CN103641204A - 浪流直驱抽水蓄压海水淡化机 - Google Patents

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王世明
刘银
汪亚南
田卡
占浩
赵薇
李垚
汪振
周婷
林子楠
邹伟
任万超
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Abstract

本发明提供一种波浪、潮流能直接驱动抽水蓄压泵进行海水淡化的装置，它由海水淡化系统和浪流直驱抽水蓄压装置组成。叶片机翼捕获水能后使轮机主轴沿固定方向旋转，旋转机械能直接传递至抽水螺杆，海水被吸入海水管道并不断蓄压，最终经反渗透系统生成淡水。本发明利用浪流轮机沿固定方向旋转的优势，设计与之适应的抽水螺杆泵，使机械能直接传递以减少中间能耗；另一方面蓄能器和阀控式能量回收装置对输入海水淡化系统的水压进行柔性处理，保护反渗透膜同时保证制淡压力足够。此发明可解决船舶、舰艇及远岸岛屿的淡水不足问题，满足节能和可持续性要求。

Description

浪流直驱抽水蓄压海水淡化机
技术领域
本发明涉及一种海水淡化机，具体说是一种直接利用浪流能抽水蓄压的反渗透海水淡化装置。 
背景技术
水是生命的源泉，是人类宝贵的、不可替代的自然资源，海水淡化作为一种开源技术，可以增加水资源总量。目前世界上采用的海水淡化方法主要包括多级闪蒸、多效蒸发和反渗透，其中反渗透技术具有投资少、操作方便、建设期短等优点，在世界范围内的应用已相当广泛。 
对于远洋船舰，利用传统的矿物燃料（煤、石油）解决海水淡化能源问题，会造成巨大的运输负担和财务支出，耗能且不经济。对于没有电网的海岛极易导致海岛脆弱生态系统的破坏，且运输和维护成本过高，而且我国的化石能源尤其是煤和石油相对不足，蕴藏量有限，越用越少，正面临着枯竭的危险。另外，煤和石油是重要的化学原料，用来当燃料十分可惜，并且燃料燃烧将排出大量CO2和硫的氧化物，导致温室效应和酸雨，恶化地球环境。利用可再生能源淡化海水，就地取材，已成为当今海水淡化的重点研究方向之一。 
国内外研究者做了很多尝试，力图将风能、太阳能、波浪能、潮汐能甚至海洋温差能等可再生能源与海水淡化工艺相结合，在众多创新性研究中，与反渗透装置耦合的供能系统，光伏-RO系统占32%，风-RO系统占19%，而波浪能的利用少之又少。全世界波浪能的理论估算值为109kW量 级。利用中国沿海海洋观测台站资料估算得到，中国沿海理论波浪年平均功率约为1.3×107kW。但由于不少海洋台站的观测地点处于内湾或风浪较小位置，故实际的沿海波浪功率要大于此值。水力可以满足全世界3倍的能源。 
波浪能是海洋能源中能量最不稳定的一种能源，利用比较困难。传统的波浪能利用方法一般是发电，在海水淡化领域，1991年Jean Crear等人设计了一种波浪能驱动的蒸汽式压缩海水淡化系统，1998年爱尔兰建造了波浪能转化为液压能驱动反渗透单元的装置，日本和我国专家也做过振荡浮子式波浪能海水淡化装置，2010年华南理工大学利用相对垂荡运动的波浪能转换装置与反渗透单元联合制淡。但是这些探索都没有得到大规模应用，舰船配备的海水淡化机仍普遍采用柴油机供能。 
发明内容
此发明的目的是提供一种浪流直驱抽水蓄压的海水淡化装置，可利用水力独立运行，无污染，低能耗，低成本，运行安全，适用于船舶、舰艇、偏远海岛使用。 
为此，本发明采用以下技术方案：它有浪流直驱抽水蓄压装置和海水淡化系统两大组成部分。叶片机翼捕获水能后使轮机主轴沿固定方向旋转，旋转机械能直接传递至抽水螺杆，海水被吸入海水管道并不断蓄压，最终经反渗透系统生成淡水。 
所述的浪流直驱抽水蓄压装置包括：固定架、海水管道、主架、机轮支撑板、法兰盘、轮机主轴、叶片机翼和抽水蓄压泵组成。所述的抽水蓄压泵包括：泵壳、抽水螺杆、过滤罩组成。五支叶片机翼呈一定角度地安 装于机轮支撑板上，用于捕获竖直方向的波浪能以及水平反向的潮流能，叶片机翼组的共同受力使轮机整体始终沿固定方向旋转。抽水螺杆的轴端与轮机主轴直接相连，或通过联轴器相连，旋转机械能即可直接从轮机转移至抽水蓄压泵。量台抽水蓄压泵对称布置于轮机两侧，采用右手法则，右边抽水螺杆的螺旋方向与叶片机翼安装的方向一致，左边的方向相反。行文“右侧”均意味着面向图片确认的右侧，在实物中，为面向轮机，处于最上端的一支叶片机翼安装方向与面向一致时。所述叶片机翼安装方向为截面上尾部到头部的方向。海水经抽水蓄压泵末端的过滤罩后，被吸入泵内并挤压至海水管道。海水管道与海水淡化系统相连。 
所述的海水淡化系统由蓄能器、单向阀、阀控能量回收装置、四通换向阀、海水淡渗透膜组成。所述蓄能器中的柔性水囊通过管路与海水管道和两个单向阀直接连通，当海水淡化系统内部管路压力过剩时收集部分余压。单向阀有四只，分别处于系统的不同位置。阀控能量回收装置与四通换向阀相连，同时连接海水反渗透膜。海水在装置初始状态下会先充满反渗透膜和阀控能量回收装置的最左端和最右端两个腔，进入稳定工作状态，从反渗透膜中流出的浓水流至能量回收装置，挤压最右端的海水腔，将部分压力返回至反渗透膜。 
由于本发明采用了以上的技术方案，将整个装置分为制淡和利用水力进行抽水蓄压的两个模块，制淡模块采用耗能少、只需水压的反渗透型式，且可全自动控制。抽水蓄压模块采用浪流一体轮机捕获水力，存在旋转不稳定的缺点，但由于旋转方向不会随水流方向变化而变化，抽水蓄压泵始终处于吸水并挤压至海水管道的工况下，海水淡化系统的进水水压可以增加到理想值。 
本发明整套装置由于直接吸收海洋波浪能和潮流能，采用联轴直驱式，大大减少了机械能中间传递的损耗；将具有一定压力的海水直接作为反渗透单元的进水，省去了传统电力驱动环节。因此相对于其他波浪能海水淡化装置，效率更高，结构更简单，从而更加可靠耐用，可灵活配置在舰船上，节能且适用性好，易于大型化。 
附图说明
图1为浪流直驱抽水蓄压海水淡化机结构示意图 
图2为浪流直驱抽水蓄压装置结构示意图 
图3为叶片机翼截面图 
图4为右侧抽水蓄压泵结构图 
具体实施方式
请参阅图1。本发明有海水淡化系统1和浪流直驱抽水蓄压装置2两大组成部分。 
所述的海水淡化系统1由蓄能器11、单向阀12、阀控能量回收装置13、四通换向阀14、海水淡渗透膜15组成。所述蓄能器中的柔性水囊通过管路与海水管道和两个单向阀12直接连通，当海水淡化系统内部管路压力过剩时收集部分余压。单向阀12有四只，分别处于系统的不同位置。阀控能量回收装置13与四通换向阀14相连，同时连接海水反渗透膜15。海水在装置初始状态下会先充满反渗透膜和阀控能量回收装置的最左端和最右端两个腔，进入稳定工作状态，从反渗透膜15中流出的浓水流至能量回收装置，挤压最阀控能量回收装置13最右端的海水腔，将部分压力返回至反渗透膜15。 
请参阅图2，所述的浪流直驱抽水蓄压装置2包括：固定架21、海水管道22、主架23、机轮支撑板24、法兰盘25、轮机主轴26、叶片机翼27和抽水蓄压泵28组成。所述的抽水蓄压泵28包括：泵壳281、抽水螺杆282、过滤罩283组成。五支叶片机翼27呈一定角度地安装于机轮支撑板24上，用于捕获竖直方向的波浪能以及水平反向的潮流能，叶片机翼组的共同受力使轮机整体始终沿固定方向旋转。抽水螺杆282的轴端与轮机主轴26直接相连，或通过联轴器相连，旋转机械能即可直接从轮机转移至抽水蓄压泵28。两台抽水蓄压泵28对称布置于轮机两侧，请参见图4，采用右手法则，右边抽水螺杆282的螺旋方向与叶片机翼27安装的方向一致，左边的方向相反。请参阅图3，所述叶片机翼27安装方向为截面上尾部到头部的方向，尾部为细长端，即图片的右侧。海水经抽水蓄压泵28末端的过滤罩283后，被吸入泵内并挤压至海水管道22。海水管道22与海水淡化系统1相连。 

Claims (3)

1.浪流直驱抽水蓄压海水淡化机，其特征在于，由浪流直驱抽水蓄压装置和海水淡化系统两大部分组成； 
所述的浪流直驱抽水蓄压装置包括：固定架、海水管道、主架、机轮支撑板、法兰盘、轮机主轴、叶片机翼和抽水蓄压泵组成； 
所述的固定架主要用于浪流直驱抽水蓄压装置与舰船主体的支撑连接； 
所述的抽水蓄压泵包括：泵壳、抽水螺杆、过滤罩组成，两台抽水蓄压泵堆成布置在轮机两侧，主要利用机械能将海水送至海水管道，并不断蓄积水压，具有抽水和蓄压的双重作用； 
所述的海水淡化系统由蓄能器、四支单向阀、阀控能量回收装置、四通换向阀、海水淡渗透膜组成。 
2.根据权利要求1所述的轮机主轴，其特征在于，与抽水蓄压泵的抽水螺杆轴端直接相连，还包括利用联轴器的连接形式。 
3.根据权利要求1所述的抽水蓄压泵，其特征在于，左右两支抽水螺杆的螺旋方向相反，安装方向与叶片机翼方向相适应。 
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