專利名稱：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：
本實(shí)用新型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，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?；诜礉B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，目前已成為國內(nèi)外研究和推廣的重點(diǎn)。中國專利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)子通道沒有設(shè)置實(shí)體活塞來進(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。中國專利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)容本實(shí)用新型的目的是提供一種水壓自動(dòng)換位能量回收裝置，控制簡單，壓力波動(dòng) 小。為此，本實(shí)用新型采用以下技術(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。由于采用本實(shí)用新型的技術(shù)方案，本實(shí)用新型具有以下有益技術(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)來主動(dòng)控制閥門動(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)過長時(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為本實(shí)用新型在500m3/d反滲透海水淡化系統(tǒng)的示意圖。[0020]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。本實(shí)用新型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，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，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，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， 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)打開增壓泵206、壓力提升泵205，經(jīng)過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)后的工作過程如下進(jìn)料海水經(jīng)過增壓泵206增壓后進(jìn)入海水預(yù)處理裝置203，經(jīng)過預(yù)處理出來的海 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)；透過膜組器202的淡水供給用戶使用。水壓自動(dòng)換位能量回收裝置的工作過程如前所述，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。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種水壓自動(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。本實(shí)用新型具有以下有益技術(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)C02F1/44GK201882954SQ201020593678
公開日2011年6月29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)研究開發(fā)中心有限公司