CN108840401B - 一种水处理能量回收装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种水处理能量回收装置，包括第一筒体、第二筒体、筒体活塞、换向阀座、压力泵和滤芯，换向阀座内含换向阀，换向阀包括有换向腔、换向活塞、第一止挡部、第二止挡部、第一废水入口、第二废水入口、第二废水出口、第一换水通孔以及第二换水通孔。本发明第一筒体、第二筒体和换向阀座分体连接，构造简单，技术难度低，可有效降低成本且不易故障，其将滤芯过滤后的高压废水排入到换向阀内的换向腔中，因换向活塞和筒体活塞之间磁力相斥而实现换向活塞实现换向，换向腔内的高压废水得以进入至第一高压废水区/第二高压废水区内，辅助推动筒体活塞，以降低压力泵的耗能，其可回收95%～98％的能量转换效率，能量转换效率高。

Description

一种水处理能量回收装置

【技术领域】

本发明涉及水处理中带压流体的能量回收，具体是指一种水处理能量回收装置。

【背景技术】

水处理，确切地是指海水淡化处理或工业排污处理等，以海水淡化为例，反渗透海水淡化(SWRO)是目前海水淡化的主流技术之一，反渗透膜排出的浓水余压高达5．5～6．5MPa，按照40％的回收率计算，排放的浓盐水中还蕴含约60％的进料水压力能量，将这一部分能量回收变成进水能量可大幅降低反渗透海水淡化的能耗，降低能耗是降低海水淡化成本最有效的手段，而这一目标的实现有赖于能量回收技术的利用。

随着反渗透技术的大量应用，各种形式的能量回收装置也相继出现。在2010年8月出版的《中国给水排水》文刊刊发的《反渗透海水淡化能量回收技术的发展及应用》一文中进行了详细介绍：最早的能量回收装置是水力透平式（如图1和图2所示），但由于其能量转换效率不高（仅达到65％～80％），后来出现了功交换式能量回收装置，早期比较典型的是转子式压力交换器（如图3所示），以及活塞式阀控压力交换器（如图4所示）。国内对能量回收装置的研究起步较晚，比较典型的是使用多个气动阀进行高、低压水的切换，由PLC控制阀门的动作（如图5所示），上述各种形式的能量回收装置的能量转换效率依然不理想（达到90％～95％），而且需要利用增压泵、电控阀和PLC进行控制，存在成本高，流量小，控制难，技术难度大等问题；针对上述问题，国外开发了一款新型的能量回收装置（如图6所示），虽然该能量回收装置提高了能量转换效率（可达到95％～98％），但是依然存在构造复杂，技术难度高，流量小等问题。

针对上述情况，我们提供了一个解决方案。

【发明内容】

本发明的目的是在于克服现有技术的不足，提供了一种构造简单、技术难度低、能量转换效率高的水处理能量回收装置。

为了解决上述存在的技术问题，本发明采用下述技术方案：

一种水处理能量回收装置，包括

第一筒体，所述第一筒体内包括有筒腔，第一筒体在轴向一端部设有用于密封该端部的第一密封端盖，其另一端部完全不封闭，第一密封端盖轴向贯穿有第一进水口和第一出水口；

第二筒体，所述第二筒体内包括有筒腔，第二筒体的轴向一端部设有用于密封该端部的第二密封端盖，其另一端部完全不封闭，第二密封端盖轴向贯穿有第二进水口和第二出水口；

换向阀座，该换向阀座为环状结构；在换向阀座内部轴向设置有至少一个换向阀，所述换向阀包括有换向腔，所述换向腔轴向贯通换向阀座，在换向腔靠向外侧的中部设有低压废水出口，在换向腔两侧设有第一废水入口和第二废水入口，所述第一废水入口、第二废水入口及低压废水出口自换向腔内径向贯穿换向阀座座体通至换向阀座外；第一废水入口、第二废水入口分别与低压废水出口之间设有第一止挡部和第二止挡部，所述第一止挡部和第二止挡部自换向阀座座体向换向腔内径向突出；在低压废水出口相对的换向腔的内侧设有第一排水通孔和第二排水通孔，该第一排水通孔和第二排水通孔分设于换向腔的两端并分别于该端自换向腔内导通至换向阀座外；在换向腔内还设有换向活塞，换向活塞包括有第一换向塞、第二换向塞和换向连杆，第一换向塞能够于第一止挡部及该端部之间的换向腔内移动，且在第一换向塞抵靠于该端部时可堵塞封闭第一废水入口，开放第一排水通孔，第二换向塞能够于第二止挡部及该端部之间的换向腔内移动，且在第二换向塞抵靠于该端部时可堵塞封闭第二废水入口，开放第二排水通孔，所述第一换向塞和第二换向塞分别在朝换向阀端部的一面设有磁性元件；

所述第一筒体和第二筒体的内径相同，且第一筒体和第二筒体以完全不封闭的端部分别密封套接于换向阀座的两端部；

筒体活塞，该筒体活塞包括有第一活塞、第二活塞和筒体连杆；第一活塞设于第一筒体的筒腔内，其可于第一密封端盖和换向阀座之间移动将第一筒体的筒腔分为第一新鲜海水区和第一高压废水区，所述第一排水通孔联通至第一高压废水区；第二活塞设于第二筒体的筒腔内，其可于第二密封端盖和换向阀座之间移动将第二筒体的筒腔分为第二新鲜海水区和第二高压废水区，所述第二排水通孔联通至第二高压废水区；所述换向腔的两端部分别联通至第一高压废水区和第二高压废水区；筒体连杆贯穿换向阀座的轴心分别连接第一活塞和第二活塞，在第一活塞和第二活塞朝换向阀座的一面设有磁性元件，该磁性元件与第一换向塞和第二换向塞上的磁性元件相斥；

四止回阀，其分别连接于第一进水口、第一出水口、第二进水口及第二出水口上；

压力泵，该压力泵的出水口并联连接于第一进水口及第二进水口的两止回阀；

滤芯，该滤芯的一端部设有新鲜海水入口，另一端部设有纯水出口和高压废水出口，该新鲜海水入口并联连接于第一出水口及第二出水口的两止回阀，该高压废水出口并联连接于第一废水入口及第二废水入口上。

在进一步的改进方案中，所述换向阀包括有多个，且圆周分布于换向阀座内。

在进一步的改进方案中，所述第一筒体、第二筒体和换向阀座的外径相同。

在进一步的改进方案中，所述换向腔朝外的内壁与第一筒体、第二筒体的内壁持平。

在进一步的改进方案中，所述滤芯为反渗透滤芯。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明第一筒体、第二筒体和换向阀座分体连接，构造简单，技术难度低，可有效降低成本且不易故障，其将滤芯过滤后的高压废水排入到换向阀内的换向腔中，由于换向活塞和筒体活塞之间磁力相斥，在筒体活塞移动的过程中，推动换向活塞实现换向，换向腔内的高压废水得以进入至第一高压废水区/第二高压废水区内，辅助推动筒体活塞，以降低压力泵80的耗能，其可回收95%～98％的能量转换效率，能量转换效率高。

其下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细描述：

【附图说明】

图1 为在先技术示意图一；

图2 为在先技术示意图二；

图3 为在先技术示意图三；

图4 为在先技术示意图四；

图5 为在先技术示意图五；

图6 为在先技术示意图六；

图7为本发明实施例一的结构示意图一；

图8为本发明实施例一的结构示意图二；

图9为本发明实施例二的结构示意图。

【具体实施方式】

下面详细描述本发明的实施例，所述的实施例示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。

附图所显示的方位不能理解为限制本发明的具体保护范围，仅供较佳实施例的参考理解，可以图中所示的产品部件进行位置的变化或数量增加或结构简化。

说明书中所述的“连接”及附图中所示出的部件相互“连接”关系，可以理解为固定地连接或可拆卸连接或形成一体的连接；可以是直接直接相连或通过中间媒介相连，本领域普通技术人员可以根据具体情况理解连接关系而可以得出螺接或铆接或焊接或卡接或嵌接等方式以适宜的方式进行不同实施方式替用。

说明书中所述的上、下、左、右、顶、底等方位词及附图中所示出方位，各部件可直接接触或通过它们之间的另外特征接触；如在上方可以为正上方和斜上方，或它仅表示高于其他物；其他方位也可作类推理解。

说明书及附图中所表示出的具有实体形状部件的制作材料，可以采用金属材料或非金属材料或其他合成材料；凡涉及具有实体形状的部件所采用的机械加工工艺可以是冲压、锻压、铸造、线切割、激光切割、铸造、注塑、数铣、三维打印、机加工等等；本领域普通技术人员可以根据不同的加工条件、成本、精度进行适应性地选用或组合选用，但不限于上述材料和制作工艺。

本发明为一种水处理能量回收装置，包括

第一筒体10，所述第一筒体10内包括有筒腔，第一筒体10在轴向一端部设有用于密封该端部的第一密封端盖12，其另一端部完全不封闭，第一密封端盖12轴向贯穿有第一进水口13和第一出水口14；

第二筒体20，所述第二筒体20内包括有筒腔，第二筒体20的轴向一端部设有用于密封该端部的第二密封端盖22，其另一端部完全不封闭，第二密封端盖22轴向贯穿有第二进水口23和第二出水口24；

换向阀座30，该换向阀座30为环状结构；在换向阀座30内部轴向设置有至少一个换向阀，所述换向阀包括有换向腔41，所述换向腔41轴向贯通换向阀座30，在换向腔41靠向外侧的中部设有低压废水出口46，在换向腔41两侧设有第一废水入口44和第二废水入口45，所述第一废水入口44、第二废水入口45及低压废水出口46自换向腔41内径向贯穿换向阀座30座体通至换向阀座30外；第一废水入口44、第二废水入口45分别与低压废水出口46之间设有第一止挡部42和第二止挡部43，所述第一止挡部42和第二止挡部43自换向阀座30座体向换向腔41内径向突出；在低压废水出口43相对的换向腔41的内侧设有第一排水通孔47和第二排水通孔48，该第一排水通孔47和第二排水通孔48分设于换向腔41的两端并分别于该端自换向腔41内导通至换向阀座30外；在换向腔41内还设有换向活塞，换向活塞包括有第一换向塞51、第二换向塞52和换向连杆53，第一换向塞51能够于第一止挡部42及该端部之间的换向腔41内移动，且在第一换向塞51抵靠于该端部时可堵塞封闭第一废水入口44，开放第一排水通孔47，第二换向塞52能够于第二止挡部43及该端部之间的换向腔41内移动，且在第二换向塞52抵靠于该端部时可堵塞封闭第二废水入口45，开放第二排水通孔48，所述第一换向塞51和第二换向塞52分别在朝换向阀端部的一面设有磁性元件50；

所述第一筒体10和第二筒体20的内径相同，且第一筒体10和第二筒体20以完全不封闭的端部分别密封套接于换向阀座30的两端部；

筒体活塞，该筒体活塞包括有第一活塞61、第二活塞62和筒体连杆63；第一活塞61设于第一筒体10的筒腔内，其可于第一密封端盖12和换向阀座30之间移动将第一筒体10的筒腔分为第一新鲜海水区11和第一高压废水区15，所述第一排水通孔47联通至第一高压废水区15；第二活塞62设于第二筒体20的筒腔内，其可于第二密封端盖22和换向阀座30之间移动将第二筒体20的筒腔分为第二新鲜海水区21和第二高压废水区25，所述第二排水通孔48联通至第二高压废水区25；所述换向腔41的两端部分别联通至第一高压废水区15和第二高压废水区25；筒体连杆63贯穿换向阀座30的轴心分别连接第一活塞61和第二活塞62，在第一活塞61和第二活塞62朝换向阀座30的一面设有磁性元件50，该磁性元件50与第一换向塞51和第二换向塞52上的磁性元件50相斥；

四止回阀70，其分别连接于第一进水口13、第一出水口14、第二进水口23及第二出水口24上；

压力泵80，该压力泵80的出水口并联连接于第一进水口13及第二进水口23的两止回阀70；

滤芯90，该滤芯的一端部设有新鲜海水入口91，另一端部设有纯水出口92和高压废水出口93，该新鲜海水入口91并联连接于第一出水口14及第二出水口24的两止回阀70，该高压废水出口93并联连接于第一废水入口44及第二废水入口45上。

在初次使用时，可通过依次开放第一进水口13处的止回阀70，闭合第二进水口23处的止回阀70，以及闭合第一进水口13处的止回阀70，开放第二进水口23处的止回阀70，使得压力泵80将海水从第一进水口13推进第一筒体10内，或将海水从第二进水口23推进第二筒体20内，将第一筒体10内以及第二筒体20内的空气排空，然后再从第一出水口14或第二出水口24推送至滤芯90内，滤芯90在过滤完成后，通过纯水出口92排出过滤干净的纯水，通过高压废水出口93排出高压废水，高压废水分别通过第一废水入口44或第二废水入口45进入到换向腔内。

假设第一活塞61抵靠于第一筒体10的第一密封端盖12处，第一换向塞51抵靠于毗邻第一高压废水区15的换向腔41端部，第一排水通孔47开放，第二排水通孔48被封堵塞，第一废水入口44被封堵塞，第二废水入口45开放，而第二活塞62抵靠于换向阀座30端部，此时，第二高压废水区25内的高压废水已经通过低压废水出口46排出，滤芯90产生的高压废水已经注入到第一高压废水区15内且由于第一排水通孔47的开放，第一高压废水区15内的废水压力降低，变成低压废水（如图8所示）；此时，由于第一新鲜海水区11处于失压状态，第一进水口13打开，压力泵80将海水从第一进水口13推进第一筒体10的第一新鲜海水区11内，第一活塞61在新鲜海水的压力下，开始朝换向阀座30端部移动，将第一高压废水区内的低压废水经第一排水通孔47压送至换向腔内，最后经低压废水出口46排出；与此同时，第二活塞62跟随第一活塞61联动，推送第二新鲜海水区21内的新鲜海水经第二出水口24进入到滤芯90内，滤芯90在过滤完成后，通过纯水出口92排出过滤干净的纯水，通过高压废水出口93排出高压废水，高压废水通过开放的第二废水入口45进入到换向腔41内，由于换向腔41此时与第二高压废水区25联通，高压废水通过换向腔注入到第二高压废水区25内，高压废水开始充斥第二高压废水区25并辅助推动第二活塞62，加强第二活塞62的推动能量，达到节能的效果；随着第一活塞61靠近并抵靠于换向阀座30端部，在相斥的磁性元件50的作用下，换向活塞在磁力作用下被推送，第一换向塞51在换向腔41内朝第一止挡部42方向移动并抵靠于第一止挡42部上，第二换向塞52抵靠于毗邻第二高压废水区25的换向腔41端部，此时，第一废水入口44开放，第二废水入口被封堵塞，第一排水通孔47被封堵塞，第二排水通孔48开放（如图7所示）。

随着第二排水通孔48开放，第二高压废水区25内的废水压力降低，变成低压废水，此时，第二新鲜海水区21处于失压状态，第二进水口23打开，压力泵80将海水从第二进水口23推进第二筒体20的第二新鲜海水区21内，第二活塞62在新鲜海水的压力下，开始朝换向阀座30端部移动，将第二高压废水区25内的低压废水经第二排水通孔48压送至换向腔41内，最后经低压废水出口46排出；与此同时，第一活塞61跟随第二活塞62联动，推送第一新鲜海水区11内的新鲜海水经第一出水口14进入到滤芯90内，滤芯90在过滤完成后，通过纯水出口92排出过滤干净的纯水，通过高压废水出口93排出高压废水，高压废水通过开放的第一废水入口44进入到换向腔41内，由于换向腔41此时与第一高压废水区15联通，高压废水通过换向腔41注入到第一高压废水区15内，高压废水开始充斥第一高压废水区15并辅助推动第一活塞61，加强第一活塞61的推动能量，达到节能的效果；随着第二活塞62靠近并抵靠于换向阀座30端部，在相斥的磁性元件50的作用下，换向活塞在磁力作用下被推送，第二换向塞52在换向腔41内朝第二止挡部43方向移动并抵靠于第二止挡43部上，第一换向塞51抵靠于毗邻第一高压废水区15的换向腔41端部，此时，第二废水入口45开放，第一废水入口44被封堵塞，第二排水通孔48被封堵塞，第一排水通孔47开放。

本发明通过依次切换开放第一进水口13和第二进水口23将海水分别泵入至第一新鲜海水区11和第二新鲜海水区21内，并通过第二出水口24和第一出水口14分别将海水推送至滤芯90内，滤芯90过滤后产生的高压废水进入到换向腔41中，由于第一换向塞51/第二换向塞52与第一活塞61/第二活塞62磁力相斥，在第一活塞61/第二活塞62移动的过程中，推动第一换向塞51/第二换向塞52实现换向，换向腔41内的高压废水得以进入至第一高压废水区15/第二高压废水区25内，辅助推动第一活塞61/第二活塞62，将第一新鲜海水区11和第二新鲜海水区21内的新鲜海水推送至滤芯90，以降低压力泵80的耗能，本发明中第一筒体10、第二筒体20和换向阀座30分体连接，构造简单，技术难度低，可有效降低成本且不易故障，其可回收95%～98％的能量转换效率，能量转换效率高；此外，本发明提供的一种水处理能量回收装置无需使用增压泵，也无需使用电磁阀进行换向，极大地减少了零件的故障，极大的降低了产品的成本和维护成本。

在如图9所示的实施例二中，所述换向阀包括有多个，且圆周分布于换向阀座30内，多个换向阀可同时协同第一筒体10、第二筒体20、筒体活塞工作，可进一步增大能量转化效率，加大废水排水量。

尽管参照上面实施例详细说明了本发明，但是通过本公开对于本领域技术人员显而易见的是，而在不脱离所述的权利要求限定的本发明的原理及精神范围的情况下，可对本发明做出各种变化或修改。因此，本公开实施例的详细描述仅用来解释，而不是用来限制本发明，而是由权利要求的内容限定保护的范围。

Claims (5)

1.一种水处理能量回收装置，其特征在于，包括

第一筒体，所述第一筒体内包括有筒腔，第一筒体在轴向一端部设有用于密封该端部的第一密封端盖，其另一端部完全不封闭，第一密封端盖轴向贯穿有第一进水口和第一出水口；

第二筒体，所述第二筒体内包括有筒腔，第二筒体的轴向一端部设有用于密封该端部的第二密封端盖，其另一端部完全不封闭，第二密封端盖轴向贯穿有第二进水口和第二出水口；

换向阀座，该换向阀座为环状结构；在换向阀座内部轴向设置有至少一个换向阀，所述换向阀包括有换向腔，所述换向腔轴向贯通换向阀座，在换向腔靠向外侧的中部设有低压废水出口，在换向腔两侧设有第一废水入口和第二废水入口，所述第一废水入口、第二废水入口及低压废水出口自换向腔内径向贯穿换向阀座座体通至换向阀座外；第一废水入口、第二废水入口分别与低压废水出口之间设有第一止挡部和第二止挡部，所述第一止挡部和第二止挡部自换向阀座座体向换向腔内径向突出；在低压废水出口相对的换向腔的内侧设有第一排水通孔和第二排水通孔，该第一排水通孔和第二排水通孔分设于换向腔的两端并分别于该端自换向腔内导通至换向阀座外；在换向腔内还设有换向活塞，换向活塞包括有第一换向塞、第二换向塞和换向连杆，第一换向塞于第一止挡部及该端部之间的换向腔内移动，且在第一换向塞抵靠于该端部时堵塞封闭第一废水入口，开放第一排水通孔，第二换向塞于第二止挡部及该端部之间的换向腔内移动，且在第二换向塞抵靠于该端部时堵塞封闭第二废水入口，开放第二排水通孔，所述第一换向塞和第二换向塞分别在朝换向阀端部的一面设有磁性元件；

所述第一筒体和第二筒体的内径相同，且第一筒体和第二筒体以完全不封闭的端部分别密封套接于换向阀座的两端部；

筒体活塞，该筒体活塞包括有第一活塞、第二活塞和筒体连杆；第一活塞设于第一筒体的筒腔内，其于第一密封端盖和换向阀座之间移动将第一筒体的筒腔分为第一新鲜海水区和第一高压废水区，所述第一排水通孔联通至第一高压废水区；第二活塞设于第二筒体的筒腔内，其于第二密封端盖和换向阀座之间移动将第二筒体的筒腔分为第二新鲜海水区和第二高压废水区，所述第二排水通孔联通至第二高压废水区；所述换向腔的两端部分别联通至第一高压废水区和第二高压废水区；筒体连杆贯穿换向阀座的轴心分别连接第一活塞和第二活塞，在第一活塞和第二活塞朝换向阀座的一面设有磁性元件，该磁性元件与第一换向塞和第二换向塞上的磁性元件相斥；

四止回阀，其分别连接于第一进水口、第一出水口、第二进水口及第二出水口上；

压力泵，该压力泵的出水口并联连接于第一进水口及第二进水口的两止回阀；

滤芯，该滤芯的一端部设有新鲜海水入口，另一端部设有纯水出口和高压废水出口，该新鲜海水入口并联连接于第一出水口及第二出水口的两止回阀，该高压废水出口并联连接于第一废水入口及第二废水入口上。

2.根据权利要求1所述的一种水处理能量回收装置，其特征在于，所述换向阀包括有多个，且圆周分布于换向阀座内。

3.根据权利要求1所述的一种水处理能量回收装置，其特征在于，所述第一筒体、第二筒体和换向阀座的外径相同。

4.根据权利要求1所述的一种水处理能量回收装置，其特征在于，所述换向腔朝外的内壁与第一筒体、第二筒体的内壁持平。

5.根据权利要求1所述的一种水处理能量回收装置，其特征在于，所述滤芯为反渗透滤芯。