浪流直驅(qū)抽水蓄壓海水淡化的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種波浪、潮流能直接驅(qū)動抽水蓄壓泵進(jìn)行海水淡化的裝置，它由海水淡化系統(tǒng)和浪流直驅(qū)抽水蓄壓裝置組成。葉片機(jī)翼捕獲水能后使輪機(jī)主軸沿固定方向旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)機(jī)械能直接傳遞至抽水螺桿，海水被吸入海水管道并不斷蓄壓，最終經(jīng)反滲透系統(tǒng)生成淡水。本發(fā)明利用浪流輪機(jī)沿固定方向旋轉(zhuǎn)的優(yōu)勢，設(shè)計與之適應(yīng)的抽水螺桿泵，使機(jī)械能直接傳遞以減少中間能耗；另一方面蓄能器和閥控式能量回收裝置對輸入海水淡化系統(tǒng)的水壓進(jìn)行柔性處理，保護(hù)反滲透膜同時保證制淡壓力足夠。此發(fā)明可解決船舶、艦艇及遠(yuǎn)岸島嶼的淡水不足問題，滿足節(jié)能和可持續(xù)性要求。
【專利說明】浪流直驅(qū)抽水蓄壓海水淡化機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種海水淡化機(jī)，具體說是一種直接利用浪流能抽水蓄壓的反滲透海水淡化裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]水是生命的源泉，是人類寶貴的、不可替代的自然資源，海水淡化作為一種開源技術(shù)，可以增加水資源總量。目前世界上采用的海水淡化方法主要包括多級閃蒸、多效蒸發(fā)和反滲透，其中反滲透技術(shù)具有投資少、操作方便、建設(shè)期短等優(yōu)點(diǎn)，在世界范圍內(nèi)的應(yīng)用已相當(dāng)廣泛。
[0003]對于遠(yuǎn)洋船艦，利用傳統(tǒng)的礦物燃料(煤、石油)解決海水淡化能源問題，會造成巨大的運(yùn)輸負(fù)擔(dān)和財務(wù)支出，耗能且不經(jīng)濟(jì)。對于沒有電網(wǎng)的海島極易導(dǎo)致海島脆弱生態(tài)系統(tǒng)的破壞，且運(yùn)輸和維護(hù)成本過高，而且我國的化石能源尤其是煤和石油相對不足，蘊(yùn)藏量有限，越用越少，正面臨著枯竭的危險。另外，煤和石油是重要的化學(xué)原料，用來當(dāng)燃料十分可惜，并且燃料燃燒將排出大量CO2和硫的氧化物，導(dǎo)致溫室效應(yīng)和酸雨，惡化地球環(huán)境。利用可再生能源淡化海水，就地取材，已成為當(dāng)今海水淡化的重點(diǎn)研究方向之一。
[0004]國內(nèi)外研究者做了很多嘗試，力圖將風(fēng)能、太陽能、波浪能、潮汐能甚至海洋溫差能等可再生能源與海水淡化工藝相結(jié)合，在眾多創(chuàng)新性研究中，與反滲透裝置耦合的供能系統(tǒng)，光伏-RO系統(tǒng)占32%，風(fēng)-RO系統(tǒng)占19%，而波浪能的利用少之又少。全世界波浪能的理論估算值為109kW量級。利用中國沿海海洋觀測臺站資料估算得到，中國沿海理論波浪年平均功率約為1.3X107kW。但由于不少海洋臺站的觀測地點(diǎn)處于內(nèi)灣或風(fēng)浪較小位置，故實(shí)際的沿海波浪功率要大于此值。水力可以滿足全世界3倍的能源。
[0005]波浪能是海洋能源中能量最不穩(wěn)定的一種能源，利用比較困難。傳統(tǒng)的波浪能利用方法一般是發(fā)電，在海水淡化領(lǐng)域，1991年Jean Crear等人設(shè)計了一種波浪能驅(qū)動的蒸汽式壓縮海水淡化系統(tǒng)，1998年愛爾蘭建造了波浪能轉(zhuǎn)化為液壓能驅(qū)動反滲透單元的裝置，日本和我國專家也做過振蕩浮子式波浪能海水淡化裝置，2010年華南理工大學(xué)利用相對垂蕩運(yùn)動的波浪能轉(zhuǎn)換裝置與反滲透單元聯(lián)合制淡。但是這些探索都沒有得到大規(guī)模應(yīng)用，艦船配備的海水淡化機(jī)仍普遍采用柴油機(jī)供能。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]此發(fā)明的目的是提供一種浪流直驅(qū)抽水蓄壓的海水淡化裝置，可利用水力獨(dú)立運(yùn)行，無污染，低能耗，低成本，運(yùn)行安全，適用于船舶、艦艇、偏遠(yuǎn)海島使用。
[0007]為此，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:它有浪流直驅(qū)抽水蓄壓裝置和海水淡化系統(tǒng)兩大組成部分。葉片機(jī)翼捕獲水能后使輪機(jī)主軸沿固定方向旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)機(jī)械能直接傳遞至抽水螺桿，海水被吸入海水管道并不斷蓄壓，最終經(jīng)反滲透系統(tǒng)生成淡水。
[0008]所述的浪流直驅(qū)抽水蓄壓裝置包括:固定架、海水管道、主架、機(jī)輪支撐板、法蘭盤、輪機(jī)主軸、葉片機(jī)翼和抽水蓄壓泵組成。所述的抽水蓄壓泵包括:泵殼、抽水螺桿、過濾罩組成。五支葉片機(jī)翼呈一定角度地安裝于機(jī)輪支撐板上，用于捕獲豎直方向的波浪能以及水平反向的潮流能，葉片機(jī)翼組的共同受力使輪機(jī)整體始終沿固定方向旋轉(zhuǎn)。抽水螺桿的軸端與輪機(jī)主軸直接相連，或通過聯(lián)軸器相連，旋轉(zhuǎn)機(jī)械能即可直接從輪機(jī)轉(zhuǎn)移至抽水蓄壓泵。量臺抽水蓄壓泵對稱布置于輪機(jī)兩側(cè)，采用右手法則，右邊抽水螺桿的螺旋方向與葉片機(jī)翼安裝的方向一致，左邊的方向相反。行文“右側(cè)”均意味著面向圖片確認(rèn)的右側(cè)，在實(shí)物中，為面向輪機(jī)，處于最上端的一支葉片機(jī)翼安裝方向與面向一致時。所述葉片機(jī)翼安裝方向?yàn)榻孛嫔衔膊康筋^部的方向。海水經(jīng)抽水蓄壓泵末端的過濾罩后，被吸入泵內(nèi)并擠壓至海水管道。海水管道與海水淡化系統(tǒng)相連。
[0009]所述的海水淡化系統(tǒng)由蓄能器、單向閥、閥控能量回收裝置、四通換向閥、海水淡滲透膜組成。所述蓄能器中的柔性水囊通過管路與海水管道和兩個單向閥直接連通，當(dāng)海水淡化系統(tǒng)內(nèi)部管路壓力過剩時收集部分余壓。單向閥有四只，分別處于系統(tǒng)的不同位置。閥控能量回收裝置與四通換向閥相連，同時連接海水反滲透膜。海水在裝置初始狀態(tài)下會先充滿反滲透膜和閥控能量回收裝置的最左端和最右端兩個腔，進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)，從反滲透膜中流出的濃水流至能量回收裝置，擠壓最右端的海水腔，將部分壓力返回至反滲透膜。
[0010]由于本發(fā)明采用了以上的技術(shù)方案，將整個裝置分為制淡和利用水力進(jìn)行抽水蓄壓的兩個模塊，制淡模塊采用耗能少、只需水壓的反滲透型式，且可全自動控制。抽水蓄壓模塊采用浪流一體輪機(jī)捕獲水力，存在旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，但由于旋轉(zhuǎn)方向不會隨水流方向變化而變化，抽水蓄壓泵始終處于吸水并擠壓至海水管道的工況下，海水淡化系統(tǒng)的進(jìn)水水壓可以增加到理想值。
[0011]本發(fā)明整套裝置由于直接吸收海洋波浪能和潮流能，采用聯(lián)軸直驅(qū)式，大大減少了機(jī)械能中間傳遞的損耗；將具有一定壓力的海水直接作為反滲透單元的進(jìn)水，省去了傳統(tǒng)電力驅(qū)動環(huán)節(jié)。因此相對于其他波浪能海水淡化裝置，效率更高，結(jié)構(gòu)更簡單，從而更加可靠耐用，可靈活配置在艦船上，節(jié)能且適用性好，易于大型化。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為浪流直驅(qū)抽水蓄壓海水淡化機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖
[0013]圖2為浪流直驅(qū)抽水蓄壓裝置結(jié)構(gòu)示意圖
[0014]圖3為葉片機(jī)翼截面圖
[0015]圖4為右側(cè)抽水蓄壓泵結(jié)構(gòu)圖
【具體實(shí)施方式】
[0016]請參閱圖1。本發(fā)明有海水淡化系統(tǒng)I和浪流直驅(qū)抽水蓄壓裝置2兩大組成部分。
[0017]所述的海水淡化系統(tǒng)I由蓄能器11、單向閥12、閥控能量回收裝置13、四通換向閥
14、海水淡滲透膜15組成。所述蓄能器中的柔性水囊通過管路與海水管道和兩個單向閥12直接連通，當(dāng)海水淡化系統(tǒng)內(nèi)部管路壓力過剩時收集部分余壓。單向閥12有四只，分別處于系統(tǒng)的不同位置。閥控能量回收裝置13與四通換向閥14相連，同時連接海水反滲透膜
15。海水在裝置初始狀態(tài)下會先充滿反滲透膜和閥控能量回收裝置的最左端和最右端兩個腔，進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)，從反滲透膜15中流出的濃水流至能量回收裝置，擠壓最閥控能量回收裝置13最右端的海水腔，將部分壓力返回至反滲透膜15。
[0018]請參閱圖2，所述的浪流直驅(qū)抽水蓄壓裝置2包括:固定架21、海水管道22、主架23、機(jī)輪支撐板24、法蘭盤25、輪機(jī)主軸26、葉片機(jī)翼27和抽水蓄壓泵28組成。所述的抽水蓄壓泵28包括:泵殼281、抽水螺桿282、過濾罩283組成。五支葉片機(jī)翼27呈一定角度地安裝于機(jī)輪支撐板24上，用于捕獲豎直方向的波浪能以及水平反向的潮流能，葉片機(jī)翼組的共同受力使輪機(jī)整體始終沿固定方向旋轉(zhuǎn)。抽水螺桿282的軸端與輪機(jī)主軸26直接相連，或通過聯(lián)軸器相連，旋轉(zhuǎn)機(jī)械能即可直接從輪機(jī)轉(zhuǎn)移至抽水蓄壓泵28。兩臺抽水蓄壓泵28對稱布置于輪機(jī)兩側(cè)，請參見圖4，采用右手法則，右邊抽水螺桿282的螺旋方向與葉片機(jī)翼27安裝的方向一致，左邊的方向相反。請參閱圖3，所述葉片機(jī)翼27安裝方向?yàn)榻孛嫔衔膊康筋^部的方向，尾部為細(xì)長端，即圖片的右側(cè)。海水經(jīng)抽水蓄壓泵28末端的過濾罩283后，被吸入泵內(nèi)并擠壓至海水`管道22。海水管道22與海水淡化系統(tǒng)I相連。
【權(quán)利要求】
1.浪流直驅(qū)抽水蓄壓海水淡化機(jī)，其特征在于，由浪流直驅(qū)抽水蓄壓裝置和海水淡化系統(tǒng)兩大部分組成； 所述的浪流直驅(qū)抽水蓄壓裝置包括:固定架、海水管道、主架、機(jī)輪支撐板、法蘭盤、輪機(jī)主軸、葉片機(jī)翼和抽水蓄壓泵組成； 所述的固定架主要用于浪流直驅(qū)抽水蓄壓裝置與艦船主體的支撐連接； 所述的抽水蓄壓泵包括:泵殼、抽水螺桿、過濾罩組成，兩臺抽水蓄壓泵堆成布置在輪機(jī)兩側(cè)，主要利用機(jī)械能將海水送至海水管道，并不斷蓄積水壓，具有抽水和蓄壓的雙重作用； 所述的海水淡化系統(tǒng)由蓄能器、四支單向閥、閥控能量回收裝置、四通換向閥、海水淡滲透膜組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪機(jī)主軸，其特征在于，與抽水蓄壓泵的抽水螺桿軸端直接相連，還包括利用聯(lián)軸器的連接形式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抽水蓄壓泵，其特征在于，左右兩支抽水螺桿的螺旋方向相反，安裝方向與葉片機(jī)翼方向相適應(yīng)。
【文檔編號】C02F1/44GK103641204SQ201310674015
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月11日
【發(fā)明者】王世明, 劉銀, 汪亞南, 田卡, 占浩, 趙薇, 李垚, 汪振, 周婷, 林子楠, 鄒偉, 任萬超 申請人:上海海洋大學(xué)