[发明专利]一种压力交换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种流体系统中的2种不同压力的流体之间的压力交换装置，其能进行高、低压流体之间的压力交换，从而达到减少能源消耗的目的。 

背景技术

目前国内外对于流体压力能的综合技术及装备的研究已经进行了很多年了，也相继开发研制了众多不同形式的装置。 

目前压力流体能量综合利用设备基本情况如下： 

目前的压力流体能量综合利用设备(压力交换装置或能量回收装置)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Pe1ton Whee 1透平机和Pump Ginard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Hydraulic Turbochargero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——机械能——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——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SalTec DT压力交换器、德国Siemag Transplan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。 

目前市场上流行的美国PX压力交换器的主要部件示意图如图6所示，其是一个具有多个轴向通孔的陶瓷转子，转子装在一个间隙尺寸精确的陶瓷套中旋转，在转子的轴向通孔内高压浓盐水水流将压力传递给低压新鲜海水水流，这两股水流在转子的内通道中直接接触，从而完成压力交换。在任意时刻，转子内通道的一半处于高压水流中，而另一半则处于低压水流中。转子转动时通道会通过一个将高压和低压隔离的密封区。这些含有高压水的通道与相邻的含有低压水的通道被转子通道间的隔断和陶瓷端盖形成的密封区隔离。 

从图6我们还可以看到，由海水供水泵供应的海水流进低压区左侧的通道，该水流将浓盐水从通道的右侧排出。在转子转过密封区后，高压盐水从右侧流入通道，给海水增加压力，受压后的海水然后再流入循环泵。转子每旋转一圈，这个压力交换过程就在每个通道内重复，从而不断有水流注入和排出。 

上述压力交换器有些效率比较低(如水力透平式)、有些不能输出的流量具有较大的波动(如活塞式阀控压力交换器)、有些不能输出较大的流量(如PX转子式压力交换器)，这在实际的应用中都具有一定的局限性。 

发明内容