率大幅提高，利用率高达85%，充分利用太阳能集热器中的集热管所吸收的热能，实现了蒸汽二次利用，在同一混合水箱中既可以制取蒸馏水也可以制作生活热水；

2、本发明所使用的能源为太阳能，绿色环保，无副产物排放，选配太阳能光伏发电制作光伏驱动电源，从而为控制器、第一电磁阀、第二电磁阀、辅助电加热器、温度传感器和液位传感器等提供电能，适合野外山区无市电地区。目前本发明中太阳能集热器配备20根太阳能中温集热管，在夏季晴天蒸馏水产量每天能达到12L，同时可将80L生活水从20度加温到50度；

3、目前市场上此类双效太阳能净水器空缺，除家用之外，本发明主要应用领域可以在以下几个方面：（a）污水苦咸水制取蒸馏水：用于淡水资源匮乏和水资源污染严重地区，如可将我国西部的苦咸水制取蒸馏水，还可利用生活废水生产蒸馏水，对生活用水进行二次再利用（b）生物医药领域：通过对本装置的升级，增加集热器的管数和集热器的数量，增加混合水箱的容量，可产生大量工业用的蒸馏水，提高效益，节约能源减少二氧化碳的排放量。（c）海水淡化工程：可用于海岛上的淡水制取；可以安装在远海作业的船舶上，生产蒸馏水和生活热水，解决海水淡化难题；

4、本发明的混合水箱中的蒸发集液盘组装采用非焊接拼装形式，通过底部蒸发集液盘和顶部蒸发集液盘实现两层形式，底部蒸发集液盘产生一次蒸汽，顶部蒸发集液盘产生二次蒸汽，层级形式拼装成整体，将底部蒸发集液盘和顶部蒸发集液盘直接放置在夹套生活用水箱内的蒸发集液盘支撑上，打开混合水箱的侧封盖，即可将底部蒸发集液盘和顶部蒸发集液盘从夹套生活用水箱内抽出，可定期清洗蒸发集液盘，因此本发明便于清洗，安装方便，不易生锈，结构简单，成本低。

附图说明

图1为本发明的主体结构示意图。

图2为本发明的混合水箱的结构示意图。

图3为本发明的混合水箱的工作原理示意图。

图4为本发明的集液盘支撑架的结构示意图。

图5为本发明的蒸汽收集板的结构示意图。

图6为本发明的整体结构示意图。

具体实施方式

本发明的蒸馏水制取技术采用多效蒸汽层级传热方式，提高蒸汽的重复利用率，蒸汽的产生以及蒸馏水的收集都在夹套生活用水箱的内部完成。下面根据图1至图6对本发明的具体实施方式作出进一步说明：

参见图1，一种双效太阳能净水器，包括混合水箱1和太阳能集热器3，参见图2和图3，所述混合水箱1包括夹套生活用水箱6、蒸发集液盘和蒸馏水箱7，所述蒸发集液盘和蒸馏水箱7均设在夹套生活用水箱6的内侧，所述蒸馏水箱7设在所述夹套生活用水箱6内侧的底壁上，所述蒸发集液盘位于所述蒸馏水箱7的上方，所述蒸发集液盘通过太阳能循环泵26与太阳能集热器3连通并形成一条管道回路，所述蒸发集液盘通过水管连接有源水18，所述夹套生活用水箱6通过水管连接有生活用水17。夹套生活用水箱6又叫蒸汽冷凝水箱，用于冷凝通过蒸发集液盘产生的蒸汽19，夹套生活用水箱6内表面为蒸汽19冷凝后形成的蒸馏水流道，蒸汽19吸附在夹套生活用水箱6内表面，蒸汽19在冷凝的过程中加热夹套生活用水箱6内的生活用水17，蒸馏水箱7位于夹套生活用水箱6内底部并与蒸发集液盘分隔开，避免源水18进入蒸馏水箱7。

其中蒸发集液盘采用层级搭配设计，蒸发集液盘分为两层，包括底部蒸发集液盘8和顶部蒸发集液盘9，顶部蒸发集液盘9位于底部蒸发集液盘8的上方，顶部蒸发集液盘9通过导水管10与底部蒸发集液盘8连接，顶部蒸发集液盘9通过水管连接有源水18，底部蒸发集液盘8通过太阳能循环泵26与太阳能集热器3连通并形成一条管道回路，集液盘支撑架11的一端固定在夹套生活用水箱6的内壁上，底部蒸发集液盘8通过集液盘支撑架11固定在夹套生活用水箱6的内部，顶部蒸发集液盘9的底部向左下方倾斜25度，并通过集液盘支撑架11固定在夹套生活用水箱6的内部，顶部蒸发集液盘9右端通过挡气板13与底部蒸发集液盘8连接且顶部蒸发集液盘9左端的底部与底部蒸发集液盘8左端的顶部具有一定的空隙，挡气板13具有阻挡蒸汽19的作用，顶部蒸发集液盘9的长度大于底部蒸发集液盘8的长度。参见图4，集液盘支撑架11的表面设有若干个矩形长槽孔23。参见图2，顶部蒸发集液盘9的顶部设有蒸汽收集板12，底部蒸发集液盘8、挡气板13、顶部蒸发集液盘9和蒸汽收集板12为一体结构。参见图5，蒸汽收集板12包括多个蒸汽收集叶片20，每个蒸汽收集叶片20错位倾斜叠放从而构成呈倒V型的蒸汽收集板12，每相邻的两个蒸汽收集叶片20之间设有空隙，蒸汽收集板12的中间设有若干个方槽25。

参见图3，其中蒸发集液盘采用层级搭配设计，底部蒸发集液盘8的源水18通过太阳能循环泵26带走和太阳能集热器3发生热交换后再通过管道回路返回到底部蒸发集液盘8，源水18来回往返循环流动，底部蒸发集液盘8的源水18不断进行加热升温，当底部集液盘上的源水18加热到90度以上时，底部集液盘上的源水18会产生持续稳定的蒸汽19，底部蒸发集液盘8产生的蒸汽19上升后在顶部蒸发集液盘9的下端冷凝，同时加热顶板蒸发集液盘内的源水18产生新的二次蒸汽19，顶板蒸发集液盘下方的冷凝水21沿着带有倾角的底部流向端部的集液盘支撑架11，从集液盘支撑架11上的矩形长槽孔23流入蒸馏水箱7，同时，新的二次蒸汽19到达顶部的蒸汽收集板12上的蒸汽收集叶片20，新的二次蒸汽19从蒸汽收集叶片20之间的空隙中和蒸汽收集板12的方槽25中到达夹套生活用水箱6的内壁上，通过和夹套生活水箱内壁的换热冷凝成新的二次蒸馏水22，新的二次蒸馏水22再沿着夹套生活用水箱6内壁、蒸汽收集叶片20和集液盘支撑架11上的矩形长槽孔23流入蒸馏水箱7内，蒸汽收集叶片20有效的将蒸馏水22引导到夹套生活用水箱6内壁。从而避免大量蒸汽19冷凝后再次滴回顶部蒸发集液盘9。本发明的混合水箱1中的蒸发集液盘组装采用非焊接拼装形式，层级形式拼装成整体，直接放置在夹套生活用水箱6内的集液盘支撑架11上，打开制取纯水混合水箱1的侧封盖，可将蒸发集液盘从夹套生活用水箱6内抽出，可定期清洗蒸发集液盘。底部蒸发集液盘8构成第一蒸发室， 顶部蒸发集液盘9构成第二蒸发室，层级的蒸发集液盘的每一级都通有导水管10贯穿，进水时，源水18流入顶部蒸发集液盘9的第一蒸发室，从导水管10再流入到底部蒸发集液盘8的第二蒸发室。夹套生活用水箱6的外表面设有保温层14，夹套生活用水箱6设有生活用水进水口15和生活用水出水口16。

本发明还包括辅助电加热器、支架2、控制器4、光伏驱动电源5，参见图6，顶部蒸发集液盘9连接有源水18的水管上设有第一电磁阀30，底部蒸发集液盘8通过太阳能循环泵26和设有第二电磁阀29的连接管道与辅助电加热器连通从而形成一条管道回路。混合水箱1安装在支架2的中部，太阳能集热器3的顶部倾斜的与支架2的顶部连接，所述控制器4安装在支架2的顶部，所述光伏驱动电源5安装在支架2的后侧，太阳能集热器3的出水口处设有温度传感器32，底部蒸发集液盘8的内部设有液位传感器24，温度传感器32和液位传感器24分别与控制器4电连接，控制器4与太阳能循环泵26、第一电磁阀30、第二电磁阀29和辅助电加热器电连接，光伏驱动电源5分别为控制器4、第一电磁阀30、第二电磁阀29、辅助电加热器、温度传感器32和液位传感器24提供电能。

具体地，顶部蒸发集液盘9通过设有第一电磁阀30的水管连接有源水18，底部蒸发集液盘8通过进水管道依次与太阳能循环泵26的进水口和太阳能集热器3的进水口连通且太阳能集热器3的出水口通过出水管道和底部蒸发集液盘8连通从而形成一个管道回路，进水管道和吹水管道之间连接有连接管道，第二电磁阀29设置在连接管道上，连接管道上还连接有辅助电加热器，夹套生活用水箱6通过生活用水出水口16和第一水泵27的进水口连接，夹套生活用水箱6通过设有第三电磁阀31的水管与第一水泵27的出水口连接，第一水泵27的出水口通过设有第四电磁阀33的水管连接室内热水阀门，蒸馏水箱7通过水管和第二水泵28的进水口连接，第二水泵28为室内用户供应蒸馏水22。其中夹套生活用水箱6、底部蒸发集液盘8均设有温度传感器32，温度传感器32、第一水泵27、第二水泵28、第三电磁阀31和第四电磁阀33均连接控制器4。

本发明在工作时，打开第一电磁阀30，源水18通过第一电磁阀30进入到顶部蒸发集液盘9，顶部蒸发集液盘9通过导水管10将源水18输送到底部蒸发集液盘8，底部蒸发集液盘8构成第一蒸发室， 顶部蒸发集液盘9构成第二蒸发室，底部蒸发集液盘8内的液位传感器24实时监测底部蒸发集液盘8的源水18水位并发送信号到控制器4，控制器4分析并判断底部蒸发集液盘8的源水18水位是否超出预先设定的水位范围，如果高于预先设定的水位范围，则控制器4控制第一电磁阀30，第一电磁阀30关闭从而停止供应源水18，源水18通过太阳能集热器3进行热交换从而不断进行加热，太阳能集热器3出水口附近的温度传感器32实时监测温度信息并发送信号到控制器4，控制器4分析温度传感器32发送的温度信号，如遇阴雨天，温度传感器32检测的温度低于预先设定的温度值时，控制器4控制第二电磁阀29和辅助电加热器，第二电磁阀29打开，辅助电加热器开始工作，当第二电磁阀29打开后，连接管道将太阳能集热器3短路，源水18直接通过太阳能循环泵26、连接管道上的第二电磁阀29、辅助电加热器直接回流到底部蒸发集液盘8，实现自循环模式，不从外部太阳能集热器3进行循环，辅助电加热器代替太阳能集热器3对源水18进行加热，如果遇到晴朗天气，温度传感器32采集的温度高于预先设定的温度值时，控制器4控制第二电磁阀29和辅助电加热器，第二电磁阀29关闭，辅助电加热器停止工作，源水18不经过连接管道，直接从进水管道进入太阳能集热器3进行热交换，进入外部太阳能循环模式。当用户打开室内热水阀门时，热水阀门连接的水管上的流量开关发送信号到控制器4，控制器4控制第三电磁阀31、第四电磁阀33和第一水泵27，第三电磁阀31关闭，第四电磁阀33和第一水泵27均打开，第一水泵27将夹套生活用水箱6内已经加热的生活用水17输送到室内，本发明在正常使用状态下，第三电磁阀31和第一水泵27正常打开，第四电磁阀33关闭，夹套生活用水箱6中的温度传感器32实时监测生活用水17的温度信息并发送信号给控制器4，当夹套生活用水箱6的温度达到规定的温度值例如70度时，控制器4控制第三电磁阀31和第一水泵27，第三电磁阀31和第一水泵27均可停止工作。

底部蒸发集液盘8内的源水18在蒸发过程中，如果液位传感器24发送的水位低于预先设定的水位范围时，控制器4控制第一电磁阀30，第一电磁阀30打开，第一电磁阀30开始补水，底部蒸发集液盘8的温度传感器32实时监测温度信息到控制器4，当控制器4分析底部蒸发集液盘8内的温度长时间保持在规定的温度例如40度以下时，控制器4开启辅助电加热器和第二电磁阀29，辅助电加热器对源水18进行加热。第二水泵28供应蒸馏水22进入室内蒸馏水箱，室内蒸馏水箱内设置液位传感器24，当室内蒸馏水箱内的水达到一定量时，可以提醒用户及时使用，避免蒸馏水22浪费，本实施例中的第二水泵28可以设置每隔1小时启动15分钟将室外的蒸馏水22打入室内蒸馏水箱存储，夜间停止工作。本实施例具有防冻控制功能，蒸发集液盘连接有设有第五电磁阀的水管，当太阳能集热器3出水口附近的温度传感器32检测的温度达到0度以下时， 控制器4控制第五电磁阀，第五电磁阀打开，蒸发集液盘内的源水18通过设有第五电磁阀的水管排出。本实施例还可以具有清洗控制功能，即提醒用户每隔1星期自动打开清洗装置，自来水将清洗液打入蒸发集液盘内时间设定5分钟关闭清洗装置，5分钟后太阳能循环泵26打开循环，循环15分钟后停止工作，对蒸发集液盘稀释，清洗后再打开第五电磁阀和第一电磁阀30用源水18对清洗液进行稀释并排空。

本发明还提出了一种双效太阳能净水器的制水方法，包括以下步骤：

步骤1：源水通过水管进入顶部蒸发集液盘，顶部蒸发集液盘内的源水通过导水管流入到底部蒸发集液盘内，底部蒸发集液盘内的源水通过太阳能循环泵和太阳能集热器发生热交换从而加热底部蒸发集液盘内的源水；

步骤2：底部蒸发集液盘内的源水在加热的过程中不断进行蒸发，蒸发后的蒸汽上升到顶部蒸发集液盘的下端，蒸汽在顶部蒸发集液盘的下端进行冷凝从而产生泠凝水，顶部蒸发集液盘的下端的冷凝水沿着带有倾角的顶部蒸发集液盘的下端流向集液盘支撑架，冷凝水通过集液盘支撑架上设有的矩形长槽孔流入到蒸馏水箱内；

步骤3：蒸汽在顶部蒸发集液盘的下端进行冷凝时散发的热量加热了顶部蒸发集液盘内的源水，顶部蒸发集液盘内的源水产生新的二次蒸汽，二次蒸汽上升到蒸汽收集板，蒸汽收集板将二次蒸汽收集到夹套生活用水箱的内壁上，二次蒸汽在夹套生活用水箱的内壁上进行冷凝从而产生二次泠凝水，二次泠凝水沿着夹套生活用水箱的内壁和集液盘支撑架上设有的矩形长槽孔流入到蒸馏水箱内；

步骤4：二次蒸汽在夹套生活用水箱的内壁上进行冷凝时散发的热量加热了夹套生活用水箱内的生活用水，夹套生活用水箱通过生活用水出水口与第一水泵的进水口连接，第一水泵将夹套生活用水箱内已经加热的生活用水输送给用户；

步骤5：蒸馏水箱内的冷凝水为蒸馏水，蒸馏水箱通过水管和第二水泵的进水口连接，第二水泵将蒸馏水箱内的蒸馏水输送给用户。

本发明的保护范围包括但不限于以上实施方式，本发明的保护范围以权利要求书为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本发明的保护范围。