一種飲用水制備裝置及飲用水制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種飲用水制備裝置，尤其涉及一種基于在封閉體系下的功能半導(dǎo)體的熱電效應(yīng)，具有同時(shí)加熱蒸餾廢水和降溫冷凝水蒸氣的功能進(jìn)行飲用水制備的裝置，屬于凈水裝置領(lǐng)域。該系統(tǒng)采用功能半導(dǎo)體的Peltier?Seeback效應(yīng)，在通電條件下導(dǎo)體兩端面產(chǎn)生溫差，由熱端對污水進(jìn)行加熱，產(chǎn)生純凈水蒸氣，由冷端對水蒸氣進(jìn)行冷凝，從而得到高純度可供飲用的蒸餾水。該系統(tǒng)主體污水凈化單元采用封閉結(jié)構(gòu)，利用內(nèi)置的風(fēng)扇進(jìn)行空氣內(nèi)循環(huán)，交替經(jīng)過熱/冷面。此設(shè)計(jì)可有效減少系統(tǒng)與環(huán)境的交換熱能，減少能量損耗，提高能源利用率。
【專利說明】
一種飲用水制備裝置及飲用水制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種飲用水制備裝置及飲用水制備方法，屬于凈水裝置技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 水是人類生命之源，生存之本。隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，水環(huán)境問題變得越來越嚴(yán) 重，水質(zhì)問題已經(jīng)嚴(yán)重影響了我們?nèi)祟惖恼Ｉ睢Ｄ壳叭蛴?.5億人無法獲得清潔用 水，提供安全飲用水一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)，也是人類最重要的目標(biāo)之一。以中國為例，目前全國 600多座城市中，又400多座城市缺水，100多座城市嚴(yán)重缺水，缺水城市分布由目前集中在 "三北"（東北、華北、西北)地區(qū)及東部沿海城市逐漸向全國蔓延。隨著人口的增加，全球的 水資源承載能力還將面臨更為嚴(yán)峻的考驗(yàn)。水危機(jī)將是21世影響全球經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的主 要制約因素。
[0003] 在某些特殊領(lǐng)域，水資源的稀缺性更加凸顯對行業(yè)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展的制約性。例 如船舶的海上作業(yè)，噸位較小的中小型漁船因擺放空間、連線配管、運(yùn)轉(zhuǎn)技術(shù)及經(jīng)費(fèi)的缺 乏，很少裝設(shè)海水淡化設(shè)備。又比如水資源在海島開發(fā)中起著至關(guān)重要的作用。大多數(shù)島嶼 遠(yuǎn)離大陸，無過境客水，水資源的唯一來源是靠大氣降水補(bǔ)給。能否解決淡水資源供應(yīng)，是 關(guān)系到海島能否維持居民生活、進(jìn)行持續(xù)開發(fā)的必備條件之一，是海島開發(fā)必須解決的首 要問題。
[0004] 因此，隨著水資源危機(jī)的問題越來越突出，對廢水、污染水等不可飲用水的凈化達(dá) 到可飲用水的研究越發(fā)重要。傳統(tǒng)的水凈化方法主要有兩種:蒸餾法和過濾法，通過過濾來 凈化水的方法常用于大處理量的凈化裝置中，主要通過膜分離技術(shù)或者物理化學(xué)吸附技術(shù) 將進(jìn)水中的雜質(zhì)分離，從而獲取可飲用純凈水。然而通常膜分離技術(shù)具有以下問題：（1)膜 污染導(dǎo)致透水率下降；（2)定期更換膜導(dǎo)致運(yùn)行成本高。
[0005] 蒸餾方式對水進(jìn)行凈化處理可以得到純凈的蒸餾水，但是傳統(tǒng)蒸餾方式存在以下 的不足:首先是速度慢，由于其多是通過對水進(jìn)行加熱，使其產(chǎn)生大量的水蒸汽，然后將凝 結(jié)后的水流匯集。因此需要比較大的加熱表面積來達(dá)到交大的處理量;其次，能量消耗大， 由于液態(tài)的水在變成水蒸汽時(shí)需要吸收大量的熱，但是當(dāng)水蒸汽凝結(jié)成液態(tài)的水時(shí)，又需 要釋放大量的熱，這些熱通常直接釋放到周圍環(huán)境，造大量的能量損失。
[0006] 針對能耗損失，有人提出了新的方式。如見專利號(hào)為US4216820的美國專利就提出 了一種關(guān)于熱交換設(shè)備的技術(shù)方案。然而額外的熱交換設(shè)備增加了設(shè)備成本。在美國專利 號(hào)US6481232中，揭示了由空氣濕氣的產(chǎn)生新鮮水。通過將熱和潮濕的氣候中的空氣在自空 氣調(diào)節(jié)裝置和除濕器中冷凝制備水蒸氣?？諝庹{(diào)節(jié)裝置以這樣的方式設(shè)置：當(dāng)外部空氣通 過裝置時(shí)，空氣調(diào)節(jié)裝置將從空氣中冷凝水蒸氣并且同時(shí)產(chǎn)生冷卻的空氣。在美國專利號(hào) US6684648中，揭示了在熱的和潮濕的氣候中從外部空氣提取新鮮水，使得在水資源稀缺的 偏遠(yuǎn)地區(qū)可得到新鮮的飲用水。便攜式和緊湊的裝置被設(shè)計(jì)為產(chǎn)生飲用水，包括使用紫外 線、臭氧、氯、活性炭和過濾器以及氟和氧添加劑，以為了味道和健康使飲用水更新鮮和含 礦物質(zhì)。為了更能量有效，水通過重力或在小的栗的輔助下流動(dòng)?？傻玫綔氐?、熱的、冷的或 冷碳酸飲用水或甚至用于其他用途的新鮮水。在WO 2004/027165A1中，揭示了空氣干燥器 儀器通過冷凝來自空氣濕氣的水蒸氣來產(chǎn)生飲用水。但該儀器不是能量節(jié)約的，且產(chǎn)生的 水太冷，并且它需要風(fēng)扇來產(chǎn)生新鮮水。W02007/009488A1揭示了一種空氣冷卻方法，其中 空氣首先被初始冷卻劑(initial coolant)冷卻，且然后被主冷卻劑(primary coolant)冷 卻，以增強(qiáng)水的冷凝。該方法節(jié)約能量并且提高水的冷凝，該方法討論通過冷卻階段的能量 節(jié)約并且討論用于產(chǎn)生飲用水的冷卻劑。CN102510980B提出了一種使用作為露水飲用水、 熱水和干燥劑的發(fā)生器的能量節(jié)約且環(huán)境友好的多用途空氣調(diào)節(jié)裝置來生產(chǎn)新鮮的且冷 的空氣、露水飲用水、用于干燥器的熱空氣、用于沐浴或其他用途的熱水的方法和機(jī)器。該 系統(tǒng)包含氣冷式冷凝器、壓縮機(jī)、恒溫器、制冷劑等。
[0007] 此類裝置的主要局限在于冷凝水的產(chǎn)量受限于空氣中飽和水蒸氣的含量。當(dāng)環(huán)境 濕度較低（如:干燥氣候或者較冷的季節(jié)），冷凝水的產(chǎn)量將大幅度減少，能源利用率降低。 同時(shí)從上述一些專利的描述，當(dāng)仔細(xì)觀察時(shí)，可以得出沒有一項(xiàng)專利在利用空氣冷凝器(冷 卻機(jī))冷凝空氣中的水蒸氣產(chǎn)生冷凝飲用水的同時(shí)利用冷氣機(jī)的熱端所產(chǎn)生的熱能來加熱 廢水產(chǎn)生高溫飽和水蒸氣。此高溫飽和水蒸汽可被進(jìn)一步通過冷凝器冷端冷卻制備冷凝飲 用水。
[0008] 傳統(tǒng)的蒸餾一冷凝方法用來制備冷凝飲用水主要缺點(diǎn)在于能耗大。不論是加熱蒸 餾廢水和冷凝水蒸氣，或者是直接從空氣中冷凝水蒸氣，其能量傳輸都是單向線性的。即熱 量從高的一方傳到低的一方。如：
[0009] 丨：熱源-廢水-水蒸氣-環(huán)境(產(chǎn)生冷凝水）
[0010] 2:水蒸氣-冷凝器(產(chǎn)生冷凝水）
[0011] 在水蒸氣冷凝形成液態(tài)水時(shí)，釋放大量的熱。此熱量在上述過程1中被釋放到周圍 環(huán)境中，或者在上述過程2中在冷凝器的熱端以熱能的形式散發(fā)到周圍環(huán)境中。不論過程1 和2都造成了大量的能量損耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種飲用水制備裝置，利用功能半導(dǎo)體 的Peltier-Seeback效應(yīng)，在通電條件下半導(dǎo)體兩端面產(chǎn)生溫差，廢水在半導(dǎo)體熱端的熱源 作用下形成飽和水蒸氣，飽和水蒸氣流動(dòng)到半導(dǎo)體冷端冷凝形成冷凝水；由水蒸氣冷凝過 程釋放的熱量通過半導(dǎo)體在電流的作用下輸送到半導(dǎo)體熱端，用來進(jìn)一步加熱廢水，極大 提高了能源利用率，充分地將水蒸氣冷凝成液態(tài)水過程中釋放的熱利用起來。
[0013] 本發(fā)明提供的飲用水制備裝置，包括封閉熱箱、蒸汽發(fā)生裝置、冷凝裝置;所述封 閉熱箱內(nèi)安裝有功能半導(dǎo)體和空氣循環(huán)裝置，所述功能半導(dǎo)體的熱端與蒸汽發(fā)生裝置連 接，其冷端與冷凝裝置連接;所述封閉熱箱內(nèi)設(shè)置有隔熱板，該隔熱板將封閉熱箱分隔成相 互連通的水蒸氣產(chǎn)生空間和水蒸氣冷凝空間，所述冷凝裝置位于所述水蒸氣冷凝空間內(nèi)， 所述蒸汽發(fā)生裝置位于所述水蒸氣產(chǎn)生空間內(nèi)，所述封閉熱箱上設(shè)置有進(jìn)水口和出水口， 該進(jìn)水口對應(yīng)于所述水蒸氣發(fā)生裝置設(shè)置;所述冷凝裝置的下方設(shè)置有冷凝水接水槽，該 冷凝水接水槽與所述封閉熱箱上的冷凝飲用水排出口連通。
[0014] 本發(fā)明利用功能半導(dǎo)體的Peltier-Seeback效應(yīng)，在通電條件下導(dǎo)體兩端面產(chǎn)生 溫差。廢水由導(dǎo)管導(dǎo)入與半導(dǎo)體熱端連接的蒸汽發(fā)生裝置，功能半導(dǎo)體熱端的熱源被蒸汽 發(fā)生裝置吸收，從而使得廢水蒸發(fā)形成飽和水蒸氣，空氣循環(huán)裝置提供空氣內(nèi)循環(huán)，循環(huán)空 氣將高溫飽和水蒸氣循環(huán)至半導(dǎo)體冷端的冷凝裝置，飽和水蒸氣在冷凝裝置上凝結(jié)成冷凝 水并落入靈凝水接水槽被收集后從冷凝飲用水排出口排出。半導(dǎo)體冷端在電流的作用下從 環(huán)境中吸收熱能并傳導(dǎo)到熱端，由水蒸氣冷凝過程釋放的熱量通過半導(dǎo)體在電流的作用下 輸送到半導(dǎo)體熱端，用來進(jìn)一步加熱廢水，極大提高了能源利用率。本發(fā)明采用的冷凝系統(tǒng) 能源利用率高、噪音小、產(chǎn)品壽命長、運(yùn)行成本低。
[0015] 優(yōu)選地，所述蒸汽發(fā)生裝置一般采用多孔導(dǎo)熱鋁片，所述冷凝裝置通常采用多孔 散熱鋁片。
[0016] 為增強(qiáng)蒸發(fā)效果，所述多孔導(dǎo)熱鋁片內(nèi)放置有吸水凝膠，廢水由導(dǎo)管導(dǎo)入半導(dǎo)體 熱端的多孔導(dǎo)熱鋁片內(nèi)，并被放置在多孔導(dǎo)熱鋁片間隔中的吸水凝膠吸收，經(jīng)過充分吸收 廢水的處于膨脹狀態(tài)的吸水凝膠吸收來自熱端產(chǎn)生的熱源從而產(chǎn)生飽和水蒸氣，吸水凝膠 延長廢水在多孔導(dǎo)熱錯(cuò)片表面的停留時(shí)間，提尚蒸發(fā)效率。
[0017] 冷凝水產(chǎn)率與功能報(bào)道提冷熱端溫差、空氣流速關(guān)系密切，所述功能半導(dǎo)體的冷 熱端溫差控制在10~70°C之間，輸入電流在0.1~5A之間，輸入電壓在6~24V之間；所述封 閉熱箱的內(nèi)循環(huán)空氣流速在〇. 〇 1~I 〇m3/mi η。
[0018] 所述蒸汽發(fā)生裝置與冷凝裝置在豎直方向上布置，所述蒸汽發(fā)生裝置位于所述冷 凝裝置上方，由于進(jìn)入蒸汽發(fā)生裝置的污水難以一次完全蒸發(fā)成水蒸氣，為避免未處理污 水污染冷凝裝置及冷凝水，所述隔熱板的兩端設(shè)置有擋水板，隔熱板與擋水板圍成污水接 水槽，該污水接水槽與所述水蒸氣產(chǎn)生空間的出水口連通，利用污水接水槽將未處理的污 水排出封閉熱箱。蒸汽發(fā)生裝置與冷凝裝置也可以水平布置，此時(shí)，進(jìn)入蒸汽發(fā)生裝置的污 水即使不能一次完全蒸發(fā)，多余的污水從蒸汽發(fā)生裝置中流出后也不會(huì)進(jìn)入冷凝裝置，因 此，可以不設(shè)置污水接水槽，經(jīng)由未處理污水落入封閉熱箱并由出水口排出。蒸汽發(fā)生裝置 與冷凝裝置的位置關(guān)系也不僅限于豎直布置或水平布置，可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)置，只要 方便蒸汽發(fā)生裝置、冷凝裝置與功能半導(dǎo)體的連接，以及避免未處理污水進(jìn)入冷凝裝置即 可。
[0019] 為減少廢水蒸發(fā)過程中，固體顆粒在蒸氣發(fā)生裝置表面的覆蓋污染，有效提高蒸 發(fā)效率，本發(fā)明還包括用于去除水中懸浮固體顆粒的預(yù)處理模塊，所述預(yù)處理模塊出水口 與所述水蒸氣產(chǎn)生空間的進(jìn)水口連通，經(jīng)過預(yù)處理模塊處理的廢水中的固體顆粒大大減 少。
[0020] 所述預(yù)處理模塊包括沉淀室以及與所述沉淀室連接的第一過濾器，所述第一過濾 器出水口與所述水蒸氣產(chǎn)生空間的進(jìn)水口連通，第一過濾器內(nèi)一般填充有多孔過濾介質(zhì)， 廢水首先在沉淀室內(nèi)進(jìn)行沉淀，水力停留時(shí)間為0.01~2小時(shí)，沉淀后的廢水進(jìn)入第一過濾 器進(jìn)行過濾，第一過濾器內(nèi)的水力停留時(shí)間為0.01~2小時(shí)。
[0021] 為增加廢水在沉淀池內(nèi)的停留時(shí)間，所述沉淀池內(nèi)設(shè)置有折流板，折流板使得廢 水在沉淀池內(nèi)的移動(dòng)時(shí)間增長，同時(shí)，折流板使得廢水自下而上流動(dòng)，從上部溢出進(jìn)入第一 過濾器。
[0022] 為進(jìn)一步去除冷凝水中的有害物質(zhì)，使得本發(fā)明輸出的水符合飲用標(biāo)準(zhǔn)，本發(fā)明 還包括用于去除冷凝水中的有害物質(zhì)的后處理模塊，所述后處理模塊的進(jìn)水口與所述冷凝 飲用水排出口連接。
[0023]所述后處理模塊包括第二過濾器以及與所述第二過濾器連接的冷凝水存儲(chǔ)箱，所 述第二過濾器進(jìn)水口與所述冷凝飲用水排出口連接，第二過濾器內(nèi)一般填充有過濾填充材 料，冷凝水經(jīng)第二過濾器過濾在蒸發(fā)冷凝過程中未能處理的有害物質(zhì)，如可揮發(fā)性有機(jī)物 等，經(jīng)第二過濾器過濾后的冷凝水進(jìn)入冷凝水存儲(chǔ)箱內(nèi)存儲(chǔ)，所述冷凝水存儲(chǔ)箱內(nèi)安裝有 紫外燈，利用紫外燈光進(jìn)行殺菌使冷凝水作為健康飲用水供應(yīng)。
[0024]本發(fā)明還提供一種飲用水制備方法，在封閉熱箱內(nèi)，功能半導(dǎo)體通電;待處理水流 經(jīng)功能半導(dǎo)體熱端的水蒸氣發(fā)生裝置，水蒸氣發(fā)生裝置加熱待處理水使其蒸發(fā)形成飽和水 蒸氣;在空氣循環(huán)裝置作用下，飽和水蒸氣到達(dá)功能半導(dǎo)體冷端的冷凝裝置并在冷凝裝置 上凝結(jié)成冷凝水，冷凝水收集后排出；半導(dǎo)體冷端從周圍環(huán)境吸收熱量，在電流的作用下通 過功能半導(dǎo)體自身傳導(dǎo)到功能半導(dǎo)體的熱端，用于水蒸氣發(fā)生裝置將待處理水蒸發(fā)為飽和 水蒸氣。
[0025]本發(fā)明具有以下有益效果：
[0026] (1)本發(fā)明核心處理模塊采用蒸發(fā)冷凝模式，與現(xiàn)有的膜處理技術(shù)相比沒有沒有 膜污染等技術(shù)難題運(yùn)行簡單，成本低廉。
[0027] (2)蒸發(fā)冷凝模塊利用熱電效應(yīng)功能半導(dǎo)體，同普通蒸發(fā)冷凝裝置相比，無需制冷 劑，可連續(xù)工作，沒有污染源沒有旋轉(zhuǎn)部件，不會(huì)產(chǎn)生回轉(zhuǎn)效應(yīng)，沒有滑動(dòng)部件，是一種固體 片件，工作時(shí)沒有震動(dòng)、噪音、壽命長，安裝容易。
[0028] (3)熱電效應(yīng)半導(dǎo)體同普通蒸發(fā)冷凝裝置相比，其冷端作為冷凝裝置的同時(shí)兼具 熱交換功能。冷端吸收水蒸氣冷凝釋放的熱能，傳輸?shù)桨雽?dǎo)體熱端用來循環(huán)加熱廢水。從結(jié) 構(gòu)上講無需額外的熱交換裝置，其半導(dǎo)體自身材料即作為廢水加熱裝置、水蒸氣冷凝裝置 和熱交換裝置。
[0029] 蒸發(fā)冷凝模塊中廢水的加熱蒸發(fā)和水蒸氣的冷凝是通過具有熱電（Peltier-Seeback)效應(yīng)的功能半導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)的。在通電條件，功能半導(dǎo)體兩端產(chǎn)生溫差，其中冷端從周 圍環(huán)境中吸收熱量，在電流的作用下通過半導(dǎo)體自身傳導(dǎo)到半導(dǎo)體的熱端。此熱端用來加 熱廢水產(chǎn)生水蒸氣同時(shí)利用冷端冷凝水蒸氣產(chǎn)生可飲用冷凝水。水蒸氣冷凝過程中所釋放 的熱能被半導(dǎo)體冷端吸收，通過半導(dǎo)體傳導(dǎo)到熱端被重新利用加熱廢水。
[0030] (4)熱電效應(yīng)半導(dǎo)體是電流換能型片件，通過輸入電流的控制，可實(shí)現(xiàn)高精度的溫 度控制，再加上溫度檢測和控制手段，很容易實(shí)現(xiàn)遙控、程控、計(jì)算機(jī)控制，便于組成自動(dòng)控 制系統(tǒng)。本發(fā)明飲用水制備裝置的運(yùn)行參數(shù)通過數(shù)據(jù)收集器由電腦實(shí)時(shí)監(jiān)控，并通過控制 輸入電流、電壓，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速來達(dá)到最佳的蒸發(fā)冷凝過程。
[0031] (5)半導(dǎo)體制的單個(gè)元件的功率很小，但組合成電堆，用同類型的電堆串、并聯(lián)的 方法組合成系統(tǒng)的話，功率就可以做的很大，因此功率可以做到幾毫瓦到上萬瓦的范圍，可 以適合不同范圍的飲用水制備需求。
[0032] (6)本發(fā)明在一個(gè)封閉空間（封閉熱箱)實(shí)現(xiàn)，水蒸氣的從熱端到冷端的傳輸是在 內(nèi)置風(fēng)扇的運(yùn)作下，在一個(gè)封閉體系中完成的，在蒸發(fā)冷凝的過程中不會(huì)同環(huán)境進(jìn)行熱交 換，減少了能量損耗。
[0033] (7)含有懸浮顆粒的污水首先通過預(yù)處理模塊過濾去除廢水中懸浮固體顆粒，減 少后續(xù)廢水蒸發(fā)過程中，固體顆粒在水蒸氣發(fā)生裝置表面的覆蓋污染，有效提高蒸發(fā)效率。 [0034] (8)后處理模塊進(jìn)一步處理冷凝水中含有的雜質(zhì)，如可揮發(fā)性有機(jī)溶解物，并通過 紫外光殺毒保證飲用水的安全性。
[0035] (9)本發(fā)明提供的飲用水制備裝置利用可再生清潔能源如太陽能等作為能源驅(qū)動(dòng) 力，適合傳統(tǒng)能源如電力等缺乏地區(qū)。
【附圖說明】
[0036]圖1為本發(fā)明所述預(yù)處理模塊示意圖；
[0037]圖2是本發(fā)明所述蒸發(fā)冷凝模塊示意圖；
[0038]圖3是本發(fā)明所述后處理模塊示意圖；
[0039]圖4是本發(fā)明運(yùn)行模塊示意圖；
[0040]圖5是冷凝水產(chǎn)率與溫差、風(fēng)速的關(guān)系圖。
[0041 ]圖中：11-第一進(jìn)水口，12-沉淀室，13-折流板，14-第一出水口，15-第二進(jìn)水口， 16-第一過濾器，17-多孔過濾介質(zhì)，18-第二出水口；
[0042] 21-封閉熱箱，22-風(fēng)扇/鼓風(fēng)機(jī)，23-第三進(jìn)水口，24-傳熱片，25-水蒸氣產(chǎn)生空間， 26-多孔導(dǎo)熱鋁片，27-擋水板，28-第三出水口，29-隔熱板，210-水蒸氣冷凝空間，211-第一 冷凝飲用水排出口，212-多孔散熱鋁片，213-冷凝水接水槽，214-功能半導(dǎo)體；
[0043] 31-第四進(jìn)水口，32-第二過濾器，33-過濾填充材料，34-第二冷凝飲用水排出口， 35-第五進(jìn)水口，36-冷凝水存儲(chǔ)箱，37-紫外燈，38-第三冷凝飲用水排出口；
[0044] 41-預(yù)處理模塊，42-蒸發(fā)冷凝模塊，43-后處理模塊，44-電源，45-溫度感應(yīng)儀外部 接線，46-濕度感應(yīng)儀外部接線，47-風(fēng)速感應(yīng)儀外部接線，48-電流監(jiān)控外部接線，49-數(shù)據(jù) 收集器，410-中央控制計(jì)算機(jī)。
【具體實(shí)施方式】 [0045] 實(shí)施例一：
[0046]如圖4所示，本發(fā)明包括與處理模塊41、蒸發(fā)冷凝模塊42、后處理模塊43。
[0047]如圖1所示，預(yù)處理模塊41包括沉淀室12和第一過濾器16,沉淀室12設(shè)置有第一進(jìn) 水口 11、第一出水口 14，沉淀室12內(nèi)設(shè)置有折流板13，第一過濾器16設(shè)置有第二進(jìn)水口 15、 第二出水口 18,第一過濾器16內(nèi)填充有多孔過濾介質(zhì)17,多孔過濾介質(zhì)17包括但不僅限于： 石英砂，植物纖維，人工過濾網(wǎng)等。沉淀室12的第一出水口 14與第一過濾器16的第二進(jìn)水口 15連接，第二出水口 18與蒸發(fā)冷凝模塊42的第三進(jìn)水口 23連接。
[0048]如圖2所示，蒸發(fā)冷凝模塊42包括封閉熱箱21、風(fēng)扇/鼓風(fēng)機(jī)22、功能半導(dǎo)體214、多 孔導(dǎo)熱鋁片26、多孔散熱鋁片212,多孔導(dǎo)熱鋁片26內(nèi)放置有吸水凝膠。蒸汽發(fā)生裝置，如多 孔導(dǎo)熱鋁片26(蒸汽發(fā)生裝置也可采用其他導(dǎo)熱材料），通過傳熱片24與功能半導(dǎo)體214的 熱端連接，必要時(shí)可設(shè)置導(dǎo)熱硅膠，冷凝裝置，如多孔散熱鋁片212(冷凝裝置也可采用其他 散熱材料），通過傳熱片24與功能半導(dǎo)體214的冷端連接，必要時(shí)也可設(shè)置導(dǎo)熱硅膠。結(jié)合圖 4,功能半導(dǎo)體214的兩極分別與外部直流電源44的電極連接。封閉熱箱21被隔熱板29分隔 成水蒸氣產(chǎn)生空間25和水蒸氣冷凝空間210,水蒸氣產(chǎn)生空間25和水蒸氣冷凝空間210首尾 相通;功能半導(dǎo)體214放置在隔熱板29中間。蒸汽發(fā)生裝置位于水蒸氣產(chǎn)生空間25內(nèi)，冷凝 裝置位于水蒸氣冷凝空間210內(nèi)。風(fēng)扇/鼓風(fēng)機(jī)22設(shè)置在封閉熱箱21內(nèi)，圖2中示出，風(fēng)扇/鼓 風(fēng)機(jī)22位于水蒸氣產(chǎn)生空間25、設(shè)置在隔熱板29的一端，這樣設(shè)置使得風(fēng)扇/鼓風(fēng)機(jī)22直接 對著多孔導(dǎo)熱鋁片26產(chǎn)生的飽和水蒸氣吹，提高循環(huán)效率;風(fēng)扇/鼓風(fēng)機(jī)22與外部交流電源 導(dǎo)接。水蒸氣發(fā)生空間25設(shè)置有第三進(jìn)水口 23、第三出水口 28，第三進(jìn)水口 23對應(yīng)多孔導(dǎo)熱 鋁片26設(shè)置，使得水從第三進(jìn)水口 23流向多孔導(dǎo)熱鋁片26。從圖2還可以看出，隔熱板29的 兩端設(shè)置有擋水板27,流經(jīng)多孔導(dǎo)熱鋁片26的水并不會(huì)全部蒸發(fā)掉，部分水從多孔導(dǎo)熱鋁 片26流入由隔熱板29與擋水板27的圍成的水槽中，該水槽與第三出水口 28連通。多孔散熱 鋁片212的下方設(shè)置有冷凝水接水槽213,冷凝水接水槽213的兩端設(shè)置有擋水板27,放置冷 凝水從冷凝水接水槽213中溢出，冷凝水接水槽213與封閉熱箱21上的第一冷凝飲用水排出 口 211連通。
[0049] 從圖2可以看出，多孔導(dǎo)熱鋁片26與多孔散熱鋁片212在垂直方向上布置，多孔散 熱鋁片212位于多孔導(dǎo)熱鋁片26的下方，但實(shí)際上，多孔導(dǎo)熱鋁片26與多孔散熱鋁片212也 可以在水平方向上布置，那么此時(shí)，多孔散熱鋁片212的下方仍然需要布置冷凝水接水槽以 收集冷凝水，而多孔導(dǎo)熱鋁片26的下方則可以不再設(shè)置多余污水收集裝置，可任由未蒸發(fā) 的多余污水直接落在封閉熱箱21內(nèi)并從第三出水口 28流出，因?yàn)榇藭r(shí)只要多余污水及時(shí)從 封閉熱箱21中排出，就不會(huì)污染多孔散熱鋁片212;當(dāng)然，從有益設(shè)計(jì)角度來說，還是應(yīng)當(dāng)在 多孔導(dǎo)熱鋁片26的下方設(shè)置類似于由隔熱板、擋水板圍成的多余污水收集裝置，收集多余 污水并從第三出水口 28排出，避免多余污水四溢。
[0050] 如圖3所示，后處理模塊43包括第二過濾器32、冷凝水存儲(chǔ)箱36。第二過濾器32內(nèi) 填充有過濾填充材料33,過濾填充材料33包括但不限于活性炭等。第二過濾器的第四進(jìn)水 口 31與第一冷凝飲用水排出口 211連接，第二過濾器的第二冷凝飲用水排出口 34與冷凝水 存儲(chǔ)箱36的第五進(jìn)水口 35連接，冷凝水存儲(chǔ)箱36還設(shè)置有第三冷凝飲用水排出口，冷凝水 存儲(chǔ)箱36內(nèi)設(shè)置有紫外燈37。
[0051] 如圖4所示，本發(fā)明還可以設(shè)計(jì)成自動(dòng)化裝置，水蒸氣發(fā)生空間25與水蒸氣冷凝空 間210分別安裝有溫度感應(yīng)儀、濕度感應(yīng)儀和風(fēng)速感應(yīng)儀，針對功能半導(dǎo)體還設(shè)置有電流監(jiān) 控儀，通過溫度感應(yīng)儀外部接線45、濕度感應(yīng)儀外部接線46、風(fēng)速感應(yīng)儀外部接線47、電流 監(jiān)控外部接線48連接到外部數(shù)據(jù)芯片，即數(shù)據(jù)收集器49,數(shù)據(jù)收集器49與中央控制計(jì)算機(jī) 連接，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控運(yùn)行參數(shù)，根據(jù)實(shí)際情況對流經(jīng)功能半導(dǎo)體的電流、封閉箱體內(nèi)循環(huán)空 氣流速等進(jìn)行控制。通過自主編寫的基于Labview中央程序?qū)崟r(shí)控制系統(tǒng)控制內(nèi)循環(huán)空氣 流動(dòng)速率，控制廢水蒸餾揮發(fā)和水蒸氣冷凝速率，同時(shí)利用實(shí)時(shí)反饋機(jī)制控制輸入電流達(dá) 到最佳冷熱面溫差，從而獲取最佳能源利用率和純凈水產(chǎn)率。該系統(tǒng)可由太陽能板和蓄電 池電池組進(jìn)行供電。功能半導(dǎo)體的冷熱端溫差控制在10~70 °C之間，輸入電流在0.1~5A之 間，輸入電壓在6~24V之間，封閉熱箱的內(nèi)循環(huán)空氣流速在0.01~IOmVmin。
[0052] 本發(fā)明工作過程如下：
[0053]功能半導(dǎo)體通電。廢水首先進(jìn)入預(yù)處理模塊41中的沉淀室12,廢水從底部經(jīng)過折 流板13,然后廢水自下而上流動(dòng)，從上部溢出進(jìn)入第一過濾器16。廢水自上而下通過重力作 用經(jīng)過第一過濾器16后流入蒸發(fā)冷凝模塊42中的水蒸氣產(chǎn)生空間25。廢水流經(jīng)多孔導(dǎo)熱鋁 片26，被其中吸水凝膠吸收并被加熱產(chǎn)生水蒸氣，多余廢水經(jīng)由第三出水口 28排出。水蒸氣 產(chǎn)生空間25中的飽和水蒸氣被風(fēng)扇/鼓風(fēng)機(jī)22產(chǎn)生的氣流帶入水蒸氣冷凝空間210。水蒸氣 在多孔散熱鋁片212表面冷凝形成冷凝水，并流入冷凝水接水槽213中，經(jīng)由第一冷凝飲用 水排出口211流出，并進(jìn)入后處理模塊43。冷凝水進(jìn)一步經(jīng)過第二過濾器32,濾除在前序步 驟未能處理的有害物質(zhì)，最終存儲(chǔ)在冷凝水存儲(chǔ)室36中，紫外燈光進(jìn)行殺菌處理使冷凝水 作為健康飲用水供應(yīng)。
[0054] 實(shí)施例二：
[0055]以還有10g/l氯化鈉的自來水作為廢水，直接導(dǎo)入蒸發(fā)冷凝模塊42。在輸入電壓 12v，輸入電流0.5A，風(fēng)扇產(chǎn)生的空氣流速為0.05m3/min的控制條件下，得到蒸發(fā)冷凝模塊 42的功能半導(dǎo)體兩端溫差為35°C，在此條件下得到的冷凝水產(chǎn)率為0.135L/h，所生產(chǎn)的冷 凝水電導(dǎo)率< 〇 · 01mS/cm〇 [0056] 實(shí)施例三：
[0057]首先將廢水經(jīng)過預(yù)處理模塊41去除懸浮固體顆粒，在沉淀室12中的水力停留時(shí)間 為0.5小時(shí)，后經(jīng)過第一過濾器16中填裝的多孔過濾介質(zhì)17(石英砂)進(jìn)一步過濾固體懸浮 顆粒。其中廢水在第一過濾器16內(nèi)的水力停留時(shí)間為0.5小時(shí)。在第二出水口 18出測得得ss 含量由最初得90mg/L減少到21mg/L。廢水進(jìn)入蒸發(fā)冷凝模塊42,在不同得溫差、循環(huán)風(fēng)速的 條件下得到不同冷凝水的產(chǎn)率。冷凝水產(chǎn)率與溫差、風(fēng)速的關(guān)系圖5所示。冷凝水經(jīng)過后處 理模塊43進(jìn)一步處理，冷凝水在第二過濾器3 2中的水力停留時(shí)間為0.5小時(shí)，其中填充的過 濾填充材料33活性炭進(jìn)一步凈化冷凝水，吸附過濾冷凝水中殘留的物質(zhì)。過濾后冷凝水存 儲(chǔ)在冷凝水存儲(chǔ)箱36內(nèi)存儲(chǔ)48小時(shí)后測的水質(zhì)如表1所示：
[0058] 表1:冷凝水水質(zhì)
[0060]以上所述僅為本發(fā)明的一些實(shí)施例，并不限制本發(fā)明，凡采用等同替換或等效變 換的方式所獲得的技術(shù)方案，或者在本發(fā)明基礎(chǔ)上對之作一些修改或改進(jìn)，這對本領(lǐng)域技 術(shù)人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本發(fā)明的基礎(chǔ)上所做的這些修改或改進(jìn)，均落在 本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種飲用水制備裝置，其特征在于:包括封閉熱箱、蒸汽發(fā)生裝置、冷凝裝置;所述封 閉熱箱內(nèi)安裝有功能半導(dǎo)體和空氣循環(huán)裝置，所述功能半導(dǎo)體的熱端與蒸汽發(fā)生裝置連 接，其冷端與冷凝裝置連接;所述封閉熱箱內(nèi)設(shè)置有隔熱板，該隔熱板將封閉熱箱分隔成相 互連通的水蒸氣產(chǎn)生空間和水蒸氣冷凝空間，所述冷凝裝置位于所述水蒸氣冷凝空間內(nèi)， 所述蒸汽發(fā)生裝置位于所述水蒸氣產(chǎn)生空間內(nèi)，所述封閉熱箱上設(shè)置有進(jìn)水口和出水口， 該進(jìn)水口對應(yīng)于所述水蒸氣發(fā)生裝置設(shè)置;所述冷凝裝置的下方設(shè)置有冷凝水接水槽，該 冷凝水接水槽與所述封閉熱箱上的冷凝飲用水排出口連通。2. 如權(quán)利要求1所述的飲用水制備裝置，其特征在于:所述蒸汽發(fā)生裝置為多孔導(dǎo)熱鋁 片，所述冷凝裝置為多孔散熱鋁片。3. 如權(quán)利要求2所述的飲用水制備裝置，其特征在于:所述多孔導(dǎo)熱鋁片內(nèi)放置有吸水 凝膠。4. 如權(quán)利要求1所述的飲用水制備裝置，其特征在于:所述功能半導(dǎo)體的冷熱端溫差控 制在10~70°C之間，輸入電流在0.1~5A之間，輸入電壓在6~24V之間；所述封閉熱箱的內(nèi) 循環(huán)空氣流速在0.01~l〇m 3/min。5. 如權(quán)利要求1所述的飲用水制備裝置，其特征在于:所述蒸汽發(fā)生裝置與冷凝裝置在 豎直方向上布置，所述蒸汽發(fā)生裝置位于所述冷凝裝置上方，所述隔熱板的兩端設(shè)置有擋 水板，隔熱板與擋水板圍成污水接水槽，該污水接水槽與所述水蒸氣產(chǎn)生空間的出水口連 通。6. 如權(quán)利要求1-5任一權(quán)利要求所述的飲用水制備裝置，其特征在于:還包括用于去除 水中懸浮固體顆粒的預(yù)處理模塊，所述預(yù)處理模塊出水口與所述水蒸氣產(chǎn)生空間的進(jìn)水口 連通。7. 如權(quán)利要求6所述的飲用水制備裝置，其特征在于:所述預(yù)處理模塊包括沉淀室以及 與所述沉淀室連接的第一過濾器，所述第一過濾器出水口與所述水蒸氣產(chǎn)生空間的進(jìn)水口 連通。8. 如權(quán)利要求7所述的飲用水制備裝置，其特征在于:所述沉淀池內(nèi)設(shè)置有折流板。9. 如權(quán)利要求1-5任一權(quán)利要求所述的飲用水制備裝置，其特征在于:還包括用于去除 冷凝水中的有害物質(zhì)的后處理模塊，所述后處理模塊的進(jìn)水口與所述冷凝飲用水排出口連 接。10. 如權(quán)利要求9所述的飲用水制備裝置，其特征在于:所述后處理模塊包括第二過濾 器以及與所述第二過濾器連接的冷凝水存儲(chǔ)箱，所述第二過濾器進(jìn)水口與所述冷凝飲用水 排出口連接。11. 一種飲用水制備方法，其特征在于:在封閉熱箱內(nèi)，功能半導(dǎo)體通電；待處理水流經(jīng) 功能半導(dǎo)體熱端的水蒸氣發(fā)生裝置，水蒸氣發(fā)生裝置加熱待處理水使其蒸發(fā)形成飽和水蒸 氣;在空氣循環(huán)裝置作用下，飽和水蒸氣到達(dá)功能半導(dǎo)體冷端的冷凝裝置并在冷凝裝置上 凝結(jié)成冷凝水，冷凝水收集后排出；半導(dǎo)體冷端從周圍環(huán)境吸收熱量，在電流的作用下通過 功能半導(dǎo)體自身傳導(dǎo)到功能半導(dǎo)體的熱端，用于水蒸氣發(fā)生裝置將待處理水蒸發(fā)為飽和水 蒸氣。
【文檔編號(hào)】C02F1/04GK105858766SQ201610423499
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年6月15日
【發(fā)明人】成亮
【申請人】句容蘇米特環(huán)?？萍加邢薰?br>