CN212387761U - 利用海水温差能和波浪能的海水淡化系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种利用海水温差能和波浪能的海水淡化系统，包括波浪能获取单元、波浪能传递单元、海水蒸发单元、淡水冷凝单元；波浪能获取单元将波浪能转化为机械能输出给波浪能传递单元，波浪能传递单元将输入的机械能输出给海水蒸发单元和所述淡水冷凝单元；海水蒸发单元将输入的机械能用于驱动温海水吸水泵和温海水排泵，温海水吸水泵将温海水抽吸到闪蒸器内蒸发为水蒸汽后通过管道输出给淡水冷凝单元，温海水排水泵将闪蒸器内未蒸发的温海水排出；淡水冷凝单元将来自闪蒸器输入的水蒸汽进行冷凝成为淡水后输送到淡水箱。本实用新型整体具有能量利用率高，能量输送稳定，淡水制取效率高，节约环保的优点。

Description

利用海水温差能和波浪能的海水淡化系统

技术领域

本实用新型涉及海水淡化，尤其是涉及利用海水温差能和波浪能的海水淡化系统。

背景技术

近年来，为了节约不可再生能源，提高海水淡化效率，利用新能源例如潮汐能、波浪能、温差能的海水淡化技术开始受到重视。

作为通过波浪能驱动的海水淡化方法，中国专利文献公告号：CN105753083A公开了一种波浪能海水淡化装置，该装置的波浪能捕获是通过固定在防波堤上的连接支撑块、固定在连接支撑块上的发电机、发电机伸出部连接的螺旋片以及形成于连接支撑块内表面与防波堤外表面之间的水流通道来完成；海水蒸发是由放置于地面上的蒸发箱、固定在蒸发箱底板上的加热板和固定在加热板顶面的隔热板、以及连接发电机的连接线来实现；淡水冷却采用储水箱下部的冷凝箱、固定在冷凝箱上的U形盘管和储水箱上部的进水管来进行。上述技术方案存在的不足是：1、当前一个波浪与后一个波浪之间的间隔时间较大时，将导致发电装置产生供电间隙，影响后续用电装置的工作，且会导致元器件寿命降低；2、将波浪能先转化为电能，再利用电能加热海水的做法增加了能量转换环节，难免造成更多的能量损耗；3、没有在利用海水潮汐能基础的同时利用海水温差能。

发明内容

本实用新型目的在于提供一种利用海水温差能和波浪能的海水淡化系统。

为实现上述目的，本实用新型采取下述技术方案：

本实用新型所述利用海水温差能和波浪能的海水淡化系统，包括波浪能获取单元、波浪能传递单元、海水蒸发单元、淡水冷凝单元；所述波浪能获取单元将波浪能转化为机械能输出给所述波浪能传递单元，波浪能传递单元将输入的所述机械能输出给所述海水蒸发单元和所述淡水冷凝单元；海水蒸发单元将输入的机械能用于驱动温海水吸水泵和温海水排泵，所述温海水吸水泵将温海水抽吸到闪蒸器内蒸发为水蒸汽后通过管道输出给淡水冷凝单元，所述温海水排水泵将所述闪蒸器内未蒸发的温海水排出；淡水冷凝单元将来自闪蒸器输入的水蒸汽进行冷凝成为淡水后输送到淡水箱。

所述波浪能获取单元包括设置在空气压缩室内的压力弹簧和活塞，以及正向单向阀、反向单向阀、正向空气透平、反向空气透平；所述空气压缩室为下开口结构，所述的下开口用于接纳海水涌入；所述活塞滑动设置在空气压缩室内，所述压力弹簧设置在空气压缩室顶壁和活塞上表面之间；空气压缩室顶壁开设有正向通气孔和反向通气孔，所述正向通气孔通过管道依次连通所述正向单向阀和正向空气透平；所述反向通气孔通过管道依次连通所述反向单向阀和反向空气透平。

所述波浪能传递单元包括双轴反向输入动力转向器、变速箱、皮带动力输送系统；所述双轴反向输入动力转向器由动力输入轴和动力输出轴组成，所述动力输入轴和动力输出轴通过伞齿轮副传动连接，动力输入轴通过第一齿轮副与正向空气透平动力轴传动连接，并通过第二齿轮副与反向空气透平动力轴传动连接；所述动力输出轴通过所述变速箱与所述皮带动力输送系统传动连接；皮带动力输送系统由第一皮带传动副、第二皮带传动副、第三皮带传动副、第四皮带传动副、第五皮带传动副组成。

所述海水蒸发单元包括闪蒸器、温度计、温海水排水泵、温海水吸水泵、海水过滤器、蒸汽管道；所述温度计安装于闪蒸器内部，接触其内部的蒸发介质；所述温海水排水泵进水口、温海水吸水泵出水口分别通过管道接通所述闪蒸器；所述海水过滤器安装于温海水吸水泵进水口管道上；所述蒸汽管道用于闪蒸器与冷凝室之间的连通；温海水排水泵动力轴通过所述第一皮带传动副与变速箱动力输出轴传动连接，温海水吸水泵动力轴通过第二皮带传动副与温海水排水泵动力轴传动连接。

所述淡水冷凝单元包括设置有冷凝夹层的所述冷凝室、设置在冷凝室内的气液分离板和冷凝盘管、冷海水排水泵、冷海水吸水泵、真空泵、淡水箱；所述冷凝夹层包裹在冷凝室外表面；所述冷海水排水泵出水口、冷海水吸水泵进水口分别通过管道与冷凝夹层连通；所述真空泵通过管道与冷凝室下部连通；所述淡水箱通过管道与冷凝室底部连通；冷海水排水泵动力轴通过所述第三皮带传动副与温海水吸水泵动力轴传动连接，冷海水吸水泵动力轴通过所述第四皮带传动副与冷海水排水泵动力轴传动连接，真空泵动力轴通过所述第五皮带传动副与冷海水吸水泵动力轴传动连接。

所述冷凝夹层通过隔板分为左、右两个独立冷凝夹层，左侧冷凝夹层下部连通冷海水排水泵进水口，右侧冷凝夹层下部连通冷海水吸水泵出水口，左侧冷凝夹层上部连通所述冷凝盘管出水口，右侧冷凝夹层上部连通冷凝盘管入水口；冷凝盘管固定保持于冷凝室内部，并穿插固定于所述气液分离板上；气液分离板为三层，皆固定保持于冷凝室内壁。

所述空气压缩室内腔为圆柱形，空气压缩室内壁上沿轴向设置有竖直凸楞，所述活塞圆周上开设有与所述凸楞滑动配合的竖直沟槽，空气压缩室的下开口边沿上设置有外扩的导流板。

所述变速箱为二级增速直齿轮组。

本实用新型通过波浪能获取单元利用波浪推动活塞1伸缩，推动空气介质带动空气透平4.1、4.2旋转，让空气透平4.1、4.2轮换获得持续不断动力；通过波浪能传递单元的皮带传动副将动力传递到海水蒸发单元和淡水冷凝单元的各个泵轴，从而启动后两者工作；通过海水蒸发单元将温海水转换为水蒸汽，水蒸汽通过管道流入淡水冷凝单元进行冷凝，得到淡水。本装置将波浪能以更高效的效率转换为机械能，并且减少甚至消除现有装置因前后波浪空隙而导致的、可能会影响后续工作装置使用的供能间隙。发明与工况适应的机械构件（比如双轴反向输入动力转向器7），设计合理的机械传动结构（比如二级变速箱8和皮带动力传输系统10），实现不经过电能转化而同样可以将能量传递于后续工作装置的效果，提高了能量的利用效率。优化设计冷凝室12，增加布置了左、右冷凝夹层13.1、13.2、汽液分离板14和冷凝盘管16，与现有装置比提高了淡水制取效率。合理利用了海水温差能和波浪能，用温海水促进蒸发，冷海水促进冷凝，更加经济节能。同时，本实用新型整体具有能量利用率高，能量输送稳定，淡水制取效率高，节约环保的优点。

附图说明

图1是本实用新型所述系统的结构示意图。

图2是本实用新型所述淡水冷凝单元的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，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实施例。

如图1-2所示，本实用新型所述利用海水温差能和波浪能的海水淡化系统，包括波浪能获取单元、波浪能传递单元、海水蒸发单元、淡水冷凝单元，各个单元按照工作顺序并以适应地形环境的方式采用管道互相连接。

波浪能获取单元，包括压力弹簧3、活塞1、空气压缩室2、正向单向阀5.1、反向单向阀5.2、正向空气截止阀6.1、反向空气截止阀6.2、正向空气透平4.1、反向空气透平4.2及管道构件。空气压缩室2以与地形相匹配的方式固定在海岸边上，其内壁为光滑空心圆柱形，将活塞1以可以滑动的方式加持，空气压缩室2下部开口及导流板2.2浸没在海水中，上部开有正向通气孔和反向通气孔，空气压缩室2整体以竖直方式布置。当海浪波动起伏时，活塞1跟随波浪以不会渗水漏气的结合方式沿空气压缩室2内壁上、下运动，达到波浪能转换为活塞1运动能量的效果。压力弹簧3位于空气压缩室2内部，上端保持固定于空气压缩室2顶壁，下端铰接于活塞1上表面中心，以竖直方式布置。活塞1下表面与海浪接触，以水平姿态并能在海浪拍打作用下在空气压缩室2内壁垂直滑动。当活塞3上、下运动时，压力弹簧3通过自身钢丝线圈距离的伸长和缩短改变自身长度，从而可以与活塞1相应动作，压力弹簧3被压缩便存储了弹性势能，在海浪退潮的间隙，压力弹簧3释放弹性势能，能够继续带动活塞1维持向下运动，经过压力弹簧材料形状参数的优化配置后，这种运动便可以持续到下次波浪来到之时，压力弹簧1便进行了又一次储能（压缩），这便实现了能量输出不间断的效果。压力弹簧3材料优选不锈钢，截面优选圆形。压力弹簧3与活塞1铰接方式以让活塞1在运动时不受压力弹簧3的影响为准。空气压缩室2顶壁上的正向通气孔通过管道依次连通正向空气截止阀6.1、正向单向阀5.1和正向空气透平4.1；反向通气孔通过管道依次连通正向空气截止阀6.2、反向单向阀5.2和反向空气透平4.2。在活塞1上、下运动时，空气介质受到压缩和吸引，经过正向单向阀5.1流出正向空气透平4.1或经过反向单向阀5.2流入反向空气透平4.2，空气流过空气透平4.1、4.2时便驱动空气透平4.1、4.2的动力轴转动，将波浪能转换为空气透平4.1、4.2的旋转动能。上述空气截止阀、单向阀和空气透平可通过管道连接布置于陆地和平台上，而不是必须布置在空气压缩室2上部。

活塞1圆周上开设有竖直沟槽，竖直沟槽贴合于空气压缩室2内壁的竖直凸楞2.1，这样可以使活塞1永远保持较高的水平状态，当活塞1直径较大、波浪较大时也不发生倾斜。

波浪能传递单元，包括双轴反向输入动力转向器7、二级变速箱8、皮带动力输送系统10；二级变速箱8由二级增速直齿轮组构成，作用是提高旋转速度。

双轴反向输入动力转向器7由动力输入轴7.1和动力输出轴7.2组成，动力输入轴7.1和动力输出轴7.2通过伞齿轮副7.3传动连接，动力输入轴7.1通过第一齿轮副7.4与正向空气透平4.1动力轴传动连接，并通过第二齿轮副7.5与反向空气透平4.2动力轴传动连接；动力输出轴7.2通过二级变速箱8与皮带动力输送系统10传动连接；皮带动力输送系统10由第一皮带传动副10.1、第二皮带传动副10.2、第三皮带传动副10.3、第四皮带传动副10.4、第五皮带传动副10.5组成。当空气透平4.1、4.2有气流流过发生转动时，旋转方向相反的动力轴皆能经过双轴反向输入动力转向器7、二级变速箱8、皮带动力输送系统10输入至后方的各个泵体，整套机构能量传动效率在80%-90%之间，而现有的经过电能转换的装置能量效率只有60%~70%。

海水蒸发单元，包括闪蒸器9、温度计15、温海水排水泵17、温海水吸水泵18、海水过滤器24、蒸汽管道11。温海水排水泵17动力轴通过第一皮带传动副10.1与变速箱8动力输出轴传动连接，温海水吸水泵18动力轴通过第二皮带传动副10.2与温海水排水泵17动力轴传动连接。

闪蒸器9安装在地面，优选安装在混凝土平台上，沸点随着压力的下降而降低，闪蒸的原理就是让高温流体经过减压后，使其沸点降低。高温液体进入闪蒸器9经过减压降低沸点，液体吸取自身能量后部分汽化，形成新的汽液平衡，实现流体在闪蒸器9内迅速闪蒸汽化，气液两相分离，并在闪蒸器9内建立起一定的动态压力平衡的效果，压降越低，蒸发效率提升越明显，一般情况下可以提升40%~60%。温海水排水泵17进水口、温海水吸水泵18出水口分别通过管道接通闪蒸器9，可将闪蒸器9内温海水排出和输入；温度计15安装于闪蒸器9内部，接触其内部的蒸发介质，当由于蒸发造成海水温度降低时，会影响蒸发效率，此时温度计9检测到温度后发出泵体工作的指令，让温海水排水泵17排出海水和温海水吸水泵18重新吸入温海水，尽可能保证蒸发介质的温度处于有利于蒸发的范围；海水过滤器24安装于温海水吸水泵18进水口的管道上，将海水中泥沙、胶体等不溶物过滤后再由泵体吸入；蒸汽管道11连接于闪蒸器9与冷凝室12之间，闪蒸器9内的水蒸气通过蒸汽管道11流入冷凝室12。

淡水冷凝单元，包括冷凝室12、冷凝夹层、汽液分离板14、冷凝盘管16、冷海水排水泵19、冷海水吸水泵20、真空泵21、淡水截止阀22、淡水箱23。冷海水排水泵19动力轴通过第三皮带传动副10.3与温海水吸水泵18动力轴传动连接，冷海水吸水泵20动力轴通过第四皮带传动副10.4与冷海水排水泵19动力轴传动连接，真空泵21动力轴通过第五皮带传动副10.5与冷海水吸水泵20动力轴传动连接。

冷凝室12通过蒸汽管道11连通闪蒸器9；冷凝夹层包裹在冷凝室12外表面，最大范围将冷凝室12与外界环境隔离开来，保证冷凝室内部低温；汽液分离板14、冷凝盘管16安装于冷凝室12内部，通过蒸汽管道11进入冷凝室12内的温水蒸气遇到汽液分离板14与冷凝盘管16会发生凝结，产生雾状小水滴，无数小水滴相互碰撞在汽液分离板14上，逐渐融合成体积较大的水滴。冷海水排水泵19、冷海水吸水泵20分别通过管道与冷凝夹层13下部连通，该两个泵体不断工作使冷海水在冷凝夹层内进行循环；真空泵21通过管道与冷凝室12下部连通，真空泵21工作时使得冷凝室12气压降低，而低压通过蒸汽管道11传递到闪蒸器9内，提高闪蒸器内蒸发介质的蒸发效率40%~60%；淡水截止阀22、淡水箱23通过管道与冷凝室12底部连通，在冷凝室12内凝结的水蒸汽留在底部，打开淡水截止阀22，淡水通过管道流入淡水箱23内储存。

如图2所示，冷凝室12外部包裹的冷凝夹层通过隔板12.1被分割为左、右两个互不连通的左侧冷凝夹层13.1和右侧冷凝夹层13.2，左侧冷凝夹层13.1下部连通冷海水排水泵19进水口，右侧冷凝夹层13.2下部连通冷海水吸水泵20出水口，左侧冷凝夹层13.1上部连通冷凝盘管16出水口，右侧冷凝夹层13.2上部连通冷凝盘管16入水口；这部分工作原理是冷海水吸水泵20得到了来自波浪能传递单元的动力，将冷海水吸入右侧冷凝夹层13.2下部，冷海水液面逐渐升高，当液面达到冷凝盘管16入水口时冷海水进入冷凝盘管16，最后由冷凝盘管16出口流出，进入左侧冷凝夹层13.1左上部，冷海水在左侧冷凝夹层13.1上部向下流动经过冷海水排水泵19进水口流出；经过分断结构设计和冷海水出、入口的布置，使得左、右冷凝夹层13.1、13.2的水循环与冷凝盘管16的水循环结合在一起，使用一套泵体即可完成两个部件的水循环工作；冷海水排水泵19起到促进冷水循环速度的作用。冷凝盘管16固定保持于冷凝室12内部，并穿插固定于汽液分离板14上；冷凝盘管16与汽液分离板14接触布置，是为了降低汽液分离板14的温度。汽液分离板14可设置多层，优选三层，皆固定保持于冷凝室12内壁；通过多层设置和间距优化可提升冷凝效率；气液分离板14可采用U型板，L型板，I型板等，优选U型板；材料优选导热性能好的铜质材料。

本实用新型温海水、冷海水的获取，可根据所选择的海域来确定，一般来讲，温海水取自海平面以下5米以内的海水，冷海水取自海平面15米以下的海水。

Claims (8)

1.一种利用海水温差能和波浪能的海水淡化系统，其特征在于：包括波浪能获取单元、波浪能传递单元、海水蒸发单元、淡水冷凝单元；所述波浪能获取单元将波浪能转化为机械能输出给所述波浪能传递单元，波浪能传递单元将输入的所述机械能输出给所述海水蒸发单元和所述淡水冷凝单元；海水蒸发单元将输入的机械能用于驱动温海水吸水泵和温海水排水泵，所述温海水吸水泵将温海水抽吸到闪蒸器内蒸发为水蒸汽后通过管道输出给淡水冷凝单元，所述温海水排水泵将所述闪蒸器内未蒸发的温海水排出；淡水冷凝单元将来自闪蒸器输入的水蒸汽进行冷凝成为淡水后输送到淡水箱。

2.根据权利要求 1 所述利用海水温差能和波浪能的海水淡化系统，其特征在于：所述波浪能获取单元包括设置在空气压缩室内的压力弹簧和活塞，以及正向单向阀、反向单向阀、正向空气透平、反向空气透平；所述空气压缩室为下开口结构，所述的下开口用于接纳海水涌入；所述活塞滑动设置在空气压缩室内，所述压力弹簧设置在空气压缩室顶壁和活塞上表面之间；空气压缩室顶壁开设有正向通气孔和反向通气孔，所述正向通气孔通过管道依次连通所述正向单向阀和正向空气透平；所述反向通气孔通过管道依次连通所述反向单向阀和反向空气透平。

3.根据权利要求 1或2 所述利用海水温差能和波浪能的海水淡化系统，其特征在于：所述波浪能传递单元包括双轴反向输入动力转向器、变速箱、皮带动力输送系统；所述双轴反向输入动力转向器由动力输入轴和动力输出轴组成，所述动力输入轴和动力输出轴通过伞齿轮副传动连接，动力输入轴通过第一齿轮副与正向空气透平动力轴传动连接，并通过第二齿轮副与反向空气透平动力轴传动连接；所述动力输出轴通过所述变速箱与所述皮带动力输送系统传动连接；皮带动力输送系统由第一皮带传动副、第二皮带传动副、第三皮带传动副、第四皮带传动副、第五皮带传动副组成。

4.根据权利要求3所述利用海水温差能和波浪能的海水淡化系统，其特征在于：所述海水蒸发单元包括闪蒸器、温度计、温海水排水泵、温海水吸水泵、海水过滤器、蒸汽管道；所述温度计安装于闪蒸器内部，接触其内部的蒸发介质；所述温海水排水泵进水口、温海水吸水泵出水口分别通过管道接通所述闪蒸器；所述海水过滤器安装于温海水吸水泵进水口管道上；所述蒸汽管道用于闪蒸器与冷凝室之间的连通；温海水排水泵动力轴通过所述第一皮带传动副与变速箱动力输出轴传动连接，温海水吸水泵动力轴通过第二皮带传动副与温海水排水泵动力轴传动连接。

5.根据权利要求 3所述利用海水温差能和波浪能的海水淡化系统，其特征在于：所述淡水冷凝单元包括设置有冷凝夹层的冷凝室、设置在冷凝室内的气液分离板和冷凝盘管、冷海水排水泵、冷海水吸水泵、真空泵、淡水箱；所述冷凝夹层包裹在冷凝室外表面；所述冷海水排水泵出水口、冷海水吸水泵进水口分别通过管道与冷凝夹层连通；所述真空泵通过管道与冷凝室下部连通；所述淡水箱通过管道与冷凝室底部连通；冷海水排水泵动力轴通过所述第三皮带传动副与温海水吸水泵动力轴传动连接，冷海水吸水泵动力轴通过所述第四皮带传动副与冷海水排水泵动力轴传动连接，真空泵动力轴通过所述第五皮带传动副与冷海水吸水泵动力轴传动连接。

6.根据权利要求 5所述利用海水温差能和波浪能的海水淡化系统，其特征在于：所述冷凝夹层通过隔板分为左、右两个独立冷凝夹层，左侧冷凝夹层下部连通冷海水排水泵进水口，右侧冷凝夹层下部连通冷海水吸水泵出水口，左侧冷凝夹层上部连通所述冷凝盘管出水口，右侧冷凝夹层上部连通冷凝盘管入水口；冷凝盘管固定保持于冷凝室内部，并穿插固定于所述气液分离板上；气液分离板为三层，皆固定保持于冷凝室内壁。

7.根据权利要求2所述利用海水温差能和波浪能的海水淡化系统，其特征在于：所述空气压缩室内腔为圆柱形，空气压缩室内壁上沿轴向设置有竖直凸楞，所述活塞圆周上开设有与所述凸楞滑动配合的竖直沟槽，空气压缩室的下开口边沿上设置有外扩的导流板。

8.根据权利要求3所述利用海水温差能和波浪能的海水淡化系统，其特征在于：所述变速箱为二级增速直齿轮组。

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