CN103214063A - 海洋能直驱式海水淡化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种海洋能直驱式海水淡化装置，它包括海水预过滤装置，海洋能采能装置，海水蓄能装置、反渗透装置以及控制器，所述海水预过滤装置、海洋能采能装置、海水蓄能装置及反渗透装置依次通过管道连接，所述控制器与海水蓄能装置连接。海水预过滤装置对海水进行过滤预处理滤除杂质，过滤后的海水经过海洋能采能装置变成高压海水，再通过管道进入海水蓄能装置中将管道中的高压海水的压力稳定下来，然后进去反渗透装置中进行海水淡化。

Description

海洋能直驱式海水淡化装置
技术领域：
本发明涉及海水淡化技术领域，具体讲是一种利用可再生的海洋能源进行海水淡化的海洋能直驱式海水淡化装置。
背景技术：
海水淡化即利用海水脱盐生产淡水，目前海水淡化本身是一项比较成熟的技术，现在所用的海水淡化方法有多级闪蒸法、反渗透法、多效蒸发和水合法等，其中应用反渗透膜的反渗透法是以其设备简单，易于维护、节能和设备模块化等优点逐步成为应用最广泛的方法。尽管如此，目前利用海洋能反渗透法制取淡水成本还是偏高，其主要原因之一就是目前的海洋能反渗透海水淡化装置一般都是先利用海洋能进行发电，然后再利用电能带动高压泵制造高压海水，最后再将高压海水输送到反渗透装置中进行淡化，这个过程中，先将海洋能转换为电能，再将电能转换为机械能来制造高压海水，经历了多个能量转换过程，不可避免地造成能量的大量浪费，能量利用率低，淡水生产成本较高。
发明内容：
本发明的目的是，克服现有技术的缺陷，提供一种能量利用率高，淡水生产成本较低的海洋能直驱式海水淡化装置。
本发明提供的技术方案是：本发明提供一种海洋能直驱式海水淡化装置，它包括海水预过滤装置，海洋能采能装置，海水蓄能装置、反渗透装置以及控制器，所述海水预过滤装置、海洋能采能装置、海水蓄能装置及反渗透装置依次通过管道连接，所述控制器与海水蓄能装置电连接。海水预过滤装置对海水进行过滤预处理滤除杂质，过滤后的海水经过海洋能采能装置变成高压海水，再通过管道进入海水蓄能装置中将管道中的高压海水的压力稳定下来，然后进去反渗透装置中进行海水淡化。
所述海洋能采能装置包括潮流能采能装置，所述潮流能采能装置包括高压水泵，以及设在海中的在潮流作用下转动的桨叶，所述桨叶与高压水泵连接，所述高压水泵的入口端通过管道与海水预过滤装置的出口端连接，高压水泵的出口端通过管道与海水蓄能装置的入口端连接。在潮流的流动作用下桨叶转动带动高压水泵转动将经过海水预过滤装置过滤后的海水加压成高压海水进入海水蓄能装置中。
所述海洋能采能装置包括波浪采能装置，所述波浪采能装置包括设在海面上可随着波浪上下移动的浮筒，设有第一缸体以及第二缸体两个缸体的第一液压缸，所述第一缸体和第二缸体中的分别一个活塞通过一个活塞杆连接并联动，所述浮筒通过连杆与活塞杆的中部铰接，所述第一缸体通过管道分别与海水蓄能装置及海水预过滤装置连通，所述第二缸体通过管道分别与海水蓄能装置及海水预过滤装置连通，所述第一缸体和第二缸体的出口及入口处的管道上均设有方向为从海水预过滤装置到海水蓄能装置的单向阀。浮筒上下移动带动液压缸中的两个活塞同步左右往复运动，当两个活塞向第一缸体的方向运动时，第一缸体内的海水变成高压海水并向海水蓄能装置流动，第二缸体内则从管道中吸取海水预过滤装置过滤后的海水进入第二缸体，当两个活塞向第二缸体的方向运动时，第二缸体内的海水变成高压海水并向海水蓄能装置流动，第一缸体内则从管道中吸取海水预过滤装置过滤后的海水进入第一缸体。
所述海水蓄能装置包括第一液压蓄能器、第一电磁阀，流量传感器、液压传感器，所述第一液压蓄能器通过管道与海水蓄能装置的出口端以及反渗透装置的入口端连通，第一电磁阀、流量传感器以及液压传感器均设在管道上，所述控制器与第一电磁阀、流量传感器以及液压传感器电连接。高压海水进入到海水蓄能装置之后中，通过流量传感器和液压传感器检测管道中的海水的压力和流量，并通过液压蓄能器进行稳压，然后再将海水输出至反渗透装置中。
所述海洋能直驱式海水淡化装置还包括能量回收装置，所述能量回收装置包括第二液压蓄能器、液压传感器、二位四通换向阀、以及包括有第三缸体和第四缸体的第二双缸式液压缸和包括有第五缸体和第六缸体的第三双缸式液压缸，所述第三缸体内设有第二活塞将第三缸体分成第一腔室和第二腔室，所述第四缸体内设有第三活塞将第四缸体分为第三腔室和第四腔室，所述第二活塞和第三活塞通过一个活塞杆连接并联动，所述第五缸体内设有第四活塞将第五缸体分为第五腔室和第六腔室，第六缸体内设有第五活塞将第六缸体分为第七腔室和第八腔室，所述第四活塞和第五活塞通过一个活塞杆连接并联动，所述第二液压蓄能器通过管道与反渗透装置的浓海水出口端连通，所述第四腔室通过二位四通换向阀分别与第二液压蓄能器的出口端以及排出废水的出水口连通，所述第八腔室通过二位四通换向阀分别与第二液压蓄能器的出口端以及排出废水的出水口连通，所述第三腔室和第七腔室连通，所述第一腔室通过管道分别与海水预过滤装置以及海水蓄能装置连通，所述第五腔室通过管道分别与海水预过滤装置以及海水蓄能装置连通，所述第三双缸式液压缸的两端的内表面上均设有接触传感器。所述液压传感器、二位四通换向阀及接触传感器均与控制器电连接。从反渗透装置中出来的高浓度海水中仍然压力较高，如果就将该海水当作废水排出会造成能量浪费，本能量回收装置通过采用第二液压蓄能器将反渗透装置中出来的高浓度高压海水进行蓄能然后通过控制器控制二位四通换向阀的换向使第二双缸式液压缸和第三双缸式液压缸动作，从而对从海水预过滤装置中过滤出的海水做功使其变成高压海水进入海水蓄能装置中。这既避免了能量的浪费，而且又不是将高压高浓度海水直接进入到海水蓄能装置中，效率较高，海水淡化的质量较好。
采用本发明后具有以下优点：
本发明海洋能直驱式海水淡化装置通过海洋能采能装置直接利用海洋能转化为机械能来使海水增压，从而使高压海水进入反渗透装置中进行淡化，不使用任何二次能源，因此能量转换次数较少，能量浪费较少，能量利用率高，而且还省去了使用二次能源的设备，设备成本较低，淡水生产成本大幅度降低，便于海洋能海水淡化技术的普及。
附图说明：
附图1为本发明海洋能直驱式海水淡化装置的方框示意图；
附图2本本发明海洋能直驱式海水淡化装置的原理图。
如图所示：1、海水预过滤装置，2、海水后续处理装置，3、波浪能采能装置，3.1、浮筒，3.2、第一缸体，3.3、第二缸体，3.4、第一活塞，3.5、活塞杆。3.6、连杆，4、潮流能采能装置，4.1、桨叶，4.2、高压水泵，5、海水蓄能装置，5.1、第一液压蓄能器，5.2、第一电磁阀，5.3、流量传感器，5.4、第一液压传感器，5.5、第一溢流阀，5.6、第二电磁阀、5.7、第三电磁阀，6、反渗透装置，7、能量回收装置，7.1、第二液压蓄能器，7.2、第二液压传感器，7.3、二位四通换向阀，7.4、第三缸体，7.4.1、第一腔室，7.4.2、第二腔室，7.5、第二缸体，7.5.1、第三腔室，7.5.2、第四腔室，7.6、第三缸体，7.6.1、第五腔室，7.6.2、第六腔室，7.7、第四缸体，7.7.1、第七腔室，7..7.2、第八腔室，7.8、第二活塞，7.9、第三活塞，7.10、第四活塞，7.11、第五活塞，7.12、接触传感器，7.13、第二溢流阀，7.14、出水口。
具体实施方式：
下面结合具体实施例对本发明做详细说明：
本发明提供一种海洋能直驱式海水淡化装置，它包括海水预过滤装置，海洋能采能装置，海水蓄能装置、反渗透装置以及控制器，所述海水预过滤装置、海洋能采能装置、海水蓄能装置及反渗透装置依次通过管道连接，所述控制器与海水蓄能装置连接。海水预过滤装置对海水进行过滤预处理滤除杂质，过滤后的海水经过海洋能采能装置变成高压海水，再通过管道进入海水蓄能装置中将管道中的高压海水的压力稳定下来，然后进去反渗透装置中进行海水淡化。
本发明的实现方式如下：本发明一般是在海底建立一个支架，本发明中的所有装置均装在支架上，海水预过滤装置一般是采用多组海水过滤器将海水过滤除去杂质，所述潮流能采能装置装在支架的底部，它包括高压水泵4.2，以及设在海中的在潮流作用下转动的桨叶4.1，所述桨叶4.1与高压水泵4.2连接，桨叶转动可带动高压水泵4.2转动，所述高压水泵4.2的入口端通过管道与海水预过滤装置的出口端连接，高压水泵的出口端通过管道与海水蓄能装置的入口端连接。为了防止海水倒流，在高压水泵4.2的出口处的管道上装有方向为从海水预过滤装置到海水蓄能装置的单向阀。在潮流的流动作用下桨叶转动带动高压水泵转动将经过海水预过滤装置过滤后的海水加压成高压海水进入海水蓄能装置中。
所述波浪采能装置装在支架的上部，包括设在海面上可随着波浪上下移动的浮筒3.1，设有第一缸体3.2以及第二缸体3.3两个缸体的第一液压缸，所述第一缸体3.2和第二缸体3.3中的两个第一活塞3.4通过一个活塞杆3.5连接并联动，所述浮筒3.1通过连杆3.6与活塞杆3.5的中部铰接，所述第一缸体3.2通过管道分别与海水蓄能装置及海水预过滤装置连通，所述第二缸体3.3通过管道分别与海水蓄能装置及海水预过滤装置连通，所述第一缸体3.2和第二缸体3.3的出口及入口处的管道上均设有方向为从海水预过滤装置到海水蓄能装置的单向阀。浮筒上下移动带动液压缸中的两个第一活塞同步左右往复运动，当两个第一活塞向第一缸体的方向运动时，第一缸体内的海水变成高压海水并向海水蓄能装置流动，第二缸体内则从管道中吸取海水预过滤装置过滤后的海水进入第二缸体，当两个第一活塞向第二缸体的方向运动时，第二缸体内的海水变成高压海水并向海水蓄能装置流动，第一缸体内则从管道中吸取海水预过滤装置过滤后的海水进入第一缸体。
所述海水蓄能装置包括第一液压蓄能器5.1、第一电磁阀5.2，流量传感器5.3、第一液压传感器5.4，所述第一液压蓄能器5.1通过管道与海水蓄能装置的出口端以及反渗透装置的入口端连通，第一电磁阀5.2、流量传感器5.3以及第一液压传感器5.4均设在管道上，所述控制器与第一电磁阀5.2、流量传感器5.3以及第一液压传感器5.4连接。高压海水进入到海水蓄能装置之后中，通过流量传感器5.3和第一液压传感器5.4检测管道中的海水的压力和流量，并通过第一液压蓄能器5.1进行稳压，然后再将海水输出至反渗透装置中。反渗透装置中包含有多个反渗透膜，海水蓄能装置通过多个管道分别与多个反渗透膜连接，每个连接处均设有电磁阀，该电磁阀与控制连接，则可以通过检测管道中海水的压力和流量来自行关闭或者开启反渗透膜，当压力过大或过小时关闭电磁阀从而关闭反渗透膜，当流量较小时只开启一部分反渗透膜。
所述海洋能直驱式海水淡化装置还包括能量回收装置，所述能量回收装置包括第二液压蓄能器7.1、第二液压传感器7.2、二位四通换向阀7.3、以及包括有第三缸体7.4和第四缸体7.5的第二双缸式液压缸和包括有第五缸体7.6和第六缸体7.7的第三双缸式液压缸，所述第三缸体内设有第二活塞7.8将第三缸体7.4分成第一腔室7.4.1和第二腔室7.4.2，所述第四缸体7.5内设有第三活塞7.9将第四缸体7.5分为第三腔室7.5.1和第四腔室7.5.2，所述第二活塞7.8和第三活塞7.9通过一个活塞杆连接并联动，所述第五缸体7.6内设有第四活塞7.10将第五缸体7.6分为第五腔室7.6.1和第六腔室7.6.2，第六缸体7.7内设有第五活塞7.11将第六缸体7.7分为第七腔室7.7.1和第八腔室7.7.2，所述第四活塞7.10和第五活塞7.11通过一个活塞杆连接并联动，所述第二液压蓄能器7.1通过管道与反渗透装置的浓海水出口端连通，所述第四腔室7.5.2通过二位四通换向阀7.3分别与第二液压蓄能器7.1的出口端以及排出废水的出水口7.14连通，所述第八腔室7.7.2通过二位四通换向阀7.3分别与第二液压蓄能器7.1的出口端以及排出废水的出水口7.14连通，所述第三腔室7.5.1和第七腔室7.7.1连通，所述第一腔室7.4.1通过管道分别与海水预过滤装置以及海水蓄能装置连通，所述第五腔室7.6.1通过管道分别与海水预过滤装置以及海水蓄能装置连通，所述第三双缸式液压缸的两端的内表面上均设有接触传感器7.12。即本实施例中设在第五腔室7.6.1的左端内表面和第八腔室7.7.2的右端内表面，所述第二液压传感器7.2、二位四通换向阀7.3及接触传感器7.12均与控制器连接。所述第一腔室7.4.1和第五腔室7.6.1的入口处和出口处的管道上均设有方向为从海水预过滤装置到海水蓄能装置方向的单向阀。
能量回收装置的工作原理为：控制器通过接触传感器改变二位四通换向阀的通路，如：某时刻时，二位四通换向阀使第八腔室与第二液压蓄能器连通，同时使第四腔室与出水口连通，则第二液压蓄能器中的高压海水通过管道进去第八腔室，推动第五活塞向左移动，带动第四活塞向左移动，第七腔室中的水进入到第三腔室中，而第五腔室中的海水进行升压后进入到海水蓄能装置中，同时第三腔室中的海水压力变大推动第三活塞向右移动，使第四腔室中的废水从出水口流出，第一腔室从海水预过滤装置中吸取海水；当第四活塞碰到设在第五腔室左端内表面中的接触传感器时，控制器控制二位四通换向阀换向，使第八腔室与出水口连通，使第四腔室与第二液压蓄能器连通，高压海水推动第三活塞向左移动，带动第二活塞向左移动，第三腔室中的水进入到第七腔室，第一腔室中吸取的海水进行升压后进入海水蓄能装置，同时第七腔室中的水压力变大推动第五活塞向右移动，使第八腔室中的做过功的海水从出水口流出，同时带动第四活塞向右移动，第五腔室从海水过滤装置中吸取海水，直到第五活塞触碰到第八腔室右端内表面中的接触传感器，二位四通换向阀就再次换向，二位四通换向阀使第八腔室与第二液压蓄能器连通，同时使第四腔室与出水口连通，一直循环下去。
从反渗透装置中出来的高浓度海水中仍然压力较高，如果就将该海水当作废水排出会造成能量浪费，本能量回收装置通过采用第二液压蓄能器将反渗透装置中出来的高浓度高压海水进行蓄能然后通过能量回收装置迪欧从海水预过滤装置中过滤出的海水做功使其变成高压海水进入海水蓄能装置中。这既避免了能量的浪费，而且又不是将高压高浓度海水直接进入到海水蓄能装置中，效率较高，海水淡化的质量较好。
所述海水蓄能装置中还包括第一溢流阀5.5，所述第一溢流阀5.5装在第一液压蓄能器5.1所在的管道上。当海水蓄能装置中的压力过高时，溢流阀打开进行泄压，对海水淡化装置起到保护作用。
所述能量回收装置中还包括第二溢流阀7.13，所述第二溢流阀7.13装在第二液压蓄能器7.1所在的管道上。第二溢流阀同样对能量回收装置起到保护作用。
所述控制器为PLC控制器。PLC控制器为可编程控制器，为现有技术产品，只是内部程序不同。

Claims (9)

1.一种海洋能直驱式海水淡化装置，其特征在于：它包括海水预过滤装置，海洋能采能装置，海水蓄能装置、反渗透装置以及控制器，所述海水预过滤装置、海洋能采能装置、海水蓄能装置及反渗透装置依次通过管道连接，所述控制器与海水蓄能装置电连接。
2.根据权利要求1所述的海洋能直驱式海水淡化装置，其特征在于：所述海洋能采能装置包括潮流能采能装置，所述潮流能采能装置包括高压水泵（4.2），以及设在海中的在潮流作用下转动的桨叶（4.1），所述桨叶（4.1）与高压水泵（4.2）连接，所述高压水泵（4.2）的入口端通过管道与海水预过滤装置的出口端连接，高压水泵（4.2）的出口端通过管道与海水蓄能装置的入口端连接。
3.根据权利要求1或2所述的海洋能直驱式海水淡化装置，其特征在于：所述海洋能采能装置包括波浪能采能装置，所述波浪能采能装置包括设在海面上可随着波浪上下移动的浮筒（3.1），设有第一缸体（3.2）以及第二缸体（3.3）两个缸体的第一液压缸，所述第一缸体（3.2）和第二缸体（3.3）中的分别一个第一活塞（3.4）通过一个活塞杆（3.5）连接并联动，所述浮筒（3.1）通过连杆（3.6）与活塞杆（3.5）的中部铰接，所述第一缸体（3.2）通过管道分别与海水蓄能装置及海水预过滤装置连通，所述第二缸体（3.3）通过管道分别与海水蓄能装置及海水预过滤装置连通，所述第一缸体（3.2）和第二缸体（3.3）的出口及入口处的管道上均设有方向为从海水预过滤装置到海水蓄能装置的单向阀。
4.根据权利要求1所述的海洋能直驱式海水淡化装置，其特征在于：所述海水蓄能装置包括第一液压蓄能器（5.1）、第一电磁阀（5.2），流量传感器（5.3）、液压传感器（5.4），所述第一液压蓄能器（5.1）通过管道与海水蓄能装置的出口端以及反渗透装置的入口端连通，第一电磁阀（5.2）、流量传感器（5.3）以及液压传感器（5.4）均设在管道上，所述控制器与第一电磁阀（5.2）、流量传感器（5.3）以及液压传感器（5.4）电连接。
5.根据权利要求1所述的海洋能直驱式海水淡化装置，其特征在于：所述海洋能直驱式海水淡化装置还包括能量回收装置，所述能量回收装置包括第二液压蓄能器（7.1）、液压传感器（7.2）、二位四通换向阀（7.3）、以及包括有第三缸体（7.4）和第四缸体（7.5）的第二双缸式液压缸和包括有第五缸体（7.6）和第六缸体（7.7）的第三双缸式液压缸，所述第三缸体（7.4）内设有第二活塞（7.8）将第三缸体（7.4）分成第一腔室（7.4.1）和第二腔室（7.4.2），所述第四缸体（7.5）内设有第三活塞（7.9）将第四缸体（7.5）分为第三腔室（7.5.1）和第四腔室（7.5.2），所述第二活塞（7.8）和第三活塞（7.9）通过一个活塞杆连接并联动，所述第五缸体（7.6）内设有第四活塞（7.10）将第五缸体（7.6）分为第五腔室（7.6.1）和第六腔室（7.6.2），第六缸体（7.7）内设有第五活塞（7.11）将第六缸体（7.7）分为第七腔室（7.7.1）和第八腔室（7.7.2），所述第四活塞（7.10）和第五活塞（7.11）通过一个活塞杆连接并联动，所述第二液压蓄能器（7.1）通过管道与反渗透装置的浓海水出口端连通，所述第四腔室（7.5.2）通过二位四通换向阀（7.3）分别与第二液压蓄能器（7.1）的出口端以及排出废水的出水口（7.14）连通，所述第八腔室（7.7.2）通过二位四通换向阀（7.3）分别与第二液压蓄能器（7.1）的出口端以及排出废水的出水口（7.14）连通，所述第三腔室（7.5.1）和第七腔室（7.7.1）连通，所述第一腔室（7.4.1）通过管道分别与海水预过滤装置以及海水蓄能装置连通，所述第五腔室（7.6.1）通过管道分别与海水预过滤装置以及海水蓄能装置连通，所述第三双缸式液压缸的两端的内表面上均设有接触传感器（7.12）。所述液压传感器（7.2）、二位四通换向阀（7.3）及接触传感器（7.12）均与控制器电连接。
6.根据权利要求4所述的海洋能直驱式海水淡化装置，其特征在于：所述海水蓄能装置中还包括第一溢流阀（5.5），所述第一溢流阀（5.5）装在第一液压蓄能器（5.1）所在的管道上。
7.根据权利要求5所述的海洋能直驱式海水淡化装置，其特征在于：所述能量回收装置中还包括第二溢流阀（7.13），所述第二溢流阀（7.13）装在第二液压蓄能器（7.1）所在的管道上。
8.根据权利要求1或4或5所述的海洋能直驱式海水淡化装置，其特征在于：所述控制器为PLC控制器。
9.根据权利要求5所述的海洋能直驱式海水淡化装置，其特征在于：所述第一腔室（7.4.1）和第五腔室（7.6.1）的入口处和出口处的管道上均设有方向为从海水预过滤装置到海水蓄能装置方向的单向阀。
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