技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本
發(fā)明涉及一種反滲透
海水淡化能量回收器,屬于
海水淡化領(lǐng)域。
背景技術(shù)
[0002] 典型的反滲透海水淡化系統(tǒng)中,需要高壓
泵、能量回收、
增壓泵三種設(shè)備,系統(tǒng)流程復(fù)雜,投資成本高,維護(hù)難度大,不適用于小型海水淡化系統(tǒng)。對(duì)于海島、海上平臺(tái)和
船舶等特殊場(chǎng)所,由于空間有限,電
力能源又非常寶貴,往往要求小型淡化設(shè)備具備占地小、可靠性高、故障率低、高效節(jié)能等特點(diǎn),而配置一臺(tái)帶有能量回收功能的高壓泵是實(shí)現(xiàn)這些特點(diǎn)的關(guān)鍵。如若高壓泵不具備能量回收功能,市面上實(shí)測(cè)的小型海水淡化裝置的噸水能耗在15kW·h左右,能耗較高。因此,開發(fā)適用于小型反滲透海水淡化系統(tǒng)的具備能量回收功能的高壓泵,保證其能量回收效率在90%以上,是亟需解決的技術(shù)難題。
發(fā)明內(nèi)容
[0003] 本發(fā)明的目的是克服
現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供一種可與
電機(jī)、皮帶、
曲軸箱等組成高壓泵,應(yīng)用于反滲透海水淡化系統(tǒng)的反滲透海水淡化能量回收器。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案概述如下:
[0005] 反滲透海水淡化能量回收器,包括六面的
箱體1,第一上隔板2的前、后兩端分別與箱體的前、后兩
側(cè)壁的內(nèi)表面連接,另外兩端分別與箱體頂壁左部的下表面、箱體左壁上部的內(nèi)表面連接,構(gòu)成高壓
原水腔9;第二上隔板3的前、后兩端分別與箱體的前、后兩側(cè)壁的內(nèi)表面連接,另外兩端分別與箱體頂壁右部的下表面、箱體右壁上部的內(nèi)表面連接,構(gòu)成高壓濃水腔11;截面呈倒U形或倒直
角U形的下隔板4的前、后兩端分別與箱體的前、后兩側(cè)壁的內(nèi)表面連接,另外兩端分別與箱體底壁左部的上表面和底壁右部的上表面連接;下縱隔板5的前、后兩端分別與箱體的前、后兩側(cè)壁的內(nèi)表面連接,下縱隔板的上端與下隔板中部的下表面連接,下縱隔板的下端與箱體底壁中部的上表面連接,構(gòu)成低壓原水腔10和低壓濃水腔12;
柱塞座7為矩形柱體或上兩個(gè)角為圓角的矩形柱體,柱塞座的下表面與下隔板的上表面連接,柱塞座的前、后兩面分別與箱體的前、后兩側(cè)壁內(nèi)表面的中部連接;在柱塞座的上表面的中部連接有上縱隔板6,上縱隔板6的前、后兩端分別與箱體的前、后兩側(cè)壁內(nèi)表面連接,上縱隔板的上端與箱體頂壁中部的下表面連接;從前向后依次設(shè)置有平行于箱體前、后壁的N-1
塊左隔板:8-1……8-(N-1)和N-1塊右隔板:13-1……13-(N-1),將箱體空間除去高壓原水腔9、高壓濃水腔11、低壓原水腔10、低壓濃水腔12和柱塞座7以外的空間,并通過上縱隔板6分隔成N個(gè)左水腔:24-1、24-2……24-N和N個(gè)右水腔25-1、25-2……25-N;柱塞座從前向后,設(shè)置有N個(gè)左右方向的柱塞通道14-1、14-2……14-N,N個(gè)柱塞15-1、15-2……15-N在柱塞通道內(nèi)移動(dòng);第一上隔板2的豎直部分從前向后設(shè)置有N個(gè)左上液流孔:
16-1、16-2……16-N,每個(gè)左上液流孔對(duì)應(yīng)設(shè)置有高壓原水
閥:17-1、17-2……17-N;高壓原水閥位于高壓原水腔內(nèi),包括
彈簧和閥板,彈簧的一端與箱體左側(cè)壁內(nèi)表面連接,彈簧的另一端與閥板連接;第二上隔板3的豎直部分從前向后設(shè)置有N個(gè)右上液流孔:18-1、18-2……
18-N,每個(gè)右上液流孔對(duì)應(yīng)設(shè)置有高壓濃水閥:19-1、19-2……19-N;高壓濃水閥包括閥板,閥板分別位于N個(gè)右水腔內(nèi),閥板與頂針固定連接,頂針貫穿上縱隔板設(shè)置;下隔板4的左側(cè)壁從前向后設(shè)置有N個(gè)左下液流孔:20-1、20-2……20-N,每個(gè)左下液流孔對(duì)應(yīng)設(shè)置有低壓原水閥:21-1、21-2……21-N;低壓原水閥位于N個(gè)左水腔內(nèi),包括彈簧和閥板,彈簧的一端與箱體左側(cè)壁內(nèi)表面連接,彈簧的另一端與閥板連接;下隔板4的右側(cè)壁從前向后設(shè)置有N個(gè)右下液流孔:22-1、22-2……22-N,每個(gè)右下液流孔對(duì)應(yīng)設(shè)置有低壓濃水閥:23-1、23-
2……23-N;低壓濃水閥包括閥板,閥板位于低壓濃水腔內(nèi),閥板與頂針固定連接,頂針貫穿下縱隔板設(shè)置;在箱體上設(shè)置有高壓原水
接口35、高壓濃水接口37、低壓原水接口36和低壓濃水接口38,N=3、4、6、9或12。
[0006] 第一上隔板的縱向切面呈直角形或由豎直形和圓弧形的組合。
[0007] 本發(fā)明所產(chǎn)生的有益效果是:
[0008] (1)本發(fā)明的反滲透海水淡化能量回收器可與電機(jī)、皮帶、曲
軸箱等組成高壓泵,能量回收器的柱塞通過柱塞桿與
曲軸箱的曲軸連接,電機(jī)通過皮帶驅(qū)動(dòng)曲軸箱的曲軸,能夠利用濃水余壓能,從而降低了電機(jī)能耗,整個(gè)裝置的噸
水電耗在3~4kWh,與不配備能量回收器的小型淡化裝置相比,節(jié)能效率約在70~80%。
[0009] (2)包含本發(fā)明能量回收器的高壓泵可以通過變頻電機(jī)調(diào)節(jié)皮帶傳輸速度,從而改變多柱塞桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)
頻率,實(shí)現(xiàn)輸出壓力的調(diào)節(jié);能夠適用于產(chǎn)水規(guī)模在100t/d以內(nèi)的小型反滲透淡化裝置,能量回收效率高達(dá)90%以上。
附圖說明
[0010] 圖1是反滲透海水淡化能量回收器主視示意圖(不包括前壁)。
[0011] 圖2是另一種反滲透海水淡化能量回收器主視示意圖(不包括前壁)。
[0012] 圖3是從反滲透海水淡化能量回收器左前上方看示意圖(不包括前壁和左側(cè)壁)。
[0013] 圖4是從反滲透海水淡化能量回收器右前上方看示意圖(不包括前壁和右側(cè)壁)。
[0014] 圖5是從反滲透海水淡化能量回收器右前上方看示意圖(不包括前壁、頂壁、右側(cè)壁、第二上隔板和下隔板的右半部分)。
[0015] 圖6是反滲透海水淡化能量回收器單個(gè)柱塞的工作原理圖(柱塞運(yùn)動(dòng)至柱塞通道的右端)。
[0016] 圖7是反滲透海水淡化能量回收器單個(gè)柱塞的工作原理圖(柱塞運(yùn)動(dòng)至柱塞通道的左端)。
[0017] 圖8是使用本發(fā)明的反滲透海水淡化能量回收器的反滲透海水淡化系統(tǒng)的示意圖。
[0018] 圖中:
[0019] 1:箱體????????????????????????2:第一上隔板
[0020] 3:第二上隔板??????????????????4:下隔板
[0021] 5:下縱隔板????????????????????6:上縱隔板
[0022] 7:柱塞座??????????????????????8-1……8-(N-1):左隔板
[0023] 9:高壓原水腔??????????????????10:低壓原水腔
[0024] 11:高壓濃水腔?????????????????12:低壓濃水腔
[0025] 13-1……13-N-1:右隔板
[0026] 14-1、14-2……14-N:柱塞通道
[0027] 15-1、15-2……15-N:柱塞
[0028] 16-1、16-2……16-N:左上液流孔
[0029] 17-1、17-2……17-N:高壓原水閥
[0030] 18-1、18-2……18-N:右上液流孔
[0031] 19-1、19-2……19-N:高壓濃水閥
[0032] 20-1、20-2……20-N:左下液流孔
[0033] 21-1、21-2……21-N:低壓原水閥
[0034] 22-1、22-2……22-N:右下液流孔
[0035] 23-1、23-2……23-N:低壓濃水閥
[0036] 24-1、24-2……24-N:左水腔
[0037] 25-1、25-2……25-N:右水腔
[0038] 26:水泵???????????????????????27:
過濾器[0040] 31:能量回收器?????????????????32:曲軸箱
[0041] 33:皮帶???????????????????????34:電機(jī)
[0042] 35:高壓原水接口???????????????36:低壓原水接口
[0043] 37:高壓濃水接口???????????????38:低壓濃水接口
具體實(shí)施方式
[0044] 下面通過具體
實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0045] 反滲透海水淡化能量回收器(包含N=3、4、6、9或12個(gè)柱塞,以N=3為例)見圖1,圖2,包括六面的箱體1,第一上隔板2的前、后兩端分別與箱體的前、后兩側(cè)壁的內(nèi)表面連接,另外兩端分別與箱體頂壁左部的下表面、箱體左壁上部的內(nèi)表面連接,構(gòu)成高壓原水腔9;
第二上隔板3的前、后兩端分別與箱體的前、后兩側(cè)壁的內(nèi)表面連接,另外兩端分別與箱體頂壁右部的下表面、箱體右壁上部的內(nèi)表面連接,構(gòu)成高壓濃水腔11;第一上隔板和第二上縱隔板的縱向切面呈直角形(也可以由豎直形和圓弧形的組合);截面呈倒U形或倒直角U形的下隔板4的前、后兩端分別與箱體的前、后兩側(cè)壁的內(nèi)表面連接,另外兩端分別與箱體底壁左部的上表面和底壁右部的上表面連接;下縱隔板5的前、后兩端分別與箱體的前、后兩側(cè)壁的內(nèi)表面連接,下縱隔板的上端與下隔板中部的下表面連接,下縱隔板的下端與箱體底壁中部的上表面連接,構(gòu)成低壓原水腔10和低壓濃水腔12;柱塞座7為矩形柱體或上兩個(gè)角為圓角的矩形柱體,柱塞座的下表面與下隔板的上表面連接,柱塞座的前、后兩面分別與箱體的前、后兩側(cè)壁內(nèi)表面的中部連接;在柱塞座的上表面的中部連接有上縱隔板6,上縱隔板6的前、后兩端分別與箱體的前、后兩側(cè)壁內(nèi)表面連接,上縱隔板的上端與箱體頂壁中部的下表面連接;從前向后依次設(shè)置有平行于箱體前、后壁的N-1塊左隔板:8-1……8-(N-
1)和N-1塊右隔板:13-1……13-(N-1),將箱體空間除去高壓原水腔9、高壓濃水腔11、低壓原水腔10、低壓濃水腔12和柱塞座7以外的空間,并通過上縱隔板6分隔成N個(gè)左水腔:24-1、
24-2……24-N和N個(gè)右水腔25-1、25-2……25-N;柱塞座從前向后,設(shè)置有N個(gè)左右方向的柱塞通道14-1、14-2……14-N,N個(gè)柱塞15-1、15-2……15-N在柱塞通道內(nèi)移動(dòng),見圖3,圖4;
[0046] 第一上隔板2的豎直部分從前向后設(shè)置有N個(gè)左上液流孔:16-1、16-2……16-N,每個(gè)左上液流孔對(duì)應(yīng)設(shè)置有高壓原水閥:17-1、17-2……17-N;高壓原水閥位于高壓原水腔內(nèi),包括彈簧和閥板,彈簧的一端與箱體左側(cè)壁內(nèi)表面連接,彈簧的另一端與閥板連接,見圖3;
[0047] 第二上隔板3的豎直部分從前向后設(shè)置有N個(gè)右上液流孔:18-1、18-2……18-N,每個(gè)右上液流孔對(duì)應(yīng)設(shè)置有高壓濃水閥:19-1、19-2……19-N;高壓濃水閥包括閥板,閥板分別位于N個(gè)右水腔內(nèi),閥板與頂針固定連接,頂針貫穿上縱隔板設(shè)置,見圖4、圖5;
[0048] 下隔板4的左側(cè)壁從前向后設(shè)置有N個(gè)左下液流孔:20-1、20-2……20-N,每個(gè)左下液流孔對(duì)應(yīng)設(shè)置有低壓原水閥:21-1、21-2……21-N;低壓原水閥位于N個(gè)左水腔內(nèi),包括彈簧和閥板,彈簧的一端與箱體左側(cè)壁內(nèi)表面連接,彈簧的另一端與閥板連接,見圖3;
[0049] 下隔板4的右側(cè)壁從前向后設(shè)置有N個(gè)右下液流孔:22-1、22-2……22-N,每個(gè)右下液流孔對(duì)應(yīng)設(shè)置有低壓濃水閥:23-1、23-2……23-N;低壓濃水閥包括閥板,閥板位于低壓濃水腔內(nèi),閥板與頂針固定連接,頂針貫穿下縱隔板設(shè)置,見圖4、圖5;
[0050] 在箱體上設(shè)置有高壓原水接口35、高壓濃水接口37、低壓原水接口36和低壓濃水接口38,見圖8。
[0051] 將包含本發(fā)明能量回收器的高壓泵應(yīng)用于反滲透海水淡化系統(tǒng)中,見圖8,水泵26通過管道與過濾器27連接,過濾器通過管道與能量回收器31的低壓原水接口36連接,能量回收器的高壓原水接口35通過管道與反滲透膜組件28的進(jìn)水口連接,反滲透膜組件28設(shè)置有
淡水出口;反滲透膜組件28的濃水出口通過管道與能量回收器31的高壓濃水接口37連接;能量回收器31上設(shè)置有低壓濃水接口38;能量回收器的柱塞通過柱塞桿與曲軸箱32的曲軸連接,電機(jī)34通過皮帶33帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0052] 下面結(jié)合圖6,圖7,描述單個(gè)能量回收單元的增壓原理。
[0053] 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)、高壓原水閥(17-1)、高壓濃水閥(19-1)、低壓原水閥(21-1)、低壓濃水閥(23-1)、左水腔(24-1)、右水腔(25-1)以及高壓原水腔(9)、低壓原水腔(10)、高壓濃水腔(11)、低壓濃水腔(12)即組成一個(gè)能量回收單元。
[0054] 當(dāng)柱塞由左向右運(yùn)動(dòng)時(shí),柱塞左側(cè)空間形成
負(fù)壓,低壓原水閥打開,原海水經(jīng)由低壓原水接口(36)進(jìn)入低壓原水腔,從左下液流孔進(jìn)入左水腔,而此時(shí)高壓原水閥閉合;與此同時(shí),柱塞右側(cè)水流形成推力,高壓濃水閥閉合,低壓濃水閥打開,右水腔中的低壓濃海水通過右下液流孔進(jìn)入低壓濃水腔,再由低壓濃水接口(38)排出能量回收器。
[0055] 當(dāng)柱塞由右向左運(yùn)動(dòng)時(shí),柱塞右側(cè)形成負(fù)壓,低壓濃水閥閉合,高壓濃水閥打開,反滲透膜系統(tǒng)排出的高壓濃海水經(jīng)由高壓濃水接口(37)進(jìn)入高壓濃水腔,再由右上液流孔進(jìn)入右水腔;柱塞運(yùn)行過程中,高壓濃海水的壓力能通過柱塞運(yùn)行傳遞給低壓原海水。同時(shí),柱塞左側(cè)水流形成推力,低壓原水閥閉合,高壓原水閥打開,左水腔中的原海水增壓后經(jīng)由左上液流孔進(jìn)入高壓濃水腔,再由高壓原水接口(35)進(jìn)入反滲透膜系統(tǒng)。
[0056] 能量回收器基于功交換式能量回收原理,能量回收器內(nèi)的N個(gè)柱塞按照一定的
相位差往復(fù)交替運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)循環(huán)增壓;相對(duì)于的各個(gè)閥循環(huán)交替打開和閉合,從而保證四個(gè)水腔內(nèi)水流連續(xù)。此過程存在一個(gè)平衡關(guān)系:假定在無(wú)
泄漏、壓力及摩擦損失的理想狀態(tài)下,設(shè)低壓原海水壓力為P,高壓濃海水壓力為P1,反滲透膜操作壓力為P2,
活塞面積為A,系統(tǒng)回收率為R(即柱塞桿面積與柱塞面積之比),壓力平衡公式:P2A=PA+P1A(1-R),則P1=(P2-P)/(1-R)。當(dāng)高壓濃水壓力增加到此平衡值時(shí),濃水壓力不再增加,此后將以平衡狀態(tài)循環(huán)增壓。
[0057] 高壓原水閥、低壓原水閥、高壓濃水閥、低壓濃水閥的閥板尺寸比對(duì)應(yīng)的液流孔略大,且要求所有液流孔所在面必須為平面,保證各個(gè)閥閉合時(shí)不漏液;當(dāng)高、低壓濃水閥打開時(shí),可以通過頂針推動(dòng)高、低壓原水閥同向運(yùn)動(dòng),從而降低了高、低壓原水閥的彈簧連接方式的故障率。
[0058] 安裝有包含能量回收器的高壓泵的反滲透海水淡化系統(tǒng)工作流程:原海水經(jīng)取水泵(26)提升進(jìn)入過濾器(27)進(jìn)行初級(jí)過濾,之后由低壓原水接口(36)直接進(jìn)入一體式能量回收高壓泵的能量回收器(31)內(nèi),原水經(jīng)加壓后由高壓原水接口(35)進(jìn)入反滲透膜組件(28),產(chǎn)水供使用,高壓濃水由高壓濃水接口(37)進(jìn)入能量回收器進(jìn)行余壓能利用,能量回收后的低壓濃海水由低壓濃水接口(38)排出。
[0059] 包含能量回收器的高壓泵啟動(dòng)之初,電機(jī)通過皮帶帶動(dòng)曲軸,曲軸帶動(dòng)柱塞桿,柱塞桿驅(qū)動(dòng)柱塞運(yùn)動(dòng),動(dòng)力僅為電機(jī)
動(dòng)能;當(dāng)反滲透膜系統(tǒng)的高壓濃水進(jìn)入能量回收器后,則由高壓濃水的余壓能和電機(jī)動(dòng)能共同推動(dòng)柱塞運(yùn)動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)了余壓能
回收利用,節(jié)省了電機(jī)的能耗。包含能量回收器的高壓泵可以通過變頻電機(jī)改變皮帶傳輸速度,從而調(diào)節(jié)多柱塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)頻率,最終實(shí)現(xiàn)輸出壓力的調(diào)節(jié),能量回收效率可達(dá)90%以上。
[0060] 盡管上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的典型實(shí)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,而不是限制性的,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)。