逆渗透系统和能量回收装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及根据独立权利要求1的前序部分的具有能量回收装置的逆渗透系统，以及涉及这种系统的使用。此外并且具体地，本发明涉及被用于这种逆渗透系统中的能量回收装置。
【背景技术】
[0002]逆渗透系统例如被用于水处理，比如海水或半咸水的除盐。在这种系统中，一种能透过水或溶剂但不透比如不溶固体、分子或离子之类的溶质的半透膜被使用。对于逆渗透而言，该膜被提供加压的供给流体，例如海水。只有溶剂，例如水，能穿过该膜，并将作为透过流体(比如新鲜水)离开该膜单元。不能穿过膜的供给流体的残余部分作为浓缩流体，例如盐水，从膜单元排出。供给流体必须在高压下被提供给膜以克服渗透压力。
[0003]因此，逆渗透典型地是一种需要加压的供给流体的过程，并且离开膜单元的浓缩流体膜仍然具有相当高的剩余压力，使得能将部分增压能量回收为机械能。在海水除盐中，例如，供给流体(海水)的所需压力根据海水的盐度和温度等等，可从45巴到75巴。新鲜水(透过流体)中的压力可以在0到3巴之间，盐水(浓缩流体)中的压力典型地在比供给压力小2巴到5巴之间，即40-73巴。
[0004]为了在供给流体中提供所需要的高压，需要至少一个高压栗。为了从浓缩流体或盐水中相应地回收机械能，已知的是设置独立的能量回收装置，所述独立的能量回收装置可以是压力交换器，或涡轮与由该涡轮驱动的栗的组合，通常被称为涡轮增压器。
[0005]带能量回收的逆渗透系统从例如US8691086中获知。该系统包括所谓的液压能管理集成系统(HEMI)，其具有涡轮部、栗部和由控制器控制的马达。离开膜壳的盐水(浓缩流体)被提供给HEMI的涡轮部以驱动涡轮部，涡轮部再驱动栗部。栗部的出口被连接到膜壳的入口。栗部的入口被连接到高压栗的出口，从而给HEMI的栗部提供供给流体。在该系统的正常运行过程期间，在膜壳入口处的供给流体的所需压力由高压栗和HEMI的栗部的组合动作来产生。
[0006]基于现有技术，本发明的目标是提出一种不同的带有能量回收装置的逆渗透系统。该系统应当简单，尤其是在构造方面，以及安全可靠。
【发明内容】
[0007]满足该目标的本发明的主题通过独立权利要求的特征来表征。
[0008]因此，根据本发明，提出了一种逆渗透系统，其包括用于逆渗透的膜单元以及包括能量回收装置，膜单元具有膜、接收供给流体的入口、排出透过流体的透过物出口和排出浓缩流体的浓缩物出口，能量回收装置具有涡轮部、栗部、马达和用于控制马达的马达控制单元，涡轮部具有涡轮转子、涡轮入口和涡轮出口，栗部具有栗转子、栗入口和栗出口，马达具有马达转子，其中涡轮转子、栗转子和马达转子通过抗转矩连接被操作地联接，还包括被连接到栗入口以给栗部提供处于低压的供给流体的低压入口管线，将栗出口与膜单元的入口连接以给膜单元提供处于高压的供给流体的高压入口管线，以及将浓缩物出口与涡轮入口连接以给涡轮部提供浓缩流体的浓缩物管线，其中栗部是用于将供给流体从低压增压到高压的唯一的栗。
[0009]根据本发明的系统以单独设备的形式集成了能量回收功能和在供给流体内产生高压的栗送功能，即该系统没有独立的高压栗或用于对供给流体增压的任何其他压力产生装置，而仅使用能量回收装置的栗部将供给流体从低压增压到逆渗透过程所需的高压。相比已知的系统，这导致系统复杂性的明显降低。例如，因为没有独立的高压栗，所以连接的数量可以被减少到四个，即在栗部的入口和出口处有两个，在涡轮部的入口和出口处有两个。带独立高压栗的常规系统需要至少两个更多的连接，即用于高压栗的入口和出口。
[0010]另外，总建造成本被明显减低，这使得能够实现非常紧凑的实施例。除了没有独立的高压栗之外，管网的努力和所需阀的数量也被减少。这些减少同样降低了泄漏的风险并提高了系统的可靠性。系统的资本成本减少。同时，相比已知的系统，根据本发明的系统即便没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]从实践的观点来看，栗部被设计为离心栗是优选的。
[0012]优选地，祸轮部被设计为轴向福流式祸轮(费朗西斯式祸轮(Francis turbine))或逆运转离心栗。
[0013]当栗部被布置在马达和涡轮部之间或者当涡轮部被布置在马达和栗部之间时，这是有利的。将涡轮部和栗部布置成彼此相邻且马达在栗部和涡轮部的组合的一侧上，导致可以将栗部和涡轮部设计为一结构单元，从而获得非常紧凑的设计。
[0014]根据所述系统的优选实施例，栗部被设计为每分钟至少4000转的转速。
[0015]根据不同应用所需的流量和压力，有利的是栗部被设计为每分钟至少20000转的转速。
[0016]为了以非常紧凑的方式设计该系统，优选的措施是涡轮部、栗部和马达被设计为一结构单元。
[0017]根据本发明的优选实施例，涡轮转子、栗转子和马达转子之间的抗转矩连接通过下述特征来实现，即:将涡轮转子和栗转子布置在联接到马达转子的共用轴上。最优选地，该共用轴不包括在涡轮转子和栗转子之间的任何联轴器、或任何齿轮、或任何离合器。共用轴与马达转子的联接被设计为一种常规联接，例如机械联接。但是，还存在提供所述抗转矩连接的其他可行方式，例如，通过磁联接或通过磁性和机械联接所述转子的组合。作为一种替换，涡轮转子、栗转子和马达转子可以被布置在共用轴上。优选地，该共用轴不包括任何联轴器或离合器。
[0018]优选的是，涡轮部和栗部被设计为具有共同壳体，其中涡轮转子和栗转子被布置为直接彼此相邻。栗转子和涡轮转子被布置在共用轴上，非常靠近彼此。尤其是，共用轴不包含在涡轮转子和栗转子之间的任何联轴器或任何离合器。这种布置使得能够实现非常紧凑且节省空间的设计。
[0019]为了控制透过流体的流量，优选提供被布置和被设计为控制透过物出口下游的透过流体的流量的第一阀。
[0020]为了控制浓缩流体的流量，优选提供被布置和被设计为控制涡轮出口下游的浓缩流体的流量的第二阀。
[0021]为了最小化逆渗透系统的构造成本，有利的是膜单元的浓缩物出口和涡轮入口之间的流动连接没有控制阀。
[0022]在逆渗透系统的优选实施例中，栗部和涡轮部被相对于彼此水平地布置。
[0023]作为替换且根据具体应用，可能有利的是，栗部和涡轮部被相对于彼此竖直地布置。
[0024]为了防止能量回收装置和膜单元的劣化或受损，可能有利的是提供布置在栗入口的上游且与栗入口流动连通的、用于净化供给流体的预处理单元。预处理单元可以包括用于从供给流体中去除沙子、砂砾、或其他固体物或材料的过滤器。
[0025]根据本发明逆渗透系统的一个优选用途是水的除盐，尤其是海水的除盐。
[0026]另一个优选用途是半咸水的处理。
[0027]再一个优选用途是借助于逆渗透对任意流体的处理。
[0028]根据本发明，还提出了一种用于逆渗透系统的能量回收装置，该逆渗透系统包括具有膜、接收供给流体的入口和排出浓缩流体的浓缩物出口的膜单元，所述能量回收装置具有涡轮部、栗部、马达以及用于控制马达的马达控制单元，涡轮部具有涡轮转子、涡轮入口和涡轮出口，栗部具有栗转子、栗入口和栗出口，马达具有马达转子，其中涡轮转子、栗转子和马达转子通过抗转矩连接被操作地连接，栗入口适合于接收来自低压入口管线的处于低压的供给流体，栗出口适合于将处于高压的供给流体提供给膜单元，涡轮入口适合于接收来自膜单元的浓缩流体，其中栗部被设计用于将供给流体从低压增压到高压。
[0029]因此，根据本发明的能量回收装置被设计并调整，从而使得能量回收装置的栗部作为用于将供给流体从低压增压到执行逆渗透所需的高压的唯一的栗被使用。不需要任何其他的高压栗来辅助能量回收装置的栗部动作以产生高压。此外，不需要任何其他压力产生装置将供给流体从低压增压到高压。
[0030]其优点和优选措施以及优选实施例与已经参照逆渗透系统所描述的相同。
[0031]尤其是，优选的是栗部被设计为离心栗，且涡轮部被设计为轴向辐流式涡轮或逆运转离心栗。
[0032]根据能量回收系统的优选实施例，涡轮部和栗部被设计为具有共同壳体，其中涡轮转子和栗转子被布置在联接到马达转子的共用轴上直接彼此相邻。共用轴不包含在涡轮转子和栗转子之间的任何联轴器或任何离合器或任何齿轮。这种布置使得能够实现非常紧凑且节省空间的设计。
[0033]本发明的其他有利措施和实施例将通过从属权利要求变得明显。
【附图说明】
[0034]本发明下面将参考附图被更加详细地描述。在示意性图示中示出了: