本发明涉及流体系统中的能量回收装置。

背景技术

国内外对于流体压力能综合利用技术及装备的 研究已经有了很大的发展，开 发研制了众多不同形式的装置。其中的一些装 置已经成为产业化商品， 应用到相 应的工业领域上， 并且取得了很好的经济效益， 这对于企业节约能源、 降低成本 有很大的帮助。

压力流体能量综合利用设备主要分为两大类：

一类是高低压流体借助叶轮和主轴来传递能量 ，即以机械能作为流体压力能 量传递的中间环节。典型的装置包括反转泵型 （ Francis Pump )、佩尔顿透平（ Pelton Wheel ) 和水力透平 （Turbo Charger )。 虽然此类能量回收装置技术比较成熟， 但由于原理上的不足， 即必须先将压力能转化为机械能后再转化为压 力能， 在转 化过程中不可避免地存在能量损失，因此在现 有基础上进一步提高效率的空间已 经非常有限， 其能量回收效率在 30~70%左右。

20世纪 90年代初， 另一类效率更高的流体压力能量回收技术—— 功能（压 力）交换器迅速发展起来， 功能（压力）交换器的结构非常简单， 高压流体通过 活塞（包括以高、 低压混合液柱为活塞） 的传递作用为低压流体加压， 若忽略活 塞的摩擦等因素， 理论上能量传递效率可达 100%; 而实际上功交换器的回收效 率可达 90%以上， 近年来在众多过程工业领域得以应用。 按照结构不同， 压力交 换器又可分为阀配流式功能（压力）交换器和 盘配流式功能（压力）交换器两种。 典型的阀配流式功能 （压力） 交换器代表产品有瑞士 Calder公司的等压活塞式 功能交换器 （Work Exchanger)； 典型的盘配流式功能 （压力） 交换器典型的代 表有美国 ERI公司的旋转压力交换器 （Pressure Exchanger) 。

常规海水淡化工艺， 经过预处理合格的海水分成二路， 一路由高压泵直接升 压到海水淡化额定操作压力 （如 5.5MPa) ； 另一路经能量回收装置 （等压交换） 通过压力交换获取浓水余压能后 （如 5.3MPa) ， 再经高压增压泵增压至海水淡 化额定操作压力 （约 5.5MPa) ， 与前一路高压海水汇合后进入反渗透膜组件。 而高压增压泵制造成本跟高压泵接近， 尤其是小流量高压增压泵价格十分昂贵。 发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于反 渗透系统的差压增压式能量 回收装置， 不需要高压增压泵， 能够利用回收的能量直接将低压原料水的压力 提 升到反渗透系统的进水压力，实现稳定的压力 能量交换并减少设备投资和设备选 型难度。 为此， 本发明采用以下技术方案：

它包括： 二位四通换向阀、 第一液压缸、 第二液压缸； 第一液压缸具有第一 液压缸的活塞和活塞杆，第二液压缸具有第二 液压缸的活塞和活塞杆； 所述差压 增压式能量回收装置还具有出口与第一液压缸 有杆腔相连且进口与低压原料口 进口相连的第一配流单向阀、出口与第二液压 缸有杆腔相连且进口与低压原料口 进口相连的第二配流单向阀、进口与第一液压 缸有杆腔相连且出口与高压原料水 排出口相连的第三配流单向阀、进口与第二液 压缸有杆腔相连且出口与高压原料 水排出口相连的的第四配流单向阀；二位四通 换向阀的第一端口与第一液压缸无 杆腔相通， 第二端口与第二液压缸无杆腔相通， 第三端口与高压浓水入口相通， 第四端口与低压浓水排放口相通，所述差压增 压式能量回收装置还具有设在高压 浓水管上的第一调节阀、 设在低压原料水管路上的第二调节阀；

进入能量回收装置高压浓水入口的高压浓水流 量大于从能量回收装置高压 原料水排出口排出的高压原料水流量，且进入 的高压浓水流量与排出的高压原料 水流量的比值等于第一液压缸有杆腔的有效截 面积与第一液压缸无杆腔的比值， 也等于第二液压缸有杆腔的有效截面积与第二 液压缸无杆腔的比值；

所述第一调节阀和第二调节阀用于调节流量使 二位四通换向阀按一定的时 间换向，该时间是第一液压缸无杆腔最大体积 除以进入能量回收装置的高压浓水 入口的流量值的商或第二液压缸无杆腔最大体 积除以进入能量回收装置的高压 浓水入口的流量值的商； 所述高压原料水排出口处的高压原料水压力达 到反渗透膜堆的进水压力。 由于采用本发明的技术方案， 本发明具体有的有益的效果是：

本发明比起反转泵型 （Francis Pump )、 佩尔顿透平 （Pelton Wheel ) 和水力 透平（Turbo Charger)之类需要中间转换成机械能的压力能量� ��用装置具有更高 的能量回收效率。

运用本发明的反渗透系统比起等压压力交换能 量回收器的反渗透系统，不需 要使用高压增压泵来为获得能量的高压原料水 进一步增压，利用回收的能量直接 将低压原料水的压力提升到反渗透系统的进水 压力，实现稳定的压力能量交换并 减少设备投资和设备选型难度。

而且，运用本发明的反渗透系统的产水率可通 过调节高压泵流量或能量回收 装置流量来改变，而以往应用类似差压式结构 能量回收装置的反渗透系统的产水 率是固定的， 运行过程中不可调节。 在本发明中， 第一调节阀为高压调节阀： 主 要用于控制浓水流量， 也就是调节系统回收率； 第二调节阀为低压调节阀： 主要 用于调节低压进水流量，使能量回收装置中低 压进水流量与高压原料水流量相适 应， 一般低压进水流量略大于高压原料水流量。

附图说明

图 1为本发明所提供的原理图， 显示了本发明的原理。

具体实施方式

参照附图。 本发明所提供的差压增压式能量回收装置 60包括： 二位四通换 向阀 3、 第一液压缸 1、 第二液压缸 2; 第一液压缸 1具有第一液压缸 1的活塞 和活塞杆 11， 第二液压缸 2具有第二液压缸 2的活塞和活塞杆 21 ; 所述差压增 压式能量回收装置还具有出口与第一液压缸 1有杆腔 A1相连且进口与低压原料 口进口 P1相连的第一配流单向阀 4、出口与第二液压缸 2有杆腔 B1相连且进口 与低压原料口进口 P1相连的第二配流单向阀 6、进口与第一液压缸 1有杆腔 A1 相连且出口与高压原料水排出口 P4相连的第三配流单向阀 5、 进口与第二液压 缸 2有杆腔 B1相连且出口与高压原料水排出口 P4相连的的第四配流单向阀 7; 二位四通换向阀 3的第一端口 33与第一液压缸 1无杆腔 A2相通， 第二端口 34 与第二液压缸 2无杆腔 B2相通， 第三端口 31与高压浓水入口 P3相通， 第四端 口 32与低压浓水排放口 P2相通，所述差压增压式能量回收装置还具有� ��在高压 浓水管上的第一调节阀 9、 设在低压原料水管路上的第二调节阀 8;

进入能量回收装置高压浓水入口 P3的高压浓水流量大于从能量回收装置高 压原料水排出口 P4排出的高压原料水流量， 且进入的高压浓水流量与排出的高 压原料水流量的比值等于第一液压缸 1有杆腔 A1的有效截面积与第一液压缸 1 无杆腔 A2的比值， 第二液压缸 2有杆腔 B1的有效截面积与第二液压缸 2无杆 腔 B2的比值等于第一液压缸 1有杆腔 A1的截面积与第一液压缸 1无杆腔 A2 的比值； 所述有杆腔有效截面积是指： 无杆腔截面积减去有杆腔中的活塞杆截面 积的面积。

所述第一调节阀 9和第二调节阀 8用于调节流量使二位四通换向阀 3按一定 的时间换向， 该时间是第一液压缸 1无杆腔 A2最大体积除以进入能量回收装置 的高压浓水入口 P3的流量值的商或第二液压缸 2无杆腔 B2最大体积除以进入 能量回收装置的高压浓水入口 P3的流量值的商；

所述高压原料水排出口 P4处的高压原料水压力达到反渗透膜堆 50的进水压 力。

通过二位四通换向阀 3按一定的时间换向， 能量回收装置 60工作有二种状 态， 一种状态是二位四通阀 3左位通时， 高压浓水被导入第一液压缸 1无杆腔 A2推动活塞和活塞杆 11将第一液压缸 1有杆腔 A1的原料水从第三配流单向阀 5以高压的状态通过高压原料水出口 P4排出进入反渗透膜堆 50， 同时低压原料 水从 P1 口通过第二配流单向阀 6进入第二液压缸 2有杆腔 B1推动活塞和活塞 杆 21将第二液压缸 2有杆腔 B1的反渗透浓水以低压的状态排出； 另一种状态 是二位四通阀 3换向为右位通时， 高压浓水被导入第二液压缸 2无杆腔 B2推动 活塞和活塞杆 21将第二液压缸 2有杆腔 B1的原料水从第四配流单向阀 7以高 压的状态通过高压原料水出口 P4排出进入反渗透膜堆 50， 同时低压原料水从 P1 口通过第一配流单向阀 4进入第一液压缸 1有杆腔 A1推动活塞和活塞杆 11 将第一液压缸 1有杆腔 A1的反渗透浓水以低压的状态排出。 如图 1所示，应用了本发明一种基于反渗透系统的� �压增压式能量回收装置 的海水反渗透淡化系统由原料槽 10、 低压泵 20、 滤器 30、 高压泵 40、 反渗透膜 膜堆 50和本发明的差压增压式能量回收装置 60及连接管道组成； 经滤器 30处 理后的低压原料水分为两路， 一路经高压泵升压至反渗透膜膜堆 50的额定操作 压力， 另一路连接第二调节阀 8， 经差压增压式能量回收装置 60升压至反渗透 膜膜堆 50的额定操作压力， 所述两路汇集后作为反渗透膜膜堆 50的进水。

其操作步骤如下： 首先启动低压泵 20， 其出力为 100m ³ /h X 0.2MPa， 原料水 海水增压经精度为 20um的滤器 30过滤后进入高压泵 40和差压增压式能量回收 装置 60，然后同时启动高压泵 40和差压增压式能量回收装置 60 (启动能量回收 装置 60即启动二位四通阀 3)， 高压泵出力为 48m ³ /h X 6. 0MPa， 差压增压式能 量回收装置 60接受反渗透膜膜堆 50排出的高压浓水 60 m ³ /h X 5. 8MPa, 接受低 压泵 20输送的低压原料水 52 m ³ /h X 0. 2MPa，输出高压原料水 52 m ³ /h X 6. OMPa, 输出低压浓水 60 m ³ /h X 0. 05MPa, 工程应用反渗透系统浓水的能量回收效率约 90%。

它的优点是： 比效率为 35-70%的水力涡轮式能量回收装置， 效率更高； 与 应用有等压压力交换式能量回收装置的系统需 要高压增压泵相比， 二者效率相 当，但应用本发明成果的反渗透系统集压力交 换和高压增压为一体， 无需高压增 压泵， 使用更加方便， 成本更低。