CN102858436B - 反渗透系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有至少一个隔膜单元（2）的反渗透系统（1），该隔膜单元包括入口（3），渗透出口（4）和浓缩液出口（5），连接到入口（3）上的高压泵（8），包括至少一个高压浓缩液连接（HPC）的压力交换器（11），以及增压泵。试图取得可能最低的能量消耗。为该目的，增压泵被制成容积泵（16），该容积泵布置在浓缩液出口（5）和压力交换器（11）的高压浓缩液连接（HPC）之间。

Description

反渗透系统

技术领域

本发明涉及一种具有至少一个隔膜单元的反渗透系统，该隔膜单元包括入口、渗透出口和浓缩液出口，该反渗透系统连接到入口的高压泵，包括至少一个高压浓缩液连接的压力交换器以及增压泵。

背景技术

反渗透系统服务于例如从盐水或污水，下面组成术语“馈送水”，制饮用水的目的。为该目的，馈送水由高压泵带到相对高压，例如80bar或更高，并供给至隔膜单元的入口。在该隔膜单元中布置半渗透隔膜，该半渗透隔膜保留馈送水的脏物或盐并只允许清洁的水通过，被称为渗透。这会提高在剩下的馈送水中盐和脏物的浓度。具有提高浓度的馈送水，也称为浓缩液，从隔膜单元通过浓缩液出口被排出。但是，该浓缩液仍处于相对高压下，例如60到70bar，从而希望重新获得存储在浓缩液中的能含量。但是，本发明不限于使用水作为流体。

因此，已知将浓缩液出口连接到压力交换器上。在该浓缩液侧，供给该压力交换器处于增加压力下的浓缩液。在另一侧，馈送侧，供给馈送水来由浓缩液增加其压力。压力交换器，例如，由DE 3781148T2，US 5338158，US 5988993，WO 99/17028A1，US 6540487B2或US 7214315B2已知。后面的出版物也提及在反渗透过程中的使用。

但是，压力交换器或压力转换器通常不能传递浓缩液完整的压力到馈送水。隔膜单元在入口和浓缩液出口之间也具有一定的压力下降。为将通过压力交换器被带到较高压力状态的馈送水部分带到隔膜单元最后需要的压力状态，因此需要增压泵。该增压泵必须被驱动，意味着其需要额外能量。该增压泵的控制是有问题的。当增压泵供给太多流体时，可能发生其不仅供给馈送水，也供给浓缩液，从而在隔膜入口侧的浓缩液浓度增加，其再次导致效率的降低。该现象被称为“混合”。通过较高的盐浓度，能量消耗增加。因此，许多系统使用一个或多个流量表来阻止流体的混合。

发明内容

本发明基于保持能量消耗尽可能低的目的。

通过介绍中提及的反渗透系统，该目的通过将增压泵制成为布置在浓缩液出口和压力交换器的高压浓缩液连接之间的容积泵来实现。

容积泵是一种具有正容积的泵，其中传递流体通过封闭容量。换句话说，容积泵每个工作周期具有恒定供给量。工作周期可以是，例如旋转冲程或活塞冲程等。容积泵的实例是活塞泵，齿轮泵，摆线泵，轨道泵，隔膜泵，软管泵，蠕动泵，螺旋泵，主轴泵，离心螺旋泵或叶轮泵。这些实例不覆盖整个范围。容积泵具有已知效率并在速度和泵输出即供给量之间具有足够的线性特性。与其相反，本质上不具有封闭容量的泵在旋转和泵输出之间没有线性的依赖。这样的泵是例如离心泵、喷射泵和涡轮泵。这里，实例也不覆盖整个范围。与离心泵相比，容积泵具有较小的能量消耗。首先，容积泵的使用因此与至今用在反渗透系统中的离心泵相比将节约能量。对于大流量来说，离心泵需要比容积泵基本上更大的速度。当压力交换器安装在同一轴上时，其必须以相同的高速运转。这会导致用来压力交换的时间太短。进一步优势是通过容积泵能够比以前更准确地控制通过压力交换器的流。该流基本是容积泵速度的线性函数。相应地，以简单的方式能够获得，通过压力交换器，浓缩液的压力能够作用在可能最大量的馈送水上。另一方面，也能够避免浓缩液被引导通过压力交换器以及然后再次到达隔膜单元的入口。相应地，实际上能够避免馈送水与浓缩液混合，其对效率有积极的影响。在压力交换器的高压浓缩液连接处的容积泵位置提供一些优势，特别在启动反渗透系统过程中。因此，首先可激活供给泵并向反渗透系统的处在隔膜单元前面的部分填充流体，同时排气。启动高压泵前，具有压力交换器的容积泵可被激活，从而该部分也被排气。空气可以，例如，通过阀被排出到环境中。通过在压力交换器前、流方向上设置容积泵，容积泵中的气穴现象能够减少或甚至被阻止。当最后高压泵被激活时，因此可以假定该系统被完全地排气。

优选地，压力交换器的容量和容积泵的容量互相适配。相应地，对于预定的周期，容积泵准确地提供馈送水量，在该馈送水量上压力交换器能够在相同周期内作用增加的压力。因此，例如可以设置该压力交换器和容积泵具有共同的控制，通过该控制，例如，能够互相依赖地控制容积泵的速度和压力交换器的速度。

在备选实施例中，可将容积泵设置成可变容积泵。可变容积泵在每个旋转或工作周期中具有可调供给量。如果容积泵最初不具有适配于压力交换器容量的供给量，那么该适配可在操作期间进行。

特别优选的是，反渗透系统具有至少一个浓缩液传感器。该浓缩液传感器检测，是否太多浓缩液进入供给水。如果是这种情况，容积泵的供给量相应地被降低，为避免混合浓缩液和供给水。调节装置能够以不同方式工作，例如机械地，液压地或电子地。浓缩液传感器能够，例如，位于压力交换器的高压供给水出口。其它的位置也能够，在已知的方式中，是方便的。代替或额外于浓缩液传感器，也能够使用其它传感器，例如流量传感器。

优选地，压力交换器和容积泵具有共同的驱动轴。这是根据压力交换器速度来适配容积泵速度的简单方法。通过相应的适配流量能够确保获得最优操作点。在该操作点上由容积泵增加的浓缩液压力作用在馈送水最大可能的量上，无需考虑混合浓缩液和馈送水的风险。进一步，该共同驱动轴提供制造优势。例如，压力交换器和容积泵只需要单独一个的驱动。压力交换器也能够以低速被操作，因为容积泵也根据规定以低速供给。

如果容积泵和压力交换器具有共同的轴封闭区域，那么是有利的。容积泵和压力交换器都具有至少一个区域，具有增加压力的流体作用在该区域中。被高压作用的轴封闭区域现在可位于容积泵和压力交换器之间，从而仅要求驱动轴到外部的一个通道。在共同的轴封闭区域中对密封性的要求较低。

如果容积泵在前侧具有泵出口，通过该侧其布置在压力交换器上，那么是有利的。在某种意义上说，这导致外壳中已经设置高压水通道。因此，能够避免布置额外的管道。这会降低压力损失，这对效率具有积极影响。

优选地，泵出口布置成与压力交换器的出口相对。在某种意义上说，泵出口和压力交换器的出口在馈送水侧因此相关地布置在一条直线上或有点偏移地布置在旋转方向上。这致使来自容积泵具有增加压力的浓缩液能够以可能最小的压力损失将馈送水从压力交换器的转子传递入隔膜单元。这也引起高效率。

优选地，包括容积泵和压力交换器的单元也能够以反流向被操作，意味着，容积泵串联连接在压力交换器后面。因此，反渗透系统能够根据不同条件被适配。例如，包括容积泵和压力交换器的该单元的简单反转允许压力交换器直接连接到浓缩液出口以及压力交换器和入口之间的容积泵位置。特别地，当空间狭窄时，这种实施例是有利的。

在更优选的实施例中，设置成高压泵具有与容积泵共同的轴。因此，高压泵和容积泵能够由同一发动机驱动。所有驱动能够，例如，被制成电动机，该电动机由变频器供给，从而马达的速度这里也能够被控制。将共同驱动轴用于高压泵和容积泵可带来如下优势，反渗透系统的控制变得更简单。首先，高压泵负责为隔膜单元提供需要的流体量。除了别的之外，需要的流体量依赖在渗透出口接头的流体量。浓缩液的量也依赖渗透量。如果接头较大的渗透量，那么更多流体通过该系统，并且自动产生更大量的浓缩液。这在高压泵的供给性能和浓缩液量之间给出接近线性的依赖。由于浓缩液想要几乎完全向馈送水供给其压力，所以必须传递相应的馈送水量。通过容积泵馈送水的供给和通过高压泵馈送水的供给之间的依赖因此也在足够程度上成线性。相应地，共同驱动轴能够没有问题地被使用，但是这需要容积泵被用作增压泵。

优选地，高压泵、压力交换器和容积泵被组装形成一个单元。这首先具有如下效果，高压泵、压力交换器和容积泵具有共同的驱动轴并由共同的发动机驱动。该发动机可以是速度控制电动机，从而根据渗透要求适配供给性能。进一步，该实施例具有优势，需要较小量朝向外部的密封件。与该轴相关，例如，当轴从正面的部件被引导出时，一个轴密封件足够。进一步，需要的通道能够位于部件中，从而能够避免外管道或线连接，但能量消耗也随着压力损失减小降低。

优选的是该压力交换器布置在容积泵和高压泵之间。这导致有利的单独流体通道，也就是，用于浓缩液和馈送水。该有利的通道用于保持小压力损失和因此使效率尽可能地高。

优选地，该压力交换器和高压泵具有从该部件和/或共同入口进入该部件的共同的出口。这简化该部件和隔膜单元之间的管道。实际上，隔膜单元入口和部件之间只需要一个单独管道。由于这有助于保持小的压力损失，所以该测量有助于高效率。

优选地，在浓缩液侧，该压力交换器具有浓缩液影响装置，该装置包括至少以下元件之一：旁路阀，压力释放阀和节流阀。该旁路阀，例如，允许隔膜单元浓缩液出口的压力释放。该压力释放阀阻止浓缩液侧不允许的高压作用在容积泵上，节流阀能够用来阻止气穴现象的风险。进一步，该节流阀对影响流向低压浓缩液的低压馈送水流有贡献。所有三个元件能够单独地，成对地或三个一起被使用。

如果非返回阀与高压泵平行布置，那么也是优选的。为避免高压泵上压力差变得太大，该非返回阀可具有弹簧加载非返回阀的形式。

附图说明

下面本发明基于优选的实施例通过附图进行说明，

附图示出：

图1示出反渗透系统的第一实施例；

图2示出反渗透系统的第二实施例；以及，

图3示出具有压力交换器和容积泵的单元的示意性剖面图。

具体实施方式

图1是反渗透系统1的示意性视图，也被称为反渗透设备或反渗透装置。

该反渗透系统包括具有入口3，渗透出口4和浓缩液出口5的隔膜单元2。隔膜6布置在入口3和渗透出口4之间。

当然，隔膜单元2也可具有多于一个入口3，一个渗透出口4和/或一个浓缩液出口5，以及对应的外壳。

通过由马达9驱动的高压泵8，供给该隔膜单元2来自存储器7例如大海的馈送水。该高压泵8可以是例如活塞泵。该马达9可以是由频率转换器控制的电动机。因此，可以可变速度并因此以可变供给量驱动高压泵8。

为简化的原因，来自存储器7的水将在下面简单地称为“馈送水”。

通过容积泵16，该浓缩液出口5间接连接到压力交换器11的浓缩液侧10。在该连接中，容积泵连接到浓缩液侧10的高压浓缩液连接HPC。在该实施例中，浓缩液侧10也包括再次连接到存储器7的低压浓缩液连接LPC。

压力交换器11也包括具有低压馈送水连接LPF和高压馈送水连接HPF的馈送水侧12。该低压馈送水连接LPF连接到馈送水泵13，该馈送水泵也为高压泵8供给馈送水。该馈送水泵13也由马达14驱动。不同的泵也可用来供给高压泵8和压力交换器11。

代替细分为浓缩液侧10和馈送水侧12，高压浓缩液连接HPC和低压馈送水连接LPF以及高压馈送水连接HPF和低压浓缩液连接LPC可布置在一侧。这将引起流反向通过压力交换器11的低压区域。在压力交换器11中从低压浓缩液连接LPC向高压浓缩液连接HPC的流然后发生在与从低压馈送水连接LPF向高压馈送水连接HPF的流不同的方向。

压力交换器11由马达15驱动，这里使压力交换器11的转子转动。以本身已知的方式，转子的通道通过低压馈送水连接LPF被填充馈送水。该馈送水将包含在通道内的浓缩液挤压出通过低压浓缩液连接LPC，该浓缩液因此回到存储器7中。当转子已经转动预定的角度例如大概180°时，在高压浓缩液连接HPC的浓缩液将馈送水推出通过高压馈送水连接HPF。

在其入口3和其浓缩液出口5之间，隔膜单元2具有一定压力损失，压力交换器11也引起一定压力损失。相应地，在压力交换器11前，以容积泵16的形式布置增压泵。该容积泵16由马达17驱动。通过该容积泵，浓缩液的压力在压力交换器11前被增加很多从而馈送水从高压馈送水连接在对应该高压泵8出口处的压力的压力下被供给。

随着每一旋转，容积泵与速度无关地供给恒定容量。在速度和供给量之间给出接近线性的相关性。该容积泵16可以是活塞泵，齿轮泵，摆线泵，轨道泵，隔膜泵，软管泵，蠕动泵，螺旋泵，主轴泵，离心螺旋泵，叶轮泵等。这种容积泵16具有比例如离心泵，喷射泵或涡轮泵更好的效率。

马达9、14、15和17可由控制装置18控制。控制装置18“知道”由压力交换器11提供的输出。相应地，控制装置8可控制容积泵16的马达17从而容积泵16能够相对简单地提供适配于压力交换器11的输出供给量。容积泵16的主要优势也就是，如提及的，在速度和供给量之间其具有线性依赖，从而供给量能够由速度的改变精确地设置。因此，避免来自浓缩液连接5的浓缩液与来自馈送泵13的馈送水混合。在许多情况下，也可与载荷无关地调节压力。

如果需要进一步信息，例如关于浓缩液出口5的压力的信息，可以在这里布置相应的压力传感器，该传感器然后也连接到控制装置18上。但是，为清晰的原因，这没有被示出。

可选择地，浓缩液出口5和压力交换器11的高压浓缩液出口HPC之间的管道可以包括没被示出的测量发动机，该发动机也连接到控制装置18。

测量马达也应当是具有恒定容积的马达，也就是，该测量马达与速度无关地在每一旋转具有恒定的输出。

容积泵16也可以是可变容积泵，也就是，每一旋转排出的容量能够被设置为所需要的值。

图2示出改变的实施例，在该实施例中与图1中相同的元件具有相同的附图标记。为清晰的原因，控制装置18和其连接这里没有示出。

在该实施例中，压力交换器11和容积泵16组装为一个部件22.

马达15通过共同的驱动轴21连接到压力交换器11和容积泵16。在该连接中，容积泵16的前侧和压力交换器11相连，例如通过布置在前侧的凸缘，螺栓，细节没有被示出，确保容积泵16和压力交换器11形成一个单元。

通过该形成一个单元22的组装件，可确保在某种意义上说，高压浓缩液连接HPC和高压馈送水连接HPF布置在一条线上以及与容积泵16的出口23一致/对齐。该容积泵16，在这种情况下，例如，摆线泵，然后可在其出口23供给被增压的馈送水。高压馈送水连接HPF处的压力然后对应于高压泵8出口的压力。

由于容积泵16和压力交换器11的组装，外部管道也就是单独件之间的管道能够得以避免。在一侧上，其在制作过程中节省成本。进一步，能量消耗随着能够减少压力损失被减少。

进一步，优势在于在压力交换器11和在容积泵16处，驱动轴21具有共同轴密封区域24。相应地，该驱动轴21必须只朝向压力交换器11的外部被密封。为该目的，在压力交换器11的正面设置封闭件25，该压力交换器背对容积泵16。该封闭件25由相对低压加载。

图2示出压力交换器11的浓缩液侧10设置有多个浓缩液流影响装置。这些包括旁路阀26，该旁路阀能够产生越过容积泵16入口的短路并能够手动地或由控制装置打开，压力释放阀27，该压力释放阀对过压做反应并且允许该过压被排出到存储器7，以及节流阀28，该节流阀有利于保持小的气穴现象的风险以及控制从低压馈送水连接LPF到低压浓缩液连接LPC的液体流。

平行于高压泵8布置非返回阀29，也就是，例如，形成为弹簧加载非返回阀并阻止高压泵8上的压力差变得太大。

阀的列表不必要完整。例如，用于所有设备也可以是排气阀。

以没有细节示出的方式，所有实施例可以提供也与低压馈送水连接LPF或低压浓缩液连接LPC相关地，布置测量马达来驱动压力交换器11。在这种情况下，来自馈送泵13的压力必须被增加从而能够驱动测量马达，然后又能够转而驱动压力交换器11。

图1和图2进一步示出浓缩液传感器30，该传感器连接到容积泵16的调节装置上。在这种情况下，容积泵16被制成具有可调节容积。浓缩液传感器30目前确定供给至隔膜单元2的馈送水的浓度。当其检测浓缩液（或太多浓缩液）进入馈送水中时，容积泵16的容积被相应地降低，从而适配容积泵16的输出。

其它的传感器，例如流量传感器，能够被用在合适的位置。在图3中压力交换器11和容积泵16被组装为一个部件。压力交换器11和容积泵16具有共同的驱动轴31。在该连接中，该驱动轴31也延伸通过背对该容积泵16的压力交换器11的前侧32。

高压泵8也能够布置在前侧32。该驱动轴31然后也可延伸通过高压泵8，从而在背对压力交换器11的侧上其能够被连接到马达。

该压力交换器具有第一个连接33和第二个连接34，连接33、34之一是低压馈送水连接LPF，另一个连接33、34是低压浓缩液连接LPC。

如果高压泵布置在前壁32，那么连接33分配为与前壁32相邻以及与高压馈送水连接HPF相反的低压馈送水连接LPF特别地有优势。

压力交换器11和高压泵8然后可具有作为共同低压馈送水连接LPF连接33并也共同使用高压馈送水连接HPF。与正常过程相比，其中低压馈送水连接LPF布置在高压馈送水连接HPF的同侧，该压力交换器将然后由反向流通过，因为低压馈送水连接LPF布置在高压浓缩液连接HPC侧，高压馈送水连接HPF布置在低压浓缩液连接LPC侧。因此，该压力交换器11和高压泵8能够通过共同管道分别地连接到隔膜单元2和馈送水泵13。这确保非常简单的设计，该设计非常不易发生故障。

Claims (15)

1.一种反渗透系统，具有至少一个隔膜单元，该隔膜单元包括入口、渗透出口和浓缩液出口，连接到所述入口的高压泵，包括至少一个高压浓缩液连接的压力交换器，和增压泵，其特征在于，所述增压泵制成为容积泵(16)，该容积泵布置在所述压力交换器(11)的高压浓缩液连接(HPC)与所述浓缩液出口(5)之间。

2.根据权利要求1所述的反渗透系统，其特征在于，所述压力交换器(11)的容量和所述容积泵(16)的容量彼此适配。

3.根据权利要求1所述的反渗透系统，其特征在于，所述容积泵(16)制成为可变容积泵。

4.根据权利要求3所述的反渗透系统，其特征在于，其具有至少一个浓缩液传感器(30)。

5.根据权利要求1所述的反渗透系统，其特征在于，所述压力交换器(11)和所述容积泵(16)具有共同的驱动轴(31)。

6.根据权利要求1所述的反渗透系统，其特征在于，所述容积泵(16)和所述压力交换器(11)具有共同轴密封区域(24)。

7.根据权利要求5所述的反渗透系统，其特征在于，所述容积泵(16)在前侧具有泵出口(23)，通过该前侧布置在所述压力交换器(11)上。

8.根据权利要求7所述的反渗透系统，其特征在于，所述泵出口(23)布置在所述压力交换器(11)的出口(HPF)的对面。

9.根据权利要求6所述的反渗透系统，其特征在于，包括所述容积泵(16)和所述压力交换器(11)的单元也沿反流向操作，意味着所述容积泵(16)串联连接在所述压力交换器(11)之后。

10.根据权利要求1至9任一项所述的反渗透系统，所述高压泵(8)与所述容积泵(16)具有共同驱动轴(31)。

11.根据权利要求10所述的反渗透系统，其特征在于，所述高压泵(8)，所述压力交换器(11)和所述容积泵(16)组装成一个单元(22)。

12.根据权利要求11所述的反渗透系统，其特征在于，所述压力交换器(11)布置在所述容积泵(16)和所述高压泵(8)之间。

13.根据权利要求12所述的反渗透系统，其特征在于，所述压力交换器和所述高压泵(8)具有离开所述单元(22)的共同出口(HPF)和/或进入所述单元(22)的共同入口(LPF)。

14.根据权利要求1至9任一项所述的反渗透系统，其特征在于，在浓缩液侧(10)上，所述压力交换器(11)具有浓缩液影响装置，该装置包括以下元件至少之一：旁路阀(26)、压力释放阀(27)和节流阀(28)。

15.根据权利要求1至9任一项所述的反渗透系统，其特征在于，非返回阀(29)布置成平行于所述高压泵(8)。