專利名稱：流體壓力交換技術(shù)和流體壓力交換裝置的制作方法
涉及領(lǐng)域本發(fā)明主要運(yùn)用于流體剩余壓能的回收，屬能源回收和利用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及高壓流體與低壓流體間的壓能交換的流體壓力交換技術(shù)和流體壓力交換裝置。
高低壓流體間的壓力交換是通過換壓容器和配套閥組來實(shí)現(xiàn)的，因使用場所和目的不同，可有多種組合形式，下面列舉三類工藝方式流體壓力交換原理之一，如附

圖1所示，壓力交換裝置由兩個換壓容器1H和2H和四個三通閥1f、2f、3f和4f組成。換壓容器內(nèi)部設(shè)有起壓力傳遞和隔離流體作用的隔膜或活塞，膈膜或活塞把換壓容器分割為互不連通且容積可變的兩部分。其中接受高壓流體的一側(cè)稱為高壓端，接受低壓流體的一側(cè)稱為低壓端；隨著隔膜或活塞的移動，高壓端和低壓端的容積在不斷變化，并且當(dāng)一端的體積增加時，另一端的體積在等量減少；且當(dāng)一端的體積變?yōu)榱銜r，另一端的體積變?yōu)樽畲?。三通閥2f的“A進(jìn)”為低壓流體入口，三通閥3f的“B進(jìn)”為高壓流體入口，三通閥1f的“A出”為低壓流體受壓后的升壓水出口，三通閥4f的“B出”為高壓流體傳壓后的卸壓水出口。三通閥2f的①出口和三通閥1f的②入口都與換壓容器1H低壓端相連，三通閥1f的①入口和三通閥2f的②出口都與換壓容器2H低壓端相連，三通閥3f的②出口和三通閥4f的①入口都與換壓容器1H高壓端相連，三通閥3f的①出口和三通閥4f的②入口都與換壓容器2H高壓端相連。工作時，先將其中一個換壓容器(例如1H)的低壓端貯滿低壓流體，另一換壓容器(例如2H)的高壓端貯滿高壓流體，然后將三通閥的閥板切換到虛線的方位，此時高壓流體通過三通閥3f的“B進(jìn)”和②出口進(jìn)入換壓容器1H的高壓端，換壓容器1H低壓端流體因接受高壓端流體傳遞的壓力而升壓，低壓區(qū)升壓后的流體經(jīng)三通閥1f的②進(jìn)口和“A出”被送走；同時，低壓流體通過三通閥2f的“A進(jìn)”和②出口進(jìn)入換壓容器2H的低壓端，高壓端卸壓后的流體通過三通閥4f的②進(jìn)口和“B出”被排出。當(dāng)換壓容器1H低壓端流體接近被排凈和換壓容器2H低壓端流體接近被全充滿時，將三通閥組的閥板全部切換到實(shí)線的方位，此時高壓流體通過三通閥3f的“B進(jìn)”和①出口進(jìn)入換壓容器2H的高壓端，換壓容器2H低壓端流體因接受高壓端流體傳遞的壓力而升壓，低壓區(qū)升壓后的流體經(jīng)三通閥1f的①進(jìn)口和“A出”被送走；同時，低壓流體通過三通閥2f的“A進(jìn)”和①出口進(jìn)入換壓容器1H的低壓端，換壓容器1H高壓端卸壓后的流體通過三通閥4f的①進(jìn)口和“B出”被排出；當(dāng)換壓容器2H低壓端流體接近被排凈和換壓容器1H低壓端流體接近被全充滿時，再將三通閥組的閥板都切換到虛線的方位，這樣不斷交替切換操作，即可實(shí)現(xiàn)高低壓流體間的連續(xù)壓力交換。
當(dāng)系統(tǒng)設(shè)有足夠數(shù)量的流體調(diào)節(jié)設(shè)施或?qū)嶋H需要時，也可以用單個換壓容器及其配套閥組來實(shí)現(xiàn)間斷換壓運(yùn)行，其原理詳見附圖2。圖中，若換壓容器1H的上端為低壓流體端，換壓容器1H的下端為高壓流體端，三通閥1f的B進(jìn)為低壓流體進(jìn)口，B出為換壓后升壓流體出口，三通閥2f的A進(jìn)為高壓流體進(jìn)口，A出為換壓后卸壓流體出口。當(dāng)閥組的閥板切換到虛線位置時，換壓容器1H處于低壓流體補(bǔ)入和卸壓流體排出狀態(tài)；當(dāng)閥組的閥板切換到實(shí)線位置時，換壓容器1H處于高壓流體為低壓流體傳壓狀態(tài)。
若換壓容器的兩端互為高低壓端交替輪換使用，可以實(shí)現(xiàn)許多其他用處，如流體輸送過程中的流體質(zhì)量均和，流體輸送過程中的溶質(zhì)與溶劑定容定量反應(yīng)，藥劑的投配與輸送等，該種工作原理詳見附圖3。圖中，當(dāng)換壓容器1H的一端(如左端)為高壓流體端時，其另一端(如右端)就為低壓流體端，此時三通閥組的閥板在圖中實(shí)線的方位，高壓流體“S進(jìn)”和“Yj進(jìn)”通過1f進(jìn)入換壓容器1H的高壓端，同時換壓容器1H的低壓端受壓后的流體通過三通閥2f由“Yy出”送走。當(dāng)換壓容器1H右端的流體被輸送完畢時，換壓容器1H左端的流體正好反應(yīng)完畢，此時將三通閥組的閥板在圖中虛線的方位，則換壓器的高低壓端正好互換，高壓流體“S進(jìn)”和“Yi進(jìn)”通過三通閥2f進(jìn)入換壓容器1H的高壓端，同時換壓容器1H的低壓端受壓后的流體通過三通閥1f由“Yy出”送走，這樣通過三通閥組的切換就可實(shí)現(xiàn)換壓器高低壓端的交替互換使用。這樣的換壓方式，在實(shí)用中具有很多獨(dú)特的意義，其中一些可在后面的實(shí)施例中看到。
需要特別指出的是，低壓流體升壓后的壓力要低于高壓流體傳壓前的壓力，其差值應(yīng)為壓力交換系統(tǒng)的流體總壓頭損失。在實(shí)際使用中，當(dāng)升壓后的壓力低于實(shí)際需要壓力時，不足部分可用串聯(lián)加壓的方式提供。當(dāng)出現(xiàn)低壓流體的壓力不足以將換壓容器內(nèi)卸壓后的高壓流體置換出去的情況時，低壓流體需要用加壓的方式送入換壓容器內(nèi)。
概括起來，本發(fā)明的主要原理是流體壓能的回收和利用是以一種“壓轉(zhuǎn)壓”的壓力交換方式來實(shí)現(xiàn)的，流體間的壓力交換通過流體壓力交換裝置來實(shí)現(xiàn)，流體壓力交換裝置主要由換壓容器和切換閥組構(gòu)成，換壓容器內(nèi)設(shè)置有隔膜或活塞類物質(zhì)，在壓力交換過程中起壓力傳遞和隔離兩種流體的作用，切換閥組在流體壓力交換過程中起控制作用，不同形式的壓力交換容器和多種類型的切換閥門組合，可開發(fā)出多種形式和不同用途的流體壓力交換裝置；利用流體壓力交換裝置進(jìn)行流體間壓力交換，可采用雙換壓容器實(shí)現(xiàn)連續(xù)換壓，也可采用單換壓容器進(jìn)行流體間的間斷換壓或其他用途的工藝操作；對于含有某些雜質(zhì)的流體間的壓力交換，可在換壓容器上附加一些排除雜物設(shè)施；壓力交換裝置可用于各種流體間的壓力交換，特別是適用于液-液和氣-液間的壓力交換。
換壓容器的外殼可以是各種形狀，如球形、橢球形、圓筒形(封頭為平的或橢圓形等)、矩形或多面體形等。
換壓容器的外殼可以是各種材質(zhì)，如碳鋼、不銹鋼、玻璃鋼、塑料或復(fù)合結(jié)構(gòu)材料等。
換壓容器內(nèi)起壓力傳遞和流體間隔離作用的結(jié)構(gòu)可為多種形式，如柔性隔膜、鋼性活塞或鋼柔組合形成的混合形式等。
換壓容器內(nèi)起壓力傳遞和流體間隔離作用介質(zhì)的材料可為各種材質(zhì)，如柔性隔膜材料可為橡膠、塑料膜或纖維復(fù)合材料等，鋼性活塞材料可為碳鋼、不銹鋼、玻璃鋼、塑料或復(fù)合結(jié)構(gòu)材料等。
根據(jù)需要，換壓器內(nèi)起壓力傳遞和流體間隔離作用的介質(zhì)，可以以任何方位和形式放置，如橫向、縱向或傾斜等。
與換壓容器配套的切換閥組，其數(shù)量和形式隨具體生產(chǎn)工藝而變。
切換閥結(jié)構(gòu)可為分體獨(dú)立式，亦可為一體式組合式，還可用兩通閥來代替；其材質(zhì)也可多種多樣。
本發(fā)明的直接意義是通過流體間的壓力交換，回收某些流體的剩余壓力，即通過使一流體的剩余壓力傳遞給另一待升壓的流體的方式，達(dá)到回收能源和減少能耗的作用。但由該發(fā)明引發(fā)的其他方面的一系列變革意義非常重大。比如，在一些水和廢水處理中，水和廢水處理設(shè)施所需的的容積一般都比較大。如果把處理設(shè)施向高處發(fā)展，因水和廢水向高處提升，成年累月連續(xù)不斷地運(yùn)轉(zhuǎn)，要消耗大量的電能，這是極不經(jīng)濟(jì)的，通常只好靠犧牲占地的方式來解決這一問題，所以水和廢水處理廠占地一般都較大。如果采用本發(fā)明的“流體壓力交換技術(shù)”，就可使水和廢水處理設(shè)施在無壓能浪費(fèi)的情況下，合理地向高處空間發(fā)展，這樣不僅節(jié)約了占地，而且使基建投資、經(jīng)常性運(yùn)行成本也可大大降低；特別是水和廢水處理設(shè)施向高處發(fā)展，使水和廢水處理設(shè)施中的水力條件、水和廢水中的溶解物濃度等都可得到優(yōu)化，因此也可以大大提高水和廢水的處理效果，或可大大提高水和廢水處理設(shè)施的處理能力。利用外來的高中壓給水壓力、天然水位高差或高位水余壓等，可以提升低位水池或處理后的給水、需要用壓力輸送遠(yuǎn)送的廢水、冷卻后的循環(huán)給水、供空調(diào)冷卻用的給水、送高位塔的水及水景噴頭等，這些都可以不同程度地回收和節(jié)約能量。此外，利用“流體壓力交換技術(shù)”還可以實(shí)現(xiàn)流體的均和、調(diào)節(jié)和節(jié)能輸送等。
圖2是間斷換壓工作的流體壓力交換技術(shù)及壓力交換裝置工作原理圖。
圖3是具有均質(zhì)和節(jié)能輸送等功能的流體壓力交換技術(shù)及壓力交換裝置工作原理圖。
實(shí)施例2用于給水絮凝沉淀處理的塔式反應(yīng)器，節(jié)能原理同實(shí)施例1，其突出優(yōu)點(diǎn)除可以節(jié)約占地外，更主要的是可以嚴(yán)格控制絮凝反應(yīng)過程中的水力條件，亦即可以有比較理想的絮凝反應(yīng)效果，因此可以提高水處理效果。
實(shí)施例3例如某廠外部管網(wǎng)來水壓力為0.6MPa，該水需先經(jīng)過貯水容積為8h生產(chǎn)用水和3h消防用水量的生產(chǎn)消防水池，而后再加壓至0.5MPa送生產(chǎn)用水，可見該系統(tǒng)具有較大的能量浪費(fèi)。采用本發(fā)明的“流體壓力交換技術(shù)”后，就完全可以用來水的余壓提升生產(chǎn)消防水池的出水，這樣就可省掉后續(xù)用水泵加壓所需的電能。
實(shí)施例4例如某廠外部管網(wǎng)來水壓力為0.4MPa，其中部分水將被放入冷卻給水的吸水井，作為循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的補(bǔ)充水，此時來水的壓能將白白地被浪費(fèi)掉。如果廠內(nèi)有水量不多于循環(huán)冷卻水補(bǔ)充水量的廢水，需要加壓到0.3MPa送到遠(yuǎn)方的水體或廢水處理廠，這時采用本發(fā)明的“流體壓力交換技術(shù)”，用循環(huán)冷卻水補(bǔ)充水的余壓提升無壓廢水，只需用泵把廢水加壓到0.03MPa左右送到“換壓器”內(nèi)即可，而勿需把廢水加壓到0.3MPa，這樣就節(jié)約了近90％的能耗。
實(shí)施例5附圖3的工藝形式，用于藥劑的投配。開始時，先將藥劑(固體藥劑需要先溶解為液體)和水送入壓力交換容器的一端(如左側(cè))至滿，而后將藥劑和水切換到壓力交換容器的另一端(如右側(cè))，靠交換容器右側(cè)傳遞的壓力作用，把其左側(cè)均質(zhì)好的藥劑送到投藥點(diǎn)；當(dāng)左側(cè)藥劑送完后，再把藥劑和水切換到交換容器的左側(cè)，同時把右側(cè)均質(zhì)好的藥劑送到投藥點(diǎn)。這樣不斷切換，即可實(shí)現(xiàn)藥劑的連續(xù)投配。這樣的系統(tǒng)不僅節(jié)能，而且對于減少占地和減少藥劑操作人員的勞動強(qiáng)度，都非常有意義。
實(shí)施例6利用附圖2的工藝形式，實(shí)現(xiàn)鼓風(fēng)空氣提升液體藥劑。某廢水處理廠有足夠量的風(fēng)壓為50Pa剩余鼓風(fēng)空氣，液體藥劑需要送入2.5m高的藥劑槽，采用附圖2所示的工藝形式，用人工把藥劑到入換壓容器的低壓端，而后向換壓容器的高壓端通入鼓風(fēng)空氣，即可把藥劑送入高度較大的藥劑槽，這可大大減輕藥劑操作人員的勞動強(qiáng)度，并很好地改變了勞動場所的工作環(huán)境條件。
權(quán)利要求
1.流體壓力交換技術(shù)，其特征在于流體壓能的回收和利用是以一種“壓轉(zhuǎn)壓”的壓力交換方式來實(shí)現(xiàn)的，流體間的壓力交換通過流體壓力交換裝置來實(shí)現(xiàn)，流體壓力交換裝置主要由換壓容器和切換閥組構(gòu)成，換壓容器內(nèi)設(shè)置有隔膜或活塞類物質(zhì)，在壓力交換過程中起壓力傳遞和隔離兩種流體的作用，切換閥組在流體壓力交換過程中起控制作用，不同形式的壓力交換容器和多種類型的切換閥門組合，可開發(fā)出多種形式和不同用途的流體壓力交換裝置；利用流體壓力交換裝置進(jìn)行流體間壓力交換，可采用雙換壓容器實(shí)現(xiàn)連續(xù)換壓，也可采用單換壓容器進(jìn)行流體間的間斷換壓或其他用途的工藝操作；對于含有某些雜質(zhì)的流體間的壓力交換，可在換壓容器上附加一些排除雜物設(shè)施；壓力交換裝置可用于各種流體間的壓力交換，特別是適用于液-液和氣-液間的壓力交換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體壓力交換技術(shù)所采用的流體壓力交換裝置，其特征在于換壓容器的外殼可以是各種形狀，如球形、橢球形、封頭為平的或橢圓形的圓筒形、矩形或多面體形等。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體壓力交換技術(shù)所采用的流體壓力交換裝置，其特征在于換壓容器的外殼可以是各種材質(zhì)，如碳鋼、不銹鋼、玻璃鋼、塑料或復(fù)合結(jié)構(gòu)材料等。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體壓力交換技術(shù)所采用的流體壓力交換裝置，其特征在于換壓容器內(nèi)起壓力傳遞和流體間隔離作用的結(jié)構(gòu)可為多種形式，如柔性隔膜、鋼性活塞或鋼柔組合形成的混合形式等。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體壓力交換技術(shù)所采用的流體壓力交換裝置，其特征在于換壓容器內(nèi)起壓力傳遞和流體間隔離作用介質(zhì)的材料可為各種材質(zhì)，如柔性隔膜材料可為橡膠、塑料膜或纖維復(fù)合材料等，鋼性活塞材料可為碳鋼、不銹鋼、玻璃鋼、塑料或復(fù)合結(jié)構(gòu)材料等。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體壓力交換技術(shù)所采用的流體壓力交換裝置，其特征在于根據(jù)需要，換壓器內(nèi)起壓力傳遞和流體間隔離作用的介質(zhì)，可以以任何方位和形式放置，如橫向、縱向或傾斜等。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體壓力交換技術(shù)所采用的流體壓力交換裝置，其特征是與換壓容器配套的切換閥組，其數(shù)量和形式隨具體生產(chǎn)工藝而變，切換閥結(jié)構(gòu)可為分體獨(dú)立式，亦可為一體式組合式，還可用兩通閥來代替；其材質(zhì)也可多種多樣。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體壓力交換技術(shù)所采用的流體壓力交換裝置，其特征在于壓力交換裝置由兩個換壓容器1H和2H和四個三通閥1f、2f、3f和4f組成，換壓容器內(nèi)部設(shè)有起壓力傳遞和隔離流體作用的隔膜或活塞，膈膜或活塞把換壓容器分割為互不連通且容積可變的兩部分，其中接受高壓流體的一側(cè)稱為高壓端，接受低壓流體的一側(cè)稱為低壓端；三通閥2f的“A進(jìn)”為低壓流體入口，三通閥3f的“B進(jìn)”為高壓流體入口，三通閥1f的“A出”為低壓流體受壓后的升壓流體出口，三通閥4f的“B出”為高壓流體傳壓后的卸壓流體出口；三通閥2f的①出口和三通閥1f的②入口都與換壓容器1H低壓端相連，三通閥1f的①入口和三通閥2f的②出口都與換壓容器2H低壓端相連，三通閥3f的②出口和三通閥4f的①入口都與換壓容器1H高壓端相連，三通閥3f的①出口和三通閥4f的②入口都與換壓容器2H高壓端相連。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體壓力交換技術(shù)所采用的流體壓力交換裝置，其特征在于裝置由單個換壓容器及其配套閥組構(gòu)成，設(shè)定換壓容器1H的上端為低壓流體端，換壓容器1H的下端為高壓流體端，三通閥1f的B進(jìn)為低壓流體進(jìn)口，B出為換壓后升壓流體出口，三通閥2f的A進(jìn)為高壓流體進(jìn)口，A出為換壓后卸壓流體出口，當(dāng)閥組的閥板切換到虛線位置時，換壓容器1H處于低壓流體充流體和卸壓流體排流體狀態(tài)，此時，低壓流體進(jìn)口與換壓容器1H低壓流體端相連，卸壓流體出口與換壓容器1H高壓流體端相連；當(dāng)閥組的閥板切換到實(shí)線位置時，換壓容器1H處于高壓流體為低壓流體傳壓狀態(tài)，此時，高壓流體進(jìn)口與換壓容器1H高壓流體端相連，升壓流體出口與換壓容器1H低壓流體端相連。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體壓力交換技術(shù)所采用的流體壓力交換裝置，其特征在于裝置由單個換壓容器及其配套閥組構(gòu)成，設(shè)定換壓容器1H的左端為高壓流體端，右端為低壓流體端，此時三通閥組的閥板在圖中實(shí)線的方位，高壓流體“S進(jìn)”和“Yj進(jìn)”通過1f進(jìn)入換壓容器1H的高壓端，同時換壓容器1H的低壓端受壓后的流體通過三通閥2f由“Yy出”送走；當(dāng)換壓容器1H右端的流體被輸送完畢時，換壓容器1H左端的流體正好反應(yīng)完畢，此時將三通閥組的閥板在圖中虛線的方位，則換壓器的高低壓端正好互換，高壓流體“S進(jìn)”和“Yj進(jìn)”通過三通閥2f進(jìn)入換壓容器1H的高壓端，同時換壓容器1H的低壓端受壓后的流體通過三通閥1f由“Yy出”送走，這樣通過三通閥組的切換就可實(shí)現(xiàn)換壓器高低壓端的交替互換使用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種流體壓力交換技術(shù)和流體壓力交換裝置，該技術(shù)可把高壓流體的壓能傳遞給低壓流體，使低壓流體變?yōu)楦邏毫黧w，實(shí)現(xiàn)高壓流體與低壓流體間的壓能交換，使高壓流體的余壓得以回收。其特征是流體壓能回收和利用是以“壓轉(zhuǎn)壓”的壓力交換方式實(shí)現(xiàn)的，換壓容器和切換閥組是流體壓力交換技術(shù)和換壓器的重要組成部分。壓力交換容器內(nèi)的隔膜或活塞類物質(zhì)，在壓力交換過程中起壓力傳遞和隔離二種流體的作用，切換閥組在流體壓力交換過程中起著非常關(guān)鍵的控制作用。使用本發(fā)明不僅可以節(jié)約能源，而且也為生產(chǎn)裝置向高處空間發(fā)展提供了可能。
文檔編號F15B3/00GK1429995SQ0310186
公開日2003年7月16日 申請日期2003年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月24日
發(fā)明者劉潤海, 韓洪德 申請人:劉潤海, 韓洪德