一种循环蒸发冷却的净水系统的制作方法

本实用新型属于废水处理技术领域，尤其涉及一种循环蒸发冷却的净水系统，

背景技术：

从生物健康、能源和粮食生产、工业和经济产出、生态平衡等方面，淡水、清洁水资源与人类生存和社会发展高度相关，然而，近几十年来，人口的激增和工业的发展带来了严重的污染，导致了清洁水的严重短缺，这已成为一个亟待解决的问题，为了获得满足增长需求的清洁水，人们探索了各种技术，包括热蒸馏、反渗透、膜过滤、电解和光催化。其中，热蒸馏法可以从天然甚至污染的水源中产生蒸汽，然后冷凝成液相用于清洁水生产。然而，传统的热蒸馏技术由于燃烧煤炭或其他化石燃料将水加热成蒸汽而消耗大量能源，这往往会造成大量的能源浪费和进一步的污染问题。目前的热蒸馏技术面对着成本高、规模小、耐用性不强、水蒸发稳定性不好等问题。

如何提高造水比、全天候产水，减少能源消耗、适用于各种规模、高效率稳定性运转，小型化等一直是本领域亟待解决的问题。开发生产清洁水生产装置和水废水浓缩装置也同样对人类社会发展具有很大的社会意义。

通过对废水循环加湿除湿的热蒸馏装置具有高效废水浓缩、高造水比、低功耗等优异的特性，另外通过引入工质循环驱动的冷热温差交替，可以提供热能和强制对流加快蒸发速度，同时低温的制冷散热片冷凝吸收热能，提升能量使用率。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提出一种循环蒸发冷却的净水系统，使净水系统具备高的造水比，结构紧凑，高效的能源转换率，并且能够全天候效率的浓缩废水及生产清洁水工作。

本实用新型提出的循环蒸发冷却的净水系统，包括箱体、轴流风机、蒸发器、冷凝器、散热器、风机和水泵；所述的轴流风机、蒸发器、冷凝器、散热器、风机置于箱体内，所述的冷凝器与散热器通过箱体外的节流阀和压缩机相连后构成一个卡诺循环回路；所述的轴流风机与蒸发器贴合连接，蒸发器与冷凝器面对面通过通道连接，散热器与风机贴合连接；所述的水泵与废水浓缩液出水口、废水进水口连接成为循环回路；所述的箱体的下部中间通过隔板隔开成废水池和净水池，箱体上设有空气进风口、废水进口、废水浓缩液出口、净水出口以及废气出口，所述的废水进口与箱体内的蒸发器相连，所述的废水浓缩液出口与蒸发器下部的废水池相连，所述的净水出口与冷凝器下部的净水池相连，所述的废气出口与风机相连。

上述循环蒸发冷却的净水系统中，多孔材料的孔隙率为10～99％，多孔材料的平均孔径为10纳米～10厘米。

本实用新型提出的循环蒸发冷却的净水系统，其优点是：

1、本实用新型的循环蒸发冷却的净水系统，其中使用了水泵，具备水循环封闭体系和开放体系的多工况运营环境。可根据浓缩需求调节循环时间和循环次数，提高净水产水量和废水浓缩率。

2、本实用新型的循环蒸发冷却的净水系统，其中的轴流风机采用可调风速的风机，风机根据需求可以选择轴流风机或者离心风机，因此具备多工况运行的能力，可以应用于不同的工作环境。

3、本实用新型的循环蒸发冷却的净水系统，利用卡诺循环原理，保证了高效的水蒸气-水高效的工质循环，其中的废气出口采用了风机，因此增加了对流速度，保证水蒸气高效流过冷凝器，提高了水蒸气冷凝效率。本净水系统中，结合废水进口与废水浓缩液出口可随时的补给废水和排除浓缩污水。本实用新型净水系统具有结构紧凑、废水浓缩率高、净水产水效率高、适用范围广的优点。

4、本实用新型的循环蒸发冷却的净水系统，当多个循环蒸发冷却的净水系统风机首尾相连，前净水系统的废气出口作为下一个净水系统的风机进风口，能够实现多个循环蒸发冷却的净水系统串联的效果，进一步利用散热器的废热，进而提高能源利用率和净水产率。

本实用新型上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，并可依照说明书的内容予以实施。

附图说明

图1为循环蒸发冷却的净水系统的结构示意图。

图1中，1是轴流风机，2是蒸发器，3是冷凝器，4是散热器，5是风机，6是节流阀，7压缩机，8是水泵，9是箱体。

具体实施方式

本实用新型提出的循环蒸发冷却的净水系统，其结构如图1所示，包括箱体9、轴流风机1、蒸发器2、冷凝器3、散热器4、风机5和水泵8；所述的轴流风机1、蒸发器2、冷凝器3、散热器4、风机5置于箱体9内，所述的冷凝器3与散热器4通过箱体9外的节流阀6和压缩机7相连后构成一个卡诺循环回路；所述的轴流风机1与蒸发器2贴合连接，蒸发器2与冷凝器3面对面通过通道连接，散热器4与风机5贴合连接；所述的水泵8与废水浓缩液出水口、废水进水口连接成为循环回路；所述的箱体9的下部中间通过隔板隔开成废水池和净水池，箱体9上设有空气进风口、废水进口、废水浓缩液出口、净水出口以及废气出口，所述的废水进口与箱体9内的蒸发器2相连，所述的废水浓缩液出口与蒸发器2下部的废水池相连，所述的净水出口与冷凝器3下部的净水池相连，所述的废气出口与风机5相连。

上述循环蒸发冷却的净水系统中的蒸发器2为多孔材料，该多孔材料的制备方法包括以下步骤：

(1)使功能材料溶解于水，得到功能材料的水溶液，功能材料的质量百分比浓度为0.01～10％，所述的功能材料为氧化石墨烯、碳纳米管或聚乙烯醇；

(2)将功能材料水溶液置于低温冷阱中冷冻为冰晶块体；

(3)将冰晶块体置于低温真空干燥机中，进行冷冻干燥处理，冷冻干燥温度为-100～-10℃,真空压力为0.1～20pa，干燥时间为0.5～10d，得到功能材料构筑的多孔材料。该多孔材料的孔隙率为10～99％，多孔材料的平均孔径为10纳米～10厘米。

下面结合附图，详细介绍本实用新型的内容：

本实用新型的净水系统工作时，由废水进口将废水通过布水管路(图中未示出)导入蒸发器2的多孔材料中，至适当水位，关闭废水进水口，开启轴流风机1，蒸发器2开始运行，同时水泵8从废水浓缩液出口将废水输送蒸发器2顶部，蒸发器2蒸发出水蒸气，水蒸气在轴流风机1对流的作用下，吹向冷凝器3，水蒸气在冷凝器3上进行冷凝,形成小水滴集结后流向底部净水池中经净水出口流出。经过冷凝器3的气体继续流过散热器4加热，加热后的气体在轴流风机1和风机5的作用下通过风箱的排气口排出废热和风。卡诺循环回路的作用是为冷凝器3周围的水蒸气冷凝提供制冷量，压缩机7带动卡诺循环回路内部的气体介质压缩成高温高压状态，气体介质流向散热器4中，产生热量，通过轴流风机1的对流，水吸热蒸发；同时，冷凝器3放热后的低温高压气体液体流向膨胀阀6，转换为低温低压的工质，并在冷凝器3上吸收大量热量，水蒸气在冷凝器3处放热冷凝成水滴，集结水滴通过净水出口流出。轴流风机1和风机5同时开启增加了水蒸气的对流，并且将产生的热风排出，有助于多级串联使用。经过多次循环后，废液通过浓缩液出口排出。

本实用新型的净水系统中，轴流风机1与蒸发器贴合连接，左侧面轴流风机选择风速可调的轴流风机，右侧的风机5根据工作环境需求可以选择轴流风机或者离心风机。废气出风口可以选择在箱体9的侧面或者箱体顶部。水泵8是流量、功率和扬程可调的12v或24v直流泵。

本实用新型的净水系统中，作为蒸发器2使用的多孔材料，其制备过程中使用的功能材料，可以选取氧化石墨烯、碳纳米管或聚乙烯醇等；制备多孔结构的工艺过程可以是冷冻干燥、热发泡、刻蚀和3d打印等等。

本实用新型的实施例中，当使用氧化石墨烯作为制备多孔材料的功能材料时，氧化石墨烯的质量百分比浓度为1.5％，溶液总量为100g，进行冷冻干燥处理时是温度为-47℃，真空压力为10pa，干燥时间为3天，得到的多孔材料的孔隙率为99％，多孔材料的平均孔径为100微米。

本实用新型的实施例中，当使用碳纳米管作为制备多孔材料的功能材料时，碳纳米管的质量百分比浓度为0.5％，溶液总量为50g，进行冷冻干燥处理时是温度为-55℃，真空压力为6pa，干燥时间为2天，得到的多孔材料的孔隙率为99.3％，多孔材料的平均孔径为30微米。

本实用新型的实施例中，当使用聚乙烯醇作为制备多孔材料的功能材料时，聚乙烯醇的质量百分比浓度为5％，溶液总量为200g，进行冷冻干燥处理时是温度为-45℃，真空压力为15pa，干燥时间为5天，得到的多孔材料的孔隙率为91％，多孔材料的平均孔径为300微米。

本实用新型的实施例中，卡诺循环回路中使用的压缩工质，可以依据功率、环保和安全性多方面需求选定，可以采用r404a(五氟乙烷/三氟乙烷/四氟乙烷混合物)，r410a(二氟甲烷/五氟乙烷混合物)，r134a(四氟乙烷)等，制冷剂的供应公司可选杜邦、霍尼韦尔、浙江巨化等(制冷剂的型号就是它的简称,如r134a)。卡诺循环回路中的压缩机的选型应依据系统的设计的冷凝功率进行匹配，从市售压缩机中选择。卡诺循环回路中的是冷凝器3和散热器4的选型应依据压缩机的设计功率，例如，针对制冷量为500w的压缩机，应选取标称散热功率等于或稍大于500w的冷凝器3和是散热器4，两者可以选取相同型号，如排浪科技公司的cp26240型号。封闭腔体的制备工艺主要根据选材确定，可以按照行业一般原则选取。

本实用新型的净水系统中，箱体9的材料可以是聚合物，钢铁等金属材料，高分子的非金属材料，有机材料、无机材料等等；制备箱体的加工工艺可以是冲压、3d打印等等。系统其它组件的制备工艺与材料选取服务于其所实现的功能。例如，轴流风机的选择根据不同环境的需求，产水速率需求选定，可以采用兢钮科技有限公司gn2580ha11sl、gn38120ha22sl等产品，具体型号根据冷凝器和散热器的尺寸而定。废气出口的风机5可根据工况需要选择轴流风机或离心风机，例如兢钮科技有限公司gn38120ha22sl、gn38120ha22bl等产品，具体型号根据冷凝器和散热器的尺寸而定。组件的制备工艺主要根据选材确定，可以按照行业一般原则选取。本实用新型净水系统中，蒸发器流向冷凝器之间的水蒸气通过管道或者软材料密封，防止不流经冷凝器直接流向环境，水泵与蒸发器之间的连接通过组件和管道之间的连接进行密封，不能有液体流出。箱体的进风口、出风口、废液进水口、废液出水口的加工根据材料加工，例如金属材料可以选择激光切割、线切割等工艺；无机或者有机材料可以通过化学腐蚀等方式。所述散热器和冷凝器的选型可以采用排浪科技公司的bd35a直流冷风机组、bd65hc直流冷凝机组或bd65hc直流冷凝机组等产品。根据制冷功耗选择，换热量范围125w-4250w。水泵8为可调速度的12v或24v直流泵。