CN106277188A - 一种船载式波浪能海水淡化装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种船载式波浪能海水淡化装置，它包括波浪能收集模块、集成膜反渗透淡化模块和检测反馈模块。波浪能收集模块由三块窄钢板和铰链构成支架，支架下端连接浮子，活塞式液压缸用铰链固定在支架上；吸水管道的入口处设置有一过滤器，吸水管道的出口处连接在活塞式缸的入水口；集成膜反渗透淡化模块由液压管路和三支膜组成，分别为超滤预处理膜，陶氏SW30-2540主体膜，以及补偿膜。液压管路连接液压缸和集成膜系统，液压管路上安装有四个单向阀；检测反馈模块包括单片机开发板、水流量计、盐度计、电磁阀和连接管道。本发明具有小型化，便携的优点，完全利用波浪能淡化海水提供船员所需淡水，适用于远洋货船。

Description

一种船载式波浪能海水淡化装置

技术领域

本发明涉及一种海水淡化装置，特别是关于一种利用海洋波浪能进行海水淡化的船载式波浪能海水淡化装置。

背景技术

波浪能具有储量大、分布广、无污染、可再生等优点，正成为可再生能源利用的一个新的热点。目前，波浪能的利用以发电为主，根据非专利文献“微型水波能发电装置的设计[J]”(作者沈昕，无线互联科技，2015，03：73-75.)以及“阵列式波浪能发电装置的水动力分析[J]”(作者何光宇，杨绍辉，何宏舟，王凤银，水力发电学报，2015，02：118-124)波浪能发电已经有了广泛的研究和新的进展，但由于波浪能密度低、稳定性差的缺点，使得波浪能发电系统利用效率低、运行稳定性差，发出的电力无法接入电网，阻碍了波浪能发电技术的广泛应用。若将波浪能直接用于海水淡化，通过储存淡水的方式克服其稳定性差的缺点，将极大地促进节能环保事业的发展。

海水淡化处理技术是指将水中的多余盐分和矿物质去除得到淡水的工序。目前，世界上装机应用的海水淡化膜方法主要有多级闪蒸(MSF)、多效蒸发(MED)和反渗透法(RO)。

国内在直接利用波浪能淡化海水方面的研究还不是很多，但是也有了一些成果。如公开号为103663594A的中国专利申请公开了一种波浪能全自动海水淡化装置，但主要是利用波浪能取水，结合太阳能来蒸发淡化海水。但是这种设计对天气的要求较高，需要晴朗的天气和较大的蒸发表面，占地大，且淡水产率较低，产水量较少。且适用于海岸边，不宜随船携带。

我国海域广阔，随着海上丝绸之路和航海贸易运输的发展，远洋货船的数量不断增多，规模不断扩大，航行距离不断增长。而远洋货船的淡水来源，主要是蒸发造淡和直接运输冷冻水两种。蒸发造淡是通过蒸馏法来取得淡水，需要消耗船上本来用于船舶动力的燃料且有污染物排放，并且造价较高，小型机价格大致为两万左右，而大型机为二十至三十万不等，在淡化过程中也存在高耗能、高损耗、淡化周期较长等缺点。而反渗透法投资小、能耗小、操作方便且易于控制，海水经反渗透法处理后完全可以达到世界卫生组织(WHO)所确定的饮用水标准。

针对反渗法淡化海水的诸多优点，申请号201220630034.5，公开了一种浮体式波浪能海水淡化装置，它包括波浪能吸收系统、液压系统和海水淡化系统波浪能吸收系统包括浮体，浮体与固定在岸边的固定物通过铰链活动链接，浮体通过液压缸、高压油管与液压系统的高压油罐连接，高压油罐上安装稳压蓄能器，高压油罐通过液压马达与反渗透膜海水淡化系统的水泵连接将波浪能转换为机械能泵送海水淡化。但是该技术装置体积较大，系统结构复杂，安装检修困难，且不宜作为船载式淡水净化装置使用。

此外，目前已有的各种波浪能海水淡化装置，大多是应用于海岸的大型机构，装置庞大，不适用于远洋货船上的淡水提供，且大部分装置需要利用电能作为动力，不能满足低能耗的要求。而且，几乎所有的已有专利都只是单向处理，没有检测反馈装置以检测淡化后的海水浓度是否达标，缺少对水质的实时监测与反馈。

发明内容

本发明针对现有技术所存在的问题，提出了一种便携式、小型化且适用于远洋货船的船载式波浪能海水淡化装置。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种船载式波浪能海水淡化装置，其特征在于：

本装置包括波浪能收集模块、集成膜反渗透淡化模块和检测反馈模块。

所述波浪能采集模块由一饼状浮子和杠杆式机械传动加压部分构成。所述浮子上部为两层饼状空心结构，所述饼状结构下方悬吊一球形重物。所述杠杆式机械加压部分由杠杆与一活塞式液压缸组成，所述杠杆的主体支架为两块狭长钢板焊接而成，所述钢板一块竖直，另一块与所述竖直钢板顶部焊接夹角为45°。所述竖直钢板中部用一铰链连接另一钢板，且此钢板距端部三分之一处用铰链与活塞式液压缸的活塞杆相连。所述活塞式液压缸顶部与所述45°钢板用铰链连接。所述吸水管道的入口处设置有一过滤器，所述吸水管道的出口处连接在所述活塞式缸的入水口。

所述集成膜反渗透淡化模块由液压管路和超滤预处理膜，陶氏SW30-2540主体膜，以及补偿膜组成。所述液压管路入口连接在所述活塞式液压缸上，出口连接在所述陶氏苦盐水膜的入口。所述管路上安装有四个单向阀。

所述检测反馈模块包括一单片机开发板，一水流量计、一盐度计和一电磁阀和连接管道。所述主体膜出口管路接所述盐度计，所述盐度计出口由管路接到所述电磁阀，所述电磁阀一出口由管路接到流量计；所述盐度计、电磁阀和流量计信号均接入单片机，所述单片机控制信号接到所述电磁阀。所述电磁阀另外两个出口一个接所述补偿膜，另一只接排放管道。

一种船载式波浪能海水淡化装置，其实现的功能如下：

海水经过波浪能驱动的机械装置获得高压，通过集成膜系统进行预处理以及苦盐水专用的陶氏反渗膜进行淡化，经检测反馈模块进行检测与判断，进行不同形式的反馈，并显示得到淡水的浓度与流量。

机械部分的主要功能是通过振荡的浮子收集波浪能，经杠杆传动后能量传递至液压缸中。液压缸外接四个单向阀，浮子上下振动时，液压缸不断抽吸海水并将其加压使压力达到集成膜部分的工作压力。杠杆的存在使液压缸活塞受力增大，行程减小，单向阀的存在使实现连续进水、连续出水功能。

集成膜部分设有预处理膜、主体膜以及补偿膜。利用反渗原理，使加压过的海水得到充分净化。详见2.2集成膜部分。

淡化后的水流经检测装置，测得盐度及流量并都通过屏幕直接显示。从检测装置中引出信号到单片机，控制各反馈过程。根据盐度计(TDS)测得的盐度进行不同反馈共分为三种反馈形式。如果盐度达标，直接引走供取用；如果盐度高出标准一定数值x(试验后得出)，引到补偿备用膜，重新过滤后引至取水口；如果超出x，系统报警，切断水源供应，并组织检修。合格的水利用流量计测得产量后供给用户。本模块依托单片机进行数字化的显示和控制。详见2.3检测反馈部分。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：

本装置的一个效果在于，完全使用波浪能驱动机械系统，并利用杠杆传动放大压力，中间不经历机械能到电能的转换，提高了能量利用效率。

本装置的一个效果在于，使用集成膜系统，更加清洁、高效，并且将主体膜的使用寿命从3年以下延长到5年左右。同时，一般净水设备中的备用膜由我们反馈中的补偿膜代替，更加物尽其用。

本装置的一个效果在于，使用单片机集成控制技术，将水质及流量可视化，便于监测和控制系统的反馈，保证了供给的饮水的安全和数量。同时，单片机耗能低，大大节约了成本，符合节能环保的理念。

本装置的一个效果在于，使用多级反馈检测，将不合格的海水利用补偿膜进一步净化，更大程度利用海水产生淡水。

本装置的一个效果在于，应用于远洋货船，以代替目前普遍的蒸发式造淡机，省去了蒸发用的大量燃煤以及煤占用的载荷，提高了经济效益的同时避免了大量燃煤所造成的环境污染。

附图说明

图1为本实施例的系统组成与结构图；

图2为本实施例的浮子实际形态图；

图3为本实施例的机械传动系统示意图；

图4为本实施例的汽缸内海水流动示意图；

图5为本实施例的反渗透膜示意图；

图6为本系统的检测与反馈系统示意图。

图中：1.浮子，2.反渗透膜，3.杠杆，4.汽缸，5.活塞，6.海水注入口，7.反渗透膜入口，8.单向阀，9.废水口，10.出水口，11.盐度计，12.单片机，13.继电器，14.电磁阀，15.补偿膜，16.报警灯，17.蜂鸣器，18.排水口，19.流量计，20.数码管，21.取水口。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

在图1所示实施例中，一种船载式波浪能海水淡化装置，包括浮子部分(1)、机械传动系统、反渗透膜部分(2)和检测反馈系统。

在图2所示实施例中，浮子(1)的上部面积较大，是为了增大作用面积，收集更多的波浪能；下部为一配重球，是为了增强浮子的稳定性。

在图3所示实施例中，浮子(1)随着波浪的上下起伏而振荡，通过杠杆(3)将波浪能传递到汽缸(4)内的活塞(5)上，活塞(5)在汽缸内往复运动，将海水压入反渗透膜(2)内。

在图4所示实施例中，海水通过海水注入口(6)进入液压传动系统，通过单向阀(8)和活塞(5)的共同作用，从反渗透膜入口(7)注入反渗透膜(2)。当海水上升时，活塞(5)向上运动，海水从汽缸的上口流出，下口流入；当海水下降时，活塞(5)向下运动，海水从汽缸的下口流出，上口流入。也即浮子(1)上下运动时，均可将海水从海水注入口(6)压入反渗透膜入口(7)。

在图5所示实施例中，海水从反渗透膜入口(7)进入反渗透膜(2)后，经过反渗透膜(2)的微滤、纳滤、超滤等过滤过程，从出水口(10)流出淡化后的水，从废水口(9)流出过滤后的废水。

在图6所示实施例中，淡化水从出水口(10)流出后，首先经盐度计(11)检测得到其盐度值，并将数据反馈到单片机(12)。单片机(12)将反馈值与标准值比较，根据不同的结果输出信号决定继电器(13)的通断，进而控制电磁阀(14)的通断，使淡水流入不同的管道。

具体地，当盐度达标时，表明淡水符合淡化标准，淡水将直接流至流量计(19)；当盐度高出标准一定值x时，表明淡水盐度略高于标准但还可以进一步淡化得到满足需要的淡水，此时淡水将流到补偿膜(15)得到二次淡化，补偿膜(15)经合理设计后可以保证出水符合标准，因而出水直接送至流量计(19)；当盐度高出标准的值超过x时，表面淡水盐度远高于标准，已无法补救，此时很可能是反渗透膜(2)破损等原因导致，恶化淡水将被直接送至排水口(18)排走，与此同时，单片机(12)开通报警电路，报警灯(16)点亮并闪烁，蜂鸣器(17)发出强烈刺耳的报警声，提醒工作人员关停并检修海水淡化系统。

符合饮用及生活用水的标准的淡水流到流量计(19)后，流量计(19)将测出出水的流量，并将数据反馈至单片机(12)，单片机(12)经过脉冲计数和简单编码后，在数码管(20)上显示出取水口(21)的流量，以供船员规划设计整个海水淡化系统的工作时间和频率。

最终，船员可以直接从取水口(21)取水饮用或用作生活用水。

Claims (8)

1.一种船载式波浪能海水淡化装置，其特征在于：它包括波浪能收集模块、集成膜反渗透淡化模块和检测反馈模块；

所述波浪能采集模块由一饼状浮子和杠杆式机械传动加压部分构成。所述浮子上部为两层饼状空心结构，所述饼状结构下方悬吊一球形重物。所述杠杆式机械加压部分由杠杆与一活塞式液压缸组成，所述杠杆的主体支架为两块狭长钢板焊接而成，所述钢板一块竖直，另一块与所述竖直钢板顶部焊接夹角为45°。所述竖直钢板中部用一铰链连接另一钢板，且此钢板距端部三分之一处用铰链与活塞式液压缸的活塞杆相连。所述活塞式液压缸顶部与所述45°钢板用铰链连接；

所述海水预处理系统包括一用于吸收海水的吸水管道，所述吸水管道的入口处设置有一过滤器，所述吸水管道的出口处连接在所述活塞式缸的入水口；

所述集成膜反渗透淡化模块由液压管路和超滤预处理膜，陶氏SW30-2540主体膜，以及补偿膜组成。所述液压管路入口连接在所述活塞式液压缸上，出口连接在所述超滤预处理膜的入口。所述管路上安装有四个单向阀；

所述检测反馈模块包括一单片机开发板，一水流量计、一盐度计和一电磁阀和连接管道。所述苦盐水集成膜出口管路接所述盐度计，所述盐度计出口由管路接到所述电磁阀，所述电磁阀一出口由管路接到流量计；所述盐度计、电磁阀和流量计信号均接入单片机，所述单片机控制信号接到所述电磁阀。所述电磁阀另外两个出口一个接第二只所述苦盐水集成膜，另一只接排放管道。

2.如权利要求1所述的一种船载式波浪能海水淡化系统，其特征在于：所述活塞式液压缸进出口设置四只单向阀；所述检测反馈模块有三种反馈方式；所述再过滤膜与主体膜互为备用。

3.如权利要求1所述的一种船载式波浪能海水淡化系统，其特征在于：所述浮子采用两层饼状空心结构和下方悬吊球形重物的结构。

4.如权利要求1或3所述的一种船载式波浪能海水淡化系统，其特征在于：所述浮子具有最大的收集波浪能的能力且大小可调。

5.如权利要求1所述的一种船载式波浪能海水淡化系统，其特征在于：所述浮子带动所述杠杆运动，将波浪能作用在浮子上的力进行若干倍放大，起到了加压的作用。

6.如权利要求1或5所述的一种船载式波浪能海水淡化系统，其特征在于：所述活塞式液压缸进出口单向阀的使用，使所述浮子上下运动时均有水流出。

7.如权利要求1或2或3或5或6所述的一种船载式波浪能海水淡化系统，其特征在于：所述检测反馈模块反馈方式如下：

如果盐度达标，直接引走供取用；如果盐度高出标准一定数值x(试验后得出)，引到补偿备用膜，重新过滤后引至取水口；如果超出x，系统报警，切断水源供应，并组织检修。

8.如权利要求1或7所述的一种船载式波浪能海水淡化系统，其特征在于：所述流量计和所述盐度计信号均可以由所述单片机进行数字化显示。