CN116589003A - 两级增压除湿的净化收集系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种两级增压除湿的净化收集系统，其包括加湿器、除湿器组件和压气机组件，加湿器具有容纳废水的容纳腔，加湿器用于对进入容纳腔内的气体加湿；除湿器组件包括间隔设置的第一除湿器和第二除湿器；压气机组件包括第一压气机和第二压气机，第一压气机设置于加湿器和第一除湿器之间，且分别连通加湿器和第一除湿器；第二压气机设置于第一除湿器和第二除湿器之间，且分别连通第一除湿器和第二除湿器。本申请的两级增压除湿的净化收集系统能够先后两次对气体进行加压和冷凝除湿，可以大大提高系统的出水效率，增强系统的工业实用性。

Description

两级增压除湿的净化收集系统

技术领域

本申请涉及废水回收技术领域，尤其涉及一种两级增压除湿的净化收集系统。

背景技术

目前，水资源严重缺乏构成的水危机已威胁到世界上的绝大多数国家，使各国的经济、社会和科技发展都面临着严峻考验。为进一步提升用水效率，节约水资源，对高含盐的工业与生活废水进行回收利用逐渐被重视起来。此外，海水淡化技术也逐渐具备为干旱地区提供淡水的良好潜力。工业废水或者海水都可以作为含盐水原料进行脱盐处理并实现淡水回收。

目前国内外对于盐水的淡化回收技术比较成熟，常用的脱盐工艺有反渗透、多级闪蒸、低温多效蒸馏等。反渗透法是在高压泵作用下，水分子通过反渗透膜实现盐与水的分离，受限于膜的性能与使用寿命。传统的多效蒸馏与多级闪蒸因一些共性问题而难以商业化推广使用，比如装置庞大复杂、体积大、成本高。

加湿除湿技术(Humidification-Dehumidification，HDH)是一种热法脱盐技术，该技术模拟自然界的降雨循环过程，以流动空气作为水蒸气的载体，空气在加湿系统内与热料液进行热质交换，空气被升温加湿后，携带一定量的水蒸气进入除湿系统除湿，利用空气的湿度差，多余的水蒸气冷凝成淡水，剩余料液达到浓缩效果。与其他技术相比，HDH技术具有结构简单、成本较低，可利用低品位能源或可再生能源等优点。目前HDH技术在海水淡化、工业废水浓缩、垃圾渗滤液浓缩处理与生活污水处理等领域具有广阔的应用前景。

然而在现有的HDH技术中，常规加除湿系统的出水效率较低，难以满足大规模的工业生产，因此当前亟需提出一种性能良好的加除湿系统，以提高其出水效率。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供一种两级增压除湿的净化收集系统，旨在提高加除湿系统的出水效率。

第一方面，本申请实施例提供了一种两级增压除湿的净化收集系统，其包括加湿器、除湿器组件和压气机组件，加湿器具有容纳废水的容纳腔，加湿器用于对进入容纳腔内的气体加湿；除湿器组件包括间隔设置的第一除湿器和第二除湿器；压气机组件包括第一压气机和第二压气机，第一压气机设置于加湿器和第一除湿器之间，且分别连通加湿器和第一除湿器；第二压气机设置于第一除湿器和第二除湿器之间，且分别连通第一除湿器和第二除湿器。

在一些实施方式中，第一除湿器包括第一壳体和第一管道，第一壳体围合形成有第一腔体；第一管道设置于第一腔体内，第一管道用于冷凝进入第一腔体的气体，其中，第一壳体上设置有第一排水口，第一排水口连通第一腔体和外部空间。

在一些实施方式中，第一管道与加湿器连接，并用于向容纳腔内充入废水。

在一些实施方式中，第二除湿器包括第二壳体和第二管道，第二壳体围合形成有第二腔体；第二管道设置于第二腔体内，第二管道用于冷凝进入第二腔体的气体，其中，第二壳体上设置有第二排水口，第二排水口连通第二腔体和外部空间。

在一些实施方式中，两级增压除湿的净化收集系统还包括涡轮，涡轮具有输入口和输出口，输入口与第二腔体连通，输出口与第二管道连通，涡轮用于向第二压气机输出机械能。

在一些实施方式中，第二管道背离输出口的一端与容纳腔连通。

在一些实施方式中，两级增压除湿的净化收集系统还包括驱动器，驱动器用于驱动第一压气机工作。

在一些实施方式中，加湿器包括外壳和填充构件，外壳围合形成容纳腔；填充构件设置于容纳腔内，填充构件上形成有细密的气体通道。

根据本申请实施例的两级增压除湿的净化收集系统，其包括加湿器、除湿器组件和压气机组件，加湿器具有容纳废水的容纳腔，加湿器用于对进入容纳腔内的气体加湿；除湿器组件包括间隔设置的第一除湿器和第二除湿器；压气机组件包括第一压气机和第二压气机，第一压气机设置于加湿器和第一除湿器之间，且分别连通加湿器和第一除湿器；第二压气机设置于第一除湿器和第二除湿器之间，且分别连通第一除湿器和第二除湿器，由此，气体经过加湿器后，能够携带出废水中的部分水分，其后在压气机组件和除湿器组件中先后经过两次加压和冷凝除湿，可以大大提高加除湿系统的出水效率，增强加除湿系统的工业实用性。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例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公开的一些实施例，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它的附图。

图1为现有技术中一种HDH系统示意图；

图2为现有技术中另一种HDH系统示意图；

图3为现有技术中又一种HDH系统示意图；

图4为现有技术中再一种HDH系统示意图；

图5为本申请一些实施例提供的两级增压除湿的净化收集系统的系统原理图。

附图未必按照实际比例绘制。

附图标记说明：

1、加湿器；11、容纳腔；12、外壳；13、填充构件；

2、除湿器组件；21、第一除湿器；211、第一壳体；212、第一管道；213、第一腔体；22、第二除湿器；221、第二壳体；222、第二管道；223、第二腔体；

3、压气机组件；31、第一压气机；32、第二压气机；

4、涡轮；

5、驱动器。

具体实施方式

下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图式中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。

图1为一种HDH系统示意图。

如图1所示，左侧为加湿器，右侧为除湿器，海水1进入除湿器内，冷却湿空气，使得水分冷凝流出，获取淡水5，之后海水由2点进入加热器加热升温，并送入加湿器，喷淋在加湿器内部的填充材料中，空气a1在泵作用下进入加湿器，在内部填充材料中与热海水进行热质交换，吸收热量与水分，携带一定量的水蒸气后送回至除湿器，在除湿器内被海水冷却，冷凝获取淡水。与其他海水淡化系统或者废水处理系统相比，图1所示的HDH系统的出水效率较低，若用增益产出比(GainOutputRatio,GOR)来衡量，其GOR仅在0.7～1.9左右。

图2为另一种HDH系统示意图。

为了提升出水效率，研究者将HDH系统进行改进，比如利用低品位能源或可再生能源，太阳能是其中一种，或者将HDH系统与热泵技术结合，例如图2所示的一种HDH系统，其采用热泵耦合两级除湿，GOR可达2.5。具体地，在图2中，海水首先被泵入除湿器(1→2)，用于冷却加湿器(13→14)的湿空气，然后进入除湿器(2→3)，其中加湿器的湿空气被冷凝(10→11)，在除湿器中产生的冷凝水(20和21)被收集。离开除湿器后，海水被加热器(3→4)中的废水进一步加热，然后输送到加湿器的顶部。在加湿器中，海水被喷洒在填充材料上(4→5)，同时来自除湿器的空气进入热泵的蒸发器，以被进一步冷却和除湿(11→12)，然后流入加湿器并与海水进行传热传质(12→10)，增温加湿。相应地，从加湿器底部出来的盐水被热泵的冷凝器进一步加热(5→8)。冷凝器前可以补充海水与盐水混合(7→6)，以降低状态6的温度。离开冷凝器后，盐水被送入加湿器，与来自除湿器的空气进行传热传质(8→9)，因此空气被加热加湿(14→13)，最终，盐水从加湿器的底部排出，湿空气被输送到除湿器，从而形成闭式空气-开式水循环。然而，采用热泵技术使得HDH系统的功耗进一步增加，其GOR也并不能得到有效提升。

图3为又一种HDH系统示意图。

如图3所示，另一个改进加除湿技术的措施是由常压系统向变压系统发展，例如利用压缩机与节流阀来实现空气的变压过程，不再使用额外的空气加热器或者水加热器，当压比为1.33时，GOR可以达到3.8。具体地，海水进入除湿器内的冷却盘管，并保持在一个大气压，吸收管外湿空气的潜热，在更高的温度下离开除湿器。然后海水被喷洒在加湿器的填充材料中，与空气进行传热传质，未蒸发的水作为盐水离开加湿器。空气离开除湿器之后，在节流阀中膨胀，压力降低，膨胀也会使得部分水分冷凝出来，进一步被收集。减压后的空气进入加湿器，与海水发生传热传质后，携带一部分蒸发的水离开，进入压缩机，被压缩到更高的压力和温度，再进入除湿器。增压后的空气在除湿器中冷却，热量传递给管道内流动的海水，水分冷凝出来被收集，而后继续下一次循环。然而，使用压缩机等高耗能设备也会增大系统的电能消耗，不利于系统GOR的提升。

图4为再一种HDH系统示意图。

图4展示的是一种热泵耦合的可变压力HDH系统示意图，海水1进入换热器，与压缩机出口的热空气5交换热量，完成预热。预热后的水流入太阳能热水器，并被加热到所需的温度。之后，被加热的水3进入加湿器，与空气交换热量与水分，被空气带走一部分水分，并冷却，浓缩后的盐水15从加湿器排出。盐水进入金属罐储存，并保持加湿器内的真空。湿空气4进入压缩机被压缩，增压升温，增压后的空气5随后进入换热器冷却，冷凝出的水分7在分离器1分离收集。除湿后的空气8进入换热器，被空气12冷却，然后进入蒸发器进一步冷却降温，冷凝出的水分11在分离器2分离收集，第二次除湿后的空气12回到换热器用于冷却空气8，之后经节流阀降压，回到加湿器，继续下一次循环。在加湿器压力降低到所需值之后，关闭液环真空泵，通过节流阀调节加湿器压力。然而，此系统采用真空泵等高耗能设备同样也增大了电能消耗，不利于系统GOR的提升。

鉴于上述问题，本申请提出了一种两级增压除湿的净化收集系统，可以有效增强加除湿系统的除湿能力，进而提高出水效率，提高系统的GOR。

图5为本申请一些实施例提供的两级增压除湿的净化收集系统的系统原理图。

如图5所示，本申请实施例的两级增压除湿的净化收集系统包括加湿器1、除湿器组件2和压气机组件3，加湿器1具有容纳废水的容纳腔11，加湿器1用于对进入容纳腔11内的气体加湿；除湿器组件2包括间隔设置的第一除湿器21和第二除湿器22；压气机组件3包括第一压气机31和第二压气机32，第一压气机31设置于加湿器1和第一除湿器21之间，且分别连通加湿器1和第一除湿器21；第二压气机32设置于第一除湿器21和第二除湿器22之间，且分别连通第一除湿器21和第二除湿器22。

加湿器1具有容纳腔11，容纳腔11能够容纳废水，当气体经过加湿器1后，气体能够将废水中的部分水分以水汽的形式携带出加湿器1，以增加气体的湿度。

在一些示例中，加湿器1可以包括外壳12和填充构件13，外壳12围合形成容纳腔11；填充构件13设置于容纳腔11内，填充构件13上形成有细密的气体通道。具体地，在这些示例中，废水可以喷洒在填充构件13上，当气体通过填充构件13内的气体通道时，可以将附着于填充构件13上的水分携带而出，以最大限度地对气体进行加湿，从而提高加湿器1的加湿能力。

气体经加湿器1加湿后，提高了其自身的湿度，此时第一压气机31可以对高湿的气体加压，加压的同时可以提高气体的温度，继而高温高湿的气体在第一除湿器21内换热冷凝，冷凝出的净水可以被第一次收集。此后，气体可以经第二压气机32进行第二次加压，加压加温后的气体在第二除湿器22内换热冷凝，以第二次收集冷凝出的净水。由此，气体经历了先后两次加压、冷凝的过程，可以有效地提高系统的出水效率，增强了加除湿系统在工业应用上的实用性。

如图5所示，在一些实施例中，第一除湿器21包括第一壳体211和第一管道212，第一壳体211围合形成有第一腔体213；第一管道212设置于第一腔体213内，第一管道212用于冷凝进入第一腔体213的气体，其中，第一壳体211上设置有第一排水口，第一排水口连通第一腔体213和外部空间。

第一壳体211可以具有多种结构形式，其既可以是规则结构体，例如长方体、圆柱体等，也可以是不规则结构体，例如异形结构体等。第一壳体211围合形成有第一腔体213，第一腔体213可以用于收集由气体中冷凝出的净水，为了便于净水的排出，第一壳体211上还可以设置有第一排水口。

第一管道212设置于第一腔体213内，第一管道212内可以流通有制冷剂，以便于对气体进行冷凝。常见的制冷剂可以为水、氟利昂类或碳氢化合物等，本申请不限于此。

作为一些具体示例，第一管道212可以与加湿器1连接，第一管道212内可以流通有废水，第一管道212能够将废水充入容纳腔11内。在这些示例中，废水可以由第一管道212被充入容纳腔11内，相比于由第一压气机31加压后的高温高湿气体来说，管道内废水的温度更低，可以对高温高湿气体进行冷凝，并且在冷凝的同时，废水本身可以得到一定的加热，加热后的废水更容易被汽化，从而以便于进入加湿器1中的气体可以携带出更多的水分。如此设置的好处在于，可以大大提高系统自身的能量利用率，减少系统的功耗，大大提高了系统的GOR。

如图5所示，在一些实施例中，第二除湿器22包括第二壳体221和第二管道222，第二壳体221围合形成有第二腔体223；第二管道222设置于第二腔体223内，第二管道222用于冷凝进入第二腔体223的气体，其中，第二壳体221上设置有第二排水口，第二排水口连通第二腔体223和外部空间。

第二壳体221可以具有多种结构形式，其既可以是规则结构体，例如长方体、圆柱体等，也可以是不规则结构体，例如异形结构体等。第二壳体221围合形成有第二腔体223，第二腔体223可以用于收集由气体中冷凝出的净水，为了便于净水的排出，第二壳体221上还可以设置有第二排水口。

第二管道222设置于第二腔体223内，第二管道222内可以流通有制冷剂，以便于对气体进行冷凝。常见的制冷剂可以为水、氟利昂类或碳氢化合物等，本申请不限于此。

如图5所示，在一些实施例中，两级增压除湿的净化收集系统还包括涡轮4，涡轮4用于向第二压气机32输出机械能。

在本申请实施例中，涡轮4可以将气体的内能转化为机械能，并将机械能输出给第二压气机32，如此可以进一步增强系统的能量利用率，从而降低系统功耗，提高GOR。

进一步地，涡轮4具有输入口和输出口，输入口与第二腔体223连通，输出口与第二管道222连通。

具体地，当气体由第二腔体223进入涡轮4时，气体的部分内能转化为机械能输出给第二压气机32，气体的压力和温度进一步降低，而涡轮4的输出口和第二管道222连通，由此涡轮4排出的低温低压的气体进入第二管道222后，可以对第二腔体223内的气体起到冷凝作用，以将气体中的水分冷凝收集。如此设置的好处在于，可以更进一步地增强系统的能量利用率，降低系统功耗，提高GOR。

更进一步地，第二管道222背离输出口的一端与容纳腔11连通。如此设置的好处在于，第二管道222内的气体可以在对第二腔体223内的气体进行冷凝的过程中吸收热量，提高自身温度，以便于在进入加湿器1的容纳腔11内时，可以以更高的温度促进废水的汽化，增强加湿器1的加湿能力，提高系统的出水效率。

如图5所示，在一些实施例中，两级增压除湿的净化收集系统还包括驱动器5，驱动器5用于驱动第一压气机31工作。在本申请实施例中，驱动器5可以为多种驱动机构或驱动装置，常见的例如电机或内燃机等。示例性地，驱动器5可以为电机。

下面结合图5，对本申请两级增压除湿的净化收集系统的优选实施例的工作过程作进一步详细说明。

如图5所示，废水在水泵推动作用下进入第一除湿器21的第一管道212(1w→2w)，与第一压气机31出口的高温高压湿空气换热，吸收湿空气的热量并提高温度，升温后的废水送入加湿器1中，喷淋在加湿器1内的填充构件13上以便与来流湿空气交换热量与水分(2w→3w)，剩余的浓缩废水从加湿器1排出。

来流湿空气在加湿器1内与喷淋在填充构件13上的废水进行传热传质(1a→2a)，吸收废水的热量，增温增湿，之后进入第一压气机31被压缩(2a→3a)，进一步提高压力与温度，第一压气机31由电机驱动，高温高压湿空气进入第一除湿器21与第一管道212中的废水换热(3a→4a)，冷却降温，冷凝出的水分从第一除湿器21排出(4w)，进而被收集。

之后这部分湿空气进入第二压气机32被进一步压缩(4a→5a)，第二次提高压力与温度，高温高压湿空气进入第二除湿器22与第二管道222内的低温空气换热(5a→6a)，冷却降温，凝结出的水分从第二除湿器22排出(5w)，并进一步被收集。

第二除湿器22剩余的空气被送入涡轮4(6a→7a)，在涡轮4中膨胀做功并冷却，实现降压降温，涡轮4输出功用于带动第二压气机32工作，随后这部分低温低压湿空气进入第二除湿器22的第二管道222(7a→1a)，用于冷却管外的高温高压湿空气，第二管道222内的低温低压湿空气吸收管外湿空气的热量并提高温度，之后被送回加湿器1，继续下一次加除湿循环。以上工作循环形成一套闭式空气-开式水的加除湿循环。

在上述加除湿循环中，废水中的水分进入湿空气中，经过两级增压、两次除湿，最终被收集起来，增强了系统除湿能力，实现了淡化收集，也进一步提高水生产率，涡轮4膨胀功也带动压气机工作，回收了能量，降低了系统功耗。

在上述优选实施例中，本申请两级增压除湿的净化收集系统至少具有以下方面的优点：

1、采用两台压气机，实现两级增压，相比单级增压，可以达到更高的压力，增强系统除湿能力，进一步提高冷凝出水率。

2、采用涡轮4回收气体的膨胀功，这部分膨胀功可用于带动压气机工作，降低系统功耗，可使得GOR进一步提升。

3、取消热泵系统，无需制冷剂使用，系统运行维护更为环保。

4、目前变压HDH研究中空气经节流阀膨胀降温后直接通入加湿器1，此时空气温度状态是最低的状态，冷却能力强。本发明利用这一特点，空气经涡轮4膨胀降温后同样达到温度最低，之后通入第二除湿器22用以冷却高温高压湿空气，提高冷凝出水量，增强除湿能力。这使得回到加湿器1的湿空气中的含湿量相比目前变压HDH系统可以进一步降低，同时这部分空气已经在第二除湿器22中通过回热提高了温度，在回到加湿器1后与高盐废水接触，水蒸发速率与空气吸湿能力也会提高，加湿效果也会增强。

5、采用巧妙的管路连接方式，可以充分利用系统中处于各个流程的气体和液态水的热交换，最大限度地减少能量消耗，有利于实现节能减排。

依照本申请如上文的实施例，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本申请的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本申请以及在本申请基础上的修改使用。应理解，本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种两级增压除湿的净化收集系统，其特征在于，包括：

加湿器，具有容纳废水的容纳腔，所述加湿器用于对进入容纳腔内的气体加湿；

除湿器组件，包括间隔设置的第一除湿器和第二除湿器；

压气机组件，包括第一压气机和第二压气机，所述第一压气机设置于所述加湿器和所述第一除湿器之间，且分别连通所述加湿器和所述第一除湿器；所述第二压气机设置于所述第一除湿器和所述第二除湿器之间，且分别连通所述第一除湿器和所述第二除湿器。

2.根据权利要求1所述的两级增压除湿的净化收集系统，其特征在于，所述第一除湿器包括：

第一壳体，围合形成有第一腔体；

第一管道，设置于所述第一腔体内，所述第一管道用于冷凝进入所述第一腔体的气体，

其中，所述第一壳体上设置有第一排水口，所述第一排水口连通所述第一腔体和外部空间。

3.根据权利要求2所述的两级增压除湿的净化收集系统，其特征在于，所述第一管道与所述加湿器连接，并用于向所述容纳腔内充入废水。

4.根据权利要求1所述的两级增压除湿的净化收集系统，其特征在于，所述第二除湿器包括：

第二壳体，围合形成有第二腔体；

第二管道，设置于所述第二腔体内，所述第二管道用于冷凝进入所述第二腔体的气体，

其中，所述第二壳体上设置有第二排水口，所述第二排水口连通所述第二腔体和外部空间。

5.根据权利要求4所述的两级增压除湿的净化收集系统，其特征在于，所述两级增压除湿的净化收集系统还包括涡轮，所述涡轮具有输入口和输出口，所述输入口与所述第二腔体连通，所述输出口与所述第二管道连通，所述涡轮用于向所述第二压气机输出机械能。

6.根据权利要求5所述的两级增压除湿的净化收集系统，其特征在于，所述第二管道背离所述输出口的一端与所述容纳腔连通。

7.根据权利要求1所述的两级增压除湿的净化收集系统，其特征在于，所述两级增压除湿的净化收集系统还包括驱动器，所述驱动器用于驱动所述第一压气机工作。

8.根据权利要求1至7任一项所述的两级增压除湿的净化收集系统，其特征在于，所述加湿器包括：

外壳，围合形成所述容纳腔；

填充构件，设置于所述容纳腔内，所述填充构件上形成有细密的气体通道。