CN107308816A - 反渗透海水淡化能量回收器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了反渗透海水淡化能量回收器,包括六面的箱体1,高压原水腔9,高压浓水腔11,低压原水腔10和低压浓水腔12,柱塞座7,在柱塞座的上表面的中部连接有上纵隔板6,以及与多个柱塞分别对应的高压原水阀,低压原水阀,高压浓水阀,低压浓水阀。本发明的能量回收器可与电机、皮带、曲轴箱等组成高压泵,能量回收器采用多柱塞循环增压方式,柱塞的运动由高压浓海水的压力能与电机动能一起来驱动,实现了对反渗透浓水余压的回收利用,同时降低了电机能耗,并且可以通过变频电机调节皮带传输速度,改变柱塞的往复运动频率,从而实现输出压力的调节,能量回收效率高达90%以上。
Description
技术领域
本发明涉及一种反渗透海水淡化能量回收器,属于海水淡化领域。
背景技术
典型的反渗透海水淡化***中,需要高压泵、能量回收、增压泵三种设备,***流程复杂,投资成本高,维护难度大,不适用于小型海水淡化***。对于海岛、海上平台和船舶等特殊场所,由于空间有限,电力能源又非常宝贵,往往要求小型淡化设备具备占地小、可靠性高、故障率低、高效节能等特点,而配置一台带有能量回收功能的高压泵是实现这些特点的关键。如若高压泵不具备能量回收功能,市面上实测的小型海水淡化装置的吨水能耗在15kW·h左右,能耗较高。因此,开发适用于小型反渗透海水淡化***的具备能量回收功能的高压泵,保证其能量回收效率在90%以上,是亟需解决的技术难题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足,提供一种可与电机、皮带、曲轴箱等组成高压泵,应用于反渗透海水淡化***的反渗透海水淡化能量回收器。
本发明的技术方案概述如下:
反渗透海水淡化能量回收器,包括六面的箱体1,第一上隔板2的前、后两端分别与箱体的前、后两侧壁的内表面连接,另外两端分别与箱体顶壁左部的下表面、箱体左壁上部的内表面连接,构成高压原水腔9;第二上隔板3的前、后两端分别与箱体的前、后两侧壁的内表面连接,另外两端分别与箱体顶壁右部的下表面、箱体右壁上部的内表面连接,构成高压浓水腔11;截面呈倒U形或倒直角U形的下隔板4的前、后两端分别与箱体的前、后两侧壁的内表面连接,另外两端分别与箱体底壁左部的上表面和底壁右部的上表面连接;下纵隔板5的前、后两端分别与箱体的前、后两侧壁的内表面连接,下纵隔板的上端与下隔板中部的下表面连接,下纵隔板的下端与箱体底壁中部的上表面连接,构成低压原水腔10和低压浓水腔12;柱塞座7为矩形柱体或上两个角为圆角的矩形柱体,柱塞座的下表面与下隔板的上表面连接,柱塞座的前、后两面分别与箱体的前、后两侧壁内表面的中部连接;在柱塞座的上表面的中部连接有上纵隔板6,上纵隔板6的前、后两端分别与箱体的前、后两侧壁内表面连接,上纵隔板的上端与箱体顶壁中部的下表面连接;从前向后依次设置有平行于箱体前、后壁的N-1块左隔板:8-1……8-(N-1)和N-1块右隔板:13-1……13-(N-1),将箱体空间除去高压原水腔9、高压浓水腔11、低压原水腔10、低压浓水腔12和柱塞座7以外的空间,并通过上纵隔板6分隔成N个左水腔:24-1、24-2……24-N和N个右水腔25-1、25-2……25-N;柱塞座从前向后,设置有N个左右方向的柱塞通道14-1、14-2……14-N,N个柱塞15-1、15-2……15-N在柱塞通道内移动;第一上隔板2的竖直部分从前向后设置有N个左上液流孔:16-1、16-2……16-N,每个左上液流孔对应设置有高压原水阀:17-1、17-2……17-N;高压原水阀位于高压原水腔内,包括弹簧和阀板,弹簧的一端与箱体左侧壁内表面连接,弹簧的另一端与阀板连接;第二上隔板3的竖直部分从前向后设置有N个右上液流孔:18-1、18-2……18-N,每个右上液流孔对应设置有高压浓水阀:19-1、19-2……19-N;高压浓水阀包括阀板,阀板分别位于N个右水腔内,阀板与顶针固定连接,顶针贯穿上纵隔板设置;下隔板4的左侧壁从前向后设置有N个左下液流孔:20-1、20-2……20-N,每个左下液流孔对应设置有低压原水阀:21-1、21-2……21-N;低压原水阀位于N个左水腔内,包括弹簧和阀板,弹簧的一端与箱体左侧壁内表面连接,弹簧的另一端与阀板连接;下隔板4的右侧壁从前向后设置有N个右下液流孔:22-1、22-2……22-N,每个右下液流孔对应设置有低压浓水阀:23-1、23-2……23-N;低压浓水阀包括阀板,阀板位于低压浓水腔内,阀板与顶针固定连接,顶针贯穿下纵隔板设置;在箱体上设置有高压原水接口35、高压浓水接口37、低压原水接口36和低压浓水接口38,N=3、4、6、9或12。
第一上隔板的纵向切面呈直角形或由竖直形和圆弧形的组合。
本发明所产生的有益效果是:
(1)本发明的反渗透海水淡化能量回收器可与电机、皮带、曲轴箱等组成高压泵,能量回收器的柱塞通过柱塞杆与曲轴箱的曲轴连接,电机通过皮带驱动曲轴箱的曲轴,能够利用浓水余压能,从而降低了电机能耗,整个装置的吨水电耗在3~4kWh,与不配备能量回收器的小型淡化装置相比,节能效率约在70~80%。
(2)包含本发明能量回收器的高压泵可以通过变频电机调节皮带传输速度,从而改变多柱塞杆的往复运动频率,实现输出压力的调节;能够适用于产水规模在100t/d以内的小型反渗透淡化装置,能量回收效率高达90%以上。
附图说明
图1是反渗透海水淡化能量回收器主视示意图(不包括前壁)。
图2是另一种反渗透海水淡化能量回收器主视示意图(不包括前壁)。
图3是从反渗透海水淡化能量回收器左前上方看示意图(不包括前壁和左侧壁)。
图4是从反渗透海水淡化能量回收器右前上方看示意图(不包括前壁和右侧壁)。
图5是从反渗透海水淡化能量回收器右前上方看示意图(不包括前壁、顶壁、右侧壁、第二上隔板和下隔板的右半部分)。
图6是反渗透海水淡化能量回收器单个柱塞的工作原理图(柱塞运动至柱塞通道的右端)。
图7是反渗透海水淡化能量回收器单个柱塞的工作原理图(柱塞运动至柱塞通道的左端)。
图8是使用本发明的反渗透海水淡化能量回收器的反渗透海水淡化***的示意图。
图中:
1:箱体 2:第一上隔板
3:第二上隔板 4:下隔板
5:下纵隔板 6:上纵隔板
7:柱塞座 8-1……8-(N-1):左隔板
9:高压原水腔 10:低压原水腔
11:高压浓水腔 12:低压浓水腔
13-1……13-N-1:右隔板
14-1、14-2……14-N:柱塞通道
15-1、15-2……15-N:柱塞
16-1、16-2……16-N:左上液流孔
17-1、17-2……17-N:高压原水阀
18-1、18-2……18-N:右上液流孔
19-1、19-2……19-N:高压浓水阀
20-1、20-2……20-N:左下液流孔
21-1、21-2……21-N:低压原水阀
22-1、22-2……22-N:右下液流孔
23-1、23-2……23-N:低压浓水阀
24-1、24-2……24-N:左水腔
25-1、25-2……25-N:右水腔
26:水泵 27:过滤器
28:反渗透膜组件
31:能量回收器 32:曲轴箱
33:皮带 34:电机
35:高压原水接口 36:低压原水接口
37:高压浓水接口 38:低压浓水接口
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明。
反渗透海水淡化能量回收器(包含N=3、4、6、9或12个柱塞,以N=3为例)见图1,图2,包括六面的箱体1,第一上隔板2的前、后两端分别与箱体的前、后两侧壁的内表面连接,另外两端分别与箱体顶壁左部的下表面、箱体左壁上部的内表面连接,构成高压原水腔9;第二上隔板3的前、后两端分别与箱体的前、后两侧壁的内表面连接,另外两端分别与箱体顶壁右部的下表面、箱体右壁上部的内表面连接,构成高压浓水腔11;第一上隔板和第二上纵隔板的纵向切面呈直角形(也可以由竖直形和圆弧形的组合);截面呈倒U形或倒直角U形的下隔板4的前、后两端分别与箱体的前、后两侧壁的内表面连接,另外两端分别与箱体底壁左部的上表面和底壁右部的上表面连接;下纵隔板5的前、后两端分别与箱体的前、后两侧壁的内表面连接,下纵隔板的上端与下隔板中部的下表面连接,下纵隔板的下端与箱体底壁中部的上表面连接,构成低压原水腔10和低压浓水腔12;柱塞座7为矩形柱体或上两个角为圆角的矩形柱体,柱塞座的下表面与下隔板的上表面连接,柱塞座的前、后两面分别与箱体的前、后两侧壁内表面的中部连接;在柱塞座的上表面的中部连接有上纵隔板6,上纵隔板6的前、后两端分别与箱体的前、后两侧壁内表面连接,上纵隔板的上端与箱体顶壁中部的下表面连接;从前向后依次设置有平行于箱体前、后壁的N-1块左隔板:8-1……8-(N-1)和N-1块右隔板:13-1……13-(N-1),将箱体空间除去高压原水腔9、高压浓水腔11、低压原水腔10、低压浓水腔12和柱塞座7以外的空间,并通过上纵隔板6分隔成N个左水腔:24-1、24-2……24-N和N个右水腔25-1、25-2……25-N;柱塞座从前向后,设置有N个左右方向的柱塞通道14-1、14-2……14-N,N个柱塞15-1、15-2……15-N在柱塞通道内移动,见图3,图4;
第一上隔板2的竖直部分从前向后设置有N个左上液流孔:16-1、16-2……16-N,每个左上液流孔对应设置有高压原水阀:17-1、17-2……17-N;高压原水阀位于高压原水腔内,包括弹簧和阀板,弹簧的一端与箱体左侧壁内表面连接,弹簧的另一端与阀板连接,见图3;
第二上隔板3的竖直部分从前向后设置有N个右上液流孔:18-1、18-2……18-N,每个右上液流孔对应设置有高压浓水阀:19-1、19-2……19-N;高压浓水阀包括阀板,阀板分别位于N个右水腔内,阀板与顶针固定连接,顶针贯穿上纵隔板设置,见图4、图5;
下隔板4的左侧壁从前向后设置有N个左下液流孔:20-1、20-2……20-N,每个左下液流孔对应设置有低压原水阀:21-1、21-2……21-N;低压原水阀位于N个左水腔内,包括弹簧和阀板,弹簧的一端与箱体左侧壁内表面连接,弹簧的另一端与阀板连接,见图3;
下隔板4的右侧壁从前向后设置有N个右下液流孔:22-1、22-2……22-N,每个右下液流孔对应设置有低压浓水阀:23-1、23-2……23-N;低压浓水阀包括阀板,阀板位于低压浓水腔内,阀板与顶针固定连接,顶针贯穿下纵隔板设置,见图4、图5;
在箱体上设置有高压原水接口35、高压浓水接口37、低压原水接口36和低压浓水接口38,见图8。
将包含本发明能量回收器的高压泵应用于反渗透海水淡化***中,见图8,水泵26通过管道与过滤器27连接,过滤器通过管道与能量回收器31的低压原水接口36连接,能量回收器的高压原水接口35通过管道与反渗透膜组件28的进水口连接,反渗透膜组件28设置有淡水出口;反渗透膜组件28的浓水出口通过管道与能量回收器31的高压浓水接口37连接;能量回收器31上设置有低压浓水接口38;能量回收器的柱塞通过柱塞杆与曲轴箱32的曲轴连接,电机34通过皮带33带动曲轴转动。
下面结合图6,图7,描述单个能量回收单元的增压原理。
由上述的柱塞通道(14-1)、柱塞(15-1)、左上液流孔(16-1)、右上液流孔(18-1)、左下液流孔(20-1)、右下液流孔(22-1)、高压原水阀(17-1)、高压浓水阀(19-1)、低压原水阀(21-1)、低压浓水阀(23-1)、左水腔(24-1)、右水腔(25-1)以及高压原水腔(9)、低压原水腔(10)、高压浓水腔(11)、低压浓水腔(12)即组成一个能量回收单元。
当柱塞由左向右运动时,柱塞左侧空间形成负压,低压原水阀打开,原海水经由低压原水进口(36)进入低压原水腔,从左下液流孔进入左水腔,而此时高压原水阀闭合;与此同时,柱塞右侧水流形成推力,高压浓水阀闭合,低压浓水阀打开,右水腔中的低压浓海水通过右下液流孔进入低压浓水腔,再由低压浓水出口(38)排出能量回收器。
当柱塞由右向左运动时,柱塞右侧形成负压,低压浓水阀闭合,高压浓水阀打开,反渗透膜***排出的高压浓海水经由高压浓水进口(37)进入高压浓水腔,再由右上液流孔进入右水腔;柱塞运行过程中,高压浓海水的压力能通过柱塞运行传递给低压原海水。同时,柱塞左侧水流形成推力,低压原水阀闭合,高压原水阀打开,左水腔中的原海水增压后经由左上液流孔进入高压浓水腔,再由高压原水出口(35)进入反渗透膜***。
能量回收器基于功交换式能量回收原理,能量回收器内的N个柱塞按照一定的相位差往复交替运动,实现循环增压;相对于的各个阀循环交替打开和闭合,从而保证四个水腔内水流连续。此过程存在一个平衡关系:假定在无泄漏、压力及摩擦损失的理想状态下,设低压原海水压力为P,高压浓海水压力为P1,反渗透膜操作压力为P2,活塞面积为A,***回收率为R(即柱塞杆面积与柱塞面积之比),压力平衡公式:P2A=PA+P1A(1-R),则P1=(P2-P)/(1-R)。当高压浓水压力增加到此平衡值时,浓水压力不再增加,此后将以平衡状态循环增压。
高压原水阀、低压原水阀、高压浓水阀、低压浓水阀的阀板尺寸比对应的液流孔略大,且要求所有液流孔所在面必须为平面,保证各个阀闭合时不漏液;当高、低压浓水阀打开时,可以通过顶针推动高、低压原水阀同向运动,从而降低了高、低压原水阀的弹簧连接方式的故障率。
安装有包含能量回收器的高压泵的反渗透海水淡化***工作流程:原海水经取水泵(26)提升进入过滤器(27)进行初级过滤,之后由低压原水进口(36)直接进入一体式能量回收高压泵的能量回收器(31)内,原水经加压后由高压原水出口(35)进入反渗透膜组件(28),产水供使用,高压浓水由高压浓水进口(37)进入能量回收器进行余压能利用,能量回收后的低压浓海水由低压浓水出口(38)排出。
包含能量回收器的高压泵启动之初,电机通过皮带带动曲轴,曲轴带动柱塞杆,柱塞杆驱动柱塞运动,动力仅为电机动能;当反渗透膜***的高压浓水进入能量回收器后,则由高压浓水的余压能和电机动能共同推动柱塞运动,从而实现了余压能回收利用,节省了电机的能耗。包含能量回收器的高压泵可以通过变频电机改变皮带传输速度,从而调节多柱塞的往复运动频率,最终实现输出压力的调节,能量回收效率可达90%以上。
尽管上面结合附图对本发明的典型实例进行了描述,但是本发明并不局限于上述的具体实施方式,上述的具体实施方式仅仅是示意性的,而不是限制性的,本领域的普通技术人员在本发明的启示下,在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下,还可以作出很多形式的具体变换,这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.反渗透海水淡化能量回收器,包括六面的箱体(1),其特征是第一上隔板(2)的前、后两端分别与箱体的前、后两侧壁的内表面连接,另外两端分别与箱体顶壁左部的下表面、箱体左壁上部的内表面连接,构成高压原水腔(9);第二上隔板(3)的前、后两端分别与箱体的前、后两侧壁的内表面连接,另外两端分别与箱体顶壁右部的下表面、箱体右壁上部的内表面连接,构成高压浓水腔(11);截面呈倒U形或倒直角U形的下隔板(4)的前、后两端分别与箱体的前、后两侧壁的内表面连接,另外两端分别与箱体底壁左部的上表面和底壁右部的上表面连接;下纵隔板(5)的前、后两端分别与箱体的前、后两侧壁的内表面连接,下纵隔板的上端与下隔板中部的下表面连接,下纵隔板的下端与箱体底壁中部的上表面连接,构成低压原水腔(10)和低压浓水腔(12);柱塞座(7)为矩形柱体或上两个角为圆角的矩形柱体,柱塞座的下表面与下隔板的上表面连接,柱塞座的前、后两面分别与箱体的前、后两侧壁内表面的中部连接;在柱塞座的上表面的中部连接有上纵隔板(6),上纵隔板(6)的前、后两端分别与箱体的前、后两侧壁内表面连接,上纵隔板的上端与箱体顶壁中部的下表面连接;从前向后依次设置有平行于箱体前、后壁的N-1块左隔板:(8-1)……(8-(N-1))和N-1块右隔板:(13-1)……(13-(N-1)),将箱体空间除去高压原水腔(9)、高压浓水腔(11)、低压原水腔(10)、低压浓水腔(12)和柱塞座(7)以外的空间,并通过上纵隔板(6)分隔成N个左水腔:(24-1)、(24-2)……(24-N)和N个右水腔(25-1)、(25-2)……(25-N);柱塞座从前向后,设置有N个左右方向的柱塞通道(14-1)、(14-2)……(14-N),N个柱塞(15-1)、(15-2)……(15-N)在柱塞通道内移动;第一上隔板(2)的竖直部分从前向后设置有N个左上液流孔:(16-1)、(16-2)……(16-N),每个左上液流孔对应设置有高压原水阀:(17-1)、(17-2)……(17-N);高压原水阀位于高压原水腔内,包括弹簧和阀板,弹簧的一端与箱体左侧壁内表面连接,弹簧的另一端与阀板连接;第二上隔板(3)的竖直部分从前向后设置有N个右上液流孔:(18-1)、(18-2)……(18-N),每个右上液流孔对应设置有高压浓水阀:(19-1)、(19-2)……(19-N);高压浓水阀包括阀板,阀板分别位于N个右水腔内,阀板与顶针固定连接,顶针贯穿上纵隔板设置;下隔板(4)的左侧壁从前向后设置有N个左下液流孔:(20-1)、(20-2)……(20-N),每个左下液流孔对应设置有低压原水阀:(21-1)、(21-2)……(21-N);低压原水阀位于N个左水腔内,包括弹簧和阀板,弹簧的一端与箱体左侧壁内表面连接,弹簧的另一端与阀板连接;下隔板(4)的右侧壁从前向后设置有N个右下液流孔:(22-1)、(22-2)……(22-N),每个右下液流孔对应设置有低压浓水阀:(23-1)、(23-2)……(23-N);低压浓水阀包括阀板,阀板位于低压浓水腔内,阀板与顶针固定连接,顶针贯穿下纵隔板设置;在箱体上设置有高压原水接口(35)、高压浓水接口(37)、低压原水接口(36)和低压浓水接口(38),N=3、4、6、9或12。
2.根据权利要求1所述反渗透海水淡化能量回收器,其特征是所述的第一上隔板的纵向切面呈直角形或由竖直形和圆弧形的组合。
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- 2017-08-23 CN CN201710728925.1A patent/CN107308816B/zh active Active
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