本發(fā)明涉及蒸餾技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種加濕除濕系統(tǒng)及應(yīng)用其的蒸餾方法。

背景技術(shù)：

蒸發(fā)被用作一種從被污染水源中蒸餾出水的方法。最常見的應(yīng)用是使用包含無法通過諸如過濾、生物或化學(xué)處理的其他方法去除的高濃度污染物的廢水。例如，使用蒸發(fā)作為從海水中脫鹽以提供飲用水的方法的最大領(lǐng)域。

為了實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)，需要大量熱量，從而導(dǎo)致大多數(shù)蒸發(fā)技術(shù)的能耗較高。為降低該能耗，大多數(shù)蒸發(fā)設(shè)備被設(shè)計(jì)為對(duì)蒸發(fā)工藝中產(chǎn)生的蒸汽中的部分熱量進(jìn)行再利用。最常見的方法是通過多效蒸餾(MED)進(jìn)行再利用，其中從一個(gè)蒸發(fā)步驟中產(chǎn)生的蒸汽被引入到下一個(gè)蒸發(fā)步驟中，用于再次使被污染的水沸騰。為了實(shí)現(xiàn)在下個(gè)工藝中對(duì)蒸汽進(jìn)行再利用，使用逐步增強(qiáng)的真空來降低各個(gè)后續(xù)工藝的沸點(diǎn)。次新的工藝為機(jī)械蒸汽壓縮(MVC)，其通過對(duì)產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)行機(jī)械壓縮，以提高能通過換熱器再應(yīng)用于被污染的水的蒸汽的溫度，從而對(duì)蒸汽的熱量進(jìn)行再利用。MED和MVC為最常用的用于蒸餾高鹽廢水的蒸發(fā)方法。MED和MVC這兩個(gè)工藝的缺點(diǎn)在于，要使被污染的水沸騰，這會(huì)造成嚴(yán)重結(jié)垢和腐蝕問題，而且還要求昂貴的耐高溫耐腐蝕材料。

在更近的開發(fā)中，無沸騰的蒸餾已經(jīng)被應(yīng)用于處理工業(yè)廢水。在這些處理中，水不沸騰，而是在所謂的加濕除濕工藝中在低溫下蒸發(fā)。該工藝在歷史上主要作為一種通過太陽能驅(qū)動(dòng)的加濕除濕工藝為無電可用的區(qū)域提供干凈飲用水的可能方法被使用和研究(有關(guān)概述參見“A COMPREHENSIVE STUDY OF SOLAR DESALINATION WITH A HUMIDIFICATION－DEHUMIDIFICATION CYCLE(利用加濕除濕循環(huán)進(jìn)行太陽能脫鹽的綜合研究)”，伊利諾理工大學(xué)，2002年)。該工藝可以應(yīng)用于多種類型的廢水，而且很少具有結(jié)垢和腐蝕的問題，因?yàn)槠渫ǔＴ诘陀谒姆悬c(diǎn)的溫度下運(yùn)作。簡(jiǎn)單的加濕除濕系統(tǒng)通常包括利用熱源提高廢水的熱量、通過將水蒸發(fā)來將空氣加濕的腔室、將加濕后的空氣冷卻從而冷凝并產(chǎn)生蒸餾水的第二腔室、以及最后的回收換熱器，在回收換熱器中，冷凝產(chǎn)生的熱能被返回至待蒸發(fā)的廢水。

在這樣的系統(tǒng)中，蒸發(fā)和冷凝的較大溫度范圍引起同一循環(huán)水流進(jìn)行更多蒸發(fā)和冷凝，這使得效率更高，并且能耗和投資更低。但是，較大溫度范圍的蒸發(fā)的許多潛在利益被一個(gè)問題抵消，即在高溫下，一定量的空氣可以比在低溫下相同量的空氣吸收更多熱量，這意味著，在高溫下空氣溫度的一定升高比低溫下需要更多的熱量。另一方面，水呈現(xiàn)出更多的線性熱容量，這意味著一定的升溫所需的熱吸收量并不顯著地依賴于水的溫度。因此，這表示在單一系統(tǒng)中空氣的熱容量與水的熱容量通常將不匹配：在溫度譜的低點(diǎn)，空氣熱容量將比水的熱容量低得多，而在溫度譜的高點(diǎn)，空氣熱容量將比水的熱容量高得多。鑒于這種加濕除濕系統(tǒng)通常具有穿過蒸發(fā)系統(tǒng)的共同液流和氣流，減小氣流或增大水流來改善溫度譜高點(diǎn)的熱交換效率將導(dǎo)致該溫度譜低溫點(diǎn)的熱交換效率的惡化，并且反之亦然。即使在該系統(tǒng)中載氣混合物(混合載氣)或流動(dòng)的液體發(fā)生變化，這樣的不匹配問題仍然存在。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種加濕除濕系統(tǒng)及應(yīng)用其的蒸餾方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的加濕除濕系統(tǒng)熱交換效率低的技術(shù)問題。

本發(fā)明提供一種加濕除濕系統(tǒng)，用于通過使載氣混合物經(jīng)由多個(gè)加濕和除濕工藝反復(fù)循環(huán)來蒸餾液體，包括：多個(gè)蒸發(fā)/冷凝單元，每個(gè)所述蒸發(fā)/冷凝單元均包括蒸發(fā)部件，所述蒸發(fā)部件包括流體循環(huán)系統(tǒng)和蒸發(fā)室，所述流體循環(huán)系統(tǒng)能夠使含液體流體被加入到所述蒸發(fā)部件中并在所述蒸發(fā)部件內(nèi)循環(huán)，所述蒸發(fā)室能夠?qū)Υ┻^所述蒸發(fā)室的循環(huán)載氣混合物進(jìn)行加濕，并且所述蒸發(fā)/冷凝單元中的至少一個(gè)還包括冷凝部件，所述冷凝部件包括冷凝室，所述冷凝室能夠?qū)Υ┻^所述冷凝室的所述載氣混合物進(jìn)行除濕以獲得蒸餾液，每個(gè)所述冷凝部件均伴隨有回收換熱器，所述回收換熱器能夠?qū)⒃谒隼淠考帍乃龀凉窆に囍谢厥盏臒崃總鬟f至在同一單元的所述蒸發(fā)部件中循環(huán)的所述含液體流體；至少一個(gè)熱源和至少一個(gè)冷源；所述蒸發(fā)/冷凝單元能夠使所述載氣混合物以預(yù)定的單元順序依次流經(jīng)每個(gè)所述蒸發(fā)部件，并以與所述預(yù)定的單元順序相反的單元順序依次流經(jīng)所述蒸發(fā)/冷凝單元的每個(gè)所述冷凝部件，或當(dāng)所述蒸發(fā)/冷凝單元不包括所述冷凝部件時(shí)，使所述載氣混合物繞過所述蒸發(fā)/冷凝單元；每個(gè)所述蒸發(fā)/冷凝單元具有對(duì)其中的所述蒸發(fā)部件的所述循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行的獨(dú)立控制，以能夠?qū)λ稣舭l(fā)部件中所述含液體流體的流速進(jìn)行獨(dú)立調(diào)節(jié)，從而優(yōu)化所述蒸發(fā)室中的蒸發(fā)工藝的效率。

其中，所述回收換熱器放置在所述冷凝室內(nèi)，以促進(jìn)所述除濕工藝。

其中，通過使循環(huán)空氣與水流直接接觸來引起各個(gè)冷凝部件中的所述除濕工藝，并且離開所述冷凝室的水隨后被運(yùn)送至放置在所述冷凝室外部的所述回收換熱器。

其中，所述回收換熱器為板式換熱器、管殼式換熱器、或螺旋式換熱器。

其中，所述熱源能夠?qū)λ稣舭l(fā)部件中的至少一個(gè)所述含液體流體或所述循環(huán)載氣混合物進(jìn)行直接或間接加熱。

其中，所述熱源能夠在離開所述冷凝部件的水流進(jìn)入所述回收換熱器之前對(duì)該水流進(jìn)行加熱。

其中，所述熱源利用太陽熱、蒸汽、熱水或電力來運(yùn)轉(zhuǎn)。

其中，所述熱源為熱泵。

其中，所述冷源能夠從至少一個(gè)所述蒸發(fā)/冷凝單元中的所述循環(huán)載氣混合物中或所述循環(huán)的含液體流體中直接或間接地移除熱量。

其中，所述冷源利用風(fēng)扇、蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)或水冷卻系統(tǒng)來運(yùn)轉(zhuǎn)。

其中，所述熱泵從所述冷源中移除熱量并將該熱量傳遞至所述熱源。

其中，所述冷源能夠在離開所述回收換熱器的水流進(jìn)入所述冷凝部件之一的所述冷凝室之前從該水流中移除熱量。

其中，所述載氣混合物為空氣、氦氣或氮?dú)狻?/p>

其中，所述含液體流體中包含的液體為水。

其中，所述蒸發(fā)/冷凝單元的一個(gè)或多個(gè)所述蒸發(fā)部件還包括固體去除單元，所述固體去除單元能夠去除原始含液體流體中存在的固體或因通過蒸發(fā)工藝去除所述液體而出現(xiàn)的固體。

其中，所述加濕除濕系統(tǒng)還包括從所述循環(huán)載氣混合物中去除一定氣體的氣體洗滌設(shè)備。

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所述的加濕除濕系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢(shì)：

本發(fā)明提供的加濕除濕系統(tǒng)中，包括：多個(gè)蒸發(fā)/冷凝單元，每個(gè)蒸發(fā)/冷凝單元具有配備有獨(dú)立的熱循環(huán)系統(tǒng)和流體輸送系統(tǒng)的蒸發(fā)部件，而載氣混合物連續(xù)穿過所有蒸發(fā)部件和所有冷凝部件。因此，與傳統(tǒng)的加濕除濕系統(tǒng)相比，本發(fā)明將熱回收工藝分成多個(gè)步驟：各個(gè)蒸發(fā)/冷凝單元將流體的熱量和蒸汽釋放到載氣混合物流中，該流體通過使用單獨(dú)的控制機(jī)構(gòu)以獨(dú)立于其它蒸發(fā)/冷凝單元的速度流動(dòng)，并且該流體可以被調(diào)節(jié)為在由該特定蒸發(fā)/冷凝單元所確定的特定溫度范圍內(nèi)與混合載體的熱容量相匹配。然后，該流體流連接至回收換熱器，該回收換熱器將冷凝過程中吸收的熱量回收到用于蒸發(fā)的流體。通過在由各個(gè)蒸發(fā)/冷凝單元所確定的溫度范圍內(nèi)將流體流與載氣混合物流相匹配，整個(gè)系統(tǒng)的熱交換效率大幅改善。

本發(fā)明還提供一種蒸餾方法，通過上述所述的加濕除濕系統(tǒng)從含液體流體中蒸餾出液體的方法，各個(gè)蒸發(fā)部件處所述含液體流體的流速被調(diào)節(jié)為與由所述蒸發(fā)部件確定的溫度的所述循環(huán)載氣混合物的熱容量相匹配，以便實(shí)現(xiàn)更好的熱交換效率，從而導(dǎo)致對(duì)于具有更高的載氣混合物溫度的蒸發(fā)室更高的所述含液體流體的流速。

其中，所述含液體流體為鹽水，并且所述載氣混合物為空氣。

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所述的蒸餾方法具有以下優(yōu)勢(shì)：

本發(fā)明提供的蒸餾方法中，由于通過上述所述的加濕除濕系統(tǒng)從含液體流體中蒸餾出液體的方法，各個(gè)蒸發(fā)部件處所述含液體流體的流速被調(diào)節(jié)為與由所述蒸發(fā)部件確定的溫度的所述循環(huán)載氣混合物的熱容量相匹配，因此能夠有效改善大溫度范圍內(nèi)載氣混合物與液體之間的熱交換效率。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施方式，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的加濕除濕系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的加濕除濕系統(tǒng)中使用具有兩個(gè)蒸發(fā)/冷凝單元改善蒸發(fā)過程時(shí)的熱交換效率示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的加濕除濕系統(tǒng)中以風(fēng)扇作為將載氣混合物的熱量釋放至外部空氣中的冷源的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的加濕除濕系統(tǒng)中具有兩個(gè)蒸發(fā)/冷凝單元能夠蒸餾100噸/天時(shí)的溫度和流速示意圖。

圖中：

1－蒸發(fā)/冷凝單元； 2－蒸發(fā)部件；

3－冷凝部件； 4－回收換熱器；

5－驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)； 6－分配池；

7－填充材料； 8－熱源；

9－冷源； 10－固體去除單元；

11－廢水循環(huán)回路； 12－收水器；

13－風(fēng)扇。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電氣連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的加濕除濕系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種加濕除濕系統(tǒng)，包括：多個(gè)蒸發(fā)/冷凝單元1，每個(gè)蒸發(fā)/冷凝單元1均包括蒸發(fā)部件2，蒸發(fā)部件2包括流體循環(huán)系統(tǒng)和蒸發(fā)室，流體循環(huán)系統(tǒng)能夠使含液體流體被加入到蒸發(fā)部件2中并在蒸發(fā)部件2內(nèi)循環(huán)，蒸發(fā)室能夠?qū)Υ┻^蒸發(fā)室的循環(huán)載氣混合物進(jìn)行加濕，并且蒸發(fā)/冷凝單元1中的至少一個(gè)還包括冷凝部件3，冷凝部件3包括冷凝室，冷凝室能夠?qū)Υ┻^冷凝室的載氣混合物進(jìn)行除濕以獲得蒸餾液，每個(gè)冷凝部件3均伴隨有回收換熱器4，回收換熱器4能夠?qū)⒃诶淠考?處從除濕工藝中回收的熱量傳遞至在同一單元的蒸發(fā)部件2中循環(huán)的含液體流體；至少一個(gè)熱源8和至少一個(gè)冷源9；蒸發(fā)/冷凝單元1能夠使載氣混合物以預(yù)定的單元順序依次流經(jīng)每個(gè)蒸發(fā)部件2，并以與預(yù)定的單元順序相反的單元順序依次流經(jīng)蒸發(fā)/冷凝單元1的每個(gè)冷凝部件3，或當(dāng)蒸發(fā)/冷凝單元1不包括冷凝部件3時(shí)，使載氣混合物繞過蒸發(fā)/冷凝單元1；每個(gè)蒸發(fā)/冷凝單元1具有對(duì)其中的蒸發(fā)部件2的循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行的獨(dú)立控制，以能夠?qū)φ舭l(fā)部件2中含液體流體的流速進(jìn)行獨(dú)立調(diào)節(jié)，從而優(yōu)化蒸發(fā)室中的蒸發(fā)工藝的效率。

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明實(shí)施例所述的加濕除濕系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢(shì)：

本發(fā)明實(shí)施例提供的加濕除濕系統(tǒng)中，如圖1所示，包括：多個(gè)蒸發(fā)/冷凝單元1，每個(gè)蒸發(fā)/冷凝單元1具有配備有獨(dú)立的熱循環(huán)系統(tǒng)和流體輸送系統(tǒng)的蒸發(fā)部件2，而載氣混合物連續(xù)穿過所有蒸發(fā)部件2和所有冷凝部件3。因此，與傳統(tǒng)的加濕除濕系統(tǒng)相比，本發(fā)明將熱回收工藝分成多個(gè)步驟：各個(gè)蒸發(fā)/冷凝單元1將流體的熱量和蒸汽釋放到載氣混合物流中，該流體通過使用單獨(dú)的控制機(jī)構(gòu)以獨(dú)立于其它蒸發(fā)/冷凝單元1的速度流動(dòng)，并且該流體可以被調(diào)節(jié)為在由該特定蒸發(fā)/冷凝單元1所確定的特定溫度范圍內(nèi)與混合載體的熱容量相匹配。然后，該流體流連接至回收換熱器4，該回收換熱器4將冷凝過程中吸收的熱量回收到用于蒸發(fā)的流體。通過在由各個(gè)蒸發(fā)/冷凝單元1所確定的溫度范圍內(nèi)將流體流與載氣混合物流相匹配，整個(gè)系統(tǒng)的熱交換效率大幅改善。

根據(jù)本發(fā)明，這樣的加濕除濕系統(tǒng)可以具有兩個(gè)或多于兩個(gè)的蒸發(fā)/冷凝單元1，如兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)、五個(gè)或更多個(gè)。如圖1所示，其為具有三個(gè)蒸發(fā)/冷凝單元1的加濕除濕系統(tǒng)。蒸發(fā)/冷凝單元1為該系統(tǒng)的基本功能元件，每個(gè)蒸發(fā)/冷凝單元1均包括蒸發(fā)部件2、冷凝部件3以及實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)部件2與冷凝部件3之間的熱交換的回收換熱器4。每個(gè)蒸發(fā)/冷凝單元1具有其自己的用于液體蒸發(fā)和熱回收的循環(huán)系統(tǒng)，但各個(gè)蒸發(fā)/冷凝單元1經(jīng)由單個(gè)載氣混合物流與其它蒸發(fā)/冷凝單元1連接，以使載氣混合物首先以預(yù)定的單元順序逐個(gè)流經(jīng)各個(gè)蒸發(fā)/冷凝單元1的所有蒸發(fā)部件2，然后以剛好相反的順序逐個(gè)流經(jīng)各個(gè)蒸發(fā)/冷凝單元1的所有冷凝部件3。

因此，如圖1所示，載氣混合物流經(jīng)各蒸發(fā)/冷凝單元1的蒸發(fā)部件2(由右至左)，然后流經(jīng)各蒸發(fā)/冷凝單元1的冷凝部件3(由左至右)，只要系統(tǒng)在運(yùn)轉(zhuǎn)，該載氣混合物流就反復(fù)循環(huán)。最后，載氣混合物流經(jīng)各個(gè)蒸發(fā)/冷凝單元1的蒸發(fā)和冷凝兩個(gè)部件，在經(jīng)加濕的載氣混合物的除濕過程中在冷凝部件3處釋放的熱量將被帶走，并且經(jīng)由存在于各個(gè)蒸發(fā)/冷凝單元1中的回收換熱器4返回至同一蒸發(fā)/冷凝單元1的蒸發(fā)部件2的含液體流體，從而降低了整個(gè)系統(tǒng)的總能耗。

各個(gè)蒸發(fā)/冷凝單元1中包含的蒸發(fā)部件2是用于加濕循環(huán)的載氣混合物的設(shè)備，并且其包括循環(huán)系統(tǒng)以及蒸發(fā)室。循環(huán)系統(tǒng)包括諸如泵的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)5，用于驅(qū)動(dòng)加入其中的含液體流體的流動(dòng)，并且蒸發(fā)室與循環(huán)系統(tǒng)流體連接，以使含液體流體可以流經(jīng)循環(huán)系統(tǒng)和蒸發(fā)室，以形成一個(gè)完整的循環(huán)。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)5可以被手動(dòng)或自動(dòng)控制，以調(diào)節(jié)含液體流體的循環(huán)速度。

在蒸發(fā)室中，含液體流體被暴露以與循環(huán)的載氣混合物直接接觸，其中流體中所包含的液體蒸發(fā)，并且載氣混合物吸收該液體的蒸汽。在某具體實(shí)施方式中，蒸發(fā)室包括具有多個(gè)孔的分配池6，并且含液體流體通過這些孔分配到分配池6中。隨著系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)，液體繼續(xù)蒸發(fā)，并且載氣混合物吸收液體，并將達(dá)到接近100％的濕度。優(yōu)選地，該蒸發(fā)和吸收工藝在高溫下發(fā)生，因?yàn)樵诟邷叵拢后w蒸發(fā)得更快，并且載氣混合物能夠保持更多的蒸發(fā)液體；而且，出于增加液體與載氣混合物之間的接觸面積和接觸時(shí)間的目的，蒸發(fā)室還優(yōu)選包括填充材料7，如填充膜。

在蒸發(fā)室內(nèi)，載氣混合物流與流體流的相對(duì)方向存在多個(gè)選擇，其中最優(yōu)選的選擇為逆流，即含液體流體向下流動(dòng)，而載氣混合物向上流動(dòng)；或叉流，即含液體流體向下流動(dòng)，而載氣混合物的流動(dòng)與液體的流動(dòng)垂直，如圖1所示。

在一個(gè)特定實(shí)施方式中，可以通過對(duì)利用蒸發(fā)工藝來釋放液體中的多余熱量的常用冷卻塔進(jìn)行改進(jìn)，來構(gòu)造所述蒸發(fā)部件2。

通常，在加濕除濕系統(tǒng)中，含有在蒸發(fā)部件中產(chǎn)生的熱蒸汽的載氣混合物流需進(jìn)入冷凝工藝，以通過從載氣混合物中移除熱量使蒸汽冷凝成液體，然后將該熱量回收并再利用。根據(jù)本發(fā)明，該冷凝工藝發(fā)生在蒸發(fā)/冷凝單元1的冷凝部件3中。冷凝部件3包括冷凝室。在冷凝室內(nèi)，通常通過熱交換來促進(jìn)熱蒸汽的冷凝，熱交換包括：間接接觸熱交換，其使填充在管道內(nèi)的冷液吸收蒸汽中的熱量并讓熱蒸汽轉(zhuǎn)變成蒸餾水；或直接接觸熱交換，其通過使熱蒸汽與冷液直接接觸來引起冷凝。在連續(xù)處理中，該冷液不斷進(jìn)進(jìn)出出，以帶走累積的熱量。

在某具體實(shí)施方式中，當(dāng)通過使熱蒸汽與冷液直接接觸來引起冷凝時(shí)，冷凝室還包括分配池6和填充材料7。

根據(jù)本發(fā)明，在每個(gè)蒸發(fā)/冷凝單元1內(nèi)，在冷凝部件3中釋放的熱量將通過回收換熱器4回收并在蒸發(fā)部件2中再利用。該回收換熱器4可以采用各種形式。例如，其可以是板式換熱器、管殼式換熱器或螺旋式換熱器。在一些實(shí)施方式中，如圖1所示，回收換熱器4可以放置在冷凝部件3外部，并通過與熱蒸汽直接接觸而產(chǎn)生的熱液與在蒸發(fā)部件中循環(huán)用于蒸發(fā)的含液體流體之間的間接接觸來形成，以使熱量能從冷凝部件3處產(chǎn)生的熱液釋放到在蒸發(fā)部件2中循環(huán)的含液體流體。通常，這在加入到蒸發(fā)部件2中的含液體流體包含會(huì)造成嚴(yán)重結(jié)垢和污染的成分從而需要定期清洗回收換熱器4時(shí)是優(yōu)選的，回收換熱器4放置在冷凝室外部時(shí)清洗更方便。

在一些其它具體實(shí)施方式中，回收換熱器4放置在冷凝部件3內(nèi)部。這樣，所加入的用于蒸發(fā)的含液體流體首先經(jīng)管道輸送到放置在冷凝部件3內(nèi)部的回收換熱器4中，以吸收從熱蒸汽中釋放的熱量，然后被送回至蒸發(fā)部件2，以與循環(huán)的載氣混合物直接接觸，以使其中所包含的液體能輕易地轉(zhuǎn)變成熱蒸汽并被循環(huán)的載氣混合物帶走。

加濕除濕系統(tǒng)還需要熱源8和冷源9，以形成能使熱量持續(xù)流過系統(tǒng)的溫差。理論上，熱源8與冷源9之間的溫差越大，系統(tǒng)中所能交換的熱量越多，每個(gè)熱循環(huán)所能產(chǎn)生的蒸餾液越多。在一些優(yōu)選的實(shí)施方式中，還可以在系統(tǒng)中加入熱泵，以通過將在冷源處從系統(tǒng)中排出的熱量輸送到熱源中來將熱源和冷源連接，從而進(jìn)一步增加能量的回收量，并且減少所需的凈能量輸入。

只要熱源8和冷源9的運(yùn)轉(zhuǎn)分別用于為系統(tǒng)提供額外的熱量和排出系統(tǒng)中的熱量，熱源8和冷源9就可以具有不同的形式。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，熱源8為熱水或熱蒸汽，而冷源9可利用風(fēng)扇13或蒸發(fā)冷卻器來運(yùn)轉(zhuǎn)。根據(jù)本發(fā)明，由于系統(tǒng)回收熱量，因此通過冷源排出的熱量應(yīng)當(dāng)?shù)扔?通過熱源加入到系統(tǒng)的熱量)－(系統(tǒng)內(nèi)的損耗+高溫下提取蒸餾液所產(chǎn)生的潛在損耗)。

根據(jù)本發(fā)明，熱源8和冷源9可位于任何位置，用于分別對(duì)系統(tǒng)中的載氣混合物或任一流體輸送回路進(jìn)行加熱或冷卻。但是，至少一個(gè)熱源8應(yīng)當(dāng)應(yīng)用在系統(tǒng)的高溫端，并且至少一個(gè)冷源9應(yīng)當(dāng)應(yīng)用在系統(tǒng)的低溫端。如圖1所示，具有一個(gè)熱源8以及兩個(gè)冷源9。一個(gè)冷源9與熱泵連接，也就是說，在冷源9中提取自系統(tǒng)的熱量在系統(tǒng)的熱側(cè)返回到系統(tǒng)；另一個(gè)冷源9為將(由作為熱泵一部分的壓縮機(jī)產(chǎn)生的)多余的供應(yīng)熱量釋放到外部空氣的氣冷式冷水機(jī)。

傳統(tǒng)上，加濕除濕系統(tǒng)包括將蒸發(fā)部件2、冷凝部件3以及回收換熱器4串聯(lián)連接的單個(gè)熱循環(huán)系統(tǒng)和單個(gè)流體輸送系統(tǒng)，以將冷凝工藝中釋放的熱量回收并返回到流體的蒸發(fā)工藝。熱源8通常添加在回收換熱器4之后，并且應(yīng)用于待蒸發(fā)的循環(huán)流體。該系統(tǒng)包括一個(gè)蒸發(fā)流體流，該蒸發(fā)流體流通向蒸發(fā)部件2(其中部分液體蒸發(fā))以及回收換熱器4(其中冷凝產(chǎn)生的熱量返回到蒸發(fā)液)，然后穿過熱源8后回到蒸發(fā)部件2中。

但是，本發(fā)明與傳統(tǒng)的加濕除濕系統(tǒng)的區(qū)別在于，本發(fā)明包括多個(gè)蒸發(fā)/冷凝單元1，每個(gè)蒸發(fā)/冷凝單元1具有配備有獨(dú)立的熱循環(huán)系統(tǒng)和流體輸送系統(tǒng)的蒸發(fā)部件2，而載氣混合物連續(xù)穿過所有蒸發(fā)部件2和所有冷凝部件3。因此，與傳統(tǒng)的加濕除濕系統(tǒng)相比，本發(fā)明將熱回收工藝分成多個(gè)步驟：各個(gè)蒸發(fā)/冷凝單元1將流體的熱量和蒸汽釋放到載氣混合物流中，該流體通過使用單獨(dú)的控制機(jī)構(gòu)以獨(dú)立于其它蒸發(fā)/冷凝單元1的速度流動(dòng)，并且該流體可以被調(diào)節(jié)為在由該特定蒸發(fā)/冷凝單元1所確定的特定溫度范圍內(nèi)與混合載體的熱容量相匹配。然后，該流體流連接至回收換熱器4，該回收換熱器4將冷凝過程中吸收的熱量回收到用于蒸發(fā)的流體。通過在由各個(gè)蒸發(fā)/冷凝單元1所確定的溫度范圍內(nèi)將流體流與載氣混合物流相匹配，整個(gè)系統(tǒng)的熱交換效率大幅改善。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的加濕除濕系統(tǒng)中使用具有兩個(gè)蒸發(fā)/冷凝單元改善蒸發(fā)過程時(shí)的熱交換效率示意圖。

使用的蒸發(fā)/冷凝單元1越多，載氣混合物與蒸發(fā)液之間的熱交換越好，從而系統(tǒng)為維持充分的溫差所需的能量越少。圖2通過顯示在水(直線)與空氣(曲線)之間交換一定量的熱量時(shí)的溫度變化來例示了這一情況。如由左圖清楚可見的，低溫下的空氣溫度變化(曲線較陡)比高溫下的空氣溫度變化(曲線不太陡)快。由于水的熱容量與溫度無關(guān)，因此在熱交換處理的低溫點(diǎn)和高溫點(diǎn)都會(huì)出現(xiàn)由一定熱能交換造成的溫度變化失配，如曲線與直線兩端的差距所示。為了消除該溫度差距，需要外部熱源和冷源，這提高了系統(tǒng)的能耗。右圖示出了具有兩個(gè)蒸發(fā)/冷凝單元1的本發(fā)明。通過獨(dú)立地調(diào)節(jié)兩個(gè)系統(tǒng)中水的流速(高溫單元的較高流速導(dǎo)致斜率較平緩，低溫范圍的較低流速導(dǎo)致斜率較陡)，水的熱容量更好地與空氣的熱容量匹配，從而改善了熱交換效率，并且基本減小了曲線與直線兩端的差距。分別調(diào)節(jié)水流速度的能力意味著，溫度升高時(shí)載氣混合物的熱容量和水的熱容量出現(xiàn)較大不匹配的缺點(diǎn)與溫度范圍大的利益之間的傳統(tǒng)權(quán)衡已經(jīng)不存在。由高溫?zé)嵩匆约皟?yōu)選由低溫冷源創(chuàng)造的大溫度范圍的利益可以通過增加額外的蒸發(fā)/冷凝單元1來充分利用。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的加濕除濕系統(tǒng)中以風(fēng)扇作為將載氣混合物的熱量釋放至外部空氣中的冷源的結(jié)構(gòu)示意圖。

根據(jù)本發(fā)明的一些具體實(shí)施方式，系統(tǒng)中所包括的蒸發(fā)/冷凝單元1可以僅具有蒸發(fā)部件2，而沒有冷凝部件3，并且只要至少一個(gè)蒸發(fā)/冷凝單元1包括冷凝部件3，系統(tǒng)就仍能運(yùn)轉(zhuǎn)。在這種情況下，載氣混合物仍然按照預(yù)定的單元順序流經(jīng)各個(gè)蒸發(fā)/冷凝單元1的所有蒸發(fā)部件2，然后以剛好相反的單元順序進(jìn)入各個(gè)蒸發(fā)/冷凝單元1，只是僅流經(jīng)具有冷凝部件3的那些單元的冷凝部件3。本實(shí)施方式的簡(jiǎn)化版在圖3中示出。該系統(tǒng)僅具有兩個(gè)蒸發(fā)/冷凝單元1，其中一個(gè)蒸發(fā)/冷凝單元1包括蒸發(fā)和冷凝兩個(gè)部件，而另一個(gè)蒸發(fā)/冷凝單元1僅具有蒸發(fā)部件2，并且該系統(tǒng)還具有熱源8以從系統(tǒng)中釋放熱量，還安裝有作為冷源9的風(fēng)扇，以將載氣混合物流連接至外部空氣。在這種情況下，熱源8可以是諸如蒸汽或熱水的外部熱源。與具有更多單元的系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)根據(jù)載氣混合物的溫度改變液流的能力有限，但由于能夠以比蒸發(fā)/冷凝單元1高得多的液體速度來使蒸發(fā)/冷凝單元1運(yùn)轉(zhuǎn)，因此該系統(tǒng)的性能實(shí)質(zhì)上仍比傳統(tǒng)系統(tǒng)要好。

根據(jù)本發(fā)明，在蒸發(fā)和冷凝部件內(nèi)循環(huán)的載氣混合物可以是各種各樣的，包括空氣、氦氣和氮?dú)?。在一些?yōu)選的實(shí)施方式中，載氣混合物為氦氣，其熱力學(xué)性能比普通環(huán)境空氣好。在其他實(shí)施方式中，在蒸發(fā)過程中釋放的揮發(fā)性物質(zhì)在接觸到空氣時(shí)可能會(huì)具有爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，在這種情況下，可以用氮載氣來替換，以緩解該風(fēng)險(xiǎn)。

當(dāng)持續(xù)從引入的含液體流體中蒸發(fā)出液體時(shí)，很有可能會(huì)出現(xiàn)固體(如結(jié)晶礦物)，需要通過固體去除單元10將其去除。本發(fā)明提供了用于去除固體的各種方法，如過濾或離心分離。本系統(tǒng)可以分別從各個(gè)蒸發(fā)/冷凝單元1中去除固體，或?qū)⒐腆w流合并從而通過一個(gè)固體分離器將其去除。在去除固體后，剩余液體可以通過液體連接器回到蒸發(fā)部件。

在一些實(shí)施方式中，通過增設(shè)分離氣體洗滌室將揮發(fā)性物質(zhì)從循環(huán)的載氣混合物中去除是有利的，在分離氣體洗滌室中，流體選擇性地與揮發(fā)性物質(zhì)反應(yīng)，從而將該揮發(fā)性物質(zhì)從系統(tǒng)中去除。這將阻止這些揮發(fā)性物質(zhì)溶解在蒸餾液中，這意味著產(chǎn)生的蒸餾液將含有少量污染物，并且可以不經(jīng)任何進(jìn)一步后處理而排出或再利用。例如，當(dāng)進(jìn)入蒸發(fā)部件2的液體含有氨時(shí)，部分氨將蒸發(fā)，并與蒸餾液一起離開系統(tǒng)。增設(shè)使循環(huán)的硫酸H2SO4與氨反應(yīng)形成能被單獨(dú)去除的硫酸銨(NH4)2SO4的載氣混合物洗滌室可以使蒸餾液中的氨減到最少。

各個(gè)蒸發(fā)/冷凝單元1的分開的液體輸送回路創(chuàng)造了無需關(guān)閉整個(gè)系統(tǒng)就能維護(hù)輸送系統(tǒng)的額外利益。由于傳統(tǒng)系統(tǒng)中的液流全部連通，因此，除非額外的備用容量?jī)?nèi)置于系統(tǒng)中，否則各個(gè)泵或管的維護(hù)需要關(guān)閉整個(gè)系統(tǒng)。

實(shí)施例

如圖1所示，本發(fā)明適于處理高度濃縮的鹽廢水。廢水將分流進(jìn)入具有三個(gè)蒸發(fā)/冷凝單元1的加濕除濕系統(tǒng)的所有蒸發(fā)部件2。廢水通過分配池6分布在填充材料7上，并且以與載氣混合物的流速以及蒸發(fā)部件2內(nèi)部的溫度相應(yīng)的速率蒸發(fā)，且流動(dòng)的載氣混合物將從廢水中帶走部分蒸發(fā)的水。在蒸發(fā)部件2的底部收集廢水，并將該廢水反饋到廢水循環(huán)回路11中。水的蒸發(fā)導(dǎo)致離開蒸發(fā)部件2的廢水的濃度比進(jìn)入蒸發(fā)部件2的廢水的濃度高，并且離開蒸發(fā)部件2的載氣混合物比進(jìn)入蒸發(fā)部件2的載氣混合物含有更多的水蒸氣并具有更高的溫度。然后，該載氣混合物進(jìn)入下一個(gè)蒸發(fā)部件2，其中載氣混合物遇到溫度更高的廢水從而再次吸收水分。該工藝持續(xù)進(jìn)行到第一個(gè)蒸發(fā)部件2，其中溫度最高的廢水用于蒸發(fā)。然后，從第一個(gè)蒸發(fā)部件2離開的濕熱的載氣混合物進(jìn)入第一個(gè)冷凝部件3，其中使用冷水從載氣混合物中吸收熱量，從而將載氣混合物中的部分水蒸汽冷凝。在濕潤的載氣混合物進(jìn)入冷凝部件3之前，收水器12從載氣混合物中去除小水滴，以限制蒸餾水被小廢水滴污染。用于引起冷凝的水從冷凝中吸收熱量，然后進(jìn)入第一個(gè)回收換熱器4，其中，冷凝的熱量被傳回到循環(huán)廢水的第一回路中。然后，離開的載氣混合物在第二個(gè)冷凝部件3中進(jìn)一步冷卻，并回收更多的水蒸汽，直到達(dá)到最后的冷凝，當(dāng)離開最后一個(gè)冷凝部件3時(shí)，載氣混合物處于其最干燥、最低溫點(diǎn)，可以再次開始加熱。每個(gè)蒸發(fā)/冷凝單元1均具有回收換熱器4，用于將冷凝過程中釋放的熱量傳回到將在蒸發(fā)部件2處蒸發(fā)的廢水?？梢允褂脽岜脤崃繌臏囟茸畹偷淖詈笠粋€(gè)蒸發(fā)/冷凝單元1的冷凝水傳遞到溫度最高的第一個(gè)蒸發(fā)/冷凝單元1的廢水中。這意味著，第一個(gè)蒸發(fā)/冷凝單元1中的循環(huán)廢水分別從第一個(gè)回收換熱器4以及從壓縮機(jī)的熱側(cè)吸收熱量。最后一個(gè)蒸發(fā)/冷凝單元1的循環(huán)冷凝水分別將熱量釋放給回收換熱器4和熱泵的冷側(cè)以及氣冷式冷水機(jī)。載氣混合物通過風(fēng)扇13在系統(tǒng)中循環(huán)。熱源8應(yīng)用于在第一個(gè)蒸發(fā)/冷凝單元1中循環(huán)的廢水，而冷源應(yīng)用于第三個(gè)蒸發(fā)/冷凝單元1。在本實(shí)施例中具有兩個(gè)冷源9，其中之一為熱泵的冷側(cè)(其中熱量被排出并傳遞到作為熱源的、熱泵的熱側(cè))，第二個(gè)冷源9(即氣冷式冷水機(jī))需要排出系統(tǒng)中的熱量，以保證總的熱平衡為零。(除了由熱泵提供的冷源)還需要排出額外的熱量，這是因?yàn)樵诒緦?shí)施例中熱泵本身會(huì)產(chǎn)生熱量，該熱量需要從系統(tǒng)中排出。

當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，每個(gè)蒸發(fā)部件2需要持續(xù)供應(yīng)廢水(平均輸入等于蒸發(fā)量)，并且每個(gè)冷凝部件3需要持續(xù)去除蒸餾水(又等于潛在損耗的水蒸發(fā)凈值)。隨著廢水繼續(xù)蒸發(fā)，溶解在廢水中的鹽將累積在廢水中(因?yàn)樗鼈儾粫?huì)蒸發(fā))，并且當(dāng)它們達(dá)到各自的溶解度極限時(shí)，將開始結(jié)晶(變成固體)。可以對(duì)廢水流增設(shè)諸如離心機(jī)的固體去除單元10，以確保將這些結(jié)晶固體去除。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的加濕除濕系統(tǒng)中具有兩個(gè)蒸發(fā)/冷凝單元能夠蒸餾100噸/天時(shí)的溫度和流速示意圖。

帶有溫度以及液流速率的示例性系統(tǒng)在圖4中示出。該系統(tǒng)能夠?yàn)楦啕}度的含液體流體生產(chǎn)大約100噸/天的蒸餾水。所示的空氣溫度為濕球溫度。在本實(shí)施例中，熱源8和冷源9的容量相等，也就是說，熱源8和冷源9適于通過熱泵連接，從而降低了總能耗。如由圖清晰可見的，低溫蒸發(fā)/冷凝單元1的液流速率比高溫蒸發(fā)/冷凝單元1的液流速率低。

為了改善加濕除濕系統(tǒng)的熱交換效率，并且更具體地為了改善大溫度范圍內(nèi)載氣混合物與液體之間的熱交換效率，本發(fā)明提供了一種具有多個(gè)分開的蒸發(fā)/冷凝單元1的加濕除濕系統(tǒng)，在各個(gè)蒸發(fā)/冷凝單元1中，加入到該蒸發(fā)/冷凝單元1的蒸發(fā)部件2中的含液體流體的流速可以被獨(dú)立調(diào)節(jié)，以使該流動(dòng)流體的熱交換容量能夠與載氣混合物的熱交換容量匹配，該載氣混合物在由該特定的蒸發(fā)/冷凝單元1確定的特定溫度范圍內(nèi)穿過蒸發(fā)部件2。該載氣混合物流經(jīng)各個(gè)單獨(dú)的蒸發(fā)/冷凝單元1的蒸發(fā)部件2，帶走蒸汽，并且在其穿過各個(gè)單元的所有冷凝部件3而在整個(gè)所述溫度范圍內(nèi)降溫之前，該載氣混合物穿過所有蒸發(fā)部件2而在整個(gè)所述溫度范圍內(nèi)升溫。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。