專利名稱：用于反滲透淡化系統(tǒng)的壓力交換缸及閥控壓力交換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能量回收裝置，具體的說，是涉及一種用于海水及苦咸水反滲透淡化系統(tǒng)中的壓力交換器，屬于功交換式能量回收類型。
背景技術(shù)：
反滲透淡化系統(tǒng)排出的濃鹽水具有很高的壓力，若不進(jìn)行利用會造成約60%的能量浪費(fèi)，將反滲透系統(tǒng)濃鹽水余壓能回收利用的技術(shù)即為能量回收技術(shù)。目前的能量回收裝置主要有兩種類型，水力透平式和功交換式。其中，功交換式能量回收技術(shù)是通過界面或隔離物，直接把高壓濃水的壓力傳遞給進(jìn)料海水，只需要經(jīng)過“壓力能一壓力能”一步能量轉(zhuǎn)換，能量回收效率可高達(dá)90-97%。目前，反滲透淡化系統(tǒng)中應(yīng)用的功交換式能量回收裝置主要為閥控式壓力交換器和轉(zhuǎn)子式壓力交換器兩類。閥控式壓力交換器，由兩個或以上液壓缸并聯(lián)，液壓缸內(nèi)由“實(shí)體活塞”隔離成濃水和淡水兩個腔室，通過換向閥控制并聯(lián)的液壓缸，交替進(jìn)行增壓；實(shí)體活塞體積相對較大，并且在換向閥切換的瞬間，常會出現(xiàn)壓力和流量波動。轉(zhuǎn)子式壓力交換器以美國ERI公司的PX能量回收裝置為代表，高壓濃水推動無軸陶瓷轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，通過“液柱活塞”直接增壓進(jìn)料海水，實(shí)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定增壓，并且裝置體積較小，但存在原料海水和濃鹽水的混合問題。上述兩種壓力交換器各有其優(yōu)勢和缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種多通道的壓力交換缸，同時結(jié)合轉(zhuǎn)子式壓力交換器的增壓方式和閥控式壓力交換器的換向方式，提供一種適用于反滲透淡化系統(tǒng)，能夠提升低壓原海水壓力，實(shí)現(xiàn)能量回收的閥控壓力交換器。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明通過以下的技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):一種用于反滲透淡化系統(tǒng)的壓力交換缸，包括缸體，所述缸體內(nèi)部設(shè)置有至少兩個液壓交換通道，每個所述液壓交換通道能夠?qū)⑺鲈诤退鰸馑谙噙B通。所述液壓交換通道可以由固定在所述缸體內(nèi)壁的通道板分隔而成。所述液壓交換通道也可以由設(shè)置于兩個支撐板之間的通道管構(gòu)成，兩個所述支撐板分別位于所述缸體兩端并固定于所述缸體內(nèi)壁。優(yōu)選地，所述液壓交換通道的長度為0.1m 20m。優(yōu)選地，單個所述液壓交換通道與所述缸體的截面積比為0.001 0.5。多個所述液壓交換通道的排列方式為環(huán)形陣列、矩形陣列或蜂窩狀陣列等任意排列方式。一種用于反滲透淡化系統(tǒng)的閥控壓力交換器，包括上述的壓力交換缸，所述壓力交換缸采用至少兩個并聯(lián)，每個所述壓力交換缸的所述原水口連接有并聯(lián)的低壓原水進(jìn)水單向閥和高壓原水出水單向閥，所有所述壓力交換缸的所述濃水口共同連接有換向閥，所述壓力交換缸在其所述原水口位置處設(shè)置有傳感器。
當(dāng)所述壓力交換缸采用兩個并聯(lián)時，所述換向閥采用兩位換向閥，所述兩位換向閥內(nèi)部設(shè)置有以活塞桿相連的兩個活塞，并設(shè)置有一個高壓濃水進(jìn)口、兩個低壓濃水排放口以及兩個與所述壓力交換缸的所述濃水口連接的連接口。所述傳感器為壓力變送器、在線電導(dǎo)率儀或在線鹽度變送器等。本發(fā)明的有益效果是:(一)本發(fā)明的壓力交換缸，缸體內(nèi)不需要設(shè)置實(shí)體活塞，直接通過“液柱活塞”將高壓濃水的壓力能直接傳遞給低壓原水，能量回收效率高達(dá)90%以上；(二)本發(fā)明的閥控壓力交換器利用單向閥和換向閥同步控制，實(shí)現(xiàn)壓力交換缸的交替增壓，多個壓力交換缸在工作時存在一定相位差，可降低進(jìn)水和出水的壓力及流量波動；(三)本發(fā)明的壓力交換缸內(nèi)部設(shè)置有多個較長、較細(xì)的液壓交換通道，可大幅降低相互接觸的濃水和原水的混合度，并提高容積利用率，混合容積約為液壓通道容積的20%-30% ；

(四)本發(fā)明在壓力交換缸原水口一側(cè)設(shè)置在線電導(dǎo)率儀，隨時監(jiān)測、反饋和調(diào)控活塞的運(yùn)動狀態(tài)及位置，以便對整個裝置進(jìn)行最優(yōu)化調(diào)試。


圖1是本發(fā)明所提供的閥控壓力交換器的整體結(jié)構(gòu)縱向剖面圖；圖2是本發(fā)明所提供的壓力交換缸的縱向剖面圖；圖3是本發(fā)明所提供的壓力交換缸的橫向剖面圖；其中，圖3 (a)表示采用通道管方式的環(huán)形陣列液壓交換通道；圖3 (b)表示采用通道板方式的環(huán)形陣列液壓交換通道；圖3 (C)表示采用通道板方式的蜂窩狀陣列液壓交換通道；圖4是本發(fā)明所提供的閥控壓力交換器的第一使用狀態(tài)圖；圖5是本發(fā)明所提供的閥控壓力交換器的第二使用狀態(tài)圖。圖中:1:第二低壓原水進(jìn)水單向閥；2:第二高壓原水出水單向閥；3:第一低壓原水進(jìn)水單向閥；4:第一高壓原水出水單向閥；5:第一壓力交換缸；5-1:第一原水口 ；5_2:第一在線電導(dǎo)率儀；5_3 第一支撐板；5_4:第一通道管；5-5:第二支撐板；5_6:第一濃水口 ；5_7:通道板；6:兩位換向閥；6-1:電能驅(qū)動裝置；6_2:第一低壓濃水出口 ；6_3:第一活塞；6_4:活塞桿；6-5:高壓濃水進(jìn)口 ；6_6:第二活塞；6_7:第二低壓濃水出口 ；7:第二壓力交換缸；7-1:第二原水口 ；7_2:第二在線電導(dǎo)率儀；7_3:第三支撐板；7_4:第二通道管；7-5:第四支撐板；7-6:第二濃水口 ；8:低壓原水；9:供水栗；10:聞壓栗；11:增壓栗；12:反滲透I旲組件；13:廣品水箱。
具體實(shí)施例方式下面通過具體的實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，以下實(shí)施例可以使本專業(yè)技術(shù)人員更全面的理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。本實(shí)施例以設(shè)置兩個壓力交換缸的閥控壓力交換器為例進(jìn)行說明，兩個壓力交換缸分別稱之為第一壓力交換缸5和第二壓力交換缸7，相應(yīng)地?fù)Q向閥采用兩位換向閥6。如圖1所示，本實(shí)施例的多通道閥控壓力交換器包括完全相同且并聯(lián)的第一壓力交換缸5和第二壓力交換缸7。第一壓力交換缸5兩端分別設(shè)置有第一原水口 5-1和第一濃水口 5-6，內(nèi)部均勻地分布有多個截面為圓形的第一液壓交換通道，每個第一液壓交換通道能夠?qū)⒌谝辉?-1和第一濃水口 5-6相連通。第一液壓交換通道由第一通道管5-4所形成，第一通道管5-4的兩端分別連接在第一支撐板5-3和第二支撐板5-5上,第一支撐板5-3和第二支撐板5-5分別連接在第一壓力交換缸5兩端的缸體內(nèi)壁上,結(jié)合圖3 (a)所不。第一通道管5-4與第一支撐板5-3、第二支撐板5-5的連接方式，第一支撐板5-3、第二支撐板5-5與缸體內(nèi)壁的連接方式可采用焊接、脹接、焊脹并用等。第一液壓交換通道最好設(shè)計(jì)為較長且較細(xì)，長度至少為0.1m,以0.1m 20m為佳；第一液壓交換通道與第一壓力交換缸5缸體的截面積比最好設(shè)計(jì)在0.001 0.5的范圍內(nèi)。第一液壓交換通道的設(shè)計(jì)長度越長，容積利用率越高；而第一液壓交換通道與第一壓力交換缸5缸體的截面積之比越小，混合段長度越短。因此第一液壓交換通道最好設(shè)計(jì)為較長且較細(xì)，能夠明顯增加通道的容積利用率，同時降低濃水和原水的混合度。例如，可以將第一壓力交換缸5的內(nèi)徑取為250_，內(nèi)部均勻分布12支圓形的第一液壓交換通道，采用環(huán)形排列，每個第一液壓交換通道的長度取為2.0m,內(nèi)徑取為50_。第一液壓交換通道的截面形狀除圓形外，還可以是方形等多邊形以及其他形狀；多個第一液壓交換通道可采用環(huán)形陣列、矩形陣列或蜂窩狀陣列等各種排列方式，如圖3所示。只要能將第一壓力交換缸5分割開的任意通道形狀和排列方式均可以構(gòu)成本發(fā)明的技術(shù)方案，完成本發(fā)明的有益效果。如圖2和圖3 (b)、圖3 (C)所示，第一液壓交換通道還可以采用固定在第一壓力交換缸5內(nèi)壁的通道板5-7直接分隔而成，通道板5-7與第一壓力交換缸5缸體的兩端具有間距，從而使每個第一液壓交換通道能夠?qū)⒌谝辉?5-1和第一濃水口 5-6相連通。同樣地，第二壓力交換缸7兩端分別設(shè)置有第二原水口 7-1和第二濃水口 7-6，內(nèi)部均勻地分布有多個截面為圓形的第二液壓交換通道，每個第二液壓交換通道能夠?qū)⒌诙?7-1和第二濃水口 7-6相連通。第二液壓交換通道由第二通道管7-4所形成，第二通道管7-4的兩端分別連接在第三支撐板7-3和第四支撐板7-5上，第三支撐板7-3和第四支撐板7-5分別連接在第二壓力交換缸7兩端的缸體內(nèi)壁上。第二壓力交換缸7內(nèi)部各部件的連接方式和設(shè)計(jì)要求與第一壓力交換缸5相同，此處不再贅述。再如圖1所示，第一壓力交換缸5在第一原水口 5-1上連接有第一低壓原水進(jìn)水單向閥3和第一高壓原水出水單向閥4，第一低壓原水進(jìn)水單向閥3和第一高壓原水出水單向閥4并聯(lián)，均采用密封設(shè)置。第一低壓原水進(jìn)水單向閥3控制低壓原水8只能通過第一原水口 5-1進(jìn)入第一壓力交換缸5，第一高壓原水出水單向閥4控制高壓原水只能經(jīng)第一原水口 5-1從第一壓力交換缸5排出。
第二壓力交換缸7在第二原水口 7-1上連接有第二低壓原水進(jìn)水單向閥I和第二高壓原水出水單向閥2，第二低壓原水進(jìn)水單向閥I和第二高壓原水出水單向閥2并聯(lián)，均采用密封設(shè)置。第二低壓原水進(jìn)水單向閥I控制低壓原水8只能通過第二原水口 7-1進(jìn)入第二壓力交換缸7，第二高壓原水出水單向閥2控制高壓原水只能經(jīng)第二原水口 7-1從第二壓力交換缸7排出。第一壓力交換缸5的第一原水口 5-1與第一支撐板5-3之間設(shè)置有第一在線電導(dǎo)率儀5-2 ;第二壓力交換缸7的第二原水口 7-1與第三支撐板7-3之間設(shè)置有第二在線電導(dǎo)率儀7-2。第一在線電導(dǎo)率儀5-2作為傳感器，設(shè)置在第一原水口 5-1附近的任意位置；第二在線電導(dǎo)率儀7-2作為傳感器，設(shè)置在第二原水口 7-1附近的任意位置。此處的傳感器可以是壓力變送器、在線電導(dǎo)率儀或在線鹽度變送器等，以達(dá)到隨時監(jiān)測的目的。第一壓力交換缸5通過第一濃水口 5-6、第二壓力交換缸7通過第二濃水口 7_6與兩位換向閥6相連通。兩位換向閥6由電能驅(qū)動裝置6-1驅(qū)動換向，內(nèi)部設(shè)有以活塞桿6-4相連接的第一活塞6-3和第二活塞6-6，第一活塞6-3、第二活塞6-6與閥腔之間的連接處均設(shè)有密封結(jié)構(gòu)。兩位換向閥6外部的中間位置設(shè)置有一個高壓濃水進(jìn)口 6-5，上下位置分別設(shè)置有第一低壓濃水出口 6-2和第二低壓濃水出口 6-7。當(dāng)閥控壓力交換器設(shè)置多個壓力交換缸時，相應(yīng)地?fù)Q向閥采用多位換向閥。多位換向閥內(nèi)部設(shè)置有多位活塞，并設(shè)置有一個高壓濃水進(jìn)口、與壓力交換缸數(shù)量相同的多個低壓濃水排放口以及多個與壓力交換缸的濃水口連接的連接口。通過控制多位換向閥，可以使各個壓力交換缸處于不同相位，相互配合，實(shí)現(xiàn)循環(huán)增壓。下面結(jié)合圖4和圖5對安裝有本發(fā)明的閥控壓力交換器的典型反滲透淡化系統(tǒng)工藝流程進(jìn)行說明:低壓原水8由供水泵9加壓后分為兩路，一路由高壓泵10進(jìn)入反滲透膜組件12，另一路由第一低壓原水進(jìn)水單向閥3或第二低壓原水進(jìn)水單向閥I進(jìn)入第一壓力交換缸5或第二壓力交換缸7。原水經(jīng)反滲透膜組件12脫鹽后，產(chǎn)出淡水進(jìn)入產(chǎn)品水箱13，剩余高壓濃水則由高壓濃水進(jìn)口 6-5進(jìn)入壓力交換器進(jìn)行能量回收。當(dāng)電能驅(qū)動裝置6-1將兩位換向閥6調(diào)至位置一，如圖4所示，使第一壓力交換缸5的第一濃水口 5-6與高壓濃水進(jìn)口 6-5相連通，第二壓力交換缸7的第二濃水口 7-6與第二低壓濃水排放口 6-7相連通。高壓濃水通過第一濃水口 5-6進(jìn)入到第一壓力交換缸5中，在第一液壓交換通道內(nèi)推動低壓原水向左運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)能量的直接交換。原水增壓后，由第一原水口 5-1和第一高壓原水出水單向閥4排出，經(jīng)過增壓泵11進(jìn)一步提升到操作壓力，與高壓泵10的出水匯合，再一起進(jìn)入反滲透膜組件12。同時，低壓原水由第二低壓原水進(jìn)水單向閥I進(jìn)入第二壓力交換缸7在第二液壓交換通道內(nèi)向右運(yùn)動，推動低壓濃海水經(jīng)過第二濃水口 7-6及濃水排放口 6-7排出系統(tǒng)。當(dāng)?shù)谝粔毫粨Q缸5內(nèi)的第一在線電導(dǎo)率儀5-2檢測的電導(dǎo)率值達(dá)到設(shè)定值時，由控制系統(tǒng)給電能驅(qū)動裝置6-1提供信號，電能驅(qū)動裝置6-1使兩位換向閥6調(diào)至位置二，如圖5所示，使第二壓力交換缸7的第二濃水口 7-6與高壓濃水進(jìn)口 6-5相連通，第一壓力交換缸5的第一濃水口 5-6與第一低壓濃水排放口 6-2相連通。此時，高壓濃水由高壓濃水進(jìn)口 6-5，經(jīng)第二濃水口 7-6進(jìn)入到第二壓力交換缸7中，在第二液壓交換通道內(nèi)推動低壓原水向左運(yùn)動，原水增壓后從第二原水口 7-1，經(jīng)過第二高壓原水出水單向閥2和增壓泵11，進(jìn)入反滲透膜組件12。同時，低壓原水由第一低壓原水進(jìn)水單向閥3進(jìn)入第一壓力交換缸5，在第一液壓交換通道內(nèi)向右運(yùn)動，推動低壓濃海水經(jīng)過第一濃水口 5-6及第一低壓濃水排放口 6-2排出系統(tǒng)。當(dāng)?shù)诙毫粨Q缸7內(nèi)的第二在線電導(dǎo)率儀7-2檢測的電導(dǎo)率值達(dá)到設(shè)定值時，由控制系統(tǒng)給電能驅(qū)動裝置6-1提供信號，使兩位換向閥6調(diào)至位置一，進(jìn)行新一輪增壓。上述過程交替進(jìn)行，可實(shí)現(xiàn)高壓濃水余壓能的回收利用。第一在線電導(dǎo)率儀5-2、第二在線電導(dǎo)率儀7-2的電導(dǎo)率設(shè)定值根據(jù)實(shí)際運(yùn)行時電導(dǎo)率變化情況進(jìn)行設(shè)定。盡管上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式
，上述的具體實(shí)施方式
僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以作出很多形式的具體變換，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于反滲透淡化系統(tǒng)的壓力交換缸，包括設(shè)置有原水口和濃水口的缸體，其特征在于，所述缸體內(nèi)部設(shè)置有至少兩個液壓交換通道，每個所述液壓交換通道能夠?qū)⑺鲈诤退鰸馑谙噙B通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于反滲透淡化系統(tǒng)的壓力交換缸，其特征在于，所述液壓交換通道由固定在所述缸體內(nèi)壁的通道板分隔而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于反滲透淡化系統(tǒng)的壓力交換缸，其特征在于，所述液壓交換通道由設(shè)置于兩個支撐板之間的通道管構(gòu)成，兩個所述支撐板分別位于所述缸體兩端并固定于所述缸體內(nèi)壁。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于反滲透淡化系統(tǒng)的壓力交換缸，其特征在于，所述液壓交換通道的長度為0.1m 20m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于反滲透淡化系統(tǒng)的壓力交換缸，其特征在于，單個所述液壓交換通道與所述缸體的截面積比為0.001 0.5。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于反滲透淡化系統(tǒng)的壓力交換缸，其特征在于，多個所述液壓交換通道的排列方式為環(huán)形陣列、矩形陣列或蜂窩狀陣列。
7.一種用于反滲透淡化系統(tǒng)的閥控壓力交換器，其特征在于，包括如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的壓力交換缸，所述壓力交換缸采用至少兩個并聯(lián)，每個所述壓力交換缸的所述原水口連接有并聯(lián)的低壓原水進(jìn)水單向閥和高壓原水出水單向閥，所有所述壓力交換缸的所述濃水口共同連接有換向閥，所述壓力交換缸在其所述原水口位置處設(shè)置有傳感器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種用于反滲透淡化系統(tǒng)的閥控壓力交換器，其特征在于，所述壓力交換缸采用兩個并聯(lián)，所述換向閥采用兩位換向閥，所述兩位換向閥內(nèi)部設(shè)置有以活塞桿相連的兩個活塞，并設(shè)置有一個高壓濃水進(jìn)口、兩個低壓濃水排放口以及兩個與所述壓力交換缸的所述濃水口連接的連接口。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種用于反滲透淡化系統(tǒng)的閥控壓力交換器，其特征在于，所述傳感器為壓力變送器、在線電導(dǎo)率儀或在線鹽度變送器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于反滲透淡化系統(tǒng)的壓力交換缸及閥控壓力交換器，所述缸體內(nèi)部設(shè)置有至少兩個液壓交換通道，每個液壓交換通道能夠?qū)⒃诤蜐馑谙噙B通；閥控壓力交換器采用至少兩個壓力交換缸并聯(lián)，每個壓力交換缸的原水口連接有并聯(lián)的低壓原水進(jìn)水單向閥和高壓原水出水單向閥，所有壓力交換缸的濃水口共同連接有換向閥，壓力交換缸在其原水口位置處設(shè)置有傳感器。本發(fā)明將高壓濃水的壓力能直接傳遞給低壓原水，能量回收效率高達(dá)90%以上；同時利用單向閥和換向閥同步控制，實(shí)現(xiàn)壓力交換缸的交替增壓；可大幅降低相互接觸的濃水和原水的混合度，并提高容積利用率，混合容積約為液壓通道容積的20%-30%。
文檔編號C02F103/08GK103191642SQ20131009957
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月26日
發(fā)明者趙河立, 蘇慧超, 王金燕, 王生輝, 閆玉蓮, 陳芃 申請人:國家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所