一体式微型能量回收模块及其人工海水淡化系统技术方案

本申请涉及一体式微型能量回收模块及其人工海水淡化系统，适用于只有人工供能、小流量、高压力、便携式海水淡化设备。所述的一体式微型能量回收模块包括柱塞泵组、单向阀组和液压换向阀。所述能量回收高压泵包括

【技术实现步骤摘要】
一体式微型能量回收模块及其人工海水淡化系统


[0001]本申请涉及一种一体式微型能量回收模块及其人工海水淡化系统，适用于只有人工供能、小流量、高压力、便携式海水淡化设备。

技术介绍

[0002]反渗透海水淡化过程中，海水经过外力（如电力、人力等）加压至海水压力大于海水的渗透压时，海水通过反渗透膜的反渗透作用，得到淡水。海水淡化过程伴随着大量的高压浓水排出压力约为 5
‑
6 MPa，如果将这股浓水直接排掉，会造成大量的能量浪费。液体的余压能量回收技术就是将这部分能量通过机械装置转换为下一次做功所需的能量，也就是说将浓水的余压能量回收，可大大降低进水压力提升时所消耗的外力。
[0003]人工供能的海水淡化反渗透装置是指使用人力驱动使海水达到反渗透系统海水淡化所需要的操作压力，利用反渗透原理来制造淡水的设备。制约人工海水淡化反渗透装置推广应用的一个关键问题就是人工操作加压过程非常吃力，因此如何提高人力做功效率、降低装置运行过程能耗成为了亟待解决的问题。在反渗透装置中根据人力操作特点设计泵体结构及杠杆机构可以提高人力做工效率，应用能量回收装置可大幅度降低装置运行能耗，从而实现人工驱动海水淡化反渗透过程的高效率。
[0004]目前工业用的大型海水淡化反渗透装置上配备能量回收装置已经比较普遍，总体上分为两类，即离心式和容积式。
[0005]离心式能量回收装置回收液体余压能时需要进行两次能量转换。典型的装置是透平机，该装置回收余压能量时先转换为透平旋转的机械能，再通过叶轮的旋转以提升进水的压力。浓水能量向原海水能量的转换效率一般在75%以下。这种能量回收装置适用于较大型的反渗透海水淡化系统。
[0006]容积式能量回收装置可实现余压能量的直接交换，高压介质通过推动柱塞可将压力直接传递给需要加压的介质，能量的转换效率一般在90%以上。容积式能量回收装置主要有转子式和柱塞式两种。转子式能量回收装置：以美国能量回收公司（Energy Recovery Inc,ERI）的PX（Pressure Exchanger）转子式压力交换能量回收装置为代表。柱塞式阀控能量回收装置以瑞士CALDER AG公司的DWEER（Work Exchange Energy Recovery）双压力换能量回收装置和西班牙Aqualyng公司的能量回收塔为代表。柱塞式阀控能量回收装置的工作原理是采用两个大直径液压缸，一个液压缸回收反渗透过程中排出的高压浓水，高压浓水推动柱塞与柱塞另一侧的原水进行压力交换。另一个液压缸进入低压的原水，推动柱塞，将柱塞另一侧的低压浓水排出。两个液压缸交替进行海水加压和浓水排放的过程。目前在工业上，常常使用PLC和电磁阀来控制换向阀，从而使两个液压缸换向，能量回收效率一般高于90％。柱塞式阀控能量回收装置与转子式压力交换器一样，属于等压式压力交换。所述的两个能量回收装置，通过压力交换器增压的原水达不到反渗透的工作要求，还需要配备增压泵对其进一步增压。这种柱塞式的压力交换器通常都应用在日产淡水100吨以上的大型系统中，由于其结构的限制，两个液压缸的尺寸较大，且工艺组成也较为复杂。
[0007]目前国内外所研制的能量回收装置多用于大型陆基的反渗透海水淡化厂。如果直接将大型海水淡化反渗透装置中的能量回收装置形式用于人工驱动的小型海水淡化反渗透装置中，将存在难以选型，或者无法使用的问题。而本申请的能量回收系统，是适用于人工驱动的小型海水淡化反渗透装置中，没有额外的电力供应，能量回收装置的阀门切换无法依靠PLC和电磁阀的控制，也无法使用额外的增压泵进一步增压，人力驱动提供的能量也较电力驱动的要少，因此更需要能量回收系统帮助节省人力。
[0008]“CN 202576050U 具有能量回收功能的人力驱动海水淡化器”其技术不足在于设备在“海水自动吸取”和“对吸取的海水加压”这两个步骤是分开的，即每一次使用人工驱动活塞泵，都只能实现自动吸取海水，或是对吸取的海水加压其中一个步骤，人工驱动的做功效率不高。“CN213679950U 一种便携式微型手动海水淡化装置”，与本申请的区别在于，其活塞和换向阀机构采用平面四联杆机构驱动，而非本申请的液压自动驱动，机械结构复杂、零件多。“CN102588240B 反渗透海水淡化自增压能量回收高压泵”和“CN203855441U 使用自增压能量回收高压泵的反渗透海水淡化系统”，这两篇专利的能量回收高压泵的特点在于需要额外使用导向阀切换换向阀的移动；此外，还需要低压原水泵和自增压能量回收高压泵两台水泵，整个装置部件多、体积大。“CN101782095B 用于海水淡化系统的差动式能量回收装置及方法”的技术缺点在于仍然需要使用换向阀驱动装置使换向阀切换方向，并且需要低压原水泵和高压原水泵两级泵完成整个反渗透系统的工作循环，能耗很大，很难利用人力进行驱动，用于人工驱动海水淡化装置面临着较大困难。

技术实现思路

[0009]本申请要解决的技术问题是提供一种能弥补现有技术缺点的人工海水淡化余压能回收系统及方法，设计的一组双柱塞泵机械结构，既能使用人力驱动提升低压原海水的压力，又能回收海水淡化反渗透过程中高压浓盐水的余压能，双柱塞泵体结构实现海水吸取和加压一体化，提高人力做功效率；换向阀既能利用液体余压能自动切换水路，又能回收液体余压能助推柱塞泵，节省人力；优化系统机械结构，将双柱塞泵和液压换向阀一体式设计，并在泵体上设计了集成式液流分布盘，集成多个液流口和单向阀组，精简液体余压能回收系统的机械结构，实现一体式和便携式的设计目的。
[0010]为了解决上述技术问题，本申请的一种一体式微型能量回收模块及其人工海水淡化系统，其通过以下技术方案予以实现：
[0011]一体式微型能量回收模块，包括柱塞泵一（1），柱塞泵二（2），柱塞杆（3）和换向阀（9），所述柱塞泵一（1）内设置有柱塞一（1
‑
1）以将其分割为柱塞腔一（1
‑
2）和柱塞腔二（1
‑
3），所述柱塞泵二（2）内设置有柱塞二（2
‑
1）以将其分割为柱塞腔三（2
‑
2）和柱塞腔四（2
‑
3），所述柱塞一（1
‑
1）和柱塞二（2
‑
1）共同固接于柱塞杆（3）上形成双柱塞结构；其中，所说柱塞腔一（1
‑
2）和柱塞腔四（2
‑
3）在所述双柱塞结构的移动中同时实现对原水的抽取和对原水进行加压以形成高压原水，所述柱塞腔一（1
‑
2）和所述柱塞腔四（2
‑
3）均开设有高压原水出水口，所述高压原水出水口分别与装置的进口和所述换向阀相连接，所述换向阀在高压原水的推动下进行移动换向；所述柱塞腔二（1
‑
3）和所述柱塞腔三（2
‑
2）分别通过各自对应的液流口与所述换向阀（9）连接，所述装置的高压浓水通过所述换向阀交替与所述柱塞腔二（1
‑
3）或所述柱塞腔三（2
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一体式微型能量回收模块，其特征在于，包括柱塞泵一（1），柱塞泵二（2），柱塞杆（3）和换向阀（9），所述柱塞泵一（1）内设置有柱塞一（1
‑
1）以将其分割为柱塞腔一（1
‑
2）和柱塞腔二（1
‑
3），所述柱塞泵二（2）内设置有柱塞二（2
‑
1）以将其分割为柱塞腔三（2
‑
2）和柱塞腔四（2
‑
3），所述柱塞一（1
‑
1）和柱塞二（2
‑
1）共同固接于柱塞杆（3）上形成双柱塞结构；其中，所说柱塞腔一（1
‑
2）和柱塞腔四（2
‑
3）在所述双柱塞结构的移动中同时实现对原水的抽取和对原水进行加压以形成高压原水，所述柱塞腔一（1
‑
2）和所述柱塞腔四（2
‑
3）均开设有高压原水出水口，所述高压原水出水口分别与装置的进口和所述换向阀相连接，所述换向阀在高压原水的推动下进行移动换向；所述柱塞腔二（1
‑
3）和所述柱塞腔三（2
‑
2）分别通过各自对应的液流口与所述换向阀（9）连接，所述装置的高压浓水通过所述换向阀交替与所述柱塞腔二（1
‑
3）或所述柱塞腔三（2
‑
2）的其中之一相连通以助推所述柱塞一（1
‑
1）或柱塞二（2
‑
1）移动。2.根据权利要求1所述的一体式微型能量回收模块，其特征在于，所述柱塞泵一（1）设置有低压原水进水口一（1
‑
4），其通过单向阀一（4）连接所述柱塞腔一（1
‑
2），所述柱塞泵一（1）设置有高压原水出水口一（1
‑
5），其与单向阀二（5）连接，所述柱塞腔一（1
‑
2）通过液流口一（1
‑
6）与换向阀（9）上设置的液流口五（9
‑
1）连接，所述柱塞腔二（1
‑
3）通过液流口二（1
‑
7）与换向阀（9）上设置的液流口七（9
‑
3）相连；所述柱塞泵二（2）设置有低压原水进水口二（2
‑
4），其通过单向阀三（6）连接所述柱塞腔四（2
‑
3），所述柱塞泵二（2）设置有高压原水出水口二（2
‑
5），其与单向阀四（7）连接，所述柱塞腔四（2
‑
3）通过液流口四（2
‑
6）与换向阀（9）上设置的液流口六（9
‑
2）连接，所述柱塞腔三（2
‑
2）通过液流口三（2
‑
7）与换向阀（9）上设置的液流口八（9
‑
4）相连；所述低压原水进水口一（1
‑
4）和低压原水进水口二（2
‑
4）与海水池（10）相连；所述换向阀（9）上设置液流口九（9
‑
5），为高压浓水进水口，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈江萍，郑煜铭，张紫燕，
申请(专利权)人：中国科学院城市环境研究所，
类型：新型
国别省市：