一種多進多出式壓力交換器的製作方法

2024-02-06 08:44:15

本發明涉及一種多進多出式壓力交換器，其中轉子內的第一高壓流體與第二低壓流體液壓連通並在流體之間傳遞壓力而產生第二流體的高壓排放流。更具體地說，本發明涉及一種多進多出式壓力交換器，採用多進多出的方式提高了交換頻率和增加了單機容量，其中增設了套筒，合理設計了套筒進出通道布置和轉子內部通道結構。

背景技術：

反滲透膜法海水淡化已在世界各國普遍採用，我國近幾年己有很大發展，今後也將成為我國海水淡化工業的主流技術。

能量回收裝置是反滲透海水淡化系統的關鍵設備之一，對大幅降低系統運行能耗和造水成本至關重要。能量回收裝置按照工作原理可分為兩類：水力透平式和正位移式。前者以美國PEI公司的HTC(Hydraulic TurboCharger)為代表，通常需要經過「壓力能一軸功一壓力能」兩步轉化過程，能量回收效率只有50％一75％。後者則以美國ERI公司的PX(PressureExchanger)為代表，只需經過「壓力能一壓力能」一步轉化過程，能量回收效率高達90％-95％，成為國內外研究和推廣的重點。

在用於水脫鹽工業中、特別是用於海水反滲透脫鹽工業中的反滲透工藝中，使用壓力交換器是眾所周知的。例如，美國專利7,251,557中披露了一種旋轉式正位移壓力交換器。但是，本申請的申請人已經證實已有的旋轉式正位移壓力交換器價格昂貴，單機處理量小，加工難度高。

本發明的實施例尋求提供一種多進多出式壓力交換器，所述壓力交換器能夠克服或至少緩解先前提及的壓力交換器的一個或多個缺陷。

技術實現要素：

一種多進多出式壓力交換器，所述壓力交換器用於從高壓第一流體向低壓第二流體傳遞壓力能量以提供加壓的第二流體，所述壓力交換器其特徵在於包括：機體、設置在機體內的套筒和套筒內旋轉的轉子；所述轉子具有多個大體上沿軸向穿過所述轉子延伸的通道，所述通道在所述轉子一個末端處具有第一開口，在所述轉子另一個末端處具有第二開口，所述開口沿所述轉子的長度方向彼此隔開；所述機體具有四個或更多個入口通路和四個或更多排放通路，所述套筒具有四個或更多個內部歪曲的入口通路和四個或更多排放通路，所述機體通路與所述套筒通路一一對應布置，所述套筒通路布置成：所述轉子第一通道末端開口與一個所述套筒上的入口通路對準時，所述通道另一末端開口還與所述套筒上的排放通路對準，所述套筒的所述入口通路和每個所述排放通路在運行期間通過所述轉子的外側面與所述套筒的內側面處的密封區域彼此持續密封。

由此，在所述轉子迴轉期間，在所述轉子每轉一圈期間，所述通道開口至少兩次交替地與一個所述套筒上的入口通路和相對的所述套筒的排放通路部分或完全對準，並然後與所述套筒上的排放通路和相對的所述套筒上的入口通路部分或完全對準，從而給每個所述通道至少供應兩次所述高壓第一流體並至少排放兩次加壓的第二流體。

所述的壓力交換器，其特徵在於，所述轉子具有多個圍繞旋轉軸徑向均勻分布的通道，類似花瓣形分布。

所述的壓力交換器，其特徵在於，將所述轉子上每個通道內還有若干個小通道。

所述的壓力交換器，其特徵在於，所述入口通路和排放通路分別沿圓周均布，並且入口通路和排放通沿圓周間隔布置，使轉子徑向受力均勻。

所述的壓力交換器，其特徵在於，在所述轉子迴轉期間至少進行2次壓力交換，提高了交換頻率，從而增加了流體交換量。

所述的壓力交換器，其特徵在於，所述套筒入口通路內部彎曲，引導流體衝擊轉子，驅動轉子旋轉。

所述的壓力交換器，其特徵在於，所述轉子外圓面具有兩個間隔開的圓柱支承面，所述兩個圓柱支承面之間有周界溝槽，所述溝槽保持用於潤滑所述支承表面的流體的貯槽。

所述的壓力交換器，其特徵在於，所述套筒通路和所述機體通路之間用O型圈密封。

所述的壓力交換器，其特徵在於，所述機體有外殼、端蓋和管接口組成。

所述的壓力交換器，其特徵在於，所述轉子和套筒可以用純陶瓷類耐磨材料製作，也可以用金屬或者尼龍等材料通過在摩擦表面塗覆或者鑲套陶瓷類耐磨材料製得。

優選的，所述轉芯由驅動電機，也可以用機械或磁力驅動。

與現有技術相比，本發明的優點在於：1，通過合理設計套筒入口通道內部結構，調節衝擊角度，使轉子運轉速度可調，也降低了轉子設計加工難度。2，採用多進多出結構可以成倍提高交換頻率及增加單機容量，還可以平衡轉子徑向力，使轉子運作平穩。3，轉子通道內的小通道既可以強化轉子結構，還可以改善濃鹽水和海水之間的混合度。4，套筒與機體採用O型圈密封，方便套筒安裝固定和更換。

附圖說明

圖1是根據本發明的一個實施例的壓力交換器立體圖；

圖2是所述壓力交換器的爆炸視圖；

圖3是所述壓力交換器核心部件套筒的側視圖；

圖4是所述壓力交換器核心部件轉子的立體視圖；

圖5是所述壓力交換器在核心部件轉子內小通道示意圖；

圖6是所述壓力交換套筒入口通路處的剖視圖；

具體實施方式

圖1和圖2示出了用於將壓力從高壓流體傳遞至低壓流體的壓力交換器。所述壓力交換器包括機體100、設置在機體100內的套筒200和套筒200內旋轉的轉子300，所述機體100包含有2個濃鹽水進水管(121，122)和2個加壓海水出水管(111.112)，以及2個海水進水口(113.114)和2個濃鹽水出水口(123，124)，套筒200上的8個通路201分別與所述水管(121，122，111，112，113，114，123，124)對準，通過套筒200上的槽202用O型圈形成密封，當轉子300在套筒200內旋轉時，轉子300的通道開口302，303分別與套筒200上的8個通路200部分或全部對準，所述機體100還包含有2個端蓋(130，140)，通過螺絲孔150擰緊固定，使機體100形成一個密閉的腔體。使用所述壓力交換器，通過轉子300在所述套筒200內的旋轉，將壓力從高壓流體傳遞至低壓流體。

例如，在運作時，在例如約550psig的壓力下將來自反滲透運作的高壓鹽水供應到裝置的上端處的進口水管(121，122)，在約30psig的壓力下供應低壓海水，通過泵吸供應到裝置的下端處的進水管(113.114)，進口水管(121，122)進入的液體流可使外轉子迴轉，如本領域所眾所周知的那樣，大部分驅動力由高壓鹽水提供。高壓鹽水從進口水管(121，122)進入轉子300通道開口303，在轉子迴轉時進入轉子上的各通道320的上端，將高壓液體供應到與其連通的通道；這同時引起相同量的例如海水的液體在約為30psig的壓力下由海水進水口(113.114)進入轉子300通道開口302。此時受壓的第二液體(即海水)的排放流進入海水出水管(111.112)。同時完成壓力傳遞後的高壓鹽水(廢鹽水)的排放流進入濃鹽水出水口(123，124)。明顯看出，轉子300迴轉一圈可以完成2次壓力交換，並且如上所述的過程自動無限地重複。上述過程對於轉子300內的多數通道320而言是連續發生的。每個通道320內還有若干個小通道310，小通道結構可以是圓形也可以是蜂窩狀和菱形，並一切有利於減少濃鹽水和海水的混合，以及增加轉子300結構強度的結構形狀，也可以設有膜片或滑動密封件，以避免兩種流體之間的接觸。

本領域技術人員可以理解的是，對於所述機體100的部件相對於所述機體100的其他部件的固定和密封，可以採用各種方法，並且上述方法在本發明的保護範圍內。

參考圖4和圖5，所述轉子300內的多個相似通道320圍繞旋轉軸等半徑和等角度間隔地分布。

參考圖6示出套筒200入口通路203內部彎曲，所述彎曲可以是隨意角度，目的是引導流體衝擊轉子300，驅動轉子300旋轉。

所述轉子300的驅動力可以通過機械和/或電力手段補給或替代。

參考圖4示出轉子300外圓面有溝槽301，用於潤滑液體的貯存。

所述轉子300和套筒200可以用純陶瓷類耐磨材料製作，也可以用金屬或者尼龍等材料通過在摩擦表面塗覆或者鑲套陶瓷類耐磨材料製得。

進一步的，所述壓力交換器是多進多出式的，入口通路和排放通路分別沿圓周均布，並且入口通路和排放通沿圓周間隔布置，為優選實施方案中所描述的埠數量的整數倍數的埠在本發明的保護範圍內。