一种热涨冷缩式反渗透系统压力能量回收装置及方法制造方法及图纸

一种热涨冷缩式反渗透系统压力能量回收装置及方法，主罐体下端口连接单向阀、高压原液出口；每个能量回收单元中包含两个工作腔体；第一腔体通过不同进液阀与低压原液进口和高压浓缩液进口连接，通过不同排液阀与主罐体和浓缩液排放口连接，两个工作腔体的上端口通过带有球阀管路联通；低压原液进口通过单向阀与主罐体上端口连接。压力能量回收方法是使反渗透膜出来的高压浓缩液通过不同进液阀交替进入能量回收单元的第一腔体，推动第一腔体中低压气体增压并冷却收缩后进入第二腔体，在第二腔体中经加热膨胀后反作用于第一腔体中的原液，使低压原液增压并将增压后的高压原液连续稳定地输送给主罐体。本发明专利技术能够降低反渗透系统成本和能耗，提高系统效率、可靠性。

Device and method for recovering pressure energy of thermal expansion and contraction type reverse osmosis system

A heating or cooling system pressure energy recovery device and method of reverse osmosis, the main tank port is connected with a one-way valve, high pressure liquid outlet; each energy recovery unit contains two chambers; the first cavity is connected through the import of different liquid inlet valve and the low pressure liquid inlet and high concentration liquid, liquid discharge valve and connected by different the main tank and concentrated liquid discharge port, a two chamber port through the pipeline with ball valve pressure liquid inlet connection Unicom; through the one-way valve and the main tank port. The pressure energy recovery method is the first cavity pressure concentrate to the reverse osmosis membrane out through different liquid inlet valve into the alternate energy recovery unit, promote the first cavity pressure and low pressure gas cooling and contraction in the second cavity, second cavity in the heated expansion after the reaction to the first liquid chamber, the low pressure liquid booster and the high pressure liquid booster after continuously and stably transported to the main tank. The invention can reduce the cost and energy consumption of the reverse osmosis system and improve the system efficiency and reliability.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及反渗透领域，尤其是涉及反渗透系统的一种压力能量回收装置及方法。
技术介绍
反渗透亦称逆渗透，是用一定的压力使溶液中的溶剂通过反渗透膜分离出来，进而使溶液达到提取、纯化和浓缩的目的。在各种膜分离技术中，反渗透技术近年来取得了令人瞩目的飞速发展，已广泛应用于苦咸水淡化、化工、制药、医疗、食品、饮料、酒类、环保等国民经济的各个领域。反渗透工艺中高压浓缩液释放时所携带的高压液体能量非常巨大，约占进料原液压力能量的60％，若将这部分能量加以回收并转化成进液能量，则反渗透工艺电能消耗可降低55％～60％左右，这样将会大幅降低反渗透工艺的能耗，进而降低成本，而这一目的实现有赖于利用能量回收技术。自70年代以来，随着反渗透技术应用于海水/苦咸水淡化，各种形式的能量回收装置也相继出现，按照能量回收装置的工作原理可将其分为透平式能量回收装置和功交换式能量回收装置两大类。透平式能量回收装置是利用高压浓缩液的压力能驱动机械装置从而将压力能转化为机械能，机械装置又将机械能转化为原液的压力能，从而实现能量的回收利用。但由于其原理上都要经过“压力能—机械能—压力能”两次转换，增加了机械能损耗，有效能量转换效率一般仅为50％～80％，因此回收效率偏低。功交换式是浓缩液通过压力交换界面(活塞或液相界面)进行直接交换，将高压浓缩液的压力能传递给原液。其原理上只需要“压力能—压力能”一步能量转换，有效能量回收效率可达90％～97％。但功交换式能量回收装置往往存在掺混问题，会额外增高能耗；而且所需的增压泵、缸体和活塞等部件需要采用既耐腐蚀又耐磨的贵重金属材料制作，加工难度大，并且对密封要求也很高，目前主要依赖于进口，成本比较高；一旦执行机构中进入气泡、杂质等，就非常容易发生损坏，可靠性差；另外，还存在噪声大、控制机构比较复杂的问题。目前，我国大型反渗透项目中的能量回收装置一直被国外垄断，在浪费外汇额度的同时也给设备的后期维护带来众多不便。研发具有自主知识产权、实用且高效的能量回收装置对我国反渗透事业的发展将具有深远意义。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种提升反渗透系统低压原液的压力、对反渗透处理后的高压浓缩液余压能量进行回收再利用、节约能源的热涨冷缩式反渗透系统压力能量回收装置及方法。为实现上述目的，采用了以下技术方案：本专利技术主要包括高压原液出口、第一单向阀、主罐体、第一加热器、第一冷却器、第二单向阀、能量回收单元、低压原液进口、第三单向阀、浓缩液排放口和高压浓缩液进口，高压原液出口与第一单向阀的出液口相连，第一单向阀的进液口与主罐体的下端口相连，主罐体的侧端口与第二单向阀的出液口相连，第二单向阀的进液口与能量回收单元的排液端相连；主罐体的上端口与第三单向阀的出液口相连，第三单向阀的进液口与低压原液进口相连，低压原液进口的另一端与能量回收单元的进液端相连；浓缩液排放口与能量回收单元的另一排液端相连，高压浓缩液进口与能量回收单元的另一进液端相连。进一步的，所述能量回收单元包括第一排液阀、第一腔体、第一进液阀、第二排液阀、第二进液阀、第二加热器、第二冷却器、球阀、第二腔体、第三加热器和第三冷却器；第二单向阀的进液口通过第一排液阀与第一腔体的下端口相连，浓缩液排放口通过第二排液阀与第一腔体的下端口相连，高压浓缩液进口通过第二进液阀与第一腔体的下端口相连；低压原液进口通过第一进液阀与第一腔体的侧端口相连；第一腔体的上端口通过球阀与第二腔体的上端口相连。进一步的，所述主罐体内部充有惰性气体，并在主罐体内部安装第一加热器和第一冷却器。进一步的，所述第一腔体内部充有惰性气体，并在第一腔体内部安装第二加热器和第二冷却器。进一步的，所述第二腔体内部充有惰性气体，并在第二腔体内部安装第三加热器和第三冷却器。进一步的，在所述高压原液出口安装有压力表。进一步的，所述的第一排液阀、第一进液阀、第二排液阀、第二进液阀和球阀均为采用电磁控制的开关阀。进一步的，所述装置中可顺次连接多组相同结构的能量回收单元。本专利技术所述的能量回收方法，包括以下步骤：步骤1，需要进行处理的原液经高压原液入口进入反渗透系统，并由低压供液泵进行一次加压，一次加压后的原液分为两路：一路进入第一腔体；另一路进入主罐体；进入主罐体的一次加压原液，在第一加热器加热内部气体膨胀使其二次加压后进入反渗透膜组，经反渗透膜过滤后排出低压纯净液和高压浓缩液；步骤2，上一循环结束时，第一腔体与第二腔体中充满低压高温气体；第一排液阀、第一进液阀、第二排液阀、第二进液阀和球阀均处于关闭状态；步骤3，开启第二进液阀和球阀，未透过反渗透膜的高压浓缩液经第二进液阀进入第一腔体中，与此同时，通过第二冷却器和第三冷却器使第一腔体(体积为V2)和第二腔体(体积为V1)中的低压高温气体冷却收缩变为低压低温气体，使两腔气体总体积由V1+V2冷却收缩为V1，伴随第一腔体和第二腔体中气体的冷却收缩过程，高压浓缩液充满第一腔体，并对第一腔体中的低压低温气体做功，使其增压后经球阀进入第二腔体，关闭第二进液阀和球阀，此时第一腔体中充满浓缩液，第二腔体中充满高压低温气体；步骤4，开启第二排液阀，当将做完功的浓缩液经浓缩液排放口排出后，关闭第二排液阀；然后开启第一进液阀，使第一腔体中充满低压原液后，关闭第一进液阀；此时，第一腔体中充满原液，第二腔体中充满高压低温气体；步骤5，开启第一排液阀和球阀，此时，通过第二加热器和第三加热器使第一腔体(体积为V2)和第二腔体(体积为V1)中的高压低温气体受热膨胀变为高压高温气体，使两腔气体总体积由V1加热膨胀为V1+V2；伴随第一腔体和第二腔体中气体的加热膨胀过程，高压高温气体对第一腔体中的原液做功，使其增压后经第二单向阀注入主罐体，当第一腔体中的原液完全排出后，关闭第一排液阀和球阀；此时，第一腔体与第二腔体中充满低压高温气体；步骤6，此后进入下一循环，循环进行上述步骤，当多个能量回收单元交错进行工作时，便可达到连续压力能量回收再利用的目的。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：1、采用气体热胀冷缩原理进行能量转化和增压，各部件产品价格比较低廉，降低了系统的投资成本。2、采用气体热胀冷缩原理实现压力能的回收，且经过压力交换后的高压原液压力大于高压浓缩液压力，不需要增压泵再次增压，能量转换效率高，降低了系统的能耗，提高了系统的效率。3、省去了故障率较高、寿命较短的增压泵，采用的加热器和冷却器故障率低，使用寿命也比较长；并且，主罐体中充有一定压力的惰性气体，可实现蓄能器功能，可降低压力交换时由于高低压转换而造成的压力波动，从而保护反渗透膜组，提高了系统的平稳性和可靠性。附图说明图1是本专利技术的结构示意图。图2是本专利技术的工作原理图。附图标号：1-高压原液出口；2-压力表；3-第一单向阀；4-主罐体；5-第一加热器；6-第一冷却器；7-第二单向阀；8-能量回收单元；9-低压原液进口；10-第三单向阀；11-浓缩液排放口；12-高压浓缩液进口；13-第一排液阀；14-第一腔体；15-第一进液阀；16-第二排液阀；17-第二进液阀；18-第二加热器；19-第二冷却器；20-球阀；21-第二腔体；22-第三加热器；23-第三冷却器。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步说明：如图1所示，本专利技术主要包本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热涨冷缩式反渗透系统压力能量回收装置，主要包括高压原液出口、第一单向阀、主罐体、第一加热器、第一冷却器、第二单向阀、能量回收单元、低压原液进口、第三单向阀、浓缩液排放口和高压浓缩液进口，其特征在于：高压原液出口与第一单向阀的出液口相连，第一单向阀的进液口与主罐体的下端口相连，主罐体的侧端口与第二单向阀的出液口相连，第二单向阀的进液口与能量回收单元的排液端相连；主罐体的上端口与第三单向阀的出液口相连，第三单向阀的进液口与低压原液进口相连，低压原液进口的另一端与能量回收单元的进液端相连；浓缩液排放口与能量回收单元的另一排液端相连，高压浓缩液进口与能量回收单元的另一进液端相连。

【技术特征摘要】
1.一种热涨冷缩式反渗透系统压力能量回收装置，主要包括高压原液出口、第一单向阀、主罐体、第一加热器、第一冷却器、第二单向阀、能量回收单元、低压原液进口、第三单向阀、浓缩液排放口和高压浓缩液进口，其特征在于：高压原液出口与第一单向阀的出液口相连，第一单向阀的进液口与主罐体的下端口相连，主罐体的侧端口与第二单向阀的出液口相连，第二单向阀的进液口与能量回收单元的排液端相连；主罐体的上端口与第三单向阀的出液口相连，第三单向阀的进液口与低压原液进口相连，低压原液进口的另一端与能量回收单元的进液端相连；浓缩液排放口与能量回收单元的另一排液端相连，高压浓缩液进口与能量回收单元的另一进液端相连。2.根据权利要求1所述的一种热涨冷缩式反渗透系统压力能量回收装置，其特征在于：所述能量回收单元包括第一排液阀、第一腔体、第一进液阀、第二排液阀、第二进液阀、第二加热器、第二冷却器、球阀、第二腔体、第三加热器和第三冷却器；第二单向阀的进液口通过第一排液阀与第一腔体的下端口相连，浓缩液排放口通过第二排液阀与第一腔体的下端口相连，高压浓缩液进口通过第二进液阀与第一腔体的下端口相连；低压原液进口通过第一进液阀与第一腔体的侧端口相连；第一腔体的上端口通过球阀与第二腔体的上端口相连。3.根据权利要求1所述的一种热涨冷缩式反渗透系统压力能量回收装置，其特征在于：所述主罐体内部充有惰性气体，并在主罐体内部安装第一加热器和第一冷却器。4.根据权利要求1所述的一种热涨冷缩式反渗透系统压力能量回收装置，其特征在于：所述第一腔体内部充有惰性气体，并在第一腔体内部安装第二加热器和第二冷却器。5.根据权利要求1所述的一种热涨冷缩式反渗透系统压力能量回收装置，其特征在于：所述第二腔体内部充有惰性气体，并在第二腔体内部安装第三加热器和第三冷却器。6.根据权利要求1所述的一种热涨冷缩式反渗透系统压力能量回收装置，其特征在于：在所述高压原液出口安装有压力表。7.根据权利要求1所述的一种热涨冷缩式反渗透系统压力能量回收装置，其特征在于：所述的第一排液阀、第一进液阀、第二排液阀、第二进液阀和球阀均为采用电磁控制的开关阀。8....

【专利技术属性】
技术研发人员：姜万录，杨超，朱勇，雷亚飞，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北;13