CN207566944U - 一种适用于南海的兼具养殖和海水淡化功能的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种适用于南海的兼具养殖和海水淡化功能的装置，包括：聚波斜坡、养殖室、集水池、水轮机、过滤管、淡水收集室及真空泵。该装置利用南海丰富的波浪资源和复杂的波浪条件，通过波浪在聚波斜坡上爬高并产生越浪，进入集水池以获得势能。然后利用水轮机的转动和曲柄连杆机械传动，将势能转化为真空泵的动能，驱动真空泵工作，在过滤管内外产生较大压差，实现海水淡化；利用波浪爬高时的破碎效应以及波浪撞击斜坡缝隙时卷气产生的气泡，向养殖室内水体输气，提供优质的养殖环境。本实用新型将波能产业和渔业相结合，在解决南海淡水资源缺乏问题时，兼顾渔业的发展，实现社会、经济和环境效益的共赢。

Description

一种适用于南海的兼具养殖和海水淡化功能的装置

技术领域

本实用新型涉及海水淡化领域，尤其涉及一种适用于南海的兼具养殖和海水淡化功能的装置。

技术背景

淡水资源匮乏已经成为威胁人类生存的严重问题。我国虽然水资源总量大，居世界第六位，但人均占有量仅为世界的四分之一，居第121位。长久以来，沿海城市及岛屿均面临供水严重不足的问题，淡水资源的缺乏在一定程度上制约着我国社会和经济的发展。利用我国丰富的海水资源，通过海水淡化技术，将海水提纯为淡水，以满足沿海城市及岛屿对淡水资源的需求，是解决我国沿海地区淡水资源匮乏问题的一项重要举措。

反渗透海水淡化法作为海水淡化的主要方法之一，是目前最具经济价值和社会效益的淡水制备方法。其利用选择透过性膜两侧水体的渗透压差，将水分子与盐分以及其他杂质进行分离，从而得到淡水，达到海水淡化的目的。传统的反渗透海水淡化装置需依靠电力驱动高压泵工作，其运行成本较高，尤其是在离岸海岛，代价更大。若能采取一定措施降低反渗透海水淡化对电能的依赖，即可有效降低海水淡化的成本，提升反渗透海水淡化方法的推广性，增强海水淡化的经济和社会价值。

南海是新生代热带海洋，是中国三大边缘海之一。其特殊的地理位置及丰富的油气矿产资源，使得南海的发展对我国政治、经济社会的发展具有重要的战略意义。南海分布有众多海岛及岛礁，尽管海岛降雨量较多，但都没有溪流。虽然少部分灰沙岛能形成淡水透镜体在地下储存淡水，但其受季节影响较大，供水稳定性差。同时，南海距离陆地较远，人工输运淡水困难。因此，在南海应用海水淡化技术，为其提供充足的淡水资源，对南海岛礁工程的建设以及岛上居民生活具有重要意义。

海水养殖是沿海及海岛城市的一项重要产业，是沿海及海岛居民重要的收入来源。而大规模海水养殖对水质及水中含氧量要求较高，需要一个清洁、干净的水循环系统。而目前人工养殖一般通过机械增氧来提高水体含氧量，一方面造成养殖成活率低，另一方面其养殖成本也较高。

南海台风多发，可利用波能资源丰富。南海大范围的岛礁群海域内，波浪与岛礁产生强烈的相互作用，将会发生反射、折射、绕射等现象，波浪非线性明显增强，其海域内的波况极其复杂。此时，强非线性的波浪在与建筑物作用时将极易产生爬高以及越浪现象。波浪沿建筑物表面爬高过程实质是将波浪的动能转化为势能。波浪在斜坡上爬过程中，由于浅水变形效应的存在将导致其发生破碎，破碎带内的波浪将挟带大量气体在强湍流混合过程作用下发生变形、分裂形成气泡云，气泡云中的较大尺寸气泡在湍流剪切应力的作用下容易克服其表面张力进一步发生变形，分裂成若干较小尺寸的气泡，由于气泡中挟带大量氧气，故可利用波浪破碎产生的气泡代替机械为养殖水体供氧，从而降低海水养殖成本。

针对以上问题，利用南海海域特有的波浪条件，本实用新型提出了一种适用于南海的兼具养殖和海水淡化功能的装置。该装置在迎浪面设有一个聚波斜坡，波浪沿斜坡上爬过程中，波浪发生破碎并产生大量气泡，并进一步在斜坡顶端产生越浪，使得波浪水体进入集水池从而被收集利用。本装置利用越浪收集到的波浪能代替电能驱动海水淡化装置，利用波浪破碎产生的大量气泡为养殖供氧，不仅可解决南海淡水紧缺的问题，同时增加养殖收入，达到节能增收的目的。

发明内容

本实用新型提出了一种适用于南海的兼具养殖和海水淡化功能的装置，该装置由聚波斜坡、养殖室、集水池、水轮机、过滤管、淡水收集室以及真空泵组成。其特征在于，聚波斜坡下方由控制弹簧支撑，其坡度可随波浪荷载的大小而发生变化；在集水池入口处设有拦污斗，拦污斗由网围成，可自由拆卸，用于拦截波浪挟带的海洋垃圾；由反渗透海水淡化膜制成的过滤管的入口与落水管道出口连接，过滤管中间段在淡水收集室内呈螺旋分布；聚波斜坡与集水池、落水管道、淡水收集室围成的空间体为养殖室，养殖室侧壁开有若干排水孔。

聚波斜坡顶端设置滑槽与活动板铰接，底端与装置底板铰接；活动板与集水池底板铰接，并在连接处设一结构弹簧，使活动板在波浪爬坡前可保持稳定状态，波浪回落后恢复初始状态；当波浪在聚波斜坡表面上爬时，波浪水体将给聚波斜坡施加较大荷载，进而压缩控制弹簧，聚波斜坡下倾，坡度变缓。聚波斜坡上侧靠顶端处开缝，在波浪越浪及撞击缝隙的过程中，波浪破碎卷气并产生大量气泡，随后落入养殖室，为养殖室供水供氧。

聚波斜坡与活动板下夹角大于90度，并在滑槽端口设置活动封盖，以防止活动板上滑导致聚波斜坡坡度过高，不利于波浪爬坡。

在养殖室内控制弹簧上，沿垂直方向装有若干矩形多孔产卵板，所述多孔产卵板上孔洞可供鱼类产卵孵化。

落水管道进口处由阀门一分为二，该阀门可左右移动，受压力传感器控制，水轮机则置于落水管道右侧1/2位置。

过滤管的进口与落水管道底端无缝连接，末端与料水出口相接，所得淡水从淡水出口排出。

本实用新型的有益效果为：(1)本实用新型所采用的适用于南海的兼具养殖和海水淡化的装置，在缓解南海淡水资源紧缺问题的同时兼顾渔业的发展，对南海基础建设及经济建设均可起到促进作用；(2)聚波斜坡与装置底板铰接，当波浪上坡时，在波浪荷载的作用下聚波斜坡可向下转动，坡比减小，从而越浪量增加，使波浪水体的收集效率增加；(3)在水轮机上方设置阀门，其开闭受淡水收集室内压力传感器控制，可有效避免淡水收集室内负压过大，破坏装置结构，保证装置工作的稳定性；(4)过滤管在淡水收集内呈螺旋状布置，增加了过滤管的有效过滤面积，提高了海水淡化效率；(5)波浪爬高过程中浅水变形效应所带来的波浪破碎以及波浪撞击缝隙的过程中破碎卷气将产生大量气泡，含有大量气泡的波浪落入养殖室后可代替机械为养殖室供水供氧，可降低养殖成本。

附图说明

图1为装置内部结构示意图。

图2为装置外部结构示意图。

图3为水轮机传动结构示意图。

图4为聚波斜坡与活动板结构示意图。

图5为过滤管布置图。

图6为图1中A结构放大图。

图中，本实用新型的各组成部分为：1、拦污斗；2、活动板；3、多孔产卵板；4、淡水收集室；5、淡水出口：6、真空泵；7、阀门；8、曲柄连杆；9、料水出口；10、过滤管接口；11、排气孔；12、斜坡缝隙；13、滑槽；14、集水池；15、聚波斜坡；16、排水孔；17、传动轴；18、转轴；19、进气口；20、叶片；21、落水管道；22、活塞；23、水轮机；24、控制弹簧；25、轴轮；26、集水池底板；27、结构弹簧；28、养殖室；29、直立桩；30、活动封盖。

具体实施方式

如图1所示，聚波斜坡15下端与装置底板铰接，顶端设置滑槽13与活动板2铰接，为防止爬坡阶段活动板上滑，聚波斜坡与活动板下夹角应大于90度，聚波斜坡下方则通过控制弹簧24支撑。波浪上爬时，在波浪荷载的作用下，聚波斜坡坡度下降，使越浪量增加；波浪下退时，聚波斜坡恢复设计坡度。在集水池进口处设置拦污斗1，以拦截海洋垃圾，防止垃圾进入装置内部，造成管道堵塞和损坏，当拦污斗内垃圾过多时，可将其直接取出，便于清理。

落水管道21与集水池14接口设置阀门7，将接口一分为二，阀门可左右移动，阀门移动受淡水收集室4内压力传感器控制，以防止淡水储存箱内压力过低造成箱体破坏；过滤管在淡水储存箱内呈螺旋状布置，以增大其与淡水储存箱内低压空气的接触面积，提高海水淡化效率；控制弹簧上沿长度方向布置若干块多孔产卵板3，供养殖的鱼类等产卵、孵化，在养殖室28两侧壁面开有若干排水孔16，以实现养殖室内外水体循环。

第一步，当波浪于聚波斜坡上爬时，一方面，由于波浪沿斜坡爬高过程中，波浪荷载的作用使得聚波斜坡坡度下降。此外，波浪爬高所带来的波浪增水效应将进一步增加波浪荷载强度。另一方面，波浪沿斜坡爬高过程中，波浪的浅水变形效应以及及波浪撞击斜坡缝隙均将导致波浪破碎，进而卷气并产生大量气泡，在斜坡上形成波浪破碎带。破碎带内的部分含气泡的波浪水体通过斜坡缝隙进入养殖室，另一部分则继续上爬进入集水池。

第二步，聚集在集水池内的水体在装置内形成水柱，从而在过滤管内产生高压。同时，集水池内的水体通过落水管道下泄，带动水轮机23转动，再通过曲柄连杆8的机械传动，驱动真空泵6工作，真空泵将淡水收集室内4空气抽出，使淡水收集室处于真空状态。从而形成过滤管管内高压，管外低压的状态，实现海水淡化。

第三步，过滤后的过滤管内料水通过料水出口9排出，当淡水收集室内淡水储存到一定量时，可通过淡水出口5进行收集利用。

当淡水储存室内压强超过阙值时，传感器控制阀门右移至水轮机上方，使水流从落水管道下泄时不经过水轮机，真空泵停止工作，直至淡水收集室内压强增大至阙值，阀门重新回到左侧，真空泵恢复正常工作。

整个装置通过设置于两端的直立桩进行横向固定，在浮力作用下整个装置将沿直立桩纵向上下浮动，以适应不同的潮位，从而使集水池内积水相对海平面始终保持一定的势能，以保证水轮机、真空泵正常运转，装置稳定运行。

Claims (3)

1.一种适用于南海的兼具养殖和海水淡化功能的装置，由聚波斜坡、养殖室、集水池、水轮机、过滤管、淡水收集室以及真空泵组成；其中，集水池置于水轮机正上方，内置拦污斗；过滤管的入口与落水管道出口相接；养殖室位于聚波斜坡下方，其侧壁开有若干排水孔。

2.如权利要求1所述一种适用于南海的兼具养殖和海水淡化功能的装置，其聚波斜坡底端与底板铰接，顶端与活动板通过滑槽活动连接，下方则通过控制弹簧支撑；聚波斜坡上侧靠顶端处开有缝隙，可为养殖室供水供氧；在养殖室内的控制弹簧上，沿垂直方向设置若干多孔产卵板。

3.如权利要求1所述一种适用于南海的兼具养殖和海水淡化功能的装置，其水轮机置于落水管道右侧1/2位置，落水管道与集水池接口左侧装有一阀门，大小为接口的一半，可左右移动，其移动位移受压力传感器控制。