CN107823910B - 一种倒锥螺旋对流式风力波能集成制淡装置 - Google Patents

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Abstract

本发明一种倒锥螺旋对流式风力波能集成制淡装置，属于制淡领域。一种倒锥螺旋对流式风力波能集成制淡装置，包括空气冷凝收集室、海水及热气循环系统和支撑平台；所述空气冷凝收集室采用了倒锥形壳体，而海水及热气循环系统中采用了一种倒锥螺旋管叶片。本发明结构简单、造价低廉，近岸海岛居民都可以利用该装置自行获取日常淡水资源；结合海洋风能和波能，可无限循环利用，对资源和环境都及其友好。

Description

一种倒锥螺旋对流式风力波能集成制淡装置
技术领域
本发明涉及一种制淡平台，特别涉及一种倒锥螺旋对流式风力波能集成制淡装置。
背景技术
淡水是人类基本的生活需求，随着经济、人口的增长，陆地淡水资源日益减少。据有关数据统计，如果当今社会不采取节约用水的措施，2050年全球淡水的需求将增长2倍，因此，从人类长远的发展考虑，在号召节约淡水资源的基础上，也需要从技术上寻求更多的制淡水渠道，保障人类生活的基本要求。
海洋领域辽阔，蕴含极为丰富的资源，近些年来，随着海洋在国家领土、军事领域的战略地位的上升，各国对海洋局势都投入了密切的关注，开发和占有海洋资源成为了各国第一时间关注的话题，也成了众多科研工作者亲睐的宝地。在开发和利用海洋资源的路途中，利用海洋源源不断的风能、波能技术发电，以及利用海水来制淡水是近些年来比较热门的话题。然而，对于海水制淡来讲，能耗是直接决定其成本高低的关键。因此，如何从装置设备的结构上出发，因地制宜的利用海洋可再生能源作为能源供给，来制取淡水，将为从传统海水蒸发、海水渗透膜技术中摆脱出来，降低海水制淡能耗问题提供新思路。
发明内容
本发明的目的在于针对上述问题，提供了一种倒锥螺旋对流式风力波能集成制淡装置，可以因地制宜的结合风能和波浪能两种清洁能源作为制淡的动力输给，无需额外能源，具有可再生特性。
本发明的目的是这样实现的：
一种倒锥螺旋对流式风力波能集成制淡装置，包括空气冷凝收集室、海水及热气循环系统和支撑平台；
所述空气冷凝收集室包括密封连接的倒锥形壳体和向外凸起的圆弧形顶盖，所述圆弧形顶盖上分布有若干排气孔，所述倒锥形壳体的侧壁底部开有若干进气孔，在倒锥形壳体的底部密封连接有一个淡水收集器，所述淡水收集器具有一个圆弧形的内凸底壁，所述淡水收集器的底部固连在支撑平台上，所述淡水收集器的内凸底壁与所述支撑平台之间形成了圆弧形空腔；
所述海水及热气循环系统包括空心主轴，所述空心主轴的一端与倒锥形壳体的底部固连，所述空心主轴的另一端自圆弧形顶盖的中心伸出并在该端部设置有风机，位于所述倒锥形壳体内部的所述空心主轴上设有倒锥螺旋管叶片，所述倒锥螺旋管叶片内设有供水流通的水管，所述空心主轴内设有进水管路，所述进水管路的出水端与水管的进水口相通，所述进水管路的进水端经第一单向阀后与活塞缸内部连通，所述水管的出水口与出水管路的进水口相通，所述出水管路的出水口经第二单向阀后与外部相通，所述活塞缸固连在支撑平台的下方，活塞缸的推杆的端部设有浮体，所述活塞缸的内部还通过海水管路与外部相通，所述海水管路位于活塞缸的内部的一端设有第三单向阀。
优选地，所述倒锥螺旋管叶片包括叶片上板、叶片下板、进水支撑管和出水支撑管，所述叶片上板和叶片下板均为倒锥螺旋形状，在叶片上板和叶片下板的上下两端之间分别设有进水支撑管和出水支撑管以形成中空结构，在所述中空结构中排布有若干倒锥螺旋形状的水管，所述水管的进水口均与进水支撑管相通，所述水管的出水口均与出水支撑管相通，所述进水支撑管和所述出水支撑管又分别与进水管路及出水管路相通。
优选地，所述进水支撑管和进水管路之间以及所述出水支撑管和出水管路之间均通过管路万向节连通。
优选地，所述管路万向节、所述第一单向阀、所述第二单向阀和所述第三单向阀均收容于所述淡水收集器的内凸底壁与所述支撑平台之间形成的圆弧形空腔内。
优选地，所述海水管路的末端还设有过滤器。
优选地，所述倒锥螺旋管叶片的最外缘与所述倒锥形壳体之间留有间隙。
优选地，所述活塞缸外套有固定环，通过将所述固定环通过固定环支架焊接在支撑平台的下表面实现活塞缸与支撑平台之间的固连。
优选地，所述空心主轴与圆弧形顶盖之间通过轴承进行固连，所述空心主轴与倒锥形壳体的底部之间通过八角环轴承支架进行固连。
优选地，所述倒锥形壳体的侧壁通过若干根支撑杆实现与所述支撑平台之间的加固。
优选地，所述水管为毛细海水管，所述毛细海水管的横截面为椭圆形。
本发明的有益效果为：结构简单、造价低廉，近岸海岛居民都可以利用该装置自行获取日常淡水资源；结合海洋风能和波能，可无限循环利用，对资源和环境都及其友好。
附图说明
图1示出了本发明一种倒锥螺旋对流式风力波能集成制淡装置的正视结构图；
图2示出了本发明一种倒锥螺旋对流式风力波能集成制淡装置的立体结构图；
图3示出了本发明一种倒锥螺旋对流式风力波能集成制淡装置的正视剖面图；
图4示出了图3中关于海水及热气循环系统的局部放大图；
图5示出了本发明一种倒锥螺旋对流式风力波能集成制淡装置中倒锥螺旋管叶片的结构示意图。
其中：1-风机，2-排气孔，3-圆弧形顶盖，4-倒锥形壳体，5-支撑杆，6-进气孔，7-淡水收集器，8-方形平台，9-浮体，10-波浪，11-支撑支架，12-推杆，13-固定环，14-空心主轴，15-轴承，16-过滤器，17-活塞缸，18-固定环支架，19-倒锥螺旋管叶片，191-叶片上板，192-叶片下板，193-进水支撑管，194-出水支撑管，195-毛细海水管，20-管路万向节，21-第一单向阀，22-第二单向阀，23-第三单向阀，24-八角环轴承支架，25-出水管路，26-进水管路。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图，进一步阐述本发明。
一种倒锥螺旋对流式风力波能集成制淡装置，主要包括空气冷凝收集室、海水及热气循环系统和支撑平台三部分。
如图1所示，支撑平台可以具体由一方形平台8和与方形平台8的四角连接的支撑支架11组成。
如图1和图2所示，空气冷凝收集室包括密封连接的倒锥形壳体4和向外凸起的圆弧形顶盖3(具体地，倒锥形壳体4和圆弧形顶盖3可以通过螺母)，所述圆弧形顶盖3上分布有若干排气孔2，所述倒锥形壳体4的侧壁底部开有若干进气孔6，在倒锥形壳体4的底部密封连接有一个淡水收集器7，所述淡水收集器7具有一个圆弧形的内凸底壁，所述淡水收集器7的底部固连在支撑平台上，所述淡水收集器7的内凸底壁与所述支撑平台之间形成了圆弧形空腔。为加固空气冷凝收集室和支撑平台之间的连接，倒锥形壳体4的侧壁还通过若干根支撑杆5实现与所述支撑平台之间的加固。
如图1-图4所示，海水及热气循环系统包括空心主轴14，所述空心主轴14的一端与倒锥形壳体4的底部固连，所述空心主轴14的另一端自圆弧形顶盖3的中心伸出并在该端部设置有风机1(具体地，所述空心主轴14与圆弧形顶盖3之间通过轴承15进行固连，所述空心主轴14与倒锥形壳体4的底部之间通过八角环轴承支架24进行固连)，位于所述倒锥形壳体4内部的所述空心主轴14上设有倒锥螺旋管叶片19，所述倒锥螺旋管叶片19内设有供水流通的水管，所述空心主轴14内设有进水管路26，所述进水管路26的出水端与水管的进水口相通，所述进水管路26的进水端经第一单向阀21后与活塞缸17内部连通，所述水管的出水口与出水管路25的进水口相通，所述出水管路25的出水口经第二单向阀22后与外部相通，所述活塞缸17固连在支撑平台的下方(具体地，所述活塞缸17外套有固定环13，通过将所述固定环13通过固定环支架18焊接在支撑平台的下表面实现活塞缸17与支撑平台之间的固连)，活塞缸17的推杆12的端部设有浮体9，所述活塞缸17的内部还通过海水管路与外部相通，所述海水管路位于活塞缸17的内部的一端设有第三单向阀23。
如图5所示，倒锥螺旋管叶片19具体包括叶片上板191、叶片下板192、进水支撑管193和出水支撑管194，所述叶片上板191和叶片下板192均为倒锥螺旋形状，在叶片上板191和叶片下板192的上下两端之间分别设有进水支撑管193和出水支撑管194以形成中空结构，在所述中空结构中排布有若干倒锥螺旋形状的水管，所述水管的进水口均与进水支撑管193相通，所述水管的出水口均与出水支撑管194相通，所述进水支撑管193和所述出水支撑管194又分别与进水管路26及出水管路25相通。
具体地，叶片上板191和叶片下板192采用具有较好温度传导性的薄片结构，而水管为毛细海水管195，所述毛细海水管195的横截面为椭圆形，可有效地扩大冰冷海水温度扩散面积。
为了实现进水管路26和出水管路25自身的旋转运动，又能防止管路之间的扭曲和缠绕，所述进水支撑管193和进水管路26之间以及所述出水支撑管194和出水管路25之间均通过管路万向节20连通。且所述管路万向节20、所述第一单向阀21、所述第二单向阀22和所述第三单向阀23均收容于所述淡水收集器7的内凸底壁与所述支撑平台之间形成的圆弧形空腔内。
为防止各管路的堵塞，所述海水管路的末端还设有过滤器16。
为了使得倒锥螺旋管叶片19能灵活转达，所述倒锥螺旋管叶片19的最外缘与所述倒锥形壳体4之间留有间隙。
工作过程描述：
1、海水及热气循环系统中的海水循环部分
浮体吸收波浪的上下运动，进而推动活塞缸上的推杆上下运动。当波浪推动推杆向上运动时，第三单向阀关闭，第一单向阀开启，活塞缸内的海水通过第一单向阀和与进水管路连通的管路万向节，向上运动到倒锥螺旋管叶片中的毛细海水管上方，通过波能不断的振荡压力，冰冷海水沿着毛细海水管最终运动到毛细海水管的底部，再通过与出水管路连通的管路万向节和第二单向阀推出；当波浪推动推杆向下运动时，第一单向阀关闭，第三单向阀门开启，此时深层冷海水经过滤器进入到活塞缸内部，实现海水的循环输送。
2、海水及热气循环系统中的热气循环部分
风带动风机旋转，进而带动空心主轴旋转，于此同时，固定安装在空心主轴上的倒锥螺旋管叶片也转动，由于倒锥形壳体和倒锥螺旋管叶片的锥形结构特征，随着其旋转的进行，倒锥形壳体内的上下空间将出现压差，该压差促使外界的热空气通过倒锥形壳体下部的进气孔进入倒锥形壳体内部，且不断的从倒锥形壳体的底部运动到倒锥形壳体的上部，最后通过排气孔排除室外，完成风力循环吸气过程。
3、制淡过程
风力推动风机旋转，带动空心主轴上的倒锥螺旋管叶片运动，通过压力差，源源不断的吸入热空气，且热空气跟随倒锥螺旋管叶片的旋转不断由冷凝室下端螺旋运动到冷凝室上端，于此同时，波浪带动浮体往复运动，将活塞缸内深层冰冷海水推送至倒锥螺旋管叶片的上部，冰冷海水在重力以及波能的往复推力下不断的从倒锥螺旋管叶片上方沿着螺旋管线运动到下方。在此，热空气在倒锥螺旋形状的叶片上板和叶片下板上与冷海水对流接触，因温度差的缘故，热空气遇冷凝成液体，附着在叶片上板和叶片下板的壁面上以及倒锥形壳体的内壁上，最终两处的液体将沿着壁面滑到淡水集水器中，进而收集成淡水。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种倒锥螺旋对流式风力波能集成制淡装置，其特征在于，包括空气冷凝收集室、海水及热气循环系统和支撑平台；
所述空气冷凝收集室包括密封连接的倒锥形壳体和向外凸起的圆弧形顶盖，所述圆弧形顶盖上分布有若干排气孔，所述倒锥形壳体的侧壁底部开有若干进气孔，在倒锥形壳体的底部密封连接有一个淡水收集器，所述淡水收集器具有一个圆弧形的内凸底壁，所述淡水收集器的底部固连在支撑平台上，所述淡水收集器的内凸底壁与所述支撑平台之间形成了圆弧形空腔；
所述海水及热气循环系统包括空心主轴，所述空心主轴的一端与倒锥形壳体的底部固连，所述空心主轴的另一端自圆弧形顶盖的中心伸出并在该端部设置有风机，位于所述倒锥形壳体内部的所述空心主轴上设有倒锥螺旋管叶片，所述倒锥螺旋管叶片内设有供水流通的水管，所述空心主轴内设有进水管路，所述进水管路的出水端与水管的进水口相通，所述进水管路的进水端经第一单向阀后与活塞缸内部连通，所述水管的出水口与出水管路的进水口相通，所述出水管路的出水口经第二单向阀后与外部相通，所述活塞缸固连在支撑平台的下方，活塞缸的推杆的端部设有浮体，所述活塞缸的内部还通过海水管路与外部相通，所述海水管路位于活塞缸的内部的一端设有第三单向阀。
2.根据权利要求1所述的一种倒锥螺旋对流式风力波能集成制淡装置，其特征在于，所述倒锥螺旋管叶片包括叶片上板、叶片下板、进水支撑管和出水支撑管，所述叶片上板和叶片下板均为倒锥螺旋形状，在叶片上板和叶片下板的上下两端之间分别设有进水支撑管和出水支撑管以形成中空结构，在所述中空结构中排布有若干倒锥螺旋形状的水管，所述水管的进水口均与进水支撑管相通，所述水管的出水口均与出水支撑管相通，所述进水支撑管和所述出水支撑管又分别与进水管路及出水管路相通。
3.根据权利要求2所述的一种倒锥螺旋对流式风力波能集成制淡装置，其特征在于，所述进水支撑管和进水管路之间以及所述出水支撑管和出水管路之间均通过管路万向节连通。
4.根据权利要求3所述的一种倒锥螺旋对流式风力波能集成制淡装置，其特征在于，所述管路万向节、所述第一单向阀、所述第二单向阀和所述第三单向阀均收容于所述淡水收集器的内凸底壁与所述支撑平台之间形成的圆弧形空腔内。
5.根据权利要求1所述的一种倒锥螺旋对流式风力波能集成制淡装置，其特征在于，所述海水管路的末端还设有过滤器。
6.根据权利要求1所述的一种倒锥螺旋对流式风力波能集成制淡装置，其特征在于，所述倒锥螺旋管叶片的最外缘与所述倒锥形壳体之间留有间隙。
7.根据权利要求1所述的一种倒锥螺旋对流式风力波能集成制淡装置，其特征在于，所述活塞缸外套有固定环，通过将所述固定环通过固定环支架焊接在支撑平台的下表面实现活塞缸与支撑平台之间的固连。
8.根据权利要求1所述的一种倒锥螺旋对流式风力波能集成制淡装置，其特征在于，所述空心主轴与圆弧形顶盖之间通过轴承进行固连，所述空心主轴与倒锥形壳体的底部之间通过八角环轴承支架进行固连。
9.根据权利要求1所述的一种倒锥螺旋对流式风力波能集成制淡装置，其特征在于，所述倒锥形壳体的侧壁通过若干根支撑杆实现与所述支撑平台之间的加固。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的一种倒锥螺旋对流式风力波能集成制淡装置，其特征在于，所述水管为毛细海水管，所述毛细海水管的横截面为椭圆形。
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