CN110107445B - 一种基于溶质浓度动力的小型水利发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于溶质浓度动力的小型水利发电装置，包括第一蓄水池、第二蓄水池、水轮机，以及连接第一蓄水池和第二蓄水池的溶液通道，水轮机与第二蓄水池的输出端连接，溶液通道的入口处设有第一渗透膜，溶液通道包括依次连接的第一通道、第二通道和第三通道，第一渗透膜设于第一通道的入口处，第一通道和第二通道、第二通道和第三通道之间分别设有第二渗透膜和第三渗透膜，装置还包括分别往第一通道、第二通道和第三通道添加溶质的溶质添加模块，该溶质添加模块分别与第一通道、第二通道和第三通道连接。与现有技术相比，本发明具有受区域限制小、适应性强等优点。

Description

一种基于溶质浓度动力的小型水利发电装置
技术领域
本发明涉及一种发电装置，尤其是涉及一种基于溶质浓度动力的小型水利发电装置。
背景技术
盐差能是相对较早的对于溶液动力的研究。其是利用的海水与淡水的溶质差产生势能的差距，从而加以利用。例如中国专利CN103615363A公开了一种盐差能发电装置，包括：渗透装置，其包括由多个渗透膜元件并联而成用以将浓盐水和海水分成高浓度侧和低浓度侧的渗透级；水轮机，其与渗透装置的高浓度侧对应，通过联轴器与发动机连接，用以驱动发电机工作；在渗透级的高浓度侧和低浓度侧分别通入浓盐水和海水后，渗透级可将渗透压差转变成高浓度侧流体静压，并利用在该渗透级施加的相应大小的背压，即可驱动各水轮机转动进而驱动发电机工作。本装置利用海水作为浓度低的给水侧，和更高浓度的海水进行渗透发电，因此能够节约淡水资源，减少预处理成本，并且能够提高渗透压差，从而提高功率密度，而且由于盐容易储存的特性，这种发电方式不存在不稳定难以并网的问题。
但是上述盐差发电装置需要有浓盐水和海水，只能布置在沿海，受地域限制和环境的影响，一来并不能在非沿海地区应用，而来也不方便临时的应急使用。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于溶质浓度动力的小型水利发电装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于溶质浓度动力的小型水利发电装置，包括第一蓄水池、第二蓄水池、水轮机，以及连接第一蓄水池和第二蓄水池的溶液通道，所述水轮机与第二蓄水池的输出端连接，所述溶液通道的入口处设有第一渗透膜，所述溶液通道包括依次连接的第一通道、第二通道和第三通道，所述第一渗透膜设于第一通道的入口处，所述第一通道和第二通道、第二通道和第三通道之间分别设有第二渗透膜和第三渗透膜，所述装置还包括分别往第一通道、第二通道和第三通道添加溶质的溶质添加模块，该溶质添加模块分别与第一通道、第二通道和第三通道连接。
所述第一通道、第二通道和第三通道中均设有浓度检测传感器和水位高度传感器。
所述装置还包括控制终端，该控制终端分别与溶质添加模块、浓度检测传感器和水位高度传感器连接。
所述第二蓄水池输出侧还设有用于控制第二蓄水池与水轮机连通的受控阀，该受控阀与控制终端连；所述受控阀在第二蓄水池内蓄满水时打开。
所述第二蓄水池设于第一蓄水池上方，
所述第三通道呈倒U形，包括连接第二通道的前臂和连通至第二蓄水池的后臂，且所述前臂上端向后臂一侧弯曲。
所述水轮机位于第二蓄水池的下方，所述第二蓄水池中的液体下落过程中推动水轮机转动发电，并进入第一蓄水池中。
所述装置包括与水轮机连接的变压器。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)由于具有溶质添加模块，不受海水制约，受区域限制小，适应性强。并且可以任意选择发电或者停机，控制简洁方便更具实效性，对于缓解电网压力有很大作用。
2)三个通道中均设有浓度检测传感器和水位高度传感器，可以机型浓度检测，从而为溶质添加模块添加溶质提供帮助。
3)第三通道呈倒U形，并且前臂的顶部朝向后臂弯曲，保持后臂竖直，便于减小液体溢流至第二蓄水池中的阻力。
4)通过第二蓄水池进行能量的收集汇聚，可以提供能量的转换率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为溶液通道的结构示意图；
图3为第三通道的结构示意图；
其中：1、第一蓄水池，2、第二蓄水池，3、水轮机，4、溶液通道，5、第一渗透膜，6、第二渗透膜，7、第三渗透膜，8、控制终端，9、变压器，10、溶质添加模块，11、负载，21、受控阀，41、第一通道，42、第二通道，43、第三通道，431、前臂，432、后臂。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
一种基于溶质浓度动力的小型水利发电装置，如图1所示，包括第一蓄水池1、第二蓄水池2、水轮机3，以及连接第一蓄水池1和第二蓄水池2的溶液通道4，水轮机3与第二蓄水池2的输出端连接，溶液通道4的入口处设有第一渗透膜5，如图2所示，溶液通道4包括依次连接的第一通道41、第二通道42和第三通道43，第一渗透膜5设于第一通道41的入口处，第一通道41和第二通道42、第二通道42和第三通道43之间分别设有第二渗透膜6和第三渗透膜7，装置还包括分别往第一通道41、第二通道42和第三通道43添加溶质的溶质添加模块，该溶质添加模块分别与第一通道41、第二通道42和第三通道43连接。
由于具有溶质添加模块，不受海水制约，受区域限制小，适应性强。并且可以任意选择发电或者停机，控制简洁方便更具实效性，对于缓解电网压力有很大作用。
第一通道41、第二通道42和第三通道43中均设有浓度检测传感器44和水位高度传感器45，三个通道中均设有浓度检测传感器和水位高度传感器，可以机型浓度检测，从而为溶质添加模块添加溶质提供帮助。
装置还包括控制终端8，该控制终端8分别与溶质添加模块、浓度检测传感器44和水位高度传感器45连接。包括对溶液浓度的采集、水位高度的采集、水轮机工作状态信息的采集。
其中，第二蓄水池2为全封闭的蓄水池，第二蓄水池2输出侧还设有用于控制第二蓄水池2与水轮机3连通的受控阀21，该受控阀21与控制终端8连；受控阀21在其内蓄满水时打开。
第二蓄水池2设于第一蓄水池1上方，
如图3所示，第三通道43呈倒U形，包括连接第二通道42的前臂431和连通至第二蓄水池2的后臂432，且前臂431上端向后臂432一侧弯曲，第三通道呈倒U形，并且前臂的顶部朝向后臂弯曲，保持后臂竖直，便于减小液体溢流至第二蓄水池中的阻力。
水轮机3位于第二蓄水池2的下方，第二蓄水池2中的液体下落过程中推动水轮机3转动发电，并进入第一蓄水池1中。装置包括与水轮机3连接的变压器9，并连接至负载11。
控制终端8对采集的信息进行分析，判断整体装置的当前状态，并控制水位的高度，利用水的重力势能对水轮机做功发电，实现重力势能——机械能——电能的转换。
如图所示，溶液通道4内的溶液浓度高于第一蓄水池1，根据渗透作用溶液通道4的液面上升。由于渗透膜作用，水分子从出口处流入第二蓄水池2之中蓄水。随着第二蓄水池2的液面上升，当第二蓄水池2蓄满水时会对溶液通道4上的渗透膜产生一个压强。由于压强的作用，溶液通道4不再吸水。此时水位检测传感器将此时的水位信息发送到控制终端8，工作人员控制蓄水平台开放或者关闭。蓄满水时开放受控阀21，水从第二蓄水池2底部落下，推动水轮机3转动发电。当溶液通道4吸水能力不足时，通过分析溶质浓度传感器采集的信息，控制终端控制溶质通道给相应的溶液通道输送溶质，提高吸水效率。
本技术方案利用小型蓄水池，基于渗透作用建立了小型的水利发电装置。本发明是一种新型的水利发电装置，相比盐能差发电更加高效便捷的利用了渗透作用。缩小了地域差距带来的影响以及应用上的局限性。与此同时，通过控制第二蓄水池2的开放和关断可以任意控制发电的过程，选择发电的时刻和发电的时长，不会受外部环境的干扰，提高了实用性。

Claims (3)

1.一种基于溶质浓度动力的小型水利发电装置，包括第一蓄水池(1)、第二蓄水池(2)、水轮机(3)，以及连接第一蓄水池(1)和第二蓄水池(2)的溶液通道(4)，所述水轮机(3)与第二蓄水池(2)的输出端连接，所述溶液通道(4)的入口处设有第一渗透膜(5)，其特征在于，所述溶液通道(4)包括依次连接的第一通道(41)、第二通道(42)和第三通道(43)，所述第一渗透膜(5)设于第一通道(41)的入口处，所述第一通道(41)和第二通道(42)、第二通道(42)和第三通道(43)之间分别设有第二渗透膜(6)和第三渗透膜(7)，所述装置还包括分别往第一通道(41)、第二通道(42)和第三通道(43)添加溶质的溶质添加模块，该溶质添加模块分别与第一通道(41)、第二通道(42)和第三通道(43)连接；
所述第一通道(41)、第二通道(42)和第三通道(43)中均设有浓度检测传感器(44)和水位高度传感器(45)；
所述装置还包括控制终端(8)，该控制终端(8)分别与溶质添加模块、浓度检测传感器(44)和水位高度传感器(45)连接；
所述第二蓄水池(2)输出侧还设有用于控制第二蓄水池(2)与水轮机(3)连通的受控阀(21)，该受控阀(21)与控制终端(8)连；所述受控阀(21)在第二蓄水池(2)内蓄满水时打开；
所述第二蓄水池(2)设于第一蓄水池(1)上方，
所述第三通道(43)呈倒U形，包括连接第二通道(42)的前臂(431)和连通至第二蓄水池(2)的后臂(432)，且所述前臂(431)上端向后臂(432)一侧弯曲。
2.根据权利要求1所述的一种基于溶质浓度动力的小型水利发电装置，其特征在于，所述水轮机(3)位于第二蓄水池(2)的下方，所述第二蓄水池(2)中的液体下落过程中推动水轮机(3)转动发电，并进入第一蓄水池(1)中。
3.根据权利要求1所述的一种基于溶质浓度动力的小型水利发电装置，其特征在于，所述装置包括与水轮机(3)连接的变压器(9)。
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