一種利用慣性泵原理實現(xiàn)海底營養(yǎng)鹽提升的裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用慣性泵原理實現(xiàn)海底營養(yǎng)鹽提升的裝置及方法。本發(fā)明中的裝置包括集熱裝置、慣性泵組、深海給熱裝置及定位裝置。集熱裝置位于海水上面用來收集太陽能，慣性泵組通過圓形密封導軌與集熱裝置連通，深海給熱裝置與慣性泵組底端連通，定位裝置固定各慣性泵相對位置。本發(fā)明利用慣性泵原理，通過定位錨連和定位浮子使慣性泵組的位置固定，集熱裝置隨波浪上下浮動，固定在集熱裝置上的圓形密封導軌使保溫金屬管滑進滑出集熱裝置。本發(fā)明吸收太陽能加熱水體，利用波浪能實現(xiàn)慣性泵運行所需要的相對運動，有效節(jié)約了能源，并且綠色環(huán)保。
【專利說明】一種利用慣性泵原理實現(xiàn)海底營養(yǎng)鹽提升的裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于海洋技術(shù)裝備領(lǐng)域，涉及一種利用慣性泵原理實現(xiàn)海底營養(yǎng)鹽提升的 裝置及方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 海洋經(jīng)濟已成為我國國民經(jīng)濟的重要組成部分。經(jīng)過50多年的發(fā)展，我國的海洋 漁業(yè)通過技術(shù)進步、生產(chǎn)海域擴展和設(shè)備更新，水產(chǎn)品年捕撈量成倍增長，豐富的海產(chǎn)品為 提高我國人民的生活水平作了重大貢獻。我國海域遼闊，海洋資源發(fā)達，海洋經(jīng)濟發(fā)展?jié)摿?巨大。但是近年來，由于海洋工程活動加劇、陸源污染物過度排放、近海漁業(yè)資源過度捕撈 等原因，我國近海生態(tài)環(huán)境急劇惡化，海洋漁業(yè)資源嚴重衰竭，一些近海漁場的經(jīng)濟魚類已 基本形成不了漁汛。人工上升流技術(shù)可以通過人工方法形成海底到海面的垂直海水流動。 上升流可以把海底豐富的營養(yǎng)鹽帶入海表透光層，配合二氧化碳發(fā)生光合作用，是作為海 洋生物食物鏈底端的浮游植物增產(chǎn)，即可創(chuàng)造優(yōu)質(zhì)的漁場生態(tài)環(huán)境。
[0003] 現(xiàn)有的人工上升流技術(shù)主要有：對海底地形改造形成海底山脈，在海流作用下產(chǎn) 生上升流，地形改造方式可能對原有海底生態(tài)環(huán)境造成較大破壞而且工程實施難度較高； 利用水泵抽吸底層海水產(chǎn)生上升流，水泵抽吸方式能耗大且效率低；通過水底注氣，氣泡上 升帶動海水涌升產(chǎn)生上升流，注氣提升方式需要在海洋中提供外接氣源因而容易增加系統(tǒng) 的復雜度和不穩(wěn)定性。
[0004] 此外申請?zhí)枮?01210000180. 4的發(fā)明專利公開了一種利用太陽能和波浪能來提 升營養(yǎng)鹽的裝置，該裝置采用一個在波浪作用下可反復壓縮的塑料保溫水囊來將表層被太 陽能加熱的熱水通過保溫導管輸送到位于底層的給溫裝置。據(jù)述該裝置"呈一個類似于上 端口封閉的U型管形狀"。工作時，由于該保溫水囊的兩個腔室在波浪作用下幾乎同時處于 被壓縮狀態(tài)，相當于同時對U形給溫裝置兩端的保溫導管加壓，因此很難實現(xiàn)所述工質(zhì)循 環(huán)，保溫導管內(nèi)的工質(zhì)水流動效率不高。因此該裝置能量利用效率不高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種利用慣性泵原理實現(xiàn)海底營養(yǎng) 鹽提升的裝置及方法。
[0006] 針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明的解決方案是： 本發(fā)明包括集熱裝置、慣性泵組、深海給熱裝置及定位裝置，集熱裝置位于海水上面用 來收集太陽能，慣性泵組通過圓形密封導軌與集熱裝置連通，深海給熱裝置與慣性泵組底 端連通，定位裝置固定各慣性泵相對位置。
[0007] 所述集熱裝置包括聚光玻璃罩、內(nèi)襯陶瓷罩、隔熱金屬罩、法蘭底盤和浮子，其中 聚光玻璃罩和內(nèi)襯陶瓷罩之間為空氣隔熱層，內(nèi)襯陶瓷罩與隔熱金屬罩之間充有水，隔熱 金屬罩與法蘭底盤之間充有水，法蘭底盤開有孔與慣性泵組相連通，所述浮子是中空結(jié)構(gòu)， 聚光玻璃罩、內(nèi)襯陶瓷罩、隔熱金屬罩、法蘭底盤及浮子通過螺栓連接；所述聚光玻璃罩外 表面鍍有增透膜，內(nèi)襯陶瓷罩外表面覆蓋有太陽能吸收涂層；法蘭底盤與隔熱金屬罩上下 表面均涂有隔熱保溫涂層；隔熱金屬罩頂部中心位置開有圓孔。
[0008] 所述慣性泵組是由四根保溫金屬管和四個單向閥構(gòu)成，保溫金屬管可通過固定在 集熱裝置上的圓形密封導軌上下滑動，單向閥安裝固定在保溫金屬管上端，并處于集熱裝 置內(nèi)部，其中第一單向閥和第四單向閥安裝在內(nèi)襯陶瓷罩與隔熱金屬罩之間，第二單向閥 和第三單向閥安裝在隔熱金屬罩內(nèi)部。
[0009] 所述深海給熱裝置由一組互通的U形銅管組成。
[0010] 所述定位裝置包括定位浮子及金屬固定板，金屬固定板與慣性泵組中的保溫金屬 管通過螺栓連接以確定其相對位置，金屬固定板嵌套在定位浮子中部。
[0011] 進一步說，所述保溫金屬管表面涂有隔熱保溫涂料，且其長度根據(jù)實際需求確定。
[0012] 利用上述的裝置提升海底營養(yǎng)鹽的方法，包括以下步驟： 步驟1、位于海面上的集熱裝置吸收太陽光能并轉(zhuǎn)化為熱能，加熱陶瓷罩與隔熱金屬罩 之間腔中的水，使其溫度升高。
[0013] 步驟2、逆向利用慣性泵吸水原理，使慣性泵組固定不動，集熱裝置隨海面波浪上 下浮動，因水的慣性使得慣性泵上端集熱裝置內(nèi)的熱水通過第二、第三單向閥連續(xù)進入保 溫金屬管，最終把高溫水傳輸?shù)缴詈＝o熱裝置內(nèi)；同時深海給熱裝置內(nèi)換熱完畢的低溫水 通過第一、第四單向閥被輸送回集熱裝置再加熱；從而形成一個連續(xù)工作的循環(huán)。
[0014] 步驟3、深海給熱裝置周圍的海水被加熱后，密度變小，就會在浮升力作用下自然 上升，從而產(chǎn)生上升流。
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是： 本發(fā)明吸收太陽能加熱水體，利用波浪能實現(xiàn)慣性泵運行所需要的相對運動，有效節(jié) 約了能源，并且綠色環(huán)保。
[0016] 本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定可靠，成本低廉，安裝與布放方便。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 附圖1為本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018] 附圖2為集熱裝置與慣性泵組結(jié)構(gòu)剖視圖。
[0019] 附圖3為本發(fā)明管路連接示意圖。
[0020] 圖中的附圖標記為：1聚光玻璃罩；2內(nèi)襯陶瓷罩；3隔熱金屬罩；4絕熱法蘭盤；5 螺栓；6浮子；7保溫金屬管；8定位金屬板；9定位浮子；10定位錨鏈；11 U形銅管；12定位 錨；13圓形密封導軌；14第一單向閥；15第二單向閥；16第三單向閥；17第四單向閥。

【具體實施方式】
[0021] 以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
[0022] 如圖1、2、3所示，一種利用慣性泵原理實現(xiàn)海底營養(yǎng)鹽提升的裝置，括集熱裝置、 慣性泵組、深海給熱裝置及定位裝置。集熱裝置位于海水上面用來收集太陽能，慣性泵組通 過圓形密封導軌與集熱裝置連通，深海給熱裝置與慣性泵組底端連通，定位裝置固定各慣 性泵相對位置。
[0023] 集熱裝置包括聚光玻璃罩1、內(nèi)襯陶瓷罩2、隔熱金屬罩3、絕熱法蘭底盤4及浮子 6。其中聚光玻璃罩1和內(nèi)襯陶瓷罩2之間為空氣隔熱層。內(nèi)襯陶瓷罩2與隔熱金屬罩3之 間以及隔熱金屬罩3與絕熱法蘭底盤4之間均充有水。聚光玻璃罩1外表面鍍有增透膜， 內(nèi)襯陶瓷罩2外表面覆蓋有太陽能吸收涂層。絕熱法蘭底盤4上下表面均涂有隔熱保溫涂 層，其表面開有孔與慣性泵組相連通。隔熱金屬罩3頂端中心開有圓孔，可使罩內(nèi)外熱水聯(lián) 通。聚光玻璃罩1、內(nèi)襯陶瓷罩2、隔熱金屬罩3、絕熱法蘭底盤4及浮子6通過螺栓5連接。
[0024] 慣性泵組是由四根保溫金屬管7和四個單向閥構(gòu)成，保溫金屬管7可通過固定在 集熱裝置上的圓形密封導軌13上下滑動。單向閥安裝固定在保溫金屬管7上端，并處于集 熱裝置內(nèi)部，其中第一單向閥14和第四單向閥17安裝在內(nèi)襯陶瓷罩2與隔熱金屬罩3之 間，第二單向閥15和第三單向閥16安裝在隔熱金屬罩3內(nèi)部。
[0025] 深海給熱裝置由一組互相聯(lián)通的U形銅管11構(gòu)成。
[0026] 定位裝置包括定位浮子9及金屬固定板8,金屬固定板8與四根保溫金屬管7通過 螺栓5連接以確定其相對位置，金屬固定板8嵌套在定位浮子9中部。
[0027] 本發(fā)明安裝布放時，定位浮子位于水下，通過調(diào)整定位錨鏈10 (其底端系定位錨 12)的長度來確定慣性泵的高度以保證其能在集熱裝置內(nèi)有效工作。本發(fā)明利用慣性泵原 理，逆向思維，通過定位錨連10和定位浮子9使慣性泵組的位置固定，集熱裝置隨波浪上下 浮動，固定在集熱裝置上的圓形密封導軌13使保溫金屬管7滑進滑出集熱裝置。
[0028] 當集熱裝置隨波浪下浮時，慣性泵組的第二單向閥15、第三單向閥16均打開，第 一單向閥14與第四單向閥17關(guān)閉。此時內(nèi)襯陶瓷罩2內(nèi)部位于上層的高溫水會通過隔熱 金屬罩3頂部的圓孔進入隔熱金屬罩內(nèi)，并因為慣性通過第二單向閥15和第三單向閥16 進入保溫金屬管7中。并最終將高溫水傳輸?shù)缴詈＝o熱裝置里。
[0029] 當集熱裝置隨波浪上浮時，慣性泵組的第一單向閥14、第四單向閥17均打開，第 二單向閥15與第三單向閥16關(guān)閉。此時深海給熱裝置內(nèi)換熱完畢的低溫水會因慣性作用 通過第一單向閥14與第四單向閥17被輸送回集熱裝置的集熱區(qū)域再加熱。同時將加熱充 分的高溫水通過位于隔熱金屬罩3上部的開口輸送到隔熱金屬罩3內(nèi)，從而形成一個連續(xù) 的工作循環(huán)。
[0030] 高溫水在深海給熱裝置通過U形銅管11與周圍低溫的海水充分熱傳遞，加熱其周 圍海水，周圍的海水被加熱后，密度變小，就會在浮升力作用下自然上升，從而產(chǎn)生上升流。
【權(quán)利要求】
1. 一種利用慣性泵原理實現(xiàn)海底營養(yǎng)鹽提升的裝置，包括集熱裝置、慣性泵組、深海給 熱裝置及定位裝置，集熱裝置位于海水上面用來收集太陽能，慣性泵組通過圓形密封導軌 與集熱裝置連通，深海給熱裝置與慣性泵組底端連通，定位裝置固定各慣性泵相對位置，其 特征在于： 所述集熱裝置包括聚光玻璃罩、內(nèi)襯陶瓷罩、隔熱金屬罩、法蘭底盤和浮子，其中聚光 玻璃罩和內(nèi)襯陶瓷罩之間為空氣隔熱層，內(nèi)襯陶瓷罩與隔熱金屬罩之間充有水，隔熱金屬 罩與法蘭底盤之間充有水，法蘭底盤開有孔與慣性泵組相連通，所述浮子是中空結(jié)構(gòu)，聚光 玻璃罩、內(nèi)襯陶瓷罩、隔熱金屬罩、法蘭底盤及浮子通過螺栓連接；所述聚光玻璃罩外表面 鍍有增透膜，內(nèi)襯陶瓷罩外表面覆蓋有太陽能吸收涂層；法蘭底盤與隔熱金屬罩上下表面 均涂有隔熱保溫涂層；隔熱金屬罩頂部中心位置開有圓孔； 所述慣性泵組是由四根保溫金屬管和四個單向閥構(gòu)成，保溫金屬管可通過固定在集熱 裝置上的圓形密封導軌上下滑動，單向閥安裝固定在保溫金屬管上端，并處于集熱裝置內(nèi) 部，其中第一單向閥和第四單向閥安裝在內(nèi)襯陶瓷罩與隔熱金屬罩之間，第二單向閥和第 三單向閥安裝在隔熱金屬罩內(nèi)部； 所述深海給熱裝置由一組互通的U形銅管組成； 所述定位裝置包括定位浮子及金屬固定板，金屬固定板與慣性泵組中的保溫金屬管通 過螺栓連接以確定其相對位置，金屬固定板嵌套在定位浮子中部。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種差熱式海底營養(yǎng)鹽提升裝置，其特征在于：所述保溫金 屬管表面涂有隔熱保溫涂料，且其長度根據(jù)實際需求確定。
3. 利用權(quán)利要求1所述的裝置提升海底營養(yǎng)鹽的方法，其特征在于： 步驟1、位于海面上的集熱裝置吸收太陽光能并轉(zhuǎn)化為熱能，加熱陶瓷罩與隔熱金屬罩 之間腔中的水，使其溫度升高； 步驟2、逆向利用慣性泵吸水原理，使慣性泵組固定不動，集熱裝置隨海面波浪上下浮 動，因水的慣性使得慣性泵上端集熱裝置內(nèi)的熱水通過第二、第三單向閥連續(xù)進入保溫金 屬管，最終把高溫水傳輸?shù)缴詈＝o熱裝置內(nèi)；同時深海給熱裝置內(nèi)換熱完畢的低溫水通過 第一、第四單向閥被輸送回集熱裝置再加熱；從而形成一個連續(xù)工作的循環(huán)； 步驟3、深海給熱裝置周圍的海水被加熱后，密度變小，就會在浮升力作用下自然上升， 從而產(chǎn)生上升流。
【文檔編號】A01K61/00GK104041434SQ201410216355
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年5月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月20日
【發(fā)明者】呂明, 閆旭, 潘華辰, 聶欣, 屠漢超, 劉海強 申請人:杭州電子科技大學