CN112789244B - 脱盐系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种脱盐系统和操作脱盐系统的方法。脱盐系统包括：分隔容器，容纳将容器分隔成上游隔室和下游隔室的可移动分隔件，分隔容器具有第一入口端口、第二入口端口、和出口端口；膜容器，容纳将膜容器分成盐水隔室和脱盐隔室的错流半透膜，盐水隔室包括第一错流端口和第二错流端口，脱盐隔室包括脱盐水出口端口；进给泵，将盐水供应供给到第一入口端口；补给泵，具有连接到第二错流端口的入口和连接到第二入口端口的出口，以将盐水供给到下游隔室中；主阀，连接在出口端口和第一错流端口之间；旁通阀，连接到入口端口，并且连接到第二错流端口和补给泵的入口；以及清洗阀，连接到第一错流端口和主阀，并且连接到清洗端口。

Description

脱盐系统和方法
技术领域
本发明涉及一种脱盐系统和操作脱盐系统的方法。
背景技术
脱盐系统具有许多工业应用。例如，一种应用是从地下水中分离饮用水，该地下水是含盐的，因此不适于饮用。其他应用包括海水的处理和纺织厂产生的盐废水的处理。
在脱盐应用中，经常需要使回收率最大化。术语回收率为在系统的输出处产生的淡水的体积比在输入处供应的盐水的体积的分数。经常需要高回收率以使系统的有用输出最大化并使所需输入最小化。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种脱盐系统，包括：
分隔容器，容纳将容器分隔成各自具有可变体积的上游隔室和下游隔室的可移动分隔件，分隔容器具有在容器的上游端处的第一入口端口、在容器的下游端处的第二入口端口和在容器的下游端处的出口端口；
膜容器，容纳将膜容器分成盐水隔室和脱盐隔室的错流半透膜，盐水隔室包括第一错流端口和第二错流端口，脱盐隔室包括脱盐水出口端口；
进给泵，被连接以将盐水供应供给到第一入口端口；
补给泵，具有连接到第二错流端口的入口和连接到第二入口端口的出口，以将盐水供给到下游隔室中；
主阀，连接在出口端口和第一错流端口之间；
旁通阀，在一侧上连接到入口端口，并且在另一侧上连接到第二错流端口和补给泵的入口；以及
清洗阀，在一侧上连接到第一错流端口和主阀，并且在另一侧上连接到清洗端口。
这里描述的本发明对于实现淡水/脱盐水的高回收率和高输出而不引起过度的能量损失特别有用。
脱盐系统还可以包括连接并配置为操作脱盐系统的控制器，控制器配置为：
在第一加压阶段中，关闭旁通阀和清洗阀，打开主阀并操作进给泵以向分隔容器的上游隔室提供盐水供应，导致分隔件移动并由此使盐水从下游隔室流入膜容器的盐水隔室，从而导致脱盐水经由脱盐水出口端口从膜容器的脱盐隔室离开；以及
在第二补给阶段中，打开旁通阀和清洗阀，关闭主阀并操作补给泵和进给泵以将盐水供给到分隔容器的第二入口，并且经由第二错流端口供给到膜容器的盐水隔室中，以导致盐水经由第一错流端口通过清洗端口流出。
在第一加压阶段中，控制器可以配置为操作补给泵以将盐水从盐水隔室供给到分隔容器的第二入口。
控制器可以配置为重复加压阶段和补给阶段。
脱盐系统还可以包括第一传感器，其布置成提供信号以检测可移动分隔件在补给阶段中何时已经到达分隔容器的上游端，控制器配置为在检测到来自第一传感器的信号时结束补给阶段。
脱盐系统还可以包括第二传感器，其布置成提供信号以检测可移动分隔件在加压阶段中何时已经到达分隔容器的下游端，控制器配置为在检测到来自第二传感器的信号时结束加压阶段。
分隔容器可以是圆柱形容器，并且可移动分隔件可以是可滑动地安装在圆柱形容器内的活塞。
膜容器可以是圆柱形容器。
在分隔容器是第一分隔容器并且膜容器是第一膜容器的情况下，脱盐系统还可以包括：
一个或多个另外的分隔容器，每个分隔容器容纳将容器分隔成各自具有可变体积的上游隔室和下游隔室的可移动分隔件，每个另外的分隔容器具有在容器的上游端处的第一入口端口、在容器的下游端处的第二入口端口和在容器的下游端处的出口端口；
一个或多个另外的膜容器，每个膜容器容纳将膜容器分成盐水隔室和脱盐隔室的错流半透膜，盐水隔室包括第一错流端口和第二错流端口，脱盐隔室包括脱盐水出口端口，
其中，进给泵被连接以将盐水供应供给到每个分隔容器的第一入口端口，补给泵连接在每个膜容器的第二错流端口和每个分隔容器的第二入口端口之间以将盐水供给到每个容器的下游隔室中，主阀连接在每个分隔容器的出口端口和每个膜容器的第一错流端口之间，旁通阀在一侧上连接到每个分隔容器的入口端口并且在另一侧上连接到每个膜容器的第二错流端口，并且清洗阀在一侧上连接到每个膜容器的第一错流端口。
半透膜可以是反渗透类型的。
控制器可以配置为电气地控制主阀、旁通阀和清洗阀的操作。在其他布置中，控制器可以配置为电气地控制清洗阀的操作，并且其中，主阀和旁通阀通过系统内的水压水平在打开位置和关闭位置之间致动。
主阀可以配置为当系统内的水压水平高于阈值压力水平时打开，并且旁通阀可以配置为当水压水平低于阈值压力水平时打开。
在一些实施方式中，主阀可以包括：
壳体，具有入口和出口；
柱塞，可滑动地安装到壳体并且具有密封表面，该密封表面布置成抵靠壳体的内表面密封以防止入口和出口之间的流动；以及
偏压元件，布置成当主阀内的水压水平小于阈值压力水平时，使密封表面偏压远离壳体的内表面，以保持入口和出口之间的流动路径，并且当主阀内的水压水平大于阈值压力水平时，关闭该流动路径。
在一些实施方式中，旁通阀可以包括：
壳体，具有入口和出口；
柱塞，可滑动地安装到壳体并且具有密封表面，该密封表面布置成抵靠壳体的内表面密封以防止入口和出口之间的流动；以及
偏压元件，布置成当旁通阀内的水压水平小于阈值压力水平时，使密封表面偏压抵靠壳体的内表面以关闭入口和出口之间的流动路径，并且当旁通阀内的水压水平大于阈值压力水平时，打开该流动路径。
阈值压力水平可以是大约1巴表压，即，系统中的水压水平与外部大气压力之间的1巴差值。
根据第二方面，提供了一种操作脱盐系统的方法，脱盐系统包括：
分隔容器，容纳将容器分隔成各自具有可变体积的上游隔室和下游隔室的可移动分隔件，分隔容器具有在容器的上游端处的第一入口端口、在容器的下游端处的第二入口端口和在容器的下游端处的出口端口；
膜容器，容纳将膜容器分成盐水隔室和脱盐隔室的错流半透膜，盐水隔室包括第一错流端口和第二错流端口，脱盐隔室包括脱盐水出口端口；
进给泵，被连接以将盐水供应供给到第一入口端口；
补给泵，连接在第二错流端口和第二入口端口之间，以将盐水供给到下游隔室中；
主阀，连接在出口端口和第一错流端口之间；
旁通阀，在一侧上连接到入口端口，并且在另一侧上连接到第二错流端口和补给泵；以及
清洗阀，在一侧上连接到第一错流端口和主阀，并且在另一侧上连接到清洗端口，
该方法包括：
在第一加压阶段中，关闭旁通阀和清洗阀，打开主阀并操作进给泵以向分隔容器的上游隔室提供盐水供应，导致分隔件移动并由此使盐水从下游隔室流入膜容器的盐水隔室，从而导致脱盐水经由脱盐水出口端口从膜容器的脱盐隔室离开；以及
在第二补给阶段中，打开旁通阀和清洗阀，关闭主阀并操作补给泵和进给泵以将盐水供给到分隔容器的第二入口，经由第二错流端口供给到膜容器的盐水隔室中并且经由第一错流端口通过清洗端口流出。
第一加压阶段可以包括操作补给泵以将盐水从盐水隔室供给到分隔容器的第二入口。
该方法可以包括重复加压阶段和补给阶段。
该方法可以包括当可移动分隔件在补给阶段中已经到达分隔容器的上游端时检测来自第一传感器的信号，并且在检测到来自第一传感器的信号时结束补给阶段。
该方法可以包括当可移动分隔件在加压阶段中已经到达分隔容器的下游端时检测来自第二传感器的信号，并且在检测到来自第二传感器的信号时结束加压阶段。
第一方面的其他特征也可以应用于根据第二方面的方法。
附图说明
下面通过实例并参考附图来更详细地描述本发明，在附图中：
图1是实例脱盐系统的示意图；
图2是第一操作阶段中的实例脱盐系统的示意图；
图3是第二操作阶段中的实例脱盐系统的示意图；
图4是替代实例脱盐系统的示意图，其中多个容器用于增加的脱盐水的输出；
图5是示出了操作脱盐系统的实例方法的示意性流程图；
图6是处于关闭位置的实例压力致动阀的示意性截面图；
图7是处于打开位置的图6的阀的示意性截面图；
图8是处于关闭位置的替代实例压力致动阀的示意性截面图；
图9是处于打开位置的图8的阀的示意性截面图；
图10是处于关闭位置的图6类型的阀的替代实例的示意性截面图；
图11是处于打开位置的图10的阀的示意性截面图；
图12是处于关闭位置的图8类型的阀的替代实例的示意性截面图；以及
图13是处于打开位置的图12的阀的示意性截面图。
具体实施方式
一种常见的脱盐系统的实例类型被称为连续流动系统，其中盐水在压力下被泵送，使得其与半透膜的表面相切地流动。在盐水被收集并从膜转移时，其浓度大大增加。对应于此高浓度，产生高渗透压力，并且需要高操作压力。此压力根据公知的关系来确定进给泵的功率消耗：
功率＝供应的水的体积流速/操作压力
因此，高操作压力导致增加的功率，并且因此导致进给泵的高电能消耗。这种高电能消耗是不期望的，因为其对于脱盐系统的操作是昂贵的并且可能对环境有害。
第二个实例已知为半间歇脱盐系统，例如US 4,983,301中描述的。在此系统中，及时仔细地改变压力，使得在每个时刻仅提供驱动水通过膜所需的压力。然而，半间歇系统的缺点是进入的盐水与已经包含在系统中的更浓缩的盐水的混合，这导致能量的低效和不必要的使用。
第三个实例是间歇脱盐系统，如在Davies等人的“A desalination system withefficiency approaching the theoretical limits(效率接近理论极限的脱盐系统)”(脱盐和水处理，57(2016)23206-23216)中描述的。此系统被设计成避免上述混合问题。尽管如此，现有的间歇脱盐系统具有与其操作方式相关的有限的日产量。其操作需要三个阶段：(i)加压阶段；(ii)清洗阶段；以及(iii)再填充阶段。然而，有用的输出仅在这些阶段中的第一阶段期间发生。贯穿第二阶段和第三阶段的输出暂停减少了系统的日产量。
根据本文所述的本发明，提供了一种脱盐系统，其允许循环的且仅需要两个操作阶段的间歇脱盐方法，即：(i)加压阶段和(ii)清洗-再填充阶段。如图1所示，该系统包括第一分隔的容器101和第二膜容器104，由此分隔的容器101由活塞或可移动分隔件102分成上游隔室114和下游隔室115。将加压盐水的供应通过第一进给泵108提供给上游隔室114，这导致上游隔室114的体积(其最初可以是零)逐渐增加，使得可移动分隔件102移动，将盐水从下游隔室115移动并进入膜容器104，从而导致脱盐水渗透通过延伸跨过膜容器104的半透膜105。膜105在图1中示意性地示出为对角地延伸跨过膜容器104，但是实际上膜的几何形状可以采取各种形式，例如螺旋缠绕或中空纤维几何形状，以增加膜105的可用表面积。当可移动分隔件102到达其行程的末端时，其通过第二低压补给泵109返回到其初始位置，该第二低压补给泵再填充下游隔室115，同时旁通阀111允许由第一进给泵108提供的供给水清洗膜容器104。因此，本发明通过同时进行清洗和再填充而允许清洗和再填充的非生产周期最小化。这两个操作阶段可以循环方式连续地和无限地重复。
在一些实例中，第一分隔的容器101和/或第二膜容器104可分成多个并联连接的容器，以允许脱盐系统100通过容易构造的较小容器的并联操作来提供较大的产量。
与本发明有关的优点包括：
1.操作期间的最小能耗
2.从盐水中回收淡水的高回收率
3.脱盐水的日产量大
4.通过使所需阀的数量最小化而简化了设计。
图1示出了实例脱盐系统100，其中分隔的容器101向包含半透膜105的容器或膜容器104提供盐水供应，以经由脱盐水出口端口113提供脱盐水供应。半透膜105将膜容器104分成盐水隔室131和脱盐隔室132。在此实例中，分隔的容器101是容纳活塞的圆柱形容器，活塞可滑动地安装在圆柱形容器内。分隔的容器101可以由玻璃增强塑料、不锈钢或一些其他耐压和耐盐水腐蚀的材料制成。分隔的容器101的内径通常可以是四英寸(大约10.2cm)。将活塞机加工成直径刚好小于四英寸，使得其能够在圆柱形容器内自由滑动。为了防止水在活塞任一侧的隔室之间泄漏，活塞可以装配有O形环密封件103。或者，可以将活塞机加工成具有足够紧密的公差以防止显著的泄漏，因此不需要任何密封。
包含膜105的膜容器104可以是第二圆柱形容器的形式，其容纳允许发生错流的类型的半透膜元件105，因为从膜105的表面清除浓缩的盐溶液是重要的。第一错流端口106和第二错流端口107允许错流分别在两个方向上进入和离开膜容器104，即，通过第二错流端口107流入和通过第一错流端口106流出，反之亦然。所使用的膜元件105可以是螺旋缠绕反渗透类型的，例如通常在脱盐工业中使用的。也可以使用中空纤维或平板反渗透膜。
图1还示出了第一高压进给泵108和第二低压补给泵109。第一进给泵108向圆柱形的分隔的容器101的第一入口端口121提供盐水供应。连接在第一进给泵108和第二错流端口107之间的旁通阀111在打开时允许盐水从进给泵108绕过圆柱形的分隔的容器101，并且经由第二错流端口107流入膜容器104的盐水隔室131，并到达补给泵109，到达位于圆柱形的分隔的容器101的与第一入口端口121相对的下游端处的第二入口端口122。连接在第一错流端口106和清洗出口123之间的清洗阀112在打开时允许来自膜容器104的盐水隔室131的浓缩盐水从第一错流端口106流到清洗端口123。连接在第一错流端口106和分隔的容器101的出口端口124之间的主阀110在打开时允许盐水从出口端口124流到膜容器104的第一错流端口106。阀110、111、112可以是电磁阀。为了最小化致动阀时的电力消耗，主阀110可以是常开型的，而旁通阀111和清洗阀112可以是常闭型的。阀110、111、112可以是机动的或气动致动的，或者在一些情况下，特别是对于旁通阀111和主阀110，可以是压力致动的，如下面更详细描述的。
电控制单元或控制器125被连接并配置为响应于布置成检测活塞的位置的传感器126、127来操作阀110、111、112。第一传感器126可以设置在第二入口122处，以检测活塞何时移动回到起始位置，即，朝向分隔的容器101的第一入口端口121端的上游端。第二传感器127可以设置在第一入口端口121处，以检测活塞何时移动到分隔的容器101的下游端。传感器126、127可以是压力或流量传感器。对于压力传感器，当活塞到达分隔的容器101的任一端时，将导致上游隔室114或下游隔室115中的压力上升，这可由相关的传感器126、127检测。分别位于出口端口124和第一入口端口121处或附近的传感器126、127之间的压力差可以用于检测活塞何时到达分隔的容器101的任一端。对于流量传感器，当活塞到达分隔的容器101的任一端时，将导致流速的减小。第一传感器126可以例如是压力传感器，因为从第一进给泵108可获得的压力较大。第二传感器127可以是流量传感器，因为当活塞返回到分隔的容器101的上游端时，压力变化将较小。在一种替代布置中，传感器126、127可以是接近传感器，其配置为当活塞接近传感器时提供信号，从而检测活塞何时处于分隔的容器101的上游端或下游端。
脱盐系统100的各个部件可以通过耐压和耐腐蚀的管道连接，如图1中的实线所示。这些管道通常由聚氯乙烯或不锈钢构成，并且使用对于设计和构造脱盐系统领域中的技术人员来说公知的技术，通过螺纹或凸缘连接。
盐水供给水在进给泵108的入口128处进入系统，并且被分离成经由脱盐水出口端口113离开的脱盐水，而浓缩盐水经由清洗阀112和清洗端口123离开。如上所述，实现这种分离的操作方法仅包括两个阶段：加压和清洗-再填充，分别如以下参考图2和图3所解释的。在这两个图中，运送水流的管道由实线指示，而不运送水流的管道由虚线指示。通过相应的电磁阀110、111、112来打开和关闭流动。阀110、111、112的关闭位置由实线阴影指示，而打开位置由不带阴影的轮廓线绘制的阀指示。
图2具体地示出了系统100在加压阶段中的布置，在此期间，进给泵108将盐水供应到活塞左侧的上游隔室114。在此阶段中，清洗阀112和旁通阀111关闭，而主阀110打开。进给泵108导致上游隔室114中的水变得加压，使得加压水对活塞的作用导致其向右滑动，从而移动保持在下游隔室115中的盐水，并且导致水在压力下经由第一错流端口106流入膜容器104的盐水隔室131。为了在盐水隔室131中引起错流，低压补给泵109经由第二错流端口107从盐水隔室131抽出盐水，并且在通过打开主阀110而接通的再循环回路中使其返回到下游隔室115。水以较高流速(例如数倍于进给泵108的流量的流速)的再循环具有保持流动在整个回路中良好混合且均匀集中的优点。快速再循环的此特征对于减轻盐的高局部浓度(被称为浓度极化)是重要的。快速再循环还减轻了沿着膜容器104的膜105的浓度梯度，否则这将在出口端口113处产生高渗透压力，从而产生更高的所需泵送功率。因此，在一般方面中，补给泵109配置为以进给泵108的流速的两倍或更多倍的流速泵送，例如以进给泵108的流速的两倍至十倍之间的流速泵送。活塞的向右移动导致此回路内的体积逐渐减小，因为淡水透过膜105以便经由渗透物出口端口113收集，而回路中的盐水的浓度逐渐增加。
一旦活塞完全向右移动，盐水达到最大浓度，并且需要从系统中清除。因此，图3所示的清洗-再填充或补给阶段现在开始。通过打开旁通阀111和清洗阀112来实现清洗，从而允许由进给泵108将一定体积的水经由第二错流端口107供应到膜容器104的盐水隔室131，并且浓缩盐水通过清洗阀112和清洗端口123离开系统100。同时，主阀110关闭，使得低压补给泵109不再引起通过膜容器104的盐水隔室131的再循环。相反，盐水从补给泵109流入下游隔室115中导致活塞朝向其位于分隔的容器101的上游端的初始位置向后移动，即，参考图3完全移动到分隔的容器101的左侧。因此，从上游隔室114排出的水经由旁通阀111流到低压补给泵109的入口。
图4示出了包括多个分隔的容器401a-c和多个膜容器404a-c的替代实例，用于增加脱盐水的输出。在此实例中，三个相同的圆柱形的分隔的容器401a-c容纳相应的活塞402a-c。管道歧管441在左手侧上游端处连接三个分隔的容器401a-c，从而提供一个互连的上游隔室。类似地，管道歧管442和443在右手侧下游端处连接分隔的容器401a-c，以提供一个互连的下游隔室。歧管441、442、443可以具有均匀的尺寸，使得水在容器401a-c之间均匀地流动，并且活塞402a-c以相同的速度移动，因此在大约相同的时间到达每个行程的终点。膜容器404a-c类似地通过歧管444、445、446连接。脱盐系统400的其他特征类似于如上所述的脱盐系统100的特征，不同之处在于使用多个并联操作的容器。脱盐系统400的操作方法也可以与上述类似。
可以理解，分隔的容器401a-c和膜容器404a-c的数量可以大于所示的数量，并且每个的数量可以相同或不同。实际上，可以布置基本上更大的数量以提供大致与所使用的容器的数量成比例地增加的脱盐水的输出。
在实例操作方法中，加压阶段的持续时间通常可以是大约2分钟或2.5分钟，而清洗-再填充或补给阶段的持续时间通常是大约20或30秒。在一般方面中，加压阶段的持续时间通常可以在大约1和5分钟之间，而补给阶段的持续时间可以在大约15和60秒之间。换句话说，加压阶段可以采用补给阶段的1到20倍长。这些持续时间将根据所选择的使用条件而变化，但是通常加压阶段将持续比清洗-再填充阶段长几倍，例如长两倍以上，并且相应地，在后一阶段期间水输出的暂停相对短暂。结果，当操作脱盐系统时，使用用于主阀110的常开阀以及用于清洗阀112和旁通阀111的常闭阀将导致电力的节省。
图5以示意性形式示出了上述类型的脱盐系统的实例操作方法。在第一步骤501中，关闭旁通阀111和清洗阀112，并且打开主阀110。在第二步骤502中，操作进给泵108和补给泵109以分别将盐水供应到分隔的容器101的上游隔室114和使盐水再循环通过膜容器104的盐水隔室131。在第三步骤503中，检查活塞是否已经到达分隔的容器101的下游端。如果不是，则过程在步骤502继续。一旦活塞已经到达分隔的容器101的下游端，该过程就移动到步骤504，其中打开旁通阀111和清洗阀112，并且关闭主阀110。在步骤505，操作进给泵108和补给泵109，并且在步骤506，检查活塞是否已经返回到分隔的容器101的上游端。如果不是，则过程在步骤505继续。一旦活塞到达分隔的容器101的下游端，该过程就返回到步骤501，并且该过程再次开始。
步骤503、506可以使得能够通过使用传感器，例如如上所述的传感器126、127，来检测活塞何时到达分隔的容器101的下游端和上游端。
如上所述的脱盐系统100、400包括三个阀：旁通阀111、主阀110和清洗阀112。这些阀中的每个可以由控制器125(图1)控制，该控制器提供电信号以在加压和补给阶段中的适当时刻致动每个阀。该阀例如可以是电磁阀，以允许这种电操作。然而，电磁阀和其他电动阀具有某些缺点，例如在致动时连续的功率消耗。即使阀在补给阶段期间仅可以被致动相对短的时段，此时的功耗也可能较高，因此增加了所需电源的容量。电磁阀也相当昂贵并且不总是可靠的，并且其可能显著地限制流动，尽管优点是其是标准部件并且因此容易获得。
对于旁通阀和主阀使用电磁阀或其他电动阀的一种替代方式是使用压力致动阀。因此，这种阀可以仅通过系统内的水压来致动，而不需要电力来将其致动。只有清洗阀112需要被电致动。使用压力致动阀具有降低系统的功耗和简化控制电路的优点。
如上详述，该系统循环地操作，在生产加压阶段和非生产补给(即，清洗-再填充)阶段之间交替。在加压阶段开始时，系统内部的压力快速上升(通常经过几秒的时间段)以初始地达到例如大约5巴表压的压力，然后逐渐地进一步增加以达到通常大约15巴表压的更高压力。压力的精确值将取决于盐度水平和流速，但是在加压阶段期间的压力相对较高并且在大约5-15巴的范围内。在补给阶段开始时，当清洗阀112打开时，系统内的压力将因此突然下降到小于1巴表压的值，在此阶段的其余部分中始终保持在低压下。这种压力的大幅摆动意味着可能使用响应于内部压力和外部大气压力(即表压)之间的差的弹簧加载的压力致动阀。表压可以用于移动柱塞，该柱塞是弹簧加载的并且具有根据柱塞的位置而可以阻挡或允许穿过阀的流动的密封表面。这种压力致动阀不是响应于其入口端口和出口端口之间的压力差的传统的弹簧加载阀。相反，在阀的内部和外部大气之间具有很大的压力差，其达到了相当大的水平。入口端口和出口端口之间的压力差将趋于保持较小，通常小于0.5巴。
在旁通阀111的情况下，当系统内部的压力高时，即在加压阶段期间，此阀需要关闭。图6和图7中示出了实现这一点的阀的实例设计。阀600包括具有主体601和凸缘602的壳体611，其一起容纳可滑动地安装的柱塞603。柱塞603的轴从主体601向外伸出，在柱塞603和主体601之间提供滑动密封604以防止水泄漏。柱塞603的内端包括密封表面605，其可以抵靠主体601的相应内表面606密封。密封O形环可以设置在密封表面605上，以提供抵靠内表面606的防水密封。诸如弹簧的偏压元件将密封表面605偏压远离内表面606，使得当阀内部的压力低时，阀打开以允许流体在阀600的入口608和出口609之间流动。图7中示出了此打开位置。阀600内部的压力的增加导致柱塞603滑动，使得迫使密封表面605抵靠内表面606，导致入口608和出口609之间的流动停止，如图6所示。一旦内部压力充分地减小，偏压元件607就导致柱塞603向后滑动并打开入口608和出口609之间的流动。簧环610可以设置在柱塞603上以限制柱塞603的行程。柱塞的行程范围可以替代地或附加地由阀600的壳体内的端部挡块限制。
因此，在一般方面中，阀600包括：
壳体611，具有入口608和出口609；
柱塞603，可滑动地安装到壳体611并且具有密封表面605，该密封表面布置成抵靠壳体611的内表面606密封以防止入口608和出口609之间的流动；以及
偏压元件607，布置成当阀600内的压力小于阈值压力水平时，使密封表面605偏压远离壳体611的内表面606，以保持入口608和出口609之间的流动路径，并且当阀600内的压力大于阈值压力水平时，关闭该流动路径。
可以将阈值压力水平设置为比外部压力(即大气压力)大预设的量，例如1巴。因此，只要阀内的压力小于1巴表压，即标称2巴绝对压力，阀就可保持打开，并且当压力高于此水平时关闭。
在主阀110的情况下，图8和图9中示出了实例压力致动阀800。阀800的结构大致类似于图6和图7的阀600的结构，其中阀800包括具有主体801和凸缘802的壳体811，柱塞803可滑动地安装有位于主体801内的滑动密封804，并且具有抵靠壳体的内表面806密封的密封表面805。然而，在此实例中，柱塞在未加压条件下由偏压元件807保持常闭，从而防止入口808和出口809之间的流动。当表压升高时，将柱塞803推向右侧并且阀800打开，从而允许入口808和出口809之间的流动。此打开位置在图9中示出。簧环810或其他类型的端部挡块限制柱塞的行程，以在压力下将阀800保持在其打开位置。
因此，在一般方面中，阀800包括：
壳体811，具有入口808和出口809；
柱塞803，可滑动地安装到壳体811并且具有密封表面805，该密封表面布置成抵靠壳体811的内表面806密封以防止入口808和出口809之间的流动；以及
偏压元件807，布置成当阀800内的压力小于阈值压力水平时，将密封表面605偏压抵靠壳体811的内表面806，以关闭入口808和出口809之间的流动路径，并且当阀800内的压力大于阈值压力水平时，打开该流动路径。
可以将阈值压力水平设置为比外部压力(即大气压力)大预设的量，例如1巴。因此，只要阀内的压力小于1巴表压，即标称2巴绝对压力，主阀就可以保持关闭，并且当压力高于此水平时打开。
如上所述类型的阀600、800可以作为旁通阀和主阀结合到系统100、400中，其中常开阀600作用在旁通阀111处，即在加压阶段期间关闭并在补给阶段期间打开，并且常闭阀800用作主阀110，即在加压阶段期间打开并在补给阶段期间关闭。因此，系统100、400的加压通过清洗阀112的操作和进给泵108的操作来控制。
图10和图11示出了用作旁通阀的阀的替代实例，其操作类似于图6和图7所示的操作。阀1000包括壳体1011，其容纳可滑动安装的柱塞1003。柱塞1003的轴从壳体1011向外伸出，在柱塞603和主体601之间提供滑动密封1004，以防止水泄漏。柱塞1003的内部部分包括密封表面1005，其可以抵靠壳体1011的相应内表面1006密封。密封O形环(未示出)可以设置在密封表面1005上，以提供对内表面1006的防水密封。诸如弹簧的偏压元件偏压密封表面1005，使其远离内表面1006，使得当阀1000内部的压力低时，阀打开以允许流体在阀1000的入口1008和出口1009之间流动。图11中示出了此打开位置。阀1000内部压力的增加导致柱塞1003滑动，使得将密封表面1005压向内表面1006，导致入口1008和出口1009之间的流动停止。一旦内部压力充分地减小，偏压元件1007就导致柱塞1003向后滑动并打开入口1008和出口1009之间的流动。可以提供端部挡块1010以限制柱塞1003的行程。
图12和图13示出了用作主阀的阀的替代实例，其操作类似于图8和图9所示的操作。阀1200的结构与图10和图11的阀1000的结构大致类似，其中阀1200包括壳体1211，柱塞1203通过滑动密封1204可滑动地安装在壳体内，并且具有抵靠壳体1211的内表面1206密封的密封表面1205。然而，在此实例中，柱塞1203在未加压条件下由偏压元件1207保持常闭，从而防止入口1208和出口1209之间的流动。当表压升高时，将柱塞1203向上推动并且阀1200打开，从而允许入口1208和出口1209之间的流动。图13中示出了此打开位置。可以提供端部挡块来限制柱塞1203的行程，以便在压力下将阀1200保持在其打开位置。
意图为将其他实施方式包含在由所附权利要求限定的本发明的范围内。

Claims (21)

1.一种脱盐系统，包括：
分隔的容器(101)，容纳将所述分隔的容器(101)分隔成各自具有可变体积的上游隔室(114)和下游隔室(115)的可移动分隔件(102)，该分隔的容器(101)具有在所述分隔的容器(101)的上游端处的第一入口端口(121)、在所述分隔的容器(101)的下游端处的第二入口端口(122)、和在所述分隔的容器(101)的下游端处的出口端口(124)；
膜容器(104)，容纳将所述膜容器(104)分成盐水隔室(131)和脱盐隔室(132)的错流半透膜(105)，所述盐水隔室(131)包括第一错流端口(106)和第二错流端口(107)，所述脱盐隔室(132)包括脱盐水出口端口(113)；
进给泵(108)，被连接以将盐水供应供给到所述第一入口端口(121)；
补给泵(109)，具有连接到所述第二错流端口(107)的入口和连接到所述第二入口端口(122)的出口，以将盐水供给到所述下游隔室(115)中；
主阀(110)，连接在所述分隔的容器(101)的下游端处的所述出口端口(124)和所述第一错流端口(106)之间；
旁通阀(111)，在一侧上连接到所述第一入口端口(121)，并且在另一侧上连接到所述第二错流端口(107)和所述补给泵(109)的入口；以及
清洗阀(112)，在一侧上连接到所述第一错流端口(106)和所述主阀(110)，并且在另一侧上连接到清洗端口(123)。
2.根据权利要求1所述的脱盐系统，包括连接至所述脱盐系统并配置为操作所述脱盐系统的控制器(125)，所述控制器(125)配置为：
在第一加压阶段中，关闭所述旁通阀(111)和所述清洗阀(112)，打开所述主阀(110)并操作所述进给泵(108)以向所述分隔的容器(101)的所述上游隔室(114)提供盐水供应，导致所述可移动分隔件(102)移动并由此使盐水从所述下游隔室(115)流入所述膜容器(104)的所述盐水隔室(131)，从而导致脱盐水经由所述脱盐水出口端口(113)从所述膜容器的所述脱盐隔室(132)离开；以及
在第二补给阶段中，打开所述旁通阀(111)和所述清洗阀(112)，关闭所述主阀(110)并操作所述补给泵(109)和所述进给泵(108)以将盐水供给到所述分隔的容器(101)的所述第二入口端口(122)，并且经由所述第二错流端口(107)供给到所述膜容器(104)的所述盐水隔室(131)中，以导致盐水经由所述第一错流端口(106)通过所述清洗端口(123)流出。
3.根据权利要求2所述的脱盐系统，其中，在所述第一加压阶段中，所述控制器配置为操作所述补给泵(109)以将盐水从所述盐水隔室(131)供给到所述分隔的容器(101)的所述第二入口端口(122)。
4.根据权利要求2或3所述的脱盐系统，其中，所述控制器(125)配置为重复所述加压阶段和所述补给阶段。
5.根据权利要求2或3所述的脱盐系统，包括第一传感器(126)，该第一传感器布置成提供信号以检测所述可移动分隔件(102)在所述补给阶段中何时已经到达所述分隔的容器(101)的上游端，所述控制器配置为在检测到来自所述第一传感器(126)的信号时结束所述补给阶段。
6.根据权利要求2或3所述的脱盐系统，包括第二传感器(127)，该第二传感器布置成提供信号以检测所述可移动分隔件(102)在所述加压阶段中何时已经到达所述分隔的容器(101)的所述下游端，所述控制器配置为在检测到来自所述第二传感器(127)的信号时结束所述加压阶段。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的脱盐系统，其中，所述分隔的容器(101)是圆柱形容器，并且所述可移动分隔件(102)是可滑动地安装在所述圆柱形容器内的活塞。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的脱盐系统，其中，所述膜容器(104)是圆柱形容器。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的脱盐系统，包括：
一个或多个另外的分隔的容器，每个分隔的容器容纳将该容器分隔成各自具有可变体积的上游隔室(114)和下游隔室(115)的可移动分隔件，每个另外的分隔的容器具有在所述分隔的容器的上游端处的第一入口端口(121)、在该容器的下游端处的第二入口端口(122)、和在该分隔的容器的所述下游端处的出口端口(124)；
一个或多个另外的膜容器，每个膜容器容纳将该膜容器分成盐水隔室(131)和脱盐隔室(132)的错流半透膜(105)，该盐水隔室(131)包括第一错流端口(106)和第二错流端口(107)，该脱盐隔室(132)包括脱盐水出口端口(113)，
其中，所述进给泵(108)被连接以将盐水供应供给到每个分隔的容器的第一入口端口(121)，所述补给泵(109)连接在每个膜容器的第二错流端口(107)和每个分隔的容器的第二入口端口(122)之间以将盐水供给到每个容器的下游隔室(115)中，所述主阀(110)连接在每个分隔的容器的所述下游端处的出口端口(124)和每个膜容器的第一错流端口(106)之间，所述旁通阀(111)在一侧上连接到每个分隔的容器的第一入口端口(121)并且在另一侧上连接到每个膜容器的第二错流端口(107)，并且所述清洗阀(112)在一侧上连接到每个膜容器的第一错流端口(106)。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的脱盐系统，其中，所述半透膜是反渗透类型的。
11.根据权利要求2或3所述的脱盐系统，其中，所述控制器(125)配置为电气地控制所述主阀(110)、所述旁通阀(111)和所述清洗阀(112)的操作。
12.根据权利要求2或3所述的脱盐系统，其中，所述控制器(125)配置为电气地控制所述清洗阀(112)的操作，并且其中，所述主阀(110)和所述旁通阀(111)通过所述脱盐系统内的水压水平在打开位置和关闭位置之间致动。
13.根据权利要求12所述的脱盐系统，其中，所述主阀(110)配置为当所述脱盐系统内的水压水平高于阈值压力水平时打开，并且所述旁通阀(111)配置为当水压水平低于所述阈值压力水平时打开。
14.根据权利要求13所述的脱盐系统，其中，所述主阀包括：
壳体(611)，具有入口(608)和出口(609)；
柱塞(603)，可滑动地安装到所述壳体(611)并且具有密封表面(605)，所述密封表面布置成抵靠所述壳体(611)的内表面(606)密封以防止所述入口(608)和所述出口(609)之间的流动；以及
偏压元件(607)，布置成当所述主阀内的水压水平小于所述阈值压力水平时，使所述密封表面(605)偏压远离所述壳体(611)的内表面(606)，以保持所述入口(608)和所述出口(609)之间的流动路径，并且当所述主阀内的水压水平大于所述阈值压力水平时，关闭该流动路径。
15.根据权利要求13或14所述的脱盐系统，其中，所述旁通阀包括：
壳体(811)，具有入口(808)和出口(809)；
柱塞(803)，可滑动地安装到该壳体(811)并且具有密封表面(805)，该密封表面布置成抵靠该壳体(811)的内表面(806)密封以防止该入口(808)和该出口(809)之间的流动；以及
偏压元件(807)，布置成当所述旁通阀内的水压水平小于所述阈值压力水平时，使该密封表面(805)偏压抵靠该壳体(811)的内表面(806)以关闭该入口(808)和该出口(809)之间的流动路径，并且当所述旁通阀内的水压水平大于所述阈值压力水平时，打开该流动路径。
16.根据权利要求13所述的脱盐系统，其中，所述阈值压力水平是大约1巴表压。
17.一种操作脱盐系统的方法，所述脱盐系统包括：
分隔的容器(101)，容纳将所述分隔的容器(101)分隔成各自具有可变体积的上游隔室(114)和下游隔室(115)的可移动分隔件(102)，所述分隔的容器(101)具有在所述分隔的容器(101)的上游端处的第一入口端口(121)、在所述分隔的容器(101)的下游端处的第二入口端口(122)、和在所述分隔的容器(101)的所述下游端处的出口端口(124)；
膜容器(104)，容纳将所述膜容器(104)分成盐水隔室(131)和脱盐隔室(132)的错流半透膜(105)，所述盐水隔室(131)包括第一错流端口(106)和第二错流端口(107)，所述脱盐隔室(132)包括脱盐水出口端口(113)；
进给泵(108)，被连接以将盐水供应供给到所述第一入口端口(121)；
补给泵(109)，连接在所述第二错流端口(107)和所述第二入口端口(122)之间，以将盐水供给到所述下游隔室(115)中；
主阀(110)，连接在所述分隔的容器(101)的所述下游端处的所述出口端口(124)和所述第一错流端口(106)之间；
旁通阀(111)，在一侧上连接到所述第一入口端口(121)，并且在另一侧上连接到所述第二错流端口(107)和所述补给泵(109)；以及
清洗阀(112)，在一侧上连接到所述第一错流端口(106)和所述主阀(110)，并且在另一侧上连接到清洗端口(123)，
所述方法包括：
在第一加压阶段中，关闭所述旁通阀(111)和所述清洗阀(112)，打开所述主阀(110)并操作所述进给泵(108)以向所述分隔的容器(101)的所述上游隔室(114)提供盐水供应，导致所述可移动分隔件(102)移动并由此使盐水从所述下游隔室(115)流入所述膜容器(104)的所述盐水隔室(131)，从而导致脱盐水经由所述脱盐水出口端口(113)从所述膜容器的所述脱盐隔室(132)离开；以及
在第二补给阶段中，打开所述旁通阀(111)和所述清洗阀(112)，关闭所述主阀(110)并操作所述补给泵(109)和所述进给泵(108)以将盐水供给到所述分隔的容器(101)的所述第二入口端口(122)，经由所述第二错流端口(107)供给到所述膜容器(104)的所述盐水隔室(131)中并且经由所述第一错流端口(106)通过所述清洗端口(123)流出。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述第一加压阶段包括操作所述补给泵(109)以将盐水从所述盐水隔室(131)供给到所述分隔的容器(101)的所述第二入口端口(122)。
19.根据权利要求17或权利要求18所述的方法，包括重复所述加压阶段和所述补给阶段。
20.根据权利要求17或18所述的方法，包括当所述可移动分隔件(102)在所述补给阶段中已经到达所述分隔的容器(101)的所述上游端时检测来自第一传感器(126)的信号，并且在检测到来自所述第一传感器(126)的信号时结束所述补给阶段。
21.根据权利要求17或18所述的方法，包括当所述可移动分隔件(102)在所述加压阶段中已经到达所述分隔的容器(101)的所述下游端时检测来自第二传感器(127)的信号，并且在检测到来自所述第二传感器(127)的信号时结束所述加压阶段。
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