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一種船載式波浪能海水淡化裝置的制作方法

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一種船載式波浪能海水淡化裝置的制作方法

本發(fā)明涉及一種海水淡化裝置,特別是關(guān)于一種利用海洋波浪能進(jìn)行海水淡化的船載式波浪能海水淡化裝置。



背景技術(shù):

波浪能具有儲(chǔ)量大、分布廣、無(wú)污染、可再生等優(yōu)點(diǎn),正成為可再生能源利用的一個(gè)新的熱點(diǎn)。目前,波浪能的利用以發(fā)電為主,根據(jù)非專利文獻(xiàn)“微型水波能發(fā)電裝置的設(shè)計(jì)[J]”(作者沈昕,無(wú)線互聯(lián)科技,2015,03:73-75.)以及“陣列式波浪能發(fā)電裝置的水動(dòng)力分析[J]”(作者何光宇,楊紹輝,何宏舟,王鳳銀,水力發(fā)電學(xué)報(bào),2015,02:118-124)波浪能發(fā)電已經(jīng)有了廣泛的研究和新的進(jìn)展,但由于波浪能密度低、穩(wěn)定性差的缺點(diǎn),使得波浪能發(fā)電系統(tǒng)利用效率低、運(yùn)行穩(wěn)定性差,發(fā)出的電力無(wú)法接入電網(wǎng),阻礙了波浪能發(fā)電技術(shù)的廣泛應(yīng)用。若將波浪能直接用于海水淡化,通過(guò)儲(chǔ)存淡水的方式克服其穩(wěn)定性差的缺點(diǎn),將極大地促進(jìn)節(jié)能環(huán)保事業(yè)的發(fā)展。

海水淡化處理技術(shù)是指將水中的多余鹽分和礦物質(zhì)去除得到淡水的工序。目前,世界上裝機(jī)應(yīng)用的海水淡化膜方法主要有多級(jí)閃蒸(MSF)、多效蒸發(fā)(MED)和反滲透法(RO)。

國(guó)內(nèi)在直接利用波浪能淡化海水方面的研究還不是很多,但是也有了一些成果。如公開(kāi)號(hào)為103663594A的中國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)了一種波浪能全自動(dòng)海水淡化裝置,但主要是利用波浪能取水,結(jié)合太陽(yáng)能來(lái)蒸發(fā)淡化海水。但是這種設(shè)計(jì)對(duì)天氣的要求較高,需要晴朗的天氣和較大的蒸發(fā)表面,占地大,且淡水產(chǎn)率較低,產(chǎn)水量較少。且適用于海岸邊,不宜隨船攜帶。

我國(guó)海域廣闊,隨著海上絲綢之路和航海貿(mào)易運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展,遠(yuǎn)洋貨船的數(shù)量不斷增多,規(guī)模不斷擴(kuò)大,航行距離不斷增長(zhǎng)。而遠(yuǎn)洋貨船的淡水來(lái)源,主要是蒸發(fā)造淡和直接運(yùn)輸冷凍水兩種。蒸發(fā)造淡是通過(guò)蒸餾法來(lái)取得淡水,需要消耗船上本來(lái)用于船舶動(dòng)力的燃料且有污染物排放,并且造價(jià)較高,小型機(jī)價(jià)格大致為兩萬(wàn)左右,而大型機(jī)為二十至三十萬(wàn)不等,在淡化過(guò)程中也存在高耗能、高損耗、淡化周期較長(zhǎng)等缺點(diǎn)。而反滲透法投資小、能耗小、操作方便且易于控制,海水經(jīng)反滲透法處理后完全可以達(dá)到世界衛(wèi)生組織(WHO)所確定的飲用水標(biāo)準(zhǔn)。

針對(duì)反滲法淡化海水的諸多優(yōu)點(diǎn),申請(qǐng)?zhí)?01220630034.5,公開(kāi)了一種浮體式波浪能海水淡化裝置,它包括波浪能吸收系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和海水淡化系統(tǒng)波浪能吸收系統(tǒng)包括浮體,浮體與固定在岸邊的固定物通過(guò)鉸鏈活動(dòng)鏈接,浮體通過(guò)液壓缸、高壓油管與液壓系統(tǒng)的高壓油罐連接,高壓油罐上安裝穩(wěn)壓蓄能器,高壓油罐通過(guò)液壓馬達(dá)與反滲透膜海水淡化系統(tǒng)的水泵連接將波浪能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能泵送海水淡化。但是該技術(shù)裝置體積較大,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,安裝檢修困難,且不宜作為船載式淡水凈化裝置使用。

此外,目前已有的各種波浪能海水淡化裝置,大多是應(yīng)用于海岸的大型機(jī)構(gòu),裝置龐大,不適用于遠(yuǎn)洋貨船上的淡水提供,且大部分裝置需要利用電能作為動(dòng)力,不能滿足低能耗的要求。而且,幾乎所有的已有專利都只是單向處理,沒(méi)有檢測(cè)反饋裝置以檢測(cè)淡化后的海水濃度是否達(dá)標(biāo),缺少對(duì)水質(zhì)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與反饋。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的問(wèn)題,提出了一種便攜式、小型化且適用于遠(yuǎn)洋貨船的船載式波浪能海水淡化裝置。

為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:

一種船載式波浪能海水淡化裝置,其特征在于:

本裝置包括波浪能收集模塊、集成膜反滲透淡化模塊和檢測(cè)反饋模塊。

所述波浪能采集模塊由一餅狀浮子和杠桿式機(jī)械傳動(dòng)加壓部分構(gòu)成。所述浮子上部為兩層餅狀空心結(jié)構(gòu),所述餅狀結(jié)構(gòu)下方懸吊一球形重物。所述杠桿式機(jī)械加壓部分由杠桿與一活塞式液壓缸組成,所述杠桿的主體支架為兩塊狹長(zhǎng)鋼板焊接而成,所述鋼板一塊豎直,另一塊與所述豎直鋼板頂部焊接夾角為45°。所述豎直鋼板中部用一鉸鏈連接另一鋼板,且此鋼板距端部三分之一處用鉸鏈與活塞式液壓缸的活塞桿相連。所述活塞式液壓缸頂部與所述45°鋼板用鉸鏈連接。所述吸水管道的入口處設(shè)置有一過(guò)濾器,所述吸水管道的出口處連接在所述活塞式缸的入水口。

所述集成膜反滲透淡化模塊由液壓管路和超濾預(yù)處理膜,陶氏SW30-2540主體膜,以及補(bǔ)償膜組成。所述液壓管路入口連接在所述活塞式液壓缸上,出口連接在所述陶氏苦鹽水膜的入口。所述管路上安裝有四個(gè)單向閥。

所述檢測(cè)反饋模塊包括一單片機(jī)開(kāi)發(fā)板,一水流量計(jì)、一鹽度計(jì)和一電磁閥和連接管道。所述主體膜出口管路接所述鹽度計(jì),所述鹽度計(jì)出口由管路接到所述電磁閥,所述電磁閥一出口由管路接到流量計(jì);所述鹽度計(jì)、電磁閥和流量計(jì)信號(hào)均接入單片機(jī),所述單片機(jī)控制信號(hào)接到所述電磁閥。所述電磁閥另外兩個(gè)出口一個(gè)接所述補(bǔ)償膜,另一只接排放管道。

一種船載式波浪能海水淡化裝置,其實(shí)現(xiàn)的功能如下:

海水經(jīng)過(guò)波浪能驅(qū)動(dòng)的機(jī)械裝置獲得高壓,通過(guò)集成膜系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)處理以及苦鹽水專用的陶氏反滲膜進(jìn)行淡化,經(jīng)檢測(cè)反饋模塊進(jìn)行檢測(cè)與判斷,進(jìn)行不同形式的反饋,并顯示得到淡水的濃度與流量。

機(jī)械部分的主要功能是通過(guò)振蕩的浮子收集波浪能,經(jīng)杠桿傳動(dòng)后能量傳遞至液壓缸中。液壓缸外接四個(gè)單向閥,浮子上下振動(dòng)時(shí),液壓缸不斷抽吸海水并將其加壓使壓力達(dá)到集成膜部分的工作壓力。杠桿的存在使液壓缸活塞受力增大,行程減小,單向閥的存在使實(shí)現(xiàn)連續(xù)進(jìn)水、連續(xù)出水功能。

集成膜部分設(shè)有預(yù)處理膜、主體膜以及補(bǔ)償膜。利用反滲原理,使加壓過(guò)的海水得到充分凈化。詳見(jiàn)2.2集成膜部分。

淡化后的水流經(jīng)檢測(cè)裝置,測(cè)得鹽度及流量并都通過(guò)屏幕直接顯示。從檢測(cè)裝置中引出信號(hào)到單片機(jī),控制各反饋過(guò)程。根據(jù)鹽度計(jì)(TDS)測(cè)得的鹽度進(jìn)行不同反饋共分為三種反饋形式。如果鹽度達(dá)標(biāo),直接引走供取用;如果鹽度高出標(biāo)準(zhǔn)一定數(shù)值x(試驗(yàn)后得出),引到補(bǔ)償備用膜,重新過(guò)濾后引至取水口;如果超出x,系統(tǒng)報(bào)警,切斷水源供應(yīng),并組織檢修。合格的水利用流量計(jì)測(cè)得產(chǎn)量后供給用戶。本模塊依托單片機(jī)進(jìn)行數(shù)字化的顯示和控制。詳見(jiàn)2.3檢測(cè)反饋部分。

由于上述技術(shù)方案運(yùn)用,本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)和效果:

本裝置的一個(gè)效果在于,完全使用波浪能驅(qū)動(dòng)機(jī)械系統(tǒng),并利用杠桿傳動(dòng)放大壓力,中間不經(jīng)歷機(jī)械能到電能的轉(zhuǎn)換,提高了能量利用效率。

本裝置的一個(gè)效果在于,使用集成膜系統(tǒng),更加清潔、高效,并且將主體膜的使用壽命從3年以下延長(zhǎng)到5年左右。同時(shí),一般凈水設(shè)備中的備用膜由我們反饋中的補(bǔ)償膜代替,更加物盡其用。

本裝置的一個(gè)效果在于,使用單片機(jī)集成控制技術(shù),將水質(zhì)及流量可視化,便于監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)的反饋,保證了供給的飲水的安全和數(shù)量。同時(shí),單片機(jī)耗能低,大大節(jié)約了成本,符合節(jié)能環(huán)保的理念。

本裝置的一個(gè)效果在于,使用多級(jí)反饋檢測(cè),將不合格的海水利用補(bǔ)償膜進(jìn)一步凈化,更大程度利用海水產(chǎn)生淡水。

本裝置的一個(gè)效果在于,應(yīng)用于遠(yuǎn)洋貨船,以代替目前普遍的蒸發(fā)式造淡機(jī),省去了蒸發(fā)用的大量燃煤以及煤占用的載荷,提高了經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)避免了大量燃煤所造成的環(huán)境污染。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)施例的系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)圖;

圖2為本實(shí)施例的浮子實(shí)際形態(tài)圖;

圖3為本實(shí)施例的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖;

圖4為本實(shí)施例的汽缸內(nèi)海水流動(dòng)示意圖;

圖5為本實(shí)施例的反滲透膜示意圖;

圖6為本系統(tǒng)的檢測(cè)與反饋系統(tǒng)示意圖。

圖中:1.浮子,2.反滲透膜,3.杠桿,4.汽缸,5.活塞,6.海水注入口,7.反滲透膜入口,8.單向閥,9.廢水口,10.出水口,11.鹽度計(jì),12.單片機(jī),13.繼電器,14.電磁閥,15.補(bǔ)償膜,16.報(bào)警燈,17.蜂鳴器,18.排水口,19.流量計(jì),20.數(shù)碼管,21.取水口。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。

在圖1所示實(shí)施例中,一種船載式波浪能海水淡化裝置,包括浮子部分(1)、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、反滲透膜部分(2)和檢測(cè)反饋系統(tǒng)。

在圖2所示實(shí)施例中,浮子(1)的上部面積較大,是為了增大作用面積,收集更多的波浪能;下部為一配重球,是為了增強(qiáng)浮子的穩(wěn)定性。

在圖3所示實(shí)施例中,浮子(1)隨著波浪的上下起伏而振蕩,通過(guò)杠桿(3)將波浪能傳遞到汽缸(4)內(nèi)的活塞(5)上,活塞(5)在汽缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng),將海水壓入反滲透膜(2)內(nèi)。

在圖4所示實(shí)施例中,海水通過(guò)海水注入口(6)進(jìn)入液壓傳動(dòng)系統(tǒng),通過(guò)單向閥(8)和活塞(5)的共同作用,從反滲透膜入口(7)注入反滲透膜(2)。當(dāng)海水上升時(shí),活塞(5)向上運(yùn)動(dòng),海水從汽缸的上口流出,下口流入;當(dāng)海水下降時(shí),活塞(5)向下運(yùn)動(dòng),海水從汽缸的下口流出,上口流入。也即浮子(1)上下運(yùn)動(dòng)時(shí),均可將海水從海水注入口(6)壓入反滲透膜入口(7)。

在圖5所示實(shí)施例中,海水從反滲透膜入口(7)進(jìn)入反滲透膜(2)后,經(jīng)過(guò)反滲透膜(2)的微濾、納濾、超濾等過(guò)濾過(guò)程,從出水口(10)流出淡化后的水,從廢水口(9)流出過(guò)濾后的廢水。

在圖6所示實(shí)施例中,淡化水從出水口(10)流出后,首先經(jīng)鹽度計(jì)(11)檢測(cè)得到其鹽度值,并將數(shù)據(jù)反饋到單片機(jī)(12)。單片機(jī)(12)將反饋值與標(biāo)準(zhǔn)值比較,根據(jù)不同的結(jié)果輸出信號(hào)決定繼電器(13)的通斷,進(jìn)而控制電磁閥(14)的通斷,使淡水流入不同的管道。

具體地,當(dāng)鹽度達(dá)標(biāo)時(shí),表明淡水符合淡化標(biāo)準(zhǔn),淡水將直接流至流量計(jì)(19);當(dāng)鹽度高出標(biāo)準(zhǔn)一定值x時(shí),表明淡水鹽度略高于標(biāo)準(zhǔn)但還可以進(jìn)一步淡化得到滿足需要的淡水,此時(shí)淡水將流到補(bǔ)償膜(15)得到二次淡化,補(bǔ)償膜(15)經(jīng)合理設(shè)計(jì)后可以保證出水符合標(biāo)準(zhǔn),因而出水直接送至流量計(jì)(19);當(dāng)鹽度高出標(biāo)準(zhǔn)的值超過(guò)x時(shí),表面淡水鹽度遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn),已無(wú)法補(bǔ)救,此時(shí)很可能是反滲透膜(2)破損等原因?qū)е?,惡化淡水將被直接送至排水?18)排走,與此同時(shí),單片機(jī)(12)開(kāi)通報(bào)警電路,報(bào)警燈(16)點(diǎn)亮并閃爍,蜂鳴器(17)發(fā)出強(qiáng)烈刺耳的報(bào)警聲,提醒工作人員關(guān)停并檢修海水淡化系統(tǒng)。

符合飲用及生活用水的標(biāo)準(zhǔn)的淡水流到流量計(jì)(19)后,流量計(jì)(19)將測(cè)出出水的流量,并將數(shù)據(jù)反饋至單片機(jī)(12),單片機(jī)(12)經(jīng)過(guò)脈沖計(jì)數(shù)和簡(jiǎn)單編碼后,在數(shù)碼管(20)上顯示出取水口(21)的流量,以供船員規(guī)劃設(shè)計(jì)整個(gè)海水淡化系統(tǒng)的工作時(shí)間和頻率。

最終,船員可以直接從取水口(21)取水飲用或用作生活用水。

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