逆滲透系統(tǒng)和能量回收裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及根據(jù)獨立權利要求1的前序部分的具有能量回收裝置的逆滲透系統(tǒng)，以及涉及這種系統(tǒng)的使用。此外并且具體地，本發(fā)明涉及被用于這種逆滲透系統(tǒng)中的能量回收裝置。
【背景技術】
[0002]逆滲透系統(tǒng)例如被用于水處理，比如海水或半咸水的除鹽。在這種系統(tǒng)中，一種能透過水或溶劑但不透比如不溶固體、分子或離子之類的溶質(zhì)的半透膜被使用。對于逆滲透而言，該膜被提供加壓的供給流體，例如海水。只有溶劑，例如水，能穿過該膜，并將作為透過流體(比如新鮮水)離開該膜單元。不能穿過膜的供給流體的殘余部分作為濃縮流體，例如鹽水，從膜單元排出。供給流體必須在高壓下被提供給膜以克服滲透壓力。
[0003]因此，逆滲透典型地是一種需要加壓的供給流體的過程，并且離開膜單元的濃縮流體膜仍然具有相當高的剩余壓力，使得能將部分增壓能量回收為機械能。在海水除鹽中，例如，供給流體(海水)的所需壓力根據(jù)海水的鹽度和溫度等等，可從45巴到75巴。新鮮水(透過流體)中的壓力可以在0到3巴之間，鹽水(濃縮流體)中的壓力典型地在比供給壓力小2巴到5巴之間，即40-73巴。
[0004]為了在供給流體中提供所需要的高壓，需要至少一個高壓栗。為了從濃縮流體或鹽水中相應地回收機械能，已知的是設置獨立的能量回收裝置，所述獨立的能量回收裝置可以是壓力交換器，或渦輪與由該渦輪驅(qū)動的栗的組合，通常被稱為渦輪增壓器。
[0005]帶能量回收的逆滲透系統(tǒng)從例如US8691086中獲知。該系統(tǒng)包括所謂的液壓能管理集成系統(tǒng)(HEMI)，其具有渦輪部、栗部和由控制器控制的馬達。離開膜殼的鹽水(濃縮流體)被提供給HEMI的渦輪部以驅(qū)動渦輪部，渦輪部再驅(qū)動栗部。栗部的出口被連接到膜殼的入口。栗部的入口被連接到高壓栗的出口，從而給HEMI的栗部提供供給流體。在該系統(tǒng)的正常運行過程期間，在膜殼入口處的供給流體的所需壓力由高壓栗和HEMI的栗部的組合動作來產(chǎn)生。
[0006]基于現(xiàn)有技術，本發(fā)明的目標是提出一種不同的帶有能量回收裝置的逆滲透系統(tǒng)。該系統(tǒng)應當簡單，尤其是在構造方面，以及安全可靠。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]滿足該目標的本發(fā)明的主題通過獨立權利要求的特征來表征。
[0008]因此，根據(jù)本發(fā)明，提出了一種逆滲透系統(tǒng)，其包括用于逆滲透的膜單元以及包括能量回收裝置，膜單元具有膜、接收供給流體的入口、排出透過流體的透過物出口和排出濃縮流體的濃縮物出口，能量回收裝置具有渦輪部、栗部、馬達和用于控制馬達的馬達控制單元，渦輪部具有渦輪轉(zhuǎn)子、渦輪入口和渦輪出口，栗部具有栗轉(zhuǎn)子、栗入口和栗出口，馬達具有馬達轉(zhuǎn)子，其中渦輪轉(zhuǎn)子、栗轉(zhuǎn)子和馬達轉(zhuǎn)子通過抗轉(zhuǎn)矩連接被操作地聯(lián)接，還包括被連接到栗入口以給栗部提供處于低壓的供給流體的低壓入口管線，將栗出口與膜單元的入口連接以給膜單元提供處于高壓的供給流體的高壓入口管線，以及將濃縮物出口與渦輪入口連接以給渦輪部提供濃縮流體的濃縮物管線，其中栗部是用于將供給流體從低壓增壓到高壓的唯一的栗。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)以單獨設備的形式集成了能量回收功能和在供給流體內(nèi)產(chǎn)生高壓的栗送功能，即該系統(tǒng)沒有獨立的高壓栗或用于對供給流體增壓的任何其他壓力產(chǎn)生裝置，而僅使用能量回收裝置的栗部將供給流體從低壓增壓到逆滲透過程所需的高壓。相比已知的系統(tǒng)，這導致系統(tǒng)復雜性的明顯降低。例如，因為沒有獨立的高壓栗，所以連接的數(shù)量可以被減少到四個，即在栗部的入口和出口處有兩個，在渦輪部的入口和出口處有兩個。帶獨立高壓栗的常規(guī)系統(tǒng)需要至少兩個更多的連接，即用于高壓栗的入口和出口。
[0010]另外，總建造成本被明顯減低，這使得能夠?qū)崿F(xiàn)非常緊湊的實施例。除了沒有獨立的高壓栗之外，管網(wǎng)的努力和所需閥的數(shù)量也被減少。這些減少同樣降低了泄漏的風險并提高了系統(tǒng)的可靠性。系統(tǒng)的資本成本減少。同時，相比已知的系統(tǒng)，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)即便沒有提供更好的能量平衡或能量效率，至少也提供了等同的能量平衡或能量效率。
[0011]從實踐的觀點來看，栗部被設計為離心栗是優(yōu)選的。
[0012]優(yōu)選地，禍輪部被設計為軸向福流式禍輪(費朗西斯式禍輪(Francis turbine))或逆運轉(zhuǎn)離心栗。
[0013]當栗部被布置在馬達和渦輪部之間或者當渦輪部被布置在馬達和栗部之間時，這是有利的。將渦輪部和栗部布置成彼此相鄰且馬達在栗部和渦輪部的組合的一側上，導致可以將栗部和渦輪部設計為一結構單元，從而獲得非常緊湊的設計。
[0014]根據(jù)所述系統(tǒng)的優(yōu)選實施例，栗部被設計為每分鐘至少4000轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速。
[0015]根據(jù)不同應用所需的流量和壓力，有利的是栗部被設計為每分鐘至少20000轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速。
[0016]為了以非常緊湊的方式設計該系統(tǒng)，優(yōu)選的措施是渦輪部、栗部和馬達被設計為一結構單元。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，渦輪轉(zhuǎn)子、栗轉(zhuǎn)子和馬達轉(zhuǎn)子之間的抗轉(zhuǎn)矩連接通過下述特征來實現(xiàn)，即:將渦輪轉(zhuǎn)子和栗轉(zhuǎn)子布置在聯(lián)接到馬達轉(zhuǎn)子的共用軸上。最優(yōu)選地，該共用軸不包括在渦輪轉(zhuǎn)子和栗轉(zhuǎn)子之間的任何聯(lián)軸器、或任何齒輪、或任何離合器。共用軸與馬達轉(zhuǎn)子的聯(lián)接被設計為一種常規(guī)聯(lián)接，例如機械聯(lián)接。但是，還存在提供所述抗轉(zhuǎn)矩連接的其他可行方式，例如，通過磁聯(lián)接或通過磁性和機械聯(lián)接所述轉(zhuǎn)子的組合。作為一種替換，渦輪轉(zhuǎn)子、栗轉(zhuǎn)子和馬達轉(zhuǎn)子可以被布置在共用軸上。優(yōu)選地，該共用軸不包括任何聯(lián)軸器或離合器。
[0018]優(yōu)選的是，渦輪部和栗部被設計為具有共同殼體，其中渦輪轉(zhuǎn)子和栗轉(zhuǎn)子被布置為直接彼此相鄰。栗轉(zhuǎn)子和渦輪轉(zhuǎn)子被布置在共用軸上，非?？拷舜恕Ｓ绕涫?，共用軸不包含在渦輪轉(zhuǎn)子和栗轉(zhuǎn)子之間的任何聯(lián)軸器或任何離合器。這種布置使得能夠?qū)崿F(xiàn)非常緊湊且節(jié)省空間的設計。
[0019]為了控制透過流體的流量，優(yōu)選提供被布置和被設計為控制透過物出口下游的透過流體的流量的第一閥。
[0020]為了控制濃縮流體的流量，優(yōu)選提供被布置和被設計為控制渦輪出口下游的濃縮流體的流量的第二閥。
[0021]為了最小化逆滲透系統(tǒng)的構造成本，有利的是膜單元的濃縮物出口和渦輪入口之間的流動連接沒有控制閥。
[0022]在逆滲透系統(tǒng)的優(yōu)選實施例中，栗部和渦輪部被相對于彼此水平地布置。
[0023]作為替換且根據(jù)具體應用，可能有利的是，栗部和渦輪部被相對于彼此豎直地布置。
[0024]為了防止能量回收裝置和膜單元的劣化或受損，可能有利的是提供布置在栗入口的上游且與栗入口流動連通的、用于凈化供給流體的預處理單元。預處理單元可以包括用于從供給流體中去除沙子、砂礫、或其他固體物或材料的過濾器。
[0025]根據(jù)本發(fā)明逆滲透系統(tǒng)的一個優(yōu)選用途是水的除鹽，尤其是海水的除鹽。
[0026]另一個優(yōu)選用途是半咸水的處理。
[0027]再一個優(yōu)選用途是借助于逆滲透對任意流體的處理。
[0028]根據(jù)本發(fā)明，還提出了一種用于逆滲透系統(tǒng)的能量回收裝置，該逆滲透系統(tǒng)包括具有膜、接收供給流體的入口和排出濃縮流體的濃縮物出口的膜單元，所述能量回收裝置具有渦輪部、栗部、馬達以及用于控制馬達的馬達控制單元，渦輪部具有渦輪轉(zhuǎn)子、渦輪入口和渦輪出口，栗部具有栗轉(zhuǎn)子、栗入口和栗出口，馬達具有馬達轉(zhuǎn)子，其中渦輪轉(zhuǎn)子、栗轉(zhuǎn)子和馬達轉(zhuǎn)子通過抗轉(zhuǎn)矩連接被操作地連接，栗入口適合于接收來自低壓入口管線的處于低壓的供給流體，栗出口適合于將處于高壓的供給流體提供給膜單元，渦輪入口適合于接收來自膜單元的濃縮流體，其中栗部被設計用于將供給流體從低壓增壓到高壓。
[0029]因此，根據(jù)本發(fā)明的能量回收裝置被設計并調(diào)整，從而使得能量回收裝置的栗部作為用于將供給流體從低壓增壓到執(zhí)行逆滲透所需的高壓的唯一的栗被使用。不需要任何其他的高壓栗來輔助能量回收裝置的栗部動作以產(chǎn)生高壓。此外，不需要任何其他壓力產(chǎn)生裝置將供給流體從低壓增壓到高壓。
[0030]其優(yōu)點和優(yōu)選措施以及優(yōu)選實施例與已經(jīng)參照逆滲透系統(tǒng)所描述的相同。
[0031]尤其是，優(yōu)選的是栗部被設計為離心栗，且渦輪部被設計為軸向輻流式渦輪或逆運轉(zhuǎn)離心栗。
[0032]根據(jù)能量回收系統(tǒng)的優(yōu)選實施例，渦輪部和栗部被設計為具有共同殼體，其中渦輪轉(zhuǎn)子和栗轉(zhuǎn)子被布置在聯(lián)接到馬達轉(zhuǎn)子的共用軸上直接彼此相鄰。共用軸不包含在渦輪轉(zhuǎn)子和栗轉(zhuǎn)子之間的任何聯(lián)軸器或任何離合器或任何齒輪。這種布置使得能夠?qū)崿F(xiàn)非常緊湊且節(jié)省空間的設計。
[0033]本發(fā)明的其他有利措施和實施例將通過從屬權利要求變得明顯。
【附圖說明】
[0034]本發(fā)明下面將參考附圖被更加詳細地描述。在示意性圖示中示出了: