一种太阳能加热净化饮用水的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术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ＣＯ↓［２］、Ｈ↓［２］Ｏ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。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术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

技术介绍
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。
技术实现思路
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。本技术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。因此本技术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为本技术的整体结构示意图图2为本技术的电化学催化反应器结构示意图图3为本技术的光催化反应器结构示意图具体实施方式如图1所示，本技术主要由净化水组件，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。本技术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处于二本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡乃才，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：实用新型
国别省市：83[中国|武汉]