一種利用風(fēng)能實(shí)現(xiàn)海底營(yíng)養(yǎng)鹽提升的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于海洋裝備技術(shù)與海洋漁業(yè)領(lǐng)域，涉及一種利用風(fēng)能實(shí)現(xiàn)海底營(yíng)養(yǎng)鹽提升的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)近海海域遼闊，海洋漁業(yè)資源豐富，海洋經(jīng)濟(jì)成為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要組成部分。近年來(lái)，隨著我國(guó)近海生態(tài)環(huán)境急劇惡化和捕撈強(qiáng)度的加大，漁業(yè)資源衰退，嚴(yán)重影響了海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。為了可持續(xù)發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)，需要改善海洋淺層的生態(tài)環(huán)境。魚(yú)類和浮游植物的生長(zhǎng)離不開(kāi)淺層海水中的營(yíng)養(yǎng)鹽，那么豐富海水中營(yíng)養(yǎng)鹽的含量是改善漁場(chǎng)環(huán)境條件的關(guān)鍵。如果將深層海水中富含的營(yíng)養(yǎng)鹽提升至海洋表面區(qū)域，即可經(jīng)光合作用產(chǎn)生大量浮游生物，創(chuàng)造出優(yōu)質(zhì)的漁場(chǎng)環(huán)境，世界上主要漁場(chǎng)大多分布在上升流發(fā)生頻繁的海域。
[0003]通過(guò)人工的方式產(chǎn)生上升的海流，從而將海水深處的營(yíng)養(yǎng)鹽提升?，F(xiàn)有的人工上升流技術(shù)有以下幾種:在海床上構(gòu)建某種功能結(jié)構(gòu)使海洋底層海水的水平流動(dòng)部分轉(zhuǎn)變?yōu)橄蛏系纳仙鳎@種方法可能會(huì)破壞原本的海洋生態(tài)且實(shí)施的難度較高；日本的“拓海”裝置以水栗吸水的方式來(lái)抽取深層海水形成上升流，這種方式效率低，能耗高；將壓縮空氣打入深海中形成氣泡，氣泡在海水中受到浮力的作用下向上運(yùn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)周?chē)Ｋ?，從而形成上升流，由于將氣泡從海表輸運(yùn)到較深海底需要克服較大的靜水壓力差，因此這種方式有可能需要較高的能耗；此外還出現(xiàn)了一種利用太陽(yáng)能熱來(lái)加熱深層海水從而形成上升流的方法，該方法由于綠色、環(huán)保，運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)而得到大力發(fā)展。已公示專利中出現(xiàn)了多種實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能熱傳遞來(lái)產(chǎn)生上升流或者提升液體的方式，如有利用波浪能帶動(dòng)水囊(申請(qǐng)?zhí)?01210000180.4)、慣性栗(申請(qǐng)?zhí)?01410216355.4)或者雙作用缸(申請(qǐng)?zhí)?01410216550.7)來(lái)將表層熱量通過(guò)工質(zhì)帶入深層海水中，也有通過(guò)熱管(申請(qǐng)?zhí)?01410086393.2)或換熱棒(申請(qǐng)?zhí)?01410085437.X)將熱量直接傳入海底深處，這些方式均實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能熱在不同層次海水中的傳遞過(guò)程，也各存在技術(shù)優(yōu)劣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種利用風(fēng)能實(shí)現(xiàn)海底營(yíng)養(yǎng)鹽提升的裝置及方法。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是:
[0006]本發(fā)明的利用風(fēng)能實(shí)現(xiàn)海底營(yíng)養(yǎng)鹽提升的裝置包括垂直軸風(fēng)力捕捉裝置、傳動(dòng)裝置、海水輸送裝置、水下散熱裝置和水面浮臺(tái)。所述的垂直軸風(fēng)力捕捉裝置包括風(fēng)輪、旋轉(zhuǎn)軸和支承座；所述的風(fēng)輪固定在旋轉(zhuǎn)軸頂部；所述旋轉(zhuǎn)軸的底部與支承座構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副，所述的支承座固定在水面浮臺(tái)上；所述的風(fēng)輪和旋轉(zhuǎn)軸用于驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)裝置的活塞；所述的活塞在海水輸送裝置的保溫缸體內(nèi)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)；所述的海水輸送裝置將海表熱水輸送到水下散熱裝置。
[0007]本發(fā)明裝置還包括定位裝置；所述的定位裝置包括定位錨鏈和定位錨；所述的定位錨通過(guò)定位錨鏈固定在水面浮臺(tái)下方。
[0008]所述的支承座由圓盤(pán)形支架、軸承和支撐桿組成；所述的軸承安裝于上部圓盤(pán)形支架的中心，用于支撐旋轉(zhuǎn)軸；下部的圓盤(pán)形支架通過(guò)三根支撐桿與上部的圓盤(pán)形支架固定，并通過(guò)螺栓固定在水面浮臺(tái)上。
[0009]所述的傳動(dòng)裝置包括轉(zhuǎn)子、連桿和活塞；所述的轉(zhuǎn)子呈圓盤(pán)形，其圓心位置固定在旋轉(zhuǎn)軸下端；所述的活塞與連桿的一端鉸接，連桿的另一端與轉(zhuǎn)子外沿鉸接，構(gòu)成對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。
[0010]所述的海水輸送裝置包括圓柱形保溫缸體、進(jìn)水管、出水管、過(guò)濾裝置、第一單向閥和第三單向閥；所述的保溫缸體通過(guò)支撐架固定在水面浮臺(tái)上方；所述傳動(dòng)裝置的活塞與保溫缸體內(nèi)腔構(gòu)成滑動(dòng)副；進(jìn)水管和出水管設(shè)置在保溫缸體兩端；所述進(jìn)水管的進(jìn)水端設(shè)有過(guò)濾裝置，出水端經(jīng)第一單向閥與保溫缸體連通；所述的出水管經(jīng)第三單向閥與保溫缸體連通；活塞縮進(jìn)時(shí)，第一單向閥和第三單向閥均為打開(kāi)狀態(tài)。
[0011]所述的水下散熱裝置包括第二單向閥、第四單向閥、保溫導(dǎo)管和螺旋銅管；兩根保溫導(dǎo)管的頂端分別通過(guò)第二單向閥和第四單向閥與海水輸送裝置的保溫缸體兩端連通；活塞推出時(shí)，第二單向閥和第四單向閥均為打開(kāi)狀態(tài)；所述螺旋銅管的兩端與兩根保溫導(dǎo)管的底端連通。
[0012]本發(fā)明利用風(fēng)能實(shí)現(xiàn)海底營(yíng)養(yǎng)鹽提升的方法，具體步驟如下:
[0013]步驟一、將風(fēng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。在海洋上空風(fēng)能作用下，垂直軸風(fēng)力捕捉裝置的風(fēng)輪帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子通過(guò)連桿帶動(dòng)活塞在保溫缸體中做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。
[0014]步驟二、實(shí)現(xiàn)海表熱水在螺旋銅管內(nèi)的輸送。
[0015]當(dāng)活塞向保溫缸體內(nèi)縮進(jìn)時(shí)，進(jìn)水管上的第一單向閥和出水管上的第三單向閥打開(kāi)，兩根保溫導(dǎo)管上的第二單向閥和第四單向閥關(guān)閉。海表熱水經(jīng)過(guò)濾裝置、進(jìn)水管和第一單向閥被引入到保溫缸體的熱水腔，保溫缸體冷水腔中的低溫水經(jīng)出水管和第三單向閥排出。
[0016]當(dāng)活塞向外推出時(shí)，第一單向閥和第三單向閥關(guān)閉，第二單向閥和第四單向閥打開(kāi)。保溫缸體熱水腔中的熱水通過(guò)第二單向閥和保溫導(dǎo)管進(jìn)入螺旋銅管。熱水在螺旋銅管內(nèi)與周?chē)蜏厣顚雍Ｋ疅峤粨Q后，再經(jīng)保溫導(dǎo)管和第四單向閥進(jìn)入到保溫缸體的冷水腔中。
[0017]步驟三、海底營(yíng)養(yǎng)鹽提升。溫度高的海表熱水不斷被輸送到螺旋銅管；深層海水吸收螺旋銅管向外散發(fā)的熱量，溫度升高，密度降低，在浮力作用下自然上升，形成上升流，從而提升海底營(yíng)養(yǎng)鹽。
[0018]本發(fā)明的有益效果是:
[0019]1、本發(fā)明的機(jī)械能來(lái)源于風(fēng)能，海洋上風(fēng)能清潔環(huán)保，取之不盡，用之不竭，有效節(jié)約了能源；海洋上風(fēng)向多變，本發(fā)明采用垂直軸風(fēng)力捕捉裝置無(wú)需對(duì)風(fēng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；
[0020]2、本發(fā)明沒(méi)有設(shè)置額外的加熱源，熱能取之于淺層海水，用之于深層海水，并在進(jìn)水管口安裝過(guò)濾裝置，用來(lái)過(guò)濾海水的雜質(zhì)，保證海水在裝置內(nèi)部順利循環(huán)；
[0021]3、本發(fā)明通過(guò)單向閥和雙向活塞缸來(lái)實(shí)現(xiàn)水在裝置內(nèi)部的輸送，由于進(jìn)、出水口的水位接近，因此海水的輸送無(wú)需克服較大的靜水壓力差，能耗較低，便于實(shí)現(xiàn)；
[0022]4、本發(fā)明螺旋銅管呈螺旋狀，使得換熱更為充分。
[0023]5、本發(fā)明用于改善海域生態(tài)環(huán)境，將提升的營(yíng)養(yǎng)鹽用于浮游植物和魚(yú)類的生長(zhǎng)，對(duì)發(fā)展?jié)O業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)揮重要作用。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1是本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖2是圖1的A-A剖視圖。
[0026]圖3是本發(fā)明中垂直軸風(fēng)力捕捉裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖4是本發(fā)明的機(jī)構(gòu)原理圖。
[0028]圖中:1、風(fēng)輪；2、轉(zhuǎn)子；3、旋轉(zhuǎn)軸；4、支承座；5、水面浮臺(tái)；6、連桿；7、保溫缸體；8、活塞；9、第一單向閥；10、第二單向閥；11、第三單向閥；12、第四單向閥；13、出水管；14、支撐架；15、進(jìn)水管；16、過(guò)濾裝置；17、保溫導(dǎo)管；18、螺旋銅管；19、定位銷鏈；20、定位銷；21、圓盤(pán)形支架；22、軸承；23、支撐桿。
【具體實(shí)施方式】
[0029]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0030]如圖1和4所示，一種利用風(fēng)能實(shí)現(xiàn)海底營(yíng)養(yǎng)鹽提升的裝置，包括垂直軸風(fēng)力捕捉裝置、傳動(dòng)裝置、海水輸送裝置、水下散熱裝置、水面浮臺(tái)5和定位裝置。垂直軸風(fēng)力捕捉裝置固定在水面浮臺(tái)5上，垂直軸風(fēng)力捕捉裝置驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)裝置的活塞8 ;活塞8在海水輸送裝置的保溫缸體7內(nèi)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)；海水輸送裝置將海表熱水輸送到水下散熱裝置；定位裝置包括定位錨鏈19和定位錨20 ;定位錨20通過(guò)定位錨鏈19固定在水面浮臺(tái)5下方，通過(guò)重力實(shí)現(xiàn)深海定位。
[0031]如圖3所示