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DE69733134T2 - Schieberventil für ein druckenergieaustauschsystem - Google Patents

Schieberventil für ein druckenergieaustauschsystem Download PDF

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Publication number
DE69733134T2
DE69733134T2 DE1997633134 DE69733134T DE69733134T2 DE 69733134 T2 DE69733134 T2 DE 69733134T2 DE 1997633134 DE1997633134 DE 1997633134 DE 69733134 T DE69733134 T DE 69733134T DE 69733134 T2 DE69733134 T2 DE 69733134T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
pressure
piston
cylinder
energy exchanger
printing energy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE1997633134
Other languages
English (en)
Other versions
DE69733134D1 (de
Inventor
Scott Shumway
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Flowserve Holdings Inc
Original Assignee
DWEER TECHNOLOGY Ltd HAMILTON
Dweer Technology Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by DWEER TECHNOLOGY Ltd HAMILTON, Dweer Technology Ltd filed Critical DWEER TECHNOLOGY Ltd HAMILTON
Application granted granted Critical
Publication of DE69733134D1 publication Critical patent/DE69733134D1/de
Publication of DE69733134T2 publication Critical patent/DE69733134T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D61/00Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/02Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
    • B01D61/06Energy recovery
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00Fluid handling
    • Y10T137/8593Systems
    • Y10T137/86493Multi-way valve unit
    • Y10T137/86574Supply and exhaust
    • Y10T137/8667Reciprocating valve
    • Y10T137/86694Piston valve
    • Y10T137/8671With annular passage [e.g., spool]

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
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  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Multiple-Way Valves (AREA)

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine lineare Steuerschiebereinrichtung zum Richten eines Stroms eines Fluids in einem Druckenergieaustauschsystem, und genauer betrachtet auf eine lineare Steuerschiebereinrichtung, die, wenn sie mit einem ersten und einem zweiten Druckenergieaustauscher-Druckbehälter verbunden wird, Fluid unter hohem Druck zu einem oder zu beiden Druckenergieaustauschern richtet und alternativ Fluid unter niedrigem Druck von dem ersten und/oder zweiten Druckenergieaustauscher wegrichtet, wobei wenigstens einer der ersten und zweiten Druckenergieaustauscher auf hohem Druck ist und in der Lage ist, zu jeder Zeit eine Strömung zu erlauben.
  • Stand der Technik
  • Ein Druckenergieaustauscher (work exchanger) ist ein Gerät, das Strömungsenergie aus einem Strom zurückgewinnt und diese Energie einem anderen Strom überträgt. Druckenergieaustauscher sind im Stand der Technik gut bekannt, wie dies das frühere US-Patent 3,489,159 von Cheng et al aufzeigt, welches ein Verfahren und eine Vorrichtung offenbart, mit der Fluide unter Druck gesetzt und druckentlastet werden können. In einer Ausführungsform wird die Erfindung aus diesem vorerwähnten Patent auf einen umgekehrten Osmoseprozess angewandt.
  • Druckenergieaustauscher sind daher gegenwärtig in der Entsalzungsindustrie im Einsatz, und zwar insbesondere in Verbindung mit dem umgekehrten Osmoseprozess, der in dieser Industrie eingesetzt wird. Derartige Druckenergieaustauscher werden verwendet, um Druckenergie aus dem Ausstoßstrom eines umgekehrten Osmoseprozesses zurückzugewinnen, welcher Strom etwa 60% oder mehr der gesamten Energie darstellen kann, die benötigt wird, um einen Zufuhrstrom bis hin zu Drücken zu pumpen, die für die umgekehrte Osmose benötigt werden. Allerdings gibt es zum jetzigen Zeitpunkt keine wirtschaftlich einsetzba ren Druckenergieaustauscher für Energierückgewinnungsvorrichtungen, und dies liegt an der Komplexität, der Größe und dem hohen Grad an Wartung, der mit derartigen Vorrichtungen in Zusammenhang steht.
  • In der jüngsten Geschichte sind Versuche gemacht worden, um Druckenergieaustauscher für das Rückgewinnen von hydraulischer Energie aus einem Ausgabestrom von umgekehrten Osmosesystemen einzusetzen, und die Ergebnisse dieser Bemühungen sind in dem früheren US-Patent 5,306,428 von Tonner offenbart. Das Tonner-Patent offenbart eine Drehventileinrichtung, die verwendet wird, um Salzlauge zu/von unterschiedlichen Druckenergieaustauscherkammern zu richten. Allerdings sind die Drehventilvorrichtungen von Tonner nicht hydraulisch im Gleichgewicht und dies ist ein wesentlicher Nachteil. Insbesondere ist das Fehlen von hydraulischem Gleichgewicht in der Vorrichtung von Tonner Anlass für übermäßigen Verschleiß an den Dichtoberflächen aufgrund der seitlichen, auf die zentrale Drehanordnung ausgeübten Belastungen, und erzeugt auch innere und äußere Leckageprobleme zwischen den Hochdruckeingangs- und -ausgangsanschlüssen und den Unterdruckabzuganschlüssen. Dies reduziert umgekehrt die Effektivität der Vorrichtung von Tonner und setzt Größenbegrenzungen auf jede Vorrichtung, die realistisch hergestellt werden könnte.
  • Ein weiterer wesentlicher Nachteil der Vorrichtung von Tonner bezieht sich auf den Umstand, dass diese bei ihrem Betrieb keine "Überlappungsperiode" besitzt, das ist ein Zeitraum, in dem die Salzlauge in jeden Zylinder des Druckenergieaustauschers strömt. Dies ist ein kritisches Problem, da der Salzlaugenstrom aus den Membranen in einem umgekehrten Osmosesystem niemals begrenzt werden darf.
  • Die EP A 0 172 780 offenbart eine fluidbetätigte Pumpe, die ein Gehäuse aufweist, welches erste und zweite Zylinder einschließt. Erste und zweite Kolben sind steif aneinander fixiert und in ihren entsprechenden Zylindern angeordnet, wobei die Zylinder abwechselnd unter Druck stehendes Fluid zum Betreiben der Pumpe erhalten. Erste und zweite flexible Abdichtungen sind zwischen den Kolben und ihren entsprechenden Zylindern vorgesehen, um innere und äußere Kammern in jedem der Zylinder zu bilden.
  • Eine Steuerschiebereinrichtung ist zwischen einer ersten Stellung zum Zuführen von Arbeitsfluid zur inneren Kammer des ersten Zylinders und einer zweiten Stellung zum Zuführen von Arbeitsfluid zu der inneren Kammer des zweiten Zylinders beweglich. Federbelastete Kugeln sind angepasst, um in Nuten des Schieberventils zu passen und sind zum Zurückhalten des Schieberventils in den ersten und zweiten Stellungen vorgesehen. Erste und zweite Federrückhalter besitzen erste und zweite Federn und sind an entgegengesetzten Enden des Schieberventils zum Eingriff in die Kolben zum Schalten über das Schieberventil zwischen den ersten und zweiten Stellungen hinsichtlich der Kolbenbewegung vorgesehen.
  • Die US-A 3,622,250 offenbart eine Pumpe mit Kolben an entgegengesetzten Enden einer Kolbenstange, wobei die Kolbenstange durch einen Schieberventilkörper ragt, der die Zylinder für die entgegengesetzt angeordneten Kolben trennt. Ein Pilotsteuerventilkörper wird befestigt auf dem Schieberventilkörper und arbeitet abwechselnd auf die Kolben. Am Ende einer Kolbenbewegung wird die Druckquelle mit dem Körper des Pilotventils verbunden und gerichtet in den Steuerschieberkörper in einen von zwei ringförmigen Abstützungen auf der Kolbenstange und zurück in eine Endkammer für das Pilotventilelement, wodurch es das Pilotventilelement zur entgegengesetzten Seite des Pilotventilkörpers bewegt und umgekehrt den Strom des Fluides aus der Druckquelle in die Kolbenkammern umkehrt. Am Ende eines jeden halben Zyklus wird dieses Verfahren nacheinander befolgt. Die Kolben sind mit der Kolbenstange um Achsen schwenkbar verbunden, die sich über 90° zueinander erstrecken, um einen Selbstausgleich zu erlauben für jede Fehlausrichtung, die innerhalb der Pumpenstruktur existieren könnte. Die Hin- und Herbewegung des Pilotventilelements wird gedämpft durch einen Bypass-Teil des Eingangsfluids zur entgegengesetzten Seite des Pilotventilelements und das Pilotventilelement wird an einer Seite des Pilotventilkörpers durch einen Magneten freigebbar gehalten.
  • Außerdem werden allgemein Ventilvorrichtungen aus dem Stand der Technik zum Steuern von Druckenergieaustauschersystemen verwendet und sind nach wie vor komplex und kostspielig, werden durch betriebsmäßige Nachteile (wie beispielsweise die Verzögerung der Betätigung der Ventile, was zu einem unbeabsichtigten Abschluss des Systems führen kann) belastet, und benötigen eine durchgängige Synchronisierung und eine Steuerung von vielfachen Komponenten innerhalb des Systems.
  • Es besteht daher ein Bedürfnis im Stand der Technik für die Entwicklung eines weniger komplexen, weniger kostspieligen, ausgeglichenen und betriebsmäßig mehr konsistenten Gerätes zum Steuern des Stroms von Fluiden in Druckenergieaustauschersystemen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein lineares Druckaustauschersystem nach Anspruch 1.
  • Im allgemeinen weist eine lineare Steuerschiebereinrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform zwei Kolben auf, die durch eine innerhalb eines Zylinders angeordnete Stange miteinander verbunden sind. Der Zylinder besitzt 4 Anschlüsse oder Verbindungen: Einen Hochdruckeingang, einen ersten Druckenergieaustauscheranschluss, einen zweiten Druckenergieaustauscheranschluss und einen Niederdruck-Fluidaustrittsanschluss. Während des Betriebs der Vorrichtung befindet sich der Hochdruckeingang auf einem hohen Druck, der dem Druck des Austrittsfluids entspricht, der (beispielsweise) von den Membranen eines umgekehrten Osmosesystems kommt, während die ersten und zweiten Druckenergieaustauscher zwischen dem vorerwähnten hohen Druck und einem niederen Druck schwanken, der dem Austritt zugeordnet ist, wobei der letztere fast auf Atmosphärendruck liegt. Die Druckenergieaustauscher schwanken im Druck außer Phase, abhängig von der Anordnung der linearen Steuerschiebereinrichtung, sodass wenigstens einer der Druckenergieaustauscher sich zu jedem Zeitpunkt auf einem hohen Druck befindet.
  • Außerdem werden durch die Bewegung der linearen Steuerschiebereinrichtung rückwärts und vorwärts innerhalb des Zylinders die Anschlüsse der Druckenergieaustauscher abwechselnd freigegeben und geschlossen, und dies richtet die Strömung in einer sauberen Reihenfolge an den richtigen Anschluss.
  • Die bevorzugte lineare Steuerschiebereinrichtung ist einzigartig aufgebaut, sodass ihre Betriebsweise hydraulisch und axial ausgeglichen ist, sodass keine axialen Nettoschubkräfte während des Betriebes der Vorrichtung erzeugt werden. Als Ergebnis ist die zum Bewegen der linearen Steuerschiebereinrichtung benötigte Kraft nur jene Kraft, die die Reibung der Abdichtungsoberflächen überwindet, die den Kolben zugeordrnet ist. Das bedeutet, dass keine hydraulischen Kräfte überwunden werden müssen und es möglich wird, eine Antriebsvorrichtung, die der vorliegenden Erfindung zugeordnet ist, von niedriger Leistung zu wählen. In letzterer Hinsicht kann die Antriebsvorrichtung irgendeine Konstruktion sein, die in der Lage ist, eine lineare Hin- und Herbewegung zu erzeugen. Außerdem besitzt die Vorrichtung keine Begrenzungen hinsichtlich ihrer Größe und Durchflussgeschwindigkeit, und zwar aufgrund des Fehlens von axialer Schubkraft, die auf den Kolben, der linearen Steuerschiebereinrichtung ausgeübt wird.
  • Zusätzlich wird als ein Ergebnis des einzigartigen Aufbaus die bevorzugte lineare Steuerschiebereinrichtung eine wesentliche Verbesserung gegenüber Systemen aus dem Stand der Technik darstellen, und zwar insbesondere gegenüber einem Stand der Technik bei Ventilsystemen, und zwar dadurch, dass die Vorrichtung wesentlich unkomplizierter ist und dadurch auch wesentlich weniger kostspielig als Systeme oder Vorrichtungen aus dem Stand der Technik. Außerdem wird als ein Ergebnis des einzigartigen und vergleichsweise einfachen Aufbaus und Betriebes der Vorrichtung diese nicht mehr an Betriebsproblemen oder Problemen mit der Steuerung oder Synchronisation von Vorrichtungen aus dem Stand der Technik leiden. Schließlich wird die bevorzugte Vorrichtung einen wesentlichen Fortschritt darstellen gegenüber Drehventilanordnungen aus dem Stand der Technik, wie zum Beispiel jene, die in dem Patent von Tonner offenbart ist, und zwar dadurch, dass sie eine im Gleichgewicht befindliche und nicht asymmetrische Vorrichtung vorschlägt.
  • Vorzugsweise besitzt die lineare Steuerschiebereinrichtung einen Zylinder, erste und zweite darin befestigte Kolben und eine die ersten und zweiten Kolben miteinander verbindende Stange, um es zu bewirken, dass sich die ersten und zweiten Kolben längs einer geraden Linie innerhalb des Zylinders bewegen.
  • Vorteilhafterweise steigert und senkt die lineare Steuerschiebereinrichtung in geglätteter Form den Druck in den Druckenergieaustauschern durch einen detaillierten Aufbau der Kolben, die in der linearen Steuerschiebereinrichtung eingesetzt werden.
  • Die vorstehenden und weiteren Aufgaben und die Natur der Erfindung werden deutlicher verstanden werden unter Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung, die beigefügten Ansprüche und die beigefügten Zeichnungen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine schematische Darstellung eines Druckenergieaustauschersystems nach dem Stand der Technik.
  • 2 ist eine Tabelle, die den Zustand von verschiedenen in dem System nach dem Stand der Technik aus 1 eingesetzten Ventilen zeigt.
  • 3 ist eine schematische Darstellung einer linearen Steuerschiebereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die in einem Druckenergieaustauschersystem eingesetzt wird.
  • Die 4A bis 4B sind detailliertere, schematische Darstellungen der linearen Steuerschiebereinrichtung nach der vorliegenden Erfindung in verschiedenen Betriebsstufen.
  • 5 ist eine Seitenansicht im Schnitt eines bevorzugten Aufbaus für die Kolben, die in einer linearen Steuerschiebereinrichtung der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden, welche den Axialhydraulikausgleich in den Vordergrund stellt.
  • 6 ist eine seitliche Ansicht im Schnitt des Kolbens von der linken Seite aus den 4A und 4B.
  • Das beste Verfahren zum Ausführen der vorliegenden Erfindung
  • Die Erfindung wird nunmehr ausführlicher unter Bezugnahme auf die verschiedenen Figuren der Zeichnung beschrieben.
  • 1 ist eine schematische Darstellung eines Druckenergieaustauschersystems aus dem Stand der Technik. Wie man darin sieht, weist ein System 10 aus dem Stand der Technik folgende Komponenten auf: Energierückgewinnungskammern oder Druckenergieaustauscher 22 und 24, eine Hochdruckförderpumpe 50, ein Membranfeld 51 für umgekehrte Osmose (RO), eine Energierückgewinnungskraftpumpe 52, Seewasserzufuhrprüfungsventile 53 und 56, Seewasserfüllungsprüfungsventile 54 und 57, Salzlaugenabführventile 60 und 63, Druckentlastungsventile 61 und 64, Druckventile 55 und 58, und Salzlaugenfüllventile 59 und 62.
  • 2 ist eine Tabelle, die den Zustand von verschiedenen Ventilen veranschaulicht, die in dem System nach dem Stand der Technik aus 1 eingesetzt werden. Die Tabelle aus 2 wird verwendet, um die Reihenfolge der Tätigkeiten zu beschreiben, die in dem System nach dem Stand der Technik aus 1 durchgeführt werden.
  • Unter Bezugnahme auf die 1 und 2 ist der erste Zustand des Betriebes des Systems 10 am besten beschrieben als "Unter Druck setzen des Druckenergieaustauschers 22" und während dieses Betriebszustandes sind die Ventile 55, 56 und 62 offen, während die verbleibenden Ventile geschlossen sind. Als ein Ergebnis wird der Druckenergieaustauscher 22 unter Druck gesetzt, Salzlauge aus dem RO-Membranfeld 51 wird dem Druckenergieaustauscher 24 zur Verfügung gestellt, und der Druckenergieaustauscher 24 stellt Fluid über das Ventil 56 und die Kraftpumpe 52 dem RO-Membranfeld 51 zur Verfügung.
  • Die nächste Stufe des Betriebes wird am besten beschrieben als "Überlappen des Austauschers 22" und in diesem Betriebszustand sind die Ventile 53, 56, 59 und 62 offen, während die verbleibenden Ventile geschlossen werden. Salzlauge aus dem Feld 51 wird sowohl dem Austauscher 22 als auch dem Austauscher 24 zur Verfügung gestellt, und die Austauscher 22 und 24 stellen Fluid über die Ventile 53 und 56 und über die Kraftpumpe 52 dem Feld 51 zur Verfügung.
  • Die nächste Betriebsstufe wird am besten beschrieben als "Isolieren des Austauschers 24" und in diesem Zustand sind die Ventile 53 und 59 offen, während die verbleibenden Ventile geschlossen werden. Der Austauscher 22 setzt fort, Salzlauge aus dem Feld 51 zu erhalten und setzt fort, Fluid über die Ventile 53 und die Pumpe 52 dem Feld 51 zuzuführen. Aber der Austauscher 24 empfängt weder noch stellt er Fluid zur Verfügung.
  • Die nächste Betriebsstufe wird am besten beschrieben als "Druckentlasten des Austauschers 24" und in dieser Stufe sind die Ventile 53, 59 und 64 offen, während die verbleibenden Ventile geschlossen werden. Der Austauscher 22 setzt fort, Salzlauge aus dem Feld 51 zu erhalten und Fluid dem Feld 51 zur Verfügung zu stellen, während der Austauscher 24 über das Druckentlastungsventil 64 druckentlastet wird.
  • Die nächste Stufe des Betriebes wird am besten beschrieben als "Füllen des Austauschers 24" und in dieser Stufe sind die Ventile 53, 57, 59 und 63 offen, während die verbleibenden Ventile geschlossen werden. Der Austauscher 22 setzt fort, Salzlauge von dem Feld 51 zu erhalten und Fluid über das Ventil 53 und die Pumpe 52 dem Feld 51 zuzuführen, während Fluid aus dem Austauscher 24 über das Salzlaugenabführventil 63 heraus fließt (das bedeutet, der Austauscher 24 stellt einen Salzlaugenausgang bei niedrigem Druck als Teil einer Füllungsoperation zur Verfügung). Während dieser Stufe wird das Seewasserfüllungsüberprüfungsventil 57 offen sein, aber das Seewasserfüllungsüberprüfungsventil 54 ist geschlossen, wodurch Hochdruckwasser daran gehindert wird, aus dem dem Austauscher 24 zugeordneten Niederdruckfüllungsbereich herauszulaufen.
  • Die nächste Stufe des Betriebes wird am besten beschrieben als "unter Druck setzen des Austauschers 24" und in diesem Zustand sind die Ventile 53, 58 und 59 offen, während die verbleibenden Ventile geschlossen werden. Der Austauscher 22 setzt fort, Salzlauge aus dem Feld 51 zu erhalten und Fluid über das Ventil 53 und die Pumpe 52 dem Feld 51 zuzuführen, während der Austauscher 24 über das Druckventil 58 unter Druck gesetzt wird.
  • Die nächste Stufe des Betriebes wird am besten beschrieben als "Überlappen des Austauschers 24" und in dieser Stufe sind die Ventile 59 und 62 offen, während die verbleibenden Ventile geschlossen werden. Wie auch schon bei der vorhergehenden "Überlappungs" Stufe werden beide Austauscher 22 und 24 dem Salzlaugenzulauf bei hohem Druck aus dem Feld 51 ausgesetzt und Austauscher 22 und 24 führen Fluid als Ausgang über die Ventile 53 und 56 und über die Pumpe 52 dem Feld 51 zu.
  • Die nächste Stufe des Betriebes wird am besten beschrieben als "Isolieren des Austauschers 22" und in dieser Stufe sind die Ventile 56 und 62 offen, während die verbleibenden Ventile geschlossen sind. Es besteht daher kein Fluss von Fluid in oder aus dem Austauscher 22, während Salzlauge in den Austauscher 24 über das Ventil 62 fließt und Fluid aus dem Austauscher 24 über das Ventil 56 und die Pumpe 52 in das Feld 51 fließt.
  • Die nächste Stufe des Betriebes wird am besten gekennzeichnet als "Druckentlasten des Austauschers 22" und in dieser Stufe sind die Ventile 56, 61 und 62 offen, während die verbleibenden Ventile geschlossen werden. Daher setzt der Austauscher 24 fort, Salzlauge aus dem Feld 51 über das Ventil 62 zu erhalten, und Fluid über das Ventil 56 und die Pumpe 52 dem Feld 51 zuzuführen, während der Austauscher 22 einem Druckentlasten über das Druckentlastungsventil 61 ausgesetzt ist.
  • Die letzte Stufe des Betriebes wird am besten beschrieben als "Füllung des Austauschers 22" und in dieser Stufe sind die Ventile 54, 56, 60 und 62 offen, während die verbleibenden Ventile geschlossen sind. Der Austauscher 24 setzt fort, Salzlauge aus dem Feld 51 zu erhalten und Fluid über das Ventil 56 und die Pumpe 52 dem Feld 51 zuzuführen, während der Austauscher 22 Salzlauge über das Ventil 60 abführt (das bedeutet, der Austauscher 22 stellt einen Ausgang von Salzlauge bei niedrigem Druck als einen Teil einer Füllungsoperation zur Verfügung). In dieser Stufe ist das Seewasserprüfungsventil 54 offen, aber das Seewasserfüllungsprüfungsventil 57 geschlossen, wodurch Hochdruckwasser daran gehindert wird, aus dem dem Austauscher 22 zugeordneten Niederdruckfüllbereich herauszulaufen.
  • 3 ist eine schematische Darstellung der linearen Steuerschiebereinrichtung der vorliegenden Erfindung zur Verwendung in einem Druckenergieaustauschersystem. Wie man dabei sieht, weist das System 70 aus der 3, die folgenden grundsätzlichen Komponenten auf: Energierückgewinnungskammern oder Druckenergieaustauscher 22 und 24, eine Steuerschiebereinrichtung 26, eine Hochdruck-Förderpumpe 50, ein RO-Membranfeld 51, 52, Seewasserzufuhrprüfungsventile 53 und 56, und Seewasserfüllungsprüfungsventile 54 und 57.
  • Daher wird in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung die lineare Steuerschiebeereinrichtung 26 Salzwasser über den Hochdruckeinlass 12 aus dem Feld 51 erhalten, und sie wird Salzwasser unter niedrigem Druck über die Niederdruckausgänge 14 und 16 abgeben. Außerdem wird Fluid zwischen den Druckenergieaustauschern 22 und 24 einerseits und der linearen Steuerschiebereinrichtung 26 andererseits über die Austauscheranschlüsse 18 und 20 aus der 4A fließen. Daher wird der Einsatz der linearen Steuerschiebereinrichtung 26 der vorliegenden Erfindung die Komplexität der Anordnung aus dem Stand der Technik durch den Ersatz der Druckventile 55 und 58, der Druckentlastungsventile 61 und 64, der Salzwasserabführventile 60 und 63 und der Salzwasserfüllventile 59 und 62 aus der 1 durch die einzelne lineare Steuerschiebereinrichtung 26 aus 3 wesentlich reduzieren.
  • Der Betrieb der linearen Steuerschiebereinrichtung 26 wird nunmehr unter Bezugnahme auf die 4A und 4B beschrieben werden, mit einer detaillierteren schematischen Darstellung der linearen Steuerschiebereinrichtung nach der vorliegenden Erfindung in ihren verschiedenen Betriebsstufen.
  • Wie man hier sieht, weist das System 70 folgende Komponenten auf: einen Hochdruckeingang 12, Niederdruckausgänge 14 und 16, Druckenergieaustauscheranschlüsse 18 und 20, Druckenergieaustauscher 22 und 24, und die lineare Steuerschiebereinrichtung 26.
  • Die lineare Steuerschiebereinrichtung 26 weist folgende Komponenten auf: einen äußeren Zylinder oder eine Schale 27, einen inneren Zylinder 28, Kolben 30 und 32, eine Kolbenstange 34 und ein Antriebselement 36. Die Kolbenstange 34 verbindet die Kolben 30 und 32, sodass sich diese gemeinsam bewegen. In dieser Ausführungsform ist das Antriebselement 36 mit einem der Kolben verbunden (in der 1 mit dem Kolben 30), und er ist an seinem anderen Ende mit einem geeigneten Antriebsmechanismus zum gemeinsamen Bewegen der Kolben 30 und 32 innerhalb des Zylinders 28 verbunden.
  • Der Hochdruckeingang 12 ist mit einer Quelle von Hochdruckfluid verbunden, das bedeutet, mit dem Salzlaugenausgang des RO-Membranenfeldes 51 (3). Die Niederdruckausgänge 14 und 16 sind mit einer Niederdrucksenke verbunden, um eine Entladung von Niederdrucksalzlauge aus dem Druckenergieaustauschersystem 70 zu erleichtern. Außerdem sind die Druckenergieaustauscheranschlüsse 18 und 20 mit den Druckenergieaustauschern 22 und 24 verbunden, um Salzlauge direkt zu und von den entsprechenden Druckenergieaustauschern 22 und 24 zu richten.
  • Wie schon vorstehend angegeben können die Niederdruckausgänge 14 und 16 in einem einzelnen niedrigen Druckausgang kombiniert werden. Beispielsweise können die Kolben 30 und 32 derart in ihrer Größe gewählt werden, dass die Kolbenstange 34 eine Hohlwelle sein kann, die eine Niedrigdruckseite des Systems 10 mit der anderen verbindet, wodurch sie es ermöglicht, dass die Zahl der Niederdruckanschlüsse auf einen reduziert wird.
  • Während des Betriebes ist der Hochdruckeinlass 12 auf einem Druck, der demjenigen des Druckes des Fluides entspricht, der aus dem Salzlaugenausgang des RO-Feldes 51 (3) hervorgeht, der mit dem Einlass 12 verbunden ist, während die Druckenergieaustauscher 22 und 24 zwischen einem Hochdruck (entsprechend dem Druck am Einlass 12) und einem Niederdruck (entsprechend dem Druck an den Ausgängen 14 und 16) schwanken, wobei der letzte nahezu bei Atmosphärendruck in dieser Ausführungsform ist. Wie in größerem Detail im Folgenden erklärt wird, schwanken die Druckenergieaustauscher 22 und 24 außer Phase hinsichtlich ihres Druckes, was von der Anordnung der Einrichtung 26 abhängt, sodass zumindest einer der beiden Druckenergieaustauscher 22 und 24 sich zu jeder Zeit bei hohem Druck befindet. Durch das Bewegen der Kolben 30 und 32 vorwärts und rückwärts in dem Zylinder 28, sind die Anschlüsse 18 und 20 abwechselnd ausgesetzt und geschlossen, um auf diese Weise Fluid in der richtigen Richtung und Reihenfolge zu dem richtigen Anschluss fließen zu lassen.
  • Der Betrieb der vorliegenden Erfindung wird nunmehr in größerem Detail unter Bezugnahme auf die 4A und 4B beschrieben, in denen die Stellungen der Kolben 30 und 32 in verschiedenen Stufen des Betriebes durch die alphabetischen Buchstaben A, B, ... (welche die Stellung der inneren oder rechten Kante des Kolbens 30 anzeigen) und A', B' (welche die Stellung der Inneren oder linken Kante des Kolbens 32 anzeigen) bestimmt ist.
  • Unter Bezugnahme auf 4A befinden in der als „Füllung des Druckenergieaustauschers 24" beschriebenen Stufe des Betriebes die Kolben 30, 32 sich in den Stellungen A und A' und der Druckenergieaustauscher 22 ist dem hohen Druck aus dem Anlass 12 ausgesetzt, während der Druckenergieaustauscher 24 mit dem Niederdruckausgang 16 verbunden bleibt. Es sollte festgehalten werden, dass in diesem Stadium des Betriebes der Fluss des Fluides in den Druckenergieaustauscher 22 fließt, aber aus dem Druckenergieaustauscher 24 heraus. Dies erlaubt es dem Druckenergieaustauscher 24, mit Salzwasser gefüllt zu werden.
  • In der Stufe des Betriebes, die als „unter Druck setzen des Druckenergieaustauschers 24" beschrieben wird, sind die Kolben 30 und 32 in ihre Positionen B und B' bewegt worden, sodass der Kolben 32 den Druckenergieaustauscher 24 relativ zum Niederdruckauslass blockiert, und teilweise der Druckenergieaustauscher 24 dem Hochdruckeinlass 12 ausgesetzt ist, während der Kolben 30 in so einer Position ist, dass der Druckenergieaustauscher 22 dem hohen Druckeinlass ausgesetzt bleibt. Daher repräsentiert diese Stufe das Beginnen des unter Drucksetzens des Druckenergieaustauschers 24. Die Strömung richtet sich in die Druckenergieaustauscher 22 und 24, aber es gibt keine Strömung in den Niederdruckauslässen 14 und 16.
  • In der Stufe des Betriebes, die am besten als „Überlappen des Druckenergieaustauschers 24" beschrieben werden kann, sind die Kolben 30 und 32 in die Positionen C und C' bewegt worden. Beide Druckenergieaustauscher 22 und 24 sind dem hohen Druckeinlass 12 ausgesetzt und daher ist die Strömung des Fluides in beide Druckenergieaustauscher 22 und 24 gerichtet, aber es gibt keine Strömung in die Niederdruckausgänge 14 und 16.
  • In der Stufe des Betriebes, der am besten als das „Isolieren des Druckenergieaustauschers 22" bezeichnet werden kann, sind die Kolben 30 und 32 in ihre Stellungen D und D' bewegt worden. Der Druckenergieaustauscher 22 wird durch den Kolben 30 vom Zugang zu dem Hochdruckeinlass 12 blockiert, während der Druckenergieaustauscher 24 einen vollständigen Zugang zum Eingang 12 besitzt. Das bedeutet, dass es keine Strömung von Fluiden hinein oder heraus aus dem Druckenergieaustauscher 22 gibt, während eine Strömung von Fluid unter hohem Druck in den Druckenergieaustauscher 24 stattfindet. Es gibt keine Strömung in die Niederdruckausgänge 14 und 16.
  • In der Stufe des Betriebes, die am besten als „Druckentlasten des Druckenergieaustauschers 22" beschrieben werden kann, sind die Kolben 30 und 32 in die Positionen E und E' entsprechend bewegt worden. Der Druckenergieaustauscher 22 ist teilweise dem Niederdruckauslass 14 ausgesetzt, während der Druckenergieaustauscher 24 vollständig dem Hochdruckeinlass 12 ausgesetzt bleibt. Die Strömung des Fluides läuft aus dem Druckenergieaustauscher 22 heraus und in den Druckenergieaustauscher 24 hinein, wobei keine Strömung durch die Niederdruckauslässe strömt.
  • In derjenigen Stufe des Betriebes, die am besten als „Füllen des Druckenergieaustauschers 22" bezeichnet werden kann, sind die Kolben 30 und 32 in die Positionen F und F' bewegt worden. In dieser Stufe ist der Druckenergieaustauscher 22 vollständig dem Niederdruckauslass 14 ausgesetzt, während der Druckenergieaustauscher 24 vollständig dem Hochdruckeinlass 12 ausgesetzt ist. Die Strömung des Fluides bleibt aus dem Druckenergieaustauscher 22 heraus und in den Druckenergieaustauscher 24 hinein, während es eine nach außen gerichtete Strömung durch das Niederdruckauslass 14 gibt. Dies erlaubt es dem Druckenergieaustauscher 22 mit Seewasser gefüllt zu werden.
  • Unter Bezugnahme auf die 4B werden in derjenigen Stufe des Betriebes, die am besten als „unter Drucksetzen des Druckenergieaustauschers 22" beschrieben werden kann, die Kolben 30 und 32 in die Positionen G und G' bewegt. Daher blockiert der Kolben 30 den Druckenergieaustauscher 22 relativ zum Niederdruckauslass 14, gibt aber teilweise den Druckenergieaustauscher 22 gegenüber dem Hochdruckeinlass 12 frei, während der Kolben 32 in so einer Position ist, dass der Druckenergieaustauscher 24 dem Hockdruckeinlass 12 ausgesetzt bleibt. Daher stellt diese Stufe den Beginn des unter Drucksetzens des Druckenergieaustauschers 22 dar. Strömungen sehen in die Druckenergieaustauscher 22 und 24, aber es gibt keine Strömung in den Niederdruckauslässen 14 und 16.
  • In der Stufe des Betriebes, der am besten als „Überlappen des Druckenergieaustauschers 22" beschrieben werden kann, werden die Kolben 30 und 32 in die Positionen H und H' bewegt. Die Bezeichnung „Überlappen" soll aussagen, dass sie den Umstand wiedergibt, dass die Hochdruckfluide aus dem Einlass 12 für beide Druckenergieaustauscher 22 und 24 zur gleichen Zeit vorgesehen sind. Es gibt nach wie vor keine Strömung in den Niederdruckauslässen 14 und 16.
  • In derjenigen Stufe des Betriebes, die als „Isolieren des Druckenergieaustauschers 24" beschrieben werden kann, sind die Kolben 30 und 32 in die Positionen I und I' bewegt worden. Der Anschluss 20 ist Blockiert, während der Anschluss 18 vollständig dem Hockdruckeinlass 12 gegenüber freigegeben ist. Daher ist der Druckenergieaustauscher 22 vollständig dem Hochdruckfluid ausgesetzt, das durch den Einlass 12 zutritt, während der Druckenergieaustauscher 24 dies nicht ist. Es gibt nach wie vor keine Strömung in den Niederdruckauslässen 14 und 16.
  • In derjenigen Stufe des Betriebes, die als „Druckentlastung des Druckenergieaustauschers 24" gekennzeichnet ist, sind die Kolben 30 und 32 in die Stellungen J und J' bewegt worden. Der Druckenergieaustauscher 22 verbleibt vollständig dem Hochdruckfluid am Einlass 12 ausgesetzt während der Druckenergieaustauscher 24 über den Niederdruckauslass 16 der Niederdrucksenke ausgesetzt ist, und es gibt keine nach außen gerichtete Strömung durch den Niederdruckauslass 16.
  • Es kann daher in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung gesehen werden, dass sich die Kolben 30 und 32 innerhalb des Zylinders 28 zurück und nach vorne bewegen und als Ergebnis die Anschlüsse 18 und 20 (die mit den Druckenergieaustauschern 22 und 24 in Verbindung stehen) abwechselnd freigegeben und geschlossen werden, wodurch das Fluid in der korrekten Reihenfolge zu dem korrekten Anschluss in richtiger Richtung fließt.
  • Man sollte erkennen, dass die einzigartige Konstruktion und Anordnung der Anschlüsse gemäß der vorliegenden Erfindung hydraulisch axial ausgeglichen ist, und dass daher keine Nettoschubkraft axial durch den Betrieb der Erfindung erzeugt wird. Als Ergebnis ist die zur Bewegung der linearen Steuerschiebeeinrichtung 26 erforderliche Kraft lediglich diejenige Kraft, die erforderlich ist, um die Reibung der Abdichtungsoberflächen (nicht dargestellt) zu überwinden, die den Kolben 30 und 32 zuzuordnen ist. Das bedeutet, dass keine hydraulischen Kräfte überwunden werden müssen. Dies ermöglicht es, eine Antriebseinrichtung (zum Antrieb der Kolben 30 und 32) einzusetzen, die wenig Leistung benötigt. Tatsächlich kann die Antriebseinrichtung von einer beliebigen Konstruktion sein, die in der Lage ist, eine hin und her laufende lineare Bewegung der Kolben 30 und 32 und der Kolbenstange 34 zu bewirken, mit einer Pause in der Bewegung dann, wenn die äußeren Bewegungsgrenzen erreicht werden. Außerdem ist es als ein Ergebnis des einzigartigen Aufbaus der vorliegenden Erfindung möglich, dieses so groß zu gestalten, dass die Strömungsbedingungen durch die Einrichtung 26 von niedriger hydraulischer Begrenzung sind, das bedeutet, es gibt keine Grenzen hinsichtlich der Größe und Strömungsgeschwindigkeit in der Einrichtung, was als Ergebnis des Fehlens der axialen Schubkraft auf die Kolben 30 und 32 resultiert.
  • Es sollte betont werden, das die Einrichtung 26 mechanisch so aufgebaut werden sollte, dass jedes Ende der Steuerschiebereinrichtung 26 (d.h., jeder Kolben 30 und 32) vollständig seinen Druckenergieaustauscheranschluss abdeckt. Auf diese Weise wird die Strömung zu und von dem Druckenergieaustauscher, die von dem bestimmten Anschluss bedient wird, effektiv gestoppt. In letzterer Hinsicht ist eine absolute Abdichtung des Anschlusses nicht erforderlich, aber die Strömung muss signifikant reduziert werden; dies ist die Bedeutung der Begriffe „Isolieren des Druckenergieaustauschers 22" und „Isolieren des Druckenergieaustauschers 24, die oben verwendet wurde. Ein weiteres wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass die lineare Steuerschiebereinrichtung 26 und der zugehörige Zylinder 28 so aufgebaut sind, dass beide Druckenergieaustauscheranschlüsse 18 und 20 nicht vollständig von der Steuerschiebeeinrichtung 26 zur gleichen Zeit abgedeckt werden. Wie oben angemerkt, gibt es Zeiten während des Betriebes der Einrichtung 26, zu denen die Anschlüsse 18 und 20 beide teilweise freigegeben sind, und dieses wird unter Bezug genommen als „Überlappen" in der vorstehenden Diskussion, weil das Hochdruckfluid in der Lage ist, kurz in beide Druckenergieaustauscher 22 und 24 zur gleichen Zeit zu strömen. Mit anderen Worten wird in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung der Prozentsatz, zu dem ein Austauscheranschluss offen ist und der Prozentsatz, zu dem der andere Austauscheranschluss offen ist, insgesamt zu allen Zeiten ungefähr 100% oder mehr betragen. Dies stellt sicher, dass der Salzlaugenstrom aus dem RO-Membranfeld 51 aus der 3 nicht zu irgendeiner Zeit vollständig abgeschlossen ist, was ein Erfordernis ist, das durch die vorliegende Erfindung erfüllt wird.
  • Außerdem ist der Aufbau der linearen Steuerschiebeeinrichtung 26 der vorliegenden Erfindung (wie in den 4A und 4B zu sehen) derart, dass es niemals eine direkte Verbindung zwischen dem Hochdruckeinlass 12 und den Niederdruckauslässen 14 und 16 gibt. Das bedeutet, dass wenn der Hochdruckeinlass 12 mit dem Austauscheranschluss 18 verbunden ist, der Weg zwischen dem Austauscheranschluss 18 und dem Niederdruckauslass 14 blockiert ist; in ähnlicher Weise ist dann, wenn der Hochdruckeinlass 12 mit dem Austauscheranschluss 20 verbunden ist, der Weg zwischen dem Austauscheranschluss 20 und dem Niederdruckauslass 16 blockiert.
  • Unter weiterer Bezugnahme auf 4 wird das Hochdruckfluid, das die Einrichtung 26 über den Einlass 12 betritt, durch die Barrieren 44a, 44b, 46a und 46b daran gehindert, den ringförmigen Raum zwischen dem äußeren Zylinder 27 und dem inneren Zylinder 28 zu besetzen. Außerdem ist die Oberfläche des inneren Zylinders 28 mit länglichen Schlitzen 38, 40 und 42 versehen, die längs der Kreisumfangsoberfläche des Zylinders 28 ein Feld bilden. Die Schlitze 40 dienen als ein Weg mittels dessen das Hochdruckfluid, das über den Einlass 12 zutritt, in das Innere des Zylinders 28 voranschreiten kann, während die Schlitze 38 und 42 als Wege dienen, mittels derer das Hochdruckfluid den Zylinder 28 verlässt und die Austauscheranschlüsse 18 und 20 betritt. Diese einzigartige Anordnung erlaubt einen verbesserten Strömungsweg für das Hochdruckfluid, minimiert den Druckabfall, den das Fluid erfährt, und stellt sicher, dass die Belastungen hydraulisch während des Bewegens der Kolben 30 und 32 ausgeglichen sind. Das bedeutet, dass der letztere Vorteil als ein Ergebnis des Umstandes erreicht wird, dass das Hochdruckfluid den Zylinder 28 der Einrichtung 26 radial anstatt durch eine Seite oder die andere Seite des Zylinders 28 betritt und austritt.
  • Wie vorstehend erwähnt werden in einer Ausführungsform der Erfindung die Niederdruckauslässe 14 und 16 bei im Wesentlichen Atmosphärendruck gehalten, während der Einlass 12 bei einem höheren als Atmosphärendruck ist. Allerdings ist in einer anderen Ausführungsform es möglich, die Niederdruckauslässe 14 und 16 auf einem Druck zu halten, der wesentlich höher als derjenige des Atmosphärendruckes ist, in welchem der Hochdruckeinlass 12 auf einem noch höheren Druck gehalten wird im Verhältnis zu dem Druckniveau der Niederdruckauslässe 14 und 16.
  • Bei einer derartigen Ausführungsform der Erfindung, in der das Druckniveau bei den Auslässen 14 und 16 wesentlich höher als der Atmosphärendruck ist, ist die von dem Druck auf der linken Seite (in den 4A und 4B) des Kolbens 30 ausgeübte Kraft des Kolbens 30 notwendiger Weise niedriger als die Kraft, die durch den Druck am Auslass 16 auf der rechten Seite des Kolbens 32 ausgeübt wird. Dies liegt an dem Umstand, dass die Kraft gleich ist dem Produkt aus Druck und Fläche, auf welchen der Druck wirkt und auf Grund des Umstandes, dass das Antriebselement 36 einen bestimmten Flächenbereich auf der linken Fläche des Kolbens 30 besetzt, was zu einer Reduzierung in der effektiven Fläche auf dem Kolben 30 führt, während keine derartige Reduktion in der effektiven rechten Fläche des Kolbens 32 stattfindet. Diese Kraft könnte ungünstig auf den Betrieb der linearen Steuerschiebeeinrichtung 26 sein, aber die vorliegende Erfindung schließt eine Lösung für ein derartiges Problem ein, wie im Folgenden Beschrieben wird.
  • 5 ist eine seitliche Ansicht im Schnitt einer modifizierten Antriebsanordnung für den Kolben auf der rechten Seite in den 4A und 4B. Diese modifizierte Antriebsanordnung kompensiert das Problem der „Kraft im Gleichgewicht", das soeben beschrieben wurde. Wie man in der 5 sieht, ist der Kolben 32 mit seinem eigenen Antriebselement 37 ausgerüstet, die Antriebselemente 36 und 37 sind miteinander in dieser Ausführungsform einzeln oder getrennt, jedoch synchronisiert, mit Aktuatoren oder mit einem einzelnen gemeinsamen Aktuator verbunden.
  • Wie vorstehend in Verbindung mit den 4A und 4B erwähnt werden zu unterschiedlichen Stufen des Betriebes der linearen Steuerschiebeeinrichtung 26 die Austauscher 22 und 24 entweder unter Druck gesetzt oder Druck entlastet, da es aus dem praktischen Gesichtspunkt heraus für wichtig gehalten wird, die Geschwindigkeit des unter Drucksetzens und des Druckentlastens der Austauscher 22 und 24 zu steuern. Eine derartige Steuerung der Geschwindigkeit des unter Drucksetzens und des Druckentlastens schafft Zeit für Prüfungsventile (nicht dargestellt) auf gegenüberliegenden Seiten der Austauscher 22 und 24 zu schließen. Die Steuerung der Geschwindigkeit des unter Drucksetzens und Druckentlastens ist ebenso wichtig aus dem Standpunkt des Reduzierens von Verschleiß und Abnutzung an den Komponenten des Systems.
  • Dementsprechend ist 6 eine seitliche Ansicht im Schnitt von einem bevorzugten Aufbau für die Kolben, die in einer linearen Steuerschiebeeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. Der sehr einzigartige Aufbau der Kolben 30 und 32 der Einrichtung 26 ist für den Zweck des Steuerns der Geschwindigkeit des unter Drucksetzens und Druckentlastens der Austauscher 22 und 24 geschaffen. Während die Kolben 30 und 32 in der in den 4A und 4B offenbarten Ausführungsform mit im Allgemeinen rechtwinkligem Seitenquerschnitt zu sehen sind, können speziell die inneren Flächen 30a, 32a und die äußeren Flächen 30b, 32b der Kolben 30 und 32 modifiziert werden, um die Geschwindigkeit des unter Drucksetzens und Druckentlastens der Austauscher 22 und 24 während des Betriebes der Einrichtung 26 zu steuern. Daher kann anhand eines Beispiels und wie in der Ausführungsform der 6 zu sehen, die innere Fläche 30a und die äußere 30b des Kolbens 30 so modifiziert werden, dass sie mit oberen und unteren Kanten gekrümmt sind, oder insgesamt gekrümmt sind, oval oder konvex in der Form sind.
  • Es sollte bemerkt werden, dass in der vorliegenden Erfindung es keine äußeren Hochdruckdichtungen gibt. Die einzige äußere Dichtung ist eine Niederdruckdichtung, die den Antriebselementen 36 und 37 zugeordnet ist. Falls allerdings Dichtungen benötigt werden, können die Kolben 30 und 32 durch mehrfache Kolbenringe abgedichtet werden, derartige Kolbenringe (nicht dargestellt) gleiten innerhalb des Zylinders 28, wo die Anschlüsse 18 und 20 abwechselnd freigegeben und geschlossen werden. Die Anschlüsse 18 und 20 sind so aufgebaut, dass ein Kolbenring über sie gleiten kann, und können einen perforierten Schirm, mit Schirmmaterial oder irgendeinem Mechanismus, einschließen, der den Verschleiß auf den Ringen reduziert, aber trotzdem einen korrekten Strömungsweg zur Verfügung stellt. Die Anschlussanordnung kann einen radialen Schirm oder eine Wandschirmanordnung mit einem ringförmigen Raum hinter einem derartigen Schirm einschließen, der mit den Druckenergieaustauschern 22 und 24 derart verbunden ist, dass nichtaxiale Kräfte während der gesamten Bewegung der Kolben 30 und 32 ausgeglichen werden, einschließlich des unter Drucksetzens und der Druckentlastung der Druckenergieaustauscher 22 und 24.
  • Die Einrichtung kann aus einem korrosionsbeständigen Material bestehen, oder aus irgendeinem anderen Material, das geeignet ist, berücksichtigt man den Betrieb und die Funktionen der vorstehend beschriebenen Einrichtung. In dieser Beziehung können Gleitflächen mit harten Materialien behandelt werden, um eine Erodierung der Zylinderoberfläche durch Leckage zu verhindern.
  • Wie vorstehend erwähnt können die Kolben 30 und 32 durch eine beliebige Einrichtung angetrieben werden, die konsistent mit dem Betrieb und den Funktionen der vorliegenden Funktion sind, einschließlich äußerer linearer Positionierer, Schraubentriebe oder eines pneumatischen Systems. Außerdem können die Kolben 30 und 32 intern durch hydraulischen Druck oder durch einen ansteigende Schrauben/Getriebeantrieb angetrieben werden. Wie vorstehend erwähnt können die Kolben 30 und 32 so groß in einer Weise bemessen werden, dass eine Hohlwelle eine Niederdruckseite mit der anderen verbinden kann, wodurch die Zahl der Niederdruckauslässe 14 und 16 (in der 1) auf einen einzelnen Niederdruckauslass 38 reduziert wird (zu sehen in den 2A bis 2J). Zusätzlich kann zum Reduzieren von zu erwartendem Verschleiß und Abnutzung auf den Oberflächen der Druckenergieaustauscheranschlüsse 18 und 20 und auf den Kolbenringen der Kolben 30 und 32 die Einrichtung 26 externe Ventile zum unter Drucksetzen und Druckentlasten, die mit den Anschlüssen 18 und 20 verbunden sind, einschließen.
  • Um es zusammenzufassen eliminiert die Einrichtung 26 nach der vorliegenden Erfindung komplexe Ventilanordnungen und Bauten aus dem Stand der Technik (beispielsweise werden so viele wie 8 Zweiwege-an-aus-Ventile und ihre zugehörigen Probleme eliminiert), das Ersetzen dieser komplexen Ventilanordnungen durch eine einzelne ausgeglichene Einrichtung, die leicht zu warten ist und keine äußeren Hochdruckdichtungen benötigt.
  • Während die vorstehenden Formen und Anordnungen dargestellt wurden zur Erläuterung der Erfindung sollte es verstanden sein, das unterschiedliche Änderungen und Modifizierungen gemacht werden können, ohne sich von dem Umfang der Offenbarung zu lösen.

Claims (17)

  1. Druckenergieaustauschsystem (work exchanger system), einschließend: einen ersten Druckenergieaustauscher-Druckbehälter (22); einen zweiten Druckenergieaustauscher-Druckbehälter (24); und eine lineare Steuerschiebereinrichtung (26), die mit dem ersten Druckenergieaustauscher-Druckbehälter (22) und mit dem zweiten Druckenergieaustauscher-Druckbehälter (24) verbunden ist; dadurch gekennzeichnet, dass während der Verwendung die lineare Steuerschiebereinrichtung (26) Fluid unter hohem Druck zu den ersten und zweiten Druckenergieaustauscher-Druckbehältern (22, 24) richtet, und unter niedrigem Druck Fluid von einem der ersten und zweiten Druckenergieaustauscher-Druckbehälter (22, 24) weg richtet, und dass wenigstens einer der ersten und zweiten Druckenergieaustauscher-Druckbehälter (22, 24) bei hohem Druck ist und in der Lage ist, zu jeder Zeit eine Strömung zu erlauben.
  2. System nach Anspruch 1, in welchem die lineare Steuerschiebeeinrichtung (26) einen Zylinder (28), erste und zweite Kolben (30, 32), die in dem Zylinder (28) angeordnet sind, und eine Kolbenstange (34) einschließt, die die ersten und zweiten Kolben (30, 32) miteinander verbindet und sich längs einer Länge des Zylinders (28) erstreckt.
  3. System nach Anspruch 2, in welchem das System eine Bewegungseinrichtung (36) einschließt, die mit wenigstens einem der ersten und zweiten Kolben (30, 32) verbunden ist, um die ersten und zweiten Kolben (30, 32) zu bewegen.
  4. System nach Anspruch 3, in welchem die Bewegungseinrichtung (36) ein Antriebselement (36) einschließt, dass mit dem ersten Kolben (30) verbunden ist.
  5. System nach Anspruch 4, in welchem die Bewegungseinrichtung (36) ein zusätzliches Antriebselement (37) aufweist, das mit dem zweiten Kolben (32) verbunden ist.
  6. System nach einem der Ansprüche 3 bis 5, in welchem die ersten und zweiten Kolben (30, 32), wenn man sie von der Seite betrachtet, eine Form besitzen, die eine im Wesentlichen kreisförmige, eine im Wesentlichen ovale, oder eine im Wesentlichen konvexe Konfiguration ist.
  7. System nach einem der Ansprüche 2 bis 6, in welchem die ersten und zweiten Kolben (30, 32) obere und untere Kanten (30a', 30b') einschließen, die gekrümmt sind.
  8. System nach einem der vorstehenden Ansprüche, in welchem die lineare Steuerschiebereinrichtung (26) einen Zylinder (28), erste und zweite in dem Zylinder (28) angeordnete Kolben (30, 32), einen an im Wesentlichen einem zentralen Punkt längs einer Länge des Zylinders (28) angeordneten Hochdruckeinlass (12), um dem Zylinder (28) ein Fluid unter Hochdruck zur Verfügung zu stellen, und erste und zweite zwischen entsprechenden Enden des Zylinders (28) und dem Hochdruckeinlass (12) angeordnete Anschlüsse (18, 20) aufweist, wobei der erste Anschluss (18) mit dem ersten Druckenergieaustauscher-Druckbehälter (22) verbunden ist und der zweite Anschluss (20) mit dem zweiten Druckenergieaustauscher-Druckbehälter (24) verbunden ist.
  9. System nach Anspruch 8, in welchem der erste Kolben (30) den ersten Anschluss (18) an irgendeinem Punkt während seiner Bewegung abdichtet, und in welchem der zweite Kolben (32) den zweiten Anschluss (20) an irgendeinem Punkt während seiner Bewegung abdichtet.
  10. System nach Anspruch 9, in welchem der erste Kolben (30) den ersten Anschluss (18) nicht zu der gleichen Zeit abdichtet, in der der zweite Kolben (32) den zweiten Anschluss (20) abdichtet, und dass der zweite Kolben (32) den zweiten Anschluss (20) nicht zu der gleichen Zeit abdichtet, zu der der erste Kolben (30) den ersten Anschluss (18) abdichtet.
  11. System nach Anspruch 8, 9 oder 10, in welchem der erste Druckenergieaustauscher-Druckbehälter (22) druckentlastet wird, wenn der erste Kolben (30) zwischen dem ersten Anschluss (18) und dem Hochdruckeinlass (12) angeordnet ist.
  12. System nach einem der Ansprüche 8 bis 11, in welchem der zweite Druckenergieaustauscher-Druckbehälter (24) druckentlastet wird, wenn der zweite Kolben (32) zwischen dem zweiten Anschluss (20) und dem Hochdruckeinlass (12) angeordnet ist.
  13. System nach einem der Ansprüche 8 bis 12, in welchem der Zylinder (28) ein erstes zu dem ersten Anschluss (18) benachbartes Ende und ein zweites zu dem zweiten Anschluss (20) benachbartes Ende besitzt, und in dem der erste Druckenergieaustauscher-Druckbehälter (22) unter Druck gesetzt wird, wenn der erste Kolben (30) zwischen dem ersten Ende des Zylinders (28) und dem ersten Anschluss (18) angeordnet ist.
  14. System nach Anspruch 13, einschließend einen an dem ersten Ende des Zylinders (28) angeordneten Niederdruckauslass (14).
  15. System nach einem der Ansprüche 8 bis 12, in welchem der Zylinder (28) ein erstes, dem ersten Anschluss (18) benachbartes Ende und ein zweites zu dem zweiten Anschluss (20) benachbartes Ende besitzt, und in welchem der zweite Druckenergieaustauscher-Druckbehälter (24) unter Druck gesetzt wird, wenn der zweite Kolben (32) zwischen dem zweiten Ende des Zylinders (28) und dem zweiten Anschluss (20) angeordnet ist.
  16. System nach Anspruch 15, einschließend einen an dem zweiten Ende des Zylinders (28) angeordneten Niederdruckauslass (16).
  17. System nach Anspruch 15 oder 16, in welchem die lineare Steuerschiebeeinrichtung (26) wenigstens einen Niederdruckauslass (14, 16) einschließt.
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