CH708912B1 - Fluidaustauscheinrichtungen und damit zusammenhängende Verfahren. - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Austauschen von Druck (100, 300, 400, 500, 600) zwischen mindestens zwei Fluidströmen. Die Vorrichtung umfasst ein Gehäuse (110) mit einer Längsachse (L100) und einem mittleren Abschnitt (116, 612), der eine Vielzahl von festen Austauschleitungen (124) bildet. Eine rotierende Ventilbaugruppe (101) ist innerhalb des Gehäuses (110) angeordnet, um die Fluidströme zur Vielzahl von Austauschleitungen (124) und davon wegzuleiten. Ferner umfasst die Ventilbaugruppe (101) ein erstes Ventil (126), das am ersten Ende der Austauschleitungen (124) in Längsrichtung positioniert ist sowie mit diesem eine axiale Dichtung bildet und über Öffnungen in selektiver Kommunikation mit jeder Austauschleitung steht. Ein zweites Ventil (128), das am zweiten Ende der Austauschleitungen (124) in Längsrichtung positioniert ist sowie mit diesem eine axiale Dichtung bildet und über Öffnungen in selektiver Kommunikation mit jeder Austauschleitung steht.

Description

Prioritätsanspruch

[0001] Diese Anmeldung beansprucht den Vorzug des Einreichungsdatums der US-Patentanmeldung Serien-Nr. 13/587 722, eingereicht am 16. August 2012 mit dem Titel «Fluid Exchange Devices, Pressure Exchangers, and Related Methods».

Technisches Gebiet

[0002] Diese Erfindung behandelt allgemein Austauscheinrichtungen. Insbesondere betreffen Ausführungsformen dieser Erfindung Fluidaustauscheinrichtungen für eine oder mehrere Austauscheigenschaften (z.B. Druck) zwischen Fluiden und das Mischen von Fluiden, wobei die Austauscheinrichtung feste Austauschleitungen und ein oder mehrere rotierende Ventile aufweist.

Hintergrund

[0003] Druckaustauscher werden gelegentlich als «Flow-work-Austauscher» oder «isobare Vorrichtungen» bezeichnet und sind Geräte zum Austausch von Druckenergie von einem unter relativ hohem Druck strömenden Fluidsystem zu einem unter relativ niedrigem Druck strömenden Fluidsystem. Der hierin verwendete Begriff Fluid schliesst Gase, Flüssigkeiten und pumpbare Mischungen von Flüssigkeiten und Feststoffen ein.

[0004] Bei einigen industriellen Prozessen sind bei bestimmten Teilen des Betriebs erhöhte Drücke erforderlich, um die gewünschten Resultate zu erzielen, wobei der Druck des mit Druck beaufschlagten Fluids anschliessend herabgesetzt wird. Bei anderen Prozessen sind einige im Prozess verwendete Fluide bei hohen Drücken verfügbar und andere bei niedrigen Drücken, und es ist wünschenswert, Druckenergie zwischen diesen beiden Fluiden auszutauschen. Demzufolge lassen sich bei einigen Anwendungen in wirtschaftlicher Hinsicht starke Verbesserungen erzielen, falls der Druck effizient zwischen zwei Fluiden übertragen werden kann.

[0005] Beispielsweise gibt es industrielle Prozesse, wobei ein Katalysator bei hohem Druck verwendet wird, um zu bewirken, dass in einem Fluid eine chemische Reaktion erfolgt, und, nachdem die Reaktion erfolgt ist, ist es nicht mehr erforderlich, dass das Fluid unter hohem Druck steht, sondern es ist eine frische Fluidzufuhr unter hohem Druck erforderlich. Bei einem derartigen Prozess kann ein Druckaustauschgerät verwendet werden, um den Druck des mit hohem Druck beaufschlagten Fluids der Reaktion zur frischen Zufuhr von Fluid mit geringerem Druck zu übertragen, so dass die Wirtschaftlichkeit des Prozesses verbessert wird, indem die Zufuhr von weniger Pumpenergie erforderlich ist.

[0006] Ein anderes Beispiel, bei dem ein Druckaustauschgerät angewendet wird, ist die Reinigung von Salzlösung unter Verwendung des Prozesses der Umkehrosmose-Membran. Bei diesem Prozess wird ein eingeführter Salzlösungsstrom kontinuierlich mit hohem Druck beaufschlagt und für ein Membran-Array bereitgestellt. Der eingeführte Salzlösungsstrom wird kontinuierlich durch das Membran-Array in einen Strom hochkonzentrierter Salzlösung (Sole), der weiterhin unter relativ hohem Druck steht, und einen gereinigten Wasserstrom unter relativ geringem Druck geteilt. Während der Solestrom unter hohem Druck im Allgemeinen bei diesem Prozess nicht mehr als Fluid sinnvoll ist, hat die darin enthaltene Strömungsdruckenergie einen hohen Wert. Ein Druckaustauschgerät wird verwendet, um die Strömungsdruckenergie im Solestrom wiederzugewinnen und sie zu einem eingeführten Salzlösungsstrom zu übertragen. Nach der Übertragung der Druckenergie vom Solestrom wird die Sole bei niedrigem Druck ausgestossen, um durch den eingegebenen Salzlösungsstrom unter niedrigem Druck abzufliessen. Somit reduziert die Verwendung des Druckaustauschgeräts die Menge der erforderlichen Pumpenergie, um den eingegebenen Salzlösungsstrom mit Druck zu beaufschlagen.

[0007] Das US-Patent 4 887 942 und das US-Patent 6 537 035 offenbaren ein Druckaustauschgerät zum Übertragen von Druckenergie von einem Flüssigkeitsstrom aus einem Flüssigkeitssystem zu einem Flüssigkeitsstrom eines anderen Flüssigkeitssystems. Dieses Druckaustauschgerät weist ein Gehäuse mit einer Einlass- und Auslassleitung für jeden Flüssigkeitsstrom auf, sowie einen zylindrischen Rotor, der im Gehäuse angeordnet und zum Rotieren um seine Längsachse eingerichtet ist. Der zylindrische Rotor ist mit einer Anzahl von Durchgängen oder Bohrungen bereitgestellt, die parallel zur Längsachse verlaufen und an jedem Ende eine Öffnung aufweisen. Ein Kolben oder Freikolben kann in jede Bohrung zur Trennung der Flüssigkeitssysteme eingesetzt sein. Der zylindrische Rotor kann durch eine rotierende Welle oder durch vom Fluidstrom übertragene Kräfte angetrieben werden. Da jederzeit mehrere Durchgänge oder Bohrungen mit den Einlass- und Auslassleitungen beider Flüssigkeitssysteme ausgerichtet sind, ist der Strom in beiden Flüssigkeitssystemen im Wesentlichen kontinuierlich und gleichmässig. Aufgrund der Natur der Vorrichtung lassen sich mit einem einzelnen rotierenden beweglichen Teil hohe Rotations- und damit hohe zyklische Geschwindigkeiten des Geräts erreichen, wodurch wiederum das Volumen der Durchgänge oder Bohrungen im Rotor reduziert wird, so dass sich ein kompaktes und wirtschaftliches Gerät ergibt.

[0008] Das US-Patent 3 489 159, das US-Patent 5 306 428, das US-Patent 5 797 429 und die PCT-Patentveröffentlichung WO 2004/111 509 beschreiben jeweils eine alternative Anordnung für ein Druckaustauschgerät, das einen oder mehrere feste Austauschgefässe mit verschiedenen Ventilanordnungen an jedem Ende dieser Gefässe verwendet. Diese Geräte haben den Vorteil, dass es keine eindeutige Grenze für die Skalierung in der Grösse gibt und dass, bei der Vorrichtung aus WO 2004/111 509, ein Leck zwischen den Strömen unter hohem Druck und unter niedrigem Druck minimiert werden kann. In jedes Austauschgefäss kann ein Kolben zum Trennen der Flüssigkeitssysteme eingesetzt werden.

[0009] Nachteile von Druckaustauschgeräten auf der Basis von US-Patent 4 887 942 können aufweisen: Bei hohen Durchsatzraten kann es erforderlich sein, die Grösse des zylindrischen Rotor zu erhöhen, und es gibt Beschränkungen bei dem Betrag, um den ein derartiger Rotor nach oben skaliert werden kann, da Zentrifugalkräfte versuchen werden, den Rotor zu zerbrechen, ähnlich wie bei den Problemen, die bei der Skalierung von Schwungrädern auf grosse Grössen und hohe Geschwindigkeiten auftreten; sehr geringe Zwischenräume zwischen den zylindrischen Rotorenden und den Einlass- und Auslassleitungen sind erforderlich, um geringe Leckraten zwischen den Fluidsystemen unter hohem Druck und unter geringem Druck beizubehalten, wobei diese Lecks eine Reduktion der Effizienz verursachen und es schwierig ist, diese geringen Zwischenräume beizubehalten; beim Betrieb mit relativ hohen Drehgeschwindigkeiten kann es nicht praktikabel sein, statt nichtlinearer Kräfte, die durch den Fluidstrom, der den Strömungsbereich, über den eine bestimmte Vorrichtung betrieben werden kann, effizient reduzieren kann, eine angetriebene Welle zum Steuern der Rotation des Motors zu verwenden; und es kann nicht praktikabel sein, in den Durchgängen im Rotor einen Kolben zu verwenden, wodurch die Effizienz über verstärktes Vermischen zwischen den beiden Fluidströmen reduziert wird.

[0010] Nachteile von Druckaustauschgeräten auf der Basis von US-Patent 3 489 159 können aufweisen: der Strom in beiden Fluidsystemen ist im Wesentlichen nicht kontinuierlich und gleichmässig, sofern nicht eine grosse Anzahl von Austauschgefässen verwendet wird; diese Vorrichtungen sind im Allgemeinen wegen der linearen bzw. getrennten Natur der Ventile auf geringe zyklische Geschwindigkeiten beschränkt, sodass relativ grossvolumige Austauschgefässe erforderlich sind, die Kosten und Umfang erhöhen; und wegen der mehreren beweglichen Teile neigen diese Vorrichtungen dazu, komplexer und kostspieliger herzustellen zu sein als Vorrichtungen auf der Basis von US-Patent 4 887 942.

Offenbarung

[0011] Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welches einen effizienten Austausch von Druck zwischen Fluiden ermöglicht.

[0012] Verschiedene Ausführungsformen dieser Offenbarung weisen Austauschgeräte auf, die feste (z.B. stationäre) Austauschleitungen aufweisen, die nicht Teil eines rotierenden Bauteils sind. Bei einer derartigen Konfiguration wird angenommen, dass sie eine Vorrichtung bereitstellen, die auf eine Grösse skalierbar ist, um sehr hohe Ströme aufzunehmen, und die im Wesentlichen kontinuierlichen und gleichmässigen Strom bereitstellt, und die Fluid-Strömungswege bereitstellt, die eingerichtet sind, Kavitation, Vibration und andere Probleme in Zusammenhang mit Fluidstrom im Vergleich zu ähnlichen Druckaustauscheinrichtungen zu steuern.

[0013] Bei einigen Ausführungsformen weist diese Offenbarung eine Vorrichtung zum Austauschen von Druck zwischen mindestens zwei Fluidströmen auf. Die Vorrichtung weist ein Gehäuse mit einer Längsachse und einem mittleren Abschnitt auf, der eine Vielzahl fester Austauschleitungen bildet, die in einer Richtung längs der Längsachse verlaufen. Jede Austauschleitung der Vielzahl fester Austauschleitungen weist Öffnungen an einem ersten Längsende und einem zweiten, dem Längsende entgegengesetzten Ende auf. Die Vorrichtung weist weiter eine rotierende Ventilanordnung auf, die im Gehäuse angeordnet ist, um den Strom zu der und von der Vielzahl von Austauschleitungen zu lenken. Die rotierende Ventilanordnung weist ein erstes Ventil auf, das am ersten Ende der Vielzahl von Austauschleitungen in Längsrichtung angeordnet ist und das mit diesem eine axiale Dichtung bildet. Das erste Ventil weist eine Vielzahl von Öffnungen auf, die eingerichtet sind, mit jeder Austauschleitung der Vielzahl von Austauschleitungen in selektiver Kommunikation zu sein. Die rotierende Ventilanordnung weist weiter ein zweites Ventil auf, das an dem zweiten Ende der Vielzahl von Austauschleitungen in Längsrichtung angeordnet ist und das mit diesem eine axiale Dichtung bildet. Das zweite Ventil weist eine Vielzahl von Öffnungen auf, die eingerichtet sind, mit jeder Austauschleitung der Vielzahl von Austauschleitungen in selektiver Kommunikation zu sein.

[0014] Bei zusätzlichen Ausführungsformen weist die Offenbarung weiter eine Vorrichtung zum Austauschen von Druck zwischen mindestens zwei Fluidströmen auf. Die Vorrichtung weist ein Gehäuse mit einer Längsachse und einem mittleren Abschnitt auf, der eine Vielzahl fester Austauschleitungen bildet, die in einer Richtung längs der Längsachse verlaufen. Jede Austauschleitung der Vielzahl fester Austauschleitungen weist Öffnungen an einem ersten Längsende und einem zweiten, dem Längsende entgegengesetzten Ende auf. Die Vorrichtung weist weiter eine rotierende Ventilanordnung auf, die im Gehäuse angeordnet ist, um den Strom zu der und von der Vielzahl von Austauschleitungen zu lenken. Die rotierende Ventilanordnung weist ein erstes Ventil auf, das am ersten Ende der Vielzahl von Austauschleitungen in Längsrichtung angeordnet ist. Das erste Ventil weist eine Vielzahl von Öffnungen auf, die eingerichtet sind, mit jeder Austauschleitung der Vielzahl von Austauschleitungen in selektiver Kommunikation zu sein. Die rotierende Ventilanordnung weist weiter ein zweites Ventil auf, das an dem zweiten Ende der Vielzahl von Austauschleitungen in Längsrichtung angeordnet ist und das damit eine axiale Dichtung bildet. Das zweite Ventil weist eine Vielzahl von Öffnungen auf, die eingerichtet sind, mit jeder Austauschleitung der Vielzahl von Austauschleitungen in selektiver Kommunikation zu sein. Mindestens eine Öffnung der Vielzahl von Öffnungen des ersten Ventils, das mindestens teilweise mit einer entsprechenden Öffnung der Vielzahl von Öffnungen des zweiten Ventils in einer Richtung entlang der Längsachse des Gehäuses ausgerichtet ist, ist in einem Winkel von der entsprechenden Öffnung des zweiten Ventils versetzt.

[0015] Bei noch weiteren Ausführungsformen weist die Offenbarung ein Verfahren zum Austauschen von Druck zwischen Fluidströmen auf. Das Verfahren weist die Zufuhr eines Fluids unter relativ hohem Druck in einen ersten Port auf, der an einem ersten Ende eines Gehäuses eines Druckaustauschers ausgebildet ist; sowie die Zufuhr eines Fluids unter relativ niedrigem Druck in einen anderen zweiten Port, der an einem zweiten, entgegengesetzten Ende des Gehäuses des Druckaustauschers ausgebildet ist; das Rotieren eines Ventilelements, das ein erstes Ventil aufweist, das an einem ersten Ende einer Vielzahl stationärer Leitungen positioniert ist, die entlang einer Längsachse des Druckaustauschers verlaufen, und ein zweites Ventils, das an einem zweiten, entgegengesetzten Ende der Vielzahl von stationären Leitungen um die Vielzahl von stationären Leitungen positioniert ist; sowie das Übertragen des Fluids unter relativ hohem Druck vom ersten Port und in mindestens eine Leitung der Vielzahl stationärer Leitungen mit dem ersten Ventil, das Übertragen des Fluids unter relativ niedrigem Druck vom zweiten Port und in mindestens eine Leitung der Vielzahl stationärer Leitungen mit dem zweiten Ventil; die Druckbeaufschlagung des Fluids unter relativ niedrigem Druck mit dem Fluid unter relativ hohem Druck, um ein mit Druck beaufschlagtes Fluid und ein verbrauchtes Fluid zu bilden; das Übertragen des mit Druck beaufschlagten Fluids von der mindestens einen Leitung der Vielzahl stationärer Leitungen mit dem zweiten Ventil und das Ausgeben des mit Druck beaufschlagten Fluids vom Druckaustauscher durch einen im zweiten Ende des Gehäuses ausgebildeten dritten Port; und das Übertragen des verbrauchten Fluids von der mindestens einen Leitung der Vielzahl stationärer Leitungen mit dem ersten Ventil und das Ausgeben des verbrauchten Fluids aus dem Druckaustauscher durch einen im ersten Ende des Gehäuses ausgebildeten vierten Port.

[0016] Bei noch weiteren Ausführungsformen weist die Offenbarung ein Verfahren zum Austauschen von Druck zwischen Fluidströmen auf. Das Verfahren weist die Zufuhr einer hochkonzentrierten Salzlösung unter relativ hohem Druck in einen Druckaustauscher von einer Umkehrosmose-Vorrichtung durch einen ersten Port auf, der an einem ersten Ende eines Gehäuses eines Druckaustauschers ausgebildet ist; sowie die Zufuhr einer Salzlösung unter relativ niedrigem Druck in den Druckaustauscher durch einen zweiten Port, der an einem zweiten, entgegengesetzten Ende des Gehäuses des Druckaustauschers ausgebildet ist; die Druckbeaufschlagung der Salzlösung unter relativ niedrigem Druck mit der hochkonzentrierten Salzlösung unter relativ hohem Druck, um eine mit Druck beaufschlagte Salzlösung und eine verbrauchte hochkonzentrierte Salzlösung zu bilden; das Übertragen der mit Druck beaufschlagten Salzlösung vom Druckaustauscher durch einen im zweiten Ende des Gehäuses ausgebildeten dritten Port; und das Übertragen der verbrauchten hochkonzentrierten Salzlösung vom Druckaustauscher durch einen im ersten Ende des Gehäuses ausgebildeten vierten Port.

Kurze Beschreibung der Figuren

[0017] <tb>Fig. 1<SEP>ist eine Perspektivansicht einer Ausführungsform einer Austauscheinrichtung (z.B. eines Druckaustauschers) gemäss einer Ausführungsform der Offenbarung. <tb>Fig. 2<SEP>ist eine Perspektivansicht des Druckaustauschers aus Fig. 1 mit einem abgeschnittenen Abschnitt des Austauschers. <tb>Fig. 3<SEP>ist eine Perspektivansicht einer Ausführungsform einer Ventilbaugruppe wie zum Beispiel der Ventilbaugruppe des Druckaustauschers aus Fig. 1 und 2 . <tb>Fig. 4<SEP>ist eine Querschnittsansicht des Druckaustauschers aus Fig. 1 und 2 mit der Darstellung eines Strömungspfads der radialen Ports der Ventilbaugruppe. <tb>Fig. 5<SEP>ist eine Querschnittsansicht des Druckaustauschers aus Fig. 1 und 2 mit der Darstellung eines Strömungspfads der axialen Ports der Ventilbaugruppe, dargestellt durch eine zur Querschnittsebene von Fig. 4 senkrechte Querschnittsebene. <tb>Fig. 6<SEP>ist eine teilweise, auseinandergezogene Perspektivansicht des Druckaustauschers aus Fig. 1 und 2 . <tb>Fig. 7<SEP>ist eine Draufsicht einer Ausführungsform einer Ventilbaugruppe wie zum Beispiel der Ventilbaugruppe des Druckaustauschers aus Fig. 1 und 2 . <tb>Fig. 8<SEP>ist eine Perspektivansicht einer anderen Ausführungsform einer Ventilbaugruppe zur Verwendung mit einem Austauscher wie zum Beispiel dem Druckaustauscher aus Fig. 1 und 2 . <tb>Fig. 9<SEP>ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Druckaustauschers entsprechend einer anderen Ausführungsform der Offenbarung. <tb>Fig. 10<SEP>ist eine teilweise Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Druckaustauschers entsprechend noch einer weiteren Ausführungsform der Offenbarung. <tb>Fig. 11<SEP>ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Druckaustauschers entsprechend noch einer weiteren Ausführungsform der Offenbarung. <tb>Fig. 12<SEP>ist eine Perspektivansicht einer Ausführungsform einer Austauscheinrichtung (z.B. eines Druckaustauschers) entsprechend noch einer weiteren Ausführungsform der Offenbarung. <tb>Fig. 13<SEP>ist eine andere Querschnittsansicht des Druckaustauschers aus Fig. 12 . <tb>Fig. 14<SEP>ist eine andere Querschnittsansicht des Druckaustauschers aus Fig. 12 .

Art(en) der Ausführung der Erfindung

[0018] Die hierin vorgestellten Darstellungen sind in einigen Fällen keine tatsächlichen Ansichten von bestimmten Vorrichtungen, Bauteilen, Strukturen, Elementen oder anderen Merkmalen, sondern rein idealisierte Darstellungen, die verwendet werden, um Ausführungsformen dieser Offenbarung zu beschreiben. Zusätzlich können in den Figuren gemeinsam verwendete Elemente die gleiche numerische Bezeichnung beibehalten.

[0019] Hierin offenbart werden Fluid-Austauscheinrichtungen (z.B. einen Druckaustauscher), die zum Austauschen von einer oder mehreren Eigenschaften zwischen Fluiden verwendet werden können.

[0020] Bei einigen Ausführungsformen werden hierin Austauscher offenbart, die den verschiedenen Bauteilen und Konfigurationen der Druckaustauscher dargestellt in der US-Patentanmeldungs-Veröffentlichung US 2009/0 185 917 für Andrews, veröffentlicht am 23. Juli 2009, ähneln und diese einschliessen.

[0021] Obwohl einige Ausführungsformen dieser Offenbarung so dargestellt sind, dass sie als ein Druckaustauscher zwischen zwei oder mehreren Fluiden verwendet und eingesetzt werden, ist es für Fachleute auf diesem Gebiet ersichtlich, dass die Ausführungsformen dieser Offenbarung bei anderen Implementierungen eingesetzt werden können, wie zum Beispiel dem Austausch anderer Eigenschaften (z.B. Temperatur, Dichte usw.) zwischen einem oder mehreren Fluiden und/oder Vermischen von zwei oder mehr Fluiden.

[0022] Fig. 1 ist eine Perspektivansicht einer Ausführungsform einer Austauscheinrichtung (z.B. eines Druckaustauschers 100), und Fig. 2 ist eine andere Perspektivansicht des Druckaustauschers 100 aus Fig. 1 , die einen ausgelassenen Abschnitt aufweist. Entsprechend der Darstellung in Fig. 1 und 2 kann der Druckaustauscher 100 eine Vielzahl von Ports (z.B. vier) zum Zuführen von Fluid zum und zum Entfernen von Fluid vom Druckaustauscher 100 aufweisen. Beispielsweise kann der Druckaustauscher 100 einen ersten Port 102 eines ersten Stroms (der z.B. als Einlass für hohen Druck (HPI) 103 fungiert) und einem zweiten Port 104 (der z.B. als Auslass für hohen Druck (HPO) 105 fungiert) aufweisen. Der Druckaustauscher 100 kann auch einen dritten Port 106 eines zweiten Stroms (der z.B. als Einlass für niedrigen Druck (LPI) 107 fungiert) und einen vierten Port 108 (der z.B. als Auslass für niedrigen Druck (LPO) 109 fungiert) aufweisen.

[0023] Entsprechend der Darstellung ist der Druckaustauscher 100 eingerichtet, es Fluid unter hohem Druck zu ermöglichen, in den Druckaustauscher 100 (beispielsweise durch Ports 102, 104) entlang der Mitte des Druckaustauschers 100 (beispielsweise entlang einer Längsachse L100 oder Mittenlinie des Druckaustauschers 100) einzutreten oder diesen zu verlassen, während Fluid unter niedrigem Druck beispielsweise durch Ports 106,108 in einer Richtung quer zur Längsachse L100 bzw. Mittenlinie des Druckaustauschers 100 (beispielsweise tangential zur Rotation der weiter unten besprochenen Ventilbaugruppe im Druckaustauscher 100) in den Druckaustauscher 100 eintritt bzw. aus diesem austritt. Bei anderen Ausführungsformen kann der Druckaustauscher 100 eingerichtet sein, es Fluid unter niedrigem Druck zu ermöglichen, beispielsweise durch Ports 102, 104 entlang der Mitte des Druckaustauschers 100 (beispielsweise entlang der Längsachse L100 oder Mittenlinie des Druckaustauschers 100) in den Druckaustausch 100 einzutreten und aus diesem auszutreten, während Fluid unter hohem Druck beispielsweise durch Ports 106, 108 in einer Richtung quer zur Längsachse L100 oder Mittenlinie des Druckaustauschers 100 (beispielsweise tangential zur Rotation der weiter unten besprochenen Ventilbaugruppe im Druckaustauscher 100) in den Druckaustauscher 100 eintritt und aus diesem austritt.

[0024] Der Druckaustauscher 100 weist ein Gehäuse 110 auf, das die Vielzahl von Ports 102, 104, 106, 108 bildet. Beispielsweise kann das Gehäuse 110 des Druckaustauschers 100 Endkappen aufweisen (beispielsweise eine erste Endkappe 112 und eine zweite Endkappe 114) die einen oder mehrere darin ausgebildete Ports aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen kann jede Endkappe 112, 114 zwei Ports aufweisen. Beispielsweise kann die erste Endkappe 112 den ersten Port 102 und den vierten Port 108 aufweisen, und die zweite Endkappe 114 kann den zweiten Port 104 und den dritten Port 106 aufweisen. Das bedeutet, dass die erste Endkappe 112 den HPI 103 und den LPO 109 aufweisen kann und dass die zweite Endkappe 114 den HPO 105 und den LPI 107 aufweisen kann.

[0025] Bei einigen Ausführungsformen können die Endkappen 112, 114 so ausgebildet sein, dass der erste Port 102 und der zweite Port 104 (beispielsweise der HPI 103 und der HBO 105) mit einer Achse des Druckaustauschers 100 ausgerichtet sind (beispielsweise mit der Längsachse L100 bzw. Mittenlinie). Anders ausgedrückt heisst dies, dass die Endkappen 112, 114 den Fluidstrom (beispielsweise Fluidstrom unter hohem Druck) durch den ersten Port 102 und den zweiten Port 104 in einer Axialrichtung ermöglichen können. Die Endkappen 112, 114 können so ausgebildet sein, dass der dritte Port 106 und der vierte Port 108 (beispielsweise der LPI 107 und der LPO 109 quer (beispielsweise senkrecht) zu einer Achse des Druckaustauschers 100 (beispielsweise der Längsachse L100 oder Mittenlinie) ausgerichtet sind. Anders ausgedrückt heisst dies, dass die Endkappen 112, 114 den Fluidstrom durch den ersten Port 102 und den zweiten Port 104 in einer radialen Richtung ermöglichen können.

[0026] Bei einigen Ausführungsformen können die Endkappen 112, 114 in etwa ähnlich (beispielsweise identisch) sein und ähnliche Bauteile aufweisen. Beispielsweise können die Endkappen 112, 114 gegenseitige Spiegelbilder sein, um den Fluss dadurch zu ermöglichen. Anders ausgedrückt heisst dies, dass die Ports 106, 108 der Endkappen 112, 114 so positioniert sein können, dass die Rotation eines Ventils darin dazu neigt, Fluid durch den Port 106, 108 einzuziehen oder Fluid aus dem Port 106, 108 auszustossen. Bei derartigen Ausführungsformen kann es die tangentiale Ausrichtung der Ports 106, 108 einer Ventilbaugruppe (beispielsweise der weiter unten ausführlicher besprochenen Ventilbaugruppe 101) ermöglichen, durch Fluidstrom durch die Ports 106, 108 rotiert zu werden (siehe beispielsweise Fig. 9 ).

[0027] Das Gehäuse 110 des Druckaustauschers 100 weist einen mittleren Abschnitt 116 auf, der zwischen den Endkappen 112, 114 verläuft. Beispielsweise kann jede Endkappe 112, 114 mit dem mittleren Abschnitt 116 an gegenüberliegenden axialen Enden des mittleren Abschnitts 116 gekoppelt sein. Bei einigen Ausführungsformen können die Endkappen 112, 114 mit Stangen 118 gekoppelt sein, die an beiden Enden des mittleren Abschnitts 116 befestigt sind. Bei anderen Ausführungsformen können die Endkappen 112, 114 entsprechend der Darstellung und der folgenden Beschreibung mit Bezug auf Fig. 12 direkt mit dem mittleren Abschnitt 116 gekoppelt sein. Die Endkappen 112, 114 können an jedem Ende des mittleren Abschnitts 116 mit Platten abschliessen (beispielsweise einer ersten Platte 120 und einer zweiten Platte 122). Beispielsweise kann jede Endkappe 112, 114 mit einer Platte 120, 122 an jedem axialen Ende des Druckaustauschers 100 abschliessen und mit den Stangen 118 befestigt sein.

[0028] Der mittlere Abschnitt 116 weist eine Vielzahl von Leitungen 124 zum Austauschen von Druck und/oder Fluid zwischen durch die Ports 102, 104, 106, 108 zum Druckaustauscher 100 geführten Fluiden auf. Beispielsweise können die Leitungen 124 entlang der Längsachse L100 des Druckaustauschers 100 zwischen den Platten 120, 122 verlaufen. Jede Platte 120, 122 kann als Leitungshalter ausgebildet sein, der eine Vielzahl von in der Platte 120, 122 ausgebildeten Öffnungen aufweist, wobei jede Öffnung in der Platte 120, 122 mit einer entsprechenden Leitung 124 kommuniziert, um fluidische Kommunikation zwischen den Ports 102, 104, 106, 108 in den Endkappen 112, 114 und den Leitungen 124 zu ermöglichen. Bei einigen Ausführungsformen können die Leitungen 124 entsprechend der Darstellung in Fig. 2 durch separate Rohrleitungen des mittleren Abschnitts 116 des Gehäuses 110 ausgebildet sein. Bei anderen Ausführungsformen können die Leitungen 124 in einem einheitlichen mittleren Gehäuse entsprechend der Darstellung und Beschreibung mit Bezug auf Fig. 12 ausgebildet sein.

[0029] Wie am besten in Fig. 2 dargestellt ist, weist die Druckbaugruppe 100 eine Ventilbaugruppe auf (beispielsweise eine Ventilbaugruppe 101, die weiter unten ausführlicher beschrieben ist), die um die festen Leitungen 124 rotiert. Anders ausgedrückt heisst dies, dass, während die Ventilbaugruppe 101 relativ zu den Leitungen 124 rotieren kann, das Gehäuse 110 der Druckanordnung 100 eingerichtet ist, die Leitungen 124 stationär zu halten, während die Ventilbaugruppe 101 um die Leitungen 124 rotiert. Bei anderen Ausführungsformen kann der Druckaustauscher 100 eine Ventilbaugruppe 201 aufweisen, die der mit Bezug auf Fig. 8 besprochenen Baugruppe ähnelt.

[0030] Die Ventilbaugruppe 101 weist eines oder mehrere Ventile auf (z.B. ein erstes Ventil 126 und ein zweites Ventil 128) die an gegenüberliegenden Seiten der Leitungen 124 positioniert sind, um den Fluidstrom zwischen den Ports 102, 104, 106, 108 in den Endkappen 112, 114 und den Leitungen 124 zu regeln. Beispielsweise können die Ventile 126, 128 rotierbar in den Endkappen 112, 114 angebracht und zur selektiven Kommunikation mit den Leitungen 124 des mittleren Abschnitts 116 eingerichtet sein. Bei einigen Ausführungsformen und entsprechend der ausführlicheren Beschreibung weiter unten können die Ventile 126, 128 mit einem Versatz in Winkelrichtung relativ zueinander positioniert sein (beispielsweise an der Welle 130 befestigt), um eine Phasenverschiebung bereitzustellen. Bei einigen Ausführungsformen können die Ventile 126, 128 ein Metall, eine Metalllegierung (beispielsweise Edelstahl), ein Polymer (beispielsweise einen thermoplastischen Kunststoff), ein Keramikmaterial oder Kombinationen daraus aufweisen.

[0031] Die Ventile 126, 128 können mit einer Welle 130 an mittleren Abschnitt 116 gekoppelt sein (beispielsweise in abdichtendem und gleitendem Eingriff mit den Platten 120, 122). Beispielsweise kann die Welle 130 mit dem ersten Ventil 126 gekoppelt sein und von dort aus verlaufen, sich durch den mittleren Abschnitt 116 des Gehäuses 110 erstrecken (beispielsweise entlang der Längsachse L100 des Druckaustauschers 100) und bis zum zweiten Ventil 128 verlaufen und damit gekoppelt sein. Damit die Ventile 126, 128 relativ zum mittleren Abschnitt 116 (beispielsweise relativ zu den Leitungen 124) rotieren können, können die Ventile 126, 128 um die Welle 130 rotieren, und die Ventile 126, 128 und die Welle 130 können relativ zu einem oder mehreren Abschnitten des Druckaustauschers 100 (beispielsweise den Leitungen 124) oder Kombinationen daraus rotieren. Bei einigen Ausführungsformen kann der Druckaustauscher 100 einen Motor 132 (beispielsweise einen Elektromotor) aufweisen, um die Ventile 126, 128 und die Welle 130 zu rotieren. Bei anderen Ausführungsformen und entsprechend der Darstellung in Fig. 9 kann am Druckaustauscher 300 ein Motor 132 fehlen, und die Ventile 126, 128 und bei einigen Ausführungsformen die Welle 130 können eingerichtet sein, angetrieben durch den vom Druckaustauscher 300 über die Ports 102, 104, 106 (in Fig. 9 nicht dargestellt, siehe Fig. 1 ), 108 zugeführten Fluidstrom in den Endkappen 112, 114 zu rotieren. Bei noch weiteren Ausführungsformen kann der Motor einen Hydraulikmotor aufweisen.

[0032] Fig. 3 ist eine Perspektivansicht der Ventilbaugruppe 101 zur Verwendung mit dem Druckaustauscher. Entsprechend der Darstellung in Fig. 3 ist die Ventilbaugruppe 101 durch die Ventile 126, 128 und die Welle 130 entsprechend der Darstellung und der Beschreibung weiter oben mit Bezug auf Fig. 1 und 2 ausgebildet. Bei einigen Ausführungsformen können die Ventile 126, 128 im Wesentlichen ähnlich (beispielsweise identisch) sein. Dementsprechend und gemäss der Beschreibung hierin in Bezug auf Fig. 3 ist es ersichtlich, dass Ventile 126, 128 im Wesentlichen ähnlich sind und dass sie jeweils die gleichen Merkmale aufweisen, obwohl jedes Merkmal möglicherweise nicht bei jedem Ventil 126, 128 entsprechend der Darstellung in Fig. 3 erkennbar ist. Bei anderen Ausführungsformen können die Ventile 126, 128 auch nicht identisch sein, und sie können voneinander abweichen, um unterschiedliche Strömungsoptionen zu den und von den Leitungen 124 (Fig. 2 ) bereitzustellen.

[0033] Jedes der Ventile 126, 128 weist einen axialen Port 134 auf, um Strömung zu den und/oder von den axialen Ports 102, 104 der Endkappen 112, 114 (Fig. 1 und 2 ) zu lenken, sowie einen oder mehrere radiale Ports 136 (beispielsweise zwei gegenüberliegende Ports 136). Die axialen Ports 134 können so positioniert sein, dass eine Öffnung des Ports 134 entlang einer zur Längsachse L100 des Druckaustauschers 100 (Fig. 1 und 2 ) senkrechten Ebene verläuft. Die radialen Ports 136 können so positioniert sein, dass eine Öffnung des Ports 136 entlang einer Ebene verläuft, die zur Längsachse L100 des Druckaustauschers 100 (Fig. 1 und 2 ) parallel ist oder einen schiefen Winkel damit bildet.

[0034] Die Ports 134, 136 jedes Ventils 126, 128 kommunizieren mit einer oder mehreren Öffnungen an einer Innenfläche 138 jedes Ventils 126, 128, die selektive fluidische Kommunikation mit den Leitungen 124 (Fig. 2 ) bereitstellen. Beispielsweise kann der axiale Port 134 jedes Ventils 126, 128 mit zwei gegenüberliegenden Öffnungen 140 kommunizieren (beispielsweise kann der Strömungspfad vom Port 134 zur Kommunikation mit den beiden Öffnungen 140 geteilt werden). Beispielsweise kann jeder axiale Port 134 im Wesentlichen entlang (beispielsweise vollständig entlang) der Längsachse L100 des Druckaustauschers 100 (Fig. 1 und 2 ) zu einer dazugehörigen Öffnung 140 auf der Innenfläche 138 des Ventils 126, 128 verlaufen. Die radialen Ports 136 jedes Ventils 126, 128 können mit Öffnungen 142 kommunizieren. Beispielsweise kann jeder radiale Port 136 mindestens teilweise entlang der Längsachse L100 des Druckaustauschers 100 (Fig. 1 und 2 ) zu einer dazugehörigen Öffnung 142 an der Innenfläche 138 des Ventils 126, 128 verlaufen. Bei Ausführungsformen, bei denen die radialen Ports 136 einander entgegengesetzt sind (wie in Fig. 3 dargestellt), sind auch die Öffnungen 142 einander entgegengesetzt.

[0035] Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht des Druckaustauschers 100 aus Fig. 1 und 2 mit der Darstellung eines Strömungspfads der radialen Ports 136 der Ventilbaugruppe 101. Entsprechend der Darstellung in Fig. 4 wird die Ventilbaugruppe 101, die die Ventile 126, 128 aufweist, so rotiert, dass mindestens ein Abschnitt der radialen Ports 136 jedes Ventils 126, 128 mit einer oder mehreren Leitungen 124 des Druckaustauschers 100 kommuniziert. Beispielsweise können die mit den radialen Ports 136 jedes Ventils 126, 128 kommunizierenden Öffnungen 142 so bemessen sein, dass jeder radiale Port 136 mit mehreren benachbarten Leitungen 124 kommuniziert (beispielsweise mindestens zwei Leitungen 124, mindestens zwei Leitungen 124 usw.). Die Ventilbaugruppe 101 kann es ermöglichen, dass eine oder mehrere Leitungen 124 des Druckaustauschers 100, die mit den radialen Ports 136 jedes Ventils 126, 128 kommunizieren, mit den radialen Ports 136 kommunizieren, während sie von den axialen Ports 134 jedes Ventils 126, 128 isoliert sind.

[0036] Wie weiter in Fig. 4 dargestellt ist, kommunizieren die radialen Ports 136 jedes Ventils 126, 128 mit einem Port in den Endkappen 112, 114 (beispielsweise den Ports 106, 108). Wie weiter oben erwähnt, können die Ventile 126, 128 und die Endkappen 112, 114 bei einigen Ausführungsformen ähnlich oder identisch sein. Dementsprechend kann der Port 106 (Fig. 1 ), der in Fig. 4 nicht sichtbar ist, dem Port 108 ähneln. Beispielsweise ermöglichen die Ventile 126, 128 das Eintreten von Fluid in eine Aushöhlung, die durch die Endkappe 114 über den Port 106 (Fig. 1 ) gebildet wird, um das Ventil 128 im Wesentlichen zu umgeben. Das Fluid kann dann durch die radialen Ports 136 des Ventils 128 eintreten, das Ventil 128 durch die Öffnungen 142 im Ventil 128 verlassen und in eine oder mehrere Leitungen 124 eintreten. Auf ähnliche Weise kann Fluid, dass das gleiche durch den Port 106 (Fig. 1 ) zugeführte Fluid oder ein unterschiedliches Fluid sein kann, aus der einen oder den mehreren Leitungen 124 durch die Öffnungen 142 im Ventil 126 und durch die radialen Ports 136 des Ventils 126 in eine in der Endkappe 112 gebildete Aushöhlung eintreten, und es kann durch einen Port des Druckaustauschers 100 (beispielsweise den Port 108) austreten.

[0037] Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht des Druckaustauschers 100 aus Fig. 1 und 2 mit der Darstellung eines Strömungspfads der axialen Ports 134 der Ventilbaugruppe 101 durch eine Querschnittsebene, die zur Querschnittsebene aus Fig. 4 . senkrecht verläuft. Entsprechend der Darstellung in Fig. 5 wird die Ventilbaugruppe 101, die Ventile 126, 128 aufweist, so rotiert, dass mindestens ein Abschnitt des axialen Ports 134 jedes Ventils 126, 128 mit einer oder mehreren Leitungen 124 des Druckaustauschers 100 kommuniziert. Beispielsweise können die mit den axialen Ports 134 jedes Ventils 126, 128 kommunizierenden Öffnungen 140 so bemessen sein, dass jeder radiale Port 136 mit mehreren benachbarten Leitungen 124 kommuniziert (beispielsweise mindestens zwei Leitungen 124, mindestens zwei Leitungen 124 usw.). Wie weiter oben erläutert, kann es die Ventilbaugruppe 101 ermöglichen, dass eine oder mehrere Leitungen 124 des Druckaustauschers 100, die mit den axialen Ports 134 jedes Ventils 126, 128 kommunizieren, mit den axialen Ports 134 kommunizieren, während sie von den radialen Ports 136 (Fig. 4 ) jedes Ventils 126, 128 und den Aushöhlungen in den Endkappen 112, 114 isoliert sind.

[0038] Die axialen Ports 134 jedes Ventils 126, 128 kommunizieren mit einem Port in den Endkappen 112, 114 (beispielsweise den Ports 102, 104). Beispielsweise können es die Ventile 126, 128 ermöglichen, das Fluid durch den Port 102 in der Endkappe 112 und durch die axialen Ports 134 des Ventils 126 eintritt. Wie ebenfalls in Fig. 5 dargestellt ist, können die axialen Ports 134 der Ventile 126, 128 den Fluidstrom auf unterschiedliche Kanäle 144 verteilen (beispielsweise aufteilen). Das Fluid kann dann durch die Öffnungen 140 im Ventil 126 aus dem Ventil 126 austreten und in eine oder mehrere Leitungen 124 eintreten. Auf ähnliche Weise kann Fluid, dass das gleiche durch den Port 102 zugeführte Fluid oder ein unterschiedliches Fluid sein kann, aus der einen oder den mehreren Leitungen 124 durch die Öffnungen 140 im Ventil 128 und durch den axialen Port 134 des Ventils 128 in eine in der Endkappe 112 gebildete Aushöhlung eintreten, und es kann durch einen Port des Druckaustauschers 100 (beispielsweise den Port 104) austreten.

[0039] Fig. 6 ist eine teilweise, auseinandergezogene Perspektivansicht des Druckaustauschers aus 100 aus Fig. 1 und 2 . Wie weiter oben erwähnt, können Abschnitte des Druckaustauschers bei einigen Ausführungsformen ähnlich oder identisch sein. Dementsprechend kann bei einer Ausführungsform der in Fig. 6 dargestellte auseinandergezogene Abschnitt des Druckaustauschers 100 einen der Endabschnitte des Druckaustauschers 100 aufweisen. Entsprechend der Darstellung in Fig. 6 ist eine Platte dargestellt, die die Platte 120 oder die Platte 122 des mittleren Abschnitts des Druckaustauschers 110 sein kann. Der mittlere Abschnitt 116 des Druckaustauschers 110 kann eine Abdichtplatte 146 aufweisen, die zwischen der Platte 120, 122 und dem entsprechenden Ventil 126, 128 positioniert ist. Die Abdichtplatte 146 kann eine Dichtung (beispielsweise eine axiale Dichtung) zwischen dem Ventil 126, 128 und dem mittleren Abschnitt 116, der die Leitungen 124 aufweist, bilden und es dem Ventil 126, 128 ermöglichen, relativ zu den stationären Leitungen 124 zu rotieren, während der Leckaustritt von Fluid zwischen diesen Bauteilen minimiert wird. Anders ausgedrückt heisst dies, dass die Abdichtplatte 146 eine dynamische Dichtung mit dem Ventil 126, 128 bildet, da das Ventil 126, 128 entlang der Abdichtplatte 146 gleitet. Bei einigen Ausführungsformen kann die Abdichtplatte 146 ein Metall, eine Metalllegierung (beispielsweise Edelstahl), ein Polymer (z.B. einen thermoplastischen Kunststoff wie beispielsweise Polyetheretherketon (PEEK), einen thermoplastischen Verbundwerkstoff wie beispielsweise ein Polymer, das darin ausgebildete Fasern aufweist), ein Keramikmaterial oder Kombinationen daraus aufweisen.

[0040] Bei einigen Ausführungsformen können die Ventile 126, 128 mit einer axialen Wellenmutter 148 und Passfeder 150, die in der dazugehörigen Nut aufgenommen werden, die in der Welle 130 und der axialen Wellenmutter 148 ausgebildet ist, an der Welle 130 befestigt sein. Die Enden der Welle 130 können mit einer Abdichtmutter 152 abgedeckt sein, um Leckaustritt aus den Ports der Ventile 126, 128 und/oder zumindest teilweise ein unbeabsichtigtes Lösen der axialen Wellenmutter 148 (beispielsweise als Klemmmutter eingerichtet) zu verhindern. Bei einigen Ausführungsformen kann die Kopplung der Ventile 126, 128 an die Welle 130 entlang der Länge der Welle 130 einstellbar sein, um die Schnittstelle zwischen den Ventilen 126, 128 und der Abdichtplatte 146 anzupassen. Anders ausgedrückt heisst dies, dass die Kopplung der Ventile 126, 128 an die Welle 130 einstellbar sein kann (beispielsweise über Anziehen und Lösen der axialen Wellenmuttern 148), um sicherzustellen, dass die Ventile 126, 128 in zweckmässiger Weise eine dynamische Dichtung mit der Abdichtplatte 146 bilden, während sie weiterhin relativ zur Abdichtplatte 146 rotieren können. Bei einigen Ausführungsformen können die Ventile 126, 128 positioniert sein, um eine ausgewählte Lücke (beispielsweise einen festen Dichtungsspalt von beispielsweise 0,002 mm) zwischen jeder Abdichtplatte 146 und einen dazugehörigen Ventil 126, 128, das darüber rotiert, bereitzustellen. Bei einigen Ausführungsformen können die Ventile 126, 128 und die Abdichtplatte 146 miteinander in Kontakt sein.

[0041] Bei noch weiteren Ausführungsformen können die Ventile 126, 128 an der Welle 130 befestigt sein, um einen selbst einstellenden Spalt zwischen jeder Abdichtplatte 146 und einem dazugehörigen Ventil 126, 128, das darüber rotiert, bereitzustellen. Anders ausgedrückt heisst dies, dass die Ventilbaugruppe 101 sich im Druckaustauscher 100 axial relativ zu mindestens einem Abschnitt des Druckaustauschers 100 (beispielsweise des Gehäuses 110) bewegen kann. Bei derartigen Ausführungsformen kann der Druck vom Fluidstrom durch den Druckaustauscher 100 (beispielsweise durch die Ventilbaugruppe 101) selbstständig die Position der Ventilbaugruppe 101 im Druckaustauscher 100 anpassen. Bei noch weiteren Ausführungsformen können die Ventile 126, 128 in abdichtendem Eingriff mit der Abdichtplatte 146 vorgespannt sein (beispielsweise mit Federn, Drehmomentmuttern usw.). Bei noch weiteren Ausführungsformen können die Ventile 126, 128 axial auf der Welle 130 gleiten, wobei die axiale Wellenmutter 148 das Ventil 126, 128 anhält, wenn es sich von der Abdichtplatte 146 wegbewegt, und den Ventilen 126, 128 die Bewegung in Richtung auf die Platten 146 ermöglicht.

[0042] Der Druckaustauscher 100 kann ein Gleitlager 154 aufweisen, das mit einem Abschnitt des Ventils 126, 128 gekoppelt sein kann (beispielsweise darüber positioniert, integral damit ausgebildet usw.). Das Gleitlager 154 bildet eine Dichtung (beispielsweise eine dynamische radiale Dichtung) zwischen den Ventilen 126, 128 und einem Abschnitt der Endkappen 112, 114. Bei einigen Ausführungsformen kann das Gleitlager 154 einen O-Ring aufweisen (beispielsweise entsprechend der Darstellung in Fig. 14 ), eine Lippendichtung oder eine andere mit Energie versorgte Dichtung, die eingerichtet ist, eine dynamische Dichtung zwischen den Ventilen 126, 128 und einem Abschnitt der Endkappen 112, 114 zu erzeugen. Bei einigen Ausführungsformen können die Abdichtplatte 146 und das Gleitlager 154 ein Metall, eine Metalllegierung (beispielsweise Edelstahl), ein Polymer (beispielsweise einen thermoplastischen Verbundwerkstoff, Polytetrafluorethylen (PTFE) usw.), ein Keramikmaterial oder Kombinationen daraus aufweisen.

[0043] Fig. 7 ist eine Draufsicht einer Ausführungsform einer Ventilbaugruppe wie zum Beispiel der Ventilbaugruppe 101 des Druckaustauschers 100 aus Fig. 2 . Beide Ventile 126, 128 der Ventilbaugruppe 101 sind in Fig. 7 dargestellt, wobei die Abschnitte der Ventile 126, 128, die hinter anderen Abschnitten der Ventilbaugruppe 101 angeordnet sind, zur Verdeutlichung mit gestrichelten Linien dargestellt sind. Entsprechend der Darstellung in Fig. 7 können die Ventile 126, 128 im Wesentlichen ähnlich (beispielsweise identisch) sein, und sie können im Winkelabstand voneinander versetzt sein. Beispielsweise können die Ventile 126, 128 mit der Welle 130 verbunden sein, sodass ein Ventil 126 in einer anderen Winkelposition ist als das andere Ventil 128. Beispielsweise kann das erste Ventil 126 um eine Winkeldistanz Θ1(beispielsweise –45° bis 45°) vom zweiten Ventil 128 versetzt sein. Eine derartige Verschiebung versetzt auch die Öffnungen 140, 142, die in der Innenfläche 138 (Fig. 3 ) jedes Ventils 126, 128 ausgebildet sind. Bei einigen Ausführungsformen kann das erste Ventil 126 in einer Winkelposition um einen positiven Abstand Θ1(beispielsweise 0.01° bis 10°, 4° usw.) vom zweiten Ventil 128 versetzt sein, sodass jede Öffnung 140, 142 des ersten Ventils 126 bei der Rotation in eine Richtung der gewünschten Rotation des Ventils 126, 128 weist, wobei eine entsprechende Öffnung 140, 142 des zweiten Ventils 128 (beispielsweise eine Öffnung 140, 142 des zweiten Ventils 128, die zumindest teilweise mit der Öffnung 140, 142 des ersten Ventils 126 ausgerichtet ist), in eine Richtung entlang der Längsachse L100 (Fig. 1 und 2 ) weist. Bei einigen Ausführungsformen kann das erste Ventil 126 in einem Winkel um einen negative Distanz Θ1(beispielsweise –10° bis –0.01°, –4° usw.) vom 2. Ventil 128 versetzt sein, sodass jede Öffnung 140, 142 des ersten Ventils 126 bei der Rotation eine entsprechende Öffnung 140, 142 des zweiten Ventils 128 in eine Richtung der beabsichtigten Rotation des Ventils 126, 128 nachzieht.

[0044] Entsprechend der Darstellung in Fig. 7 kann eine in Rotationsrichtung führende Kante 156 von einer oder mehreren Öffnungen 140, 142 im ersten Ventil 126 von einer in Rotationsrichtung führenden Kante 158 von einer oder mehreren Öffnungen 140, 142 im zweiten Ventil 128 versetzt sein. Anders ausgedrückt heisst dies, dass in einer Richtung längs (beispielsweise parallel zu) der Längsachse L100 (Fig. 1 und 2 ) ein Abschnitt (beispielsweise ein kleinerer Abschnitt) der einen oder mehreren Öffnungen 140, 142 im ersten Ventil 126 von einem Abschnitt (beispielsweise einem kleineren Abschnitt) von einer oder mehreren Öffnungen 140, 142 im zweiten Ventil 128 versetzt sein kann, während ein anderer Abschnitt (beispielsweise ein grösserer Abschnitt) von einer oder mehreren Öffnungen 140, 142 im ersten Ventil 126 mit einem Abschnitt (beispielsweise einem grösseren Abschnitt) von einer oder mehreren Öffnungen 140, 142 im zweiten Ventil 128 ausgerichtet sein kann. Bei einigen Ausführungsformen kann jede in Rotationsrichtung führende Kante 156 jeder Öffnung 140, 142 im ersten Ventil 126 von jeder in Rotationsrichtung führenden Kante 158 von jeder Öffnung 140, 142 im zweiten Ventil 128 versetzt sein.

[0045] Mit Bezug auf Fig. 3 und 7 kann eine Verschiebung zwischen den Öffnungen 140, 142, die in jedem Ventil 126, 128 ausgebildet sind, eine Phasenverschiebung zwischen den Ventilen 126, 128 bereitstellen. Anders ausgedrückt heisst dies, dass der Versatz zwischen den Öffnungen 140, 142, der in jedem Ventil 126, 128 ausgebildet ist, die Zeit während der Rotation der Ventile 126, 128 verändert, wenn die Öffnungen 140, 142 mit einer Leitung oder mehreren Leitungen 124 an jedem Ende davon kommunizieren. Bei der Rotation der Ventile 126, 128 wäre beispielsweise die Öffnung 140 des ersten Ventils 126 vor der entsprechenden Öffnung 140 des zweiten Ventils 128 in Kommunikation mit einer ausgewählten Leitung 124, wenn das Ventil 128 im Winkelabstand um eine Distanz Θ1versetzt wird (beispielsweise führt die Öffnung 140 des ersten Ventils 126 die entsprechende Öffnung 140 des zweiten Ventils 128 um einen Winkelabstand Θ1). Entsprechend der Beschreibung weiter unten kann eine derartige Konfiguration verwendet werden, um eine Phasenverschiebung zwischen Druckspitzen im Druckaustauscher 100 (beispielsweise einer positiven Druckspitze, wenn ein Fluid unter geringem Druck und/oder eine Fläche unter geringem Druck mit einer oder mehreren Leitungen 124 in Kommunikation gebracht wird, und einer negativen Druckspitze, wenn die eine oder mehreren Leitungen 124 mit einer Fläche unter hohem Druck und/oder einem Fluid unter hohem Druck in Kommunikation gebracht werden), die fungieren können, um das Auftreten von Kavitationen im Druckaustauscher 100 zu reduzieren.

[0046] Fig. 8 ist eine Perspektivansicht einer anderen Ausführungsform der Ventilbaugruppe 201 zur Verwendung mit einem Druckaustauscher wie beispielsweise dem Druckaustauscher 100 aus Fig. 1 und 2 . Entsprechend der Darstellung in Fig. 8 kann die Ventilbaugruppe 201 ähnlich der Ventilbaugruppe 101 sein, die weiter oben mit Bezug auf Fig. 3 , 6 und 7 besprochen wurde, und sie kann die gleichen oder ähnliche Bauteile und Konfigurationen aufweisen. Entsprechend der Darstellung kann die Ventilbaugruppe 201 Ventile 252 aufweisen, die eine im Wesentlichen schmetterlingsartige Form haben. Beispielsweise kann ein äusserer Abschnitt der radialen Ports 254 der Ventile 252 auch nicht durch einen Abschnitt der Ventile 252 (verglichen mit den radialen Ports 136 der Ventile 126, 128) gebunden sein. Bei einigen Ausführungsformen können die axialen Ports 256 der Ventile 252 Trennteiler 258 zwischen jedem der Kanäle 260 aufweisen, die von den axialen Ports 256 der Ventile 252 verlaufen.

[0047] Fig. 9 ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Druckaustauschers 300, wobei ein Motor fehlt. Entsprechend der Beschreibung weiter oben kann der Druckaustauscher 300 ohne Motor sein, und die Ventile 126, 128 (und bei einigen Ausführungsformen die Welle 130) können zur Rotation eingerichtet sein, wobei der Antrieb durch den vom Druckaustauscher 300 über die Ports 102, 104, 106 (in Fig. 9 nicht dargestellt, siehe Fig. 1 ), 108 in den Endkappen 112, 114 zugeführten Fluidstrom erfolgt.

[0048] Fig. 10 ist eine teilweise Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Druckaustauschers 400, der eines oder mehrere Elemente aufweist, um ein Vermischen zwischen Fluiden in einem oder mehreren Abschnitten des Druckaustauschers 400 (beispielsweise in den Leitungen 124) zu minimieren (beispielsweise mindestens im Wesentlichen zu verhindern). Entsprechend der Darstellung in Fig. 10 kann der Druckaustauscher 400 einen oder mehrere Leitungskolben 402 aufweisen, die in den Leitungen 124 des Druckaustauschers 400 positioniert sind, um ein Vermischen zwischen Fluid an einem ersten Ende des Druckaustauschers 400 (beispielsweise über den Port 102 in der Endkappe 112 zugeführtes und über den Port 108 entferntes Fluid) und Fluid an einem zweiten, entgegengesetzten Ende des Druckaustauschers 400 (beispielsweise Fluid, das über den Port 106 (Fig. 1 ) in der Endkappe 114 zugeführt und über den Port 104 entfernt wird) zu minimieren. Bei einigen Ausführungsformen können die Leitungskolben 402 geformt sein, um einen kreisförmigen Querschnitt (beispielsweise eine Kugel, eine Sphäre, einen Zylinder) aufzuweisen. Bei einigen Ausführungsformen können die Leitungskolben 402 ein Metall, eine Metalllegierung (beispielsweise Edelstahl), ein Polymer, ein Keramikmaterial oder Kombinationen daraus aufweisen. Derartige Leitungskolben 402 können in beliebigen der hierin offen gelegten Austauscher implementiert sein.

[0049] Fig. 11 ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Druckaustauschers 500, der eines oder mehrere Elemente aufweist, um ein Vermischen zwischen Fluiden in einem oder mehreren Abschnitten des Druckaustauschers 400 (beispielsweise in den Leitungen 124) zu minimieren (beispielsweise mindestens im Wesentlichen zu verhindern). Entsprechend der Darstellung in Fig. 11 kann der Druckaustauscher 500 eine oder mehrere Prallflächen 502 aufweisen, die in den Leitungen 124 positioniert sind, um den Strom eines Fluids (beispielsweise eines Fluids unter hohem Druck) in die Leitung 124 zumindest teilweise zu verhindern. Derartige Prallflächen 502 können bei beliebigen der hierin offengelegten Austauscher implementiert sein.

[0050] Fig. 12 ist eine Perspektivansicht einer Ausführungsform einer Austauscheinrichtung (beispielsweise eines Druckaustauschers 600). Entsprechend der Darstellung in Fig. 12 kann der Druckaustauscher im Wesentlichen ähnlich den weiter oben mit Bezug auf Fig. 1 bis 11 besprochenen Druckaustauschern 100, 300, 400, 500 sein, und er kann die gleichen oder ähnliche Bauteile (beispielsweise Ventilbaugruppen 101, 201) und Konfigurationen aufweisen. Beispielsweise weist der Druckaustauscher 600 Endkappen 112, 114 auf, die jeweils zwei Ports aufweisen können, die mit einem umschlossenen mittleren Abschnitt 612 gekoppelt (beispielsweise fest gekoppelt) sind.

[0051] Fig. 13 und 14 sind Querschnittsansichten des Druckaustauschers 600 aus Fig. 12 in einer Richtung quer zur Längsachse bzw. entlang der Längsachse. Entsprechend der Darstellung in Fig. 13 und 14 kann der Druckaustauscher 600 ein Gehäuse 610 aufweisen (beispielsweise ein Statorgehäuse), das den mittleren Abschnitt 612 aufweist. Entsprechend der Darstellung kann der mittlere Abschnitt 612 eine einheitliche Struktur haben (d.h. und nicht eine Vielzahl von Leitungen entsprechend der Darstellung in Fig. 1 ), die alle darin ausgebildeten Leitungen 614 (beispielsweise zwölf Leitungen) aufweist. Der mittlere Abschnitt kann mit Platten 620 gekoppelt sein, die den weiter oben mit Bezug auf Fig. 2 und 6 besprochenen Platten 120, 122 ähneln. Wie ebenfalls in Fig. 14 dargestellt ist, können die Leitungen 614 einen ausgehalsten Abschnitt 616 in der Nähe jeden Endes der Leitungen 614 aufweisen, der einen reduzierten Innendurchmesser hat.

[0052] Bei einigen Ausführungsformen kann das Statorgehäuse 610 aus einem leitfähigen Material (beispielsweise einem metallischen Material) oder einem nicht leitfähigen Material (beispielsweise einem nicht metallischen Material wie zum Beispiel einem nicht leitfähigen Polymer) gebildet sein. Bei Ausführungsformen, die ein leitfähiges Statorgehäuse 610 und einen Motor 132 implementieren, kann der Fluidstrom durch die Leitungen 614 verwendet werden, um den Motor 132 zu kühlen. Entsprechend der Darstellung in Fig. 13 kann der Motor 132 direkt in dem Statorgehäuse 610 angebracht sein (beispielsweise in direkter thermischer Kommunikation damit).

[0053] Mit Bezug wiederum auf Fig. 5 kann ein erster Fluidstrom im Betrieb durch den Druckaustauscher 100 (oder Druckaustauscher 300, 400, 500, 600) über die Ports 102 zugeführt werden. Es wird darauf hingewiesen, dass, während ein spezifischer Bezug auf den Druckaustauscher 100 erfolgt, die Druckaustauscher 300, 400, 500, 600 alle auf ähnliche oder identische Weise entsprechend der Beschreibung hierin arbeiten können. Das rotierende Ventil 126 ermöglicht das Passieren des Fluids durch den axialen Port 134 und in die Kanäle 144, die im Ventil 126 ausgebildet sind. Beim Rotieren des Ventils 126 sind die Kanäle 144 in selektiver Kommunikation mit einer oder mehreren Leitungen 124 positioniert, die es mindestens einem Abschnitt des Fluids ermöglichen, die Öffnungen 140 zu passieren und in die Leitungen 124 zu gelangen.

[0054] Wie ebenfalls in Fig. 5 dargestellt ist, kann Fluid aus den Leitungen 124 die Leitungen 124 durch das rotierende Ventil 128 verlassen (beispielsweise kann es durch das entsprechend der Beschreibung weiter oben in die Leitungen 124 zugeführte Fluid ausgestossen werden). Beispielsweise kann Fluid aus den Leitungen 124 Öffnungen 140 im Ventil 128 passieren, durch die Kanäle 144 zum axialen Port 134 gelangen und das Ventil 128 und den Druckaustauscher 100 über den Port 104 verlassen.

[0055] Entsprechend der Darstellung in Fig. 4 wird ein zweiter Fluidstrom durch den Port 106 (Fig. 1 ) zum Druckaustauscher 100 und in die Aushöhlung in der Endkappe 114 geführt (beispielsweise simultan zum in Fig. 5 zugeführten ersten Fluidstrom). Das rotierende Ventil 128 ermöglicht dem Fluid das Passieren aus der Aushöhlung in der Endkappe 114 in jeden radialen Port 136 im Ventil 128. Beim Rotieren des Ventils 128 sind die radialen Ports 136 in selektiver Kommunikation mit einer oder mehreren Leitungen 124 positioniert, wobei es mindestens einem Abschnitt des Fluids ermöglicht wird, durch Öffnungen 142 und in die Leitungen 124 zu gelangen.

[0056] Wie weiter in Fig. 4 dargestellt ist, kann Fluid aus den Leitungen 124 durch das rotierende Ventil 128 aus den Leitungen 124 austreten (beispielsweise kann es durch das entsprechend der Beschreibung weiter oben in die Leitungen 124 zugeführte Fluid ausgestossen werden). Beispielsweise kann Fluid aus den Leitungen 124 durch Öffnungen 142 im Ventil 126 passieren, durch die radialen Ports 136 gelangen und über den Port 108 aus der Aushöhlung des Ventils 126 in der Endkappe 114 und dem Druckaustauscher 100 austreten.

[0057] Entsprechend der Beschreibung weiter oben mit Bezug auf Fig. 7 können die Ventile 126, 128 bei einigen Ausführungsformen im Winkelabstand versetzt sein. Bei einer derartigen Ausführungsform kann der Versatz zwischen den Ventilen 126, 128 die Kommunikation des ersten Ventils 126 und des zweiten Ventils 128 mit jeder Leitung 124 verschieben. Beispielsweise und entsprechend der Beschreibung weiter oben kann ein Abschnitt einer Öffnung 140, 142 des ersten Ventils 126 mit einem Abschnitt einer Leitung 124 an einem ersten Ende der Leitung 124 in Kommunikation gebracht werden, bevor ein Abschnitt einer Öffnung 140, 142 des zweiten Ventils 126 mit der gleichen Leitung 124 an einem entgegengesetzten Ende der Leitung 124 in Kommunikation gebracht wird, wenn die Ventilbaugruppe 101 um die Leitung 124 rotiert (oder, in Abhängigkeit vom gewählten Winkelversatz, umgekehrt). Ein derartiger Versatz verzögert Kräfte, mit denen die Leitung 124 durch die Fluide an jeder ihrer Seiten beaufschlagt wird. Beispielsweise wirkt der Winkelversatz in der Ventilbaugruppe 101, um die Zeitgebung zwischen der Zufuhr von Fluid durch die Öffnungen 140, 142 im ersten Ventil 126 an einem Ende der Leitung 124 und dem Entfernen von Fluid aus der Leitung 124 durch die Öffnungen 140, 142 im zweiten Ventil 126 an einem entgegengesetzten Ende der Leitung 124 zu verschieben.

[0058] Wenn der Druckaustauscher verwendet wird, um Druck zwischen Fluiden auszutauschen, kann die Verzögerung der Zufuhr eines Fluids unter hohem Druck von einer Fläche unter hohem Druck zu einem Ende der Leitung 124 und das Entfernen von Fluid zu einer Fläche unter relativ geringem Druck die durch diese Ereignisse bewirkten Spitzenkräfte verschieben. Wenn beispielsweise der Fluidstrom unter geringem oder hohem Druck durch eine Leitung 124 durch die Ventile 126, 128 gestoppt wird, kommt es in der Leitung 124 zu einem Druckanstieg an einem Ende der Leitung und einem Druckabfall am anderen Ende der Leitung 124. Der Fluidstrom neigt zum Kavitieren, wenn der Druckabfall unter den Dampfdruck des Fluids fällt. Durch Versetzen der beiden Ventile 126 und 128 kann dieser Druckabfall verringert oder eliminiert werden, sodass das Auftreten von Kavitation im Druckaustauscher 100, 200, 300, 400, 500, 600 abnimmt.

[0059] Als weiteres Beispiel und entsprechend der Darstellung in Fig. 5 kann, wenn die hierin beschriebenen Austauscher als Druckaustauscher implementiert sind, Fluid unter hohem Druck durch einen ersten Fluidstrom zum Druckaustauscher 100 durch den Port 102 (d.h. HPI 103) zugeführt werden. Das rotierende Ventil 126 führt das Fluid unter hohem Druck selektiv in eine oder mehrere Leitungen 124 über den axialen Port 134. Fluid unter niedrigem Druck (mit Druck zu beaufschlagen), das zuvor durch den Port 106 (Fig. 1 ) (d.h. LPI 107) und durch das rotierende Ventil 128 und die radialen Ports 136 zu den Leitungen 124 geführt worden ist, kann durch das Fluid unter hohem Druck und das jetzt mit Druck beaufschlagte Fluid das zuvor in den Leitungen 124 war, zumindest teilweise aus den Leitungen 124 ausgestossen und durch das Ventil 128 über den axialen Port 134 geleitet werden und aus dem Druckaustauscher über den Port 104 (d.h. HPO 105) austreten.

[0060] Beim Bewegen der Ventilbaugruppe 101 um 90 Grad entsprechend der Darstellung in Fig. 4 wird Fluid unter niedrigem Druck (mit Druck zu beaufschlagen) zu den Leitungen 124 über den Port 106 (Fig. 1 ) durch die Aushöhlung der Endkappe 114 und durch das rotierende Ventil 128 und die radialen Ports 136 geführt. Das Fluid unter hohem Druck, das zuvor wie vorstehend beschrieben zu den Leitungen 124 über den Port 102, das Ventil 136 und den axialen Port 134 geführt worden war, befindet sich jetzt in den Leitungen 124 unter relativ niedrigem Druck, da dieses verbrauchte Fluid bereits verwendet worden ist, um das zuvor zu den Leitungen geführte Fluid unter geringem Druck mit Druck zu beaufschlagen. Dieses verbrauchte Fluid kann zumindest teilweise aus den Leitungen 124 ausgestossen werden, und es kann das Ventil 126 passieren und in die Aushöhlung der Endkappe 112 gelangen und den Druckaustauscher über den Port 10 8 (d.h. LPI 109) verlassen.

[0061] Wie weiter oben erwähnt, stellen Fig. 4 und 5 Positionen des Druckaustauschers 100 und der Ventile 126, 128 in 90-Grad-lnkrementen der Ventilbaugruppe 101 dar. Dementsprechend ist ersichtlich, dass der Druckaustauscher 100 die weiter oben beschriebene Zufuhr von Fluid unter niedrigem Druck und unter hohem Druck, den Austausch von Fluiddruck und das Ausstossen des Fluids unter niedrigem Druck und unter hohem Druck in einer halben Umdrehung der Ventilbaugruppe 101 durchführen kann. Anders ausgedrückt heisst dies, dass die zuvor beschriebene Zufuhr von Fluid unter niedrigem Druck und unter hohem Druck, der Austausch von Fluiddruck, das Ausstossen des Fluids unter niedrigem Druck und unter hohem Druck bei jeder Rotation der Ventilbaugruppe 101 zweimal (2 Mal) erfolgen können. Noch anders ausgedrückt heisst dies, dass Fig. 4 die Ventilbaugruppe 101 und den Druckaustauscher 100 mit 0-Grad und 180-Grad-Inkrementen darstellen kann und dass Fig. 5 die Ventilbaugruppe 101 und den Druckaustauscher 100 mit 90-Grad- und 270-Grad-lnkrementen darstellen kann. Dementsprechend können die weiter oben beschriebenen Prozesse mit Bezug auf Fig. 4 simultan bei 0-Grad- und 180-Grad-lnkrementen der Ventilbaugruppe 101 und des Druckaustauschers 100 erfolgen, während die weiter oben beschriebenen Prozesse mit Bezug auf Fig. 5 ebenfalls simultan bei 90-Grad- und 270-Grad-lnkrementen der Ventilbaugruppe 101 und des Druckaustauschers 100 erfolgen.

[0062] Als weiteres Beispiel und entsprechend der Darstellung in Fig. 5 kann, wenn die hierin beschriebenen Druckaustauscher für die Reinigung von Salzlösung unter Verwendung des Umkehrosmose-Membran-Prozesses implementiert sind, Fluid unter hohem Druck (beispielsweise eine hochkonzentrierte Salzlösung (Sole) unter hohem Druck) durch einen ersten Fluidstrom zum Druckaustauscher 100 durch den Port 102 (d.h. HPI 103) geführt werden. Das rotierende Ventil 126 führt selektiv die hochkonzentrierte Salzlösung unter hohem Druck zu einer oder mehreren Leitungen 124 über den axialen Port 134. Mit Druck zu beaufschlagendes Fluid unter niedrigem Druck (beispielsweise ein mindestens teilweise gereinigter Wasserstrom), das zuvor durch den Port 106 (Fig. 1 ) (d.h. LPI 107) zu den Leitungen 124 geführt worden war, kann durch die hochkonzentrierte Salzlösung unter hohem Druck mit Druck beaufschlagt werden, und es kann zumindest teilweise aus den Leitungen 124 ausgestossen und durch das Ventil 128 über den axialen Port 134 gelenkt werden und aus dem Druckaustauscher 100 über den Port 104 (d.h. HPO 105) austreten.

[0063] Bei der Bewegung der Ventilbaugruppe 101 um 90 Grad entsprechend der Darstellung in Fig. 4 wird ein gereinigter Wasserstrom (mit Druck zu beaufschlagen) unter niedrigem Druck über den Port 106 (Fig. 1 ) zu den Leitungen 124 geführt. Die hochkonzentrierte Salzlösung unter hohem Druck, die zuvor wie weiter oben beschrieben über den Port 102 zu den Leitungen 124 geführt worden war, befindet sich jetzt in den Leitungen 124 und ist jetzt eine verbrauchte hochkonzentrierte Salzlösung unter niedrigem Druck. Diese verbrauchte hochkonzentrierte Salzlösung unter niedrigem Druck kann zumindest teilweise aus den Leitungen 124 ausgestossen werden, und sie kann über den Port 108 (d.h. LPI 109) aus dem Druckaustauscher austreten.

[0064] Es ist anzumerken, dass die vorstehend beschriebenen Prozesse als in gewisser Weise ideale Bedingungen für Fluid- und/oder Drucktransfer erörtert werden. Es ist ersichtlich, dass alle unterschiedlichen Fluide mit unterschiedlichen Drücken und Zusammensetzungen möglicherweise nicht in jedem Schritt vollständig zu den verschiedenen Abschnitten des Druckaustauschers geführt bzw. daraus entfernt werden können.

[0065] Während in den beigefügten Zeichnungen bestimmte Ausführungsformen beschrieben und dargestellt worden sind, dienen derartige Ausführungsformen rein zur Veranschaulichung und schränken den Schutzumfang der Offenbarung nicht ein, und diese Offenbarung ist nicht auf die spezifischen dargestellten und beschriebenen Konstruktionen und Anordnungen beschränkt, da verschiedene andere Hinzufügungen und Abänderungen zu den beschriebenen Ausführungsformen und Streichungen daraus für Fachleute auf diesem Gebiet offensichtlich sind. Somit ist der Schutzumfang der Offenbarung nur durch den Wortlaut und rechtlich gleich bedeutende Formulierungen der folgenden Patentansprüche eingeschränkt.

Claims (17)

1. Vorrichtung zum Austauschen von Druck (100, 300, 400, 500, 600) zwischen mindestens zwei Fluidströmen, wobei die Vorrichtung aufweist: ein Gehäuse (110) mit einer Längsachse (L100) und einem mittleren Abschnitt (116, 612), der eine Vielzahl von festen Austauschleitungen (124) bildet, die in einer Richtung entlang der Längsachse (L100) verlaufen, wobei jede Austauschleitung der Vielzahl fester Austauschleitungen (124) Öffnungen an einem ersten Längsende und einem zweiten, entgegengesetzten Längsende aufweist; und eine rotierende Ventilbaugruppe (101), die innerhalb des Gehäuses (110) angeordnet ist, um die Fluidströme zu der Vielzahl von Austauschleitungen (124) und davon weg zu leiten, wobei die rotierende Ventilbaugruppe (101) aufweist: ein erstes Ventil (126), das am ersten Ende der Vielzahl von Austauschleitungen (124) in Längsrichtung positioniert ist und mit diesem eine axiale Dichtung bildet, wobei das erste Ventil (126) eine Vielzahl von Öffnungen (140, 142) aufweist, die eingerichtet sind, mit jeder Austauschleitung der Vielzahl von Austauschleitungen (124) in selektiver Kommunikation zu sein; und ein zweites Ventil (128), das am zweiten Ende der Vielzahl von Austauschleitungen (124) in Längsrichtung positioniert ist und mit diesem eine axiale Dichtung bildet, wobei das zweite Ventil (128) eine Vielzahl von Öffnungen (140, 142) aufweist, die eingerichtet sind, mit jeder Austauschleitung der Vielzahl von Austauschleitungen (124) in selektiver Kommunikation zu sein.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der mittlere Abschnitt (116, 612) des Gehäuses (110), der die Vielzahl fester Austauschleitungen (124) bildet, ein Statorgehäuse (610) aufweist, dass die Vielzahl fester Austauschleitungen (124) aufweist, die darin ausgebildet sind und dadurch verlaufen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Gehäuse (110) weiter zwei Endkappen (112, 114) aufweist, die an Enden des Statorgehäuses (610) in Längsrichtung positioniert und fest daran gekoppelt sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der mittlere Abschnitt (116, 612) des Gehäuses (110) weiter zwei Abdichtplatten (146) aufweist, wobei jede Abdichtplatte mit dem ersten Ventil (126) oder mit dem zweiten Ventil (128) eine dynamische axiale Dichtung bildet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, die weiter eine Welle (130) aufweist, die mit dem ersten Ventil (126) und dem zweiten Ventil (128) gekoppelt ist und die dazwischen verläuft, wobei die Welle (130) eingerichtet ist, das erste Ventil (126) und das zweite Ventil (128) um die Vielzahl fester Austauschleitungen (124) zu rotieren, die durch den mittleren Abschnitt (116, 612) des Gehäuses (110) gebildet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse weiter zwei Endkappen (112, 114) aufweist, die an Längsenden des mittleren Abschnitts (116,612) des Gehäuses (110) positioniert und fest daran gekoppelt sind, wobei jede Endkappe (112, 114) mindestens einen Port (102, 104,106,108) aufweist, der einen Strömungspfad aufweist, der in einer Richtung quer zur Längsachse (L100) des Gehäuses (110) verläuft, und wobei das erste Ventil (126) und das zweite Ventil (128) zur Rotation eingerichtet sind, antreibbar durch den Fluidstrom durch den mindestens einen Port (102, 104,106,108) jeder Endkappe (112, 114).

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, die weiter einen Motor (132) aufweist, um die Welle (130), das erste Ventil (126) und das zweite Ventil (128) zu rotieren.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei das erste Ventil (126) und das zweite Ventil (128) jeweils aufweisen: einen axialen Port (134) mit einer Öffnung, die entlang einer zur Längsachse (L100) des Gehäuses (110) senkrechten Ebene verläuft; und zwei radiale Ports (136), die jeweils eine Öffnung haben, die entlang einer Ebene verläuft, die zur Längsachse (L100) des Gehäuses (110) parallel ist oder die damit einen schiefen Winkel bildet.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse (110) weiter aufweist: eine erste Endkappe (112), die an dem ersten Längsende der Vielzahl fester Austauschleitungen (124) positioniert ist, wobei die erste Endkappe (112) zumindest teilweise das erste Ventil (126) umgibt und mindestens zwei Erste-Endkappen-Ports (102, 104, 106, 108) aufweist, wobei ein erster Port der mindestens zwei Erste-Endkappen-Ports (102, 104, 106, 108) eingerichtet ist, um Fluid durch das erste Ventil (126) und mindestens teilweise in jede Austauschleitung der Vielzahl von Austauschleitungen (124) zu übertragen, wobei ein zweiter Port der mindestens zwei Erste-Endkappen-Ports (102, 104, 106, 108) eingerichtet ist, um Fluid über das erste Ventil (126) aus jeder Austauschleitung der Vielzahl von Austauschleitungen (124) zu entfernen; und eine zweite Endkappe (114), die an dem zweiten Längsende der Vielzahl fester Austauschleitungen (124) positioniert ist, wobei die zweite Endkappe (114) zumindest teilweise das zweite Ventil (128) umgibt und mindestens zwei Zweite-Endkappen-Ports (102, 104, 106, 108) aufweist, wobei ein erster Port der mindestens zwei Zweite-Endkappen-Ports (102, 104, 106) eingerichtet ist, um Fluid durch das zweite Ventil (128) und mindestens teilweise in jede Austauschleitung der Vielzahl von Austauschleitungen (124) zu übertragen, wobei ein zweiter Port der mindestens zwei Zweite-Endkappen-Ports (102, 104, 106, 108) Ports eingerichtet ist, um Fluid über das zweite Ventil (124) aus jeder Austauschleitung der Vielzahl von Austauschleitungen (128) zu entfernen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei mindestens zwei Öffnungen (140, 142) der Vielzahl von Öffnungen (140, 142) des ersten Ventils (126), die mit mindestens zwei Öffnungen (140, 142) der Vielzahl von Öffnungen (140, 142) des zweiten Ventils (128) in einer Richtung entlang der Längsachse (L100) des Gehäuses (110) mindestens teilweise ausgerichtet sind, winkelversetzt sind bezüglich der Längsachse (L100) des Gehäuses (110) zu den mindestens zwei Öffnungen (140, 142) der Vielzahl von Öffnungen (140, 142) des zweiten Ventils.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei mindestens zwei Öffnungen (140, 142) der Vielzahl von Öffnungen des ersten Ventils (126) im Winkelabstand von mindestens zwei Öffnungen (140, 142) der Vielzahl von Öffnungen des zweiten Ventils (128) um eine Winkeldistanz zwischen 0.01 Grad und 10 Grad bezüglich der Längsachse (L100) des Gehäuses (110) winkelversetzt sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, die weiter mindestens einen Leitungskolben (402) aufweist, der in jeder Austauschleitung der Vielzahl von Austauschleitungen (124) positioniert ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei sowohl das erste Ventil (126) als auch das zweite Ventil (128) weiter einen axialen Port (134, 136) aufweisen, der zumindest teilweise entlang der Längsachse (L100) des Gehäuses (110) verläuft, wobei jeder axiale Port (134, 136) mit einem dazugehörigen im Gehäuse ausgebildeten Port (102, 104. 106, 108), der in einer Richtung entlang der Längsachse (L100) des Gehäuses (110) verläuft, in Kommunikation ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei der axiale Port (134, 136) in sowohl dem ersten Ventil (126) als auch dem zweiten Ventil (128) auf zwei Kanäle aufgeteilt ist, die zwei entgegengesetzte Öffnungen (140, 142) der Vielzahl von Öffnungen (140, 142) sowohl des ersten Ventils (126) als auch des zweiten Ventils (128) bilden.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei sowohl das erste Ventil (126) als auch das zweite Ventil (128) weiter zwei radiale Ports (134, 136) aufweisen, die zumindest teilweise an gegenüberliegenden Seitenbegrenzungen des dazugehörigen Ventil ausgebildet sind, wobei die beiden radialen Ports (134, 136) sowohl des ersten Ventils (126) als auch des zweiten Ventils (128) mit einem dazugehörigen Port (102, 104, 106, 108), der im Gehäuse (110) ausgebildet ist und der in einer Richtung quer zur Längsachse (L100) des Gehäuses (110) verläuft, in Kommunikation sind.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die beiden radialen Ports (134, 136) sowohl des ersten Ventils (126) als auch des zweiten Ventils (128) zwei gegenüberliegende Öffnungen (140, 142) der Vielzahl von Öffnungen (140, 142) sowohl im ersten Ventil (126) als auch im zweiten Ventil (128) bilden.

17. Verfahren zum Austauschen von Druck zwischen Fluidströmen, wobei das Verfahren aufweist: Zuführen einer hochkonzentrierten Salzlösung unter relativ hohem Druck in die Vorrichtung zum Austauschen von Druck nach Anspruch 1 aus einer Umkehrosmose-Vorrichtung durch einen ersten Port (102, 104, 106, 108) in einem ersten Ende des Gehäuses (110); Zuführen einer Salzlösung unter relativ niedrigem Druck in die Vorrichtung zum Austauschen von Druck durch einen zweiten Port (102, 104, 106, 108) an einem zweiten, entgegengesetzten Ende des Gehäuses (110); Druckbeaufschlagen der Salzlösung unter relativ niedrigem Druck mit der hochkonzentrierten Salzlösung unter relativ hohem Druck, um eine mit Druck beaufschlagte Salzlösung und eine verbrauchte hochkonzentrierte Salzlösung zu bilden; Übertragen der mit Druck beaufschlagten Salzlösung aus der Vorrichtung zum Austauschen von Druck durch einen im zweiten Ende des Gehäuses (110) ausgebildeten dritten Port(102, 104, 106, 108); und Übertragen der verbrauchten hochkonzentrierten Salzlösung aus der Vorrichtung zum Austauschen von Druck über einen im ersten Ende des Gehäuses (110) ausgebildeten vierten Port (102, 104, 106, 108).