CN107923416A - 混合式压力和热量交换器 - Google Patents

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Abstract

一种将压力和热量从源流交换到槽流的系统。该系统包括源交换器和槽交换器。所述源交换器包括第一压力交换器和第一热量交换器。所述第一压力交换器将所述源流的压力转换为电能。所述第一热量交换器通过第一温度差将来自所述源流的温度转换成电能。所述槽交换器包括第二压力交换器和第二热量交换器。所述第二压力交换器使用从所述源交换器接收的电能来改变所述槽流的压力。所述第二热量交换器使用从所述源交换器接收的电能来改变所述槽流的温度。还描述了相关的装置、系统、技术和制品。

Description

混合式压力和热量交换器
本申请要求根据35U.S.C.§119(e)于2014年12月4日提交的第62/087,298号美国专利申请的优先权，并要求于2015年5月12日提交的第62/160,025号美国专利申请的优先权，它们每一个的全部内容通过引用被明确地包含于此。
技术领域
在此描述的主题涉及一种用于以压力能、电能和/或热能中的一种或多种的形式回收能量的交换器。
背景技术
许多工业处理在升高的压力和温度下操作。这些工业处理通常产生高压和/或高温的废流。这些工业处理在增加输入流压力和温度两方面通常需要大量的能量，这都是昂贵且低效的。高压和/或高温的废流代表着大量未充分利用的潜在能量。在升高的压力和温度下操作的一个示例性处理是脱盐，其可以在高压下利用反渗透和/或利用高温来产生饮用水。
发明内容
在一方面中，将压力和热量从源流交换到槽流的系统。该系统包括源交换器和槽交换器。所述源交换器包括第一压力交换器和第一热量交换器。所述第一压力交换器将所述源流的压力转换为电能。所述第一热量交换器通过第一温度差将来自所述源流的温度转换成电能。所述槽交换器包括第二压力交换器和第二热量交换器。所述第二压力交换器使用从所述源交换器接收的电能来改变所述槽流的压力。所述第二热量交换器使用从所述源交换器接收的电能来改变所述槽流的温度。
以下方面中的一个或多个可以包括在任何可行的组合中。例如，所述源交换器可以包括将从所述第一压力交换器接收的电能和从所述第一热量交换器接收的电能进行结合的源结合箱。所述槽交换器可以包括将一部分电能分配给所述第二压力交换器且将另一部分电能分配给所述第二热量交换器的槽结合箱。
所述第一热量交换器和/或所述第二热量交换器可以包括多个热电板。每个热电板可以包括：热电层；与所述热电层的至少两侧相邻的垫片层；与所述垫片层相邻的热传导层，以使所述垫片层将所述热传递层与所述热电层分离；与所述热电层接触的一个或多个结合层。所述热电层和所述一个或多个结合层由n型和/或p型材料形成。所述多个热电板被布置成箱形配置。所述多个热电板被布置在管内并沿着所述管的轴向流动轴。所述源交换器和所述槽交换器是非接近的。
在此描述的主题提供了许多技术优点。例如，能量可以在许多工艺和环境中回收和再循环。交换器可以被简单地构造，从而避免需要不断的维护和保养的复杂机械系统。一对一交换、一对多交换、多对一交换和多对多交换是可能的，从而允许以压力和热的形式回收和/或再循环能量。通过回收利用电力，能源成本被降低。可以实现电热和压力的传递。可以减少管的需求。即使源(例如，废流)和槽(例如，输入流)是非接近的，也可以执行能量的传递。这种非接近的布置可以实现危险的环境或流与清洁的环境或流之间的能量传递。
在一些实施方案中可以实现更多的技术优点。例如，可以通过可拆卸的和/或自清洁的元件来限制、减少和/或消除部件(例如传热板)的污垢。可以减少和/或消除在一些压力和热量交换器中常见的震动。当前的主题可以在小型的和/或可扩展的单元中实现，而不需要移动部件。实施方案可以通过廉价的材料、制造方法和简单的结构来包括更便宜和更有效的系统。根据当前的主题的一方面，可以将具有极端的温度和/或压力的流视为资源。当前的主题可以是非特定的或独立的流动材料。一些实施方案允许低重量的交换器。
在另一方面中，交换器包括：密封件、第一通道、第二通道和传递涡轮机。所述第一通道具有入口和出口。所述第二通道与所述第一通道并排，所述第二通道通过所述密封件与所述第一通道隔离开，所述第二通道包括入口和出口。所述传递涡轮机包括第一部、第二部和轴。所述第一部包括位于所述第一通道内的一个或多个叶片。所述第二部包括位于所述第二通道内的一个或多个叶片。所述轴连接所述第一部和所述第二部，以使所述第一部的旋转和所述第二部的旋转同步。所述轴延伸通过所述密封件。
在另一方面中，能量再循环的系统包括泵和交换器。所述泵增加输入流的压力以产生过程中使用的高压流。所述过程产生具有压力的废流。所述交换器接收废流并接收所述输入流的至少一部分，所述交换器将一些所述废流的压力转换至所述输入流，以产生所述高压流。所述压力交换器包括密封件、第一通道、第二通道和传递涡轮机。所述第一通道具有接收所述废流的入口和用于使所述废流离开所述第一通道的出口。所述第二通道与所述第一通道并排且通过所述密封件与所述第一通道隔离开。所述第二通道包括接收所述输入流的入口和用于使所述高压流离开所述第二通道的出口。所述传递涡轮机包括第一部、第二部和轴。所述第一部包括位于所述第一通道内的一个或多个叶片。所述第二部包括位于所述第二通道内的一个或多个叶片。所述轴连接所述第一部和所述第二部，以使所述第一部的旋转和所述第二部的旋转同步。所述轴延伸通过所述密封件。
以下方面中的一个或多个可以包括在任何可行的组合中。例如，发电机定子可以包括在所述传递涡轮机的所述轴的附近。所述传递涡轮机的所述轴可以包括转子，所述转子在通过所述第一通道中的流流动进行旋转时感应电流。通过高压流施加在所述传递涡轮机的所述第一部的所述叶片上的力可以促使所述传递涡轮机的所述第二部的所述叶片旋转，从而可以将所述高压流的压力传递到所述第二通道中的低压流。
第三通道可以与所述第二通道相邻且可包括入口和出口，在所述第二通道和所述第三通道之间的第二密封件将所述第二通道和所述第三通道隔离开。所述轴可以延伸穿过所述第二通道和所述第二密封件而进入所述第三通道中，所述轴可以包括具有叶片且位于所述第三通道内的第三部，以使所述第一部的旋转与所述第二部和所述第三部的旋转同步。通过进入所述第一通道入口并离开所述第一通道出口的高压流施加到所述传递涡轮机的所述第一部的所述叶片上的力促使所述传递涡轮机的所述第二部的所述叶片旋转，从而将压力从所述高压流传递到进入所述第二通道入口并离开所述第二通道出口的第一低压流，并且还将压力从所述高压流传递到进入所述第三通道入口并离开所述第三通道出口的第二低压流。
所述第一通道可以包括第一管，所述第二通道可以包括第二管。所述高压流可以具有比所述低压流的压力更高的压力。所述交换器可以接收与所述泵并行的所述输入流的至少一部分。所述交换器可以接收与所述泵串行的所述输入流的至少一部分。
这里描述的主题的一个或多个变化的细节在附图和下面的描述中阐述。这里描述的主题的其它特征和优点在描述、附图和权利要求书是显而易见的。
附图说明
图1是混合式热量和压力交换器系统的系统框图，该混合式热量和压力交换器系统能够通过将热量和压力转换成电能，而后将电能转换成热量和压力来传递热量和压力。
图2A是示例性压力到电的交换器的图示；
图2B是具有以轴流配置构造的螺旋桨的发电机的横截面图；
图3是利用了热电效应的热量到电的交换器的示例性实施方案；
图4是热电制冷板的示例性实施方案的横截面图；
图5是热量到电的交换器的替代实施方案的横截面图；
图6是示出用于控制混合式压力和热量交换器系统的分配箱的输入和输出的功能框图；
图7是示出根据当前的主题的示例性计算系统的框图；
图8是示例性交换器的横截面图；
图9是示例性传递涡轮机的透视图；
图10是用于将能量从一个流传递到多个流的示例性交换器的横截面图；
图11是示出脱盐处理设备的系统框图；
图12是示出使用交换器的示例性脱盐系统的系统框图；
图13是示出另一个示例性脱盐处理设备的系统框图，其中交换器用于以电的形式回收能量，以便在该设备中重新利用；
图14是示出操作以在办公楼中回收利用能量的交换器的系统框图。
各附图中的相同附图标记表示相同的元件。
具体实施方式
当前的主题可以包括用于将能量从高温和加压的流传递或交换到另一较低温度和较低压力的流的交换器。传递的能量可以是热能、机械能(以压力的形式)或者二者的混合(例如，混合交换)。在一些实施方案中，交换是间接的，例如，来自源的压力和热量可以被转换(使用诸如涡轮机/发电机和热电发电机)为电能，该电能可以被分配到槽(sink)以改变槽的压力和热量(使用诸如电能驱动泵/电动机和热电发电机)。当前的主题可以是紧凑的、便宜的，并且可以应用于涉及高温和加压的流体流的许多应用中回收能量。
图1是混合式热量和压力交换器(PHX)系统100的系统框图，该PHX系统100可以通过将热量和压力转换成电能，而后将电能转换成热量和压力来传递热量和压力。PHX系统100包括源交换器105、槽交换器(sink exchanger)110和分配箱115。源交换器105可以将来自源入流120的压力和温度转换成电能。槽交换器110可以将电能转换成压力和温度，转换成的压力和温度可以被赋予到槽入流(sink stream or sink in stream)125。分配箱115可以将来自源交换器105的电能引导到槽交换器110，并且在一些实施方案中，分配箱115控制源交换器105和槽交换器110的每一个的操作。
源交换器105包括压力到电的交换器(P2EX)130、热量到电的交换器(H2EX)135以及分别经由压力电线145和热量电线150连接到P2EX 130和H2EX 135的结合箱140。P2EX130接收源入流120，并将压力形式的能量转换为电能。P2EX 130可以产生具有比源入流120的压力更低的压力的中间流。例如，如图2A和图2B所示，P2EX 130可以包括涡轮机和/或水力发电机。
图2A是示例性P2EX 130的图示，P2EX 130可以包括以径流配置旋转螺旋桨而产生电能的旋风分离器205，图2B是具有以轴流配置构造的螺旋桨的发电机的横截面图。由P2EX130转换成的电能可以被表征为：
这里，Pth是源入流120的能量(单位为千瓦)，ΔP是源入流120和中间流155之间的压力的变化，m是质量流率(单位为千克每秒)，SG是流的比重。转换效率可以被表征为：
这里，η是效率，PBreak是所做的功。在一些实施方案中，实现的效率可以在85％到95％之间。
再次参照图1，H2EX 135接收中间流155并将热能转换为电能。H2EX 135可以产生源出流160，该源出流160可以根据需要而被用于其它处理中，并且具有与源入流125不同的压力和温度。H2EX 135可以利用热电效应将温度差直接转换为电压/电流。例如，图3是利用了热电效应的H2EX 135的示例性实施方案。
图3是以具有多个热电制冷(TEC)板305的箱子的形状示出的示例性H2EX135的横截面图。板平行于流体流流动方向布置，以使得流体流流过每个板，从而升高板上的温度，进而造成温度差并产生电能。板可以容易地被拆卸，以为了清洁和更换或修理。板的尺寸、板的数量以及它们的布置可以根据应用而变化。
图4是TEC板305的示例性实施方案的横截面图。TEC板305包括位于在两个垫片层410之间的TEC层405，这两个垫片层410在两个热传导层415之间。结合层420可以形成板的顶部和底部，其可以由与TEC层405相同的材料形成。TEC层405可以粘附到两个垫片层410，两个垫片层410可以粘附到两个热传导层415。TEC层405可以包括彼此热平行放置且电串联的n型元件和一个p型元件。虽然TEC层405的材料的示例可以包括碲化铋(Bi2Te3)，但是其他材料(诸如基于爱迪生效应允许热离子传输的材料)也是可能的。垫片层410用于分离TEC层405和热传导层415。在一些实施方案中，垫片层410还可以包括TEC材料。热传导层415可以包括导热材料，例如铝，以改善热传导。当TEC板305在H2EX 135中时，高温(例如，热的)流体在热传导层415的任一侧流动，这造成了温度差，该温度差导致n型材料和p型材料中的电荷载体从热侧(例如，热传导层415)扩散到冷侧(例如，结合层420)。这些电荷载体产生电流(或电压)。
TEC层405的合适的示例可从中国上海的HebiI.T.有限公司获得，单位号为TEC1-12730。
当热传导层415和结合层420的温度不同时产生的电压可被表征为：
Vi＝kT(T-TREF)， VT。tal＝∑Vi
这里，Z是品质因数(热电材料的有效性)；i是H2EX 135中有多个板的板号，s是塞贝克系数，kT是热导率，ρk是电阻率，V是电压，TREF是参考温度。
在一些实施方案中，压电层425可以包括在TEC板305中。压电层425可以位于其中，诸如，其至少两侧被TEC层405包围，并且可以用于将压力的变化转换为电能。例如，压电层425可以包括压电陶瓷，该压电陶瓷在被压力或振动机械地激活时具有产生电压的能力。压电层425可以包括多层与电极交替的压电陶瓷。压电层425可以作为另外一个从压力到电的形式传递能量的电流源。具有压电层425的TEC板305可以提供更多的电能。
图5是以具有从管壁向管中心延伸的多个TEC板500的管的形状示出的H2EX 135的替代实施方案的横截面图。每个TEC板500具有由热传导层510和结合层515包围的TEC层505。
再次参照图1，当源入流120流过源交换器105时，P2EX 130和H2EX 135可以产生电力(例如，如上所述)，并且结合箱140可以组合电力并将组合的电力通过源电线165提供给分配箱115。在一些实施方案中，分配箱115可以从额外源170接收额外的电力，额外源170可以包括一个或多个额外的源交换器105单元，但是额外源170可以包括任何电源。
分配箱115可以通过槽电线175将接收到的电力分配给槽交换器110。槽交换器110在结合箱180处接收电力，该结合箱180分别使用压力电线182和热量电线184将电力的适当部分重新引导到压力交换器(E2PX)185和热量交换器(E2HX)190。在一些实施方案中，分配箱115可以将接收到的电力分配到另外的槽197，该槽197可以包括一个或多个额外的槽交换器110单元。
E2PX 185使用从结合箱180接收的电能来增加槽入流125的压力。E2PX 185可以包括将电能转换成机械能(例如，压力)的泵、电动机和/或涡轮发电机。虽然E2PX 185可以在结构上类似于P2EX 130，但是E2PX 185可以被不同地配置以将电能转换成压力。E2PX 185产生中间槽流187，该中间槽流187具有比槽入流125更高的压力。
E2HX 190使用从结合箱180接收的电能来改变中间槽流187的温度，以产生槽出流(sink out stream)195。温度变化可以增加或降低中间槽流187的温度。虽然E2HX 190可以包括热电冷却器(也称为热电加热器、热泵等)，并且可以包括与H2EX 135类似的结构(例如，如参照图3至图5所描述的)，但是E2HX 190可以被不同地配置，以将电能转换为温度的变化。在一些实施方案中，根据应用，E2HX 190与H2EX 135相同，而在其他实施方案中，E2HX190可以包括不同尺寸和形状的TEC板305，并且可以包括不同数量的TEC板305，该TEC板305可以是可拆卸地或固定在E2HX 190单元内。
在一些实施方案中，PHX系统100可以包括一个或多个能量存储模块199来存储和/或获取能量，以使得能量可以不被立即传递(例如，PHX 100可以存储用于以后使用和/或转售给公用电网的能量)或者可能需要额外的能量来改变源入流120或槽入流125的压力或热量，而不是在源入流120或槽入流125之间交换。能量存储模块199可以包括电池或其他能量存储装置。分配箱115还可以连接到公用电网以根据需求提供额外的电力。
因此，PHX系统100获取源入流120，并且产生具有与源入流120不同(例如，更低或更高)的压力和不同(例如，更低或更高)的温度的源出流160，同时PHX系统100也获取槽入流125，并且产生具有与槽入流125不同(例如，更低或更高)的压力和不同(例如，更低或更高)的温度的槽出流195。可以预期的是，PHX系统100不限于仅仅使用高压高温的源流和低压低温的槽流交换能量，而且可以在高压低温的源流与低压高温的槽流之间传递能量，反之亦然，或者本文所描述的任何方法的组合，以使得根据给定的实施方案可以在源流和槽流之间传递不同类型的能量。
在一些实施方案中，分配箱115用作系统控制器。分配箱115可以确定PHX系统100的容量和操作参数，并且可以在源交换器105和/或槽交换器110内引起或导致启动变化。分配箱115可以执行额定值分析并确定热传递速率和/或压力变化。例如，图6是示出用于控制PHX系统100的分配箱115的输入和输出的功能框图600。如图6所示，输入包括流量、温度、压力、交换器配置、流体性质和污染因素。输出可以包括出口温度(长度固定)、长度(负载固定)和压力变化或下降。针对片式热量交换器(例如针对H2EX 135和/或E2HX 190)的各种确定参数可以被表征为：
Q＝A0U0ΔTLMTD(热传递)
Q＝mCpΔT(热负荷)
(对数平均温差)
(用于比较的柯尔朋因子)
(摩擦系数)
dh＝水力直径(mm)
Δp＝压力下降(Pa)
μ＝动力粘度(Pa*s)
Pw＝润湿参数(m)
Ac＝横截面积(m2)
U＝总传热系数
分配箱115可以包括一个或多个智能模块，诸如包括但不限于支持向量机、神经网络、贝叶斯决策算法、规则引擎等的机器学习或人工智能算法。智能模块可以调整PHX系统100的组件，例如源入流120和槽入流125中的流量以及源入流120和槽入流125之间交换的能量的多少。在一些实施方案中，智能模块可以确定是否存储或获取来自能量存储模块199的能量。智能模块可以从表征与PHX系统100的环境(例如工业环境)相关的条件的一个或多个传感器接收数据，并且对PHX系统100进行适当的调整。
分配箱115还可以用于确定系统夹点。例如，夹点分析是用于通过计算热力学上可行的能量目标(或最低能量消耗)并通过优化热回收系统、能量供应方式和流程操作条件来使化学过程的能量消耗最小化的方法。流的集合可以表示为热负荷相对温度的函数。该数据可以被组合用于给定设施或设备中的所有流，以表征所有高温流和所有低温流。最接近的点是具有热流掐捏温度和冷流掐捏温度的夹点。
例如在由另一个控制模块执行夹点分析的情况下，还可以例如使用数据网络对分配箱115进行远程控制。
如本文所使用的“高压”和“低压”流意味着高压流的压力大于低压流的压力，但是当前的主题可以不受相对值的限制，相反，“高压”流可以被认为是将降低压力能量的流(例如，释放压力能量)，而“低压”流可以被认为是将增加压力能量的流(例如，需求压力能量)。除非另有说明，否则当前的主题不限于特定的压力值。此外，“高温”和“低温”流意味着高温流的温度大于低温流的温度，但是当前的主题可以不受相对值的限制，相反，“高温”可以被认为是将降低热能的流(例如，释放热量)，而“低温”可以被认为是将增加热能(例如，需求热量)的流。除非另有说明，否则当前的主题不限于特定的温度值。
在一些实施方案中，PHX 100可以连续地运行，以使能量被连续地传递，或者PHX100可以不连续地操作，以使能量仅在不连续的时间段内被传递。
在一些实施方案中，PHX 100不直接地在流之间传递能量，例如，温度到温度的传递或压力到压力的传递，而不是转换为作为中间形式的能量的电能。
当前的主题的一些实施方案包括用于计算与上述表达式一致的热传递速率的仿真器。通过PHX系统100进行的传递用于配置具有PHX系统100的设施中。在一些实施方案中，仿真器可被配置实现在系统700中，如图7所示。系统700可以包括处理器710、内存储器720、外存储设备730和输入/输出设备740中的一个或多个。组件710、720、730和740中的每一个可以使用系统总线750互连。处理器710可以被配置为处理用于在系统700内执行的指令。在一些实施方案中，处理器710可以是单线程处理器。在替代的实施方案中，处理器710可以是多线程处理器。处理器710可以进一步被配置为处理存储在内存储器720中或外存储设备730上的指令，包括通过输入/输出设备740接收或发送信息。内存储器720可以在系统700内存储信息。在一些实施方案中，内存储器720可以是计算机可读介质。在替代的实施方案中，内存储器720可以是易失性存储器单元。在一些实施方案中，内存储器720可以是非易失性存储器单元。外存储设备730能够为系统700提供海量存储。在一些实施方案中，外存储设备730可以是计算机可读介质。在替代的实施方案中，外存储设备730可以是软盘设备、硬盘设备、光盘设备、磁带设备、非易失性固态存储器或任何其他类型的存储设备。输入/输出设备740可以被配置成为系统700提供输入/输出操作。在一些实施方案中，输入/输出设备740可以包括键盘和/或指点设备。在替代的实施方案中，输入/输出设备740可以包括用于显示图形用户界面的显示单元。
虽然以上已经详细地描述了一些变化，但是其他修改或添加是可能的。例如，TEC板的尺寸(其高度、宽度、各层的长度)、几何形状、类型(例如，平行板、管中管等)和配置可以改变。PHX系统100可被用于各种回收能量的工业处理中。
示例性压力交换器
当前的主题可以包括用于将能量从加压的流体流传递或交换到另一低压的流体流，或者传递或交换到电力，或者传递或交换到二者的交换器。当前的主题可以是紧凑的、便宜的，并且可以应用于涉及加压的流体流的许多应用中的回收能量。
图8是根据当前的主题的示例性交换器800的横截面图。交换器800包括高压通道805和相邻的低压通道810，高压通道805和低压通道810中的每个可以包括由合适的材料(诸如工业级钢)形成的管道。高压通道805包括入口807和出口809。低压通道810包括入口812和出口814。
交换器800包括具有轴820或连接第一部825和第二部830的转子组件的传递涡轮机815。图9是传递涡轮机815的示例性实施方案的透视图。第一部825包括连接到轴820且位于高压通道805内的叶片835，例如螺旋桨或透平叶片。第二部830包括连接到轴820且位于低压通道810内的叶片840，例如螺旋桨或透平叶片。密封件845可以位于高压通道805和低压通道810之间，以将高压通道805与低压通道810隔离开，从而防止高压通道805中的流体和低压通道810中的流体混合。传递涡轮机815可以被配置为径向流动或轴向流动。流过交换器800的流体可以包括液体、气体和/或液体、气体和/或固体的浆液或混合物。传递涡轮机815可以是脉动的或混合的。
交换器800还可以包括形成在高压通道805和低压通道810之间的壁中的发电机定子850。相应的发电机转子855可以包括在传递涡轮机815的轴820上。
在操作中，高压流体流可以流过高压通道805，高压通道805向第一部825的叶片835施加力，使叶片835旋转。这反过来又促使轴820旋转，这将使得第二部830的叶片840与第一部825的旋转同步旋转。第二部830能够旋转以增加流过低压通道810的低压流体的压力。因此，以来自流过高压通道805的高压流体流的压力的形式的机械能可被传递到流过低压通道810的低压流体流。
除了压力到压力的交换之外，交换器800可以在压力到电力的交换中以压力的形式将机械能传递到电能。高压流体流可以流过高压通道805，这将输入力到叶片835上并使轴820旋转。发电机转子855与轴820一起旋转，并且结合发电机定子850而能够产生电能。
在一些实施方案中，发电机定子850可以由电动机的电输入驱动，这将导致轴820及相关联的第一部825和第二部830旋转。因此，当前的主题可以在一些应用中用作泵。
图10是将能量从一个流传递到多个流的交换器1000的示例性实施方案。交换器1000包括高压通道805、低压通道810和第二低压通道1005。第二低压通道1005包括入口1007和出口1009。第二密封件1010可以位于第一低压通道810和第二低压通道1005之间，以将低压通道810与第二低压通道1005隔离开，从而防止低压通道810中的流体和第二低压通道1005中的流体混合。
轴820可以通过第二密封件1010延伸到第二低压通道1005中，并且可以包括具有叶片1020的第三部1015。任何部(例如，第一部825、第二部830和第三部1015)的旋转将致使轴820旋转，这样将使所有部(例如，第一部825、第二部830和第三部1015)及其相应的叶片同步旋转。
在操作中，通过高压流进入第一通道入口807并离开第一通道出口809而施加在传递涡轮机815的第一部825的叶片835上的力促使传递涡轮机815的第二部830的叶片840旋转，这样将压力从高压流传递到进入第二通道入口812并离开第二通道出口814的第一低压流。压力还从高压流传递到进入第三通道入口1007并离开第三通道出口1009的第二低压流。在一些实施方案中，当前的主题还可以包括多对多交换(例如，多个高压通道和多个低压通道)和多对一交换(例如，多个高压通道和一个低压通道)。
交换器800的一个示例性应用可以包括使用反渗透的脱盐处理设备。使用非常高的流体压力进行反渗透。图11是示出脱盐处理设备1100的已知实施方案的系统框图。输入流1105(通常为海水)被带入到设备并被送入到第一泵1110，该第一泵1110对输入流1105进行升压，以产生中压流1115(在图11中示出为具有2单位的压力)。中压流1115被分开，部分进入到第二泵1120中，而部分进入到压力交换器1125中。第二泵1120产生输入到反渗透设备1130的高压流1145(示出为具有10单位的压力)，该反渗透设备1130对产生饮用水的输出流1135和具有高盐浓度的废流1140的高压流进行脱盐。废流1140仍然处于相对较高的压力(示出为具有8单位的压力)，并进入到压力交换器1125，该压力交换器1125将压力从废流1140传递到中压流1115，以产生第二中压流1150(示出为具有8单位的压力)，从而循环废流1140的压力。
第三泵1155增加第二中压流1150的压力并将流输出到高压流1145。但是为了具有足够的吞吐量，图11的脱盐系统需要许多并行操作的压力交换器1125，这又需要专用的管道，这样由于系统使用更长的管道长度，且系统泵需要更多的能量对系统进行适当地加压，因此会增加成本并降低效率。
图12是示出使用例如如图8所示的交换器800的脱盐系统1200的示例性实施方案的系统框图。与图11所示的系统相比，脱盐系统1200可以需要更少的泵、更少的管道和更少的交换器，因此脱盐系统1200更有效率且更具成本效益。此外，具有高盐含量的水(例如海水)的输入流1205平行输入到泵1210和交换器800。具体地，输入流1205进入到低压通道810的入口812。
泵1210输出高压流1215，该高压流1215进入到反渗透设备1220中，该反渗透设备1220对产生饮用水的输出流1225和具有高盐浓度的废流1230的高压流进行脱盐。废流1230仍然处于相对较高的压力并进入到交换器800中。具体地，废流1230进入到高压通道805的入口807。废流1230引起传递涡轮机815的旋转，该传递涡轮机815将压力从废流1230传递到输入流1205，以产生高压流1215。高压流1215从低压通道810的出口814出来并与泵1210的输出结合，从而回收废流1230的压力。废流1230从高压通道805的出口809出来，并且可以被废弃。
图13是示出另一个示例性脱盐处理设备1300配置的系统框图，其中交换器800用于以电的形式回收利用能量，以便在设备1300中重新利用。与图11所示的系统相比，脱盐处理设备1300可以需要更少的泵、更少的管道和更少的交换器，因此脱盐处理设备1300更有效率且更具成本效益。
具有高盐含量的水(例如海水)的输入流1305输入到泵1310。泵1310输出高压流1315，该高压流1315进入到反渗透设备1320中，该反渗透设备1320对产生饮用水的输出流1325和具有高盐浓度的废流1330的高压流进行脱盐。废流1330仍然处于相对较高的压力并进入到交换器800。具体地，废流1330进入到高压通道805的入口807。废流1330引起传递涡轮机815的旋转，这将导致发电机转子855旋转。
交换器800可以通过旋转的发电机转子855和发电机定子850的相互作用而产生电能或电力。交换器800可以产生电力1335，该电力1335可以进入到泵1310中以便操作泵1310，从而从高压废流1330回收能量。在一些实施方案中，电力1335可以用于其它目的，例如反馈到用于远程消费的公用电网中。废流1330从高压通道805的出口809出来，并且可以被废弃。
当前的主题可以在许多不同的应用中使用，部分是因为交换器800的一些实施方案可以是紧凑的且便宜的。因此，以前太贵而不实际的一些应用具有当前的主题是可能的。例如，图14是示出操作以在办公楼1400中回收能量的交换器800的系统框图。办公楼1400可以是数百英尺高(如果不是更高)。为了向诸如洗手间和厨房的设施提供水，泵1410必须将输入流1405泵送到特定的楼层以供消费。一些办公楼在建筑物1400的顶部附近有为整个建筑物供水的储水器1415。来自离开办公楼1400的废水流1420的能量可以使用交换器800进行回收。具体地，输入流1405可以进入到低压通道810中，而废水流1420可以进入到高压通道805中。废水流1420可以引起传递涡轮机的旋转，这样可以将压力从废水流1420传递到输入流1405。这种配置可以节省能量并回收将水泵送到建筑物顶部所需的一些能量。
这里所描述的主题提供了许多技术优点。例如，能量可以在许多工艺和环境中回收和再循环。交换器可以被简单地构造，从而避免需要不断的维护和保养的复杂机械系统。一对一交换或一对多交换是可能的，从而允许以压力的和电的两种形式回收能量。当前的主题可以防止高压流和低压流之间的混合，从而消除输入流和废流之间的污染。此外，通过回收利用电力，能源成本被降低。
这里所描述的主题的一个或多个方面或特征可以在数字电子电路、集成电路、特别设计的专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、计算机硬件、固件、软件和/或它们的组合中实现。这些各个方面或特征可以包括在一个或多个计算机程序中的实现，所述一个或多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，所述可编程系统可以是专用或通用目的，所述可编程系统耦合以从存储系统、至少一个输入设备以及至少一个输出设备接收数据和指令以及向存储系统、至少一个输入设备以及至少一个输出设备传送数据和指令。该可编程系统或计算系统可以包括客户机和服务器。客户机和服务器通常彼此远离，并且通常通过通信网络进行交互。客户机和服务器之间的关系通过在各自计算机上运行并且彼此具有客户机-服务器关系的计算机程序来产生。
这些计算机程序(也称作程序、软件、软件应用、应用、组件或代码)包括用于可编程处理器的机器指令，并且可以以高级程序语言、面向对象编程语言、功能编程语言、逻辑编程语言和/或汇编/机器语言来实现。如这里所使用的，术语“机器可读介质”是指用于向可编程处理器提供机器指令和/或数据的任何计算机程序产品、装置和/或设备，例如磁盘、光盘、存储器和可编程逻辑器件(PLD)，其包括接收机器指令作为机器可读信号的机器可读介质。术语“机器可读信号”是指用于向可编程处理器提供机器指令和/或数据的任何信号。机器可读介质可以非暂时性地存储这样的机器指令，例如是非暂时性固态存储器或磁性硬盘驱动器或任何等效的存储介质。机器可读介质可以替代地或附加地以暂时的方式存储这样的机器指令，例如是处理器缓存或与一个或多个物理处理器核相关联的其他随机存取存储器。
在上面的描述和权利要求中，诸如“…中的至少一个”或“…中的一个或多个”的短语可能后面跟着元件或特征的联合列表。术语“和/或”也可能出现在两个或更多个元件或特征的列表中。除非与它在其中被使用的上下文隐含地或明确地矛盾，这样的短语旨在单独地表示任何列出的元件或特征或任何所述元件或特征与任何其它所述元件或特征的组合。例如，短语“A和B中的至少一个”、“A和B中的一个或多个”和“A和/或B”均旨在表示“单独A，单独B，或A和B一起”。类似的解释也适用于包括三个或更多项的列表。例如，短语“A，B和C中的至少一个”、“A，B和C中的一个或多个”和“A，B和/或C”均旨在表示“单独A，单独B，单独C，A和B一起，A和C一起，B和C一起，或A和B和C一起。”此外，在上面和权利要求中使用的术语“基于”旨在表示“至少部分地基于”，如此使得未叙述的特征或元件也是允许的。
这里所描述的主题可以根据期望的配置具体实施在系统、装置、方法和/或制品中。以上描述中所阐明的实现方式并不代表与这里所描述的主题一致的所有实现方式。相反，它们仅仅是与所描述的主题有关的一些方面相一致的一些例子。虽然上面已经详细描述了一些变化，但是其它修改或添加是可能的。特别是，除了这里所阐明的特征和/或变化以外，还可以进一步提供其他特征和/或变化。例如，可以将上述实现方式用于所公开的特征的不同组合和子组合、和/或以上进一步公开的一些特征的组合和子组合。此外，为了达到期望的结果，附图中描绘的和/或此处描述的逻辑流不一定要求所示的特定顺序或连续顺序。其他实现方式可以落入权利要求的范围内。

Claims (30)

1.一种用于将热量和压力从源流交换到槽流的系统，所述系统包括：
源交换器，包括：
将所述源流的压力转换为电能的第一压力交换器；
通过第一温度差将来自所述源流的温度转换为电能的第一热量交换器；
槽交换器，包括：
利用从所述源交换器接收的电能改变所述槽流的压力的第二压力交换器；
利用从所述源交换器接收的电能改变所述槽流的温度的第二热量交换器。
2.根据权利要求1所述的系统，所述源交换器进一步包括：
将从所述第一压力交换器接收的电能和从所述第一热量交换器接收的电能进行结合的源结合箱。
3.根据权利要求1所述的系统，所述槽交换器进一步包括：
将一部分电能分配给所述第二压力交换器且将另一部分电能分配给所述第二热量交换器的槽结合箱。
4.根据权利要求1所述的系统，所述第一热量交换器和/或所述第二热量交换器包括：多个热电板。
5.根据权利要求4所述的系统，每个热电板包括：
热电层；
与所述热电层的至少两侧相邻的垫片层；
与所述垫片层相邻的热传导层，以使所述垫片层将所述热传递层与所述热电层分离；
与所述热电层接触的一个或多个结合层。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，每个热电板进一步包括至少部分地被所述热电层包围的压电层。
7.根据权利要求5所述的系统，其中，所述热电层和所述一个或多个结合层由n型和/或p型材料形成。
8.根据权利要求4所述的系统，其中，所述多个热电板被布置成箱形配置。
9.根据权利要求4所述的系统，其中，所述多个热电板被布置在管内并沿着所述管的轴向流动轴。
10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述源交换器和所述槽交换器是非接近的。
11.根据权利要求1所述的系统，所述系统进一步包括能量存储模块。
12.一种交换器，包括：
密封件；
具有入口和出口的第一通道；
与所述第一通道并排的且通过所述密封件与所述第一通道隔离开的第二通道，所述第二通道包括入口和出口；
传递涡轮机，包括：
具有位于所述第一通道内的一个或多个叶片的第一部；
具有位于所述第二通道内的一个或多个叶片的第二部；
连接所述第一部和所述第二部以使所述第一部的旋转和所述第二部的旋转同步的轴，所述轴延伸通过所述密封件。
13.根据权利要求12所述的交换器，进一步包括：
与所述传递涡轮机的所述轴相邻的发电机定子；
其中，所述传递涡轮机的所述轴包括转子，所述转子在通过所述第一通道中的流流动进行旋转时感应电流。
14.根据权利要求12所述的交换器，其中，通过高压流施加在所述传递涡轮机的所述第一部的所述叶片上的力促使所述传递涡轮机的所述第二部的所述叶片旋转，从而将所述高压流的压力传递到所述第二通道中的低压流。
15.根据权利要求12所述的交换器，进一步包括：
与所述第二通道相邻且包括入口和出口的第三通道；
在所述第二通道和所述第三通道之间的将所述第二通道和所述第三通道隔离开的第二密封件。
16.根据权利要求15所述的交换器，其中，所述轴延伸穿过所述第二通道和所述第二密封件而进入所述第三通道中，所述轴进一步包括具有叶片且在所述第三通道内的第三部，以使所述第一部的旋转与所述第二部和所述第三部的旋转同步。
17.根据权利要求16所述的交换器，其中，通过进入所述第一通道入口并离开所述第一通道出口的高压流施加到所述传递涡轮机的所述第一部的所述叶片上的力促使所述传递涡轮机的所述第二部的所述叶片旋转，从而将压力从所述高压流传递到进入所述第二通道入口并离开所述第二通道出口的第一低压流，并且还将压力从所述高压流传递到进入所述第三通道入口并离开所述第三通道出口的第二低压流。
18.根据权利要求12所述的交换器，其中，所述第一通道包括第一管，所述第二通道包括第二管。
19.根据权利要求12所述的交换器，其中，所述高压流具有比所述低压流的压力更高的压力。
20.一种能量再循环的系统，包括：
增加输入流的压力以产生过程中使用的高压流的泵，所述过程产生具有压力的废流；
接收所述废流且接收所述输入流的至少一部分的交换器，所述交换器将一些所述废流的压力转换至所述输入流，以产生所述高压流，所述交换器包括：
密封件；
具有入口和出口的第一通道，所述第一通道的入口接收所述废流，所述第一通道的出口用于使所述废流离开所述第一通道；
与所述第一通道并排的且通过所述密封件与所述第一通道隔离开的第二通道，所述第二通道包括入口和出口，所述第二通道的入口接收所述输入流，所述第二通道的出口用于使所述高压流离开所述第二通道；
传递涡轮机，包括：
具有位于所述第一通道内的一个或多个叶片的第一部；
具有位于所述第二通道内的一个或多个叶片的第二部；
连接所述第一部和所述第二部以使所述第一部的旋转和所述第二部的旋转同步的轴，所述轴延伸通过所述密封件。
21.根据权利要求20所述的系统，所述交换器进一步包括：
与所述传递涡轮机的所述轴相邻的发电机定子；
其中，所述传递涡轮机的所述轴包括转子，所述转子在通过所述第一通道中的所述废流进行旋转时在所述发电机定子中感应电流。
22.根据权利要求20所述的系统，其中，通过所述废流施加在所述传递涡轮机的所述第一部的所述叶片上的力促使所述传递涡轮机的所述第二部的所述叶片旋转，从而将所述废流的压力传递到所述第二通道中的所述输入流，以产生所述高压流。
23.根据权利要求20所述的系统，所述交换器进一步包括：
与所述第二通道相邻且包括入口和出口的第三通道；
在所述第二通道和所述第三通道之间的将所述第二通道和所述第三通道隔离开的第二密封件。
24.根据权利要求23所述的系统，其中，所述轴延伸穿过所述第二通道和所述第二密封件而进入所述第三通道中，所述轴进一步包括具有叶片且在所述第三通道内的第三部，以使所述第一部的旋转与所述第二部和所述第三部的旋转同步。
25.根据权利要求24所述的系统，其中，通过进入所述第一通道入口并离开所述第一通道出口的所述废流施加到所述传递涡轮机的所述第一部的所述叶片上的力促使所述传递涡轮机的所述第二部的所述叶片旋转，从而将压力从所述废流传递到进入所述第二通道入口并产生离开所述第二通道出口的所述高压流的所述输入流，并且还将压力从所述废流传递到进入所述第三通道入口并产生离开所述第三通道出口的第二高压流的第二输入流。
26.根据权利要求20所述的系统，其中，所述第一通道包括第一管，所述第二通道包括第二管。
27.根据权利要求20所述的系统，其中，所述高压流具有比低压流的压力更高的压力。
28.根据权利要求20所述的系统，其中，所述交换器接收与所述泵并行的所述输入流的至少一部分。
29.根据权利要求20所述的系统，其中，所述交换器接收与所述泵串行的所述输入流的至少一部分。
30.本文所描述和/或图示的装置、系统、技术和制品。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116348723A (zh) * 2021-06-09 2023-06-27 能量回收股份有限公司 具有压力交换器的热泵系统

Families Citing this family (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3227563B1 (en) 2014-12-04 2020-02-05 Breakthrough Technologies, LLC Hybrid pressure and thermal exchanger
US10711693B2 (en) * 2017-07-12 2020-07-14 General Electric Company Gas turbine engine with an engine rotor element turning device
US10895202B1 (en) 2019-09-13 2021-01-19 Bj Energy Solutions, Llc Direct drive unit removal system and associated methods
US11002189B2 (en) 2019-09-13 2021-05-11 Bj Energy Solutions, Llc Mobile gas turbine inlet air conditioning system and associated methods
CA3197583A1 (en) 2019-09-13 2021-03-13 Bj Energy Solutions, Llc Fuel, communications, and power connection systems and related methods
US11015594B2 (en) 2019-09-13 2021-05-25 Bj Energy Solutions, Llc Systems and method for use of single mass flywheel alongside torsional vibration damper assembly for single acting reciprocating pump
US10815764B1 (en) 2019-09-13 2020-10-27 Bj Energy Solutions, Llc Methods and systems for operating a fleet of pumps
CA3092865C (en) 2019-09-13 2023-07-04 Bj Energy Solutions, Llc Power sources and transmission networks for auxiliary equipment onboard hydraulic fracturing units and associated methods
CA3092829C (en) 2019-09-13 2023-08-15 Bj Energy Solutions, Llc Methods and systems for supplying fuel to gas turbine engines
US11708829B2 (en) 2020-05-12 2023-07-25 Bj Energy Solutions, Llc Cover for fluid systems and related methods
US10968837B1 (en) 2020-05-14 2021-04-06 Bj Energy Solutions, Llc Systems and methods utilizing turbine compressor discharge for hydrostatic manifold purge
US11428165B2 (en) 2020-05-15 2022-08-30 Bj Energy Solutions, Llc Onboard heater of auxiliary systems using exhaust gases and associated methods
US11208880B2 (en) 2020-05-28 2021-12-28 Bj Energy Solutions, Llc Bi-fuel reciprocating engine to power direct drive turbine fracturing pumps onboard auxiliary systems and related methods
US11208953B1 (en) 2020-06-05 2021-12-28 Bj Energy Solutions, Llc Systems and methods to enhance intake air flow to a gas turbine engine of a hydraulic fracturing unit
US11109508B1 (en) 2020-06-05 2021-08-31 Bj Energy Solutions, Llc Enclosure assembly for enhanced cooling of direct drive unit and related methods
US10954770B1 (en) 2020-06-09 2021-03-23 Bj Energy Solutions, Llc Systems and methods for exchanging fracturing components of a hydraulic fracturing unit
US11066915B1 (en) 2020-06-09 2021-07-20 Bj Energy Solutions, Llc Methods for detection and mitigation of well screen out
US11125066B1 (en) 2020-06-22 2021-09-21 Bj Energy Solutions, Llc Systems and methods to operate a dual-shaft gas turbine engine for hydraulic fracturing
US11933153B2 (en) 2020-06-22 2024-03-19 Bj Energy Solutions, Llc Systems and methods to operate hydraulic fracturing units using automatic flow rate and/or pressure control
US11028677B1 (en) 2020-06-22 2021-06-08 Bj Energy Solutions, Llc Stage profiles for operations of hydraulic systems and associated methods
US11939853B2 (en) 2020-06-22 2024-03-26 Bj Energy Solutions, Llc Systems and methods providing a configurable staged rate increase function to operate hydraulic fracturing units
US11466680B2 (en) 2020-06-23 2022-10-11 Bj Energy Solutions, Llc Systems and methods of utilization of a hydraulic fracturing unit profile to operate hydraulic fracturing units
US20220065125A1 (en) * 2020-06-23 2022-03-03 Bj Energy Solutions, Llc Energy recovery for high power pumping systems and methods using exhaust gas heat to generate thermoelectric power
US11473413B2 (en) 2020-06-23 2022-10-18 Bj Energy Solutions, Llc Systems and methods to autonomously operate hydraulic fracturing units
US11220895B1 (en) 2020-06-24 2022-01-11 Bj Energy Solutions, Llc Automated diagnostics of electronic instrumentation in a system for fracturing a well and associated methods
US11149533B1 (en) 2020-06-24 2021-10-19 Bj Energy Solutions, Llc Systems to monitor, detect, and/or intervene relative to cavitation and pulsation events during a hydraulic fracturing operation
US11421918B2 (en) 2020-07-10 2022-08-23 Energy Recovery, Inc. Refrigeration system with high speed rotary pressure exchanger
US11193360B1 (en) 2020-07-17 2021-12-07 Bj Energy Solutions, Llc Methods, systems, and devices to enhance fracturing fluid delivery to subsurface formations during high-pressure fracturing operations
US11639654B2 (en) 2021-05-24 2023-05-02 Bj Energy Solutions, Llc Hydraulic fracturing pumps to enhance flow of fracturing fluid into wellheads and related methods
IL288311A (en) * 2021-11-22 2023-06-01 Univ Malta Hydrogen production plant

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1305562B1 (en) * 2000-06-30 2006-03-08 Swales Aerospace Phase control in the capillary evaporators
CN1860287A (zh) * 2003-08-27 2006-11-08 Ttl动力学有限公司 能量回收系统
WO2011017450A2 (en) * 2009-08-04 2011-02-10 Sol Xorce, Llc. Heat pump with integral solar collector
US20130168964A1 (en) * 2012-01-04 2013-07-04 General Electric Company Waste heat recovery system generator encapsulation
US20140202144A1 (en) * 2013-01-18 2014-07-24 Kuwait University Combined pump and energy recovery turbine

Family Cites Families (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1055437A (fr) * 1951-05-12 1954-02-18 Escher Wyss Maschf Gmbh Installation hydraulique utilisant l'énergie des marées
US4224527A (en) * 1978-07-06 1980-09-23 Thompson Jack E Fluid flow intensifier for tide, current or wind generator
JPS60145458A (ja) 1983-12-29 1985-07-31 Honda Motor Co Ltd エンジンレボリユ−シヨンリミツタ−付内燃機関
JPS60195329A (ja) * 1984-03-17 1985-10-03 Isuzu Motors Ltd 内燃機関のタ−ボチヤ−ジヤ
JPS6254240U (zh) * 1985-09-24 1987-04-03
JPS62162728A (ja) * 1986-01-10 1987-07-18 Nissan Motor Co Ltd 過給機付エンジン
JP2545791B2 (ja) 1986-04-21 1996-10-23 ミノルタ株式会社 カメラの表示装置
JPH06264862A (ja) * 1993-03-15 1994-09-20 Mitsubishi Materials Corp 熱変位変換装置
JP3468586B2 (ja) * 1994-07-20 2003-11-17 セイコーインスツルメンツ株式会社 熱電モジュール
JPH10163538A (ja) * 1996-12-04 1998-06-19 Ngk Insulators Ltd 熱交換器用熱電変換装置
JP2000012916A (ja) * 1998-06-19 2000-01-14 Seiko Instruments Inc 熱電素子及び発電装置
JP3107299B2 (ja) * 1998-09-02 2000-11-06 日本電気株式会社 冷却装置
US20040045594A1 (en) 2002-09-10 2004-03-11 Enhanced Energy Systems, Inc. Turbine engine with thermoelectric waste heat recovery system
US7021063B2 (en) 2003-03-10 2006-04-04 Clean Energy Systems, Inc. Reheat heat exchanger power generation systems
JP4133873B2 (ja) 2004-03-04 2008-08-13 株式会社デンソー 熱電発電装置
CA2576580C (en) * 2004-08-10 2013-02-12 Leif Hauge Pressure exchanger for transferring pressure energy from a high-pressure fluid stream to a low-pressure fluid stream
US7201557B2 (en) 2005-05-02 2007-04-10 Energy Recovery, Inc. Rotary pressure exchanger
WO2009037515A2 (en) * 2007-09-20 2009-03-26 Abdulsalam Al-Mayahi Process and systems
US7795748B2 (en) * 2007-11-30 2010-09-14 Deangeles Steven J System and process for generating hydroelectric power
EP2078867B1 (de) * 2007-12-11 2018-05-30 Grundfos Management A/S Druckaustauscher zur übertragung von druckenergie von einem ersten flüssigkeitsstrom auf einen zweiten flüssigkeitsstrom
US8759997B2 (en) * 2008-02-19 2014-06-24 Jeffrey Ryan Gilbert Energy recovery system for exhaust energy capture and electrical generation with generator built into fan
US8013465B2 (en) * 2008-02-19 2011-09-06 Jeffrey Ryan Gilbert Energy recovery system and method for exhaust energy capture and electrical generation
JP5264307B2 (ja) * 2008-06-11 2013-08-14 株式会社朝日Ｆｒ研究所 熱電変換装置
US8946538B2 (en) * 2009-05-14 2015-02-03 The Neothermal Energy Company Method and apparatus for generating electricity by thermally cycling an electrically polarizable material using heat from condensers
JP5656164B2 (ja) * 2009-07-03 2015-01-21 有人宇宙システム株式会社 ターボポンプ
WO2010088919A1 (en) 2009-09-06 2010-08-12 Ahmed Aly Fahmy Elsaid Osmotic energy reservoir
WO2011104772A1 (ja) * 2010-02-26 2011-09-01 富士通株式会社 発電装置、発電方法及び発電装置の製造方法
CA2791472A1 (en) * 2010-03-10 2011-09-15 Bhp Billiton Aluminium Technologies Limited Heat recovery system for pyrometallurgical vessel using thermoelectric/thermomagnetic devices
WO2011114155A2 (en) * 2010-03-16 2011-09-22 Verderg Ltd Apparatus for generating power from fluid flow
EP2694802A1 (en) 2011-04-04 2014-02-12 Greenteg Gmbh C/o Eth Zürich, Micro-& Nanosystems Combined hydroelectric-thermoelectric power plant
WO2013047487A1 (ja) * 2011-09-30 2013-04-04 株式会社クボタ 圧力交換装置
US20130213449A1 (en) 2012-02-20 2013-08-22 Marlow Industries, Inc. Thermoelectric plate and frame exchanger
JP6264862B2 (ja) 2013-11-29 2018-01-24 日亜化学工業株式会社 発光装置の製造方法
EP3227563B1 (en) 2014-12-04 2020-02-05 Breakthrough Technologies, LLC Hybrid pressure and thermal exchanger
CN105332849B (zh) * 2015-11-23 2017-12-08 广州航海学院 一种双通道同向推动涡轮发电装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1305562B1 (en) * 2000-06-30 2006-03-08 Swales Aerospace Phase control in the capillary evaporators
CN1860287A (zh) * 2003-08-27 2006-11-08 Ttl动力学有限公司 能量回收系统
WO2011017450A2 (en) * 2009-08-04 2011-02-10 Sol Xorce, Llc. Heat pump with integral solar collector
US20130168964A1 (en) * 2012-01-04 2013-07-04 General Electric Company Waste heat recovery system generator encapsulation
US20140202144A1 (en) * 2013-01-18 2014-07-24 Kuwait University Combined pump and energy recovery turbine

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116348723A (zh) * 2021-06-09 2023-06-27 能量回收股份有限公司 具有压力交换器的热泵系统
CN116348723B (zh) * 2021-06-09 2024-05-17 能量回收股份有限公司 热泵系统

Also Published As

Publication number Publication date
JP2018504556A (ja) 2018-02-15
DK3227563T3 (da) 2020-04-14
WO2016090216A1 (en) 2016-06-09
KR102501670B1 (ko) 2023-02-17
ES2779849T3 (es) 2020-08-20
EP3227563A1 (en) 2017-10-11
EP3227563B1 (en) 2020-02-05
EP3663590A1 (en) 2020-06-10
DK3663590T3 (da) 2022-12-05
US10519985B2 (en) 2019-12-31
US11125251B2 (en) 2021-09-21
EP3663590B1 (en) 2022-08-31
ES2934003T3 (es) 2023-02-15
EP3227563A4 (en) 2019-02-20
US20170356470A1 (en) 2017-12-14
JP6786509B2 (ja) 2020-11-18
CN107923416B (zh) 2019-06-28
KR20170132712A (ko) 2017-12-04
US20200149558A1 (en) 2020-05-14

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