CN116196638A - 蒸发装置及膜蒸馏系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种蒸发装置及膜蒸馏系统，蒸发装置包括壳体、第一雾化组件、第一蒸发组件和第二蒸发组件，壳体内形成有蒸发腔，壳体上还开设有与蒸发腔相连通的进气口和出气口，进气口通过蒸发腔与出气口相连通，形成蒸发通道；第一雾化组件、第一蒸发组件和第二蒸发组件沿进气口朝向出气口的方向依次排列设置在蒸发通道内；第一雾化组件设置在进气口处，进气口用于向蒸发通道内输入气体，第一雾化组件用于向第一蒸发组件喷射雾化液体；第一蒸发组件用于加热雾化液体，并形成蒸发气体；第二蒸发组件用于加热蒸发气体，并形成饱和蒸汽，出气口用于排出饱和蒸汽。两次加热使得蒸汽的温度高，质量高。蒸发装置蒸发效率高。

Description

蒸发装置及膜蒸馏系统

技术领域

本发明涉及环境设备技术领域，特别是涉及蒸发装置及膜蒸馏系统。

背景技术

目前，城市污水处理、化工废液处理等领域主要采用膜蒸馏方法处理污水废液。而膜蒸馏是一种采用疏水微孔膜，以膜两侧的压力差为传质驱动力的膜分离过程，具有操作条件温和，能利用低品位热源，且具有净化效率高等优点。但现有的膜蒸馏系统中的蒸发设备存在水蒸气温度低，蒸发效率低等缺点。

发明内容

基于此，有必要针对上述蒸发设备水蒸气温度低效率低的问题，提供一种蒸发装置及膜蒸馏系统。

一种蒸发装置，包括壳体、第一雾化组件、第一蒸发组件和第二蒸发组件，所述壳体内形成有蒸发腔，所述壳体上还开设有与所述蒸发腔相连通的进气口和出气口，所述进气口通过所述蒸发腔与所述出气口相连通，形成蒸发通道；所述第一雾化组件、所述第一蒸发组件和所述第二蒸发组件沿所述进气口朝向所述出气口的方向依次排列设置在所述蒸发通道内，所述第一雾化组件设置在所述进气口处。

在一个实施例中，所述出气口、所述第二蒸发组件、所述第一蒸发组件、所述第一雾化组件和所述进气口沿重力方向依次间隔排布。

在一个实施例中，所述蒸发装置还包括进水组件，所述进水组件设置在所述第二蒸发组件朝向所述出气口的一侧，所述进水组件用于向所述第二蒸发组件的外壁输出液滴，所述第二蒸发组件用于蒸发所述液滴。

在一个实施例中，所述蒸发装置还包括第二雾化组件，所述第二雾化组件设置在所述第二蒸发组件朝向所述出气口的一侧，所述第二雾化组件用于向所述第二蒸发组件喷射雾化液体，所述第二蒸发组件用于蒸发所述雾化液体。

在一个实施例中，所述蒸发装置还包括均流组件，所述均流组件设置在所述进气口处，并位于所述进气口和所述第一雾化组件之间，所述均流组件用于均匀分配所述进气口流向所述蒸发通道内的气流。

在一个实施例中，所述蒸发装置还包括隔水组件，所述隔水组件设置在所述出气口处，并位于所述出气口和所述第二蒸发组件之间，所述隔水组件用于过滤饱和蒸汽中的液滴。

在一个实施例中，所述隔水组件包括至少两个滤网，相邻两层所述滤网相互错位叠加设置。所述滤网为不锈钢滤网。

在一个实施例中，所述蒸发装置还包括传感组件，所述传感组件设置在所述蒸发腔内，并位于所述进气口处，所述传感组件用于探测所述蒸发腔内的积水水位。

在一个实施例中，所述第一蒸发组件为加热管，所述第二蒸发组件为换热器。

一种膜蒸馏系统，所述膜蒸馏系统包括如上所述的蒸发装置。

上述蒸发装置及膜蒸馏系统，所述进气口用于向所述蒸发通道内输入气体，所述第一雾化组件用于向所述第一蒸发组件喷射雾化液体；所述第一蒸发组件用于加热所述雾化液体，并形成蒸发气体；所述第二蒸发组件用于加热所述蒸发气体，并形成饱和蒸汽，所述出气口用于排出所述饱和蒸汽。在蒸发过程中，进气口不断向蒸发腔内输送气体，气体经过蒸发腔由出气口排出，由此在蒸发腔内形成蒸发通道。在蒸发通道内，第一雾化组件、第一蒸发组件和第二蒸发组件沿进气口朝向出气口的方向依次排列设置，使得气体能够依次通过第一雾化组件、第一蒸发组件和第二蒸发组件由出气口排出。同时，第一雾化组件设置在进气口处，第一雾化组件能够使液体雾化，并向第一蒸发组件喷射雾化液体，第一蒸发组件的喷射方向和气体流动方向一致，使得流动的气体也能够辅助雾化液体向第一蒸发组件移动，保证第一蒸发组件能够完全接触雾化液体，保证第一蒸发组件的蒸发效率和蒸发效果。由此通过第一蒸发组件将雾化液体充分蒸发形成蒸发气体，蒸发气体在气流作用下向第二蒸发组件移动，第二蒸发组件进一步蒸发蒸发气体，并形成饱和蒸汽。此时的饱和蒸汽内无大液滴水珠存在，蒸汽质量高。同时在蒸发通道内气流和第一蒸发组件与第二蒸发组件的共同作用下，蒸发装置的蒸发效率高，两次加热也使得蒸汽的温度也很高。进而提高了蒸发装置的实用性和可靠性，也提高了膜蒸馏系统的整体效率。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一实施例中的蒸发装置的结构示意图；

图2为图1实施例中的蒸发装置A-A的剖视图；

图3为图2实施例中的蒸发装置的局部放大图B；

图4为图1实施例中的蒸发装置另一视角的结构示意图；

图5为图4实施例中的蒸发装置C-C的剖视图。

图中各元件标记如下：

10、蒸发装置；100、壳体；110、蒸发腔；111、蒸发通道；120、进气口；130、出气口；200、第一雾化组件；300、第一蒸发组件；400、第二蒸发组件；500、进水组件；600、隔水组件；700、均流组件；800、传感组件。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

参阅图1、图2和图4，一实施例中的膜蒸馏系统，所述膜蒸馏系统包括蒸发装置10。蒸发装置10包括壳体100、第一雾化组件200、第一蒸发组件300和第二蒸发组件400，所述壳体100内形成有蒸发腔110，所述壳体100上还开设有与所述蒸发腔110相连通的进气口120和出气口130，所述进气口120通过所述蒸发腔110与所述出气口130相连通，形成蒸发通道111；所述第一雾化组件200、所述第一蒸发组件300和所述第二蒸发组件400沿所述进气口120朝向所述出气口130的方向依次排列设置在所述蒸发通道111内，所述第一雾化组件200设置在所述进气口120处。

所述进气口120用于向所述蒸发通道111内输入气体，所述第一雾化组件200用于向所述第一蒸发组件300喷射雾化液体；所述第一蒸发组件300用于加热所述雾化液体，并形成蒸发气体；所述第二蒸发组件400用于加热所述蒸发气体，并形成饱和蒸汽，所述出气口130用于排出所述饱和蒸汽。

在蒸发过程中，进气口120不断向蒸发腔110内输送气体，气体经过蒸发腔110由出气口130排出，由此在蒸发腔110内形成蒸发通道111。在蒸发通道111内，第一雾化组件200、第一蒸发组件300和第二蒸发组件400沿进气口120朝向出气口130的方向依次排列设置，使得气体能够依次通过第一雾化组件200、第一蒸发组件300和第二蒸发组件400由出气口130排出。同时，第一雾化组件200设置在进气口120处，第一雾化组件200能够使液体雾化，并向第一蒸发组件300喷射雾化液体，第一蒸发组件300的喷射方向和气体流动方向一致，使得流动的气体也能够辅助雾化液体向第一蒸发组件300移动，保证第一蒸发组件300能够完全接触雾化液体，保证第一蒸发组件300的蒸发效率和蒸发效果。由此通过第一蒸发组件300将雾化液体充分蒸发形成蒸发气体，蒸发气体在气流作用下向第二蒸发组件400移动，第二蒸发组件400进一步蒸发蒸发气体，并形成饱和蒸汽。此时的饱和蒸汽内无大液滴水珠存在，蒸汽质量高。同时在蒸发通道111内气流和第一蒸发组件300与第二蒸发组件400的共同作用下，蒸发装置10的蒸发效率高，两次加热也使得蒸汽的温度也很高。进而提高了蒸发装置10的实用性和可靠性，也提高了膜蒸馏系统的整体效率。

可以理解的是，雾化液体由第一蒸发组件300蒸发为蒸发气体再由第二蒸发组件400最终蒸发为饱和蒸汽时，温度逐渐升高，且液滴逐渐变小。即蒸发气体的温度大于雾化液体的温度，且蒸发气体的液滴体积或直径小于雾化液体的液滴体积或直径。饱和蒸汽的温度大于蒸发气体的温度，且饱和蒸汽的液滴体积或直径小于蒸发气体的液滴体积或直径。进一步，可以理解的是，第一蒸发组件300的温度应当大于雾化液体的温度甚至蒸发气体的温度，第二蒸发组件400的温度应当大于蒸发气体的温度或者饱和蒸汽的温度。保证液体的温度逐步提高。进一步保证出气口130处的蒸汽质量。继而保证了蒸发装置10的可靠性和实用性。

需要说明的是，上述温度关系并不限定第一蒸发组件300和第二蒸发组件400之间的温度关系。第一蒸发组件300的温度可以大于第二蒸发组件400的温度，也可以小于或等于第二蒸发组件400的温度。只要保证第一蒸发组件300能够将雾化液体蒸发形成蒸发气体，第二蒸发组件400能够蒸发蒸发气体形成饱和蒸汽即可，因此，第一蒸发组件300和第二蒸发组件400之间的温度关系不是关键技术要求。

在工况中，第一蒸发组件300和第二蒸发组件400在运行蒸发时，可以不存在先后顺序。在其中一个实施例中，第二蒸发组件400能够直接接触液体并进行加热，使得液体的温度逐渐升高，进而有利于后续第一蒸发组件300进行蒸发，或者由第二蒸发组件400进行蒸发。加快蒸发效率。

参阅图2、图4和图5，在一个实施例中，所述出气口130、所述第二蒸发组件400、所述第一蒸发组件300、所述第一雾化组件200和所述所述进气口120沿重力方向依次间隔排布。由常理可知，在正常大气环境下水蒸气在空气中会处于上升状态。因此将上述结构特征沿重力方向依次间隔排列，使得在第一雾化组件200将液体雾化后，不分雾化液滴能够自然向第一蒸发组件300移动，另一部分质量较大的液滴在气流作用下向第一蒸发组件300移动。进而保证雾化液体能够完全接触到第一蒸发组件300，保证第一蒸发组件300能够蒸发足够的雾化液体，使其变成蒸发气体，而蒸发气体中的液滴进一步变小后，在自然状态下逐渐上升向第二蒸发组件400移动，同时也结合了气体流动的动能，进而保证蒸发气体被第二蒸发组件400进一步蒸发成饱和蒸汽。继而饱和蒸汽上升向出气口130移动，并在气流作用下由出气口130输出。进一步保证了蒸发装置10的结构合理性、可靠性和实用性。

参阅图2、图3和图5，在一个实施例中，所述蒸发装置10还包括进水组件500，所述进水组件500设置在所述第二蒸发组件400朝向所述出气口130的一侧，所述进水组件500用于向所述第二蒸发组件400的外壁输出液滴，所述第二蒸发组件400用于蒸发所述液滴。由此以形成雾化液体或所述饱和蒸汽。进水组件500在向第二蒸发组件400输出液滴后，液滴在第二蒸发组件400上蒸发形成蒸发气体，然后蒸发气体在第二蒸发组件400上的移动过程中再次受到第二蒸发组件400的蒸发作用，进一步被蒸发为饱和蒸汽，使得进水组件500的液滴在出气口130处被完全蒸发为了饱和蒸汽，进一步保证了蒸发装置10的可靠性和实用性。可以理解的是，液滴在下滴过程中，会顺着第二蒸发组件400的表面滑动到第二蒸发组件400的底端部，或者部分液滴可以直接滴落到第二蒸发组件400的底端部，在此液滴移动过程中，液滴受热蒸发。而在蒸发后的蒸发气体向出气口130的移动过程中，蒸发气体再次受到第二蒸发组件400的蒸发作用，蒸发为饱和蒸汽。保证了蒸发装置10的结构合理性。

具体地，进水组件500为分流器。在本实施中，分流器为水盘式分流。主要作用是将水滴在第二蒸发组件400上，使水蒸发，提高饱和蒸汽内的含水量。进一步保证蒸发装置10的蒸汽质量，提高蒸发装置10的实用性和可靠性。

在一个实施例中，所述蒸发装置10还包括第二雾化组件，所述第二雾化组件设置在所述第二蒸发组件400朝向所述出气口130的一侧，所述第二雾化组件用于向所述第二蒸发组件400喷射雾化液体，所述第二蒸发组件400用于蒸发所述雾化液体。由此形成所述雾化液体或所述饱和蒸汽。显然对雾化液体进行加热，更加有利于提高第二蒸发组件400的蒸发效率和蒸发效果。也进一步保证蒸发装置10的实用性和蒸发效率。

第二雾化组件和进水组件500可以同时存在，也可以择其一存在。当进水组件500无法完全覆盖第二蒸发组件400时，可以用第二雾化组件进行替换。当然也可以同时使用第二雾化组件和进水组件500，可根据实际进行选择。

参阅图2和图5，在一个实施例中，所述蒸发装置10还包括均流组件700，所述均流组件700设置在所述进气口120处，并位于所述进气口120和所述第一雾化组件200之间，所述均流组件700用于均匀分配所述进气口120流向所述蒸发通道111内的气流。由此通过均流组件700使得气流在蒸发通道111内更加均匀流动，继而能够使雾化液体均匀移动并接触第一蒸发组件300，也能够带动蒸发气体均匀地接触第二蒸发组件400。进一步保证蒸发效果，提高蒸汽的质量。进一步提高了蒸发装置10的可靠性和实用性。具体地，均流组件700为均流板。均流板的数量可以根据实际需要进行设置。设置均流板能够使进气口120的气流由单一进口处的集中气流，通过均流板变成截面进气的分散均匀气流。在本实施例中，进气口120的中心轴线和均流板的气流方向相交。即进气口120的气流不会对着均流板直吹。进气口120的气流先达到蒸发腔110的底端部后，再由均流板流向第一雾化组件200。

参阅图2、图3和图5，在一个实施例中，所述蒸发装置10还包括隔水组件600，所述隔水组件600设置在所述出气口130处，并位于所述出气口130和所述第二蒸发组件400之间，所述隔水组件600用于过滤饱和蒸汽中的液滴。由此通过隔水组件600过滤饱和蒸汽中体积过大质量过轻的液滴使其无法进入膜蒸馏系统，进而提高了出气口130处的蒸汽质量。

进一步在本实施例中，所述隔水组件600包括至少两个滤网，相邻两层所述滤网相互错位叠加设置。由此进一步过滤体积过大的液滴。具体地，所述滤网为不锈钢滤网。滤网还可以为其他材质，只要能够经受长时间的高温高湿度，性质和形状不发生改变即可。

参阅图2和图5，在一个实施例中，出气口130、进水组件500、第二蒸发组件400、第一蒸发组件300、第一雾化组件200、均流组件700和进气口120在壳体100上沿重力方向依次间隔排布在壳体100上。显然，进水组件500、第二蒸发组件400、第一蒸发组件300、第一雾化组件200和均流组件700均位于蒸发腔110内。

参阅图2和图5，在一个实施例中，所述蒸发装置10还包括传感组件800，所述传感组件800设置在所述蒸发腔110内，并位于所述进气口120处，所述传感组件800用于探测所述蒸发腔110内的积水水位。雾化液体、蒸发气体和饱和蒸汽中还可能存在较大体积或质量的液滴，不能在气流的作用下沿进气口120朝向出气口130的方向移动。因此会有部分液滴滴落在蒸发腔110的底部形成积水。因此用传感组件800探测蒸发腔110内的积水水位，使其存在于一个安全的水位范围内。具体地，所述传感组件800为高低水位探头，通过高低水位探头保证蒸发腔110内的积水水位在安全的水位范围内。

在一个实施例中，所述第一蒸发组件300为加热管，所述第二蒸发组件400为换热器。需要说明的是，在本实施例中换热器除了直接加热提供热量，换热器本身工作时的设备工作热量也能用于蒸发，使得换热器本身能够降温，也使得进水组件500的液滴升温。

综上，在本实施例中，蒸发装置10极大提高了液体蒸发效率，降低了蒸发时间。在同等蒸汽标准下，现有的蒸发装置10需要45分钟左右才能达到蒸发要求。而本实施例中的蒸发装置1020分钟左右即可达到蒸发要求，蒸发效率显著提高。同时，经检测，本实施例中的蒸发装置10出气口130处的水蒸气质量高，水蒸气能够达到98℃/98％～99℃/98％的湿度，几乎是气体状态的饱和状态，且出气口130得出的水蒸气净度也很好，无大液滴水珠存在。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接抵触，或第一和第二特征通过中间媒介间接抵触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种蒸发装置，其特征在于，所述蒸发装置包括：

壳体，所述壳体内形成有蒸发腔，所述壳体上还开设有与所述蒸发腔相连通的进气口和出气口，所述进气口通过所述蒸发腔与所述出气口相连通，形成蒸发通道；

第一雾化组件、第一蒸发组件和第二蒸发组件沿所述进气口朝向所述出气口的方向依次排列设置在所述蒸发通道内，所述第一雾化组件设置在所述进气口处。

2.根据权利要求1所述的蒸发装置，其特征在于，所述出气口、所述第二蒸发组件、所述第一蒸发组件、所述第一雾化组件和所述进气口沿重力方向依次间隔排布。

3.根据权利要求2所述的蒸发装置，其特征在于，所述蒸发装置还包括进水组件，所述进水组件设置在所述第二蒸发组件朝向所述出气口的一侧，所述进水组件用于向所述第二蒸发组件的外壁输出液滴，所述第二蒸发组件用于蒸发所述液滴。

4.根据权利要求2所述的蒸发装置，其特征在于，还包括第二雾化组件，所述第二雾化组件设置在所述第二蒸发组件朝向所述出气口的一侧，所述第二雾化组件用于向所述第二蒸发组件喷射雾化液体，所述第二蒸发组件用于蒸发所述雾化液体。

5.根据权利要求1所述的蒸发装置，其特征在于，还包括均流组件，所述均流组件设置在所述进气口处，并位于所述进气口和所述第一雾化组件之间，所述均流组件用于均匀分配所述进气口流向所述蒸发通道内的气流。

6.根据权利要求1所述的蒸发装置，其特征在于，还包括隔水组件，所述隔水组件设置在所述出气口处，并位于所述出气口和所述第二蒸发组件之间，所述隔水组件用于过滤饱和蒸汽中的液滴。

7.根据权利要求6所述的蒸发装置，其特征在于，所述隔水组件包括至少两个滤网，相邻两层所述滤网相互错位叠加设置；所述滤网为不锈钢滤网。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的蒸发装置，其特征在于，还包括传感组件，所述传感组件设置在所述蒸发腔内，并位于所述进气口处，所述传感组件用于探测所述蒸发腔内的积水水位。

9.根据权利要求1-7中任一项所述的蒸发装置，其特征在于，所述第一蒸发组件为加热管，所述第二蒸发组件为换热器。

10.一种膜蒸馏系统，其特征在于，所述膜蒸馏系统包括如权利要求1-9中任一项所述的蒸发装置。

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