[發明專利]一種用于反滲透水處理系統的能量回收泵

在審

• 申請號: 202011574702.2
• 申請日: 2020-12-28
• 公開（公告）號: CN112403269A
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 侯輝;劉恒娟
• 申請（專利權）人: 上海坤釋流體科技有限公司
• 主分類號: B01D61/06
• 分類號: B01D61/06;C02F1/44
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種用于反滲透水處理系統的能量回收泵，其采用類似于活塞泵結構形式，通過在進水腔（11）與排水腔（12）、增壓腔（13）與回收腔（14）、上作用腔（21）與下作用腔（31）間創新性地取消密封件的手段，達到了在保證泵性能的前提下結構更加簡單可靠的目的。與能量回收效率相似的能量回收泵相比，本發明結構最為簡單，且有著與傳統柱塞泵相當的可靠性與成本，能夠廣泛地應用于如海水淡化系統、苦咸水處理系統等高壓反滲透水處理系統中。

技術領域

本發明涉及一種用于反滲透水處理系統的能量回收泵，尤其是海水淡化系統、苦咸水處理系統等高壓反滲透水處理系統中。

背景技術

我國已經處于嚴重的水資源缺乏，而且缺水的情況還在日益惡化中，針對這一狀況我國也出臺了“最嚴格水資源管理制度”。海水淡化技術作為緩解水資源缺乏的重要手段，受到了越來越多的重視。在眾多的海水淡化技術中，反滲透法由于成本更低，已經逐步成為市場主流技術手段。

反滲透海水淡化技術是利用高壓泵將原料海水加壓，使其壓力達到反滲透操作壓力5.0~7.0MPa（視海水鹽度不同而定），然后使加壓后的海水流向反滲透膜器中的反滲透膜，其一部分通過反滲透膜成為淡水，另一部分變成濃水排出。由于濃水中壓力仍很高，如不加以利用，則每產一噸淡水所需要的耗電量在10KW.h以上。

早期采用反滲透法的海水淡化系統為降低每噸產水耗電量，多采用了提高反滲透膜前壓力的方法。但這一方法受到反滲透膜最高承受壓力、存難溶鹽極限回收率、濃差極化極限回收率以及高壓泵揚程的制約，耗電量仍在8KW.h以上。在20世紀80年代能量回收技術被大量采用，其采用的是逆轉泵和佩爾頓葉輪型能量回收裝置，其能夠有效的回收廢棄高壓海水中的能量，從而使耗電量大大降低；后期又研制出水力透平型能量回收裝置，使噸水功耗進一步降低；近年來隨著流體直接接觸正位移技術的發展，以活塞功交換器與旋轉式壓力交換器為代表的新一代能量回收裝置能量回收效率已達到90%以上，從而使每產一噸淡水的耗電量降低至4KW.h以下。

目前常見采用的活塞功交換器技術類型有四種。第一種是等壓交換式，如阿科凌公司的DWEER型活塞式功交換器為等面積活塞，使交換器內高壓濃水壓力與進入腔內的原水壓力壓力相等，從而實現壓力能回收的目的；第二種是升壓交換式，如天津海水淡化與綜合利用研究所研制的升壓式能量回收裝置為單活塞桿活塞，高壓濃水作用于無活塞桿一面而原水作用于有活塞桿一面，從而使原水增壓后的壓力比高壓濃水壓力更高，實現了能量回收與升壓作用；第三種是差壓交換式，如美國Spectra公司的Clark泵，其類似于兩只活塞桿活塞缸相連，通過利用高壓部分活塞面積差和低壓部分壓力差達到能量回收與增壓的目的。以上技術中，前兩種需要使用高壓泵，不具有增壓功能；第三種雖然不需要高壓泵，但仍需要一個較高壓力的原水泵。受限于活塞運動速度（太快易磨損），三種技術均有一個共同的缺點，即活塞缸體積龐大：除Clark泵外，其它均應用于大中型海水海水淡化工程中；Clark泵較其它小型海水淡化泵體積也要更大一些。

第四種是一種類似于活塞泵結構形式的能量回收泵，在增壓時將濃鹽水回收至活塞有連桿的一側腔，即下作用腔，從而達到能量回收的目的。其在此基礎上，美國專利US8021128B2中提出了一種采用新穎閥門與活塞的能量回收泵，并由美國Spectra公司形成Pearson泵產品。但該泵存在以下問題：

1.其進水與上作用腔、上作用腔與增壓腔、上作用腔與回收腔、回收腔與下作用腔、下作用腔與排水腔之間均需要有連通及密封的功能要求；因此在其實際產品中為此設置了五層板用于實現所述功能，使得其結構及流路均較為復雜。

2.在專利文本描述及圖樣說明中，為了實現進水腔與排水腔、增壓腔與回收腔之間的密封，進水排水閥以及增壓回收閥連桿處均設置有密封件；由于進水排水閥與增壓回收閥均屬于單向閥類型的閥門，其對摩擦阻尼較為敏感，因此只能通過增大閥門受力面積、減少連桿及密封件尺寸、降低泵轉速等方式來避免此問題，但又帶來了結構尺寸增大、閥門受力情況惡劣、響應變差的問題。