CN104041434B - 一种利用惯性泵原理实现海底营养盐提升的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用惯性泵原理实现海底营养盐提升的装置及方法。本发明中的装置包括集热装置、惯性泵组、深海给热装置及定位装置。集热装置位于海水上面用来收集太阳能，惯性泵组通过圆形密封导轨与集热装置连通，深海给热装置与惯性泵组底端连通，定位装置固定各惯性泵相对位置。本发明利用惯性泵原理，通过定位锚连和定位浮子使惯性泵组的位置固定，集热装置随波浪上下浮动，固定在集热装置上的圆形密封导轨使保温金属管滑进滑出集热装置。本发明吸收太阳能加热水体，利用波浪能实现惯性泵运行所需要的相对运动，有效节约了能源，并且绿色环保。

Description

一种利用惯性泵原理实现海底营养盐提升的装置及方法

技术领域

本发明属于海洋技术装备领域，涉及一种利用惯性泵原理实现海底营养盐提升的装置及方法。

背景技术

海洋经济已成为我国国民经济的重要组成部分。经过50多年的发展，我国的海洋渔业通过技术进步、生产海域扩展和设备更新，水产品年捕捞量成倍增长，丰富的海产品为提高我国人民的生活水平作了重大贡献。我国海域辽阔，海洋资源发达，海洋经济发展潜力巨大。但是近年来，由于海洋工程活动加剧、陆源污染物过度排放、近海渔业资源过度捕捞等原因，我国近海生态环境急剧恶化，海洋渔业资源严重衰竭，一些近海渔场的经济鱼类已基本形成不了渔汛。人工上升流技术可以通过人工方法形成海底到海面的垂直海水流动。上升流可以把海底丰富的营养盐带入海表透光层，配合二氧化碳发生光合作用，是作为海洋生物食物链底端的浮游植物增产，即可创造优质的渔场生态环境。

现有的人工上升流技术主要有：对海底地形改造形成海底山脉，在海流作用下产生上升流，地形改造方式可能对原有海底生态环境造成较大破坏而且工程实施难度较高；利用水泵抽吸底层海水产生上升流，水泵抽吸方式能耗大且效率低；通过水底注气，气泡上升带动海水涌升产生上升流，注气提升方式需要在海洋中提供外接气源因而容易增加系统的复杂度和不稳定性。

此外申请号为201210000180.4的发明专利公开了一种利用太阳能和波浪能来提升营养盐的装置，该装置采用一个在波浪作用下可反复压缩的塑料保温水囊来将表层被太阳能加热的热水通过保温导管输送到位于底层的给温装置。据述该装置“呈一个类似于上端口封闭的U型管形状”。工作时，由于该保温水囊的两个腔室在波浪作用下几乎同时处于被压缩状态，相当于同时对U形给温装置两端的保温导管加压，因此很难实现所述工质循环，保温导管内的工质水流动效率不高。因此该装置能量利用效率不高。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种利用惯性泵原理实现海底营养盐提升的装置及方法。

针对上述技术问题，本发明的解决方案是：

本发明包括集热装置、惯性泵组、深海给热装置及定位装置，集热装置位于海水上面用来收集太阳能，惯性泵组通过圆形密封导轨与集热装置连通，深海给热装置与惯性泵组底端连通，定位装置固定各惯性泵相对位置。

所述集热装置包括聚光玻璃罩、内衬陶瓷罩、隔热金属罩、法兰底盘和浮子，其中聚光玻璃罩和内衬陶瓷罩之间为空气隔热层，内衬陶瓷罩与隔热金属罩之间充有水，隔热金属罩与法兰底盘之间充有水，法兰底盘开有孔与惯性泵组相连通，所述浮子是中空结构，聚光玻璃罩、内衬陶瓷罩、隔热金属罩、法兰底盘及浮子通过螺栓连接；所述聚光玻璃罩外表面镀有增透膜，内衬陶瓷罩外表面覆盖有太阳能吸收涂层；法兰底盘与隔热金属罩上下表面均涂有隔热保温涂层；隔热金属罩顶部中心位置开有圆孔。

所述惯性泵组是由四根保温金属管和四个单向阀构成，保温金属管可通过固定在集热装置上的圆形密封导轨上下滑动，单向阀安装固定在保温金属管上端，并处于集热装置内部，其中第一单向阀和第四单向阀安装在内衬陶瓷罩与隔热金属罩之间，第二单向阀和第三单向阀安装在隔热金属罩内部。

所述深海给热装置由一组互通的U形铜管组成。

所述定位装置包括定位浮子及金属固定板，金属固定板与惯性泵组中的保温金属管通过螺栓连接以确定其相对位置，金属固定板嵌套在定位浮子中部。

进一步说，所述保温金属管表面涂有隔热保温涂料，且其长度根据实际需求确定。

利用上述的装置提升海底营养盐的方法，包括以下步骤：

步骤1、位于海面上的集热装置吸收太阳光能并转化为热能，加热陶瓷罩与隔热金属罩之间腔中的水，使其温度升高。

步骤2、逆向利用惯性泵吸水原理，使惯性泵组固定不动，集热装置随海面波浪上下浮动，因水的惯性使得惯性泵上端集热装置内的热水通过第二、第三单向阀连续进入保温金属管，最终把高温水传输到深海给热装置内；同时深海给热装置内换热完毕的低温水通过第一、第四单向阀被输送回集热装置再加热；从而形成一个连续工作的循环。

步骤3、深海给热装置周围的海水被加热后，密度变小，就会在浮升力作用下自然上升，从而产生上升流。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明吸收太阳能加热水体，利用波浪能实现惯性泵运行所需要的相对运动，有效节约了能源，并且绿色环保。

本发明结构简单，稳定可靠，成本低廉，安装与布放方便。

附图说明

附图1为本发明装置结构示意图。

附图2为集热装置与惯性泵组结构剖视图。

附图3为本发明管路连接示意图。

图中的附图标记为：1聚光玻璃罩；2内衬陶瓷罩；3隔热金属罩；4绝热法兰盘；5螺栓；6浮子；7保温金属管；8定位金属板；9定位浮子；10定位锚链；11U形铜管；12定位锚；13圆形密封导轨；14第一单向阀；15第二单向阀；16第三单向阀；17第四单向阀。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

如图1、2、3所示，一种利用惯性泵原理实现海底营养盐提升的装置，括集热装置、惯性泵组、深海给热装置及定位装置。集热装置位于海水上面用来收集太阳能，惯性泵组通过圆形密封导轨与集热装置连通，深海给热装置与惯性泵组底端连通，定位装置固定各惯性泵相对位置。

集热装置包括聚光玻璃罩1、内衬陶瓷罩2、隔热金属罩3、绝热法兰底盘4及浮子6。其中聚光玻璃罩1和内衬陶瓷罩2之间为空气隔热层。内衬陶瓷罩2与隔热金属罩3之间以及隔热金属罩3与绝热法兰底盘4之间均充有水。聚光玻璃罩1外表面镀有增透膜，内衬陶瓷罩2外表面覆盖有太阳能吸收涂层。绝热法兰底盘4上下表面均涂有隔热保温涂层，其表面开有孔与惯性泵组相连通。隔热金属罩3顶端中心开有圆孔，可使罩内外热水联通。聚光玻璃罩1、内衬陶瓷罩2、隔热金属罩3、绝热法兰底盘4及浮子6通过螺栓5连接。

惯性泵组是由四根保温金属管7和四个单向阀构成，保温金属管7可通过固定在集热装置上的圆形密封导轨13上下滑动。单向阀安装固定在保温金属管7上端，并处于集热装置内部，其中第一单向阀14和第四单向阀17安装在内衬陶瓷罩2与隔热金属罩3之间，第二单向阀15和第三单向阀16安装在隔热金属罩3内部。

深海给热装置由一组互相联通的U形铜管11构成。

定位装置包括定位浮子9及金属固定板8，金属固定板8与四根保温金属管7通过螺栓5连接以确定其相对位置，金属固定板8嵌套在定位浮子9中部。

本发明安装布放时，定位浮子位于水下，通过调整定位锚链10（其底端系定位锚12）的长度来确定惯性泵的高度以保证其能在集热装置内有效工作。本发明利用惯性泵原理，逆向思维，通过定位锚连10和定位浮子9使惯性泵组的位置固定，集热装置随波浪上下浮动，固定在集热装置上的圆形密封导轨13使保温金属管7滑进滑出集热装置。

当集热装置随波浪下浮时，惯性泵组的第二单向阀15、第三单向阀16均打开，第一单向阀14与第四单向阀17关闭。此时内衬陶瓷罩2内部位于上层的高温水会通过隔热金属罩3顶部的圆孔进入隔热金属罩内，并因为惯性通过第二单向阀15和第三单向阀16进入保温金属管7中。并最终将高温水传输到深海给热装置里。

当集热装置随波浪上浮时，惯性泵组的第一单向阀14、第四单向阀17均打开，第二单向阀15与第三单向阀16关闭。此时深海给热装置内换热完毕的低温水会因惯性作用通过第一单向阀14与第四单向阀17被输送回集热装置的集热区域再加热。同时将加热充分的高温水通过位于隔热金属罩3上部的开口输送到隔热金属罩3内，从而形成一个连续的工作循环。

高温水在深海给热装置通过U形铜管11与周围低温的海水充分热传递，加热其周围海水，周围的海水被加热后，密度变小，就会在浮升力作用下自然上升，从而产生上升流。

Claims (3)

1.一种利用惯性泵原理实现海底营养盐提升的装置，包括集热装置、惯性泵组、深海给热装置及定位装置，集热装置位于海水上面用来收集太阳能，惯性泵组通过圆形密封导轨与集热装置连通，深海给热装置与惯性泵组底端连通，定位装置固定各惯性泵相对位置，其特征在于：

所述集热装置包括聚光玻璃罩、内衬陶瓷罩、隔热金属罩、法兰底盘和浮子，其中聚光玻璃罩和内衬陶瓷罩之间为空气隔热层，内衬陶瓷罩与隔热金属罩之间充有水，隔热金属罩与法兰底盘之间充有水，法兰底盘开有孔与惯性泵组相连通，所述浮子是中空结构，聚光玻璃罩、内衬陶瓷罩、隔热金属罩、法兰底盘及浮子通过螺栓连接；所述聚光玻璃罩外表面镀有增透膜，内衬陶瓷罩外表面覆盖有太阳能吸收涂层；法兰底盘与隔热金属罩上下表面均涂有隔热保温涂层；隔热金属罩顶部中心位置开有圆孔；

所述惯性泵组是由四根保温金属管和四个单向阀构成，保温金属管可通过固定在集热装置上的圆形密封导轨上下滑动，单向阀安装固定在保温金属管上端，并处于集热装置内部，其中第一单向阀和第四单向阀安装在内衬陶瓷罩与隔热金属罩之间，第二单向阀和第三单向阀安装在隔热金属罩内部；

所述深海给热装置由一组互通的U形铜管组成；

所述定位装置包括定位浮子及金属固定板，金属固定板与惯性泵组中的保温金属管通过螺栓连接以确定其相对位置，金属固定板嵌套在定位浮子中部。

2.根据权利要求1所述的一种利用惯性泵原理实现海底营养盐提升的装置，其特征在于：所述保温金属管表面涂有隔热保温涂料，且其长度根据实际需求确定。

3.利用权利要求1所述的装置提升海底营养盐的方法，其特征在于：

步骤1、位于海面上的集热装置吸收太阳光能并转化为热能，加热陶瓷罩与隔热金属罩之间腔中的水，使其温度升高；

步骤2、逆向利用惯性泵吸水原理，使惯性泵组固定不动，集热装置随海面波浪上下浮动，因水的惯性使得惯性泵上端集热装置内的热水通过第二、第三单向阀连续进入保温金属管，最终把高温水传输到深海给热装置内；同时深海给热装置内换热完毕的低温水通过第一、第四单向阀被输送回集热装置再加热；从而形成一个连续工作的循环；

步骤3、深海给热装置周围的海水被加热后，密度变小，就会在浮升力作用下自然上升，从而产生上升流。