CN113321257A - 一种基于波浪能发电与太阳能集热的海水淡化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于波浪能发电与太阳能集热的海水淡化方法，涉及海水淡化技术领域。该基于波浪能发电与太阳能集热的海水淡化方法，包括如下步骤：通过捕获装置对波浪进行捕获再利用液压发电系统进行能量转换，并将产生的电能储存备用，保证装置的稳定高效运行。本发明通过波浪能发电辅助太阳能净水装置工作，从能源利用上实现了创新，符合当下节约资源、开发利用可再生能源的发展趋势，也符合绿色能源新理念，具有广阔的发展前景，保护了海洋生态环境，响应了节能减排的社会号召，本发明充分结合点吸收式、鸭式及垂直动能差式三项热门波浪能发电技术原理，打造三组波浪能发电体系联合工作，保障装置正常运行。

Description

一种基于波浪能发电与太阳能集热的海水淡化方法

技术领域

本发明涉及海水淡化技术领域，尤其涉及一种基于波浪能发电与太阳能集热的海水淡化方法。

背景技术

海水淡化即利用海水脱盐生产淡水。是实现水资源利用的开源增量技术，可以增加淡水总量，且不受时空和气候影响，可以保障沿海居民饮用水和工业锅炉补水等稳定供水。从海水中取得淡水的过程为海水淡化。现在所用的海水淡化方法有海水冻结法、电渗析法、蒸馏法、反渗透法、以及碳酸铵离子交换法，目前应用反渗透膜法及蒸馏法是市场中的主流。

目前近五成渔民用水困难，三成因淡水不足被迫终止出海工作，但市面上向中小渔船销售的海水淡化装置大多不能满足渔民对其成本低、耗能少、易携带等的要求，水箱携带储水的方案也存在储水量有限和水质无法保障等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于波浪能发电与太阳能集热的海水淡化方法，装置工作能源均来自丰富的波浪能和太阳能，从能源上实现了零能耗和零排放，无太阳光照情况下利用三套波浪能捕获体系发电和蓄电，支持装置的稳定运行；装置通过巧妙的内部结构设计，引入空气循环、工质循环以及水循以提升对装置中能量流失的控制，实现能源的梯级利用以提升装置的制热能效比，进而提升装置出水率。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于波浪能发电与太阳能集热的海水淡化方法，包括如下步骤：

S1、通过捕获装置对波浪进行捕获再利用液压发电系统进行能量转换，并将产生的电能储存备用，保证装置的稳定高效运行；

S2、在阳光充足的天气情况下，利用太阳能集热装置辅助工质加热；

S3、分设空气预热室、海水预热室、冷凝室、净化水回热室、海水回热室、喷淋换热室以及储水仓等多个舱室，提升装置的制热能效比等工作性能；

S4、引入空气和工质两大热量中间载体，通过将空气循环、工质循环以及水循环相结合，提升对装置中热量损失的控制，以提升装置的整体工作效能；

S5、将空气加热与海水之间进行混合，形成混合水蒸气，然后进行冷凝处理，使混合水蒸气液化形成淡水，进入蓄水箱进行收集，实现海水淡化的效果；

优选的，所述S1中的捕捉装置，包括上部点吸收式波浪能发电装置、中部鸭式波浪能发电装置以及底部阻尼体垂直动能差波浪能发电装置。

优选的，所述S1中的液压发电系统包括浮体、液压缸、补油系统、溢流阀、单向阀组、高能蓄能器、低能蓄能器、液压马达、发电机，所述浮体与液压缸活动连接，所述液压缸的一侧设置有溢流阀、单向阀组、高能蓄能器、低能蓄能器、液压马达，所述液压缸通过单向阀桥路和高压蓄能器之后进入液压马达，所述液压马达与发电机转动连接。

优选的，所述S3中的空气预热室包括储存室腔体、风机和铜管加热装置，所述风机分上下层，中间所述风机存在一隔层空腔用于安装加热装置，所述铜管加热装置安装在风机间的夹层内。

优选的，所述S3中的海水预热室和净化水回热室净化水回热主要由冷凝液化装置和离心风机气体出口两大结构组成，所述冷凝液化装置安装在海水回热室内部，其材料是由外镀陶瓷的铜管构成，内部装有工质的铜管环绕其中。

优选的，所述S3中的喷淋换热室主要包括海水喷淋装置、预热空气喷射装置、加热汽化装置以及离心风机，所述海水喷淋装置的海水喷淋器安装在喷淋换热室的室壁上，所述喷淋器的安装角度与喷淋换热室室壁呈45度夹角斜向上，所述预热空气喷射装置安装在喷淋换热室室壁上，所述预热空气喷射装置的喷射器的安装位置与喷淋换热室室壁呈60度夹角斜向下，所述加热汽化装置安装在喷淋换热室内，其由S型的外镀陶瓷的铜管环绕而成，铜管内部循环物质为工质，所述离心风机的吸入口则安装在喷淋换热室室壁的上端，所述离心风机另一端的气体出口连接着海水回热室的上端。

优选的，所述上部点吸收式波浪能发电装置包括四组点吸收式的振荡浮子式波浪能发电单元，每一组独立的振荡浮子式发电单元均连接着设备的黄色防护橡胶圈，所述振荡浮子式发电单元一端与橡胶圈相连另一端则与中央设备的上表面相连，中央设备上安装有四组对应的液压发电机机组，四组所述点吸收式的振荡浮子式波浪能发电单元协同工作。

优选的，所述中部鸭式波浪能发电装置包括一连串浮于水面且可以独立绕轴运动的凸轮，所述中部鸭式波浪能发电装置形态与鸭类形似。

优选的，所述底部阻尼体垂直动能差波浪能发电装置包括上部的发液压发电系统，下部的波浪能捕获吸收模块，上部液压发电系统为整合式布局，嵌入安装在中央工作台上，下部的阻尼体则浸没在水中。

与相关技术相比较，本发明提供的一种基于波浪能发电与太阳能集热的海水淡化方法具有如下有益效果：

1、能源利用创新。通过波浪能发电辅助太阳能净水装置工作，从能源利用上实现了创新，符合当下节约资源、开发利用可再生能源的发展趋势，也符合绿色能源新理念，具有广阔的发展前景。保护了海洋生态环境，响应了节能减排的社会号召。

2、波浪能捕获体系创新。本发明充分结合点吸收式、鸭式及垂直动能差式三项热门波浪能发电技术原理，打造三组波浪能发电体系联合工作，保障装置正常运行。

3、核心结构创新，能量流动梯级利用。本装置以结构设计和内部工作循环两大方面作为切入点，通过合理的结构设计配合空气循环、工质循环以及水循环以提升对能量流动的控制，实现能量重复回收和梯级利用，减小能量的不必要损耗，提升制热能效比。

4、淡化方式创新。本装置利用三套循环进行海水淡化处理，通过预热室、换热芯和过滤层对海水进行多级淡化，提高效率的同时保证较高的水质，直接解决最本质的缺水问题。

5、模块化设计，便于携带。设备各部件之间采用模块化设计，各部件均可单独拆分更换维修，让维修工作更为简便，同时也让需要购置额外核心模块作为备用替换成为了渔民的一大选择。

6、造价经济。相较于市场其他海水淡化设备，本发明所研究装置具有较大价格优势，整体设备制作成本相对较低，在中小型渔民的购买力接受范围内。对填补中小型渔船海水淡化装置的市场空白具有重要作用，为渔民提供一种经济有效的出海作业海水淡化方案。

7、运行成本低。相较于现有的海水淡化装置，本装置运行时能源自主供应，不需要使用化石能源，没有额外的运行成本，运行成本几乎为零，真正切换渔民市场的需求。

8、使用寿命长。本发明的装置整体使用寿命可达5年以上，并且在设计装置时采用模块化设计的可分离防水部件，每一部分可直接在水中安全更换，不影响总体设备的使用和维修。不仅节省了二次投资的费用，还节省了顾客在后续使用产品时不少的维修精力，提高了用户的产品体验感。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的液压发电系统结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种基于波浪能发电与太阳能集热的海水淡化方法，包括如下步骤：

S1、通过捕获装置对波浪进行捕获再利用液压发电系统进行能量转换，并将产生的电能储存备用，保证装置的稳定高效运行；

S2、在阳光充足的天气情况下，利用太阳能集热装置辅助工质加热；

S3、分设空气预热室、海水预热室、冷凝室、净化水回热室、海水回热室、喷淋换热室以及储水仓等多个舱室，提升装置的制热能效比等工作性能；

S4、引入空气和工质两大热量中间载体，通过将空气循环、工质循环以及水循环相结合，提升对装置中热量损失的控制，以提升装置的整体工作效能；

S5、将空气加热与海水之间进行混合，形成混合水蒸气，然后进行冷凝处理，使混合水蒸气液化形成淡水，进入蓄水箱进行收集，实现海水淡化的效果。

具体的，S1中的捕捉装置，包括上部点吸收式波浪能发电装置、中部鸭式波浪能发电装置以及底部阻尼体垂直动能差波浪能发电装置，底部阻尼体垂直动能差波浪能发电装置包括上部的发液压发电系统，下部的波浪能捕获吸收模块，上部液压发电系统为整合式布局，嵌入安装在中央工作台上，下部的阻尼体则浸没在水中。

在本实施例中，在三个不同的波浪能吸收转换装置中，对电能的吸收转换均是这样的工作原理，各组设备的协同工作，不断累积吸收的波浪能，为蓄能电池进行蓄能充电，蓄能电池再为后续的海水淡化工作提供稳定的工作电源。

具体的，S3中的空气预热室，包括储存室腔体、风机和铜管加热装置，风机分上下层，中间风机存在一隔层空腔用于安装加热装置，铜管加热装置安装在风机间的夹层内。

在本实施例中，空气预热室主要作用是在电动机的驱动下将外界空气吸入装置内部，铜管内部运行的是高温高压的气态工质，气态工质进入铜管后通过热传导对铜管加热进而对预热室内的空气进行加热，同时一部分工质由于散热转化为液态，气液混合态的工质进入后一环节的循环，空气预热室主要用于对从外界吸入的空气进行储存和预热。工作时，工质在太阳能装置内加热汽化后经由压缩机变为高温工质随后进入加热铜管内部；在空气预热室内，风机通电工作后外部空气进入到预热室后，被加热。

具体的，S3中的海水预热室和净化水回热室净化水回热主要由冷凝液化装置和离心风机气体出口两大结构组成，冷凝液化装置安装在海水回热室内部，其材料是由外镀陶瓷的铜管构成，内部装有工质的铜管环绕其中。

海水预热室主要用于进一步冷却净化水和对海水进行初步预热，工作时，水经蛇形管通过海水预热室冷却，冷却后的水进入储水层，在海水预热室内，空气也被冷凝，经由管道由风机带出，同时完成冷凝的工质进入太阳能加热板中，进行下一次循环。

具体的，S3中的净化水回热室其主要用于冷凝液化混合气体，混合气体在离心风机的驱动下进入通风口，由通风口进入海水回热室中。

在本实施例中，净化水回热室其主要用于冷凝液化混合气体，工作时，混合气体在离心风机的驱动下进入通风口，由通风口进入海水回热室中，工质从换热室经由回热室进入冷凝管中，对海水进行加热，散热后的工质将冷凝，在通过节流阀进入海水回热室后，在净化水回热室中将水蒸气回热，成为液态水。

具体的，S3中的喷淋换热室主要包括海水喷淋装置、预热空气喷射装置、加热汽化装置以及离心风机，海水喷淋装置的海水喷淋器安装在喷淋换热室的室壁上，喷淋器的安装角度与喷淋换热室室壁呈45度夹角斜向上，预热空气喷射装置安装在喷淋换热室室壁上，预热空气喷射装置的喷射器的安装位置与喷淋换热室室壁呈60度夹角斜向下，加热汽化装置安装在喷淋换热室内，其由S型的外镀陶瓷的铜管环绕而成，铜管内部循环物质为工质，离心风机的吸入口则安装在喷淋换热室室壁的上端，离心风机另一端的气体出口连接着海水回热室的上端。

在本实施例中，预热空气喷射装置保证预热空气喷射装置能够将已经预热的空气斜向下相对于室壁呈60度夹角喷出到喷淋换热室内，离心风机的吸入口，则安装在喷淋换热室室壁的上端，风机另一端的气体出口连接着海水回热室的上端，从而实现将已加热的混合物质在两个腔室之间进行转移，从而确保循环的稳步进行；喷淋换热室主要用于对海水液珠和已经预热的空气的进行充分混合，并对其形成的混合物进一步加热汽化。工作时，海水喷淋装置和预热空气喷射装置分别将海水和已经预热的空气喷入腔体，其中两个设备的安装与内壁分别成90/45度的角度，通过90/45度的角度实现热量传导效率最大化从而加大对能量的利用率；本装置充分考虑到海水特性，普通材质的金属材料长期浸泡在海水中容易被腐蚀最终导致产品损坏影响产品使用寿命，对本装置的内壁与海水直接接触的部分进行镀陶瓷处理，从而对内部的金属形成保护，起到减缓腐蚀程度提高产品使用寿命的作用。

具体的，上部点吸收式波浪能发电装置包括四组点吸收式的振荡浮子式波浪能发电单元，每一组独立的振荡浮子式发电单元均连接着设备的黄色防护橡胶圈，振荡浮子式发电单元一端与橡胶圈相连另一端则与中央设备的上表面相连，中央设备上安装有四组对应的液压发电机机组，四组点吸收式的振荡浮子式波浪能发电单元协同工作，S1中的液压发电系统，包括浮体、液压缸、补油系统、溢流阀、单向阀组、高能蓄能器、低能蓄能器、液压马达、发电机，浮体与液压缸活动连接，液压缸的一侧设置有溢流阀、单向阀组、高能蓄能器、低能蓄能器、液压马达，液压缸通过单向阀桥路和高压蓄能器之后进入液压马达，液压马达与发电机转动连接。

在本实施例中，浮体在波浪的作用下会随波浪摆动，与浮体直接相连的液压缸中的中心液压柱在随浮体的摆动中将与液压缸产生相对运动，在相对运动的作用下液压缸内部的液压油将流动，液压油通过单向阀桥路和高压蓄能器之后进入液压马达，液压马达旋转带动发电机发电，从而实现波浪能到电能的转换；由于内部是一个封闭的单循环空间，液压油从液压马达流出后，经过低压蓄能器流回液压缸中储存，在下一次工作中重新流入单向阀桥路参与波浪能的转换。

具体的，中部鸭式波浪能发电装置包括一连串浮于水面且可以独立绕轴运动的凸轮，中部鸭式波浪能发电装置形态与鸭类形似。

在本实施例中，通过波浪带动鸭体转动，使发电机工作进行发电，同时在海面下的海浪通过带动球面阻尼体上下移动，利用海浪发电进行发电，解决了由于在对海水进行淡化的过程中对于电量的需求量很大的问题。通过波浪带动鸭体转动，利用第二转动杆带动变速箱内部齿轮转动，使转动发电机工作进行发电，同时在海面下的海浪通过带动球面阻尼体上下移动，从而使第二发电滑杆上下滑动第二直线发电机工作进行发电，通过利用海浪发电进行发电，解决了由于在对海水进行淡化的过程中对于电量的需求量很大的问题。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种基于波浪能发电与太阳能集热的海水淡化方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、通过捕获装置对波浪进行捕获再利用液压发电系统进行能量转换，并将产生的电能储存备用，保证装置的稳定高效运行；

S2、在阳光充足的天气情况下，利用太阳能集热装置辅助工质加热；

S3、分设空气预热室、海水预热室、冷凝室、净化水回热室、海水回热室、喷淋换热室以及储水仓等多个舱室，提升装置的制热能效比等工作性能；

S4、引入空气和工质两大热量中间载体，通过将空气循环、工质循环以及水循环相结合，提升对装置中热量损失的控制，以提升装置的整体工作效能；

S5、将空气加热与海水之间进行混合，形成混合水蒸气，然后进行冷凝处理，使混合水蒸气液化形成淡水，进入蓄水箱进行收集，实现海水淡化的效果。

2.根据权利要求1所述的一种基于波浪能发电与太阳能集热的海水淡化方法，其特征在于：所述S1中的捕捉装置包括上部点吸收式波浪能发电装置、中部鸭式波浪能发电装置以及底部阻尼体垂直动能差波浪能发电装置。

3.根据权利要求1所述的一种基于波浪能发电与太阳能集热的海水淡化方法，其特征在于：所述S1中的液压发电系统包括浮体、液压缸、补油系统、溢流阀、单向阀组、高能蓄能器、低能蓄能器、液压马达、发电机，所述浮体与液压缸活动连接，所述液压缸的一侧设置有溢流阀、单向阀组、高能蓄能器、低能蓄能器、液压马达，所述液压缸通过单向阀桥路和高压蓄能器之后进入液压马达，所述液压马达与发电机转动连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于波浪能发电与太阳能集热的海水淡化方法，其特征在于：所述S3中的空气预热室包括储存室腔体、风机和铜管加热装置，所述风机分上下层，中间所述风机存在一隔层空腔用于安装加热装置，所述铜管加热装置安装在风机间的夹层内。

5.根据权利要求1所述的一种基于波浪能发电与太阳能集热的海水淡化方法，其特征在于：所述S3中的海水预热室和净化水回热室主要由冷凝液化装置和离心风机气体出口两大结构组成，所述冷凝液化装置安装在海水回热室内部，其材料是由外镀陶瓷的铜管构成，内部装有工质的铜管环绕其中。

6.根据权利要求1所述的一种基于波浪能发电与太阳能集热的海水淡化方法，其特征在于：所述S3中的喷淋换热室主要包括海水喷淋装置、预热空气喷射装置、加热汽化装置以及离心风机，所述海水喷淋装置的海水喷淋器安装在喷淋换热室的室壁上，所述喷淋器的安装角度与喷淋换热室室壁呈45度夹角斜向上，所述预热空气喷射装置安装在喷淋换热室室壁上，所述预热空气喷射装置的喷射器的安装位置与喷淋换热室室壁呈60度夹角斜向下，所述加热汽化装置安装在喷淋换热室内，其由S型的外镀陶瓷的铜管环绕而成，铜管内部循环物质为工质，所述离心风机的吸入口则安装在喷淋换热室室壁的上端，所述离心风机另一端的气体出口连接着海水回热室的上端。

7.根据权利要求2所述的一种基于波浪能发电与太阳能集热的海水淡化方法，其特征在于：所述上部点吸收式波浪能发电装置包括四组点吸收式的振荡浮子式波浪能发电单元，每一组独立的振荡浮子式发电单元均连接着设备的黄色防护橡胶圈，所述振荡浮子式发电单元一端与橡胶圈相连另一端则与中央设备的上表面相连，中央设备上安装有四组对应的液压发电机机组，四组所述点吸收式的振荡浮子式波浪能发电单元协同工作。

8.根据权利要求2所述的一种基于波浪能发电与太阳能集热的海水淡化方法，其特征在于：所述中部鸭式波浪能发电装置包括一连串浮于水面且可以独立绕轴运动的凸轮，所述中部鸭式波浪能发电装置形态与鸭类形似。

9.根据权利要求2所述的一种基于波浪能发电与太阳能集热的海水淡化方法，其特征在于：所述底部阻尼体垂直动能差波浪能发电装置包括上部的发液压发电系统，下部的波浪能捕获吸收模块，上部液压发电系统为整合式布局，嵌入安装在中央工作台上，下部的阻尼体则浸没在水中。

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