CN209397034U - 一种波浪能蓄能辅助海水淡化系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种波浪能蓄能辅助海水淡化系统，包括：波浪能转化储能装置、动能输送装置、海水淡化与能量回收装置、原水池、过滤反应装置、产水池；波浪能转化储能装置包括：浮摆、柱塞泵A、浮球、柱塞泵B、储能器、控制阀；动能输送装置包括：压力表、液压马达、电动机、高压泵；海水淡化与能量回收装置包括：第一膜组、第二膜组、第一透平式一体机、第二透平式一体机；在本系统中，波浪能浮摆装置和波浪能浮球装置分别输出两路高压海水汇入储能器中，储能器中高压海水带动液压马达进行旋转，通过可再生波浪能作为辅助动力源输入与双膜组和双透平式一体机的联合使用，有效地降低了海水淡化的能耗和成本。

Description

一种波浪能蓄能辅助海水淡化系统

技术领域

本实用新型涉及反渗透海水淡化技术领域，具体涉及一种波浪能蓄能辅助海水淡化系统。

背景技术

反渗透海水淡化，即反渗透膜法，是目前海水淡化膜法的主流技术之一，反渗透膜法具有投资低、能耗低等优点，但海水预处理要求高，反渗透膜法是未来海水淡化发展方向之一。反渗透膜组件是反渗透海水淡化系统中重要的组成部分，经预处理系统处理后的海水经高压泵流经高脱盐率卷式膜组件，通过控制调压阀增加压力，使海水中的部分纯水透过膜组件进入多孔收集管，经由软管流出设备，而盐分则被阻挡在膜表面随大部分海水排出设备，滤后水经过后处理得到所需的淡水。反渗透海水淡化技术发展的一个重要问题是如何降低能耗和成本，为实现这一目的，通常采用的方法是能量回收技术，即将反渗透膜排出的浓水余压重新再利用。此外，将再生能源如风能应用到海水淡化系统中也是近些年海水淡化技术提出的新方法。据统计，海洋储藏了丰富的可再生能源，据测算，中国海洋蕴含的波浪能为7.7GW。将再生能源如波浪能应用到海水淡化系统中也是近些年海水淡化技术提出的新方法。

申请号为CN201410249653.3的专利申请中提出了一种风力、水力互补海水淡化装置，这种装置采集太阳能电磁发电通过逆变控制器到蓄电池，蓄电池通过逆变控制器供总控制电力。利用太阳能转化为电能，再转化为所需要的其他能量，能量利用率不高。此外，文献“梁辉.漂浮摆式波浪能发电装置的水动力性能研究[D].浙江大学,2017.”也公开了将漂浮摆式波浪能转化为电能的装置。

申请号为CN201620725189.5的专利申请中公开了一种利用波浪能的新型海水淡化系统，尽管该装置的波浪能采集装置将波浪能转化为机械能，驱动液压泵泵取海水，但是没有考虑到波浪能的波动性和不稳定性的特点，对于储能很不利。

申请号为CN201220630034.5的专利申请中提出了一种浮体式波浪能海水淡化装置，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。该系统采用液压油作为能量储存介质，因此需要额外的液压油系统，增大了装置的体积。

综上，将可再生能源用于海水淡化过程中去是未来海水淡化和再利用技术的发展方向，而波浪能作为沿海地区最普遍的能源之一，将其充分利用是可生能源利用的重要研究方向，尽管当前的公知常识和现有技术都对波浪能海水淡化有所介绍，首先对于波浪能的波动性和稳定性的储能方式采用的介质通常为液压油，额外的液压油系统势必造成装置的体积增大，此外，现有检索技术都主要是对波浪能的转化方式和利用做了介绍，而对与海水淡化装置及其系统的整体连接没有做详细介绍。因此，波浪能存在间歇性、不稳定性及不可控等不良影响特性，如何更好地加以辅助利用是当前再生绿色能源海水淡化工程亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型旨在提供一种波浪能蓄能辅助海水淡化系统，以解决上述存在的技术问题。

本实用新型的波浪能蓄能辅助海水淡化系统，包括：波浪能转化储能装置、动能输送装置、海水淡化与能量回收装置、原水池、过滤反应装置、产水池；

所述波浪能转化储能装置包括：浮摆、柱塞泵A、浮球、柱塞泵B、储能器、控制阀；

所述动能输送装置包括：压力表、液压马达、电动机、高压泵；

所述海水淡化与能量回收装置包括：第一膜组、第二膜组、第一透平式一体机、第二透平式一体机；

所述浮摆的底端铰接连接固定，浮摆的另一端与柱塞泵A的连杆的一端铰接连接，柱塞泵A的连杆的另一端与柱塞泵A的柱塞固定连接，柱塞泵A的柱塞将柱塞泵A的柱塞筒分为上腔和下腔，上腔和下腔分别通过安装有单向阀的液压管路R与海水相连通，海水能够通过液压管路进入柱塞泵A柱塞筒的上腔和下腔，柱塞泵A柱塞筒的上腔和下腔分别通过安装有单向阀的液压管路N与多组的储能器相连接；

所述浮球为能够悬浮于海面上的轻质球体，浮球固定连接在柱塞泵B的连杆的一端，柱塞泵B的连杆的另一端与柱塞泵B的柱塞固定连接，柱塞泵B的柱塞将柱塞泵B的柱塞筒分为上腔和下腔，上腔和下腔分别通过安装有单向阀的液压管路Q与海水相连通，海水能够通过液压管路进入柱塞泵B柱塞筒的上腔和下腔，柱塞泵B柱塞筒的上腔和下腔分别通过安装有单向阀的液压管路S与多组的储能器相连接；

所述控制阀设置在储能器端口处液压管路上，所述控制阀为液压元件通用部件，所述储能器通过液压管路与液压马达相连接，储能器和液压马达连接的液压管路上设置有压力表，液压马达通过传动部件与高压泵相连接；

所述外接交流电的电动机通过传动部件与高压泵相连接；

所述原水池通过液压管路与过滤反应装置相连接，原水池的原水是引进的海水；

所述过滤反应装置的出口设置有两个端口，所述过滤反应装置的一个端口通过液压管路与高压泵的入水端相连接，所述过滤反应装置的另一个端口通过液压管路与排放水渠相连接，过滤反应装置的作用是原水进行预处理，包括：混凝、沉淀、过滤、气浮、超/微滤等，与高压泵相连接的液压管路里流经的是经过预处理的原水，与排放水渠相连接的液压管路里流经的是原水经过预处理后的排污水；

所述高压泵的出水端通过液压管路与第一透平式一体机的泵体入口端相连接，所述第一透平式一体机的泵体出口端通过液压管路与第一膜组的入口端相连接，所述第一膜组的出口端通过液压管路与第二透平式一体机的泵体入口端相连接，所述第二透平式一体机的泵体出口端通过液压管路与第二膜组的入口端相连接，所述第二膜组的出口端通过液压管路分别与第一透平式一体机的透平体入口端、第二透平式一体机的透平体入口端相连接，所述第一透平式一体机的透平体出口端、第二透平式一体机的透平体出口端通过液压管路与排放水渠相连接；

所述第一膜组的产水端、第二膜组的产水端分别通过液压管路与产水池相连接；

作为优选地，多组的储能器采用多级并联的形式。

进入高压泵入水端的是经过预处理的低压原水，高压泵对预处理的低压原水进行施压，将低压原水变为高压原水，经第一透平式一体机的透平体出口端、第二透平式一体机的透平体出口端排出的是低压浓海水，第一膜组的产水端、第二膜组的产水端排出的是经过淡化处理的淡水。

储能器是液压气动系统中的一种常见的能量储蓄装置，它在适当的时机将系统中的能量转变为压缩能或位能储存起来，当系统需要时，又将压缩能或位能转变为液压或气压等能而释放出来，重新补供给系统。当系统瞬间压力增大时，它可以吸收这部分的能量，以保证整个系统压力正常。储能器可以存储能量、吸收液压冲击、消除脉动和回收能量。储能器可以通过多组并联或串联等形式进行存储能量。

透平式一体机，即液力透平增压泵，分为泵体和透平体，泵体设置有出口端和出口端，透平体设置有出口端和出口端，透平体的叶轮与泵体的叶轮共用一根轴，实现了液力透平与泵转子间的完美耦合，这样就可以将透平体的高压液体的能量直接转化成泵体低压液体的能量，具有明显的结构优势。

液压马达是液压系统的一种执行元件，它将液压泵提供的液体压力能转变为其输出轴的机械能。液体是传递力和运动的介质。

浮摆吸收波浪能带动柱塞泵A里的柱塞进行往复运动，活塞向下运动时，压缩柱塞泵A下腔里的海水，相反，当柱塞泵A向上运动时，压缩柱塞泵A上腔里的海水，往复的压缩海水，将高压海水源源不断的输送到储能器中。

浮球捕获波浪能带柱塞泵B中柱塞运动，柱塞泵B的上腔和下腔的入口通过单向阀与海水相通，柱塞泵B的上腔和下腔的出口通过单向阀与储能器相连，浮球的上下浮动带动柱塞泵B的上腔和下腔的海水，往复的压缩海水，将高压海水源源不断的输送到储能器中。

本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：本实用新型提出的波浪能蓄能辅助海水淡化系统，通过波浪能推动浮摆的摆动和浮球的上下浮动，然后再转化为柱塞泵A和何柱塞泵B的压缩液压能，将波浪能首先转化为机械能再转化为液压能，液压能通过储能器进行储存，储能器通过控制阀和压力表等稳定地将液压能传送给液压马达，液压马达作为辅助动力源带动高压泵运转。此外，与高压泵相连接的电动机作为主要动力源也带动高压泵运转，通过上述的能量传递和转化，有效地利用了波浪能，可以降低淡化装置的能耗，降低成本。与传动风电先传化为电能，再将电能用于海水淡化的技术相比，本技术方案减少了能量转化过程中的消耗，在能量储存过程中，采用了现有装置储能器，储能器不仅可以储存能量，还能消除不稳定波浪能的波动和冲击。此外，将第一膜组、第二膜组、第一透平式一体机、第二透平式一体机进行联合连接，相比较传统的单膜组和单透平式一体机的使用方式，双膜组和双透平式一体机更能充分发挥透平式一体机和膜组的功效，使得产生零排放的环保节能效益。

本实用新型提出的波浪能蓄能辅助海水淡化系统中，波浪能浮摆装置和波浪能浮球装置分别输出两路高压海水汇入储能器中，储能器中高压海水带动液压马达进行旋转，通过可再生波浪能作为辅助动力源输入与双膜组和双透平式一体机的联合使用，有效地降低了海水淡化的能耗和成本。

附图说明

附图作为本实用新型的一部分，用来提供对本实用新型的进一步的理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，但不构成对本实用新型的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1是本实用新型的结构原理示意图；

图中：1、浮摆；2、柱塞泵A；3、浮球；4、柱塞泵B；5、储能器；6、控制阀；7、压力表；8、原水池；9、过滤反应装置；10、液压马达；11、电动机；12、高压泵；13、第一膜组；14、第二膜组；15、第一透平式一体机；16、第二透平式一体机；17、产水池。

需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本实用新型的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本实用新型的概念。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例：如图1所示，波浪能蓄能辅助海水淡化系统，包括：波浪能转化储能装置、动能输送装置、海水淡化与能量回收装置、原水池8、过滤反应装置9、产水池17；

波浪能转化储能装置包括：浮摆1、柱塞泵A2、浮球3、柱塞泵B4、储能器5、控制阀6；

动能输送装置包括：压力表7、液压马达10、电动机11、高压泵12；

海水淡化与能量回收装置包括：第一膜组13、第二膜组14、第一透平式一体机15、第二透平式一体机16；

浮摆1的底端铰接连接固定，浮摆1的另一端与柱塞泵A2的连杆的一端铰接连接，柱塞泵A2的连杆的另一端与柱塞泵A2的柱塞固定连接，柱塞泵A2的柱塞将柱塞泵A2的柱塞筒分为上腔和下腔，上腔和下腔分别通过安装有单向阀的液压管路R与海水相连通，海水能够通过液压管路进入柱塞泵A2柱塞筒的上腔和下腔，柱塞泵A2柱塞筒的上腔和下腔分别通过安装有单向阀的液压管路N与多组的储能器5相连接；

浮球3为能够悬浮于海面上的轻质球体，浮球3固定连接在柱塞泵B4的连杆的一端，柱塞泵B4的连杆的另一端与柱塞泵B4的柱塞固定连接，柱塞泵B4的柱塞将柱塞泵B4的柱塞筒分为上腔和下腔，上腔和下腔分别通过安装有单向阀的液压管路Q与海水相连通，海水能够通过液压管路进入柱塞泵B4柱塞筒的上腔和下腔，柱塞泵B4柱塞筒的上腔和下腔分别通过安装有单向阀的液压管路S与多组的储能器5相连接；

控制阀6设置在储能器5端口处液压管路上，控制阀6为液压元件通用部件，储能器5通过液压管路与液压马达10相连接，储能器5和液压马达10连接的液压管路上设置有压力表7，液压马达10通过传动部件与高压泵12相连接；

外接交流电的电动机11通过传动部件与高压泵12相连接；

原水池8通过液压管路与过滤反应装置9相连接，原水池8的原水是引进的海水；

过滤反应装置9的出口设置有两个端口，过滤反应装置9的一个端口通过液压管路与高压泵12的入水端相连接，过滤反应装置9的另一个端口通过液压管路与排放水渠相连接，过滤反应装置9的作用是原水进行预处理，包括：混凝、沉淀、过滤、气浮、超/微滤等，与高压泵12相连接的液压管路里流经的是经过预处理的原水，与排放水渠相连接的液压管路里流经的是原水经过预处理后的排污水；

高压泵12的出水端通过液压管路与第一透平式一体机15的泵体入口端相连接，第一透平式一体机15的泵体出口端通过液压管路与第一膜组13的入口端相连接，第一膜组13的出口端通过液压管路与第二透平式一体机16的泵体入口端相连接，第二透平式一体机16的泵体出口端通过液压管路与第二膜组14的入口端相连接，第二膜组14的出口端通过液压管路分别与第一透平式一体机15的透平体入口端、第二透平式一体机16的透平体入口端相连接，第一透平式一体机15的透平体出口端、第二透平式一体机16的透平体出口端通过液压管路与排放水渠相连接；

第一膜组13的产水端、第二膜组14的产水端分别通过液压管路与产水池17相连接；

多组的储能器5采用多级并联的形式。

进入高压泵12入水端的是经过预处理的低压原水，高压泵12对预处理的低压原水进行施压，将低压原水变为高压原水，经第一透平式一体机15的透平体出口端、第二透平式一体机16的透平体出口端排出的是低压浓海水，第一膜组13的产水端、第二膜组14的产水端排出的是经过淡化处理的淡水。

储能器5是液压气动系统中的一种常见的能量储蓄装置，它在适当的时机将系统中的能量转变为压缩能或位能储存起来，当系统需要时，又将压缩能或位能转变为液压或气压等能而释放出来，重新补供给系统。当系统瞬间压力增大时，它可以吸收这部分的能量，以保证整个系统压力正常。储能器5可以存储能量、吸收液压冲击、消除脉动和回收能量。

浮摆1吸收波浪能带动柱塞泵A2里的柱塞进行往复运动，活塞向下运动时，压缩柱塞泵A2下腔里的海水，相反，当柱塞泵A2向上运动时，压缩柱塞泵A2上腔里的海水，往复的压缩海水，将高压海水源源不断的输送到储能器5中。

浮球3捕获波浪能带柱塞泵B4中柱塞运动，柱塞泵B4的上腔和下腔的入口通过单向阀与海水相通，柱塞泵B4的上腔和下腔的出口通过单向阀与储能器5相连，浮球3的上下浮动带动柱塞泵B4的上腔和下腔的海水，往复的压缩海水，将高压海水源源不断的输送到储能器5中。

本实施例提出的波浪能蓄能辅助海水淡化系统，通过波浪能推动浮摆1的摆动和浮球3的上下浮动，然后再转化为柱塞泵A2和何柱塞泵B4的压缩液压能，将波浪能首先转化为机械能再转化为液压能，液压能通过储能器5进行储存，储能器5通过控制阀6和压力表7等稳定地将液压能传送给液压马达10，液压马达10作为辅助动力源带动高压泵12运转。此外，与高压泵12相连接的电动机11作为主要动力源也带动高压泵12运转，通过上述的能量传递和转化，有效地利用了波浪能，可以降低淡化装置的能耗，降低成本。与传动风电先传化为电能，再将电能用于海水淡化的技术相比，本技术方案减少了能量转化过程中的消耗，在能量储存过程中，采用了现有装置储能器5，储能器5不仅可以储存能量，还能消除不稳定波浪能的波动和冲击。此外，将第一膜组13、第二膜组14、第一透平式一体机15、第二透平式一体机16进行联合连接，相比较传统的单膜组和单透平式一体机的使用方式，双膜组和双透平式一体机可以充分发挥透平式一体机和膜组的功效，使得产生零排放的环保节能效益。

本实施例提出的波浪能蓄能辅助海水淡化系统中，波浪能浮摆装置和波浪能浮球装置分别输出两路高压海水汇入储能器5中，储能器5中高压海水带动液压马达10进行旋转，通过可再生波浪能作为辅助动力源输入与双膜组和双透平式一体机的联合使用，有效地降低了海水淡化的能耗和成本。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本实用新型的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

以上所述仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型方案的范围内。

Claims (7)

1.一种波浪能蓄能辅助海水淡化系统，包括：波浪能转化储能装置、动能输送装置、海水淡化与能量回收装置、原水池(8)、过滤反应装置(9)、产水池(17)，所述原水池(8)通过液压管路与过滤反应装置(9)相连接，所述波浪能转化储能装置与动能输送装置相连接，所述动能输送装置与海水淡化与能量回收装置相连接，所述海水淡化与能量回收装置通过液压管路与产水池(17)相连接，其特征在于，所述海水淡化与能量回收装置包括：第一膜组(13)、第二膜组(14)、第一透平式一体机(15)、第二透平式一体机(16)；

所述第一透平式一体机(15)的泵体出口端通过液压管路与第一膜组(13)的入口端相连接，所述第一膜组(13)的出口端通过液压管路与第二透平式一体机(16)的泵体入口端相连接，所述第二透平式一体机(16)的泵体出口端通过液压管路与第二膜组(14)的入口端相连接，所述第二膜组(14)的出口端通过液压管路分别与第一透平式一体机(15)的透平体入口端、第二透平式一体机(16)的透平体入口端相连接，所述第一透平式一体机(15)的透平体出口端、第二透平式一体机(16)的透平体出口端通过液压管路与排放水渠相连接。

2.根据权利要求1所述的波浪能蓄能辅助海水淡化系统，其特征在于，所述波浪能转化储能装置包括：浮摆(1)、柱塞泵A(2)、浮球(3)、柱塞泵B(4)、储能器(5)、控制阀(6)；

所述浮摆(1)的底端铰接连接固定，所述浮摆(1)的另一端与柱塞泵A(2)的连杆的一端铰接连接，所述柱塞泵A(2)的连杆的另一端与柱塞泵A(2)的柱塞固定连接，所述柱塞泵A(2)的柱塞将柱塞泵A(2)的柱塞筒分为上腔和下腔，上腔和下腔分别通过安装有单向阀的液压管路R与海水相连通，所述柱塞泵A(2)柱塞筒的上腔和下腔分别通过安装有单向阀的液压管路N与多组的储能器(5)相连接；

所述浮球(3)为能够悬浮于海面上的轻质球体，所述浮球(3)固定连接在柱塞泵B(4)的连杆的一端，所述柱塞泵B(4)的连杆的另一端与柱塞泵B(4)的柱塞固定连接，所述柱塞泵B(4)的柱塞将柱塞泵B(4)的柱塞筒分为上腔和下腔，上腔和下腔分别通过安装有单向阀的液压管路Q与海水相连通，所述柱塞泵B(4)柱塞筒的上腔和下腔分别通过安装有单向阀的液压管路S与多组的储能器(5)相连接，控制阀(6)设置在储能器(5)端口处液压管路上。

3.根据权利要求2所述的波浪能蓄能辅助海水淡化系统，其特征在于，所述动能输送装置包括：压力表(7)、液压马达(10)、电动机(11)、高压泵(12)；

所述储能器(5)通过液压管路与液压马达(10)相连接，所述储能器(5)和液压马达(10)连接的液压管路上设置有压力表(7)，所述液压马达(10)通过传动部件与高压泵(12)相连接；

外接交流电的所述电动机(11)通过传动部件与高压泵(12)相连接。

4.根据权利要求3所述的波浪能蓄能辅助海水淡化系统，其特征在于，所述过滤反应装置(9)的出口设置有两个端口，所述过滤反应装置(9)的一个端口通过液压管路与高压泵(12)的入水端相连接，所述过滤反应装置(9)的另一个端口通过液压管路与排放水渠相连接。

5.根据权利要求4所述的波浪能蓄能辅助海水淡化系统，其特征在于，所述高压泵(12)的出水端通过液压管路与第一透平式一体机(15)的泵体入口端相连接。

6.根据权利要求5所述的波浪能蓄能辅助海水淡化系统，其特征在于，所述第一膜组(13)的产水端、第二膜组(14)的产水端分别通过液压管路与产水池(17)相连接。

7.根据权利要求1～6任一项所述的波浪能蓄能辅助海水淡化系统，其特征在于，多组储能器(5)采用多级并联的形式。