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专利名称：一种海水淡化的螺旋渐缩形旋转自驱动式余压能回收装置

专利类型：实用新型专利

专利申请号：CN202410603579.4

专利申请（专利权）人：广东海洋大学
权利人地址：广东省湛江市麻章区海大路1号

专利发明（设计）人：李晓宁,黄泓浩,郭淑婷,唐名鸿,吴翠婷,朱富祥,吴步进

专利摘要：本申请公开了一种海水淡化的螺旋渐缩形旋转自驱动式余压能回收装置，涉及能量回收技术领域，包括外壳以及压力交换装置；压力交换装置包括装置主体以及安装于装置主体中的四个压力交换管道；装置主体转动安装于外壳中；外壳上相对立的第一侧与第二侧均开设有高压浓海水进口、低压海水进口、低压浓海水出口以及高压海水出口；四条压力交换管道为螺旋渐缩形设计，且被配置为能够同时与两个高压浓海水进口、两个低压海水进口、两个低压浓海水出口以及两个高压海水出口接通。上述结构设计，利用高压浓海水对螺旋渐缩形的压力交换管道的冲击，能够使得装置主体自驱动旋转，降低了余压能回收的成本，且实现了对余压能的持续回收，提高了余压能回收效率。

主权利要求：
1.一种海水淡化的螺旋渐缩形旋转自驱动式余压能回收装置，其特征在于，包括外壳(7)以及压力交换装置；
所述压力交换装置包括装置主体(10)以及安装于所述装置主体(10)中的四个压力交换管道(8)；
所述装置主体(10)转动安装于所述外壳(7)中；
所述外壳(7)上相对立的第一侧与第二侧均开设有高压浓海水进口(1)、低压海水进口(2)、低压浓海水出口(3)以及高压海水出口(4)；
位于同一侧的所述高压浓海水进口(1)和所述低压海水进口(2)之间为中心对称，且中心对称点与所述装置主体(10)的转动中心线重合；
位于同一侧的所述低压浓海水出口(3)和所述高压海水出口(4)之间为中心对称，且中心对称点与所述装置主体(10)的转动中心线重合；
所述高压浓海水进口(1)和所述低压海水进口(2)的口径大于所述低压浓海水出口(3)和所述高压海水出口(4)的口径；
所述高压海水出口(4)上安装有单向限压阀(9)；
四个所述压力交换管道(8)绕所述装置主体(10)的转动中心线圆周分布，且各自的第一端以及第二端分别延伸至所述装置主体(10)的外表面；
四个所述压力交换管道(8)的第一端以及第二端与所述外壳(7)的内壁面密封接触；
各个所述压力交换管道(8)均为沿自身第一端向第二端方向渐缩的螺旋结构；
四个所述压力交换管道(8)两两分组，形成第一管道组(81)与第二管道组(82)；
所述第一管道组(81)的两个所述压力交换管道(8)与所述第二管道组(82)的两个所述压力交换管道(8)沿所述装置主体(10)的转动中心线相反设置；
所述第一管道组(81)的两个所述压力交换管道(8)为中心对称，且中心对称点与所述装置主体(10)的转动中心线重合；
所述第二管道组(82)的两个所述压力交换管道(8)为中心对称，且中心对称点与所述装置主体(10)的转动中心线重合；
四个所述压力交换管道(8)各自的第一端沿所述装置主体(10)的转动中心线在预设投影面上的投影呈圆周均匀分布；
四个所述压力交换管道(8)各自的第二端沿所述装置主体(10)的转动中心线在预设投影面上的投影呈圆周均匀分布；
四个压力交换管道(8)各自的第一端在预设投影面上的投影区域位于所述四个压力交换管道(8)各自的第二端在预设投影面上的投影区域外；
四个所述压力交换管道(8)被配置为能够同时与两个所述高压浓海水进口(1)、两个所述低压海水进口(2)、两个所述低压浓海水出口(3)以及两个所述高压海水出口(4)接通。
2.根据权利要求1所述的海水淡化的螺旋渐缩形旋转自驱动式余压能回收装置，其特征在于，所述装置主体(10)相对立的第一侧与第二侧之间安装有连接轴(6)；
所述外壳(7)的第一侧与第二侧分别嵌装有与所述连接轴(6)一一对应连接的轴承(5)。
3.根据权利要求1所述的海水淡化的螺旋渐缩形旋转自驱动式余压能回收装置，其特征在于，所述外壳(7)与所述装置主体(10)均为球状。
4.根据权利要求1所述的海水淡化的螺旋渐缩形旋转自驱动式余压能回收装置，其特征在于，所述外壳(7)包括两个半壳体；
两个所述半壳体之间通过连接件(11)可拆卸地连接一起。
5.根据权利要求4所述的海水淡化的螺旋渐缩形旋转自驱动式余压能回收装置，其特征在于，所述连接件(11)包括锁扣以及挂钩；
所述挂钩安装于其中的一个所述半壳体上；
所述锁扣安装于另一个所述半壳体，且与所述挂钩可拆卸连接。
6.根据权利要求4所述的海水淡化的螺旋渐缩形旋转自驱动式余压能回收装置，其特征在于，所述连接件(11)为多个，且呈圆周均匀分布。
7.根据权利要求1所述的海水淡化的螺旋渐缩形旋转自驱动式余压能回收装置，其特征在于，所述压力交换管道(8)可拆卸安装于所述装置主体(10)中。
8.根据权利要求1所述的海水淡化的螺旋渐缩形旋转自驱动式余压能回收装置，其特征在于，所述压力交换管道(8)与所述装置主体(10)一体成型。 说明书 : 一种海水淡化的螺旋渐缩形旋转自驱动式余压能回收装置技术领域[0001] 本申请涉及能量回收技术领域，尤其涉及一种海水淡化的螺旋渐缩形旋转自驱动式余压能回收装置。背景技术[0002] 目前，主要的海水淡化方法有热法和膜法。其中，膜法也被称为反渗透技术法，该方法凭借投入成本少、系统操作方便、建设时间较短等优点迅速占领市场。反渗透技术法的操作系统在工作时压力需达到5.8?8.0MPa，而淡化过程完成后，高压浓海水的余压仍然高达5.0MPa?6.5MPa，如果将其直接排出，则会浪费这部分余压能。据统计，浪费的余压能所造成的损失占海水淡化总成本的30％?50％。因此在反渗透技术法海水淡化系统中加入余压能回收利用装置，收集高压浓海水中的余压能是很有必要的。[0003] 现在主要的余压能回收装置工作方式主要有两种，分别为离心式和正位移式。正位移式的能量回收效率可达90％，在市场上占据主导地位。但该模式的余压能回收装置在工作时需要频繁开关阀门，容易造成水击现象，对整个装置的损害较大，增加了装置维修成本，且需要额外提供动力来进行余压能回收，这增加了回收成本，也降低了回收效率。发明内容[0004] 有鉴于此，本申请的目的是提供一种海水淡化的螺旋渐缩形旋转自驱动式余压能回收装置，能够实现自驱动，以低成本高效率地完成余压能回收。[0005] 为达到上述技术目的，本申请提供了一种海水淡化的螺旋渐缩形旋转自驱动式余压能回收装置，包括外壳以及压力交换装置；[0006] 所述压力交换装置包括装置主体以及安装于所述装置主体中的四个压力交换管道；[0007] 所述装置主体转动安装于所述外壳中；[0008] 所述外壳上相对立的第一侧与第二侧均开设有高压浓海水进口、低压海水进口、低压浓海水出口以及高压海水出口；[0009] 位于同一侧的所述高压浓海水进口和所述低压海水进口之间为中心对称，且中心对称点与所述装置主体的转动中心线重合；[0010] 位于同一侧的所述低压浓海水出口和所述高压海水出口之间为中心对称，且中心对称点与所述装置主体的转动中心线重合；[0011] 所述高压浓海水进口和所述低压海水进口的口径大于所述低压浓海水出口和所述高压海水出口的口径；[0012] 所述高压海水出口上安装有单向限压阀；[0013] 四个所述压力交换管道绕所述装置主体的转动中心线圆周分布，且各自的第一端以及第二端分别延伸至所述装置主体的外表面；[0014] 四个所述压力交换管道的第一端以及第二端与所述外壳的内壁面密封接触；[0015] 各个所述压力交换管道均为沿自身第一端向第二端方向渐缩的螺旋结构；[0016] 四个所述压力交换管道两两分组，形成第一管道组与第二管道组；[0017] 所述第一管道组的两个所述压力交换管道与所述第二管道组的两个所述压力交换管道沿所述装置主体的转动中心线相反设置；[0018] 所述第一管道组的两个所述压力交换管道为中心对称，且中心对称点与所述装置主体的转动中心线重合；[0019] 所述第二管道组的两个所述压力交换管道为中心对称，且中心对称点与所述装置主体的转动中心线重合；[0020] 四个所述压力交换管道各自的第一端沿所述装置主体的转动中心线在预设投影面上的投影呈圆周均匀分布；[0021] 四个所述压力交换管道各自的第二端沿所述装置主体的转动中心线在预设投影面上的投影呈圆周均匀分布；[0022] 四个压力交换管道各自的第一端在预设投影面上的投影区域位于所述四个压力交换管道各自的第二端在预设投影面上的投影区域外；[0023] 四个所述压力交换管道被配置为能够同时与两个所述高压浓海水进口、两个所述低压海水进口、两个所述低压浓海水出口以及两个所述高压海水出口接通。[0024] 进一步地，所述装置主体相对立的第一侧与第二侧之间安装有连接轴；[0025] 所述外壳的第一侧与第二侧分别嵌装有与所述连接轴一一对应连接的轴承。[0026] 进一步地，所述外壳与所述装置主体均为球状。[0027] 进一步地，所述外壳包括两个半壳体；[0028] 两个所述半壳体之间通过连接件可拆卸地连接一起。[0029] 进一步地，所述连接件包括锁扣以及挂钩；[0030] 所述挂钩安装于其中的一个所述半壳体上；[0031] 所述锁扣安装于另一个所述半壳体，且与所述挂钩可拆卸连接。[0032] 进一步地，所述连接件为多个，且呈圆周均匀分布。[0033] 进一步地，所述压力交换管道可拆卸安装于所述装置主体中。[0034] 进一步地，所述压力交换管道与所述装置主体一体成型。[0035] 从以上技术方案可以看出，本申请所设计的海水淡化的螺旋渐缩形旋转自驱动式余压能回收装置，将装置主体转动安装于外壳中，并在装置主体中设计四条绕装置主体的转动中心线圆周分布的压力交换管道。四条压力交换管道两两分组形成相反设置的第一管道组和第二管道组，且各个压力交换管道均为沿自身第一端向第二端方向渐缩的螺旋结构，并被配置为能够同时与两个高压浓海水进口、两个低压海水进口、两个低压浓海水出口以及两个高压海水出口接通。通过上述结构设计，利用高压浓海水对螺旋渐缩形的压力交换管道的冲击，能够使得装置主体自驱动旋转，从而无需额外提供动力来进行余压能回收，降低了余压能回收的成本，且实现了对余压能的持续回收，提高了余压能回收效率。附图说明[0036] 为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。[0037] 图1为本申请中提供的一种海水淡化的螺旋渐缩形旋转自驱动式余压能回收装置的俯视图；[0038] 图2为本申请中提供的一种海水淡化的螺旋渐缩形旋转自驱动式余压能回收装置的外壳与装置主体连接示意图；[0039] 图3为本申请中提供的一种海水淡化的螺旋渐缩形旋转自驱动式余压能回收装置的压力管道立体图；[0040] 图4为本申请中提供的一种海水淡化的螺旋渐缩形旋转自驱动式余压能回收装置的压力管道俯视图；[0041] 图5为本申请中提供的一种海水淡化的螺旋渐缩形旋转自驱动式余压能回收装置的第一相位工作原理示意图；[0042] 图6为本申请中提供的一种海水淡化的螺旋渐缩形旋转自驱动式余压能回收装置的第二相位工作原理示意图；[0043] 图中：1、高压浓海水进口；2、低压海水进口；3、低压浓海水出口；4、高压海水出口；5、轴承；6、连接轴；7、外壳；8、压力交换管道；81、第一管道组；82、第二管道组；9、单向限压阀；10、装置主体；11、连接件。具体实施方式[0044] 下面将结合附图对本申请实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请实施例中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请实施例保护的范围。[0045] 在本申请实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。[0046] 在本申请实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可更换连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。[0047] 本申请实施例公开了一种海水淡化的螺旋渐缩形旋转自驱动式余压能回收装置。[0048] 请参阅图1至图6，本申请实施例中提供的一种海水淡化的螺旋渐缩形旋转自驱动式余压能回收装置的一个实施例包括：[0049] 外壳7以及压力交换装置。[0050] 压力交换装置包括装置主体10以及安装于装置主体10中的四个压力交换管道8。[0051] 装置主体10转动安装于外壳7中。[0052] 外壳7的第一侧开设有高压浓海水进口1、低压海水进口2、低压浓海水出口3以及高压海水出口4，外壳7上与第一侧相对立的第二侧也开设有高压浓海水进口1、低压海水进口2、低压浓海水出口3以及高压海水出口4。[0053] 位于同一侧的高压浓海水进口1和低压海水进口2之间为中心对称，且中心对称点与装置主体10的转动中心线重合。位于同一侧的低压浓海水出口3和高压海水出口4之间为中心对称，且中心对称点与装置主体10的转动中心线重合。[0054] 高压浓海水进口1和低压海水进口2的口径大于低压浓海水出口3和高压海水出口4的口径。[0055] 高压海水出口4上安装有单向限压阀9。[0056] 四个压力交换管道8绕装置主体10的转动中心线圆周分布，且各自的第一端以及第二端分别延伸至装置主体10的外表面。[0057] 四个压力交换管道8的第一端以及第二端与外壳7的内壁面密封接触，这样在压力交换管道8恰好旋转至与外壳7内壁完全贴合时，能够处于封闭状态。既要保证不影响装置主体10的转动，又要能够实现密封接触，可以在压力交换管道8的第一端以及第二端上设置密封圈，具体不做限制。[0058] 各个压力交换管道8均为沿自身第一端向第二端方向渐缩的螺旋结构，也即各个压力交换管道8为螺旋渐缩结构。[0059] 如图4所示，四个压力交换管道8两两分组，形成第一管道组81与第二管道组82。第一管道组81的两个压力交换管道8与第二管道组82的两个压力交换管道8沿装置主体10的转动中心线相反设置。[0060] 如图3以及图4所示，第一管道组81的两个压力交换管道8为中心对称，且中心对称点与装置主体10的转动中心线重合；第二管道组82的两个压力交换管道8为中心对称，且中心对称点与装置主体10的转动中心线重合。[0061] 四个压力交换管道8各自的第一端沿装置主体10的转动中心线在预设投影面上的投影呈圆周均匀分布；四个压力交换管道8各自的第二端沿装置主体10的转动中心线在预设投影面上的投影呈圆周均匀分布；也即四个压力交换管道8在方位上相隔90°分布。[0062] 四个压力交换管道8各自的第一端在预设投影面上的投影区域位于四个压力交换管道8各自的第二端在预设投影面上的投影区域外；实现压力交换管道8为径向向外的螺旋结构，同时确保各个压力交换管道8彼此独立工作，互不干涉。[0063] 在某一时刻，四个压力交换管道8被配置为能够同时与两个高压浓海水进口1、两个低压海水进口2、两个低压浓海水出口3以及两个高压海水出口4接通。可以理解的是，第一管道组81的两个压力交换管道8的第一端分别接通外壳7的第一侧的高压浓海水进口1与低压海水进口2，同时第一管道组81的两个压力交换管道8的第二端接通外壳7的第二侧的低压浓海水出口3和高压海水出口4；第二管道组82的两个压力交换管道8的第一端分别接通外壳7的第二侧的高压浓海水进口1与低压海水进口2，同时第二管道组82的两个压力交换管道8的第二端接通外壳7的第一侧的低压浓海水出口3和高压海水出口4，实现四管道八进出口同时接通。[0064] 本申请所设计的为中心对称的两个压力交换管道8流体方向相同但处于不同的相位，而相邻的两个压力交换管道8则流体方向相反。[0065] 取其中一个压力交换管道8进行工作原理的说明：[0066] 在第一相位时，此时压力交换管道8第一端/入口与高压浓海水进口1接通，压力交换管道8第二端/出口与高压海水出口4接通。初始状态如图5中的(a)状态示意图，压力交换管道8中充满低压海水；工作状态时如图5中的(b)状态示意图，高压浓海水从高压浓海水进口1通入压力交换管道8后，与低压海水接触，将压力传递给低压海水，使低压海水升压为高压海水；当高压海水水压达到单向限压阀9设定的压力之后，高压海水从高压海水出口4排出。同时，高压浓海水不断冲击螺旋渐缩形的压力交换管道8，驱动装置主体10旋转，当高压海水完全排出时，压力交换管道8恰好旋转至与外壳7完全贴合，以将压力交换管道8的两端封闭。而高压浓海水在传递压力后变为低压浓海水留在压力交换管道8内，待压力交换管道8旋转至相应位置后进行第二相位的工作。至此完成第一相位的工作，整个过程实现了“压力能?压力能”的能量转换。[0067] 在第二相位时，随着装置主体10的旋转，此时压力交换管道8的第一端/入口与低压海水进口2接通，压力交换管道8的第二端/出口与低压浓海水出口3接通。初始状态如图6中的(a)状态示意图，压力交换管道8内充满了完成第一相位工作后留下的低压浓海水；工作状态如图6中的(b)状态示意图，低压海水从低压海水进口2进入压力交换管道8，挤压低压浓海水将其通过低压浓海水出口3排出。当低压浓海水完全排出时，压力交换管道8恰好旋转至与外壳7完全贴合，以将压力交换管道8封闭；而低压海水则留在压力交换管道8内，待旋转至第一相位后再次进行相应工作，至此完成一个工作循环。[0068] 需要说明的是，本申请的压力交换管道8为螺旋渐缩形设计，高压浓海水在流动过程中会对压力交换管道8施加持续的水平冲击力，使内球结构实现自驱动旋转；当压力交换管道8与外壳7完全贴合，即处于封闭状态时，装置主体10依靠自身惯性转动。[0069] 通过本申请该设计海水淡化的螺旋渐缩形旋转自驱动式余压能回收装置收集到的高压海水可以为后续的反渗透海水淡化系统提供原料，减少高压泵的功耗。[0070] 以上为本申请实施例提供的一种海水淡化的螺旋渐缩形旋转自驱动式余压能回收装置的实施例一，以下为本申请实施例提供的一种海水淡化的螺旋渐缩形旋转自驱动式余压能回收装置的实施例二，具体请参阅图1至图6。[0071] 基于上述实施例一的方案：[0072] 进一步地，装置主体10相对立的第一侧与第二侧之间安装有连接轴6，外壳7的第一侧与第二侧分别嵌装有与连接轴6一一对应连接的轴承5。通过轴承5与连接轴6之间的配合，实现装置主体10与外壳7之间转动连接。[0073] 进一步地，外壳7与装置主体10均设计为球状，外壳7具体为球形壳体，而装置主体10则为球形实体；外壳7的内壁以及装置主体10设计为球状，相比于其他形状，可以使得装置主体10转动的过程中尽可能与外壳7贴合，确保压力交换管道8的密封性；再者外壳7外部形状为球形壳体，可以和装置主体10形状保持一致，减少耗材，减轻装置重量，降低成本；当然，本领域技术人员也可以根据实际生产需要更改外壳7的外部形状，保证不影响其使用性能即可。[0074] 进一步地，外壳7设计为包括两个半壳体，两个半壳体之间通过连接件11可拆卸地连接一起。这种设计方式方便拆装，维护更加便利。[0075] 进一步地，针对连接件11设计来说，包括锁扣以及挂钩。[0076] 挂钩安装于其中的一个半壳体上，锁扣安装于另一个半壳体，且与挂钩可拆卸连接。通过锁扣与挂钩之间的配合，能够快速将两个半壳体紧密连接。[0077] 进一步地，为了提升连接可靠性，连接件11设计为多个，且呈圆周均匀分布。以设计四个为例，也即间隔90°分布在半壳体四周。[0078] 进一步地，该压力交换管道8设计为可拆卸安装于装置主体10中，这样方便对损坏的管道进行针对性更换，提升维护便利性。[0079] 进一步地，还可以将压力交换管道8与装置主体10设计为一体成型，例如直接在实体结构的装置主体10上加工出需要的压力交换管道8以实现一体成型，进而减少组装工序。[0080] 以上对本申请所提供的一种海水淡化的螺旋渐缩形旋转自驱动式余压能回收装置进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本申请实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

专利地区：广东

专利申请日期：2024-05-15

专利公开日期：2024-11-29

专利公告号：CN118423221B