CN1994905A - 海水或苦咸水反渗透淡化系统用双转盘耦合式压力交换器 - Google Patents

海水或苦咸水反渗透淡化系统用双转盘耦合式压力交换器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种海水或苦咸水反渗透淡化系统用双转盘耦合式压力交换器。其包括圆筒体、左转盘、右转盘、左端盖、右端盖及中心轴。由于本发明提供的海水或苦咸水反渗透淡化系统用双转盘耦合式压力交换器是利用两个转盘的同步旋转运动来实现压力交换过程，因此圆筒体及压力交换通孔的几何尺寸可以设计得较大一些，这样不仅可以增大压力交换器的单机处理负荷，而且还可大大降低转盘的旋转速度，从而保证运行过程中工作液体流动的连续及平稳性。此外，转盘旋转运动所需消耗的水力驱动力较小，从而利于进一步提高压力交换器的工作效率。

Description

海水或苦咸水反渗透淡化系统用双转盘耦合式压力交换器
技术领域
本发明属于流体压力能回收利用领域，特别是涉及一种海水或苦咸水反渗透淡化系统用双转盘耦合式压力交换器。
背景技术
近年来随着能量回收技术的快速发展及其装置效率的不断提高，反渗透海水淡化系统的产水能耗大幅度降低，从而为该技术的广泛推广及应用创造了良好的条件。能量回收装置目前已成为海水或苦咸水反渗透淡化系统的必备设备之一。目前国际市场上已有的能量回收装置按工作原理主要分为两类，即水力透平式(又称离心式)和正位移式(又称等压式)。其中水力透平式能量回收装置通常需要经过“压力能-轴功-压力能”的多步转化过程，能量回收效率最高约为80％。正位移式能量回收装置由于采用高压盐水直接增压原料海水的压力交换方式，能量回收效率高达91％～96％，其市场占有率近年来也呈现逐年快速增长的良好发展势头。正位移式能量回收装置按照实现方式的不同又可分为阀控式功交换器和转子式压力交换器两种。美国专利第5797429号中就公开了一种阀控式功交换器。这种交换器主要由拉杆式切换器、水压缸及止回阀组三部分组成。虽然这种类型的能量同收装置单机处理负荷可以很大，但由于受水压缸数量及切换器往复运动的限制，装置运行操作时常会出现原料海水流量波动的问题。而中国专利第98809685.4号中则公开了一种转子式压力交换器。该交换器的核心构件主要包括一个多通道转子和两个端盖。这种类型的能量回收装置是通过多通道转子的旋转运动来实现压力交换过程中增压和泄压冲程的连续顺序切换，因此工作液体供给和排出的连续性较好。但是由于受转子几何尺寸及转速的限制，该装置的单机处理负荷较小。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种结构简单、单机处理负荷大、无流量和压力波动且能量回收效率高的海水或苦咸水反渗透淡化系统用双转盘耦合式压力交换器。
为了达到上述目的，本发明提供的海水或苦咸水反渗透淡化系统用双转盘耦合式压力交换器包括圆筒体、左转盘、右转盘、左端盖、右端盖及中心轴；其中圆筒体的左右两端凹陷形成有两个腔体，其内部中心部位沿轴向贯通形成有一个中心轴孔，而中心轴孔的外部则形成有多条均匀分布在与其同心的中心圆上且具有相同直径和长度的压力交换通孔，位于腔体内部的内圆周面上靠近压力交换通孔两端部一侧沿圆周方向分别凹陷形成有一个环形槽，而位于腔体外部的外圆周面上同一侧面的圆周切向位置分别设有一个与腔体内部的环形槽相连通的增压海水排放接管和高压盐水输入接管；左转盘和右转盘由贯穿设置在圆筒体上中心轴孔内的中心轴相连接且分别设置在圆筒体的腔体内侧，其内侧面紧贴在压力交换通孔端部所处的圆筒体内端面上，其中左转盘的内侧面上凹陷形成有呈中心对称的两个圆弧形液流槽或两对圆弧形液流槽，并且其中一个液流槽或一对液流槽上沿轴向贯通形成有一个或一对低压海水流入通孔，另一个液流槽或另一对液流槽上沿径向向外贯通形成有一个或一对增压海水排出通孔，左转盘外圆周面中部形成有水力沟槽；右转盘的内侧面上凹陷形成有呈中心对称的两个圆弧形液流槽或两对圆弧形液流槽，并且其中一个液流槽或一对液流槽上沿轴向贯通形成有一个或一对泄压盐水排出通孔，而另一个液流槽或另一对液流槽上沿径向向外贯通形成有一个或一对高压盐水流入通孔，右转盘外圆周面中部形成有水力沟槽；左端盖和右端盖的中心位置上分别贯通设有一个低压海水入口接管和一个泄压盐水排放接管，并分别固定在圆筒体的两端。
所述的压力交换通孔的数量为2的整数倍。
所述的设置在同一压力交换器内部的左转盘和右转盘上的液流槽数量相同且位置相对应，液流槽为圆弧形结构，其深度沿周向方向呈梯度分布，并且每个转盘内侧面上相邻液流槽端部之间的距离大于压力交换通孔的直径。
所述的低压海水流入通孔、泄压盐水排出通孔、增压海水排出通孔和高压盐水流入通孔分别位于相应液流槽的某一端或中间位置。
所述的设置在同一压力交换器内部的左转盘上低压海水流入通孔和右转盘上泄压盐水排出通孔的位置相对应且横截面积相同。
所述的设置在同一压力交换器内部的左转盘上的增压海水排出通孔和右转盘上的高压盐水流入通孔的位置相对应且横截面积相同。
所述的圆筒体上环形槽的位置分别与左转盘及右转盘上水力沟槽的位置相对应且宽度相同。
所述的圆筒体上环形槽的位置分别与左转盘和右转盘上增压海水排出通孔及高压盐水流入通孔的位置相对应。
所述的水力沟槽呈鱼鳞形或人字形。
所述的圆筒体为在其中间部位内部加工出压力交换通孔而制成的一体式结构，或由圆筒形外壳和设置在外壳内部中间部位且其上形成有压力交换通孔的圆柱体构成的分体式结构。
由于本发明提供的海水或苦咸水反渗透淡化系统用双转盘耦合式压力交换器是利用两个转盘的同步旋转运动来实现压力交换过程，因此圆筒体及压力交换通孔的几何尺寸可以设计得较大一些，这样不仅可以增大压力交换器的单机处理负荷，而且还可大大降低转盘的旋转速度，从而保证运行过程中工作液体流动的连续及平稳性。此外，转盘旋转运动所需消耗的水力驱动力较小，从而利于进一步提高压力交换器的工作效率。
附图说明
图1为本发明提供的海水或苦咸水反渗透淡化系统用双转盘耦合式压力交换器轴向结构剖视图。
图2为图1中A-A向剖视图。
图3a和图3b分别为图1示出的压力交换器中左转盘和右转盘内侧面第一实施例结构示意图。
图4a和图4b分别为图1示出的压力交换器中左转盘和右转盘内侧面第二实施例结构示意图。
图5为图1示出的压力交换器中左、右转盘外圆周面结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明提供的海水或苦咸水反渗透淡化系统用双转盘耦合式压力交换器进行详细说明。
如图1～图5所示，本发明提供的海水或苦咸水反渗透淡化系统用双转盘耦合式压力交换器包括圆筒体6、左转盘4、右转盘4′、左端盖1、右端盖1′及中心轴12；其中圆筒体6的左右两端凹陷形成有两个腔体15和8，其内部中心部位沿轴向贯通形成有一个中心轴孔，而中心轴孔的外部则形成有多条均匀分布在与其同心的中心圆上且具有相同直径和长度的压力交换通孔5，位于腔体15和8内部的内圆周面上靠近压力交换通孔5两端部一侧沿圆周方向分别凹陷形成有一个环形槽3和3′，而位于腔体15和8外部的外圆周面上同一侧面的圆周切向位置分别设有一个与腔体15和8内部的环形槽3和3′相连通的增压海水排放接管13和高压盐水输入接管10；左转盘4和右转盘4′由贯穿设置在圆筒体6上中心轴孔内的中心轴12相连接而分别设置在圆筒体6的腔体15和8内侧，其内侧面紧贴在压力交换通孔5端部所处的圆筒体6内端面上，其中左转盘4的内侧面上凹陷形成有呈中心对称的两个圆弧形液流槽17和18或两对圆弧形液流槽17和17′及18和18′，并且其中一个液流槽17或一对液流槽17和17′上沿轴向贯通形成有一个或一对低压海水流入通孔2和2′，另一个液流槽18或另一对液流槽18和18′上沿径向向外贯通形成有一个或一对增压海水排出通孔14和14′，左转盘外圆周面中部形成有水力沟槽21；右转盘4′的内侧面上凹陷形成有呈中心对称的两个圆弧形液流槽19和20或两对圆弧形液流槽19和19′及20和20′，并且其中一个液流槽19或一对液流槽19和19′上沿轴向贯通形成有一个或一对泄压盐水排出通孔7和7′，而另一个液流槽20或另一对液流槽20和20′上沿径向向外贯通形成有一个或一对高压盐水流入通孔11和11′，右转盘外圆周面中部形成有水力沟槽21；左端盖1和右端盖1′的中心位置上分别贯通设有一个低压海水入口接管16和一个泄压盐水排放接管9，并分别固定在圆筒体6的两端。所述的压力交换通孔5的数量为2的整数倍。设置在同一压力交换器内部的左转盘4和右转盘4′上的液流槽数量相同且位置相对应，并且每个转盘内侧面上相邻液流槽端部之间的距离大于压力交换通孔5的直径。低压海水流入通孔2和2′、泄压盐水排出通孔7和7′、增压海水排出通孔14和14′及高压盐水流入通孔11和11′分别位于相应液流槽的某一端或中间位置。设置在同一压力交换器内部的左转盘4上低压海水流入通孔2和2′及右转盘4′上泄压盐水排出通孔7和7′的位置相对应且横截面积相同，并且左转盘4上的增压海水排出通孔14和14′及右转盘4′上的高压盐水流入通孔11和11′的位置相对应且横截面积相等。圆筒体6上环形槽3和3′的位置分别与左转盘4及右转盘4′上水力沟槽21的位置相对应且宽度相同，并且分别与左转盘4和右转盘4′上增压海水排出通孔14和14′及高压盐水流入通孔11和11′的位置相对应。所述的水力沟槽21呈鱼鳞形或人字形；圆筒体6为在其中间部位内部加工出压力交换通孔5而制成的一体式结构，或由圆筒形外壳和设置在外壳内部中间部位且其上形成有压力交换通孔5的圆柱体构成的分体式结构。
图3a和图3b中示出的左转盘4和右转盘4′内侧面上分别形成有两个呈中心对称的圆弧形液流槽17和18及19和20，每个液流槽可同时覆盖住4条压力交换通孔5的端部。每一转盘上两条液流槽的两个端部之间的距离略大于压力交换通孔5的直径。液流槽17和19的中间位置上沿转盘的轴线方向分别贯通形成有一个低压海水流入通孔2和一个泄压盐水排出通孔7，而液流槽18和20的中间位置上则沿转盘的径向向外贯通形成有一个增压海水排出通孔14和一个高压盐水流入通孔11。组装时须将液流槽17与液流槽19正对面安装。
图4a和图4b中示出的左转盘4和右转盘4′内侧面上分别形成有两对呈中心对称的液流槽17、17′和18、18′及19、19′和20、20′。液流槽17和17′及19和19′的中间位置上沿转盘的轴线方向分别贯通形成有一对低压海水流入通孔2和2′及一对泄压盐水排出通孔7，7′，而液流槽18和18′及20和20′的中间位置上则沿转盘的径向向外贯通形成有一对增压海水排出通孔14和14′及一对高压盐水流入通孔11和11′。组装时须将液流槽17和17′分别与液流槽19和19′正对面安装。
现以图2中示出的圆筒体6内设有10条压力交换通孔5，并且将位于最上端和最下端的压力交换通孔分别标记成5a和5f，同时采用图3a和图3b中示出的左转盘4和右转盘4′为例对本发明提供的海水或苦咸水反渗透淡化系统用双转盘耦合式压力交换器工作过程进行说明：如图1、图2、图3及图5所示，当该压力交换器开始运行时，高压盐水首先由圆筒体6上的高压盐水输入接管10进入到环形槽3′内并冲击在右转盘4′外圆周面中部的水力沟槽21上，从而驱动右转盘4′旋转，同时高压盐水经由右转盘4′上的高压盐水流入通孔11及液流槽20而进入到压力交换通孔5f的内部，从而对该通孔内已冲注的低压海水进行增压，增压后的海水经由左转盘4上的液流槽18及增压海水排出通孔14进入到圆简体6上的环形槽3内，最后通过圆筒体6上的增压海水排放接管13排出，此为增压过程。与此同时，低压海水由左端盖1上的低压海水入口接管16进入到圆筒体6的腔体15内部，然后通过左转盘4上的低压海水流入通孔2及液流槽17进入到压力交换通孔5a的内部，从而将通孔内的泄压盐水经由右转盘4′上的液流槽19和泄压盐水排出通孔7以及圆筒体6的腔体8和右端盖1′上的泄压盐水排放接管9排出，此为泄压过程。在上述过程中，右转盘4′在高压盐水的水力驱动作用下进行旋转的同时将带动与其同轴相连的左转盘4同步旋转。当旋转的左、右转盘4和4′上的液流槽17和19由完全覆盖住压力交换通孔5a两端到完全离开压力交换通孔5a两端时，压力交换通孔5a中的泄压过程结束。与此同时，左、右转盘4和4′上的液流槽18和20也同步由完全覆盖住压力交换通孔5f两端的状态转变成完全离开压力交换通孔5f的两端，此时压力交换通孔5f中的增压过程结束。此后，两转盘将在高压盐水的水力驱动下继续旋转，并在依次经过位于压力交换通孔5a～5f之间的其它通孔时重复上述相同过程。当两转盘旋转至其上的液流槽17和19开始部分覆盖住压力交换通孔5f的两端时，液流槽18和20也同步开始部分覆盖住压力交换通孔5a的两端，此时压力交换通孔5f中将变为泄压过程，而压力交换通孔5a中则变为增压过程。当连续旋转的转盘上的液流槽17和19由部分覆盖到全部覆盖住压力交换通孔5a的两端，再到部分离开并最终完全离开压力交换通孔5a的两端时，泄压过程结束。与此同时，液流槽18和20也同步由部分覆盖到全部覆盖压力交换通孔5a的两端，再到部分离开并最终全部离开压力交换通孔5a的两端时，增压过程结束。之后，两转盘继续同步旋转，直至回到原始位置，此时压力交换通孔5a和5f中又分别重新开始新一轮的泄压和增压过程。即圆筒体6上相距180度的每对压力交换通孔5在转盘每旋转一周时都进行一次增压过程和泄压过程。本发明正是通过连续旋转的转盘与圆筒体6上多条压力交换通孔5间的协同作用而实现高压盐水与低压海水间压力能的高效率和无波动交换过程。

Claims (10)

1、一种海水或苦咸水反渗透淡化系统用双转盘耦合式压力交换器，其特征在于：所述的压力交换器包括圆筒体(6)、左转盘(4)、右转盘(4′)、左端盖(1)、右端盖(1′)及中心轴(12)；其中圆筒体(6)的左右两端凹陷形成有两个腔体(15，8)，其内部中心部位沿轴向贯通形成有一个中心轴孔，而中心轴孔的外部则形成有多条均匀分布在与其同心的中心圆上且具有相同直径和长度的压力交换通孔(5)，位于腔体(15，8)内部的内圆周面上靠近压力交换通孔(5)两端部一侧沿圆周方向分别凹陷形成有一个环形槽(3，3′)，而位于腔体(15，8)外部的外圆周面上同一侧面的圆周切向位置分别设有一个与腔体(15，8)内部的环形槽(3，3′)相连通的增压海水排放接管(13)和高压盐水输入接管(10)；左转盘(4)和右转盘(4′)由贯穿设置在圆筒体(6)上中心轴孔内的中心轴(12)相连接且分别设置在圆筒体(6)的腔体(15，8)内侧，其内侧面紧贴在压力交换通孔(5)端部所处的圆筒体(6)内端面上，其中左转盘(4)的内侧面上凹陷形成有呈中心对称的两个圆弧形液流槽(17，18)或两对圆弧形液流槽(17，17′和18，18′)，并且其中一个液流槽(17)或一对液流槽(17，17′)上沿轴向贯通形成有一个或一对低压海水流入通孔(2，2′)，另一个液流槽(18)或另一对液流槽(18，18′)上沿径向向外贯通形成有一个或一对增压海水排出通孔(14，14′)，左转盘(4)外圆周面中部形成有水力沟槽(21)；右转盘(4′)的内侧面上凹陷形成有呈中心对称的两个圆弧形液流槽(19，20)或两对圆弧形液流槽(19，19′和20，20′)，并且其中一个液流槽(19)或一对液流槽(19，19′)上沿轴向贯通形成有一个或一对泄压盐水排出通孔(7，7′)，而另一个液流槽(20)或另一对液流槽(20，20′)上沿径向向外贯通形成有一个或一对高压盐水流入通孔(11，11′)，右转盘(4′)外圆周面中部形成有水力沟槽(21)；左端盖(1)和右端盖(1′)的中心位置上分别贯通设有一个低压海水入口接管(16)和一个泄压盐水排放接管(9)，并分别固定在圆筒体(6)的两端。
2、根据权利要求1所述的海水或苦咸水反渗透淡化系统用双转盘耦合式压力交换器，其特征在于：所述的压力交换通孔(5)的数量为2的整数倍。
3、根据权利要求1所述的海水或苦咸水反渗透淡化系统用双转盘耦合式压力交换器，其特征在于：所述的设置在同一压力交换器内部的左转盘(4)和右转盘(4′)上的液流槽的数量相同且位置相对应，液流槽为圆弧形结构，其深度沿周向方向呈梯度分布，并且每个转盘内侧面上相邻液流槽端部之间的距离大于压力交换通孔(5)的直径。
4、根据权利要求1所述的海水或苦咸水反渗透淡化系统用双转盘耦合式压力交换器，其特征在于：所述的低压海水流入通孔(2，2′)、泄压盐水排出通孔(7，7′)、增压海水排出通孔(14，14′)和高压盐水流入通孔(11，11′)分别位于相应液流槽的某一端或中间位置。
5、根据权利要求1所述的海水或苦咸水反渗透淡化系统用双转盘耦合式压力交换器，其特征在于：所述的设置在同一压力交换器内部的左转盘(4)上低压海水流入通孔(2，2′)和右转盘(4′)上泄压盐水排出通孔(7，7′)的位置相对应且横截面积相同。
6、根据权利要求1所述的海水或苦咸水反渗透淡化系统用双转盘耦合式压力交换器，其特征在于：所述的设置在同一压力交换器内部的左转盘(4)上的增压海水排出通孔(14)和右转盘(4′)上的高压盐水流入通孔(11，11′)位置相对应且横截面积相等。
7、根据权利要求1所述的海水或苦咸水反渗透淡化系统用双转盘耦合式压力交换器，其特征在于：所述的圆筒体(6)上环形槽(3，3′)的位置分别与左转盘(4)及右转盘(4′)上水力沟槽(21)的位置相对应且宽度相同。
8、根据权利要求1所述的海水或苦咸水反渗透淡化系统用双转盘耦合式压力交换器，其特征在于：所述的圆筒体(6)上环形槽(3，3′)的位置分别与左转盘(4)和右转盘(4′)上增压海水排出通孔(14，14′)及高压盐水流入通孔(11，11′)的位置相对应。
9、根据权利要求1所述的海水或苦咸水反渗透淡化系统用双转盘耦合式压力交换器，其特征在于：所述的水力沟槽(21)呈鱼鳞形或人字形。
10、根据权利要求1所述的海水或苦咸水反渗透淡化系统用双转盘耦合式压力交换器，其特征在于：所述的圆筒体(6)为在其中间部位内部加工出压力交换通孔(5)而制成的一体式结构，或由圆筒形外壳和设置在外壳内部中间部位且其上形成有压力交换通孔(5)的圆柱体构成的分体式结构。
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