用于通过反渗透对水进行脱盐的系统和方法技术方案

公开了一种用于通过反渗透(RO)对水进行脱盐的波浪致动系统，该波浪致动系统具有波浪能转换器(WEC)子系统和RO脱盐子系统。WEC子系统具有浮子、反作用构件和液压缸，该液压缸连接在浮子与反作用构件之间并限定第一可变容积腔室和第二可变容积腔室。RO脱盐子系统具有包含RO膜的RO单元和流动平滑装置(FSD)。在WEC子系统的第一冲程期间：浮子在第一方向上移动；并且海水从第一可变容积腔室供应到RO单元和FSD。在WEC子系统的第二冲程期间：浮子在第二方向上移动；海水从海水进口供应到第一可变容积腔室；并且海水从FSD供应到RO单元。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于通过反渗透对水进行脱盐的系统和方法相关申请的交叉引用本申请要求于2016年6月10日提交的美国临时专利申请第62/348,431号的优先权，其全部内容通过引用合并入本文。
本技术涉及用于通过反渗透对水进行脱盐的系统和方法。更具体地，本技术提供了用于通过反渗透对水进行脱盐的使用从海浪转换的能量的系统和方法。
技术介绍
可以通过许多方法实现海水的脱盐。自20世纪70年代以来，反渗透(RO)越来越受欢迎，现在更为普遍。该处理通过在半渗透膜内在高压下泵送海水来起作用。当压力高于流体的渗透压时，产生脱盐水。图1示意性地示出了脱盐工业常用的RO系统10。可以看出，由低压泵12从海中泵送海水通过过滤器14。低压泵12由电动马达或引擎16提供动力。由高压泵18从过滤器14泵送过滤后的海水通过流动平滑装置和阀20的组件。高压泵18由电动马达或引擎22提供动力。然后，过滤后的海水从组件20流动通过RO膜24，RO膜24将输入的海水分成渗透物(脱盐水)和盐水(盐含量高于海水的浓缩物)。储存渗透物直至需要使用渗透物。盐水从RO膜24流动通过组件20，然后流动通过能量回收装置(ERD)26。ERD26使用来自盐水流的能量帮助运行高压泵18。盐水从ERD26返回到海。RO膜24内的流动应该足以防止导致低性能(低渗透物产量)的堵塞。渗透物流与进口海水的比例通常保持在20％与25％之间，以防止堵塞并使用较少的化学清洁。盐水流占进口海水流的75％至80％。因此，加压盐水中的能量损耗是重要的，因为该能量对应于盐水流量乘以压力。由于沿着膜存在低压降，因此来自加压盐水的能量损耗的浪费比使海水脱盐的能量更重要。加压盐水流的能量浪费产生被称为ERD例如上述ERD26的创新。这节省了整个脱盐处理的能量并降低了驱动RO泵例如上述泵12和泵18所需的能量成本。图1示出了：ERD26从RO膜24液压地连接至盐水排放部，以从盐水中恢复压力。ERD26通过例如传动轴机械地连接至高压泵18，以将动力传送至高压泵18。因此，与没有设置ERD26的情况相比，电动马达或引擎22必须向高压泵18传送更小的扭矩，因此使用更少的动力进行操作。RO脱盐系统中ERD的其他布置也是已知的。从图1中可以看出，除了必须被定位成离岸的海水入口和盐水排放部之外，所有上述部件均被设置在岸上。然而，这种岸上和离岸部件的布置增加了系统的复杂性成本。尽管在节约能量方面取得了重大进展，但是在RO系统中能量成本仍然通常占从海水产生渗透物的成本的一半以上。在为小型社区或度假村设计的小型RO系统中，这个数字甚至更糟，这些小型社区或度假村通常使用柴油发电机以更高的速率提供电力。对柴油的依赖是许多偏远社区的麻烦，因为他们依赖于外部供应并且无法控制柴油的价格波动。风能和太阳能也用于使海水脱盐。然而，这仅占总装机容量的小部分。与基于柴油的RO系统一样，风能和太阳能需要许多能量转换步骤。这些转换全部都增加了脱盐系统中的部件的数目，增加了所需的维护量，并增加了系统本身及其运行的初始价格。另一可再生能源是波浪能，其具有高能量密度。波浪能转换器(WEC)通常用于发电，但也用于对海水加压以用在RO脱盐系统中。波浪中的力较大，并且可以用相对小的装置直接泵送海水。以AtmoceanInc.的名义于2013年1月3日公布的国际专利公布第WO2013/003184A2和以SeahorseWaveEnergy-EnergiaDasOndasS/A的名义于2009年5月7日公布的国际专利公布第WO2009/055884A1中描述了对海水加压以在水脱盐系统中使用的波浪致动泵的示例。使用波浪能以将海水泵送通过RO膜的系统有时被称为反渗透波浪能转换器(ROWEC)。具有被设计成减少部件的数目的ROWEC将是有利的。一些具有直接集成在泵(或液压缸)中的ERD的ROWEC是已知的。例如，以ResoluteMarineEnergyInc.的名义于2014年6月26日公布的国际专利公布第WO2014/100674A1号公开了具有ERD的集成双向液压缸，其中液压缸将单向泵与ERD集成在一起。然而，波浪的周期性使波浪是间歇性的，并且这种间歇性不允许波浪能直接与RO膜一起使用。许多WEC以双向方式工作，使得动力或水的产生更加恒定。由于其他WEC是单向的，因此泵送阶段被限制为最多半个波浪周期。这导致间歇性泵送，其不适合商业RO系统的直接使用。为了保护RO膜免于堵塞并减少维护，期望在海水进入RO膜之前过滤海水。为了降低维护频率并增加设置在ROWEC中的过滤器的寿命，期望为过滤器提供自动反冲洗系统。然而，大多数现有系统需要必须为其提供动力的辅助泵。这增加了ROWEC的复杂性和成本，特别是因为在水环境中具有可靠的电子部件是挑战。自反应(self-reacting)WEC引起了很大的兴趣，因为它们不需要大型结构，如桩(pile)、大重力锚或海床中的重型钻机。他们只需要锚来使装置始终保持在相同的大致位置。此外，在自反应WEC内生成以产生有用功的力是显著的。WEC可以与波浪共振或不共振。为了使其共振，WEC通常需要大质量、大范围的运动或主动控制。然而，这三种解决方案显著增加了装置的成本、复杂性和/或质量。此外，WEC通常需要多年安装和维护大量设备。通常需要装备精良的船和绞机。这使得安装WEC的物流复杂且昂贵。因此，如果要在偏远区域中使用系统，则用户不太可能从使用ROWEC中受益。相对轻质的设备将使组装、安装和运输WEC更容易。WEC的锚有时是整个系统中最重的部分。由于自反应WEC较轻，因此它们不需要锚定系统来工作以产生能量或水(RO-WEC)。
技术实现思路
本技术的目的是改善现有技术中存在的至少一些不便之处。本技术包括反渗透子系统，其机械地连接至由海浪致动的能量转换器。在一些实施方式中，脱盐系统包括在负压力或正压力下工作的预过滤子系统，并且可以包括自反冲洗系统。本技术使用少量部件使RO膜内的压力和流量同时线性化。这使得能够将商业RO膜集成在系统内，使得保持结构完整性和性能。此外，由于海水进料流量通常保持恒定，因此对于给定的水生产能力需要较少数目的RO膜，因为压力线性化防止超过RO膜的流量限制。超过RO膜的流量限制可能导致RO膜的损坏，然后需要更换RO膜。这得到较低的渗透物生产成本。本技术提供了一种通过使用波浪能转换器来通过反渗透处理进行水脱盐的系统。波浪能被转换成机械能以使用液压缸泵送水。以间歇且循环的方式在包含RO膜的液压系统内泵送加压水。液压系统使间歇泵送的水的流量和压力变平，以将其传输到RO膜。这复制了标准脱盐厂内的商业RO膜的正常操作状况。本文呈现的ROWEC的一些实施方式是单向的，使得当波高上升时他们仅沿一个方向进行泵送。这比双向WEC更间歇，因为在半个波浪周期中在RO脱盐子系统内没有泵送。然而，使用单向WEC点吸收器有许多优点，因为机械耦接器只能在张力下工作，并且不需要大结构来保持压缩力，而只需要线或绳索。适合商业化的系统应该简单且易于操作。因此，与其他系统相比，本文呈现的系统的实施方式是非共振的并且具有小的体积和重量。本文呈现的单向ROWEC的实施方式通过具有少量部件而简单，通过具有张力结构和轻的反作用构件而重量轻，并且可以容易地从本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于通过反渗透(RO)对水进行脱盐的波浪致动系统，包括：波浪能转换器(WEC)子系统，其包括：浮子；反作用构件；以及液压缸，所述液压缸包括：缸体；以及可滑动地容纳在所述缸体中的活塞，所述缸体和所述活塞中的一者连接至所述浮子，所述缸体和所述活塞中的另一者连接至所述反作用构件，所述活塞和所述缸体在所述活塞的第一侧限定第一可变容积腔室并且在所述活塞的第二侧限定第二可变容积腔室，所述第二侧与所述第一侧相对，所述第一可变容积腔室选择性地液压地连接至海水进口；以及RO脱盐子系统，所述RO脱盐子系统包括：RO单元，其具有海水入口端口、盐水排出端口和渗透物排出端口，所述海水入口端口选择性地液压地连接至所述第一可变容积腔室，所述盐水排出端口液压地连接至盐水排放部，所述渗透物排出端口液压地连接至渗透物排放部；RO膜，其被布置在所述RO单元中；以及流动平滑装置(FSD)，其选择性地液压地连接至所述第一可变容积腔室并且液压地连接至所述海水入口端口；在所述WEC子系统的第一冲程期间：所述浮子在第一方向上移动；所述缸体和所述活塞中的连接至所述浮子的一者相对于所述缸体和所述活塞中的另一者在所述第一方向上移动；海水经由所述海水入口端口从所述第一可变容积腔室供应到所述RO单元；以及海水从所述第一可变容积腔室供应到所述FSD；在所述WEC子系统的第二冲程期间：所述浮子在与所述第一方向相反的第二方向上移动；所述缸体和所述活塞中的连接至所述浮子的一者相对于所述缸体和所述活塞中的另一者在所述第二方向上移动；海水从所述海水进口供应到所述第一可变容积腔室；以及海水经由所述海水入口端口从所述FSD供应到所述RO单元。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.10 US 62/348,4311.一种用于通过反渗透(RO)对水进行脱盐的波浪致动系统，包括：波浪能转换器(WEC)子系统，其包括：浮子；反作用构件；以及液压缸，所述液压缸包括：缸体；以及可滑动地容纳在所述缸体中的活塞，所述缸体和所述活塞中的一者连接至所述浮子，所述缸体和所述活塞中的另一者连接至所述反作用构件，所述活塞和所述缸体在所述活塞的第一侧限定第一可变容积腔室并且在所述活塞的第二侧限定第二可变容积腔室，所述第二侧与所述第一侧相对，所述第一可变容积腔室选择性地液压地连接至海水进口；以及RO脱盐子系统，所述RO脱盐子系统包括：RO单元，其具有海水入口端口、盐水排出端口和渗透物排出端口，所述海水入口端口选择性地液压地连接至所述第一可变容积腔室，所述盐水排出端口液压地连接至盐水排放部，所述渗透物排出端口液压地连接至渗透物排放部；RO膜，其被布置在所述RO单元中；以及流动平滑装置(FSD)，其选择性地液压地连接至所述第一可变容积腔室并且液压地连接至所述海水入口端口；在所述WEC子系统的第一冲程期间：所述浮子在第一方向上移动；所述缸体和所述活塞中的连接至所述浮子的一者相对于所述缸体和所述活塞中的另一者在所述第一方向上移动；海水经由所述海水入口端口从所述第一可变容积腔室供应到所述RO单元；以及海水从所述第一可变容积腔室供应到所述FSD；在所述WEC子系统的第二冲程期间：所述浮子在与所述第一方向相反的第二方向上移动；所述缸体和所述活塞中的连接至所述浮子的一者相对于所述缸体和所述活塞中的另一者在所述第二方向上移动；海水从所述海水进口供应到所述第一可变容积腔室；以及海水经由所述海水入口端口从所述FSD供应到所述RO单元。2.根据权利要求1所述的波浪致动系统，还包括至少一个阀，并且其中：所述至少一个阀选择性地将所述盐水排出端口与所述第二可变容积腔室液压地连接；所述至少一个阀选择性地将所述第二可变容积腔室与所述盐水排放部液压地连接；在所述第一冲程期间，所述至少一个阀将所述盐水排出端口与所述第二可变容积腔室液压地连接，以将盐水从所述盐水排出端口供应到所述第二可变容积腔室；以及在所述第二冲程期间，所述至少一个阀将所述第二可变容积腔室与所述盐水排放部液压地连接，以将盐水从所述第二可变容积腔室供应到所述盐水排放部。3.根据权利要求2所述的波浪致动系统，其中，所述至少一个阀是三通阀，所述三通阀具有：第一流动端口，其液压地连接至所述盐水排出端口；第二流动端口，其液压地连接至所述盐水排放部；以及第三流动端口，其液压地连接至所述第二可变容积腔室。4.根据权利要求2所述的波浪致动系统，其中，所述液压缸还包括：连接至所述活塞的第一杆，所述第一杆连接至所述浮子和所述反作用构件中的连接至所述活塞的一者，所述第一杆在所述第一可变容积腔室中延伸；以及第二杆，其连接至所述活塞并且在所述第二可变容积腔室中延伸，与所述第一杆相比，所述第二杆具有更大的直径。5.根据权利要求1所述的波浪致动系统，其中，所述液压缸还包括弹簧，所述弹簧被布置在所述第一可变容积腔室和所述第二可变容积腔室之一中。6.根据权利要求1所述的波浪致动系统，其中：所述浮子是第一浮子；并且所述WEC子系统还包括第二浮子，所述第二浮子连接至所述缸体和所述活塞中的连接至所述反作用构件的一者。7.根据权利要求1所述的波浪致动系统，其中，所述反作用构件是拖板。8.根据权利要求1所述的波浪致动系统，其中，所述反作用构件是自重组件。9.根据权利要求1所述的波浪致动系统，其中，所述RO脱盐子系统还包括：压力平滑装置(PSD)，其液压地连接在所述盐水排出端口与所述盐水排放部之间；并且其中，所述PSD在所述第一冲程期间蓄积盐水并且在所述第二冲程期间释放盐水。10.根据权利要求9所述的波浪致动系统，其中，所述PSD是蓄积器。11.根据权利要求1所述的波浪致动系统，其中：所述液压缸是第一液压缸；所述缸体是第一缸体；所述活塞是第一活塞；并且所述FSD包括：第二液压缸，其具有第二缸体和可滑动地容纳在所述第二缸体中的第二活塞，所述第二活塞和所述第二缸体在所述第二活塞的第一侧限定第三可变容积腔室并且在所述第二活塞的第二侧限定第四可...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷诺·拉福蒂纳，德拉甘·图蒂奇，
申请(专利权)人：欧奈卡技术公司，
类型：发明
国别省市：加拿大,CA