NO344318B1 - Hybrid RO/PRO system - Google Patents

Description

Hybrid RO/PRO-system

Denne søknaden krever prioritet fra US Provisional Patent Applications nr. 60/747 153, innlevert 12. mai, 2006, hvis innhold er innlemmet heri ved referanse.

Denne oppfinnelsen vedrører systemer for å anvende semipermeable membraner i en innretning av en karakter slik at osmotisk trykk vil drive vann gjennom membranen fra en fortynnet oppløsning til en konsentrert oppløsning i en PRO-driftsmodus for å generere kraft, og slik at, når hydraulisk trykk anvendes for å overvinne den osmotiske trykkforskjell tvers over membranen i en RO-driftsmodus, vil en strøm av høykvalitets-vann gjennom membranen effektueres.

Bakgrunn for oppfinnelsen

US patentnr. 3 906 250 til Sidney Loeb omhandlet det grunnleggende konsept med anvendelse av væsker med forskjellige osmotiske trykk for å generere kraft, som foreslår at kombinasjoner slik som sjøvann og ferskvann, eller svært saltholdige vannmasser (slik som dødehavet) og sjøvann, så vel som andre lignende par av væsker, kan være sannsynlige kandidater for et slikt program for generering av fornybar energi. Denne prosessen har nå blitt kjent som Pressure-Retarded Osmosis (PRO). I patentet til Loeb, ble det beskrevet et antall systemer som kunne anvendes hvor slike naturlige kilder for væsker med to vidt forskjellige osmotiske trykk var utilgjengelig. US patentnr. 3978 344 beskriver et slikt PRO-system hvor væsken med høyttrykk, nå fortynnet, med høy saltkonsentrasjon ble fjernet gjennom dyser for å drive turbinene.

Siden den tid har det vært et antall av meddelte US patenter og skrevne artikler som beskriver hvordan PRO-systemer fordelaktig kan anvendes som en fornybar energikilde for å generere kraft, f.eks. elektrisk kraft, som benytte naturlig tilgjengelig vannkilder av vidt varierende saltkonsentrasjon, eller som benytter de tilgjengelige avløpsstrømmer fra industrielle eller kommunale installasjoner, slik som vannbehandlingseffluenter. Se for eksempel Energy Production at the Dead Sea by Pressure-Retarded Osmosis: Challenge or Chimera av Sidney Loeb, 15. juli 1998, Desalination 120 (1998), 247-262; US patentnr. 6185 940 B1 meddelt 13. februar, 2001 til Prueitt; internasjonal patentpublikasjon nr. WO 02/13955 A1 publisert 21. februar, 2002 til Statkraft SF; og internasjonal patentpublikasjon nr. WO 2005/017352 A1 publisert 24. februar, 2005 til University of Surrey. Til tross for ønsket av slike foreslåtte systemer og til tross for det faktum at stor-skala revers osmose (RO)-anlegg for dannelse av ferskvann fra sjøvann eller saltholdige vannkilder i økende grad er i vanlig bruk over hele verden, har imidlertid slike PRO-systemer ikke blitt kommersielle. Det menes at den store kapitalkostnaden som er involvert i bygging av et anlegg har hindret kommersielt aksept av slike systemer som et alternativ til andre fornybare energigenereringskilder som har resultater å vise til. Som et resultat har undersøkelser fortsatt for å finne måter å gjøre PRO-systemer mer kommersielt attraktive.

Oppsummering av oppfinnelsen

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer et system for både fremstilling av høykvalitetsvann fra saltholdig vann og fremstilling av kraft fra to vandige strømmer med forskjellige saltkonsentrasjoner, karakterisert ved at systemet omfatter: -et semipermeabelt membranelement som er i stand til å drives i enten en RO- eller en PRO-modus, hvilket element har et første underkammer og et andre underkammer separert av semipermeabelt membranmaterial, idet elementet også har et innløp og et utløp forbundet med det første underkammer og første og andre porter forbundet med det andre underkammer, -en vannturbin-kraftgenerator, -første ledningsmidler som forbinder utløpet fra det første underkammer av elementet med vannturbinen, -midler for å levere en flytende matestrøm av vann med høy saltkonsentrasjon fra en kilde for slikt saltholdig vann under høyt trykk som inkluderer en andre ledning som fører til det første underkammer-innløp, -tredje ledningsmidler som har første og andre forgreninger forbundet med den første porten av det andre underkammer, -midler for å tilføre vann med lav saltkonsentrasjon til det andre underkammer gjennom den første forgrening, mens den andre forgrening tjener som et avløpsrør for vandig permeat, -midler for å uttrekke noe vann med lav saltkonsentrasjon fra den andre porten av det andre underkammer for å oppnå sveipende strømning langs det semipermeable membranmaterial, og -styringsmidler for alternerende å drive systemet enten i en kraft-produserende PRO-modus hvori den første forgrening operativt forbinder vanntilførselsmidlene med lav saltkonsentrasjon med den første porten av det andre kammer, eller i en høykvalitetsvann-produserende RO-modus hvori den andre avløpsforgrening er operativt forbundet med det andre underkammer for strømning av permeat derigjennom.

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer også en fremgangsmåte for fremstilling av høykvalitetsvann fra saltholdig vann i en RO-modus og for fremstilling av kraft fra to vandige strømmer med forskjellige saltkonsentrasjoner i en PRO-modus, karakterisert ved at fremgangsmåten omfatter trinnene med: -å tilveiebringe et semipermeabelt membranseparasjons-element som er i stand til å drives i enten en RO- eller en PRO-modus, hvilket element har to underkammere som er separert av semipermeabelt membranmaterial, og et par av porter forbundet henholdsvis med hvert underkammer; -i PRO-modusen: -å tilføre en innløpsvæskestrøm av vandig oppløsning med høy saltkonsentrasjon under et trykk som ikke er større enn omtrent 90% av den osmotiske trykkforskjellen mellom de to vandige strømmene til et av underkammerne, -å tilføre en innløpsvæskestrøm av en vandig oppløsning med lav saltkonsentrasjon til det andre av underkammerne av elementet under lavt trykk, -å uttrekke en mengde lik minst omtrent 10% av innløps-strømningen av strømmen med lav saltkonsentrasjon fra det andre underkammer for å unngå saltkonsentrasjonspolarisering i nærheten av det semipermeable membranmaterial, og -å levere minst noe av en væskestrøm med økt volum som kommer ut av det ene underkammer til et vannturbin-kraftgenerator; og -i RO-modusen: -å tilføre en kontinuerlig væskestrøm av vandig oppløsning med høy saltkonsentrasjon under et trykk på minst omtrent 700 psig til et underkammer av det semipermeable membranelement, -å uttrekke en kontinuerlig strøm av vandig permeat fra det andre underkammer av det semipermeable membran-element, -å uttrekke en kontinuerlig strøm av saltlake fra det ene underkammer lik et volum på minst omtrent 40% av innløpsstrømvolumet dertil, og (a)å lede den uttrukkede strømmen av saltlake til vannturbinen, og/eller (b) å overføre trykket av den uttrukkede saltlakestrømmen for å heve trykket av væsken med høy saltkonsentrasjon som tilføres til det ene underkammer.

Ytterligere utførelsesformer av systemet og fremgangsmåten i henholdt til oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige patentkrav.

Det har nå blitt funnet, ved utforming av en installasjon som kan arbeide enten som en RO-ferskvannsgenerator eller som en PRO-kraftgenerator, at resultat et overraskende fordeler som er forventet å tilveiebringe kommersielle muligheter for slike installasjoner. Det er tilveiebrakt et slikt system heri som kan arbeide effektivt og økonomisk i enten en RO-modus eller en PRO-modus; det refereres til som et hybrid RO/PRO-system fordi, i begge driftsmoduser, dannes den samme gruppen av membranelementer og utstyr hvori det vil være vannstrømning gjennom en semipermeabel membran mellom to vannmasser med forskjellige saltkonsentrasjoner. I en foretrukket utførelsesform økes den totale effektiviteten av et slikt system gjennom innlemmelsen av en roterende trykkoverføringsinnretning som tilveiebringer forenklet total styring av systemet, og svært effektivt trykksetter en saltholdig matestrøm som tilføres til de semipermeable membranmaterialelementer eller patroner i den ene eller den andre modus.

I et spesielt aspekt beskrives et system for alternerende enten å produsere høykvalitets-vann fra saltholdig vann eller å produsere kraft fra to vandige strømmer med forskjellige saltkonsentrasjoner, hvilket system omfatter et semipermeabelt membranelement som er i stand til å arbeide i en RO- eller en PRO-modus, hvilket element var et første underkammer og et andre underkammer separert av semipermeabelt membranmaterial, idet elementet også har et innløp og et utløp forbundet med det første underkammer og første og andre porter forbundet med det andre underkammer, en vannturbin-kraftgenerator, idet første ledningsmidler forbinder utløpet fra det første underkammer av elementet til vannturbinen, midler for å levere en flytende matestrøm av vann med høy saltkonsentrasjon fra en kilde for slikt saltholdig vann under høyt trykk som inkluderer en andre ledning som fører til første underkammer-innløpet, tredje ledningsmidler som har første og andre forgreninger forbundet med den første port av det andre underkammer, midler for tilførsel av vann med lav saltkonsentrasjon til det andre underkammer gjennom den første forgrening, mens den andre forgrening tjener som et avløpsrør for vandig permeat, midler for uttrekking av noe vann med lav saltkonsentrasjon fra den andre port av det andre underkammer for å oppnå sveipestrømning langs det semipermeable membranmateriale, og styremidler for å drive systemet enten i en kraft-produserende PRO-modus hvori den første forgrening operativt forbinder tilførselsmidlene for vann med lav saltkonsentrasjon med den første port av det andre kammer, eller i en høykvalitets vann-produserende RO-modus hvori den andre utløpsforgrening er operativt forbundet med det andre underkammer for strømning av permeat derigjennom.

I et annet spesielt aspekt, beskrives en metode for alternerende enten å produsere høykvalitets-vann fra saltholdig vann i en RO-modus, eller for å produsere kraft fra to vandige strømmer med forskjellige saltkonsentrasjoner i en PRO-modus, hvilken metode omfatter trinnene med å tilveiebringe et semipermeabelt membransepareringselement som er i stand til å arbeide i enten en RO- eller en PRO-modus, hvilket element har to underkammere som er separert av semipermeabelt membranmaterial, og et par av porter forbundet henholdsvis til hvert underkammer; i PRO-modusen: å tilføre en innløps-væskestrøm av en vannoppløsning med høy saltkonsentrasjon under et trykk som ikke er større enn omtrent 90% av den osmotiske trykkforskjell mellom de to vandige strømmer til et av underkammerne, og tilføre en innløpsvæskestrøm av en vandig oppløsning med lav saltkonsentrasjon til det andre av underkammerne av elementet under lavt trykk, og uttrekke en mengde lik minst omtrent 10% av innløpsstrømningen av strømmen med lav saltkonsentrasjon fra det andre underkammer for å unngå saltkonsentrasjonspolarisering i nærheten av det semipermeable membranmaterial, og volumere minst noe av en flytende strøm med forsterket volum som kommer ut av det ene underkammer til en vannturbin-kraftgenerator; og i RO-modusen: å tilføre en kontinuerlig flytende strøm av vandig oppløsning ved høy saltkonsentrasjon under et trykk på minst omtrent 700 psig til et underkammer av det semipermeable membranelement, å uttrekke en kontinuerlig strøm av vandig permeat fra det andre underkammer av det semipermeable membranelement, å uttrekke en kontinuerlig strøm av saltlake fra det ene underkammer lik et volum på minst omtrent 40% av innløpsstrømvolumet dertil, og (a) å lede den uttrukkede strøm av saltlake til vannturbinen og/eller (b) å overføre trykket av den uttrukkede saltlakestrøm for å heve trykket av væsken med høy saltkonsentrasjon som tilføres til det ene underkammer.

I et ytterligere spesielt aspekt, tilveiebringer oppfinnelsen en metode for alternerende enten å produsere høykvalitetsvann fra saltholdig vann i en RO-modus, eller for å produsere kraft fra to vandige strømmer med forskjellige saltkonsentrasjoner i en PRO-modus, hvilken metode omfatter trinnene med å tilveiebringe et semipermeabelt membran-separeringselement som er i stand til å arbeide i enten en RO- eller en PRO-modus, hvilket element har første og andre væske-underkammere som er separert av semipermeabelt membranmaterial, og par av porter forbundet henholdsvis til hvert underkammer; å tilveiebringe en roterende væsketrykk-overføringsinnretning som har en høytrykks-innløpsport, en lav-trykks innløpsport, en høytrykks-utløpsport og en lavtrykks-utløpsport; å tilføre en kontinuerlig innkommende væskestrøm av vandig oppløsning med høy saltkonsentrasjon til lavtrykks-innløpsporten av trykkoverføringsinnretningen; i PRO-modusen: å tilføre en flytende matestrøm av vandig oppløsning med høy saltkonsentrasjon under et trykk som ikke er større enn omtrent 90% av den osmotiske trykkforskjell mellom de to vandige strømmer til det første underkammer gjennom en første port derav, å tilføre en kontinuerlig flytende strøm av vandig oppløsning med lav saltkonsentrasjon til det andre underkammer av elementet gjennom en første port dertil under lavt trykk, å uttrekke en mengde lik minst omtrent 10% av innløpsstrømningen til det andre underkammer for å unngå saltkonsentrasjonspolarisering i nærheten av det semipermeable membranmaterialet, og levere en strøm med forsterket volum som kommer ut av en andre del av det første underkammer til en vannturbin-kraftgenerator og til høyttrykks-innløpsporten av den roterende væsketrykkoverføringsinnretning, å regulere strømningen som leveres slik at et volum av væske omtrent lik volumet som strømmer tvers over den semipermeable membran ledes til vannturbinen som arbeider for å generere kraft, idet resten av volumet ledes til høyttryks-innløpsporten, og å levere den trykksatte strøm av vandig oppløsning med høy saltkonsentrasjon fra høytrykks-utløpsporten av den roterende trykkutvekslingsinnretning til det første underkammer som den inkommende tilførsel; og i RO-modusen: å tilføre en kontinuerlig flytende strøm av vandig oppløsning med høy saltkonsentrasjon under et trykk på minst omtrent 700 psig til det andre underkammer, å uttrekke en kontinuerlig strøm av vandig permeat fra det første underkammer, å uttrekke en kontinuerlig strøm av saltlake fra det andre kammer lik et volum på minst omtrent 40% av innløpsstrømvolumet dertil, å lede den uttrukkede strøm av saltlake til høytrykks-innløpsporten av den roterende trykkoverføringsinnretning, hvor den hever trykker av den innkommende strøm av vandig oppløsning ved høy saltkonsentrasjon, og å forsterke trykket av strømmen som kommer ut av høytrykks-utløpsporten av den roterende trykkoverføringsinnretning og å kombinere den samme med en etterfyllingsstrøm av vandig oppløsning med høy saltkonsentrasjon for å utgjøre tilførselen av vandig oppløsning medhøy konsentrasjon til det andre underkammer, hvorved vann trenger gjennom det semipermeable membranmaterial til den samme retningen i både RO- og PRO-moduser, slik at i en RO-modus tilveiebringes effektivt høy-kvalitets-vann, og i en PRO-modus genereres kraft.

Kort beskrivelse av tegningene

Figur 1 er en skjematisk oversikt som viser et hybrid RO/PRO-system fremviser ulike trekk ved den foreliggende oppfinnelse.

Figur 2 er en skjematisk oversikt av en alternativ utførelsesform av et hybrid RO/PRO-system som fremviser ulike trekk ved den foreliggende oppfinnelse.

Figur 3 er en skjematisk oversikt av en annen alternativ utførelsesform av et hybrid RO/PRO-system som fremviser ulike trekk ved den foreliggende oppfinnelse.

Detaljert beskrivelse av foretrukne utførelsesformer Oppfinnelsen benytter et separeringselement eller patron som anvender semipermeabelt membranmaterial av en karakter slik at, i PRO-modusen, vann fra en strøm med lavere saltkonsentrasjon vil trenge gjennom membranen for å fortynne og derved redusere saltkonsentrasjonen av en vandig oppløsning med høyere saltkonsentrasjon, mens i RO-modusen vil vann trenge gjennom membranen fra den saltholdige oppløsning med høyere trykk. For denne anvendelses formål, anvendes betegnelsen lav saltkonsentrasjon eller lavt saltinnhold til å definere en strøm med relativt lav eller i alt vesentlig ingen saltkonsentrasjon, som kan være naturlig tilgjengelig ferskvann eller brakkvann eller vann som trenger gjennom det semipermeable membranmaterial under RO-modusen. Betegnelsen anvendes til å beskrive strømmen som mates til lavtrykkssiden av en membran i en PRO-modus; den kan således inkludere en tidligere permeatstrøm eller til og med sjøvann. Mens permeatet som resulterer fra drift i RO-modus-strømmen ofte vil være av en kvalitet slik at den drikkbar, behøver ikke dette være tilfellet; drikkbarhet kan avhenge for eksempel av de spesifikke ytelsesegenskaper til det semipermeable membranmaterial som anvendes og kanskje dem til mate-oppløsningen i en RO-modus. Høykvalitets-vannet som trenger gjennom membranen i RO-modusen kan være lik ferskvann. I fig. 1-3 anvendes betegnelsen ferskvannstrøm til å representere strømmen med lavt saltinnhold, og betegnelsen sjøvann anvendes til å representere strømmen med høy saltkonsentrasjon eller høyt saltinnhold.

Det er mange forskjellige separasjonselement-konstruksjoner som anvender semipermeabelt membranmaterial for dette formål; disse inkluderer for eksempel hulfibere, arkmaterial viklet på en spiral-måte rundt en senterkjerne, plate-og-ramme og rør-og-skall anordninger. Enhver av disse konstruksjonene kan anvendes, og typene av anvendte membraner kan variere. Hulfiber-separeringselementer kan ha fordeler i enkelte systemer, mens andre konstruksjoner, f.eks. spiral-viklede elementer, kan ha fordeler i andre. Det er kjent ulike forskjellige konstruksjoner for spiral-viklede elementer som for tiden anvendes i RO-krysstrømfiltrering. I den mest vanlige spiral-viklede krysstrøm RO-element-konstruksjon er det er høyporøst matearklag lokalisert mot den diskriminerende overflate av de alminnelig anvendte membraner, og strømningsegenskapene til elementet som vil re-utformes for anvendelse i PRO-anvendelser kan være slik at innløpsstrømmen som reduseres i volum som et resultat av permeasjon, ledes best til det matelaget i både PRO- og RO-modusene, som et resultat av hvilket vannstrømning alltid vil være i den samme retningen gjennom membranmaterialet under drift. I utførelsesformen i fig. 1 er det semipermeable membransepareringselement et som er utformet for å tillate effektiv vandig strømning gjennom membranmaterialet i den ene eller andre retning. I utførelsesformen i fig. 2 er strømningene av de to innkommende strømmer med høy og lav saltkonsentrasjon vekslet slik at strømmen som reduseres i volum tilføres til den samme siden av det semipermeable membranmaterial i elementet i RO-modusen, og i PRO-modusen. I det sistnevnte tilfellet vil vannstrømning gjennom membranen alltid være i den samme retningen, hvilket kan være fordelaktig fra synspunktet med membrankarakter- og/eller elementstrømningsegenskaper.

Generelt vil de to vandige oppløsningene som mates til separeringselementet i PRO-modusen variere i saltkonsentrasjon med minst omtrent 2%, og foretrukket minst omtrent 3%. For eksempel kan ferskvann fra en elv, innsjø eller annen grunnvannskilde eller brakkvann som er kun noe saltholdig anvendes som en strøm med lav saltkonsentrasjon i kombinasjon med sjøvann eller en mer saltholdig strøm.

Alternativt kan sjøvann, som vanligvis inneholder omtrent 3% salt, anvendes motsatt i en vandig saltlakeoppløsning som inneholder en høyere saltkonsentrasjon, f.eks. fra omtrent 5% til omtrent 10% salt. Generelt, når det arbeides i en RO-modus, som er velkjent i teknikken, er matevæsken brakkvann eller sjøvann.

I de foretrukne utførelsesformer som er vist i fig. 1 og 2, anvender systemet en trykkoverføringsinnretning for å forsterke den totale driften effektivt i den ene eller andre modus, og for å vesentlig forbedre økonomien i systemet.

Fig. 3 illustrerer et mer grunnleggende system som ikke omfatter en slik innretning. Når en slik innretning er inkludert, kan det anvendes hvilken som helst passende isobar trykkoverføringsinnretning, f.eks. en av den typen som er vist i US patentnr. 6017 200; de foretrukne innretninger er imidlertid dem av den roterende typen som er vist i US patentnr. 4 887 942, 5338 158, 6540 487 og 6659 731.

Disse isobare trykkoverføringsinnretninger har en høytrykksinnløpsport, en høytrykks-utløpsport, en lavtrykks-inngangsport og en lavtrykks-utløpsport. De roterende innretninger har en sylindrisk rotor som roterer ved høy hastighet; et flertall av kanaler som strekker seg igjennom lengderetningen gjennom rotoren forsynes alternerende med væske i en mengde lik omtrent 40% til 75% av deres volum, først ved en ende og deretter ved den andre enden, men væske ved omtrent de respektive tilførselstrykk strømmer ut av den motsatte enden i den samme mengde. På denne måten overføres det forhøyede trykk av en høytrykks-strøm av væske ekstremt effektivt til en lavtrykks-strøm, idet høytrykksvæsken følgelig trykkavlastes, f.eks. til omtrent atmosfærisk trykk i de fleste tilfeller.

Mange deler av utførelsesformene i fig. 1 og fig. 2 er lignende, og de samme referansetall anvendes for begge i slike tilfeller. Mer spesielt er den roterende trykkoverføringsinnretning anvendt i både fig. 1 og fig. 2 nøyaktig den samme.

I systemet illustrert i fig. 1 er det vist et separasjonsmembranelement eller patron 11 som omfatter et første underkammer 13 og et andre underkammer 15 separert av semipermeabelt membranmaterial 17, alle vist skjematisk i tegningen. Et innløp 19 gir tilgang til det første underkammer, og en første port 21 gir tilgang til det andre underkammer. Det første underkammer 13 har et utløp 23, og det andre underkammer har en andre port 25. Utløpet 23 fra det første kammer er forbundet med en forgrenet ledning 27, hvori en første forgrening 27a fører til en trykkoverføringsinnretning 29, og en andre forgrening 27b fører til en vannturbin 31 som produserer anvendbar kraft, slik som ved å drive en elektrisk generator 33. Selv om avløpsstrømmen 35 fra den hydrauliske turbin 31 eller andre avløpsstrømmer kan passende returneres til en kilde for svært saltholdig vann så lenge som det tas forhåndsregler for å unngå sjokk med hensyn til saltinnhold, kan det være fordeler i bruk i enkelte strømmer for andre formål.

Vanligvis mates ferskvann eller vann med relativt lavt saltinnhold som en innløpsstrøm av væske ved lav saltkonsentrasjon til den første port 21 av det andre underkammer 15 når det arbeides i PRO-modusen. Betegnelsene strøm med lav saltkonsentrasjon eller lavt saltinnhold og strøm med høy saltkonsentrasjon eller høyt saltinnhold anvendes generelt gjennom det hele; det skal imidlertid forstås at disse betegnelsene er relative i forhold til hverandre i hver spesifikke operasjon. Strømmen med lav saltkonsentrasjon kan således være ferskvann med i alt vesentlig ingen saltkonsentrasjon, eller den kan være en noe saltholdig strøm, eller til og med sjøvann når strømmen med høy saltkonsentrasjon er en med vesentlig høyere saltkonsentrasjon, f.eks. en strøm fra store saltsjø (Great Salt Lake). Likeledes kan strømmen med høy saltkonsentrasjon være sjøvann når strømmen med lav saltkonsentrasjon er ferskvann. For eksempel kan vann tilføres fra en kilde 37 for freskvann som er forbundet med inntaket av en lavtrykks-pumpe 39 som strømmer inn i en forgrening 41a av en forgrenet ledning 41 som inneholder en 3-veis-ventil 43. En andre forgrening 41b av ledningen fører fra treveis-ventilen 43 til et ferskvannsreservoar 45, og strømning ledes til dette reservoaret når systemet arbeider i RO-modusen. Tilførselspumpen 39 kan også ta suging fra reservoaret 45.

En mateledning 47 som fører til innløpet 19 til det første underkammer 13 av elementet er forbundet ved sin motsatte ende til en høytrykks-utløpsport 49 fra en roterende trykkoverføringsinnretning 29, og denne ledningen inneholder en trykkøkningspumpe 51 utformer til å lett ytterligere heve trykket av væskestrømningen med høy saltkonsentrasjon tilført til innløpet. Tilførselen av væske med høy saltkonsentrasjon tilveiebringes ved pumping fra en passende kilde 53 ved hjelp av en lavtrykks-pumpe 55 som strømmer inn i en lavtrykks-innløpsport 57 av trykkoverføringsinnretningen 29. Forgreningen 27a fra et første underkammer 23 fører til en høytrykks-innløpsport 59 av trykkoverføringsinnretningen, og en lavtrykksutløpsport 61 er forbundet med en avløpsledning 63 som kan kombineres med avløpsstrømmen 35 og anvendes eller fjernes sammen.

Eksempler på drift av systemet i fig. 1 i en PRO-modus beskrives i det etterfølgende først. En regulator eller styringsinnretning 65 starter opp de motor-drevne, lavtrykkspumper 39 og 55; trykkøkningspumpen 51 kan starte automatisk når den sanser et ønsket minimum inntakstrykk eller den kan individuelt startes etter en eller begge av pumpene 39 og 55. De første og andre underkammere 13, 15 av separasjonselementet 11 fylles således med henholdsvis vann med høy saltkonsentrasjon og lav saltkonsentrasjon, og fenomenet med osmose driver vannet gjennom membranen 17 og inn i det første underkammer 13 til å fortynne oppløsningen. For at prosessen skal være effektiv, kan ikke trykket av væsken i det første underkammer overstige trykket i det andre underkammer med mer enn forskjellen i osmotiske trykk av de to væskene, hvilket er velkjent i PRO-teknikken. Foretrukket anvendes et trykk som ikke er større enn omtrent 90% av den osmotiske trykkforskjell mellom de to vandige strømmer, og som er minst omtrent 300 psig, hvis passende. Fordi noe oppbygning av saltkonsentrasjonen kan forekomme på innstrømningssiden av membranen selv om det anvendes en ferskvannsstrøm, drevet av konsentrasjonsgradienter, tilveiebringes noe sveipende sirkulasjon tvers over det semipermeable membranmaterialet 17 på lavtrykks-siden for å begrense slik potensiell konsentrasjonspolarisering, foretrukket ved å forbinde den andre port 25 av det andre underkammer 15 til en resirkulasjonsledning 67 som inneholder en liten resirkulasjonspumpe 69 som drives for å returnere en liten strømning av væske for resirkulering eller sammen med væsken som pumpes fra kilden 37, som foretrukker leverer slik til ledningen 41 nedstrøms av 3-veis ventilen 43. Avhengig av karakteren av innstrømningen til det andre underkammer og mengden av strømning inn i det andre kammer, er strømningen som uttrekkes foretrukket lik minst omtrent 10% av strømningsraten av væske tilført ved hjelp av lavtrykks-pumpen og mer foretrukket lik minst omtrent 20%. I tillegg, på grunn av konsentrasjonsgradient-saltinntrengning og fordi selv ferskvann kan ha noe saltinnhold, for å unngå enhver uønsket betydelig økning i bulk-saltkonsentrasjonen i det andre kammer som et resultat av permeasjonen av vann gjennom membranen, blør minst en del av den uttrukkede strøm til en avløpsledning, foretrukket en mengde som er minst lik omtrent 2% og mer foretrukket minst omtrent 5 av innstrømningen tilført ved hjelp av lavtrykks-tilførselspumpen 39. En større prosentandel av resirkuleringsstrømmen kan bløs av når strømmen med lav konsentrasjon har et noe større saltinnhold. Dette oppnås enkelt ved å inkludere et T-stykke i resirkuasjonsledningen 67 som fører til avløp gjennom en reguleringsventil 70 som kan innstilles variabelt for å tillate en ønsket mengde av strømning derigjennom. Mengden av strømning fra det andre kammer som blød for å unngå en slik økning i saltkonsentrasjon, fungerer naturligvis som en del av sveipestrømningen og reduserer mengden av den uttrukkede strømning som returneres til innløpet til det andre kammer.

Vann som strømmer gjennom membranmaterialet 17 kommer i tillegg til innløpsstrømningen inn i det første underkammer 13 slik at utløpsstrømningen derfra er betydelig større, vanligvis med omtrent 40-50%. Utgangsstrømningen fra det første kammer 13 i den forgrenede ledning 27 kan styres via en passende strømningsregulator 71 ved T-stykket for å innstille de ønskede mengder for strømning gjennom hver forgrening; når en roterende trykkoverføringsinnretning er inkludert som i fig. 1 og 2, vil imidlertid styring av trykkøkningspumpen 51 for å tilføre en definert strømningsrate av væske med høy saltkonsentrasjon til det første underkammer styre den gjenværende mengde av strømning som ledes til vannturbinen. Med slik styring opprettholdes en kontinuerlig rate av væskestrømning i forgreningen 27a som er bare noen større enn raten av innløpsstrømning av væske med høy saltkonsentrasjon som tilføres til separasjonselementet 11, hvilket tillater et svært lite tap gjennom væskeforseglingene i den roterende innretningen 29. Resten av strømningen fra utløpet 23 avgrenes til forgreningen 27b som fører til vannturbin 31 hvor den driver turbinen og resulterer i generering av elektrisk energi. Generelt kommer en hoveddel av avløpsstrømningen inn i høytrykks-innløpsporten 59 av den roterende trykkoverførings-innretning 29, hvor den overfører sitt trykk til en innkommende strøm av væske med lavt trykk og høy saltkonsentrasjon som tilføres ved hjelp av lavtrykkspumpen 55. Denne nå trykkavlastede, fortynnede strøm fjernes deretter, vanligvis ved omtrent atmosfærisk trykk, sammen med den lignende avløpsstrøm 35 fra vannturbinen, til en passende vannmasse; som kan være den samme sjøvannskilde 53 hvorfra lavtrykkspumpen 55 trekker sin suging.

Som et eksempel på en typisk operasjon, kjøres lavtrykksferskvannspumpen 39 for å tilføre en strøm ved omtrent 15 psig, og lavtrykkspumpen 55 for væsken med høy saltkonsentrasjon, f.eks. sjøvann, kjøres for å tilføre væsker til trykkoverføringsinnretningen 29 ved et trykk på omtrent 30 psig. Dette sjøvannet kommer inn i lavtrykks-innløpsporten 57 av trykkoverføringsinnretningen 29, og den kommer ut av høytrykks-utløpsporten 49 som en strøm ved omtrent 255 psig. Dets trykk forsterkes deretter i mateledningen 47 ved hjelp av trykkøkningspumpen 51 til et innløpstrykk på omtrent 300 psig før det kommer inn i det første underkammer 13 av membranseparasjonselementet. En fortynnet strøm kommer ut av utløpet 23 av elementet 11, et trykk på omtrent 288 psig, og den splittes mellom forgreningene som fører til høytrykksinnløpsporten 59 og til vannturbinen 31. Ved for eksempel en innløpsstrømning på 100 gallon per minutt (gpm) av sjøvann og en innløpsstrømning av ferskvann på omtrent 51 gpm, med en resirkulasjonsstrømning på omtrent 10 gpm gjennom ledningen 67, kan det være en utløpsstrømning på omtrent 141 gpm til den forgrenede ledning 27 hvor den deretter splittes slik at omtrent 101 gpm sendes til trykkoverføringsinnretningen 29 og omtrent 40 gpm anvendes til å drive vannturbinen 31 og frembringe elektrisk energi. En del av resirkulasjonsstrømningen bløs foretrukket ved åpning av ventilen 70 og fjernes, f.eks. til en grunnvannskilde for å hindre en uønsket stigning i saltkonsentrasjon i det andre underkammer 15. Tilførselen av ferskvann fra pumpen 39 øker følgelig, f.eks. med omtrent 5% til 105 gmp, for å kompensere for en 5% blødning. Det totale drivstoffsystemet i PRO-modusen er eksvisitt fordi, ved anvendelse av den roterende trykkoverføringsinnretning 29, oppstart er hovedsakelig automatisk så snart de to lavtrykkspumpene 39 og 55 og trykkøkningspumpen 51 arbeider, dessuten, når en slik ekstremt effektiv roterende trykkoverføringsinnretning anvendes, er operasjonen hovedsakelig selv-kontrollerende så vel som selv-startende.

Når det er ønsket å drive systemet i RO-modusen, innstilles styringsinnretningen 65 til RO-modus, i stedet for PRO-modus, og drift begynner som generelt i ethvert storskala RO avsaltingssystem. Som kjent i RO-teknikken, vil den saltholdige strøm generelt tilføres til de semipermeable membranseparasjonselementer ved et trykk på minst omtrent 600 psig, og generelt minst omtrent 700 psig, og foretrukket ved omtrent 800 psig for sjøvann. Det forventes at f.eks. i løpet av vintermåneder når ferskvann kan være relativt rikelig som et resultat av regn og snøfall, slik at ingen hjelpeforsyning av ferskvann behøves, kan systemet drives i en PRO-modus for å generere anvendbar kraft. Senere på året, når tilførselen av ferskvann blir begynnelsen, kan systemet skiftes til å operere i RO-modus og produsere en jevn strømning av høykvalitets-vann som skulle ha en drikkekvalitet. I enkelte henseender, kan systemet imidlertid også opereres som om det var en energiladningsinnretning eller batteri, slik at, når overskuddskraft er tilgjengelig i ledningsnettet, opereres systemet i en RO-modus for å generere høykvalitetsvann som lagres i et passende reservoar og konsentrert saltvann som kan lagres i et separat basseng. Deretter, når energi behøves, kan denne lagrede konsentrerte saltlake og vann returneres som matestrømmer for å generere energi en PRO-modus eller en strøm av gråvannsavløp fra et vannbehandlingsanlegg eller lignende kan anvendes som væsken med lavt saltinnhold. Dessuten kan saltlaken fra RO-behandling av brakkvann fordelaktig holdes tilbake for senere bruk i en PROsyklus i situasjoner hvor det ikke er noen annen væske med høyt saltinnhold som er lett tilgjengelig.

Når systemet opereres i RO-modusen, omstilles 3-veis ventilen 43 slik at den forbinder den første prt 21 av det andre underkammer 15 i separasjonselementet med forgreningsledninger 41b som fører til ferskvannsreservoaret 45, og en ventil 73 i resirkulasjonskretsen er lukket. Alternativt kan en ventil (ikke vist) i ledningen 41 like oppstrøms av den første porten 21 og blødningsventilen 70 være lukket, og resirkulasjonspumpen anvendes til å pumpe permeatet fra det andre underkammer gjennom ledningen 67 og forgreningen 41b. Under antagelse om at sjøvann anvendes som væskematingen med høy saltkonsentrasjon, kan det mates til innløpet 19 av det første underkammer 13 av separasjonselementet 11 ved f.eks. omtrent 800 psig. Innløpsledningen 47 som fører til det første underkammeret 13 inkluderer en forgrening 47a som kommer inn ved en lokalitet nedstrøms av trykkøkningspumpen 51, forgreninger inneholder en ventil 75 som er lukket under PRO-drift og åpnes deretter ved hjelp av styringsinnretningen 65 under RO-drift. En høytrykkspumpe 77 tilfører sjøvann ved omtrent 800 psig fra en kilde, slik som havet, gjennom forgreningen 47a. Lavtrykkspumpen 55 fortsetter å kjøres og tilfører sjøvann ved omtrent 30 psig til lavtrykks-innløpsporten 57 av trykkoverføringsinnretningen 29.

I denne RO-modus, hvis omtrent 100 gpm sjøvann pumpes inn i det første underkammeret 13, vil revers osmose forårsake permeasjon av ferskvann gjennom membranen inn i det andre underkammeret 15, og permeatstrømning ut av det andre underkammer 15 kan være lik omtrent 40 gpm, hvilket permeat leveres til vannreservoaret 45. Raten av ustrømning av sjøvann med noe økt saltinnhold, ofte kalt saltlake, fra det første underkammer 13 gjennom utløpet 23 reduseres således under innstrømningsraten av sjøvann ved mengden av permeat, hvilket resulterer i en utløps-strømningsrate for saltlake på omtrent 60 gpm eller 60% av innstrømning. Generelt vil saltlake-strømningsraten opprettholdes ved minst omtrent 40% av innstrømning, foretrukket minst omtrent 50% og mer foretrukket minst omtrent 60%. Som det er kjent i RO-teknikken, kan en styringsventil (ikke vist) anvendes til å opprettholde det ønskede trykk i det første underkammeret 13. En ventil 79 i ledningen til vannturbinen 31 lukkes, slik at hele strømningen ledes til høytrykks-innløpsporten 59 av trykkoverføringsinnretningen 29. I den roterende rotoren overføres trykket av utløpsstrømmen av saltlake til omtrent det samme volum av friskt sjøvann som tilføres ved hjelp av lavtrykkspumpen 55, og resulterer således i avløp av en høytrykks-utløpsstrøm av sjøvann ved et trykk på omtrent 755 psig og en strømningsrate på omtrent 59 gpm. Trykkøkningspumpen 51 hever sjøvannstrykket til omtrent 800 psig, og pumpen 51 kan anvendes til å styre saltlake-avløpsraten.

Strømningen med det økte trykk går sammen med utgangsstrømningen fra høytrykkspumpen 77 for å tilveiebringe den ønskede innløpsstrøm til separasjonselementet 11, dvs. 100 gpm sjøvann ved 800 psig. Lavtrykks-avløpsstrømmen av saltlake fra utløpsporten 62 blir passende fjernet eller ledet til et basseng som nevnt i det foregående.

Følgelig, gjennom en relativt enkelt styringsoperasjon, omdannes det totale system enkelt mellom enten RO-produksjonen av ferskvann eller den effektive og økonomiske PRO-generering av anvendbar kraft, slik som elektrisk energi. Dette trekket tilveiebringer følgelig en effektiv alternativ anvendelse av et RO-avsaltingsanlegg når naturlige betingelser er slik at ferskvannstilførsler tilfredsstiller behovene til samfunnet eller området; det forbedrer således systemets totale økonomi.

I utførelsesformen i fig. 2 er komponentene som benyttes de samme; for at vannstrømningen gjennom det semipermeable mebranmaterialet 17 i separasjonselementet 11 alltid opprettholdes i den samme retning, uten hensyn til hvorvidt det er RO- eller PRO-driftsmodus, sørges det imidlertid til for drenering av systemet og aktivering av to kryssløpsventiler 81. En ventil 81a er lokalisert i ledningene som fører til paret av porter 19, 21, og en lignende ventil 81b er lokalisert i ledningene som fører fra paret av porter 23, 25 av separasjonselementet 11. Begge refereres generelt til som vekselventiler.

Systemet illustrert i fig. 2 kan operere i PRO-modus nøyaktig som beskrevet i det foregående. Deretter, når det er ønsket å frembringe ferskvann, vil styringsinnretningen 65 avstenge alle pumpene, drenere det første underkammer 13 gjennom en fjernstyrt dreneringstapp 83 etter lukking av ventil 79 som fører til vannturbinen og ventilen 65, omstille treveisventilen 43, åpne ventilen 75 i ledningen som fører til høyttrykkspumpen, dreie de to kryss-vekselventiler 81a og 81b, og deretter restarte lavtrykkspumpen 55, høytrykkspumpen 77 og trykkøkningspumpen 51 (hvis den ikke starter automatisk). Styringsinnretningen 65 dreier ventilen 81a ved innløpet for å bevirke at innløpsstrømmen av væske med høyt trykk og høy saltkonsentrasjon, inkluderende den fra trykkoverføringsinnretningen 29, tilføres i stedet til det andre underkammer 15; dette bevirker at vann trenger gjennom membranen 17 inn i det første underkammer 13, hvorfra det strømmer til vannreservoaret enten gjennom den tidligere innløpsport 19 eller gjennom utløpsporten 23 via kryssløpsventilen 81b og resirkulasjonsledningen 67. Saltlake-utløpsstrømningen fra den andre porten 25 av det andre underkammer 15 er nå forbundet, gjennom kryssløpsventilen 81b, med den forgrenede ledning 27 som fører til høyttrykks-innløpsporten 59 av trykkoverføringsinnretningen. Systemet arbeider deretter i RO-modus, i alt vesentlig som tidligere beskrevet, idet den enste forskjellen er at væsken med høy saltkonsentrasjon (f.eks. sjøvann) nå tilføres til det andre underkammer 15 gjennom den første porten 21 og det gjennomtrengende ferskvann fjernes fra det første underkammer 13. Som et resultat av disse forandringene med hensyn til sending via kryssløpsventilene 81, forblir vannstrømningen gjennom den semipermeable membran 17 i RO-modusen i den samme retningen, dvs. fra det andre underkammer 15 til det første underkammer 13, som ble beskrevet med hensyn til PRO-modusen.

Når det er ønsket å omstille systemet tilbake til PRO-modusen, kan det være ønskelig å først drenere det andre underkammer 15, og åpning av styringsventilen 70 i resirkulasjonsledningen 67 kan anvendes for å oppnå dette formål.

Fig. 3 illustrer et hybrid RO/PRO-system som ligner på systemet illustrert i fig. 1, og komponentene som er felles for begge er følgelig gitt i samme referansetall. Skjematiske trådforbundne forbindelser er vist mellom styringsinnretningen 65 og de ulike komponenter i systemet; lignende forbindelser, eller deres ekvivalenter ville eksitere i fig.

1 og 2, men er ikke vist for å forbedre den totale klarhet. Systemet i fig. 3 anvender imidlertid ikke en trykkoverføringsinnretning for å heve trykket av en innkommende strøm av væske med høy konsentrasjon ved anvendelse av avløpsstrømmer med høyt trykk av enten en fortynningsvæske i PRO-modusen eller saltlake i RO-modusen. Systemet er således noe forenklet ved at en uforgrenet utløpsledning 87 forbinder utløpsporten 23 fra det første underkammer direkte til vannturbinen 31, og som et resultat av dette anvendes hele utløpsstrømningen av væske med høyt trykk i begge moduser for å frembringe kraft og blir deretter fjernet eller tilbakeholdt som tidligere nevnt.

Systemet er også forenklet på sjøvanns-innløpssiden hvor en enkel pumpe 89 med variabelt trykk er forbundet med tilførselsledningen 47. Pumpen kan arbeide for å tilveiebringe et avløpstrykk på mellom omtrent 300 psig og omtrent 800 psig. Alternativt kan det anvendes en lavtrykks-pumpe og en valgfri trykkøkningspumpe-krets.

Når deift i PRO-modusen er ønsket, innstilles styringsinnretningen 65 i overensstemmelse med dette, og 3-veis ventilen 43 aktiveres for å forbinde ledningen 41a inneholdende ferskvanns-tilførselspumpen 39 med den første porten 21 av det andre underkammer 15, som vist i fig. 3. Styringsinnretningen innstiller deretter pumpen 89 til å tilføre en strømning av sjøvann ved den ønskede rate, f.eks. 100 gpm, og trykk, f.eks. 300 psig, til det første underkammer 13. Ferskvann tilføres til et andre underkammer 15 via tilførselspumpen 39, som aktueres sammen med resirkulasjonspumpen 69, og fenomenet med osmose driver vann gjennom det semipermeable membranmaterial 17 inn i det første underkammer 13. En prosentandel av den uttrukkede strømning bløs gjennom ventilen 70 som tidligere. Det gjennomtrengende vann kommer i tillegg til innløpsstrømningen av sjøvann inn i det første underkammer, og en avløpsstrømning med økt volum kommer ut gjennom utløpsporten 23. Hele strømningen ledes gjennom ledningen 87 til vannturbinen 31 hvor den generer kraft og fjernes deretter som tidligere nevnt.

Når det er ønsket å istede drive systemet i RO-modusen, stanses de motor-drevne pumper, og styringsinnretningen 65 omstilles til RO-modus. Dette bevirker et 3-veis ventilen 43 forbinder ledningen 41 med vannreservoaret 45 gjennom forgreningsledningen 41b, og det bevirker deretter at pumpen 89 med variabelt trykk leverer væske, f.eks. sjøvann, ved omtrent 800 psig. En ventil 91 like oppstrøms av den første porten 15 av det andre underkammer og reguleringsventilen 70 er lukket, og resirkulasjonspumpen 69 opereres for å uttrekke permeatet fra det andre underkammer 15 og levere det gjennom 3-veis ventilen 43 til vannreservoaret 45 så lenge som pumpen 89 arbeider. Hele avløpsstrømningen av saltlake fra det første underkammer 13 leveres gjennom ledningen 87 til turbinen 31 hvor den bevirker at turbinen roterer og frembringer kraft, og holdes deretter tilbake eller fjernes som tidligere nevnt.

Det kan således ses at styringsinnretningen 65 svært enkelt og på en likefrem måte igjen kan omstille systemet mellom drift i PRO-modusen og drift i RO-modusen. Dette øker i stor grad allsidigheten av systemet, idet fremstilling av konstruksjonen og driften av et PRO-type energigenereringssystem mer økonomisk gjennomførbart.

Selv om oppfinnelsen har blitt beskrevet med hensyn til visse foretrukne utførelsesformer som utgjør den beste modusen som kjent for oppfinneren for å utføre denne oppfinnelsen, skal det forstås at forskjellige endringer og modifiseringer som vil være åpenbare for en fagkyndig i teknikken kan gjøres uten å avvike fra rammen som defineres i de vedføyde kravene. I for eksempel et miljø hvor det øyeblikket er en rikelig tilførsel av ferskvann, kan hele den uttrukkede strømmen bløs til avløp og tilføreselen til oppstrøms-kammeret økes i overensstemmelse med dette. Tilbakeholdelsen av visse avløpsstrømmer i et basseng eller lignende kan både minimere miljømessig innvirkning av visse avløp, f.eks. saltlaken med høyere saltinnhold fra en sjøvann RO-avsaltingsenhet, og tilveiebringe en fordel i etterfølgende kraftgenerering i PRO-modusen. For eksempel kan vannturbinen anvendes til direkte eller indirekte, f.eks. via en elektrisk motor, å drive en av matepumpene, f.eks. en lavtrykks-ferskvannspumpe eller lavtrykks-sjøvannspumpe. I tillegg til å være anvendbar til å opprettholde strømning alltid i den samme retningen gjennom separasjonselementer som benytter strømnings-følsomt semipermeabelt membranmaterial og/eller som har spesiell matestrømnings-preferanse, kan anordningen i fig. 2 også være anvendbar når det anvendes separasjonselementer som er i alt vesentlig ufølsomme ovenfor strømningsretning. I dette tilfellet kan det være ønskelig å leilighetsvis omstille vekselventilene i systemet vist i fig. 2 for således å, under drift f.eks. i PRO-modusen, effektivt omstille kammerne slik at strømning gjennom det semipermeable membranmaterial er i den motsatte retningen. Slik periodisk strømningsreversering kan lette rengjøring ved fjerning av overflate-oppbygningen på den side av membranen som vannet trenger inn i.

Spesielle trekk ved oppfinnelsen fremheves i de etterfølgende patentkrav.

Claims (10)

PATENTKRAV

1. System for både fremstilling av høykvalitetsvann fra saltholdig vann og fremstilling av kraft fra to vandige strømmer med forskjellige saltkonsentrasjoner,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t systemet omfatter:

-et semipermeabelt membranelement(11) som er i stand til å drives i enten en RO- eller en PRO-modus, hvilket element har et første underkammer (13) og et andre underkammer (15) separert av semipermeabelt membranmaterial (17), idet elementet også har et innløp (19) og et utløp (23) forbundet med det første underkammer og første og andre porter (21,25) forbundet med det andre underkammer, -en vannturbin-kraftgenerator (31,33),

-første ledningsmidler (27) som forbinder utløpet fra det første underkammer av elementet med vannturbinen, -midler for å levere en flytende matestrøm av vann med høy saltkonsentrasjon fra en kilde (53) for slikt saltholdig vann under høyt trykk som inkluderer en andre ledning (47) som fører til det første underkammer-innløp, -tredje ledningsmidler (41) som har første og andre forgreninger forbundet med den første porten av det andre underkammer,

-midler (39) for å tilføre vann med lav saltkonsentrasjon til det andre underkammer gjennom den første forgrening (41a), mens den andre forgrening (41b) tjener som et avløpsrør for vandig permeat,

-midler (69) for å uttrekke noe vann med lav saltkonsentrasjon fra den andre porten (25) av det andre underkammer for å oppnå sveipende strømning langs det semipermeable membranmaterial, og

-styringsmidler (65) for alternerende å drive systemet enten i en kraft-produserende PRO-modus hvori den første forgrening (41a) operativt forbinder vanntilførselsmidlene med lav saltkonsentrasjon (39) med den første porten (21) av det andre kammer, eller i en høykvalitetsvann-produserende RO-modus hvori den andre avløpsforgrening (41b) er operativt forbundet med det andre underkammer (15) for strømning av permeat derigjennom.

2. System som angitt i krav 1, som inkluderer en isobar trykkoverføringsinnretning (29) som har en høytrykks-innløpsport (59), en lavtrykks-innløpsport (57), en høytrykksutløpsport (49) og en lavtrykks-utløpsport (61), hvori de første ledningsmidler (27) inkluderer en forgrening (27a) som fører til høytrykks-innløpsporten av trykkoverføringsinnretningen, og hvori matestrøm-tilførselsmidlene inkluderer (a) tilførselsmidler (53) for å tilføre en kontinuerlig strøm av vann med høy saltkonsentrasjon til lavtrykks-innløpsporten (19) av trykkoverføringsinnretningen, (b) en første forgrening av den andre ledningen (47) som er forbundet med høytrykks-utløpsporten av trykkoverføringsinnretningen, (c) en trykkøkningspumpe (51) i den første forgrening, (d) en andre forgrening (47a) av den andre ledningen som er forbundet med en kilde for saltholdig vann, og (e) en høytrykkspumpe (77) i den andre forgrening.

3. System som angitt i krav 1 eller 2, hvori matestrømtilførselsmidlene inkluderer en første lavtrykkspumpe (55) i tilførselsmidler (a) og et par av vekselventiler (81a og 81b) som leder strømning inn i og ut av de første og andre underkammere (13,15).

4. System som angitt i krav 2, hvori den isobare trykkoverføringsinnretning (19) er en roterende trykkover-føringsinnretning og hvori de første ledningsmidler inneholder en ventil (79) oppstrøms av vannturbinen som kan være lukket.

5. System som angitt i krav 2, hvori den andre forgreningen (d) inneholder en ventil (75) nedstrøms av høytrykkspumpen som kan være lukket.

6. System som angitt i krav 2, hvori en tilførselspumpe (39) er inneholdt i den første forgreningen (b) av de tredje ledningsmidler (41), og de tredje ledningsmidler inneholder en 3-veis ventil (45) for å sammenkoble det andre underkammer (15) med enten den første forgrening (b) eller den andre forgrening (d) derav.

7. System som angitt i et av kravene 1-6, hvori uttrekkingsmidlene inkluderer en resirkulasjonsledning (67) som inneholder en resirkulasjonspumpe (69) som er forbundet med de første og andre porter av det andre kammeret, og hvori det tredje ledningsmiddelet (41) inneholder en 3-veis ventil (43) til det andre underkammer som i RO-modusen tillater at resirkulasjonspumpen leverer gjennomtrengende vann til den andre forgreningen (d).

8. Fremgangsmåte for fremstilling av høykvalitetsvann fra saltholdig vann i en RO-modus og for fremstilling av kraft fra to vandige strømmer med forskjellige saltkonsentrasjoner i en PRO-modus,

k a r k t e r i s e r t v e d a t fremgangsmåten omfatter trinnene med:

-å tilveiebringe et semipermeabelt membranseparasjons-element (11) som er i stand til å drives i enten en RO- eller en PRO-modus, hvilket element har to underkammere (13,15) som er separert av semipermeabelt membranmaterial (17), og et par av porter forbundet henholdsvis med hvert underkammer;

-i PRO-modusen:

-å tilføre en innløpsvæskestrøm av vandig oppløsning med høy saltkonsentrasjon under et trykk som ikke er større enn omtrent 90% av den osmotiske trykkforskjellen mellom de to vandige strømmene til et av underkammerne, -å tilføre en innløpsvæskestrøm av en vandig oppløsning med lav saltkonsentrasjon til det andre av underkammerne av elementet under lavt trykk,

-å uttrekke en mengde lik minst omtrent 10% av innløpsstrømningen av strømmen med lav saltkonsentrasjon fra det andre underkammer for å unngå saltkonsentrasjonspolarisering i nærheten av det semipermeable membranmaterial, og

-å levere minst noe av en væskestrøm med økt volum som kommer ut av det ene underkammer til et vannturbinkraftgenerator (31,33); og

-i RO-modusen:

-å tilføre en kontinuerlig væskestrøm av vandig oppløsning med høy saltkonsentrasjon under et trykk på minst omtrent 700 psig til et underkammer av det semipermeable membranelement,

-å uttrekke en kontinuerlig strøm av vandig permeat fra det andre underkammer av det semipermeable membran-element, -å uttrekke en kontinuerlig strøm av saltlake fra det ene underkammer lik et volum på minst omtrent 40% av innløpsstrømvolumet dertil, og

(a)å lede den uttrukkede strømmen av saltlake til vannturbinen (31,33), og/eller

(b)å overføre trykket av den uttrukkede saltlakestrømmen for å heve trykket av væsken med høy saltkonsentrasjon som tilføres til det ene underkammer.

9. Fremgangsmåte som angitt i krav 8, hvori en roterende trykkoverføringsinnretning (29) som har en høytrykks-innløpsport (59), en lavtrykks-innløpsport (57), en høytrykksutløpsport (49) og en lavtrykks-utløpsport (49) er tilveiebrakt, hvori en hoveddel av strømmen med økt volum leveres i PRO-modusen til høytrykks-innløpsporten av væske-trykkoverføringsinnretningen, hvori innkommende væske med høy saltkonsentrasjon tilføres til lavtrykks-innløpsporten av trykkoverføringsinnretningen og trykksettes deri, og hvori den trykksatte væsken med høy saltkonsentrasjon fra høytrykksutløpsporten av trykkutvekslingsinnretningen leveres til det ene underkammer som den innkommende tilførsel etter ytterligere forsterkning av trykket derav.

10. Fremgangsmåte som angitt i krav 8 eller 9, hvori høytrykks-væsken tilføres til motsatte underkammere av separasjonselementet (11) i RO-modusen og i PRO-modusen slik at permeatstrømmen gjennom det semipermeable membranmaterial i elementet er i den samme retningen i både RO- og PRO-modusen, og hvori det første underkammer (13) av separasjons-elementet dreneres ved omstilling fra PRO-modusen til RO-modusen.