專(zhuān)利名稱(chēng)：一種水壓自動(dòng)換位能量回收裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將壓力能從一種流體傳遞到另一種流體的壓力交換裝置，尤其是 指用于反滲透海水淡化系統(tǒng)的水壓自動(dòng)換位能量回收裝置。
背景技術(shù)：
反滲透技術(shù)屬于壓力驅(qū)動(dòng)的膜分離技術(shù)，其過(guò)程操作中采用的半滲透膜有機(jī)地將 淡水和濃海水隔離開(kāi)，在高壓力的作用下將海水或苦咸水中的淡水進(jìn)行分離的過(guò)程。被分 離出的淡水以滲透液的形式流出，剩余的被濃縮的海水或苦咸水以濃鹽水的形式被排放。 在我國(guó)反滲透海水淡化工程中操作壓力一般介于5. 0 7. OMPa，從膜組器中排放的濃海水 的壓力仍高達(dá)4. 8 6. SMPa0如果按照通常40%的水回收率計(jì)算，濃海水中約有60%的進(jìn) 料壓力能量，具有巨大的回收價(jià)值和意義。
基于反滲透海水淡化系統(tǒng)的能量回收裝置目前主要有水力渦輪型、差壓交換型和 等壓交換型。這三種設(shè)計(jì)，其能量交換的主體結(jié)構(gòu)均采用較為復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)部件。此外，水力 渦輪型能量回收裝置效率偏低，一般能量回收效率在40% 70%之間；差壓交換型能量回 收裝置處理能量偏小，不適合用于大規(guī)模系統(tǒng)；等壓交換型能量回收裝置效率高達(dá)94%以 上，目前已成為國(guó)內(nèi)外研究和推廣的重點(diǎn)。
中國(guó)專(zhuān)利ZL98809685. 4公布了 一種壓力交換器，該壓力交換器受轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和 轉(zhuǎn)子通道的容積的限制，單臺(tái)PX的處理量較小，其次采用轉(zhuǎn)子通道沒(méi)有設(shè)置實(shí)體活塞來(lái)進(jìn) 行隔離海水與濃海水的混合，混合段犧牲了轉(zhuǎn)子通道約50%的容積，同時(shí)增壓后的高壓海 水含鹽度增加，進(jìn)而提高系統(tǒng)的操作壓力；最后流量變化時(shí)會(huì)影響轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，造成系統(tǒng)運(yùn)行 不穩(wěn)定，而且轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中發(fā)出的大量噪音嚴(yán)重污染了周邊環(huán)境。
瑞士 CALDER AG公司的雙壓力容器功交換能量回收器(DWEER)，其執(zhí)行濃海水導(dǎo) 向的LinX閥采用油壓先導(dǎo)驅(qū)動(dòng)，為此不僅要配置一個(gè)獨(dú)立的油壓系統(tǒng)，而且容易漏油，污 染海洋環(huán)境。
中國(guó)專(zhuān)利ZL01130627.0公布了一種反滲透淡化系統(tǒng)閥控余壓回收裝置。該裝置 采用4只電磁三通閥來(lái)切換高壓濃水與低壓海水換向，由于電磁三通閥切換速度慢，至少 需要并聯(lián)2套裝置交替工作才能滿(mǎn)足反滲透系統(tǒng)對(duì)壓力和流量波動(dòng)的要求；同時(shí)由于海水 淡化工況下高低壓側(cè)壓差很大，首先要有足夠大力矩的電磁頭才能驅(qū)動(dòng)電磁三通閥，其次 電磁三通閥要克服高低壓側(cè)不平衡力實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，這在目前還是一道難題；該裝置 需要比較復(fù)雜的閥控系統(tǒng)，切換瞬間電磁三通閥之間相互間不能形成可靠的機(jī)械互鎖，極 易出現(xiàn)高壓泄壓現(xiàn)象，進(jìn)而造成反滲透系統(tǒng)壓力和流量出現(xiàn)大的波動(dòng)，實(shí)際應(yīng)用受到限制。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種水壓自動(dòng)換位能量回收裝置，控制簡(jiǎn)單，壓力波動(dòng)小。為 此，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案它包括一個(gè)二位五通換向閥，四只單向閥，兩根壓力交換管 以及兩個(gè)封頭；兩根壓力交換管的一端分別連在二位五通換向閥兩側(cè)，兩個(gè)封頭分別設(shè)置在兩根壓力交換管的另一端，四只所述單向閥平分成兩組，分別設(shè)于兩個(gè)封頭上，每組中的 兩個(gè)單向閥的方向相反；
所述壓力交換管中設(shè)有自由活塞，自由活塞將壓力交換管分成兩個(gè)工作腔，分別 是被輸送液工作腔和廢棄液工作腔，被輸送液工作腔處在靠封頭一側(cè)并與封頭上的單向閥 相連通，廢棄液工作腔處在靠二位五通換向閥一側(cè)；
所述的二位五通換向閥內(nèi)設(shè)有閥桿及供閥桿軸向運(yùn)動(dòng)的閥腔，所述閥腔沿軸向具 有第O1通口、第B通口、第P通口、第A通口、第O2通口五個(gè)通口 ；所述第P通口為所述能量 回收裝置的廢棄液進(jìn)口，所述第O1通口、第O2通口為廢棄液排放口，所述第B通口與處在第 O2通口側(cè)的壓力交換管的廢棄液工作腔連通，所述第A通口與處在第O1通口側(cè)的壓力交換 管中的廢棄液工作腔連通；
第O1通口、第B通口、第P通口、第A通口、第O2通口的位置與所述閥桿具有如下 配合關(guān)系所述閥桿沿軸向有第一工作位和第二工作位，在第一工作位時(shí)，第P通口與第B 通口接通，第O2通口與第A通口接通，所述閥桿伸入與第A通口連通的壓力交換管廢棄液 工作腔，在第二工作位時(shí)，第P通口與第A通口接通，第O1通口與第B通口接通，所述閥桿 伸入與第B通口連通的壓力交換管廢棄液工作腔，所述閥桿伸入的長(zhǎng)度與閥桿切換于第一 工作位和第二工作位所需運(yùn)動(dòng)的距離相適配；二位五通換向閥的兩側(cè)分別設(shè)有供所述閥桿 通入其兩側(cè)的廢棄液工作腔的孔，并在孔中設(shè)置與閥桿動(dòng)密封配合的密封元件；
所述單向閥中方向?yàn)檫M(jìn)入壓力交換管的單向閥的進(jìn)口為所述能量回收裝置的被 輸送液進(jìn)口，所述單向閥中方向?yàn)榕懦鰤毫粨Q管的單向閥的出口為所述能量回收裝置的 被輸送液出口 ；所述單向閥中方向?yàn)榕懦鰤毫粨Q管的2只單向閥的出口通過(guò)管路相連。
水壓自動(dòng)換位能量回收裝置可采用多套并聯(lián)使用。
由于采用本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下有益技術(shù)效果
1.由于采用二位五通換向閥作為廢棄液導(dǎo)向閥，可以形成可靠的機(jī)械互鎖，防止 切換瞬間出現(xiàn)高、低壓液體串流的現(xiàn)象。
2.由于水壓自動(dòng)換位能量回收裝置的二位五通換向閥閥桿是靠自由活塞在被輸 送液壓力作用下推動(dòng)的，因此推力可以很大，換向比較平穩(wěn)快速，而且不需要復(fù)雜的控制系 統(tǒng)來(lái)主動(dòng)控制閥門(mén)動(dòng)作，還可以最大限度地利用壓力交換管的容積率，適合用于各種規(guī)模 的反滲透淡化系統(tǒng)。
3.由于水壓自動(dòng)換位能量回收裝置的二位五通換向閥具有行程閥的特點(diǎn)，自由活 塞運(yùn)動(dòng)極限位置時(shí)推動(dòng)閥桿換位，可以使能量回收裝置自動(dòng)轉(zhuǎn)換工作狀態(tài)，對(duì)系統(tǒng)流量和 壓力的適應(yīng)性好，多套并聯(lián)使用方便。
4.由于壓力交換管被輸送液側(cè)按規(guī)律設(shè)置了 4只單向閥，可以根據(jù)壓力交換管內(nèi) 壓力情況自動(dòng)啟閉，不但可以簡(jiǎn)化裝置控制系統(tǒng)，而且不容易出現(xiàn)故障。
5.在示范工程中經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行結(jié)果表明，水壓自動(dòng)換位能量回收裝置運(yùn)行平 穩(wěn)，噪音低，能量回收效率高達(dá)95%以上，具有較高實(shí)用價(jià)值，產(chǎn)生了一定的經(jīng)濟(jì)效益和社 會(huì)效益。


圖1為本發(fā)明在500m3/d反滲透海水淡化系統(tǒng)的示意圖。
圖2為圖1所示實(shí)施例中水壓自動(dòng)換位能量回收裝置的剖視圖。
圖3為圖1所示實(shí)施例中水壓自動(dòng)換位能量回收裝置中的二位五通換向閥剖視 圖。
具體實(shí)施方式
參照?qǐng)D附圖。本發(fā)明包括所提供的水壓自動(dòng)換位能量回收裝置100包括一個(gè)二位 五通換向閥1，四只單向閥21、22、23、24，兩根壓力交換管31、32以及兩個(gè)封頭41、42 ；兩根 壓力交換管31、32的一端分別連在二位五通換向閥1兩側(cè)，兩個(gè)封頭41、42分別設(shè)置在兩 根壓力交換管的另一端，四個(gè)單向閥平分成兩組，分別設(shè)于兩個(gè)封頭上，每組中的兩個(gè)單向 閥的方向相反，單向閥21、22設(shè)置在封頭41，方向相反，單向閥23J4設(shè)置在封頭42，方向 相反。
所述壓力交換管31、32中設(shè)有自由活塞51、52，自由活塞將壓力交換管分成兩個(gè) 工作腔，分別是被輸送液工作腔和廢棄液工作腔，被輸送液工作腔處在靠封頭一側(cè)并與封 頭上的單向閥相連，廢棄液工作腔處在靠二位五通換向閥一側(cè)；標(biāo)號(hào)61、62分別為壓力交 換管31中的輸送液工作腔和廢棄液工作腔，標(biāo)號(hào)63、64分別為壓力交換管32中的輸送液 工作腔和廢棄液工作腔。
所述的二位五通換向閥內(nèi)設(shè)有閥桿11及供閥桿軸向運(yùn)動(dòng)的閥腔12，所述閥腔沿 軸向具有第O1通口、第B通口、第P通口、第A通口、第O2通口五個(gè)通口 ；所述第P通口為 所述能量回收裝置的廢棄液進(jìn)口，所述第O1通口、第O2通口為廢棄液排放口，所述第B通口 與處于第O2通口側(cè)的壓力交換管31的廢棄液工作腔62連通，所述第A通口與處于第O1通 口側(cè)的壓力交換管32中的廢棄液工作腔64連通；所述閥桿11沿軸向有左右兩個(gè)工作位， 分別為第一工作位和第二工作位，在第一工作位時(shí)，第P通口與第B通口接通，第O2通口與 第A通口接通，在第二工作位時(shí)，第P通口與第A通口接通，第O1通口與第B通口接通；在 圖中，顯示了第二工作位時(shí)的狀態(tài)。
所述單向閥中方向?yàn)檫M(jìn)入壓力交換管的單向閥21、23的進(jìn)口為所述能量回收裝 置的被輸送液進(jìn)口，所述單向閥中方向?yàn)榕懦鰤毫粨Q管的單向閥22、24的出口為所述能 量回收裝置的被輸送液出口 ；所述單向閥中方向?yàn)榕懦鰤毫粨Q管的單向閥21、23的出口 通過(guò)管路201相連。
在所述閥桿處于第一工作位時(shí)，所述閥桿伸入與第A通口連通的壓力交換管32的 廢棄液工作腔64，所述閥桿處于第二工作位時(shí)，所述閥桿伸入與第B通口連通的壓力交換 管31的廢棄液工作腔62，其伸入的長(zhǎng)度與閥桿切換于第一工作位和第二工作位所需運(yùn)動(dòng) 的距離相適配，使得壓力交換管31、32中的自由活塞運(yùn)動(dòng)至二位五通換向閥側(cè)的極限位置 時(shí)所述閥桿被其推動(dòng)而自動(dòng)轉(zhuǎn)換工作位。二位五通換向閥的兩側(cè)分別設(shè)有供所述閥桿通入 其兩側(cè)的廢棄液工作腔的孔13、14，并在孔中設(shè)置與閥桿動(dòng)密封配合的密封元件15、16。
以下描述工作過(guò)程
1、當(dāng)二位五通換向閥閥桿處于右位(第一工作位)時(shí)，第P通口與第B通口接通， 第O2通口與第A通口接通。此時(shí)，高壓廢棄液進(jìn)入壓力交換管31廢棄液工作腔62，單向閥 21自動(dòng)關(guān)閉，單向閥22自動(dòng)打開(kāi)，壓力交換管31廢棄液工作腔62的高壓廢棄液推動(dòng)被輸 送液工作腔61的被輸送液和自由活塞51 —起向左移動(dòng)，低壓被輸送液經(jīng)增壓后成為高壓5被輸送液被向外壓出；同時(shí)，單向閥M在所述高壓被輸送液的作用下自動(dòng)關(guān)閉，單向閥23 在低壓被輸送液的壓力驅(qū)動(dòng)下自動(dòng)打開(kāi)，低壓被輸送液進(jìn)入壓力交換管32被輸送液工作 腔63，推動(dòng)廢棄液工作腔64的低壓廢棄液和自由活塞52 —起向左移動(dòng)，低壓廢棄液經(jīng)第A 通口、第O2通口向外排放。
2、當(dāng)自由活塞52運(yùn)動(dòng)到左極限位置時(shí)，推動(dòng)二位五通換向閥閥桿11向左運(yùn)動(dòng)至 左位(第二工作位)，第P通口與第A通口接通，第O1通口與第B通口接通。此時(shí)，高壓廢 棄液進(jìn)入壓力交換管32廢棄液工作腔64，單向閥23自動(dòng)關(guān)閉，單向閥M自動(dòng)打開(kāi)，壓力交 換管32廢棄液工作腔64的高壓廢棄液推動(dòng)被輸送液工作腔63的被輸送液和自由活塞52 一起向右移動(dòng)，低壓被輸送液經(jīng)增壓后成為高壓被輸送液被向外壓出；同時(shí)，單向閥22在 所述高壓被輸送液的作用下自動(dòng)關(guān)閉，單向閥21在低壓被輸送液的壓力驅(qū)動(dòng)下自動(dòng)打開(kāi)， 低壓被輸送液進(jìn)入壓力交換管31被輸送液工作腔61，并推動(dòng)廢棄液工作腔62的低壓廢棄 液和自由活塞51 —起向右移動(dòng)，低壓廢棄液經(jīng)第B通口、第O1通口向外排放，
3、當(dāng)自由活塞51運(yùn)動(dòng)到右極限位置時(shí)，推動(dòng)二位五通換向閥閥桿11向右運(yùn)動(dòng)，二 位五通換向閥閥桿處于右位，回到上述第1點(diǎn)的工作狀態(tài)，如此連續(xù)不斷地進(jìn)行能量交換， 實(shí)現(xiàn)能量回收再利用。
所述水壓自動(dòng)換位能量回收裝置采用多套并聯(lián)使用。
在圖1中，標(biāo)號(hào)202為反滲透系統(tǒng)中的膜組器，標(biāo)號(hào)203為反滲透系統(tǒng)中的海水 預(yù)處理裝置，標(biāo)號(hào)Θ為在線流量計(jì)，標(biāo)號(hào)為在線壓力表，標(biāo)號(hào)204為反滲透系統(tǒng)中的高壓 閥，標(biāo)號(hào)205為反滲透系統(tǒng)中的壓力提升泵、206為反滲透系統(tǒng)中的增壓閥。
以上所描述的具體實(shí)施方式
以日產(chǎn)淡水500m3/d，水回收率40%的反滲透海水淡 化系統(tǒng)為例。
水壓自動(dòng)換位能量回收裝置的總負(fù)載處理流量30 35m3/h。工作時(shí)，按以下步驟 啟動(dòng)裝置依次啟動(dòng)打開(kāi)增壓泵206、壓力提升泵205，經(jīng)過(guò)1 3分鐘低壓排氣后，啟動(dòng)高 壓泵204，設(shè)備進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。啟動(dòng)后的工作過(guò)程如下
進(jìn)料海水經(jīng)過(guò)增壓泵206增壓后進(jìn)入海水預(yù)處理裝置203，經(jīng)過(guò)預(yù)處理出來(lái)的海 水分成二路，一路海水(約40% )由高壓泵204直接升壓到海水淡化額定操作壓力；另一 路(約60% )經(jīng)所述水壓自動(dòng)換位能量回收裝置，與高壓濃海水進(jìn)行壓力交換升壓后再經(jīng) 壓力提升泵205增壓至海水淡化額定操作壓力，與前一路高壓海水匯合后進(jìn)入膜組器202。 膜組器高壓側(cè)的高壓濃海水進(jìn)入所述水壓自動(dòng)換位能量回收裝置，與低壓海水壓力交換后 排出系統(tǒng)；透過(guò)膜組器202的淡水供給用戶(hù)使用。
水壓自動(dòng)換位能量回收裝置的工作過(guò)程如前所述，周期性地將高壓濃海水的壓力 能傳遞給新鮮海水，從而實(shí)現(xiàn)能量的回收再利用。
參照?qǐng)D1和表1，表1給出了 500m3/d反滲透海水淡化系統(tǒng)在應(yīng)用所述水壓自動(dòng)換 位能量回收裝置后，如圖1所示的系統(tǒng)各點(diǎn)的流量與壓力平衡表，通過(guò)壓力提升泵205的流 量等于從膜組器202中排放出的濃海水流量；通過(guò)高壓泵的流量等于系統(tǒng)產(chǎn)水流量。
表1 系統(tǒng)各點(diǎn)流量-壓力平衡表(圖中沒(méi)有表示各點(diǎn))
權(quán)利要求
1.一種水壓自動(dòng)換位能量回收裝置，其特征在于它包括一個(gè)二位五通換向閥，四只單 向閥，兩根壓力交換管以及兩個(gè)封頭；兩根壓力交換管的一端分別連在二位五通換向閥兩 側(cè)，兩個(gè)封頭分別設(shè)置在兩根壓力交換管的另一端，四只所述單向閥平分成兩組，分別設(shè)于 兩個(gè)封頭上，每組中的兩個(gè)單向閥的方向相反；所述壓力交換管中設(shè)有自由活塞，自由活塞將壓力交換管分成兩個(gè)工作腔，分別是被 輸送液工作腔和廢棄液工作腔，被輸送液工作腔處在靠封頭一側(cè)并與封頭上的單向閥相連 通，廢棄液工作腔處在靠二位五通換向閥一側(cè)；所述的二位五通換向閥內(nèi)設(shè)有閥桿及供閥桿軸向運(yùn)動(dòng)的閥腔，所述閥腔沿軸向具有第 O1通口、第B通口、第P通口、第A通口、第O2通口五個(gè)通口 ；所述第P通口為所述能量回收 裝置的高壓廢棄液進(jìn)口，所述第O1通口、第O2通口為廢棄液排放口，所述第B通口與處在第 O2通口側(cè)的壓力交換管的廢棄液工作腔連通，所述第A通口與處在第O1通口側(cè)的壓力交換 管中的廢棄液工作腔連通；第O1通口、第B通口、第P通口、第A通口、第O2通口的位置與所述閥桿具有如下配合 關(guān)系所述閥桿沿軸向有第一工作位和第二工作位，在第一工作位時(shí)，第P通口與第B通口 接通，第O2通口與第A通口接通，所述閥桿伸入與第A通口連通的壓力交換管廢棄液工作 腔，在第二工作位時(shí)，第P通口與第A通口接通，第O1通口與第B通口接通，所述閥桿伸入 與第B通口連通的壓力交換管廢棄液工作腔，所述閥桿伸入的長(zhǎng)度與閥桿切換于第一工作 位和第二工作位所需運(yùn)動(dòng)的距離相適配；二位五通換向閥的兩側(cè)分別設(shè)有供所述閥桿通入 其兩側(cè)的廢棄液工作腔的孔，并在孔中設(shè)置與閥桿動(dòng)密封配合的密封元件；所述單向閥中方向?yàn)檫M(jìn)入壓力交換管的單向閥的進(jìn)口為所述能量回收裝置的被輸送 液進(jìn)口，所述單向閥中方向?yàn)榕懦鰤毫粨Q管的單向閥的出口為所述能量回收裝置的被輸 送液出口 ；所述單向閥中方向?yàn)榕懦鰤毫粨Q管的2只單向閥的出口通過(guò)管路相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的一種水壓自動(dòng)換位能量回收裝置，其特征在于水壓自動(dòng)換位能量 回收裝置可采用多套并聯(lián)使用。
全文摘要
本發(fā)明提供一種水壓自動(dòng)換位能量回收裝置，它包括一個(gè)二位五通換向閥，四只單向閥，兩根壓力交換管以及兩個(gè)封頭；兩根壓力交換管的一端分別連在二位五通換向閥兩側(cè)，兩個(gè)封頭分別設(shè)置在兩根壓力交換管的另一端，四只單向閥平分成兩組，分別設(shè)于兩個(gè)封頭上，每組中的兩個(gè)單向閥的方向相反。本發(fā)明具有以下有益技術(shù)效果由于采用二位五通換向閥作為廢棄液導(dǎo)向閥，可以形成可靠的機(jī)械互鎖，防止切換瞬間出現(xiàn)高、低壓液體串流的現(xiàn)象。
文檔編號(hào)C02F1/44GK102040261SQ20101053226
公開(kāi)日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2010年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月4日
發(fā)明者周倪民, 張小平, 張希建, 張希照, 張建中, 譚斌, 譚永文, 趙浩華, 阮慧敏 申請(qǐng)人:杭州水處理技術(shù)研究開(kāi)發(fā)中心有限公司