CN203525570U - 一种基于反渗透系统的差压增压式能量回收装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于反渗透系统的差压增压式能量回收装置，它包括二位四通换向阀、第一液压缸、第二液压缸；第一液压缸具有第一液压缸的活塞和活塞杆，第二液压缸具有第二液压缸的活塞和活塞杆，本实用新型装置还具有设在高压浓水管上的第一调节阀、设在低压原料水管路上的第二调节阀。本实用新型具有更高的能量回收效率；不需要高压增压泵，能够利用回收的能量直接将低压原料水的压力提升到反渗透系统的进水压力，实现稳定的压力能量交换并减少设备投资和设备选型难度，同时还能使运用本实用新型的反渗透系统的产水率能通过调节高压泵流量或能量回收装置流量来改变。

Description

一种基于反渗透系统的差压增压式能量回收装置

技术领域

本实用新型涉及流体系统中的能量回收装置。

背景技术

国内外对于流体压力能综合利用技术及装备的研究已经有了很大的发展，开发研制了众多不同形式的装置。其中的一些装置已经成为产业化商品，应用到相应的工业领域上，并且取得了很好的经济效益，这对于企业节约能源、降低成本有很大的帮助。

压力流体能量综合利用设备主要分为两大类：

一类是高低压流体借助叶轮和主轴来传递能量，即以机械能作为流体压力能量传递的中间环节。典型的装置包括反转泵型（Francis Pump）、佩尔顿透平（Pelton Whee1）和水力透平（Turbo Charger）。虽然此类能量回收装置技术比较成熟，但由于原理上的不足，即必须先将压力能转化为机械能后再转化为压力能，在转化过程中不可避免地存在能量损失，因此在现有基础上进一步提高效率的空间已经非常有限，其能量回收效率在30~70%左右。

20世纪90年代初，另一类效率更高的流体压力能量回收技术——功能（压力）交换器迅速发展起来，功能（压力）交换器的结构非常简单，高压流体通过活塞（包括以高、低压混合液柱为活塞）的传递作用为低压流体加压，若忽略活塞的摩擦等因素，理论上能量传递效率可达100%；而实际上功交换器的回收效率可达90%以上，近年来在众多过程工业领域得以应用。按照结构不同，压力交换器又可分为阀配流式功能（压力）交换器和盘配流式功能（压力）交换器两种。典型的阀配流式功能（压力）交换器代表产品有瑞士Calder公司的等压活塞式功能交换器（Work Exchanger)；典型的盘配流式功能（压力）交换器典型的代表有美国ERI公司的旋转压力交换器（Pressure Exchanger）。

常规海水淡化工艺，经过预处理合格的海水分成二路，一路由高压泵直接升压到海水淡化额定操作压力（如5.5MPa）；另一路经能量回收装置（等压交换）通过压力交换获取浓水余压能后（如5.3MPa），再经高压增压泵增压至海水淡化额定操作压力（约5.5MPa），与前一路高压海水汇合后进入反渗透膜组件。而高压增压泵制造成本跟高压泵接近，尤其是小流量高压增压泵价格十分昂贵。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于反渗透系统的差压增压式能量回收装置，不需要高压增压泵，能够利用回收的能量直接将低压原料水的压力提升到反渗透系统的进水压力，实现稳定的压力能量交换并减少设备投资和设备选型难度。为此，本实用新型采用以下技术方案：

它包括：二位四通换向阀、第一液压缸、第二液压缸；第一液压缸具有第一液压缸的活塞和活塞杆，第二液压缸具有第二液压缸的活塞和活塞杆；所述差压增压式能量回收装置还具有出口与第一液压缸有杆腔相连且进口与低压原料口进口相连的第一配流单向阀、出口与第二液压缸有杆腔相连且进口与低压原料口进口相连的第二配流单向阀、进口与第一液压缸有杆腔相连且出口与高压原料水排出口相连的第三配流单向阀、进口与第二液压缸有杆腔相连且出口与高压原料水排出口相连的的第四配流单向阀；二位四通换向阀的第一端口与第一液压缸无杆腔相通，第二端口与第二液压缸无杆腔相通，第三端口与高压浓水入口相通，第四端口与低压浓水排放口相通，所述差压增压式能量回收装置还具有设在高压浓水管上的第一调节阀、设在低压原料水管路上的第二调节阀；

进入能量回收装置高压浓水入口的高压浓水流量大于从能量回收装置高压原料水排出口排出的高压原料水流量，且进入的高压浓水流量与排出的高压原料水流量的比值等于第一液压缸有杆腔的有效截面积与第一液压缸无杆腔的比值，也等于第二液压缸有杆腔的有效截面积与第二液压缸无杆腔的比值；

所述第一调节阀和第二调节阀用于调节流量使二位四通换向阀按一定的时间换向，该时间是第一液压缸无杆腔最大体积除以进入能量回收装置的高压浓水入口的流量值的商或第二液压缸无杆腔最大体积除以进入能量回收装置的高压浓水入口的流量值的商；

所述高压原料水排出口处的高压原料水压力达到反渗透膜堆的进水压力。

由于采用本实用新型的技术方案，本实用新型具体有的有益的效果是：

本实用新型比起反转泵型（Francis Pump）、佩尔顿透平（Pelton Whee1）和水力透平（Turbo Charger）之类需要中间转换成机械能的压力能量利用装置具有更高的能量回收效率。

运用本实用新型的反渗透系统比起等压压力交换能量回收器的反渗透系统，不需要使用高压增压泵来为获得能量的高压原料水进一步增压，利用回收的能量直接将低压原料水的压力提升到反渗透系统的进水压力，实现稳定的压力能量交换并减少设备投资和设备选型难度。

而且，运用本实用新型的反渗透系统的产水率可通过调节高压泵流量或能量回收装置流量来改变，而以往应用类似差压式结构能量回收装置的反渗透系统的产水率是固定的，运行过程中不可调节。在本实用新型中，第一调节阀为高压调节阀：主要用于控制浓水流量，也就是调节系统回收率；第二调节阀为低压调节阀：主要用于调节低压进水流量，使能量回收装置中低压进水流量与高压原料水流量相适应，一般低压进水流量略大于高压原料水流量。

附图说明

    图1为本实用新型所提供的原理图，显示了本实用新型的原理。

具体实施方式

参照附图。本实用新型所提供的差压增压式能量回收装置60包括：二位四通换向阀3、第一液压缸1、第二液压缸2；第一液压缸1具有第一液压缸1的活塞和活塞杆11，第二液压缸2具有第二液压缸2的活塞和活塞杆21；所述差压增压式能量回收装置还具有出口与第一液压缸1有杆腔A1相连且进口与低压原料口进口P1相连的第一配流单向阀4、出口与第二液压缸2有杆腔B1相连且进口与低压原料口进口P1相连的第二配流单向阀6、进口与第一液压缸1有杆腔A1相连且出口与高压原料水排出口P4相连的第三配流单向阀5、进口与第二液压缸2有杆腔B1相连且出口与高压原料水排出口P4相连的的第四配流单向阀7；二位四通换向阀3的第一端口33与第一液压缸1无杆腔A2相通，第二端口34与第二液压缸2无杆腔B2相通，第三端口31与高压浓水入口P3相通，第四端口32与低压浓水排放口P2相通，所述差压增压式能量回收装置还具有设在高压浓水管上的第一调节阀9、设在低压原料水管路上的第二调节阀8；

进入能量回收装置高压浓水入口P3的高压浓水流量大于从能量回收装置高压原料水排出口P4排出的高压原料水流量，且进入的高压浓水流量与排出的高压原料水流量的比值等于第一液压缸1有杆腔A1的有效截面积与第一液压缸1无杆腔A2的比值，第二液压缸2有杆腔B1的有效截面积与第二液压缸2无杆腔B2的比值等于第一液压缸1有杆腔A1的截面积与第一液压缸1无杆腔A2的比值；所述有杆腔有效截面积是指：无杆腔截面积减去有杆腔中的活塞杆截面积的面积。

所述第一调节阀9和第二调节阀8用于调节流量使二位四通换向阀3按一定的时间换向，该时间是第一液压缸1无杆腔A2最大体积除以进入能量回收装置的高压浓水入口P3的流量值的商或第二液压缸2无杆腔B2最大体积除以进入能量回收装置的高压浓水入口P3的流量值的商；

所述高压原料水排出口P4处的高压原料水压力达到反渗透膜堆50的进水压力。

通过二位四通换向阀3按一定的时间换向，能量回收装置60工作有二种状态，一种状态是二位四通阀3左位通时，高压浓水被导入第一液压缸1无杆腔A2推动活塞和活塞杆11将第一液压缸1有杆腔A1的原料水从第三配流单向阀5以高压的状态通过高压原料水出口P4排出进入反渗透膜堆50，同时低压原料水从P1口通过第二配流单向阀6进入第二液压缸2有杆腔B1推动活塞和活塞杆21将第二液压缸2有杆腔B1的反渗透浓水以低压的状态排出；另一种状态是二位四通阀3换向为右位通时，高压浓水被导入第二液压缸2无杆腔B2推动活塞和活塞杆21将第二液压缸2有杆腔B1的原料水从第四配流单向阀7以高压的状态通过高压原料水出口P4排出进入反渗透膜堆50，同时低压原料水从P1口通过第一配流单向阀4进入第一液压缸1有杆腔A1推动活塞和活塞杆11将第一液压缸1有杆腔A1的反渗透浓水以低压的状态排出。

如图1所示，应用了本实用新型一种基于反渗透系统的差压增压式能量回收装置的海水反渗透淡化系统由原料槽10、低压泵20、滤器30、高压泵40、反渗透膜膜堆50和本实用新型的差压增压式能量回收装置60及连接管道组成；经滤器30处理后的低压原料水分为两路，一路经高压泵升压至反渗透膜膜堆50的额定操作压力，另一路连接第二调节阀8，经差压增压式能量回收装置60升压至反渗透膜膜堆50的额定操作压力，所述两路汇集后作为反渗透膜膜堆50的进水。

其操作步骤如下：首先启动低压泵20，其出力为100m³/h×0.2MPa，原料水海水增压经精度为20um的滤器30过滤后进入高压泵40和差压增压式能量回收装置60，然后同时启动高压泵40和差压增压式能量回收装置60（启动能量回收装置60即启动二位四通阀3），高压泵出力为48m³/h×6.0MPa，差压增压式能量回收装置60接受反渗透膜膜堆50排出的高压浓水60 m³/h×5.8MPa，接受低压泵20输送的低压原料水52 m³/h×0.2MPa，输出高压原料水52 m³/h×6.0MPa，输出低压浓水60 m³/h×0.05MPa，工程应用反渗透系统浓水的能量回收效率约90%。

它的优点是：比效率为35-70%的水力涡轮式能量回收装置，效率更高；与应用有等压压力交换式能量回收装置的系统需要高压增压泵相比，二者效率相当，但应用本实用新型成果的反渗透系统集压力交换和高压增压为一体，无需高压增压泵，使用更加方便，成本更低。

Claims (1)

1.一种基于反渗透系统的差压增压式能量回收装置，其特征在于它包括：二位四通换向阀（3）、第一液压缸（1）、第二液压缸（2）；第一液压缸（1）具有第一液压缸（1）的活塞和活塞杆（11），第二液压缸（2）具有第二液压缸（2）的活塞和活塞杆（21）；所述差压增压式能量回收装置还具有出口与第一液压缸（1）有杆腔（A1）相连且进口与低压原料口进口（P1）相连的第一配流单向阀（4）、出口与第二液压缸（2）有杆腔相连且进口与低压原料口进口（P1）相连的第二配流单向阀（6）、进口与第一液压缸（1）有杆腔（A1）相连且出口与高压原料水排出口（P4）相连的第三配流单向阀（5）、进口与第二液压缸（2）有杆腔相连且出口与高压原料水排出口（P4）相连的的第四配流单向阀（7）；二位四通换向阀（3）的第一端口（33）与第一液压缸（1）无杆腔（A2）相通，第二端口（34）与第二液压缸（2）无杆腔（B2）相通，第三端口（31）与高压浓水入口（P3）相通，第四端口（32）与低压浓水排放口（P2）相通，所述差压增压式能量回收装置还具有设在高压浓水管上的第一调节阀（9）、设在低压原料水管路上的第二调节阀（8）。