一种结合温度差驱动的能量回收装置及其复合系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种结合了温度差驱动的海水淡化能量回收装置及其复合系统，包括相变腔和海水腔，相变腔内设有浓盐水缸，位于浓盐水缸外周位置的相变腔内设有相变工质，相变工质中设有用于使相变工质发生相变的按逻辑程序控制的温度调节系统；经海水反渗透淡化系统淡化后的带有余压的浓盐水进入浓盐水缸中；把带有余压的浓盐水的能量通过能量传递把淡化前的海水原水初步加压，调整海水腔容积并保持初步加压的压力，再调节相变工质的温度，使相变工质发生相变并驱动的第二活塞运动，第二活塞驱动进入海水腔中的海水增压进入反渗透淡化系统。本发明专利技术所提供的能量回收装置利用温度差驱动和余压驱动相结合，其能量回收效率在理论上可以达到100％以上。

An energy recovery device driven by temperature difference and its composite system

The invention discloses a seawater desalination energy recovery device combined with a temperature difference drive and a composite system, including a phase change chamber and a seawater chamber. A concentrated brine tank is arranged in the phase change chamber, a phase change working fluid is arranged in the phase change chamber located at the peripheral position of the concentrated brine cylinder, and a phase change working fluid is arranged in the phase change working fluid according to the logic used to cause the phase change of the phase change working fluid. A programmed temperature regulating system; concentrated brine with residual pressure desalinated by seawater reverse osmosis desalination system enters a concentrated brine tank; the energy of concentrated brine with residual pressure is transferred to preliminarily pressurize the raw seawater before desalination, adjust the volume of seawater chamber and maintain the preliminary pressure, and then adjust the phase change working medium. The second piston drives the seawater into the seawater cavity to pressurize and enter the reverse osmosis desalination system. The energy recovery device provided by the invention utilizes the combination of temperature difference drive and residual pressure drive, and the energy recovery efficiency can reach more than 100% theoretically.

【技术实现步骤摘要】
一种结合温度差驱动的能量回收装置及其复合系统
本专利技术涉及海水淡化能量回收
，具体涉及一种结合温度差驱动的能量回收装置及其复合系统，用于海水反渗透淡化具有余压的高压浓盐水中能量的回收利用，达到高效能量回收的目的。
技术介绍
海水淡化技术发展的一个重要目标是降低运行成本，在运行成本的构成中能耗所占的比重最大，因此，降低能耗是降低海水淡化成本最有效的手段。其中反渗透海水淡化是目前海水淡化的主流技术之一，反渗透海水淡化过程需消耗大量电能提升进水压力以克服水的渗透压，反渗透膜排出的浓水余压高达5.5～6.5MPa，按照40％的回收率计算，排放的浓盐水中还蕴含约60％的进料水压力能量，将这一部分能量回收变成进水能量可大幅降低反渗透海水淡化的能耗，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。能量回收装置目前有水力透平式能量回收装置和功交换式能量回收装置两大类。最早的能量回收装置是水力透平式，瑞士Calder.AG公司的Pe1tonWhee1透平机和PumpGinard公司的Francis透平机，效率一般为50％～70％，其原理是利用浓盐水驱动涡轮转动，通过轴与泵和电机相连，将能量输送至进料原海水，过程需要经过“水压能——机械能——水压能”两步转换。在上面的基础上经过改进，出现了一些独特的设计，其中最具代表性的有丹麦Grundfos公司生产的BMET透平直驱泵和美国PEI公司生产的HydraulicTurbochargero两者均是透平与泵一体化设计，一根转轴连接两个叶轮，全部封装在一个壳体中，浓盐水流过叶轮时冲击叶片推动叶轮转动，从而驱动透平轴旋转。透平轴直接带动增压泵工作输出机械功，浓水能量转换成原海水的能量转换效率可提高至65％-80％。高压泵与透平增压泵两级串联完成原海水的压力提升，通过透平增压降低高压泵所需要的扬程，减少电机动力消耗。但是，由于水力透平式能量回收装置原理上都要经过“水压能一一机械能一一水压能”两步转换，增加了机械能损耗，因此效率较低。80年代，出现了一种新的能量回收技术，其工作原理是“功交换”通过界面或隔离物，直接把高压浓盐水的压力传递给进料海水，过程得到简化，只需要经过“水压能一一水压能”一步能量转换，能量回收效率可得到提高。目前反渗透海水淡化工程中应用的功交换式能量回收装置主要为转子式压力交换器和活塞式阀控压力交换器两类，效率可高达90-97％。转子式压力交换器以美国ERI公司的PX转子式压力交换能量回收装置为代表，原理是高压浓盐水推动圆周开有多个纵向沟槽(类似于多个微型液缸)的无轴陶瓷转子旋转。活塞式阀控压力交换器以瑞士Calder.AG公司的DWEER双功交换能量回收装置、德国KSB公司的SalTecDT压力交换器、德国SiemagTransplan公司的PES压力交换系统及Ionics公司的DYPREX动力压力交换器为代表，原理是采用两个大直径液缸，其中一个液缸中高压浓水推动活塞将能量传递给低压原海水向外排液，另一个液缸中供料泵压入低压原海水补液并排出低压浓水，两液缸在PLC和浓水换向阀的控制下交替排补海水，实现把浓水能量转换成原海水能量的回收过程。目前，这两种能量回收装置主要靠国外进口，造价比较高。另外，反渗透膜对进水水温的变化十分敏感，随着水温的增加水通量也线性的增加，进水水温每升高(或者降低)1℃，产水量就增加(减少)2.5％～3.0％；(以25℃为标准)。反渗透膜的进水温度底限为5℃～8℃,此时的渗滤速率很慢；当进水温度从11℃升至25℃时，产水量提高50％。但当进水温度高于30℃时,大多数膜变得不稳定，加速水解的速度。一般醋酸纤维膜运行与保管的最高温度为35℃，宜控制在25℃～35℃之间。因此，在排出的浓盐水中，不仅仅含有余压能量，还含有热能，比如活塞运动所产生的摩擦热能，现有的能量回收主要将能量回收的重点放到余压能量回收中，不能回收浓盐水中的热能。
技术实现思路
本专利技术针对当前能量回收装置中不能回收浓盐水中所含热能的技术问题，提供了一种结合温度差驱动的能量回收装置及其复合系统，解决了同时回收反渗透海水淡化余压能量和浓盐水中所含有热能的技术问题，达到高效能量回收的目的。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一方面，本专利技术提供了一种结合温度差驱动的海水淡化能量回收装置，其特征在于，所述装置包括相连通的相变腔和海水腔，所述相变腔中设有一浓盐水缸，位于所述浓盐水缸外周位置的所述相变腔内设有相变工质，所述相变工质中设有用于使所述相变工质发生相变的温度调节系统；所述浓盐水缸中设有第一活塞，所述海水腔中设有第二活塞，所述第一活塞与所述第二活塞通过活塞连杆固定连接；所述浓盐水缸上设有浓盐水进口和浓盐水出口，所述海水腔上设有海水进口和海水出口；经海水反渗透淡化系统淡化后的带有余压的浓盐水进入所述浓盐水缸中，并驱动所述第一活塞运动，通过所述第一活塞带动所述第二活塞运动，所述第二活塞把带有余压的浓盐水所具有的能量进行能量传递，把淡化前的海水原水初步加压，再通过所述温度调节系统调节所述相变工质的温度，使所述相变工质发生相变并驱动所述海水腔中的所述第二活塞运动，所述第二活塞驱动进入所述海水腔中的海水增压后由所述海水出口进入具有较高压力的海水反渗透淡化系统。所述温度调节系统包括加热系统和冷却系统，所述相变工质的液-气相变温度低于所述浓盐水缸中的浓盐水温度及所述加热系统的加热温度，所述相变工质的气-液相变温度高于所述冷却系统的冷却温度。浓盐水缸腔壁采用优质的导热材料制成，优选的，可以在浓盐水缸第一活塞的行程之外设热管，用于浓盐水与相变工质之间的快速热交换。所述海水腔上还设有与其连通的压力调整系统，所述第二活塞把带有余压的浓盐水所具有的能量进行能量传递，并对通过所述海水进口进入所述海水腔中的海水原水进行初步加压，通过所述压力调整系统调整容积并保持所述海水腔内的初步加压压力。所述压力调整系统包括与所述海水腔保持连通的压力腔，所述压力腔中设有第三活塞，所述压力腔的末端设有用于调整所述海水腔容积和压力的弹性势能调整机构，所述弹性势能调整机构与所述第三活塞形成联动。所述弹性势能调整机构可以是固定在所述压力腔末端的弹簧、或水柱、或满足具体工作要求的压缩气体。另一方面，本专利技术还提供了一种结合温度差驱动的海水淡化能量回收复合系统，所述复合系统包括控制装置及多个结合温度差驱动的海水淡化能量回收装置，各所述能量回收装置中的其一所述能量回收装置中的所述相变腔与另一所述能量回收装置中的所述海水腔通过连接管路连接。各所述浓盐水缸的高压端位置和/或各所述海水腔中的高压端位置分别设有用于检测所述第一活塞和第二活塞位置的位置传感器，所述控制装置与各所述位置传感器电性连接。通过逻辑控制，可以使所述能量回收装置系统中的其中一个的相变腔内的相变时间与另一个能量回收装置的利用余压驱动的时间相统筹使其作用时间紧密衔接，以此类推，从而使拥有多个单个能量回收装置的整体系统装置的运行更加快速有效。在不同的单个能量回收装置采用不同的合适的工质的情况下，被吸收热量后的浓盐水和/或被吸收过热量的热流体还可以用作冷却系统或对外供冷的冷能来源。本专利技术技术方案本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种结合温度差驱动的海水淡化能量回收装置，其特征在于，所述装置包括相连通的相变腔(1)和海水腔(2)，所述相变腔(1)中设有一浓盐水缸(3)，位于所述浓盐水缸(3)外周位置的所述相变腔(1)内设有相变工质(4)，所述相变工质(4)中设有用于使所述相变工质(4)发生相变的温度调节系统(5)；所述浓盐水缸(3)中设有第一活塞(6)，所述海水腔(2)中设有第二活塞(7)，所述第一活塞(6)与所述第二活塞(7)通过活塞连杆(8)固定连接；所述浓盐水缸(3)上设有浓盐水进口(31)和浓盐水出口(32)，所述海水腔(2)上设有海水进口(21)和海水出口(22)；经海水反渗透淡化系统淡化后的带有余压的浓盐水进入所述浓盐水缸中，并驱动所述第一活塞运动，通过所述第一活塞带动所述第二活塞运动，所述第二活塞把带有余压的浓盐水所具有的能量进行能量传递，把淡化前的海水原水初步加压，再通过所述温度调节系统调节所述相变工质的温度，使所述相变工质发生相变并驱动所述海水腔中的所述第二活塞运动，所述第二活塞驱动进入所述海水腔中的海水增压后由所述海水出口进入具有较高压力的海水反渗透淡化系统。

【技术特征摘要】
1.一种结合温度差驱动的海水淡化能量回收装置，其特征在于，所述装置包括相连通的相变腔(1)和海水腔(2)，所述相变腔(1)中设有一浓盐水缸(3)，位于所述浓盐水缸(3)外周位置的所述相变腔(1)内设有相变工质(4)，所述相变工质(4)中设有用于使所述相变工质(4)发生相变的温度调节系统(5)；所述浓盐水缸(3)中设有第一活塞(6)，所述海水腔(2)中设有第二活塞(7)，所述第一活塞(6)与所述第二活塞(7)通过活塞连杆(8)固定连接；所述浓盐水缸(3)上设有浓盐水进口(31)和浓盐水出口(32)，所述海水腔(2)上设有海水进口(21)和海水出口(22)；经海水反渗透淡化系统淡化后的带有余压的浓盐水进入所述浓盐水缸中，并驱动所述第一活塞运动，通过所述第一活塞带动所述第二活塞运动，所述第二活塞把带有余压的浓盐水所具有的能量进行能量传递，把淡化前的海水原水初步加压，再通过所述温度调节系统调节所述相变工质的温度，使所述相变工质发生相变并驱动所述海水腔中的所述第二活塞运动，所述第二活塞驱动进入所述海水腔中的海水增压后由所述海水出口进入具有较高压力的海水反渗透淡化系统。2.根据权利要求1所述的结合温度差驱动的海水淡化能量回收装置，其特征在于，所述温度调节系统(5)包括加热系统(51)和冷却系统(52)，所述相变工质(4)的液-气相变温度低于所述浓盐水缸(3)中的浓盐水温度及所述加热系统(51)的加热温度，所述相变工质(4)的气-液相变温度高于所述冷却系统(52)的冷却温度。3.根据权利要求2所述的结合温度差驱动的海水淡化能量回收装置，其特征在于，所述浓盐水缸(3)的腔壁由导热良好的材料制成，优选的，可以在浓盐水缸第一活塞的行程之外设热管，用于浓盐水与相变工质之间的快速热交换。4.根据权利要求1-3任一所述的结合温度差驱动的海水淡化能量回收装置，其特征在于，所述海水腔(2)上还设有与其连通的压力调整系统(9)，所述第二活塞把带有余压的浓盐水所具有的能量进行能量传递，并对通过所述海水进口进入所述海水腔中的海水原水进行初步加压，通过所述压力调整系统调整容积并保持所述海水腔内的初步加压压力。5.根据权利要求4所述的结合温度差驱动的海水淡化能量回收装置，其特征在于，所述压力调整系统(9)包括与所述海水腔(2)保持连通的压力...

【专利技术属性】
技术研发人员：范海燕，王娜，
申请(专利权)人：天津融渌众乐科技有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12