CN103603765A - 离岸式波浪能海水淡化结合发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种离岸式波浪能海水淡化结合发电装置，它包括支撑平台、浮体、预处理罐、海水活塞泵、反渗透膜组件、推力缸、振动式管型直线发电机、淡水罐、淡水活塞泵、水轮发电机组。本发明利用海水活塞泵将波浪能转化为海水压力能，高压海水经过反渗透膜组件得到淡水，排出的浓海水驱动推力缸的推力杆及推力盘运动，推力盘与直线发电机内安装永磁体的滑块接触并推动滑块运动，运动中的滑块在直线发电机两组振动弹簧共同作用下发生并维持高速简谐振动。本发明利用淡水活塞泵将波浪能转化为所得淡水压力能，高压淡水自动向陆地输送并且驱动水轮发电机组做功发电。本发明不仅可以输出高频率大功率的电流，而且可以自动向陆地输送淡水，具有能量利用率高、同时降低发电成本和淡水成本的优点，特别适合低成本大规模生产。

Description

离岸式波浪能海水淡化结合发电装置

技术领域

本发明属于海水淡化技术和新能源发电技术范畴，特别是涉及一种离岸式波浪能海水淡化结合发电装置。

背景技术

波浪能是海洋能中品位最高、分布最广的可再生清洁能源。波浪能的利用主要包括两方面：波浪能发电技术和波浪能海水淡化技术。波浪能发电技术研究的重点目前集中于被公认为具有商品化价值的装置，例如振荡水柱式装置、振荡浮子式装置和聚波水库式装置等。但是近些年来，直线发电机已开始被应用于波浪能发电装置中，该发电技术对于简化发电系统结构、提高系统转换效率十分有利。但是现有的波浪能直线发电装置仍然受限于波浪的周期和行程的影响，至今尚未能克服发电机频率太低、输出功率小的严重缺陷，因此极大地限制了该技术的开发和应用前景。

而目前波浪能应用于海水淡化相对较少，如果能够直接高效地利用波浪能进行海水淡化，简化淡化步骤，降低淡化成本，将有望实现大规模推广应用海水淡化技术。现有的波浪能海水淡化技术通常依靠波浪泵压缩预处理海水，高压海水再输送至陆地上装有反渗透膜的海水淡化系统得到淡水。该工艺存在能量的远距离传输、稳压和储能过程，增加了系统的复杂性以及能量损耗，也降低了系统的转换效率和可靠性。另外，反渗透膜的操作压力一般为5.8～8.0MPa，从膜组件中排放的废浓海水的压力高达5.5～6.0MPa，废浓海水中仍保留着大部分的进料压力能量，具有巨大的回收价值。现有的反渗透系统能量回收技术一般是将回收的能量运用于减少高压泵的提升压力差以降低系统的能耗，但是在波浪能海水淡化中波浪泵并不需要额外的辅助能量，因此这部分回收能量可以对系统外输出作为其他设备例如发电设备等的动力源。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够输出高频率大功率电流和自动向陆地输送淡水的离岸式波浪能海水淡化结合发电装置。

本发明的目的是通过下述的技术方案加以实现的：

    本发明是一种离岸式波浪能海水淡化结合发电装置，其特征在于：它包括支撑平台、浮体、预处理罐、海水活塞泵、反渗透膜组件、推力缸、振动式管型直线发电机、淡水罐、淡水活塞泵、水轮发电机组；所述的预处理罐、海水活塞泵、淡水罐、淡水活塞泵皆布置在支撑平台上，海水活塞泵的活塞杆和淡水活塞泵的活塞杆分别通过联轴器与浮体固定连接；所述的预处理罐与进料海水管道连接，海水活塞泵的进水口通过管道与预处理罐连通并在进水口处设置单向阀门；海水活塞泵的出水口通过管道与反渗透膜组件的海水进口连接并在出水口处设置单向阀门；所述的反渗透膜组件的海水出口通过管道与推力缸的进水口连接并在海水出口处设置单向阀门；反渗透膜组件的淡水出口通过管道与淡水罐连通；所述的淡水活塞泵的进水口通过管道与淡水罐连通并在进水口处设置单向阀门；淡水活塞泵的出水口连接淡水输送管，淡水输送管出口的对应位置固定安装水轮发电机组。

所述的推力缸包括缸体、活塞、推力杆、推力盘、复原弹簧；所述的缸体设有与反渗透膜组件连通的进水口，在缸体进水侧下部壁面的低位点设置泄水口并在泄水口上设置自动控制阀门；所述的推力杆的两端分别与活塞和推力盘固定连接，复原弹簧的两端分别与活塞的背水面和推力缸的内平面相顶靠。

所述的振动式管型直线发电机包括壳体、定子线圈、振动弹簧、滑块、永磁体；所述的壳体两侧平面分别开设有让推力缸的推力盘自由通过的中心孔，壳体的中空内腔为滑动腔，定子线圈固定安装于壳体的滑动腔内，永磁体固定安装在滑块上且与定子线圈相对，滑块在外力作用下沿着滑动腔内部滑动；所述的振动弹簧分成两组，由左侧振动弹簧和右侧振动弹簧构成，左侧振动弹簧的两端分别与壳体的左内平面和滑块的左侧面相顶靠，右侧振动弹簧的两端分别与壳体的右内平面和滑块的右侧面相顶靠。

采用上述方案后，本发明具有的特点是：

(1)输出高频率大功率的电流。本发明装置利用海水活塞泵将波浪能转化为海水压力能，高压海水直接驱动反渗透膜组件得到淡水，剩余的海水压力能利用推力缸依靠液压驱动原理快速推动直线发电机的滑块，同时利用直线发电机两组振动弹簧的共同作用使滑块发生并且维持高速的简谐振动。这样滑块上的永磁体将高速往复地切割滑动腔内的电磁场，因此该波浪能直线发电装置可以输出高频率大功率的电流。

(2)自动向陆地输送淡水。本发明装置利用淡水活塞泵将波浪能转化为所得淡水的压力能，从而实现了离岸式海水淡化装置自动向陆地输送淡水的工艺。该工艺简化了波浪能海水淡化系统的复杂性，提高了系统的可靠性，同时降低了系统的投资费用和运行费用，因此该波浪能海水淡化装置的淡水成本将大为降低。另外，高压淡水的压力能驱动水轮发电机组做功发电，进一步提高了本发明装置的能量利用率和发电功率。

综上所述，本发明的优点是：直接高效地利用波浪能，实现了离岸式海水淡化结合双模式发电装置。本发明装置不仅可以输出高频率大功率的电流，而且可以自动向陆地输送淡水，具有能量利用率高、同时降低发电成本和淡水成本的优点，特别适合低成本大规模生产，可被广泛应用于波浪能利用领域中。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中当浮体上升时的工作过程示意图； 

图3是本发明中当浮体上升到最高点时的工作过程示意图；

图4是本发明中当浮体下降时的工作过程示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明是一种离岸式波浪能海水淡化结合双模式发电装置， 它包括支撑平台10、浮体1、预处理罐2、海水活塞泵3、反渗透膜组件4、推力缸5、振动式管型直线发电机6、淡水罐7、淡水活塞泵8、水轮发电机组9。

所述的推力缸5包括缸体50、活塞51、推力杆52、推力盘53、复原弹簧54。所述的缸体50设有与反渗透膜组件4连通的进水口55，在缸体50进水侧（进水口55附近）下部壁面的低位点设置泄水口56并在泄水口56上设置自动控制阀门561。所述的推力杆52的两端分别与活塞51和推力盘53固定连接，复原弹簧54的两端分别与活塞51的背水面和推力缸5的内平面相顶靠。

所述的振动式管型直线发电机6包括壳体61、定子线圈62、振动弹簧63、滑块64、永磁体65。所述的壳体61两侧平面分别开设有让推力缸5的推力盘53自由通过的中心孔611、612，壳体61的中空内腔为滑动腔613，定子线圈62固定安装于壳体61的滑动腔613内，永磁体65固定安装在滑块64上且与定子线圈62相对，滑块64在外力作用下能沿着滑动腔613内部滑动。所述的振动弹簧63分成两组，由左侧振动弹簧631和右侧振动弹簧632构成，左侧振动弹簧631的两端分别与壳体61的左内平面和滑块64的左侧面相顶靠，右侧振动弹簧632的两端分别与壳体61的右内平面和滑块64的右侧面相顶靠。

所述的预处理罐2、海水活塞泵3、淡水罐7、淡水活塞泵8皆布置在支撑平台10上。海水活塞泵3的活塞杆31通过联轴器311与浮体1固定连接，淡水活塞泵8的活塞杆81通过联轴器811与浮体1固定连接。

所述的预处理罐2与进料海水管道21连接。

所述的海水活塞泵3的进水口32通过管道与预处理罐2连通并在进水口32处设置单向阀门321；海水活塞泵3的出水口33通过管道与反渗透膜组件4的海水进口41连接并在出口处33处设置单向阀门331。

所述的反渗透膜组件4的海水出口42通过管道与推力缸5的进水口55连接并在海水出口42处设置单向阀门421。反渗透膜组件4的淡水出口43通过管道与淡水罐7连通。

所述的淡水活塞泵8的进水口82通过管道与淡水罐7连通并在进水口82处设置单向阀门821；淡水活塞泵8的出水口83连接淡水输送管84。所述的淡水输送管84出口的对应位置固定安装水轮发电机组9。

本发明的工作原理：

如图2所示，当浮体1随波浪上升时，海水活塞泵3的活塞和淡水活塞泵8的活塞也随之向上移动。

海水活塞泵3内的海水压力升高，并流入反渗透膜组件4中进行海水淡化过程，产生的淡水流入淡水罐7，剩余的高压浓海水流入推力缸5。推力缸5内的高压浓海水向右推动活塞51与推力杆52及推力盘53发生高速位移运动，复原弹簧54被压缩，推力杆52及推力盘53进入振动式管型直线发电机6的滑动腔613，接触并推动处于滑动腔613的滑块64向右发生位移运动，滑块64上的永磁体65高速切割滑动腔613内的电磁场，定子线圈62产生感应电动势输出电流，同时左侧的振动弹簧631被拉伸，右侧的振动弹簧632被压缩。

淡水活塞泵8内的淡水压力升高，并流入淡水输送管84输送至陆地，最终从淡水输送管84出口喷出，推动水轮发电机组9做功发电。

如图3所示，当浮体1上升到最高点时，推力杆52及推力盘53推动滑块64运动到右止点。此时复原弹簧54被最大程度压缩，左侧的振动弹簧631被最大程度拉伸，右侧的振动弹簧632被最大程度压缩。

如图4所示，当浮体1开始随波浪下降时，海水活塞泵3的活塞和淡水活塞泵8的活塞也随着向下移动，同时推力缸5泄水口56的自动控制阀门561立即响应自动开启。

海水活塞泵3内的压力急剧下降，预处理罐2内的海水自动流入海水活塞泵3内充满内部空间。与此同时，推力缸5内的浓海水迅速从泄水口56排出，活塞51在复原弹簧54的反弹力作用下迅速向左移动，并带动推力杆52及推力盘53快速离开振动式管型直线发电机6的滑动腔613。滑动腔613内的滑块64在左侧振动弹簧631的拉力和右侧振动弹簧632的反弹力共同作用下向左运动。当滑块64经过中间位置移动到滑动腔613左侧时，左侧的振动弹簧631开始被压缩，右侧的振动弹簧632开始被拉伸。当滑块64移动到左止点后，改变方向在左侧振动弹簧631的反弹力和右侧振动弹簧632的拉力共同作用下向右移动。根据上述原理，滑块64在两组振动弹簧63共同作用下发生并维持高速的简谐振动。本发明装置通过合理的结构设计，能够满足滑块64的简谐振动与推力杆52的周期运动在任意时刻接触时都是处于同一方向的运动状态，滑块64在推力杆52提供的周期性外力作用下始终处于稳定的简谐振动状态。滑块64上的永磁体65往复高速切割滑动腔613内的电磁场，定子线圈62产生感应电动势输出电流。

淡水活塞泵8内的压力急剧下降，淡水罐7内的淡水自动流入淡水活塞泵8内充满内部空间。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，并且设备和管路的布置可有多种方式，故不能以此限定本发明实施的范围，即依本发明申请专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。 

Claims (3)

1.一种离岸式波浪能海水淡化结合发电装置，其特征在于：它包括支撑平台、浮体、预处理罐、海水活塞泵、反渗透膜组件、推力缸、振动式管型直线发电机、淡水罐、淡水活塞泵、水轮发电机组；所述的预处理罐、海水活塞泵、淡水罐、淡水活塞泵皆布置在支撑平台上，海水活塞泵的活塞杆和淡水活塞泵的活塞杆分别通过联轴器与浮体固定连接；所述的预处理罐与进料海水管道连接，海水活塞泵的进水口通过管道与预处理罐连通并在进水口处设置单向阀门；海水活塞泵的出水口通过管道与反渗透膜组件的海水进口连接并在出水口处设置单向阀门；所述的反渗透膜组件的海水出口通过管道与推力缸的进水口连接并在海水出口处设置单向阀门；反渗透膜组件的淡水出口通过管道与淡水罐连通；所述的淡水活塞泵的进水口通过管道与淡水罐连通并在进水口处设置单向阀门；淡水活塞泵的出水口连接淡水输送管，淡水输送管出口的对应位置固定安装水轮发电机组。

2.根据权利要求1所述的离岸式波浪能海水淡化结合发电装置，其特征在于：所述的推力缸包括缸体、活塞、推力杆、推力盘、复原弹簧；所述的缸体设有与反渗透膜组件连通的进水口，在缸体进水侧下部壁面的低位点设置泄水口并在泄水口上设置自动控制阀门；所述的推力杆的两端分别与活塞和推力盘固定连接，复原弹簧的两端分别与活塞的背水面和推力缸的内平面相顶靠。

3.根据权利要求1所述的离岸式波浪能海水淡化结合发电装置，其特征在于：所述的振动式管型直线发电机包括壳体、定子线圈、振动弹簧、滑块、永磁体；所述的壳体两侧平面分别开设有让推力缸的推力盘自由通过的中心孔，壳体的中空内腔为滑动腔，定子线圈固定安装于壳体的滑动腔内，永磁体固定安装在滑块上且与定子线圈相对，滑块在外力作用下沿着滑动腔内部滑动；所述的振动弹簧分成两组，由左侧振动弹簧和右侧振动弹簧构成，左侧振动弹簧的两端分别与壳体的左内平面和滑块的左侧面相顶靠，右侧振动弹簧的两端分别与壳体的右内平面和滑块的右侧面相顶靠。

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