一種基於壓力延滯滲透及反滲透的雙行程海水淡化裝置的製作方法

2024-04-07 18:53:05

本發明屬於海水淡化機構相關技術領域，更具體地，涉及一種基於壓力延滯滲透及反滲透的雙行程海水淡化裝置。

背景技術：

大量的海上島嶼和巖礁淡水資源稀缺，迫切需要利用海水淡化技術製備淡水，傳統海水淡化的技術主要有：海水凍結法、電滲析法、蒸餾法、反滲透膜法。其中，蒸餾法和反滲透膜法是主要的淡化方法，兩者都依賴電能，傳統用於發電的煤石油天然氣資源面臨枯竭，並且電能無法傳送至偏遠島嶼，因此利用電能的海水淡化技術不能適應偏遠島嶼，利用電能的海水淡化技術中需要使用泵等動力輔助設備，致使其裝置的結構複雜，佔地面積大、維護與運行成本高。

目前，本領域相關技術人員已經做了一些研究，如申請號為201420366114.3的專利公開了一種基於壓力延滯滲透與反滲透的海水淡化裝置及其系統，所述海水淡化裝置利用鹽差能進行海水淡化。然而，所述海水淡化裝置在工作一次結束後，其傳動單元的活塞無法自行回復到初始位置再進行下一次工作，於是還需要消耗能量來使活塞回復至初始位置，使得成本較高；此外，活塞在回到初始位置的過程中，所述海水淡化裝置並不能產生淡水，產水效率較低。

技術實現要素：

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種基於壓力延滯滲透及反滲透的雙行程海水淡化裝置，其基於壓力滲透及反滲透的原理，針對海水淡化裝置的結構及部件之間的聯接關係進行了設計。所述雙行程海水淡化裝置將兩個腔體結構分別設置於液壓缸組相背的兩側，配合二位三通電磁閥來使兩個腔體結構交替進行海水淡化，解決了活塞無法自動回復到初始位置的問題，降低了成本，提高了海水淡化效率。此外，所述雙行程海水淡化裝置結構緊湊，可長期穩定的運行，最大限度的利用了鹽差能，綠色環保，經濟適用。

為實現上述目的，本發明提供了一種基於壓力延滯滲透及反滲透的雙行程海水淡化裝置，其包括兩個腔體結構、液壓缸組及兩個二位三通電磁閥，其特徵在於：

兩個所述腔體結構分別連接於所述液壓缸組相背的兩側，且兩者相對於所述液壓缸組對稱設置；所述腔體結構用於實現鹽差能滲透壓向靜壓力的轉化及海水的淡化，其包括濃海水腔及與所述濃海水腔間隔設置的普通海水腔；

所述液壓缸組包括第一液壓缸及與所述第一液壓缸共用一個推桿的第二液壓缸，兩個所述腔體結構中一個的濃海水腔及普通海水腔分別與第一液壓缸的無杆腔及第二液壓缸的無杆腔相連通，另一個所述腔體結構的濃海水腔及普通海水腔分別與所述第一液壓缸的有杆腔及所述第二液壓缸的有杆腔相連通；

兩個所述二位三通電磁中的一個連接於兩個所述腔體結構的濃海水的排水管路，另一個連接於普通海水的排水管路；兩個所述二位三通閥通過改變工位來使兩個腔體結構交替處於工作狀態或者換水狀態。

進一步的，所述第一液壓缸的缸徑大於所述第二液壓缸的缸徑，且所述第一液壓缸的行程小於所述第二液壓缸的行程。

進一步的，所述腔體結構包括左端蓋、中蓋及右端蓋，所述左端蓋、所述中蓋及所述右端蓋依次相連接。

進一步的，所述右端蓋的結構與所述左端蓋的結構相同。

進一步的，所述濃海水腔開設於所述左端蓋朝向所述中蓋的一側，所述左端蓋還形成有與所述濃海水腔相連通的濃海水進口及濃海水出口，所述濃海水進口處設置有單向閥；所述濃海水出口與所述第一液壓缸的無杆腔相連通。

進一步的，所述普通海水腔開設於所述右端蓋朝向所述中蓋的一側，所述右端蓋還開設有與所述普通海水腔相連通的普通海水進水口及連接口，所述普通海水進水口處設置有單向閥，所述連接口與所述第二液壓缸的無杆腔相連通。

進一步的，所述中蓋相背的兩側分別開設有間隔設置的流動普通海水腔及淡水腔，所述淡水腔與所述普通海水腔相對設置，所述中蓋還開設有與所述淡水腔相連通的進氣口及淡水出口，所述進氣口與所述淡水出口位於所述中蓋相背的兩端。

進一步的，所述雙行程海水淡化裝置還包括壓力延滯滲透膜、與所述壓力延滯滲透膜相連接的壓力延滯滲透膜支撐層、反滲透膜及連接於所述反滲透膜的反滲透膜支撐層，所述壓力延滯滲透膜及所述壓力延滯滲透膜支撐層位於所述左端蓋及所述中蓋之間，所述反滲透膜及所述反滲透膜支撐層位於所述中蓋及所述右端蓋之間。

進一步的，所述壓力延滯滲透膜支撐層及所述反滲透膜支撐層均為多孔抗變形固定板；所述濃海水腔的結構、所述流動普通海水腔的結構、所述淡水腔的結構及所述普通海水腔的結構相同，且上端腔壁與豎直平面的夾角均為15℃～30℃。

進一步的，所述雙行程海水淡化裝置還包括微處理器，所述微處理器用於控制所述二位三通電磁閥，進而實現兩個所述腔體結構交替進行海水淡化及換水。

總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，由本發明提供的基於壓力延滯滲透及反滲透的雙行程海水淡化裝置，其將兩個腔體結構分別設置於液壓缸組相背的兩側，配合二位三通電磁閥來使兩個腔體結構交替進行海水淡化，解決了活塞無法自動回復到初始位置的問題，降低了成本，提高了海水淡化效率。此外，所述雙行程海水淡化裝置結構緊湊，可長期穩定的運行，最大限度的利用了鹽差能，綠色環保，經濟適用。

附圖說明

圖1是本發明較佳實施方式提供的基於壓力延滯滲透及反滲透的雙行程海水淡化裝置的結構框圖。

圖2是圖1中的雙行程海水淡化裝置的腔體結構的剖視圖。

圖3是圖2中的腔體結構沿A-A方向的剖視圖。

在所有附圖中，相同的附圖標記用來表示相同的元件或結構，其中：1-濃海水進水口，2-壓力延滯滲透膜，3-第一普通海水進口，4-反滲透膜，5-第二普通海水進口，6-普通海水出口，7-淡水出水口，8-第一液壓缸，9-第二液壓缸，10-二位三通電磁閥，11-稀釋後濃海水排水管，12-濃縮後普通海水排水管，13-左端蓋，14-濃海水腔，15-壓力延滯滲透膜支撐層，16-流動普通海水腔，17-中蓋，18-右端蓋，19-普通海水腔，20-反滲透膜支撐層，21-淡水腔，22-密封圈，23-螺紋孔，24-貫穿孔，25-裝配孔。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特徵只要彼此之間未構成衝突就可以相互組合。

請參閱圖1至圖3，本發明較佳實施方式提供的基於壓力延滯滲透及反滲透的雙行程海水淡化裝置，所述雙行程海水淡化裝置採用雙行程設計，一個工作周期內有兩個行程，所述雙行程海水淡化裝置在兩個行程中均產淡水，實現了持續產水，同時解決了活塞無法自動回復至初始位置的問題。

所述雙行程海水淡化裝置包括兩個腔體結構、連接兩個所述腔體結構的液壓缸組、四個分別連接於兩個所述腔體結構的單向閥、兩個連接於所述液壓缸組的二位三通電磁閥10及微處理器。

兩個所述腔體結構交替產生淡水，即兩個所述腔體結構中的一個處於工作狀態時，另一個則處於換水狀態，無工作間歇。本實施方式中，兩個所述腔體結構的形狀及尺寸相同，兩者分別連接於所述液壓缸組的前後兩側，可以理解，在其他實施方式中，兩個所述腔體結構可以分別連接於所述液壓缸組的左右兩側或者上下兩側。

所述腔體結構包括濃度差動力單元及海水淡化單元，所述濃度差動力單元用於將鹽差能轉化為靜壓力；所述液壓缸組通過移動或者變形將所述靜壓力傳遞給所述海水淡化單元；所述海水淡化單元在所述靜壓力的作用下實現海水的淡化。

本實施方式中，所述腔體結構包括壓力延滯滲透膜2、反滲透膜4、左端蓋13、壓力延滯滲透膜支撐層15、反滲透膜支撐層16、中蓋17、四個密封圈22及右端蓋18，所述左端蓋13、所述中蓋17及所述右端蓋18依次相連接。所述壓力延滯滲透膜2連接於所述壓力延滯滲透膜支撐層15，所述壓力延滯滲透膜支撐層15及所述壓力延滯滲透膜2的兩端分別設置有密封圈22，且所述壓力延滯滲透膜支撐層15、所述壓力延滯滲透膜2及對應的兩個所述密封圈22均位於所述左端蓋13及所述中蓋17之間。本實施方式中，所述密封圈22是O型圈。

所述左端蓋13開設有濃海水腔14，所述濃海水腔14貫穿所述左端蓋13朝向所述中蓋17的一側。所述左端蓋13還開設有與所述濃海水腔14相連通的螺紋孔23，所述螺紋孔23貫穿所述左端蓋13相背的兩端以分別形成濃海水進口1及濃海水出口。所述螺紋孔23用於連接於高壓管道，以使濃海水進入所述濃海水腔14或者自所述濃海水腔14流出。

所述中蓋17相背的兩側分別開設有間隔設置的流動普通海水腔16及淡水腔21，所述流動普通海水腔16與所述濃海水腔14相對，且所述流動普通海水腔16與所述濃海水腔14之間設置有所述壓力延滯滲透膜2及所述壓力延滯滲透膜支撐層15，所述壓力延滯滲透膜2用於使鹽度較小的所述流動普通海水腔16內的海水中的水分子在鹽差能作用下滲透到鹽度較大的所述濃海水腔14內，且由於液體的可壓縮性較差，使得所述濃海水腔14的壓力增大，實現將鹽差能滲透壓轉化為靜壓力。本實施方式中，所述壓力延滯滲透膜支撐層15用於固定及支撐所述壓力延滯滲透膜2，以防止所述壓力延滯滲透膜2在不同濃度海水的鹽差能作用下移動或者破裂。所述壓力延滯滲透膜支撐層15固定在所述左端蓋13及所述中蓋17之間，以防止其在所述濃海水腔14內的海水作用下移動而消耗靜壓力。

所述中蓋17還開設有兩個分別與所述流動普通海水腔16及所述淡水腔21相連通的貫穿孔24，兩個所述貫穿孔24中的一個貫穿所述中蓋17相背的兩端以形成第一普通海水入口3及普通海水出口6；另一個所述貫穿孔24貫穿所述中蓋17相背的兩端以分別形成淡水出口7及進氣口，所述進氣口用於平衡所述淡水腔21內的壓力，以使所述淡水腔21內的壓力等於大氣壓。

所述右端蓋18朝向所述中蓋17的一側開設有普通海水腔19，所述普通海水腔19與所述淡水腔21相對，且兩者之間設置有反滲透膜4及反滲透膜支撐層20。所述反滲透膜4連接於所述反滲透膜支撐層20，且兩者的兩端分別設置有密封圈22。所述反滲透膜4隻允許所述普通海水腔19內的海水的水分子滲透到所述淡水腔21，所述普通海水腔19受來自所述液壓缸組的傳遞的靜壓力作用從而使所述普通海水腔19內的海水中的水分子通過所述反滲透膜4進入所述淡水腔21，實現海水淡化。所述反滲透膜支撐層20用於固定及支撐所述反滲透膜4，以防止所述反滲透膜4在所述普通海水腔19內的壓力作用下移動或者破裂。所述反滲透膜支撐層20固定在所述中蓋17及所述右端蓋18之間，以防止其在所述普通海水腔19內的海水作用下移動而消耗靜壓力，從而保證由所述濃度差動力單元提供的靜壓力幾乎都作用於海水淡化。

本實施方式中，所述壓力延滯滲透膜支撐層15及所述反滲透膜支撐層20均是多孔抗變形固定板。所述右端蓋18還開設有與所述普通海水腔19相連通的所述螺紋孔23，所述螺紋孔23貫穿所述右端蓋18相背的兩端以分別形成第二普通海水進口5及連接口，所述連接口與所述液壓缸組相連通。本實施方式中，所述濃海水進口1及所述第二普通海水進口5處分別連接有所述單向閥。

本實施方式中，所述濃海水腔14、所述壓力延滯滲透膜2、所述壓力延滯滲透膜支撐層15及所述流動普通海水腔16包含於所述濃度差動力單元；所述普通海水腔19、所述反滲透膜4、所述反滲透膜支撐層20及所述淡水腔21包含於所述海水淡化單元；所述濃海水腔14的形狀、所述流動普通海水腔16的形狀、所述普通海水腔19的形狀及所述淡水腔21的形狀相同，兩端基本呈錐形，中間段呈圓柱形，且上端腔壁與豎直平面的夾角均為15℃～30℃。

所述腔體結構還開設有四個裝配孔25，四個所述裝配孔25貫穿所述腔體結構。四個所述裝配孔25分別與四個螺栓配合以使所述左端蓋13、所述中蓋17及所述右端蓋18連接在一起。本實施方式中，兩個所述腔體結構相對於所述液壓缸組對稱設置；所述左端蓋13的結構與所述右端蓋18的結構相同。

所述液壓缸組包括第一液壓缸8及第二液壓缸9，所述第一液壓缸8及所述第二液壓缸9共用一個推桿，即所述第一液壓缸8通過所述推桿連接於所述第二液壓缸9，所述第一液壓缸8的有杆腔與所述第二液壓缸9的有杆腔相對設置。本實施方式中，所述第一液壓缸8的缸徑大於所述第二液壓缸9的缸徑；所述第一液壓缸8的行程小於所述第二液壓缸9的行程；兩個所述腔體結構中一個的濃海水出口及所述普通海水腔19的連接口分別與所述第一液壓缸8的無杆腔及所述第二液壓缸9的無杆腔相連通，另一個的濃海水出口及所述普通海水腔19的連接口分別與所述第一液壓缸8的有杆腔及所述第二液壓缸9的有杆腔相連通。

兩個所述二位三通電磁閥10分別連接於兩個所述腔體結構的排水管路。兩個所述二位三通電磁閥10的一側分別與所述第一液壓缸8的無杆腔及所述第一液壓缸8的有杆腔連接於所述腔體結構的管路相連通，另一側與稀釋後濃海水排水管路11相連通；另一個所述二位三通電磁閥10的一側分別與所述第二液壓缸9的無杆腔及所述第二液壓缸9的有杆腔連接對應的所述腔體結構的管路相連通，另一側與濃縮後普通海水排水管相連通。本實施方式中，所述微處理器通過控制所述二位三通電磁閥10來控制所述液壓缸組，進而實現兩個所述腔體結構的工作狀態與換水狀態的自動切換。

所述雙行程海水淡化裝置的一個工作周期由活塞右行程及活塞左行程兩個行程構成。本實施方式中，為了方便說明，將連接於所述第一液壓缸8的無杆腔的腔體結構稱為腔體結構A，連接於所述第一液壓缸8的有杆腔腔體結構稱為腔體結構B。

活塞右行程：所述第一液壓缸8的活塞及所述第二液壓缸9的活塞均處於左端，所述微處理器控制兩個所述二位三通電磁閥10，使得所述腔體結構B的排水管路導通，所述腔體結構A的排水管路被關斷；所述腔體結構A的流動普通海水腔16內的水分子在所述壓力延滯滲透膜2的作用下持續流入所述濃海水腔14，所述濃海水腔14積蓄高壓，通過所述第一液壓缸8將兩個所述活塞向右推動；壓力通過所述推桿傳遞到所述第二液壓缸9，並最終專遞到所述普通海水腔19，所述普通海水腔19內的水分子在壓力作用下透過所述反滲透膜4進入到所述淡水腔21，從而製得淡水，所述腔體結構A處於工作狀態。

與此同時，所述腔體結構B的濃海水腔14及所述普通海水腔19在所述活塞及重力的共同作用下進行換水，並將所述雙行程海水淡化裝置中已經用過的工作液替換掉，為活塞的左行程做準備，所述腔體結構B處於換水狀態。

活塞左行程：所述第一液壓缸8的活塞及所述第二液壓缸9的活塞均處於右端，所述微處理器控制兩個所述二位三通電磁閥10，使得所述腔體結構A的排水管路導通，所述腔體結構B的排水管路被關斷；所述腔體結構B的流動普通海水腔16內的水分子在所述壓力延滯滲透膜2的作用下持續流入所述濃海水腔14，所述濃海水腔14積蓄高壓，通過所述第一液壓缸8將兩個所述活塞向左推動；壓力通過所述推桿傳遞到所述第二液壓缸9，並最終專遞到所述普通海水腔19，所述普通海水腔19內的水分子在壓力作用下透過所述反滲透膜4進入到所述淡水腔21，從而製得淡水，所述腔體結構B處於工作狀態。

與此同時，所述腔體結構A的濃海水腔14及所述普通海水腔19在所述活塞及重力的共同作用下進行換水，並將所述雙行程海水淡化裝置中已經用過的工作液替換掉，為活塞的右行程做準備，所述腔體結構A處於換水狀態，至此，兩個行程結束，所述雙行程海水淡化裝置完成一個工作周期。

本發明提供的基於壓力延滯滲透及反滲透的雙行程海水淡化裝置，其將兩個腔體結構分別設置於液壓缸組相背的兩側，配合二位三通電磁閥來使兩個腔體結構交替進行海水淡化，解決了活塞無法自動回復到初始位置的問題，降低了成本，提高了海水淡化效率。此外，所述雙行程海水淡化裝置結構緊湊，可長期穩定的運行，最大限度的利用了鹽差能，綠色環保，經濟適用。

本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。