将压力能从第一液体流传递到第二液体流的压力交换器的制作方法

文档序号:5463871阅读:327来源:国知局
专利名称:将压力能从第一液体流传递到第二液体流的压力交换器的制作方法
技术领域
本发明涉及一种用于将压力能从第一液体流传递到第二液体流的压力交换器。例 如专利文献EP 0 298 097 Bl公开了一种这样的压力交换器,其用于将压力能从第一液体 流传递到第二液体流。这种压力交换器特别用在海水脱盐设备中。在该设备中,入口侧的 盐水(Salzwasser)在压力下输入。输入的盐水随后在薄膜上流动,脱盐后的水穿过该薄膜 并作为第二液体流输出。在入口侧,薄膜产生浓度很高的卤水(Sole),其在压力下从设备排 出。该压力交换器的目的在于,回收利用排出的卤水所含的压力能的部分并且将此部分再 输入盐水中,从而减小设备的能量需求。
背景技术
由专利文献EP 0 298 097 Bl所公开的这种压力交换器的问题在于,其在压力交 换器中会出现不期望的卤水与盐水的混合,因为两种液体流并非完全彼此分隔开。

发明内容
由于这种问题,本发明的目的在于,改进压力交换器,使得在实现尽可能高的工作 效率和可靠的压力交换器的工作的同时避免不期望的两种液体流的彼此混合。通过具有权利要求1特征的压力交换器实现此目的。有利的实施方式由从属权利 要求、以下的说明和附图给出。根据本发明的压力交换器用于将压力能从第一液体流传递到第二液体流。第一液 体流例如可以是从海水脱盐设备中排出的卤水,而第二液体流可以是输入到海水脱盐设备 中的盐水的液体流。然而,根据本发明的压力交换器的应用不限于海水脱盐设备,而是也可 以用在需要将压力能从第一液体束传递到第二液体束的其他设备中。根据本发明的压力交换器包括壳体,该壳体具有用于第一液体流的入口和出口以 及用于第二液体流的入口和出口。在此,用于第一液体流的入口和出口优选设置在第一轴 端,而用于第二液体流的入口和出口优选设置在第二轴端。此外,在壳体中设置有转子,该 转子具有多个通道,这些通道与转子的转动轴线径向间隔开地从转子的第一轴端延伸到转 子的相对的第二轴端。也就是说,这些通道将转子的两个轴侧彼此连接。在此,多个通道分 布在转子的圆周上。转子对于用于第一液体流的入口及出口和用于第二液体流的入口及出 口设置成,在转子转动时这些通道分别交替地将用于第一液体流的入口与用于第二液体流 的出口连接以及将用于第二液体流的入口与用于第一液体流的出口连接。为此,压力交换 器的轴端优选具有连接件,在该连接件上形成所述的用于两种液体流的入口及出口。也就 是说,第一连接件用于在一个轴端处的第一液体流,第二连接件用于在相对的轴端处的第 二液体流,其中,转子沿轴向设置在两个连接件之间。此外,连接件构造成,不直接将位于其 中的入口和出口彼此连接。更确切地说,入口和出口分别朝向转子,从而使它们可以根据转 子的转角与转子中的通道连通。这种结构基本上对应于由专利文献EP 0298097B1所公知 的结构。
压力交换器的工作原理是将第一液体流的较高的压力从用于第一液体流的入口 通过转子中的一个或多个通道传递至用于第二液体流的出口。以此方式将第一液体流的压 力能传递到第二液体流。如果转子在此时继续转动,则用于前述压力能传递的通道到达其 与用于第二液体流的入口和用于第一液体流的出口连通的位置。这样,压力能就从第二液 体流的入口传递到第一液体流的出口。通常而言,压力较大的第一液体流的体积流量小于压力较小的第二液体流的体积 流量。根据本发明,应特别避免在用于高压液体流的入口与用于低压液体流的出口之间液 体流的混合。当用在海水脱盐设备中时,海水脱盐设备的盐水从用于第二液体流(即压力 较低的液体流)的出口输入。因此应该防止从海水脱盐设备排出的且压力较大的卤水的部 分流入第二液体流中,因为在这种情况下有可能会向海水脱盐设备输入不必要地增大的盐 浓度。然而,当液体流部分混合时,在压力交换器的位于用于第一液体流的出口与用于第二 液体流的入口之间的另一侧则没有问题,因为其影响仅在于使来自第二液体流的液体流入 第一液体流中。在用在海水脱盐设备的情况下,这意味着新鲜的盐水流入流出的卤水中,这 通常不会带来问题。当第二液体流的体积流量较大时,在该侧通常总是发生混合并且在用 于第一液体流的出口中流入一定的第二液体流。为了使转子转动,根据本发明设有驱动马达,优选是电驱动马达。本发明中重要的 是,设有调节装置,通过该调节装置可改变转子的转速。这尤其是可以通过改变驱动马达的 转速来实现。这种调节装置能够使转子速度与当前设备的边界条件相匹配,特别是与第一 液体流和第二液体流的当前体积流量相匹配。在此,可以将转子的转速与体积流量匹配,以 实现最优的压力传递,而不会使液体流超过需求地彼此混合。在这种压力交换器工作时,其 在通道中构成混合区域,两种液体流在该混合区域中彼此接触。在交换压力能时,该混合区 域在通道中沿轴向移动。但为了防止用于第一液体流的入口与用于第二液体流的出口之间 液体流的实际的混合,优选必须使混合区域始终保持在通道内。与此同时,为了实现压力交 换器的较高的工作效率,要使混合区域沿轴向移动的路径尽可能地长,优选近似等于通道 沿轴向的全部长度。然而,混合区域的移动与外部因素有关,特别是压差和体积流量以及转 子的转速。当在此处转子的转速可变时,可以使转子的转速始终匹配成,使混合区域保持在 通道内并且同时工作效率最高。优选设有控制或调节装置。通过该控制或调节装置可以调节转子的转速。这进一 步优选地自动地实现,从而可始终以转子转速驱动压力交换器,这可以在给定体积流量和 压差时得到最大工作效率。还优选的是,将控制或调节装置构造成,其调节转子的转速,使得形成第一液体流 与第二液体流之间的混合的混合区域始终位于通道内。由此,如前所述,可防止液体流的混 合。与此同时,控制或调节装置优选这样执行控制和调节,使得混合区域在转子转动时移动 的轴向路径最大。这确保了尽可能高的工作效率。有利的是,设有用于采集至少一个液体流的至少一个参数的传感器,并且控制或 调节装置构造成,根据所采集的参数来调节驱动马达的转速。由此可使转子转速与采集的 参数自动匹配,并且压力交换器的工作可以根据所采集的参数在工作效率最大的范围内实 现。在此,可以通过调节驱动马达的转速自动地根据采集的一个或多个参数实现转子转速 的调节和匹配。优选设置多个传感器,以便在不同的位置(例如用于各液体流的入口和出口处)采集液体流的参数。传感器优选可以是流传感器。以此方式可以采集流速并进而采集体积流量,由此 可根据采集的体积流量来调节驱动马达的转速。在此,可以在第一液体流和/或第二液体 流中设置传感器,以便能够根据第一液体流的体积流量来调节驱动马达的转速,使得能够 实现压力交换器的最佳工作效率。还可能的是,设有用于采集压力的压力传感器并根据采 集的压力来调节转速。可选地或额外地,可以设有用于采集液体中的物质浓度并且特别是盐含量的传感 器。通过这种传感器可以直接监测两种液体流是否发生混合。如果确定发生混合,则可以 将驱动马达的转速匹配成使得不再发生这种混合,这随后又由一个或多个用于采集浓度的 传感器进行检测。优选的是,对于两种液体流的至少其中之一分别在入口和出口中设置用于采集物 质浓度的传感器,并且控制或调节装置用于采集在入口处的物质浓度与出口处的物质浓度 之间的差并根据采集到的差来调节驱动马达的转速。当在物质浓度(例如盐含量)不同的 两种液体或液体流之间进行压力交换时,以此方式可以确定是否发生了液体的混合。如果 液体没有混合,则在液体流的出口和入口处的物质浓度应该基本上相同,即采集到的差是 最小值。当差较大时,这意味着发生了两种液体流的不期望的混合并且可以通过控制或调 节装置来相应地匹配驱动马达的转速,从而将驱动马达的转速调节成使得不会发生液体流 的混合。优选将调节装置构造成,调节驱动马达的转速,使物质浓度的差最小。以此方式始 终驱动压力交换器,使两种液体流的混合尽可能地少而同时能够实现最大的工作效率。根据另一有利实施方式,可以设有用于采集转子的转速的装置,特别是设置在转 子上的转速传感器。这使得可以采集当前的转子转速并且在控制或调节转速时进行观察。 控制或调节装置可以由此得到实际的转子转速的大小的反馈。由此可以对驱动马达的转速 进行更精确的控制或调节,进而可以实现与当前运行条件的匹配。


以下参照附图对本发明进行示例性说明。在附图中图1示意性示出了根据本发明的压力交换器的立体图,其中省去了一个轴向连接 件,图2示出了根据图1的压力交换器的连接件的立体图,图3示出了压力交换器的截面图,图4是示出了盐含量的差相对于转子转速的曲线图,以及图5示出了根据本发明第二实施方式的压力交换器的截面图。
具体实施例方式压力交换器的几何结构基本上对应于例如由专利文献EP 0 298 097 Bl所公知的 压力交换器。压力交换器具有圆柱形的壳体2,转子4可转动地设置在该壳体2内。在此, 转子4可围绕壳体2和转子4的纵轴线X转动。壳体2在两个轴侧分别通过连接件6封闭。 两个连接件6构造为相同的,以下为了区分用附图标记6a和6b来表示两个连接件。如果
5不加以区别,则表示描述的是构造相同的部件。连接件6与壳体2螺旋连接。转子4具有多个通道10,这些通道10在转子中沿轴向平行于纵轴线X延伸。在 此,通道10围绕纵轴线X环形地设置。在示出的示例中设有通道10的两个同心环。出于 稳定的原因选择这种两个通道环的设置。应该理解的是,在此也可以选择其他设置,例如仅 设有一个例如较大的通道环或多于两个通道的环。通道10将转子4的两个轴端彼此连接。每个连接件6具有连接套管12 (12a,12b)和14 (14a,14b)。如图2所示,连接套 管12和14并不彼此连接。更确切地说,是在连接件6的内部构造有隔离壁16,该隔离壁 16将连接件6的内部分成两个部分。由此,在连接件6的朝向转子4的面上形成两个弧形 的、通过隔离壁16彼此分隔的凹穴18 (18a, 18b)和20 (20a, 20b)。在此,凹穴18与连接套 管12连接而凹穴20与连接套管14连接。如图3所示,设有电驱动马达22,该电驱动马达22通过接合器24与转子轴26连 接。转子4抗扭地设置在转子轴26上,由此转子4可以通过驱动马达22转动。在转子轴 26上设置有轴密封件28。该轴密封件28通过通道30与凹穴18b连接,以输送用于润滑的 液体。此外,设有通道32,其从凹穴18a开始通至转子4与壳体2之间的周向空间34,以将 液体从该空间导出。以此方式,可以将流入该空间的液体导出并防止该空间内压力过高。还 设有通道36,其将凹穴18a与转子4中的通孔连接,转子轴26位于该通孔中。由此也可以 从该通孔中将液体导出,特别是通过通道30进入的、用于冷却和润滑轴承的液体。以下对压力交换器的工作原理进行描述。连接套管12a和14a用于与用于第一液 体流的管道系统连接,而连接套管12b和14b用于与用于第二液体流的管道系统连接。第 一液体流例如是尚具有很大压力能的来自海水脱盐设备的卤水流,该压力能被传递给第二 液体流,该第二液体流例如是要输入海水脱盐设备的盐水流。连接套管14a构成用于处于 压力P2下的第一液体流(例如卤水)的入口。接口 12a构成用于具有较小压力p4的第一 液体流的出口。连接套管14b构成用于第二液体流(例如盐水)的出口,而连接套管12b构成用 于第二液体流的入口。第一液体流以压力P2进入入口 14a和随后的凹穴20a。由于压力 P2大于第二液体流的液体在出口 14b处所具有的压力pl,液体从入口 14a开始流入朝向凹 穴20a的通道10并由此将压力传递到位于该通道中的第二液体并传递到位于凹穴20b和 与出口 14b连接的管道系统中的第二液体,因为该通道10也与凹穴20b连通。在此,在通道10中两种液体彼此接触,其中在通道10中的接触区域由于较高的压 力P2而向朝向连接件6b的凹穴20b的轴端移动。也就是说,在该位置处通道10很大程度 上被来自入口 14a的第一液体填充。如果此时转子4转动,则先前曾位于凹穴20a与20b 之间的该通道10现在位于凹穴18a与18b之间。在凹穴18b中占主导地位的压力是进入 的第二液体的液压P3,该压力p3虽然小于压力p2,但是大于在凹穴18a中的第一液体的出 口压力p4。由此,第二液体流入通道10并在最大程度上将第一液体从通道10中压入到凹 穴18a中并通过连接套管12a压入连接的管道中。在此,两种液体在通道10中彼此相接触 的混合区域朝向通道10的朝向连接件6a及其凹穴18a的轴端移动。由于第二液体的体积 流量大于第一液体的体积流量,在压力交换器的此侧形成液体混合,即第二液体的一部分 进入凹穴18a中并且从接口 12a离开的液体与进入的第二液体的部分混合。当转子在此时 又转动至最先描述的位置、所提到的通道10再次位于凹穴20a与20b之间时,则在此第一
6液体再次流入通道10并将第二液体压至用于第二液体的出口 14b。由此,第一液体的压力 能的一部分被传递给第二液体。应该理解的是,整个第一液体流和整个第二液体流都必须通过转子4的通道10输 送。根据本发明,此时可以通过驱动马达22来改变转子4的转速,以使转子转速与第一液体 流和第二液体流相匹配,从而实现最佳工作效率,而不会在压力交换器的压力较高的一侧、 即在凹穴20a与20b之间形成两种液体的混合。当两种液体在其中彼此接触的混合区域在 轴端离开通道10时,可能出现混合。例如当转子转动得过慢时,可能发生第一液体在转子 继续转动之前通过凹穴20b与20a之间的通道10溢流入凹穴20b中。在此,要对转子转速 进行匹配,使得不会发生这种溢流。然而,当转子转速过快时,进入通道10的液体太少。因 此,在转子继续转动之前,例如从凹穴20a出发的凹穴20a与20b之间的通道10可能仅有 一小部分由第一液体填充。这会使工作效率变坏,因为仅有很小一部分压力能能够从第一 液体传递到第二液体。因此,当在两种液体在其中在通道10中彼此接触的接触区域或混合 区域在转子转动时基本上在通道10的完整的轴向长度上从凹穴20a与20b之间的位置移 动至凹穴18a与18之间的位置时,可得到最优的工作效率。为了实现最优调节,在凹穴18b与20b中设置用于采集盐含量的传感器38。这些 传感器也可以根据压力交换器的使用地点用于采集除了盐之外的其他物质的浓度。传感器 38通过电缆或者无线地与控制或调节驱动马达22的转速的控制或调节装置39连接。控 制或调节装置39由传感器38的输出信号确定出物质浓度或盐含量之间的差。因此,可以 采集通过连接套管12b流入、通过连接套管14b流出的第二液体中盐含量的变化。当在此 时例如通过连接套管14a流入且通过连接套管12a流出的第一液体的盐含量高于第二液体 (如在已描述的例子中来自海水脱盐设备的情况)的盐含量时,则可能发生在第一液体与 第二液体混合时第二液体中的盐含量增加。当第一液体从凹穴20a开始通过通道10直至 溢流入凹穴20b中时,可能会导致凹穴20b中第二液体盐含量的增加。也就是说,凹穴20b 中的盐含量可能高于进入的第二液体所在的凹穴18b中的盐含量。因此通过传感器38来 采集盐含量的差。图4示出盐含量的差40与转子转速42之间的关系。由图可见,曲线44具有最小 值43。该最小值43是最优的操作点,在该操作点两种液体流发生混合的可能性最小。在转 速过小时,由于液体从凹穴20a溢流入凹穴20b中而导致混合。在转速过大时,由于在通道 10中第一液体和第二液体的混合不断增加,同样会发生用于第二液体的入口和出口之间的 盐含量差的增加,因为通道10不再如前所述地那样交替地由第一液体和第二液体基本上 完全地填充。更确切地说,总有一部分液体保留在通道中,使得在此处形成混合并且在用于 第二液体的出口中的盐含量略微上升。在此,如下实现通过驱动马达22的转速来调节转子2的转速。首先选择大于在差 的最小值43处的转速47的转速。从该转速出发首先减小转速,只要传感器还采集到减小 的盐含量的差。这在图4的图表中通过虚线箭头45来表示。如果在此时采集到盐含量的 差增大,则如图4中的箭头46所示地再提高转子转速。以此方式,可以将转速调节成在传 感器38之间的盐含量差的最小值43处的转速47。在曲线44的延伸为在转子转速较高时形成直线并由此没有全局最小值的情况 下,以下述方式进行调节即将转速调节成尽可能地小。在此,减小转速使得恰好不会出现盐含量的差40的增加。不同于前述的通过采集盐含量来调节转速的方式,还可以通过体积流量来调节转 速,其中采集第一液体和/或第二液体的体积流量并根据一种或两种体积流量来调节转 速。为此,可以在控制装置中存储具有转速与体积流量的对应关系的表。图5示出了本发明的另一实施方式,其与前述参照图3所描述的实施方式的区别 之处仅在于,在通道10中设置有球状的阻隔件48。阻隔件48可在通道10中沿纵轴线移 动。在通道10的轴端设有挡止环50,挡止环50防止阻隔件48从通道10轴侧离开。阻隔 件48防止第一液体和第二液体在通道10中彼此直接接触。但在此少量接触是可以容许的, 因为应该理解的是,阻隔件48由于其运动性不可能始终完全密封地设置在通道中。在压力 交换器工作时,根据此实施方式,当通道10位于凹穴20a与20b之间时,阻隔件48移动,理 想的是首先运动至通道10的朝向连接件6b的轴端,从而使得阻隔件48位于该轴端处的挡 止环50上。然后,当转子转动至该通道10的位于凹穴18a与18b之间的位置时,阻隔件48 朝向转子4的相对端移动并与朝向连接件6a的挡止环50形成接触。所有其余的部件及工 作原理与前述参照图3描述的工作原理相同。附图标记列表
2壳体
4转子
6a, 6b连接件
10通道
12a,12b
14a, 14b连接套管
16隔离壁
18a,18b
20a, 20b 凹穴
22驱动马达
24接合器
26转子轴
28轴密封件
30,32通道
34空间
36通道
38传感器
39控制或调节装置
40盐含量的差
42转子转速
43最小值
44曲线
45,46箭头
47转速
48阻隔件 50挡止环
X纵轴线
权利要求
一种用于将压力能从第一液体流传递到第二液体流的压力交换器,该压力交换器包括壳体(2),具有用于第一液体流的入口(14a)和出口(12a),以及用于第二液体流的入口(14b)和出口(12b),转子(4),设置在该壳体(2)中且具有多个通道(10),这些通道与所述转子(4)的转动轴线(X)径向间隔开地从该转子(4)的第一轴端延伸到该转子(4)的相对的第二轴端,其中,所述转子(4)相对于所述入口及出口(12,14)设置成,在转子(4)转动时所述通道(10)分别交替地连接用于所述第一液体流的入口(14a)和用于所述第二液体流的出口(14b)以及连接用于所述第二液体流的入口(12b)和用于所述第一液体流的出口(12a),以及驱动马达(22),所述转子(4)通过该驱动马达被转动地驱动,其特征在于,具有用于改变所述转子的转速的调节装置。
2.如权利要求1所述的压力交换器,其特征在于,通过控制或调节装置调节所述驱动 马达(22)的转速。
3.如权利要求2所述的压力交换器,其特征在于,所述控制或调节装置构造成,对转子 (4)的转速进行调节,使得形成所述第一液体流与所述第二液体流之间的混合的混合区域 始终位于所述通道(10)内。
4.如权利要求2或3所述的压力交换器,其特征在于,设有用于采集至少一个所述液体 流的至少一个参数的传感器(38),并且所述控制或调节装置构造成,根据所采集的参数来 调节所述驱动马达(22)的转速。
5.如权利要求4所述的压力交换器,其特征在于,所述传感器是流传感器。
6.如权利要求4或5所述的压力交换器,其特征在于,所述传感器是用于采集液体中的 物质浓度并且特别是盐含量的传感器。
7.如权利要求6所述的压力交换器,其特征在于,至少对于所述两种液体流之一分别 在所述入口(12b)和所述出口(14b)中设置用于采集物质浓度的传感器(38),并且所述控 制或调节装置用于采集在所述入口(12b)处的物质浓度与在所述出(14b)处的物质浓度之 间的差(44)以及用于根据所采集的差(44)来调节所述驱动马达(22)的转速。
8.如权利要求7所述的压力交换器,其特征在于,所述控制或调节装置构造成,对所述 驱动马达(22)的转速进行调节,使得所述物质浓度的差(44)达到最小值(43)。
9.如前述权利要求中任一项所述的压力交换器,其特征在于,设有用于采集所述转子 (4)的转速的装置。
全文摘要
本发明涉及一种用于将压力能从第一液体流传递到第二液体流的压力交换器,该压力交换器包括壳体,具有用于第一液体流的入口和出口以及用于第二液体流的入口和出口;转子,设置在该壳体中且具有多个通道,这些通道与转子的转动轴线间隔开地从转子的第一轴端延伸到转子的相对的第二轴端,其中,将转子(4)相对于所述入口及出口(12,14)设置成,在转子(4)转动时所述通道(10)分别交替地连接用于第一液体流的入口(14a)与用于第二液体流的出口(14b)以及连接用于第二液体流的入口(12b)和用于第一液体流的出口(12a);以及驱动马达,转子通过该驱动马达转动地驱动,以及用于改变转子的转速的调节装置。
文档编号F04F13/00GK101925749SQ200880125461
公开日2010年12月22日 申请日期2008年10月31日 优先权日2007年12月11日
发明者埃里克·B·斯瓦尔特, 奥尔赫·克罗格斯加德 申请人:格伦德福斯管理联合股份公司
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