ES2924780B2 - Presurizador de fluido a fluido y método de funcionamiento del mismo - Google Patents

Description

DESCRIPCIÓN

Presurizador de fluido a fluido y método de funcionamiento del mismo

Referencia cruzada a la solicitud relacionada

Esta solicitud reivindica la prioridad de la Solicitud de Patente de Utilidad de Estados Unidos Núm. 16/995,136, presentada el 17 de agosto de 2020, y también reivindica el beneficio de la Solicitud Provisional de Estados Unidos Núm. 62/894,186 presentada el 30 de agosto de 2019. Las descripciones de las cuales se incorporan en la presente descripción como referencia.

Campo técnico

La presente descripción se refiere generalmente a una máquina giratoria, y, más específicamente, a un presurizador de fluido a fluido que se usa para transferir energía hidráulica de una corriente a otra.

Antecedentes

Las declaraciones en esta sección simplemente proporcionan información de antecedentes relacionada con la presente descripción y pueden no constituir la técnica anterior.

Varios procesos industriales requieren el uso de corrientes altamente presurizadas para varios fines. Las corrientes altamente presurizadas requieren una cantidad considerable de energía para aumentar la presión de la corriente. Un ejemplo de un proceso incluye la desalinización por ósmosis inversa que requiere la presurización de una corriente de alimentación y la despresurización de una corriente de salmuera. Otro proceso industrial que requiere corrientes altamente presurizadas incluye sistemas de purificación de gas absorbente de base líquida. Los sistemas de purificación de gas presurizan una corriente pobre y despresurizan una corriente rica. Los sistemas de refrigerante de base líquida despresurizan el refrigerante para su uso en intercambiadores de calor livianos y vuelven a presurizar el fluido a la presión del proceso. Sin un tipo de recuperación de energía, tales sistemas son altamente costosos.

Un ejemplo de un dispositivo de recuperación de energía es un turbocompresor accionado por líquido. Otro ejemplo de un dispositivo de recuperación de energía es un presurizador de fluido a fluido de desplazamiento positivo que transfiere la energía hidráulica de una corriente de fluido a otra.

Con referencia ahora a la Figura 1, un sistema de ósmosis inversa 10 tiene una cámara de membrana 12 que tiene una membrana de ósmosis inversa 14 dispuesta en el mismo. La cámara de membrana 12 tiene una entrada de fluido de alimentación 16 que recibe fluido de alimentación para procesarse dentro de la cámara de membrana 12. El permeado a baja presión sale de la cámara de membrana 12 a través de una salida de permeado 18. La salmuera sale de la cámara de membrana 12 a través de una salida de salmuera 19.

La alimentación en la entrada de fluido 16 se presuriza altamente. Una tubería de alimentación a baja presión 20 proporciona fluido de alimentación de presión de carga a una bomba 22 que presuriza el fluido de alimentación a los requisitos del proceso y comunica el fluido presurizado a la entrada de fluido de alimentación 16.

Antes de la bomba 22, una tubería 24 comunica el fluido a una matriz de dispositivos de transferencia de presión 26 desde la tubería de alimentación 20. Los dispositivos de transferencia de presión 26 se usan para aumentar la baja presión del fluido de alimentación que se comunica a la entrada de fluido de alimentación 16 a la presión del proceso mediante el uso del fluido de salmuera a alta presión de la salida de salmuera 19. La salmuera a alta presión ingresa a los dispositivos de transferencia de presión 26 a través de una entrada a alta presión 32 y el fluido a baja presión sale de los dispositivos de transferencia de presión 26 en la salida a baja presión 34. Puede usarse un medidor de flujo 36 para monitorear el caudal del fluido de salmuera a través de los dispositivos de transferencia de presión 26. Una válvula de control 38 conduce a un drenaje 40.

La tubería 24 comunica alimentación a baja presión a los dispositivos de transferencia de presión 26. Una tubería de salida a alta presión 42 comunica el fluido a la entrada de fluido de alimentación 16 a través de una bomba 44 y un medidor de flujo 46. Al monitorear los medidores de flujo 36, 46, la alimentación de salmuera y los caudales de alimentación se controlan para que sean aproximadamente iguales. La bomba 44 eleva la presión de los dispositivos de transferencia de presión 26.

Con referencia ahora a la Figura 2, se expone un dispositivo de transferencia de presión de acuerdo con la técnica anterior. El dispositivo de transferencia de presión 26 incluye un rotor 50. El rotor 50 incluye una pluralidad de canales de flujo longitudinales paralelos 52A-52D. En este ejemplo, se ilustran cuatro canales de flujo 52A-52D. Los canales de flujo 52A-52D se establecen en una disposición circular. La flecha 54 indica la dirección de rotación del rotor 50. Un par de estatores 56A, 56B se disponen adyacentes a cada extremo de los rotores 50. Los estatores 56A, 56B tienen placas de válvula 60A, 60B. La placa de válvula 60A tiene puertos de válvula 62A, 64A. La placa de válvula 60B tiene puertos de válvula 62B, 64B. Los puertos de válvula 62A, 62B se alinean a través de los canales de flujo 52A-52D durante el funcionamiento. Los puertos de válvula 64A y 64B también se alinean a través de los canales de flujo 52A-52D durante el funcionamiento. La alineación del puerto de válvula 62A, 62B y 64A, 64B genera un flujo de fluido en la dirección de la flecha 66A, 66B.

Entre los puertos de válvula 62A, 62B hay áreas de sellado 68A, 68B. Las áreas de sellado 68A, 68B son ligeramente más anchas que el ancho de los canales de flujo 52 dentro del rotor.

Con referencia ahora a las Figuras 3A y 3B, un alojamiento 80 rodea el rotor 50. Las placas de extremo 82A, 82B (de las que se muestran vistas de extremos) son parte de los estatores 56A, 56B. Las placas de extremo 82A, 82B tienen las placas de válvula 60A, 60B incorporadas en las mismas. Del mismo modo, los puertos de válvula 62A, 62B, 64A, 64B se incorporan en las placas de extremo 82A, 82B, respectivamente.

En este ejemplo, el puerto de válvula 62A se alinea con la tubería de entrada 84, el canal de flujo 52A y la tubería de salida 86. El proceso comienza presumiblemente con el fluido ya dentro de los canales de flujo 52A-52D. Se proporciona fluido a baja presión a través de la tubería 84 tal como desde la tubería de alimentación 20 en la Figura 1. El fluido a baja presión empuja el fluido a baja presión fuera de la tubería de salida 86. El fluido a baja presión proviene de la salida de salmuera 19. Como se establece, dos características diferentes del fluido están dentro del canal de flujo 52A, 52B. En este ejemplo de un sistema de ósmosis inversa, la tubería de entrada de fluido 84 proporciona un fluido de menor salinidad que el fluido de salmuera de la salida de salmuera 19. Bajo ciertas condiciones de flujo, el área de mezcla 82 permanece pequeña (tiene una menor longitud o volumen).

El canal de flujo 52C recibe fluido a alta presión desde la salida de salmuera 90 que, a su vez, aumenta la presión del fluido de alimentación en el mismo de la etapa anterior. El puerto de válvula 64A, 64B y el canal de flujo longitudinal 52C están en alineación para obtener el flujo de fluido. Como puede verse en la Figura 3B, los canales de flujo 52C, 52A se han movido 180° en rotación. La rotación se crea por el flujo de salmuera que ingresa al canal de bombeo con un componente de velocidad tangencial que imparte un par en el rotor.

Existe una serie de desventajas con relación al sistema ilustrado en las Figuras 3A y 3B. Es decir, se requiere que el rotor sea relativamente compacto de manera que el rotor pueda girar fácilmente. Es decir, está disponible un par limitado del flujo de salmuera y por lo tanto el tamaño del rotor 50 debe ser relativamente compacto. También hay muy poco control sobre cuándo la interfaz de fluido de salmuera/alimentación 92 alcanza el final del canal de flujo. La cavitación puede dañar las aberturas y cierres del canal del rotor con fluidos a alta presión despresurizados a fluidos a baja presión en solo unos pocos milisegundos. El ruido y la rápida despresurización del fluido están entre otras desventajas.

Con referencia ahora a la Figura 4A, otra limitación de tales sistemas es que la interfaz 92' puede proporcionar una mezcla excesiva entre la salmuera y los fluidos de alimentación. Debido a que no existe una barrera física, la difusión y la turbulencia pueden crear contaminación cruzada entre los dos volúmenes. En la Figura 4A, la longitud de la interfaz contaminada 92' es significativamente mayor que la ilustrada en las Figuras 3A y 3B. Incluso bajo las condiciones perfectas, la contaminación cruzada es alrededor de 5-6 %.

Con referencia ahora a la Figura 4B, cuando el flujo de alimentación es demasiado alto o el flujo de salmuera es demasiado bajo, o ambos, la interfaz de fluido puede impulsarse más allá del rotor 50. El fluido de alimentación adicional en la tubería 86 es menos preocupante que el fluido de salmuera adicional en la tubería de alimentación 88. Esto puede reducir la eficiencia general del sistema porque el fluido de salmuera adicional terminará comunicado a la cámara de la membrana.

Resumen

En un aspecto de la descripción, un presurizador de fluido a fluido incluye una porción estacionaria alargada que comprende una pluralidad de canales de flujo, dicha porción estacionaria que comprende una primera cara en un primer extremo y una segunda cara en un segundo extremo. Un primer y un segundo alojamiento del rotor se disponen adyacentes al extremo de la porción estacionaria alargada y tienen una entrada de fluido acoplada fluídicamente al primero y segundo canales anulares respectivos. Una primera y segunda placas de válvula giratoria están en los alojamientos y tienen puertos de válvula de entrada que acoplan la entrada de fluido a la pluralidad de canales de flujo y puertos de válvula de salida que acoplan fluídicamente los canales de flujo a las caras adyacentes del rotor. Las placas de válvula giratoria tienen superficies de sellado adyacentes a las caras del estator. Los sellos anulares se disponen entre los alojamientos del rotor y la placa de válvula giratoria entre los canales anulares. Un motor o motores giran las placas de válvulas giratorias dentro de los alojamientos.

La presente descripción también se refiere a las siguientes características a combinar con la reivindicación 1 y con una o varias de las otras características que incluyen la primera placa de válvula giratoria acopla simultáneamente una primera pluralidad de una pluralidad de canales de flujo a la entrada de fluido y la segunda placa de válvula giratoria acopla simultáneamente una segunda pluralidad de canales de flujo a la salida de fluido; la primera pluralidad de canales de flujo y la segunda pluralidad de canales de flujo son simétricamente opuestos alrededor de un eje longitudinal de la placa giratoria; un vástago del motor en donde el primer motor se acopla a la primera placa de válvula giratoria y la segunda placa de válvula giratoria con el vástago del motor; un primer vástago del motor que acopla el primer motor y la primera placa de válvula giratoria y un segundo vástago del motor que acopla un segundo motor a la segunda placa de válvula giratoria; el primer vástago del motor comprende un primer codificador que genera una primera señal de codificador y el segundo vástago del motor comprende un segundo codificador que genera una segunda señal de codificador y un controlador del motor que controla de forma sincrónica el primer motor y el segundo motor en base a la primera señal de codificador y la segunda señal de codificador; la pluralidad de canales de flujo se define por una pluralidad de paredes radiales, una pared anular interna y una pared anular externa, dichas paredes radiales que definen un primer ancho para cada uno de la pluralidad de canales de flujo; la válvula giratoria comprende un área de sellado que comprende un primer borde de sellado radial, un segundo borde de sellado radial que tiene un segundo ancho entre los mismos, dicho segundo ancho igual a o mayor que el primer ancho; el primer borde de sellado radial comprende una primera conicidad que se extiende desde el mismo, el borde de sellado que comprende un inserto formado de un material resistente al desgaste diferente al material de la placa de puerto; la primera conicidad es lineal; la primera conicidad es curva; el inserto es extraíble; el primer borde de sellado radial comprende un borde posterior y el segundo borde de sellado radial comprende un borde delantero, en donde el segundo borde de sellado radial comprende una segunda conicidad; la válvula giratoria comprende un par de áreas de sellado dispuestas de manera opuesta que comprenden una primera área; el área de sellado comprende cuatro áreas de sellado diametralmente opuestas y separadas uniformemente; el área de sellado comprende una pluralidad de grupos de cuatro áreas de sellado diametralmente opuestas y separadas uniformemente; la primera placa de válvula giratoria comprende una primera porción de sellado anular, una segunda porción de sellado anular separada de la primera porción de sellado anular, dicho primer borde de sellado radial y dicho segundo borde de sellado radial que se extienden entre la primera porción de sellado anular y la segunda parte de sellado anular; la primera porción de sellado anular comprende una pluralidad de ranuras superpuestas radialmente; la pluralidad de ranuras superpuestas radialmente se extienden radialmente; la pluralidad de ranuras superpuestas radialmente se disponen en ángulo con relación a un radio; la pluralidad de ranuras superpuestas radialmente tienen un milímetro de profundidad o menos; el área de sellado comprende una pluralidad de ranuras dispuestas sobre el mismo; el área de sellado comprende un primer conjunto de ranuras que se extienden desde el primer borde de sellado hacia el segundo borde de sellado y un segundo conjunto de ranuras que se extienden desde el segundo borde de sellado hacia el primer borde de sellado; el primer alojamiento del rotor comprende además una cámara dispuesta adyacente a la placa de válvula giratoria, la cámara acoplada fluídicamente a la entrada a través de una primera válvula de control y en donde la cámara se acopla fluídicamente a la salida de fluido a través de una segunda válvula de control, un controlador acoplado a la primera válvula de control y la segunda válvula de control que controla la presión del fluido dentro de la cámara; la presión del fluido dentro de la cámara proporciona una fuerza axial sobre el rotor hacia la porción estacionaria; la pluralidad de canales de flujo comprende una primera porción de extremo de canal de flujo que tiene una primera área de sección transversal una segunda porción de extremo de canal de flujo que tiene una segunda área de sección transversal y una porción intermedia del canal de flujo que tiene una tercera área de sección transversal, dicha área de sección transversal intermedia es menor que la primera área de sección transversal y la segunda área de la sección transversal; la porción intermedia del canal de flujo comprende una partición móvil dispuesta en el mismo; la primera porción de extremo del canal de flujo comprende un primer tope de partición separado de la porción intermedia del canal de flujo que permite que la partición móvil se extienda parcialmente desde la misma; la primera porción de extremo del canal de flujo comprende un primer tope de partición dispuesto en la primera porción de extremo del canal de flujo y un segundo tope de partición dispuesto en la segunda porción de extremo del canal de flujo; el primer tope de partición se dispone más cerca de la porción intermedia que el segundo tope de partición; la partición móvil tiene una primera posición de extremo adyacente al primer tope de partición y una segunda posición de extremo adyacente al segundo tope de partición, en la primera posición de extremo el flujo de fluido del canal de flujo se bloquea y, en la segunda posición de extremo, el flujo de fluido a través del canal de flujo se bloquea parcialmente; la porción estacionaria comprende una primera placa frontal extraíble y una segunda placa frontal extraíble; la primera porción de extremo del canal de flujo se dispone en una primera placa frontal extraíble y la segunda porción de extremo del canal de flujo se dispone en una segunda placa frontal extraíble; la partición comprende una aleta guía; la pluralidad de canales de flujo comprende una pluralidad de tuberías acopladas a un primer colector de tuberías y a un segundo colector de tuberías; la pluralidad de tuberías se acopla al primer colector de tuberías en una pluralidad de juntas de tuberías y, el alojamiento de la placa de válvula giratoria se acopla al primer colector de tuberías.

En otro aspecto de la descripción, un sistema de ósmosis inversa tiene una cámara de membrana que tiene una entrada de fluido de alimentación, una salida de permeado y una salida de salmuera. Un presurizador de fluido a fluido como se menciona en la reivindicación 1 se dispone en el sistema de ósmosis inversa. El primer alojamiento del rotor se acopla fluídicamente a la entrada de fluido de alimentación de la cámara de membrana y el segundo alojamiento del rotor se acopla a la salida de salmuera. Un primer sensor de caudal genera una señal de caudal de salmuera y un controlador acoplado al primer sensor de caudal controla la velocidad del motor en respuesta al caudal de salmuera.

La presente descripción también se refiere a las siguientes características a combinar con la reivindicación 1 y con una o varias de las otras características que incluyen un sensor de salinidad acoplado a una salida de fluido del alojamiento del primer rotor que genera una señal de salinidad correspondiente a la salinidad del fluido de salida de fluido; y el controlador acoplado al motor y al sensor de salinidad, el controlador que controla la velocidad del motor en respuesta a la señal de salinidad.

En aún otro aspecto de la descripción, un método de funcionamiento de un presurizador de fluido a fluido que tiene una porción estacionaria alargada que comprende una pluralidad de canales de flujo, una primera cara en un primer extremo y una segunda cara en un segundo extremo, un primer alojamiento del rotor estacionario dispuesto adyacente al primer extremo de la porción estacionaria alargada y que comprende una primera placa de válvula giratoria en el mismo, un segundo alojamiento del rotor estacionario dispuesto adyacente al segundo extremo de la porción estacionaria que comprende una segunda placa de válvula giratoria en el mismo incluye comunicar el fluido de alimentación a baja presión con el presurizador de fluido a fluido, comunicar fluido de proceso a alta presión con el presurizador de fluido a fluido, girar la primera placa de válvula giratoria y la segunda placa de válvula giratoria dentro del primer alojamiento del rotor estacionario y el segundo alojamiento del rotor estacionario de forma sincrónica de manera que el fluido de alimentación a baja presión se presurice por el fluido de proceso a alta presión dentro de la pluralidad de canales de flujo para formar el fluido de alimentación a alta presión y controlar una velocidad de rotación en respuesta a una condición detectada en el fluido de alimentación a alta presión o un fluido de proceso a alta presión.

La presente descripción también se refiere a las siguientes características a combinar con el método y con una o varias de las otras características que incluyen controlar la velocidad de rotación que comprende controlar la velocidad de rotación en respuesta a la salinidad del fluido de alimentación a alta presión, controlar la velocidad de rotación comprende controlar la velocidad de rotación en respuesta a un caudal del fluido del proceso a alta presión y girar la primera placa de válvula giratoria y la segunda placa de válvula giratoria dentro del primer alojamiento del rotor estacionario y el segundo alojamiento del rotor estacionario de forma sincrónica que comprende girar la primera placa de válvula giratoria y la segunda placa de válvula giratoria dentro del primer alojamiento del rotor estacionario y el segundo alojamiento del rotor estacionario de forma sincrónica en base a una señal de un primer codificador y un segundo codificador.

Otras áreas de aplicabilidad resultarán evidentes a partir de la descripción proporcionada en la presente descripción. Debe entenderse que la descripción y los ejemplos específicos se destinan sólo a fines sólo ilustrativos y no pretenden limitar el alcance de la presente descripción.

Breve descripción de los dibujos

Los dibujos descritos en la presente descripción son sólo para fines ilustrativos y no pretenden limitar el alcance de la presente descripción de ninguna manera.

La Figura 1 es una vista esquemática de un sistema de ósmosis inversa de acuerdo con la técnica anterior.

La Figura 2 es una vista en perspectiva de un presurizador de fluido a fluido de acuerdo con la técnica anterior.

La Figura 3A es una vista lateral y frontal del presurizador de fluidos de la Figura 2 de acuerdo con la técnica anterior.

La Figura 3B es una vista lateral del presurizador de fluidos en una segunda posición operativa de acuerdo con la técnica anterior.

La Figura 4A es una vista lateral de un presurizador de fluidos que tiene una gran zona de mezcla de acuerdo con la técnica anterior.

La Figura 4B es una vista lateral de un presurizador de fluido a fluido de acuerdo con la técnica anterior que tiene soplado a través de la interfaz de fluido a fluido.

La Figura 5 es una vista en perspectiva de un presurizador de fluido a fluido de acuerdo con la presente descripción.

LA Figura 6A es una vista en sección transversal de un presurizador de fluido a fluido dentro de los alojamientos de acuerdo con la presente descripción.

La Figura 6B es una vista en sección transversal de la entrada del alojamiento de la Figura 6A.

La Figura 6C es una vista en sección transversal de la salida del alojamiento de la Figura 6A.

La Figura 7A es una vista frontal de un estator de la presente descripción.

La Figura 7B es una vista de un puerto y canal de flujo de la técnica anterior.

La Figura 7C es una vista frontal de la placa de válvula giratoria de la presente descripción. La Figura 7D es una vista lateral de la placa de válvula giratoria.

La Figura 7E es una vista lateral de una configuración alternativa para la placa de válvula giratoria.

La Figura 7F es una vista en sección transversal de una pared radial del estator.

La Figura 8A es un gráfico de caudal y posición para una presión del canal de mayor a menor.

La Figura 8B es un gráfico similar con una geometría modificada que ilustra una mayor distribución de la presión.

La Figura 9A es una vista lateral de los rotores con relación al estator en una primera posición.

La Figura 9B es una vista lateral de los rotores con relación al estator en una segunda posición.

La Figura 9C es una vista lateral de los rotores con relación al estator en una tercera posición.

La Figura 9D es una vista lateral de los rotores con relación al estator en una cuarta posición.

La Figura 9E es una vista lateral de los rotores con relación al estator en una quinta posición.

La Figura 10A es una vista en sección transversal de un extremo del presurizador de fluido a fluido que tiene una configuración de placa de válvula giratoria alternativa.

La Figura 10B es una vista lateral de la configuración alternativa para la placa de válvula giratoria.

La Figura 10C es una vista en sección transversal de la Figura 10A a través de la entrada que muestra el diseño alternativo para la placa de válvula giratoria.

La Figura 10D es una vista en sección transversal del diseño que tiene una placa giratoria alternativa a través de la salida de fluido.

La Figura 11A es una vista lateral de un diseño alternativo para una placa de válvula giratoria que tiene ranuras en la misma.

La Figura 11B es una vista frontal de la cara del estator con ranuras de lubricación en el mismo.

La Figura 12 es una vista en sección transversal de un alojamiento del rotor alternativo que tiene una cámara de presión de fluido en el mismo.

La Figura 13A es una vista en perspectiva de un diseño alternativo para un estator que tiene una partición de fluido en el mismo.

La Figura 13B es una vista frontal de la partición.

La Figura 13C es una vista lateral de barras para evitar que las particiones salgan del canal. La Figura 13D es una vista en perspectiva de una partición.

La Figura 13E es una vista lateral en corte de las particiones dentro de los canales de flujo con relación a las placas de los extremos.

La Figura 13F es una vista lateral de canales de flujo modificados con topes finales.

La Figura 14A es un diseño alternativo para el estator que tiene una pluralidad de tuberías. La Figura 14B es una vista en sección transversal del sistema de la Figura 14A.

La Figura 15 es una vista esquemática de un sistema de ósmosis inversa que tiene un presurizador de fluido a fluido de acuerdo con la presente descripción.

Descripción detallada

La siguiente descripción es simplemente de naturaleza ilustrativa y no pretende limitar la presente descripción, solicitud, o usos. Con fines de claridad, se usarán los mismos números de referencia en los dibujos para identificar elementos similares. Como se usa en la presente descripción, la frase al menos uno de A, B, y C debe interpretarse como un significado lógico (A o B o C), mediante el uso de un or lógico no exclusivo. Debe entenderse que las etapas dentro de un método pueden ejecutarse en un orden diferente sin alterar los principios de la presente descripción.

Con referencia ahora a la Figura 5, se expone un presurizador de fluido a fluido 110 de acuerdo con un primer ejemplo de la descripción. El presurizador de fluido a fluido 110 tiene un estator 112 con una pluralidad de canales de flujo 114 que pasan a través del mismo. En este ejemplo, los canales de flujo 114A, 114B, 114C, 114D se ilustran que tienen secciones transversales circulares. Sin embargo, pueden proporcionarse varias formas de secciones transversales. Por ejemplo, pueden usarse formas rectangulares, trapezoidales o varias otras para el área de la sección transversal. Como se ilustrará y describirá con más detalle más abajo, también pueden usarse segmentos en forma de arco.

Las placas de válvula giratoria 116A, 116B se acoplan a un motor respectivo 118A, 118B a través de un eje respectivo 120A, 120B. Las placas de válvula giratoria 116A, 116B comprenden puertos de válvula respectivos 122A, 122B y 124A, 124B. Por lo tanto, las placas de válvula giratoria 116A, 116B y los puertos de válvula 122A, 122B, 124A, y 124B forman rotores 126A, 126B. En este ejemplo, se proporcionan dos motores 118A, 118B. Sin embargo, como se establece más abajo, sólo es necesario proporcionar un motor con un eje común. Cuando se usa más de un eje, la sincronización entre el movimiento de los rotores 126A, 126B es importante para proporcionar el flujo de fluido adecuado. Los codificadores 128A, 128B se proporcionan en o cerca del eje de cada motor 118A, 118B. Cada codificador 128A, 128B genera una señal de codificador que se comunica a un controlador 130. La señal de codificador corresponde a la posición rotacional (angular) de cada eje y por lo tanto a la posición rotacional de cada placa de válvula giratoria 116A, 116B. Los codificadores 128A, 128B también pueden ubicarse en las placas de válvula giratoria 116A, 116B o en los rotores 126A, 126B. El controlador 130 puede ser un controlador lógico programable. El controlador 130, en base a las señales de codificador de los codificadores 128A, 128B, controla la velocidad de rotación de los motores 118A, 118B. Los motores 118A, 118B, junto con la detección de movimiento de los rotores, permiten un control preciso de la posición. Aunque puede usarse el movimiento continuo, también puede usarse el movimiento escalonado.

En el ejemplo establecido en la Figura 5, se minimizan las restricciones de tamaño y capacidad. Es decir, los canales de flujo 114A-114D pueden ser tan grandes como se desee. El estator 112, como se ilustra más abajo, no necesita un alojamiento o cojinetes masivos de alta precisión. Al permitir que el estator sea tan largo como se desee, se logra un mayor volumen de bombeo en cada canal. Los motores 118A, 118B pueden superar el par de arrastre que pueden inducirse por los desechos en la corriente del proceso que podrían detener el rotor en configuraciones anteriores. Debe señalarse que la configuración de la placa de válvula interna se ilustra en la Figura 5 sin alojamiento.

Con referencia ahora a la Figura 6, se exponen detalles más específicos del presurizador de fluido a fluido 110. En este ejemplo, un eje común 138 se acopla de manera giratoria a las placas de válvula giratoria 116A, 116B. El eje común 138 se soporta por un primer alojamiento del rotor 140A y un segundo alojamiento del rotor 140B dispuestos alrededor de las placas de válvula giratoria 116A, 116B. Un par de cojinetes 142A, 142B permiten que el eje 138 gire con relación a los alojamientos del rotor 140A, 140B. Los alojamientos del rotor 140A, 140B permanecen estacionarios durante el funcionamiento mientras que las placas de válvula giratoria 116A, 116B giran en la misma.

Con referencia ahora también a las Figuras 6A y 6B, se exponen detalles del alojamiento del rotor 140A. Sin embargo, los detalles del alojamiento del rotor 140B se configuran de manera similar. El alojamiento del rotor 140A tiene una entrada de fluido 150A. El alojamiento del rotor 140B tiene una entrada de fluido 150B. El alojamiento del rotor 140B tiene una entrada de fluido 150B y una salida de fluido 152B. Las entradas de flujo 150A, 150B y las salidas de fluido 152A, 152 son radiales o perpendiculares a un eje longitudinal 153 y el presurizador de fluido a fluido 110. En la Figura 6a, la entrada de fluido 150A y la salida de fluido 152B se alinean linealmente a través del canal de flujo 114A. Además, en este ejemplo, la entrada de fluido 150A y la salida de fluido 152B se ubican hacia los extremos axiales de los alojamientos del rotor respectivas 140A, 140B. La salida de fluido 152A y la entrada de fluido 150B se ubican radialmente hacia adentro desde la entrada de fluido respectivas 150A y la salida de fluido 152B. Sin embargo, los expertos en la técnica apreciarán que las posiciones relativas de las entradas de fluido 150A, 150B y las salidas de fluido 152A, 152B pueden cambiarse en uno o en cualquiera de los extremos.

La entrada de fluido 150A se acopla fluídicamente al canal anular 154. El canal anular 154 se acopla fluídicamente al puerto de válvula 124A a través de un paso de fluido 156. El paso de fluido 156 se forma como parte de la placa de válvula giratoria 116A. En este ejemplo, cinco canales de flujo 114 se alinean con el puerto de válvula 124A. A medida que gira la placa de válvula giratoria 116A, el paso de fluido 156 y el puerto de válvula 124 giran. El fluido de la entrada de fluido 150A se comunica a diferentes canales de flujo 114 a través de la placa de válvula giratoria 116A a medida que cambia el ángulo de la placa de válvula giratoria 116A dentro del alojamiento del rotor 140a.

La salida de fluido 152A se acopla fluídicamente a un canal anular de salida 158. El canal anular de salida 158 se acopla fluídicamente al puerto de válvula 122A a través del paso de fluido 160. Es decir, el fluido que pasa desde los canales de flujo 114 se comunica a través del paso de fluido 160, el canal anular de salida 158 y la salida de fluido 152A. El puerto de válvula 124A está abierto a algunos de los canales de flujo 114 que están opuestos a los canales de flujo 114 abiertos por el puerto de válvula 124A.

El alojamiento del rotor 140B incluye un canal anular de entrada 162, un paso de fluido 164, un canal anular de salida 166 y un paso de fluido 168 que funcionan de manera similar a los componentes del alojamiento del rotor 140A.

Los ejemplos ilustrados en las Figuras 5 y 6 permiten controlar el motor 118 o los motores 118A, 118^b para girar rápidamente las placas de válvula giratoria 116A, 116B con el motor 118 para permitir que los canales de flujo presuricen el fluido. Esto permite aumentar la capacidad de una unidad dada como una mayor fracción del ciclo de llenado mediante el uso de los puertos de válvula completamente abiertos.

Un sello de eje 170 evita fugas alrededor del eje 138. Los materiales de las superficies de fricción del estator y las placas de válvulas giratorias pueden ser anti-excoriación con un bajo coeficiente de fricción. Los materiales adecuados incluyen, pero no se limitan a, cerámicas tales como carburo de silicio o alúmina.

Otro sello tal como el sello anular 172 se incorpora dentro del primer alojamiento del rotor 140A y el segundo alojamiento del rotor 148B. El sello 172 puede incorporarse dentro de un canal 174. El sello 172 puede ser un anillo anular de espacio libre cerrado con fugas limitadas o un sello de cara, tal como un sello mecánico, virtualmente sin fugas.

Con referencia ahora a la Figura 7A, se establece una vista frontal de una cara 222 del estator 112. En este ejemplo, los canales de flujo 114 ilustrados anteriormente se han reformado como canales de flujo 214. Los canales de flujo 214 comprenden una pared exterior anular 216, una pared interior anular 218, y una pluralidad de paredes radiales 220. Por lo tanto, la pared más exterior de cada segmento es una porción de arco de la pared exterior anular 216. La pared interior de cada canal de flujo 214 es un segmento de arco de la pared interior anular 218. Las paredes radiales 220 conectan los segmentos de arco. Las paredes radiales 220 pueden tener anchos iguales de manera que el área definida entre las paredes es constante. Además, la cara 222 del estator 112 se fabrica con un alto grado de planeidad para facilitar el sellado con la placa de válvula giratoria adyacente. El eje común 138 se dispone dentro de la pared interior anular 218.

Con referencia ahora a la Figura 7B, se ilustra una configuración de la técnica anterior que muestra un canal 226 y un puerto 228. Típicamente, las superficies de la técnica anterior se curvan de manera que un área de superposición 230 es inicialmente un área pequeña. Debido al área inicial pequeña, toda la energía del fluido de compresión se gasta rápidamente en el área pequeña 230 lo que aumenta de manera desventajosa el potencial de erosión y cavitación.

Con referencia ahora a las Figuras 7A, 7C y 7D, se ilustra el lado de sellado 240 de una placa de válvula giratoria 242. En este ejemplo, se exponen dos áreas de sellado 244. Las áreas de sellado 244 se definen entre una pared exterior anular 246 y una pared interior anular 248. Las áreas de sellado 244 son por lo tanto un área en forma de arco que se dimensiona para cubrir completamente uno o más de los canales de flujo 214. Cuando se cubre un canal de flujo, el ancho W1 del canal de flujo es igual o ligeramente menor que el ancho W2 de las áreas de sellado 244. Las áreas de sellado 244 tienen un primer borde de sellado radial 250 y un segundo borde de sellado radial 252. El primer borde de sellado radial 250 puede corresponder al borde de sellado radial posterior y el segundo borde de sellado radial 252 puede corresponder al borde de sellado delantero, con relación a la rotación. Como se ilustra mejor en la Figura 7D, el primer borde de sellado radial 250 tiene forma para formar un ángulo lineal que se aleja de las áreas de sellado 244. Del mismo modo, el segundo borde de sellado radial también tiene una superficie que es lineal.

Con referencia ahora a la Figura 7E, también, el primer borde de sellado radial 250 y el segundo borde de sellado radial 252 pueden tener una superficie con forma o curva 243. La cantidad de curvatura puede reducirse en dependencia de las características deseadas del sistema. La superficie curva 254 puede ser convexa. Alternativamente, puede usarse una superficie curva 254' que sea cóncava.

El espacio entre un primer borde de sellado radial 250 y un segundo borde de sellado radial 252 adyacente a las áreas de sellado 244 forman los puertos de válvula 258, 260. Los puertos de válvula 258, 260, cuando están en movimiento, cruzan los canales de flujo 214 y por lo tanto se logra un cambio de presión en el canal del estator. Cuando la rotación lleva la placa de válvula giratoria 242 y por lo tanto uno de los puertos 258, 260 el fluido fluye hacia el canal. El fluido ingresa a los canales de flujo cuando un extremo se conecta a una fuente a alta presión y el otro al proceso a alta presión hasta que el canal se ha presurizado completamente, lo que puede tomar sólo algunos milisegundos. Debido a que todo el fluido es comprimible, un flujo a alta velocidad en el canal comprime el fluido para que coincida la presión en los puertos. La velocidad de flujo inicial es muy alta (diferencial de hasta 1000 psi para aplicaciones de ósmosis inversa) hasta el punto de generar erosión en los bordes de las placas de los puertos. El cambio de presión es más destructivo cuando se despresuriza un canal a alta presión ya que es más probable que ocurra la cavitación del fluido. La energía de compresión total en un canal del estator es directamente proporcional al volumen y la presión del canal. La disipación de la energía de compresión con desgaste y tensión mínimos se logra mejor al disipar la energía sobre una gran superficie para minimizar las concentraciones locales durante un largo período de tiempo. Los bordes de sellados radialmente conformados maximizan la extensión del área para la despresurización y por lo tanto la erosión y la cavitación se reducen significativamente.

Con referencia ahora a la Figura 7F, las paredes radiales 220 del estator 112 se ilustran con una superficie conformada 266. Tanto los bordes delanteros como los bordes posteriores pueden ser bordes conformados. Uno o ambos bordes pueden ser lineales o en rampa mientras que uno o ambos pueden ser curvos o en rampa.

Al volver a la Figura 7D, el primer borde de sellado radial 250 y el segundo sellado radial 252 pueden formarse a partir de un inserto 268. El inserto 268 puede ser reemplazable y por lo tanto cambiado cuando se observa un rendimiento reducido. Puede formarse un parche áspero o área irregular 270 en la superficie del inserto para ayudar a reducir la cavitación. También puede usarse un inserto en las superficies 266 de la Figura 7F.

Con referencia ahora a la Figura 8A, el fin de la conicidad es producir un cambio de presión relativamente gradual y una velocidad de flujo que es relativamente baja en cualquier momento durante la transición a través del borde del sello. Se ilustra un cambio calculado en el canal de presión de un valor alto a un valor bajo. La caída muy rápida en la presión muestra un cambio en la caída de presión en 810 con relación al caudal en 812.

Con referencia ahora a la Figura 8B, se ilustra una conicidad que mide 0,25 pulgadas de ancho y se estrecha 0,005 pulgadas sobre el ancho. El caudal máximo es menor que 15 % en comparación con una esquina afilada y el cambio de presión se extiende durante una duración mucho más larga. La tasa de desgaste y la cavitación potencial por lo tanto se reducen grandemente. Ya que se usa la máxima longitud de sellado, la energía se disipa sobre un área mucho mayor en comparación con la técnica anterior. El ruido y la vibración asociados con tal apertura de canal de este tipo se reducen grandemente. La caída de presión se ilustra en 810' y la posición frente al caudal se ilustra en 812'.

Con referencia ahora a las Figuras 9A-9E, una secuencia que muestra la placa de válvula giratoria 242 que se mueve con relación al estator y los canales de flujo 214 dispuestos en el mismo. En la Figura 9A, el canal de flujo 214C comunica fluido a alta presión a través del mismo, el canal de flujo 214B se sella completamente y el canal de flujo 214B descarga fluido a baja presión.

En la Figura 9B, el canal de flujo 214B entra justo en el área ahusada en el borde posterior del área de sellado 244. El fluido se comienza a filtrar a través del pequeño espacio 910 al comienzo del primer borde de sellado radial 250. El espacio 910 es inicialmente muy pequeño y crea una gran resistencia a la fricción con relación al área de flujo lo que da como resultado una velocidad reducida. El área 270 puede ser una superficie rugosa o regular que se usa para aumentar la resistencia al avance por fricción lo que da como resultado la velocidad de flujo reducida y reduce el potencial de cavitación. A medida que aumenta el espacio, disminuye el efecto de la rugosidad, lo que reduce de esta manera la resistencia para la última porción de la despresurización del canal. Esto se ilustra en la Figura 9C. En la Figura 9D, se logra un flujo desinhibido a través del canal de flujo 214A. El espacio 910 se abre más para permitir más flujo a través del canal de flujo 214B.

En la Figura 9E, el canal de flujo 214C se sella completamente y el flujo se logra a través de los canales de flujo 214A y 214B.

Con referencia ahora a la Figura 10A, se ilustra un segundo ejemplo de un presurizador de fluido a fluido 110'. En este ejemplo, la placa de válvula giratoria 242' se modifica a partir de las placas de válvula ilustradas anteriormente. Como se ilustra mejor en la Figura 10B, se ilustra la cara 222' de la placa de válvula giratoria 242'. En este ejemplo, los puertos de válvula 1010, 1012, 1014 y 1016 se forman en la cara 222'. Los puertos 1010-1016 se separan 90° porque se usan cuatro puertos. Entre cada uno de los puertos de válvula 1010-1016, se proporcionan cuatro áreas de sellado 244'. Cada una de las áreas de sellado 244' tiene un primer borde de sellado radial 250' y un segundo borde de sellado radial 252' que puede configurarse como se ilustra en las Figuras 7C-7F. Los puertos de válvula 1010-1016 también se definen por paredes exteriores anulares 216' y paredes interiores anulares 218'.

En el ejemplo establecido en las Figuras 7C-7E, uno de los puertos 258 y 260 se exponen a alta presión mientras que el otro se expone a baja presión. Esto proporciona una carga axial desigual en la placa de válvula giratoria cuando roza contra el estator.

Con referencia ahora a las Figuras 10A-10D, se proporcionan dos pares de puertos opuestos 1010-1016. Es decir, los puertos 1010 y 1014 están uno frente al otro mientras que los puertos 1012 y 1016 están uno frente al otro. Pueden obtenerse mejores resultados cuando el número de puertos es divisible eventualmente por 4. Es decir, 4, 8, 12 y 16 son ejemplos adecuados del número de puertos. Se usan varias consideraciones de diseño cuando se selecciona un número de puertos.

El paralelismo entre la cara 222' de la placa de válvula giratoria 242' y la cara del estator 112 es importante para que se formen los sellos. Se desea fabricar un alto grado de planeidad en las superficies. Pueden usarse soportes compatibles 1020 para permitir un ligero ajuste angular al eje 138. En este ejemplo, los soportes compatibles 1020 son juntas tóricas. Un ejemplo alternativo es que las placas de válvula giratoria pueden montarse en un eje dividido que permite el movimiento axial y algún ajuste angular con relación a la cara del estator.

Las Figuras 10C y 10D son vistas en sección transversal a través de la entrada de fluido 150A y la salida de fluido 152A del alojamiento del rotor 140A. Una porción de los canales de flujo 214 son visibles a través de los puertos de válvula 1010-1016.

Con referencia ahora a la Figura 11A, se ha descubierto que proporcionar una cantidad menor de fluido lubricante puede extender el tiempo de funcionamiento sin crear fugas inaceptables. En la Figura 11A, la cara 222'' se ha modificado para incluir ranuras de lubricación que pueden colocarse en diferentes partes de la cara 222'. Las ranuras de lubricación establecidas más abajo son ejemplos de diferentes posiciones y direcciones de las ranuras de lubricación. Uno o más de los diferentes conjuntos de ranuras de lubricación pueden usarse en varios ejemplos. La pared exterior anular 216 puede tener ranuras angulares 1110 formadas en la misma. Las ranuras angulares 1110 tienen un primer extremo 1110A que se extiende desde el borde exterior de la pared exterior anular 216''. En dirección radial, los extremos 1110B de las ranuras 1110 se superponen. Por lo tanto, cuando la placa de válvula giratoria 242'' gira, el fluido lubricante se coloca dentro de las ranuras y se lubrica un camino a través de toda la pared exterior anular 216''.

En adición de, o en lugar de, las ranuras angulares 1110, también pueden usarse ranuras radiales 1112. Las ranuras radiales tienen un primer extremo 1112A adyacente al borde de la pared exterior anular 216''. El borde interior se extiende hacia dentro mayor que el segundo extremo 1112B de una ranura radial adyacente. Nuevamente, los extremos de las ranuras 1112 se superponen radialmente de manera similar a los de las ranuras 1110.

Las ranuras de la cara del sello 1114 que tienen un primer extremo 1114A y un segundo extremo 1114B pueden disponerse en una o más de las caras del sello 244''. Estas ranuras también se superponen radialmente y se extienden desde el primer borde de sellado radial 250' hasta el segundo borde de sellado radial 252'.

Las paredes interiores anulares 218' se han modificado con ranuras que se extienden radialmente 1116. Las ranuras que se extienden radialmente se extienden desde un borde exterior de la pared interior anular 218'' y desde el borde interior de la pared interior anular 218''.

En cada caso como se mencionó anteriormente, las ranuras angulares 1110 pueden cubrir una porción o la totalidad de la pared exterior anular 216''

La cara de la placa de válvula giratoria y la cara del estator deben rozar entre sí de manera que se proporcione un sello y el fluido se transfiera desde los canales lentos hacia adentro y hacia afuera de las entradas y salidas de fluido. Sin embargo, la fuerza no debe ser demasiado grande o demasiado pequeña. Tampoco se desea un alto arrastre y puede dar como resultado en una gran cantidad de desgaste.

Con referencia ahora a la Figura 12, se proporciona una cámara 1210 para proporcionar una fuerza axial en la placa de válvula giratoria 242''. Al controlar la presión dentro de la cámara 210, la cantidad de fuerza axial puede controlarse hasta la cantidad deseada. La cámara 1210 se forma en el alojamiento del rotor 140''. La cámara 1210 se acopla fluídicamente a la entrada 150A a través de una conexión de fluido 1212. Una válvula de control 1214 se dispone dentro de la conexión de fluido 1212 y puede interrumpir o permitir de manera controlada el fluido desde la entrada 150A a la cámara de fluido 1210. Del mismo modo, la conexión de fluido 1216 se acopla fluídicamente desde la cámara 1210 a la salida 152A. La salida 152A está a baja presión. Se usa una válvula de control 1218 para controlar la cantidad de flujo desde la cámara 1210 hacia la salida de baja presión 152A. También puede proporcionarse desde la cámara 1210 otra válvula de control 1220 acoplada a la atmósfera a través de una conexión de fluido 1222. Es decir, en lugar de la salida a baja presión 152A, la cámara 1210 puede ventilarse a la atmósfera a través de la válvula de control 1120. Una o ambas de las válvulas 1220 o 1218 pueden proporcionarse en un sistema.

La válvula de control 1214, 1218 y 1220 puede conectarse al controlador 130. Un sensor 1230 proporciona una señal de sensor al controlador 130 para controlar una o más de las válvulas de control 1214, 1218 o 1220. Por supuesto, todas las válvulas pueden controlarse por el controlador 130. El sensor 1230 puede ser un sensor de presión que genera una señal de presión. Del mismo modo, el sensor 1230 también puede ser un sensor de proximidad. Por supuesto, pueden usarse otros tipos de sensores para proporcionar información sobre la posición. Para proporcionar más presión a la cámara 1210, la válvula 1214 está abierta y las válvulas 1218 y 1220 están cerradas. Para reducir la cantidad de presión dentro de la cámara 1210, la válvula 1214 está cerrada y una o ambas válvulas 1218, 1220 están abiertas.

Con referencia ahora a la Figura 11B, se ilustra una cara 222" con ranuras de lubricación similares a las ranuras de lubricación ilustradas en la Figura 11A. En este ejemplo, las ranuras de lubricación están en la cara 222" del estator 112'. Pueden usarse uno o más conjuntos de ranuras de lubricación. Las ranuras de lubricación 1140 se disponen en la pared exterior anular 216". Las ranuras de lubricación pueden extenderse parcialmente hacia dentro desde el borde exterior y hacia fuera desde el borde interior de la pared. Un primer extremo 1140A está en el borde exterior o borde interior de la pared exterior anular 216. El extremo 1140B está radialmente hacia adentro o hacia afuera, respectivamente. Las ranuras de lubricación adyacentes 1140 se superponen radialmente de manera que cuando el rotor gira, el fluido lubricante se coloca y mantiene entre el estator 1112" y el rotor 126".

Un segundo conjunto de ranuras de lubricación 1142 se disponen angularmente y también se superponen radialmente. Las ranuras angulares 1142 se disponen en la pared exterior anular 216. Un primer extremo 1142A se dispone en el borde radialmente hacia afuera o radialmente hacia adentro de la pared exterior anular 216". El segundo extremo 1142B se extiende radialmente hacia adentro o hacia afuera, respectivamente.

Las paredes radiales 220" tienen ranuras de lubricación que se extienden angularmente 1146. Un primer extremo 1146A se extiende desde un primer borde y un segundo extremo se dispone dentro de la cara de la pared. Es decir, las ranuras de lubricación 1146 se extienden a lo ancho. Cada borde lateral puede tener ranuras de lubricación que se superponen radialmente.

La pared interior anular 218 también puede tener ranuras que se extienden radialmente 1144. Un primer extremo de las ranuras de lubricación se extiende desde un borde de la pared exterior anular 216 como extremo 1140A y un segundo extremo se extiende hacia dentro del grosor de la pared exterior anular 216" como extremo 1140B. Las ranuras de lubricación 1144 también pueden superponerse radialmente.

Pueden formarse ranuras de lubricación en las porciones del rotor o el estator como se ilustra en las Figuras 11A y 11B. Las ranuras de lubricación también pueden usarse en ya sea el rotor o en el estator. Las ranuras superpuestas radialmente permiten la distribución de fluido lubricante en las caras de las porciones giratoria y estacionaria.

Con referencia ahora a las Figuras 13A-13E, el ejemplo establecido anteriormente tiene una interfaz de fluido a fluido. En el ejemplo establecido en las Figuras 13A-13E, se dispone una partición 1310 en cada uno de los canales de flujo 214A-214D. Al proporcionar una partición física 1310, se evita la turbulencia y la difusión inevitables que dan como resultado la contaminación cruzada de las corrientes de alimentación y salmuera (en un sistema de ósmosis inversa). La partición 1310 se forma para adaptarse a la forma de sección transversal de los canales de flujo. En la configuración anterior, los canales de flujo pueden tener forma redonda o de arco. Sin embargo, pueden formarse varias otras formas de sección transversal de los canales de flujo 214A-214D, tales como formas trapezoidales, cuadradas, rectangulares, hexagonales u otras. El espacio menor entre la pared del canal de flujo y la partición correspondiente 1310 permite el libre movimiento de la partición 1310 de acuerdo con las presiones adecuadas en el mismo. Un problema con el uso de particiones es que la posición exacta sólo se controla por el caudal en un canal de flujo. Si no hay exactamente el mismo caudal en cada canal, la partición puede colocarse en diferentes ubicaciones. Puede proporcionarse una primera placa frontal 1320A y una segunda placa frontal 1320B con continuaciones del canal de flujo de mayor diámetro 1322A, 1322B de los canales de flujo 214. Las continuaciones de canal de flujo de mayor diámetro 1322A, 1322B permiten que las particiones 1310 se extiendan parcialmente desde los canales de flujo 214 y permiten el fluido de esta manera.

Como se ilustra mejor en la Figura 13D, la partición 1310 incluye un cuerpo 1330 y aletas 1332, 1334. Las aletas 1332, 1334, como se ilustra, son normales entre sí.

Como se ilustra mejor en la Figura 13E, las barras 1340, 1342 se usan para evitar que la partición 1310 se extienda completamente desde el canal de flujo 214. En este ejemplo, se usan dos barras dispuestas perpendicularmente. Las aletas 1332, 1334 permiten el paso del fluido como se muestra en la posición superior de la Figura 13E. Al permitir que el fluido pase alrededor de la partición 1310, el flujo de fluido no se detiene completamente. En ciertos procesos industriales tales como los sistemas de ósmosis inversa, es deseable no detener el flujo de fluido. En particular, durante el ciclo de llenado a alta presión de un sistema de ósmosis inversa, la salmuera a alta presión que empuja la alimentación a la membrana no debe interrumpirse completamente. Las barras 340, 342 pueden colocarse en el lado izquierdo de la Figura 13A más cerca de los canales de flujo 214 de manera que la partición no se extienda hacia afuera de los mismos. Esto permite que se use la alimentación a baja presión para colocar positivamente la partición en un extremo del canal para garantizar que habrá un amplio recorrido durante el ciclo a alta presión, pero el flujo se bloquea en el canal a baja presión para garantizar que no haya fluido perdido innecesariamente durante el ciclo de purga. El bloqueo del flujo a baja presión no provoca una interrupción indebida del flujo ni tensión en ninguno de los componentes del mismo. La presión de alimentación durante el ciclo de purga es lo suficientemente alta como para permitir que la partición llegue hasta el final del canal antes de que comience el ciclo de llenado a alta presión. Una forma de realizar esto es mantener la presión de alimentación al menos un bar mayor que la presión de descarga de salmuera. Sin embargo, los diseños más óptimos pueden requerir una diferencia de presión más baja.

Las placas frontales 1320A, 1320B pueden hacerse reversibles y reemplazables. Es decir, las placas frontales 1320A, 1320B pueden unirse al estator 112 de manera extraíble. Cada cara de las placas frontales puede mecanizarse con alta precisión para permitir que las placas frontales se inviertan.

Con referencia ahora a la Figura 3F, se ilustran los canales de flujo 214". Los canales de flujo 204” se modifican con topes finales 1330A y 1330B se ubican cerca de cada extremo. Una partición 1310’ se mueve dentro del canal de flujo 214" como se ilustra anteriormente en las Figuras 13A-13E. Sin embargo, en este ejemplo, la partición 1310’ se retiene dentro de los canales de flujo 214’’. Para permitir que el fluido pase a través de la partición, se proporciona un paso de fluido 1350 a través de la misma. Una válvula 1376 se abre cuando se acumula suficiente presión de fluido dentro del canal de flujo 214". Es decir, la válvula 1376 sólo puede abrirse con una presión diferencial significativa entre el canal de flujo 214" y las tuberías más allá del canal de flujo 214". En líneas discontinuas, la partición 1332 se muestra en el otro extremo con la válvula 1376 abierta. Debe señalarse que la válvula puede abrirse en cualquier dirección o configurarse para abrirse en un extremo y permanecer cerrada en el canal de flujo 214"

Con referencia ahora a las Figuras 14A y 14B, el sistema también es adecuado para instalaciones comerciales muy grandes. En este ejemplo, los canales de flujo se reemplazan por tuberías 1410. Las tuberías 1410 se acoplan a los colectores 1412A y 1412B. Las juntas de tuberías 1414A y 1414B acoplan las tuberías 1410 a los colectores respectivos 1412A, 1412B. Tal configuración permite reemplazar las tuberías 1410 cuando se dañen o desgasten. Pueden usarse tuberías más largas y tuberías de mayor diámetro 1410 en tal sistema. Por lo tanto, puede tener lugar una mayor cantidad de bombeo por ciclo y por lo tanto una reducción en la tasa de reducción. Al reducir la velocidad de rotación, puede reducirse el desgaste de las placas de válvula giratoria. Reducir la tasa de ciclo extiende la vida de fatiga de todos los componentes expuestos a las presiones variables.

Los colectores 1412A, 1412B se acoplan a las carcasas del rotor 140A, 140B en las juntas de tuberías 1414A y 1414B.

El control del sistema es tener aproximadamente la misma cantidad de fluido de alimentación a baja presión y salmuera a alta presión que ingresan a la unidad. La alimentación a baja presión debe ser igual o ligeramente mayor que el flujo de salmuera a alta presión y el flujo de salmuera a alta presión no debe impedirse o cambiarse de otra manera. El flujo de alimentación a menor presión puede variar. En la Figura 15, se proporciona un sistema de ósmosis inversa 10' que tiene componentes similares a los establecidos en la Figura 1. Los mismos elementos se etiquetan igual. En este ejemplo, se proporciona un presurizador de fluido a fluido 110 de acuerdo con la presente descripción. En este ejemplo, se incorpora un presurizador de fluido a fluido 110 de acuerdo con la presente descripción. También en este ejemplo, el controlador 130 puede acoplarse a un sensor de salinidad 151 tal como un sensor de sólidos disueltos totales. La velocidad del motor 118 puede cambiarse en base al caudal de arrastre medido por el medidor de flujo 36. Mediante este control, el puerto de salmuera a alta presión gira alejándose de un canal de bombeo dado para que la interfaz de salmuera o la partición física pueda llegar al final del canal. La tasa de rotación puede calcularse en base a las dimensiones de los canales de bombeo y el caudal de salmuera. El cálculo de la velocidad del motor puede realizarse por el controlador 130. También puede usarse un sensor de salinidad 1510 para establecer la velocidad del motor. Cuando el sensor de salinidad 1510 detecta una mezcla de salmuera a alta salinidad con la alimentación, entonces puede aumentarse la velocidad del motor 118 y puede abrirse la válvula 38 para aumentar el flujo de alimentación. También puede reducirse la velocidad de la bomba 44 para reducir la cantidad de impulso proporcionada por la misma para reducir la tasa de salmuera que entra en los canales de bombeo.

El presurizador de fluido a fluido 110 tiene una entrada de salmuera 1512, una salida de salmuera 1514, una entrada de fluido de alimentación 1516 y una salida de fluido de alimentación 1518.

En funcionamiento, la entrada de fluido de salmuera a alta presión 1512 fuerza al fluido de alimentación en una dirección ascendente y hacia afuera a través de la salida de fluido de alimentación 1518 para formar un fluido de alimentación a alta presión al impartir presión sobre el mismo. Como se mencionó anteriormente, preferentemente el fluido de salmuera del proceso no deja el fluido al presurizador de fluidos. A medida que giran los rotores, el fluido de alimentación a baja presión elimina el fluido de salmuera de los canales de flujo a baja presión. El fluido de salmuera se comunica con el drenaje 540 a través de la salida de salmuera 514 a baja presión. El fluido de alimentación a baja presión se proporciona desde la entrada de fluido de alimentación 1516 que finalmente se comunica con los canales de flujo y finalmente sale a través de la salida de fluido de alimentación 1518 bajo la presurización del fluido de salmuera. El motor o motores giran la primera placa de válvula giratoria y la segunda placa de válvula giratoria dentro del primer alojamiento del rotor estacionario y el segundo alojamiento del rotor estacionario de forma sincrónica. El fluido de alimentación a baja presión se presuriza por el fluido de proceso a alta presión dentro de la pluralidad de canales de flujo para formar el fluido de alimentación a alta presión. La velocidad de rotación se controla en respuesta a una condición detectada en el fluido de alimentación a alta presión o un fluido de proceso a alta presión. Como se mencionó anteriormente, esto puede ser la salinidad del fluido de alimentación o el caudal del fluido de salmuera a alta presión del proceso. La velocidad de rotación puede no ser continua sino escalonada como también se mencionó anteriormente.

Los expertos en la técnica pueden ahora apreciar a partir de la descripción anterior que las enseñanzas generales de la descripción pueden implementarse en una variedad de formas. Por lo tanto, aunque esta descripción incluye ejemplos particulares, el verdadero alcance de la descripción no debe limitarse tanto ya que otras modificaciones resultarán evidentes para el experto en la técnica tras un estudio de los dibujos, la descripción y las siguientes reivindicaciones.

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES

   Un presurizador de fluido a fluido que comprende:

   una porción estacionaria alargada que comprende una pluralidad de canales de flujo, dicha porción estacionaria que comprende una primera cara en un primer extremo y una segunda cara en un segundo extremo;

   un primer alojamiento del rotor dispuesto adyacente al primer extremo de la porción estacionaria alargada;

   un segundo alojamiento del rotor dispuesto adyacente al segundo extremo de la porción estacionaria alargada, dicho primer alojamiento del rotor y el segundo alojamiento del rotor que están estacionarios;

   cada uno del primer alojamiento del rotor y el segundo alojamiento del rotor que comprende una entrada de fluido acoplada fluídicamente a un primer canal anular y una salida de fluido acoplada fluídicamente a un segundo canal anular;

   cada uno del primer alojamiento del rotor y el segundo alojamiento del rotor que comprende una primera placa de válvula giratoria y una segunda placa de válvula giratoria respectivamente, cada placa de válvula giratoria que comprende un puerto de válvula de entrada que acopla fluídicamente la entrada de fluido a al menos un primer canal de flujo de la pluralidad de canales de flujo, cada placa de válvula giratoria que comprende un puerto de válvula de salida que acopla fluídicamente un segundo canal de flujo a la pluralidad de canales de flujo al segundo canal anular; la primera placa de válvula giratoria que comprende una primera superficie de sellado adyacente a la primera cara y la segunda placa de válvula giratoria que comprende una segunda superficie de sellado adyacente a la segunda cara;

   un primer sello anular dispuesto radialmente entre el primer alojamiento del rotor y la primera placa de válvula giratoria, dicho primer sello anular se dispone además longitudinalmente entre el primer canal anular y el segundo canal anular del primer alojamiento del rotor;

   un segundo sello anular dispuesto radialmente entre el segundo alojamiento del rotor y la segunda placa de válvula giratoria, dicho segundo sello anular se dispone además longitudinalmente entre el primer canal anular y el segundo canal anular del segundo alojamiento del rotor; y

   un primer motor acoplado a la primera placa de válvula giratoria.

   El presurizador de fluido a fluido como se menciona en la reivindicación 1, en donde la primera placa de válvula giratoria acopla simultáneamente una primera pluralidad de canales de flujo a la entrada de fluido y la segunda placa de válvula giratoria acopla simultáneamente una segunda pluralidad de canales de flujo a la salida de fluido.

   El presurizador de fluido a fluido como se menciona en la reivindicación 2, en donde la primera pluralidad de canales de flujo y la segunda pluralidad de canales de flujo son simétricamente opuestos alrededor de un eje longitudinal de la primera placa de válvula giratoria.

   El presurizador de fluido a fluido como se menciona en la reivindicación 1, que comprende además un vástago del motor en donde el primer motor se acopla a la primera placa de válvula giratoria y la segunda placa de válvula giratoria con el vástago del motor.

   El presurizador de fluido a fluido como se menciona en la reivindicación 1, que comprende además un primer vástago del motor que acopla el primer motor y la primera placa de válvula giratoria y un segundo vástago del motor que acopla un segundo motor a la segunda placa de válvula giratoria.

   6. El presurizador de fluido a fluido como se menciona en la reivindicación 5, en donde el primer vástago del motor comprende un primer codificador que genera una primera señal de codificador y el segundo vástago del motor comprende un segundo codificador que genera una segunda señal de codificador y un controlador del motor que controla de forma sincrónica el primer motor y el segundo motor en base a la primera señal de codificador y la segunda señal de codificador.

   7. El presurizador de fluido a fluido como se menciona en la reivindicación 1, en donde la pluralidad de canales de flujo se define por una pluralidad de paredes radiales, una pared anular interna y una pared anular externa, dichas paredes radiales que definen un primer ancho para cada uno de la pluralidad de canales de flujo.

   8. El presurizador de fluido a fluido como se menciona en la reivindicación 7, en donde la primera placa de válvula giratoria comprende un área de sellado que comprende un primer borde de sellado radial, un segundo borde de sellado radial que tiene un segundo ancho entre los mismos, dicho segundo ancho que es igual a o mayor que el primer ancho.

   9. El presurizador de fluido a fluido como se menciona en la reivindicación 8, en donde el primer borde de sellado radial comprende una primera conicidad que se extiende desde el mismo, el primer borde de sellado radial que comprende un inserto formado de un material resistente al desgaste diferente de un material de la placa de puerto.

   10. El presurizador de fluido a fluido como se menciona en la reivindicación 9, en donde la primera conicidad es lineal.

   11. El presurizador de fluido a fluido como se menciona en la reivindicación 9, en donde la primera conicidad es curva.

   12. El presurizador de fluido a fluido como se menciona en la reivindicación 9, en donde el inserto es extraíble.

   13. El presurizador de fluido a fluido como se menciona en la reivindicación 8, en donde el primer borde de sellado radial comprende un borde posterior y el segundo borde de sellado radial comprende un borde delantero, en donde el segundo borde de sellado radial comprende una segunda conicidad.

   14. El presurizador de fluido a fluido como se menciona en la reivindicación 8, en donde la primera placa de válvula giratoria comprende un par de áreas de sellado dispuestas de manera opuesta que comprenden una primera área.

   15. El presurizador de fluido a fluido como se menciona en la reivindicación 8, en donde el área de sellado comprende cuatro áreas de sellado diametralmente opuestas y separadas uniformemente.

   16. El presurizador de fluido a fluido como se menciona en la reivindicación 8, en donde el área de sellado comprende una pluralidad de grupos de cuatro áreas de sellado diametralmente opuestas y separadas uniformemente.

   17. El presurizador de fluido a fluido como se menciona en la reivindicación 8, en donde la primera placa de válvula giratoria comprende una primera porción de sellado anular, una segunda porción de sellado anular separada de la primera porción de sellado anular, dicho primer borde de sellado radial y dicho segundo borde de sellado radial que se extienden entre la primera porción de sellado anular y la segunda porción de sellado anular.

   18. El presurizador de fluido a fluido como se menciona en la reivindicación 17, en donde la primera porción de sellado anular comprende una pluralidad de ranuras superpuestas radialmente.

   19. El presurizador de fluido a fluido como se menciona en la reivindicación 18, en donde la pluralidad de ranuras superpuestas radialmente se extiende radialmente.

   20. El presurizador de fluido a fluido como se menciona en la reivindicación 18, en donde la pluralidad de ranuras superpuestas radialmente se dispone en ángulo con relación a un radio.

   21. El presurizador de fluido a fluido como se menciona en la reivindicación 18, en donde la pluralidad de ranuras superpuestas radialmente tiene una profundidad de un milímetro o menos.

   22. El presurizador de fluido a fluido como se menciona en la reivindicación 8, en donde el área de sellado comprende una pluralidad de ranuras dispuestas sobre la misma.

   23. El presurizador de fluido a fluido como se menciona en la reivindicación 22 en donde el área de sellado comprende un primer conjunto de ranuras que se extiende desde el primer borde de sellado radial hacia el segundo borde de sellado radial y un segundo conjunto de ranuras que se extiende desde el segundo borde de sellado radial hacia el primer borde de sellado radial.

   24. El presurizador de fluido a fluido como se menciona en la reivindicación 1 en donde el primer alojamiento del rotor comprende además una cámara dispuesta adyacente a la primera placa de válvula giratoria, la cámara acoplada fluídicamente a la entrada de fluido a través de una primera válvula de control y en donde la cámara se acopla fluídicamente a la salida de fluido a través de una segunda válvula de control, un controlador acoplado a la primera válvula de control y la segunda válvula de control que controla una presión de fluido dentro de la cámara.

   25. El presurizador de fluido a fluido como se menciona en la reivindicación 24 en donde la presión del fluido dentro de la cámara proporciona una fuerza axial sobre la primera placa de válvula giratoria hacia la porción estacionaria alargada.

   26. El presurizador de fluido a fluido como se menciona en la reivindicación 1, en donde la pluralidad de canales de flujo comprende una primera porción de extremo de canal de flujo que tiene una primera área de sección transversal, una segunda porción de extremo de canal de flujo que tiene una segunda área de sección transversal y una porción intermedia de canal de flujo que tiene una tercera área de sección transversal, dicha área de sección transversal intermedia es menor que la primera área de sección transversal y la segunda área de sección transversal.

   27. El presurizador de fluido a fluido como se menciona en la reivindicación 26, en donde la porción intermedia de canal de flujo comprende una partición móvil dispuesta en el mismo.

   28. El presurizador de fluido a fluido como se menciona en la reivindicación 27, en donde la primera porción de extremo del canal comprende un tope de partición separado de la porción intermedia del canal de flujo que permite que la partición móvil se extienda parcialmente desde el mismo.

   29. El presurizador de fluido a fluido como se menciona en la reivindicación 26, en donde la primera porción de extremo del canal de flujo comprende un primer tope de partición dispuesto en la primera porción de extremo del canal de flujo y un segundo tope de partición dispuesto en la segunda porción de extremo del canal de flujo.

   30. El presurizador de fluido a fluido como se menciona en la reivindicación 29, en donde el primer tope de partición se dispone más cerca de la porción intermedia del canal de flujo que el segundo tope de partición.

   31. El presurizador de fluido a fluido como se menciona en la reivindicación 29, en donde la porción intermedia del canal de flujo comprende una partición móvil que tiene una primera posición de extremo adyacente al primer tope de partición y a una segunda posición de extremo adyacente al segundo tope de partición, en donde en la primera posición de extremo, el flujo de fluido a través del canal de flujo se bloquea y, en la segunda posición de extremo, el flujo de fluido a través del canal de flujo se bloquea parcialmente.

   32. El presurizador de fluido a fluido como se menciona en la reivindicación 26, en donde la porción estacionaria alargada comprende una primera placa frontal extraíble y una segunda placa frontal extraíble.

   33. El presurizador de fluido a fluido como se menciona en la reivindicación 26, en donde la primera porción de extremo del canal de flujo se dispone en una primera placa frontal extraíble y la segunda porción de extremo del canal de flujo se dispone en una segunda placa frontal extraíble.

   34. El presurizador de fluido a fluido como se menciona en la reivindicación 27, en donde la partición móvil comprende una aleta de guía.

   35. El presurizador de fluido a fluido como se menciona en la reivindicación 1, en donde la pluralidad de canales de flujo comprende una pluralidad de tuberías acopladas a un primer colector de tuberías y a un segundo colector de tuberías.

   36. El presurizador de fluido a fluido como se menciona en la reivindicación 35, en donde la pluralidad de tuberías se acopla al primer colector de tubería en una pluralidad de juntas de tuberías.

   37. El presurizador de fluido a fluido como se menciona en la reivindicación 35, en donde el primer alojamiento del rotor se acopla al primer colector de tubería.

   38. Un sistema de ósmosis inversa que comprende:

   una cámara de membrana que tiene una entrada de fluido de alimentación, una salida de permeado y una salida de salmuera;

   un presurizador de fluido a fluido como se menciona en la reivindicación 1, en donde el primer alojamiento del rotor se acopla fluídicamente a la entrada de fluido de alimentación de la cámara de membrana y el segundo alojamiento del rotor se acopla a la salida de salmuera;

   un primer sensor de caudal que genera una señal de caudal de salmuera; y

   un controlador acoplado al primer sensor de caudal y que controla la velocidad del primer motor en respuesta a la señal de caudal de salmuera.

   39. El sistema de ósmosis inversa como se menciona en la reivindicación 38, que comprende además un sensor de salinidad acoplado a una salida de fluido del primer alojamiento del rotor que genera una señal de salinidad correspondiente a la salinidad del fluido de la salida de fluido;

   el controlador acoplado al primer motor y al sensor de salinidad, dicho controlador que controla la velocidad del motor del primer motor en respuesta a la señal de salinidad.

   40. Un método de funcionamiento para tener un presurizador de fluido a fluido que tiene una porción estacionaria alargada que comprende una pluralidad de canales de flujo, una primera cara en un primer extremo y una segunda cara en un segundo extremo, un primer alojamiento del rotor estacionario dispuesto adyacente al primer extremo de la porción estacionaria alargada y que comprende una primera placa de válvula giratoria en el mismo,

   un segundo alojamiento del rotor estacionario dispuesto adyacente al segundo extremo de la porción estacionaria alargada que comprende una segunda placa de válvula giratoria en el mismo, dicho método que comprende:

   comunicar fluido de alimentación a baja presión al presurizador de fluido a fluido, comunicar fluido de proceso a alta presión al presurizador de fluido a fluido,

   girar la primera placa de válvula giratoria y la segunda placa de válvula giratoria dentro del primer alojamiento del rotor estacionario y el segundo alojamiento del rotor estacionario de forma sincrónica de manera que el fluido de alimentación a baja presión se presuriza por el fluido de proceso a alta presión dentro de la pluralidad de canales de flujo para formar fluido de alimentación a alta presión; y

   controlar una velocidad de rotación en respuesta a una condición detectada en el fluido de alimentación a alta presión o un fluido de proceso a alta presión.

   41. El método de acuerdo con la reivindicación 40, en donde controlar la velocidad de rotación comprende controlar la velocidad de rotación en respuesta a la salinidad del fluido de alimentación a alta presión.

   42. El método de acuerdo con la reivindicación 40, en donde controlar la velocidad de rotación comprende controlar la velocidad de rotación en respuesta a un caudal del fluido de proceso a alta presión.

   43. El método de acuerdo con la reivindicación 40, en donde girar la primera placa de válvula giratoria y la segunda placa de válvula giratoria dentro del primer alojamiento del rotor estacionario y el segundo alojamiento del rotor estacionario de forma sincrónica que comprende girar la primera placa de válvula giratoria y la segunda placa de válvula giratoria dentro del primer alojamiento del rotor estacionario y el segundo alojamiento del rotor estacionario de forma sincrónica en base a una señal de un primer codificador y un segundo codificador.