用于海水脱盐装置的容积式压力交换器和脱盐装置 |
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| 申请号 | CN201280052334.2 | 申请日 | 2012-10-19 | 公开(公告)号 | CN103890390A | 公开(公告)日 | 2014-06-25 |
| 申请人 | 阿克灵有限公司; | 发明人 | 伊夫·吉劳德; | ||||
| 摘要 | 容积式压 力 交换器包括至少一个具有中空圆柱形主体的用于压力交换的单元， 活塞 在所述主体内滑动，所述活塞包括将所述圆柱形主体的内部分隔成上游腔室和下游腔室的 活塞头 ，所述活塞包括布置在下游腔室侧并穿过所述下游腔室的杆，所述下游腔室配备用于处理 水 的进水和输送的装置，所述上游腔室配备三通旋转滑动 阀 ，所述旋转滑动靠机动的驱动工具旋转，所述阀包括 增压 流体 供给孔、用于所述流体的排出孔，和与所述上游腔室连通的开口。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种容积式压力交换器，包括至少一个压力交换单元，其特征在于，所述压力交换单元包括中空圆柱形主体，活塞在所述主体内滑动，所述活塞包括将所述圆柱形主体的内部分隔成上游腔室和下游腔室的活塞头，所述活塞包括布置在所述下游腔室侧并穿过所述下游腔室的杆，所述下游腔室设置有用于待处理水的进水和排水设备，所述上游腔室设置有具有旋转门的三通阀，所述旋转门通过机动的驱动工具旋转，所述门包括用于提供增压浓缩物的孔、用于排放所述浓缩物的孔，和用于与所述上游腔室连通的开口。 |
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| 说明书全文 | 用于海水脱盐装置的容积式压力交换器和脱盐装置技术领域[0003] 在使用反渗透的海水脱盐装置中，由半渗透膜组成的反渗透模块(ROM)被带入高压力的海水流入，高压力通常包括在50巴和80巴之间，比大概是25巴的盐水渗透压力大。在ROM的输出处，一方面脱盐水的渗透(在接近大气压力的压力下)被回收，另一方面所谓“过盐”浓缩物被回收。该浓缩物在略低于供给压力的压力下，例如：通常低于供给压力大概 1到5巴，因为由ROM中的通道引起的压力下降是低的。 [0004] 为了降低使用反渗透的海水脱盐处理的能源成本，从高压浓缩物中尽可能多地回收机械能源是重要的。 [0005] 一些专利，如专利US4,124,488和US6,652,741描述了反渗透脱盐装置，这些装置含有设计为传送增压海水到ROM输入端的活塞泵，在待脱盐海水压缩期间活塞背面从浓缩物接收附加压力。这些装置以不同方式被控制，例如通过水力装置，或各种类型的分配器，如滑动阀。 [0006] 专利申请WO2011/070244中申请人也描述了这样一个脱盐装置，包括由电动机驱动的泵提供增压海水的ROM。该电动机也驱动该设备的机械机构，其包括具有旋转制动器的三通阀，该三通阀控制进入泵中浓缩物的进入量。泵的活塞将每个泵的圆柱体分隔成下游腔室和上游腔室。活塞的杆穿过上游腔室而且杆的末端连接到电动机的驱动机构上。装配有进水单向阀的管子提供海水到下游腔室，下游腔室将增压海水送往ROM的供水管，ROM的供水管依次配备排出单向阀。泵的上游腔室通过三通阀与ROM的浓缩物输出管连接，其第三通道出现在浓缩物排空管中。泵的活塞运动和阀的制动器是同步的，以可选择地使得当活塞把海水推到ROM的时候，允许高压浓缩物进入上游腔室，并且在活塞进行相反运动的时候，将浓缩物排出到出口。 [0007] 专利申请WO2011/058249中申请人描述了一种用于脱盐装置的具有旋转制动器的阀，该阀允许水的高流速而没有明显压力损失，并经得住浓缩物离开ROM的高压力。 [0008] 然而为了降低脱盐水的生产成本，改进设备允许从ROMs出来的浓缩物中收回能量是令人期望的。 [0009] 装备没有配备这种设备的脱盐单元，而不必剔除和取代已存在的高压泵送设备是特别令人期望的。 [0010] 最后，令人期望的是提出具有长寿命和只需要最小的维护停机的这类设备。 [0011] 发明简述 [0012] 为此，本发明涉及一种起初定义类型的容积式压力交换器，包括至少一个压力交换单元，所述压力交换单元包括中空圆柱形主体，活塞在所述主体中滑动，所述活塞包括将所述圆柱形主体内部分隔成上游腔室和下游腔室的活塞头，所述活塞包括布置在下游腔室侧并且穿过所述下游腔室的杆，所述下游腔室设置有用于待处理水的进水和排放设备，所述上游腔室设置有具有旋转门的三通阀，所述旋转门通过机动的驱动工具旋转，所述门包括用于提供增压浓缩物的孔、用于排放所述浓缩物的孔和与所述上游腔室连通的开口。 [0013] 根据一种实施方式，用于待处理水的所述进水和排放设备包括布置在所述圆柱形主体的下游腔室的延伸部中的圆柱体头、带有进水单向阀的进水孔、带有单向阀的排水孔，所述活塞杆以其末端出现在容积式压力交换器外部而穿过所述圆柱体头。 [0014] 根据一种实施方式，所述三通阀包括布置在所述圆柱形主体的上游腔室的延伸部中的阀体。 [0015] 根据一种实施方式，旋转门的旋转轴与圆柱形主体的轴是平行的。 [0016] 根据一种实施方式，旋转门具有侧开口，侧开口被配置成允许与阀的供水孔和排出孔进行流体连通和结束流体连通的布局。 [0018] 根据一种实施方式，所述环形圆柱体活塞通过与浓缩物的流体连通或者直接地或者经过压力倍增器而增压。 [0019] 根据另一种实施方式，所述环形圆柱活塞通过第二水力发电机组置于压力下。 [0020] 根据本发明的容积式压力交换器可以包括多个如上定义的压力交换单元。 [0021] 根据一种实施方式，机动的驱动工具包括共享电机和用于校准旋转门以便遍及360°均匀分布的工具。 [0022] 本发明也涉及使用反渗透的海水脱盐装置，包括如上定义的容积式压力交换器。 [0023] 特别地，压力交换单元的数目、圆柱形主体的口径和冲程根据装置的可用浓缩物流速来调整。 [0024] 根据一种实施方式，旋转门的旋转速度被调整为，使得在每个循环中，所述活塞达不到冲程的上部终点。 [0026] 本发明的其他方面、特征和优点从下面的描述参考附图对本领域技术人员来说将会更加明显，这些描述阐明了，但不局限于，本发明的一个更好的实施方式，在这些附图中： [0027] 图1是根据本发明的压力交换单元的纵向截面图； [0028] 图2是旋转阀门的侧视图； [0029] 图3是简化的水平轴向横断面，展示了装在其阀中的图2的旋转门； [0030] 图4是包括6个压力交换单元的容积式压力交换器的图解正视图。 [0031] 发明详述 [0032] 图1示出了压力交换单元1，压力交换单元1的中间部分由圆柱形主体2组成，活塞3在圆柱形主体2中滑动，所述活塞由活塞头4和活塞杆5构成。活塞头4将圆柱形主体2的内部分隔成上游腔室和下游腔室。活塞杆在下游腔室侧被固定到活塞头4。圆柱形主体2在下游腔室侧在其第一末端被圆柱体头6加顶，该圆柱体头6与圆柱形主体2使用已知的法兰型工具，密封件和螺栓密封地固定在一起。 [0033] 圆柱体6具有进水孔7，进水孔7能够将进水导管连接到其以用于待处理的海水。进水孔7容纳有进水单向阀8。该阀的结构本身为本领域技术人员所知。圆柱体头6还具有排水孔9，排水孔9能够将水管连接到其并把海水引进到ROM。排水孔9也容纳有单向阀 10。圆柱体头6还包括在轴向位置的允许活塞杆5通行的引导孔11，活塞杆5的自由末端从压力交换单元1出现。引导孔11设置有本身已知的封闭垫圈，允许活塞杆在没有待处理水的明显的压力损失下滑动。 [0034] 阀12被布置在上游腔室侧，在圆柱形主体2的第二末端，阀12扩展了该上游腔室，其阀体13使用本身已知的法兰型工具、密封件和螺栓密封地固定到圆柱形主体2。阀12是压力交换单元1的组成部分，包括用于供应增压浓缩物的供给孔14、用于所述浓缩物的排出孔15，和与所述上游腔室连通的连通连结部16。 [0035] 如图2和3所示，旋转门17包括中空圆柱形上部件，该圆柱形上部件在其上末端有宽大的连通开口16，与圆柱形主体2的上游腔室连通，该圆柱形上部件在其侧面有侧开口24，根据门的位置，使得能够把门的内部且因此的连通开口16与供给孔14或排出孔15交替地连通。 [0036] 在图2所示的实施方式中，开口24具有以V形状的第一末端28、矩形中间部件27，和以W形状的具有两个延伸部25、26的第二末端。开口24的该特殊形状允许与供给孔14和排出孔15的连通和结束连通的渐进式布局，以便于消除压力交换单元的上游腔室的突然的压力和流速变化。旋转门17的下部件包括驱动轴18，其旨在连接到机械驱动设备上。 [0037] 在图1所示的实施方式中，旋转门17的旋转轴与杆5的滑动轴一致，这个布置就阀体13的结构及其到圆柱形主体2的固定方面是最简单的。门17的从阀体13出来的驱动轴18被驱动设备19驱动，该驱动设备19依次被连接到驱动电动机，其可以使用与小齿轮啮合的齿轮、传送带和任何现有技术中已知的其他工具进行连接。驱动电动机，特别是电动齿轮电动机，可以有固定的速度或由变速器调节的速度。 [0038] 旋转门17是永久地旋转的。阀12的动态密封通过使用安置在旋转门上的环状圆柱体活塞22、23完成的而不用密封件。更可取地，环形圆柱体活塞是具有低摩擦系数的复合材料制成的。所述环形圆柱体活塞通过其与浓缩物的流体连通，或者直接地或者经过压力倍增器而增压到20。可选择地，它们被第二水力发电机组增压。这些环形圆柱体活塞靠在旋转门上，避免浓缩物从供给孔14到排出孔15的直接通过。这些活塞在它们磨损过程中在壳体中前进，这减少了停机维护的次数。而且，旋转门优选地由不锈钢制造而成，且得到合适的处理表面以增加其抗磨损和减少摩擦系数。 [0039] 上述压力交换单元结构如下工作： [0040] 由脱盐装置的增压泵提供的海水通过进水孔7渗入圆柱体头6，且因此渗入圆柱形主体2的下游腔室的内部，且经排水孔9排出，进水阀8和排水阀10阻止回流。三通阀12的旋转门17一直在旋转中。 [0041] 在循环的开始，当活塞3在低位时和当浓缩物供给孔14与连通开口16连通时，浓缩物渗入圆柱形主体的上游腔室的内部，下游腔室被海水充满。被高压浓缩物推动的活塞上升，然后通过排水阀10排出海水。本领域技术人员将会注意到海水在高于浓缩物压力的压力下被排出，因为活塞头4的在上游腔室侧的面积比下游腔室侧的面积大，归功于活塞杆5是出现在下游腔室侧的。浓缩物的压力和待处理海水在ROM进口处的压力相等，浓缩物的压力通过膜和交换器之间的降压而减少，上游腔室和下游腔室之间的该压力差使得不使用高压泵就能够补偿所述压力损失。该压力差可以通过更改活塞杆5的直径进行调整。通过持续它的旋转，旋转门17逐渐地关闭了浓缩物从供给孔14到上游腔室的通道，使得活塞3到达它的高位。 [0042] 通过持续它的旋转，旋转门17逐渐地打开了圆柱形主体2的上游腔室和排出孔15之间的连通，使得圆柱体2的上游腔室中的浓缩物的压力减少。结果，排出阀10关闭。由脱盐装置的增压泵提供的海水渗透通过进水阀8并向下方向推动活塞3同时排出浓缩物。然后新的循环开始。 [0043] 图4示出了包括平行安装的6个图1示出的类型的压力交换单元的容积式压力交换器。被六个单元共享的电动齿轮电动机21提供这六个旋转门的旋转。正如活塞杆的自由端的各自位置所显示的，门的位置相对彼此以偏移60°校准，以便于确保在没有系统影响和噪声下运转。 [0044] 圆柱体的数目、直径和冲程是根据容积式压力交换器被设计以安装在其中的脱盐装置的浓缩物可用流速计算出来的。门的旋转速度优选地调整为活塞不能到达冲程的上部终点：以这种方式，容积式压力交换器在可以接近零流速的大流速范围内自适应于输入流速，而不减少输出。并且，进来的海水流速经常比需要的大，活塞在每个循环中下降到冲程的低端终点；然而旋转门的侧开口的特殊形状逐渐减缓了活塞，使得避免对冲程低端终点的影响。此外，聚氨酯减振器可以被安置使得避免任何此类影响的风险。 [0045] 总之，根据本发明的容积式压力交换器提供了如下特征和优点： [0046] -非常高的总体输出，归功于分布式系统的低能耗和不使用增压泵； [0047] -没有浓缩物/海水混合； [0048] -没有水力脉冲，活塞的移动速度适应于可用的浓缩物流速； [0049] -没有从属系统，也没有输出损失的情况下，对可用流速的适应性； [0050] -相对安静的操作； [0051] -非常高流速的可能性； [0052] -体积小、数目少的短连接线； [0053] -简单和便宜的维护； [0054] -系统不需要50微米以下水的过滤。 |
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