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)：

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)。對于海島、海上平臺和船舶等特殊場所，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，而配置一臺帶有能量回收功能的高壓泵是實現(xiàn)這些特點的關(guān)鍵。如若高壓泵不具備能量回收功能，市面上實測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。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

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。

本發(fā)明的技術(shù)方案概述如下：

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個左水腔：24-1、24-2……24-n和n個右水腔25-1、25-2……25-n；柱塞座從前向后，設(shè)置有n個左右方向的柱塞通道14-1、14-2……14-n，n個柱塞15-1、15-2……15-n在柱塞通道內(nèi)移動；第一上隔板2的豎直部分從前向后設(shè)置有n個左上液流孔：16-1、16-2……16-n，每個左上液流孔對應(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個右上液流孔：18-1、18-2……18-n，每個右上液流孔對應(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個左下液流孔：20-1、20-2……20-n，每個左下液流孔對應(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個右下液流孔：22-1、22-2……22-n，每個右下液流孔對應(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。

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。

本發(fā)明所產(chǎn)生的有益效果是：

(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％。

(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)運動頻率，實現(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

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)。

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)。

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)。

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)。

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)。

圖6是反滲透海水淡化能量回收器單個柱塞的工作原理圖(柱塞運動至柱塞通道的右端)。

圖7是反滲透海水淡化能量回收器單個柱塞的工作原理圖(柱塞運動至柱塞通道的左端)。

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。

圖中：

1：箱體2：第一上隔板

3：第二上隔板4：下隔板

5：下縱隔板6：上縱隔板

7：柱塞座8-1……8-(n-1)：左隔板

9：高壓原水腔10：低壓原水腔

11：高壓濃水腔12：低壓濃水腔

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：高壓原水閥

18-1、18-2……18-n：右上液流孔

19-1、19-2……19-n：高壓濃水閥

20-1、20-2……20-n：左下液流孔

21-1、21-2……21-n：低壓原水閥

22-1、22-2……22-n：右下液流孔

23-1、23-2……23-n：低壓濃水閥

24-1、24-2……24-n：左水腔

25-1、25-2……25-n：右水腔

26：水泵27：過濾器

28：反滲透膜組件

31：能量回收器32：曲軸箱

33：皮帶34：電機(jī)

35：高壓原水接口36：低壓原水接口

37：高壓濃水接口38：低壓濃水接口

具體實施方式

下面通過具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

反滲透海水淡化能量回收器(包含n＝3、4、6、9或12個柱塞，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個左水腔：24-1、24-2……24-n和n個右水腔25-1、25-2……25-n；柱塞座從前向后，設(shè)置有n個左右方向的柱塞通道14-1、14-2……14-n，n個柱塞15-1、15-2……15-n在柱塞通道內(nèi)移動，見圖3，圖4；

第一上隔板2的豎直部分從前向后設(shè)置有n個左上液流孔：16-1、16-2……16-n，每個左上液流孔對應(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；

第二上隔板3的豎直部分從前向后設(shè)置有n個右上液流孔：18-1、18-2……18-n，每個右上液流孔對應(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；

下隔板4的左側(cè)壁從前向后設(shè)置有n個左下液流孔：20-1、20-2……20-n，每個左下液流孔對應(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；

下隔板4的右側(cè)壁從前向后設(shè)置有n個右下液流孔：22-1、22-2……22-n，每個右下液流孔對應(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；

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。

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帶動曲軸轉(zhuǎn)動。

下面結(jié)合圖6，圖7，描述單個能量回收單元的增壓原理。

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)即組成一個能量回收單元。

當(dāng)柱塞由左向右運動時，柱塞左側(cè)空間形成負(fù)壓，低壓原水閥打開，原海水經(jīng)由低壓原水進(jìn)口(36)進(jìn)入低壓原水腔，從左下液流孔進(jìn)入左水腔，而此時高壓原水閥閉合；與此同時，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，再由低壓濃水出口(38)排出能量回收器。

當(dāng)柱塞由右向左運動時，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)由高壓濃水進(jìn)口(37)進(jìn)入高壓濃水腔，再由右上液流孔進(jìn)入右水腔；柱塞運行過程中，高壓濃海水的壓力能通過柱塞運行傳遞給低壓原海水。同時，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，再由高壓原水出口(35)進(jìn)入反滲透膜系統(tǒng)。

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個柱塞按照一定的相位差往復(fù)交替運動，實現(xiàn)循環(huán)增壓；相對于的各個閥循環(huán)交替打開和閉合，從而保證四個水腔內(nèi)水流連續(xù)。此過程存在一個平衡關(guān)系：假定在無泄漏、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，濃水壓力不再增加，此后將以平衡狀態(tài)循環(huán)增壓。

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，保證各個閥閉合時不漏液；當(dāng)高、低壓濃水閥打開時，可以通過頂針推動高、低壓原水閥同向運動，從而降低了高、低壓原水閥的彈簧連接方式的故障率。

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)行初級過濾，之后由低壓原水進(jìn)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)加壓后由高壓原水出口(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進(jìn)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出口(38)排出。

包含能量回收器的高壓泵啟動之初，電機(jī)通過皮帶帶動曲軸，曲軸帶動柱塞桿，柱塞桿驅(qū)動柱塞運動，動力僅為電機(jī)動能；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)動能共同推動柱塞運動，從而實現(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)運動頻率，最終實現(xiàn)輸出壓力的調(diào)節(jié)，能量回收效率可達(dá)90％以上。

盡管上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的典型實例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式，上述的具體實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)。