CN218810533U - 盐差发电系统及具有其的海水淡化系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种盐差发电系统及具有其的海水淡化系统，所述盐差发电系统包括海水容纳槽和设置在所述海水容纳槽中的盐差发电装置，所述海水容纳槽上还设置有用于带动所述盐差发电装置转动的转动机构。本申请提供的盐差发电系统，通过转动机构带动盐差发电装置进行转动，使光热膜表面的结晶盐与海水接触并溶解在海水中，从而提高海水的蒸发效率，进而提高发电效率。本申请提供的海水淡化系统，将盐差发电系统结合到海水淡化系统中，提高了海水的蒸发效率，进而提高了海水淡化的效率，提高了太阳能的利用率和光热转化效率，可同时在无污染的条件下实现发电和生产淡水。

Description

盐差发电系统及具有其的海水淡化系统

技术领域

本申请属于可再生能源技术领域，更具体地说，是涉及一种盐差发电系统及具有该盐差发电系统的海水淡化系统。

背景技术

随着社会的进步和世界经济科技的高速发展，人们对能源的需求与日俱增导致能源与环境之间的矛盾日益激化，现在和未来的很长一段时间内化石能源仍将占据着主要的地位，然而不可再生的化石能源，其快速消耗加上环境日益恶化使世界面临着一系列严重的问题。因此，各国政府都相继制定可再生能源战略计划，大力寻找新的能源来代替化石能源。清洁无污染、资源总量大且分布范围广泛的太阳能在众多领域中表现出极为重要的应用。目前国际主流的太阳能利用方式有以下三种：光化学转化、光电转化以及光热转化。另外，浩瀚的海洋蕴藏着丰富的可再生自然能源，其中应用广泛且最具前景的就是海水盐差能，据估算，地球上存在着2.6TW可利用的盐差能。

盐差能发电，就是利用两种含盐浓度不同的海水化学电位差能，并将其转化为有效电能。采用离子交换膜置于高浓度盐溶液与低浓度盐溶液之间，通过与电极组装即可将两种不同浓度溶液间的盐差能转化成电能。

海水淡化技术较为成熟的手段主要分为热法和膜法，其中热法主要靠光热蒸发海水，同时能够生产大量淡水和收集各种盐类。这种方法主要靠光热膜将太阳能转化成热能，然后将获得的热能用于水蒸发高效率实现盐水分离。光热膜中的主要成分是具有广波普吸收特性的黑色纳米材料。

现有技术中，常常将盐差发电与海水发电结合在一起，通过光热膜吸热加快海水蒸发，改变离子交换膜一侧海水的浓度，从而实现盐差发电，同时将蒸发后的水蒸气冷凝收集，实现海水淡化。但是随着海水的不断蒸发，光热膜局部因为受热不均，会使盐溶液局部的浓度急剧增加会导致盐结晶在光热膜表面，导致光热膜被结晶盐堵塞，导致发电效率和蒸发效率大大降低。

实用新型内容

为解决现有技术中光热膜被结晶盐堵塞，导致发电效率和蒸发效率降低的问题，本申请采用的技术方案是：

一方面，提供一种盐差发电系统，包括：海水容纳槽和设置在所述海水容纳槽中的盐差发电装置，所述海水容纳槽上还设置有用于带动所述盐差发电装置转动的转动机构。

可选地，所述盐差发电装置包括离子交换膜和分别设置在所述离子交换膜两侧的第一光热转化装置和第二光热转化装置，所述第一光热转化装置与所述离子交换膜之间设置有第一电极，所述第二光热转化装置与所述离子交换膜之间设置有第二电极，所述第一电极和所述第二电极用于通过导线连接储能装置或者负载。

可选地，所述转动机构包括安装架、设置在所述安装架两端的转轴以及用于驱动所述转轴转动的驱动机构，所述盐差发电装置安装于所述安装架上，所述转轴与所述海水容纳槽的侧壁转动连接，且其中一个转轴穿过所述海水容纳槽的侧壁与所述驱动机构连接。

可选地，所述驱动机构为电机，所述电机的输出轴与所述转轴固定连接。

可选地，所述第一光热转化装置和第二光热转化装置分别连接有第一导水带和第二导水带，所述第一导水带和第二导水带用于将海水分别输送到第一光热转化装置和第二光热转化装置上。

可选地，所述第一光热转化装置和第二光热转化装置均为光热转化膜；和/或，所述第一导水带、第二导水带、第一光热转化装置和第二光热转化装置均为可通过毛细作用吸水的结构。

可选地，所述海水容纳槽的底部设置有至少一个通孔，所述通孔用于将海水容纳槽的内部与外界连通；和/或，所述盐差发电装置电连接有储能装置。

另一方面，本申请还提供一种具有所述盐差发电系统的海水淡化系统，所述海水容纳槽的上方设置有冷凝装置，所述冷凝装置与所述海水容纳槽围成封闭腔体，所述冷凝装置连接有淡水收集装置。

可选地，所述冷凝装置为透光的冷凝板，所述冷凝板倾斜设置，所述淡水收集装置包括设置在所述冷凝板较低一侧的引流管和设置在所述引流管的出水口下方的淡水储存箱。

可选地，所述海水容纳槽高于盐差发电装置的部分采用透光材料制成。

本申请提供的盐差发电系统的有益效果在于：与现有技术相比，当光热膜被结晶盐堵塞，导致发电效率降低时，可通过转动机构带动盐差发电装置进行转动，使光热膜表面的结晶盐与海水接触并溶解在海水中，从而提高海水的蒸发效率，进而提高发电效率。

本申请提供的海水淡化系统的有益效果在于：与现有技术相比，与盐差发电系统结合，当光热膜被结晶盐堵塞，导致海水蒸发效率降低时，可通过转动机构带动盐差发电装置进行转动，使光热膜表面的结晶盐与海水接触并溶解在海水中，从而提高海水的蒸发效率，进而提高海水淡化效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的盐差发电系统的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的海水淡化系统的结构示意图；

图3为本申请的发电循环曲线图。

其中，图中各附图标记：

1-海水容纳槽；2-通孔，3-安装架，4-第一光热转化装置；5-第二光热转化装置，6-离子交换膜，7-第一电极，8-第二电极，9-转轴，10-第一导水带，11-第二导水带，12-冷凝板，13-引流管，14-驱动机构，15-储能装置，16-淡水储存箱。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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申请和简化描述，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申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

现对本申请实施例提供的盐差发电系统进行说明。图1为本申请实施例提供的盐差发电系统的结构示意图。如图1所示，盐差发电系统，包括海水容纳槽1和设置在海水容纳槽1中的盐差发电装置，海水容纳槽1上还设置有用于带动盐差发电装置转动的转动机构。当盐差发电系统由于盐结晶导致发电效率降低时，可通过转动机构对盐差发电装置进行转动，以将盐结晶溶解在海水中。转动可以理解为翻转或者旋转，其转动轴可以位于盐差发电装置的中心轴上，也可以位于盐差发电装置的边缘，但不限于此。

作为一种可能的实现方式，如图1所示，盐差发电装置包括离子交换膜6和分别设置在离子交换膜6两侧的第一光热转化装置4和第二光热转化装置5，第一光热转化装置4与离子交换膜6之间设置有第一电极7，第二光热转化装置5与离子交换膜6之间设置有第二电极8，第一电极7和第二电极8用于通过导线与储能装置15连接。在使用时，海水容纳槽1中盛装的海水水位与离子交换膜6位于同一水平面上，第一光热转化装置4和第二光热转化装置5分别位于海水水面以上和水面以下，通过转动机构旋转180度可使第一光热转化装置4与第二光热转化装置5交换位置。例如，当第一光热转化装置4上的海水浓度急剧增加，导致盐结晶在第一光热转化装置4表面时，可通过转动机构带动第一光热转化装置4和第二光热转化装置5转动180度，使第二光热转化装置5位于上方进行光热转化以加热海水，第一光热转化装置4位于下方并浸泡在海水中，以去除表面的结晶盐。

在本申请另一个实施例中，盐差发电装置只设置有一个光热转化装置，例如只在离子交换膜6一侧设置第一光热转化装置4，而在另一侧不设置第二光热转化装置5，当第一光热转化装置4上由于盐结晶导致发电效率降低时，通过转动机构旋转360度，同样可以去除结晶盐，提高发电效率。

作为一种可能的实现方式，第一光热转化装置4与离子交换膜6之间，以及第二光热转化装置5与离子交换膜6之间均可填充海水(未图示)，第一电极7位于第一光热转化装置4与离子交换膜6之间的海水中，第二电极8位于第二光热转化装置5与离子交换膜6之间的海水中。位于上方的光热转化装置吸收太阳能并将其转化成热能，对该光热转化装置与离子交换膜6之间的海水进行加热，使其加快蒸发，同时使海水浓度升高，利用离子交换膜6两侧海水的浓度差进行盐差发电。

作为一种可能的实现方式，第一光热转化装置4和第二光热转化装置5分别连接有第一导水带10和第二导水带11，第一导水带10和第二导水带11用于将海水分别输送到第一光热转化装置4和第二光热转化装置5上。在本申请另一个实施例中，也可以不设置导水带，而是设置一个水泵(图未示)连接水管(图未示)，通过水管向位于上方的光热转化装置进行补水。

作为一种可选的方式，第一导水带10、第二导水带11、第一光热转化装置4和第二光热转化装置5均为可通过毛细作用吸水的结构。如图1所示，导水带10的一端连接在第一光热转化装置4上，另一端位于海水中，通过毛细作用，可使海水克服重力向上运输，将海水输送到第一光热转化装置4上，并且第一光热转化装置4也可以通过毛细作用使海水在其内部均匀分布。设置成该结构，可以不消耗额外的电能，节约能源。

在本申请的一些实施例中，第一导水带10、第二导水带11采用亲水材料制成，例如碳布、碳纤维、碳化木质纤维等，使第一导水带10和第二导水带11内部形成毛细输水管道，通过毛细力使海水克服重力被输送到光热转化装置上。

在本申请的一些实施例中，第一光热转化装置4和第二光热转化装置5均为光热转化膜，光热转化膜采用碳黑、石墨烯、碳布等制成，光热转化膜内部同样形成有毛细输水管道，通过毛细力使海水在光热转化膜上均匀分布。

作为一种可选的方式，第一光热转化装置4和第二光热转化装置5采用黑色纳米材料制成。

在本申请的一些实施例中，如图1所示，转动机构包括安装架3、固定设置在安装架3两端的转轴9以及用于驱动转轴9转动的驱动机构14，盐差发电装置安装于安装架3上，转轴9与海水容纳槽1的侧壁转动连接，且其中一个转轴9穿过海水容纳槽1的侧壁与驱动机构14连接。

作为一种可选的方式，安装架3为矩形框结构，离子交换膜6的四周固定于安装架3的中部，第一光热转化装置4和第二光热转化装置5分别固定于安装架3的两侧。第一电极7和第二电极8一端位于光热转化装置与离子交换膜6之间，另一端穿过安装架3的边框并连接有导线。第一导水带10和第二导水带11穿过安装架3的边框分别与第一光热转化装置4和第二光热转化装置5连接。

作为一种可选的方式，驱动机构14为电机，电机的输出轴与转轴9固定连接。作为一种优选的方式，驱动机构14为伺服电机，可通过设定程序间隔固定的时间对盐差发电装置翻转固定的角度，例如每间隔30min转动180度、每间隔1h转动360度、或者每间隔2h转动180度。在一种可能的实现方式中，还可设置电压传感器和控制器，电压传感器用于监测盐差发电装置输出的电压，控制器根据监测到的电压判断盐差发电装置的发电效率是否降低。当输出的电压低于设定阈值时，控制器判断发电效率过低，并控制伺服电机带动盐差发电装置转动180度或者360度，带动转轴9转动，从而实现盐差发电装置的自动翻转或旋转，不需要人工操作。

作为一种可选的方式，驱动机构14也可以采用其他的机构，例如气缸、电动推杆等，通过传动件(图未示)对转轴9进行旋转，以实现盐差发电装置的转动。例如，转轴9伸出海水容纳槽1侧壁的一端固定连接一个Z字形的连接件(图未示)，该连接件的另一端与气缸或电动推杆的活塞杆一端铰接。通过气缸或者电动推杆的伸缩，即可带动转轴9旋转，从而带动盐差发电装置进行旋转。作为一种可选的方式，转轴9也可由人力驱动，通过一个Z字形的手柄与转轴9固定连接即可。

在本申请的一些实施例中，第一电极7和第二电极8均为膜电极但不限于此。通过将第一电极7和第二电极8设置成膜电极，将第一光热转化装置4和第二光热转化装置5设置成光热转化膜，并且光热转化膜采用碳黑、石墨烯、碳布等材料制成，具有毛细吸水的功能，因此，不需要在光热转化膜与离子交换膜6之间填充海水，可以极大的简化盐差发电装置的结构。而且由于光热转化膜上吸收的海水不多，因此可以很快的在离子交换膜6两侧形成浓度差，进行盐差发电，可以提高盐差发电的效率。

在本申请的一些实施例中，如图1所示，海水容纳槽1的底部设置有至少一个(例如6个)通孔2，通孔2用于将海水容纳槽1的内部与外界连通。通孔2的直径可以是2cm、5cm、10cm等，可根据实际情况确定。采用该方案，将该盐差发电系统可直接放置在海水中，使其漂浮在海面上，海水从通孔2中流入海水容纳槽1中即可进行盐差发电。只需要控制整个系统的重量和浮力，使海水始终位于离子交换膜6所处的水平面即可。作为一种可选的方式，海水容纳槽1可以采用有机玻璃、泡沫塑料等材料。作为一种可选的方式，也可以通过增加浮力装置或者增加配重的方式控制海水容纳槽1中海水的水位高度。

在本申请的一些实施例中，如图1所示，第一电极7和第二电极8用于通过导线连接储能装置15，对电能进行储存。作为一种可选的方式，第一电极7和第二电极8也可用于直接连接负载，对负载供电。

本申请提供的盐差发电系统，与现有技术相比，可通过转动机构带动盐差发电装置进行转动，使光热膜表面的结晶盐与海水接触并溶解在海水中，从而提高海水的蒸发效率，使海水浓度快速升高，进而提高发电效率。

请参阅图2，本申请还提供一种具有盐差发电系统的海水淡化系统，海水淡化系统包括设置在海水容纳槽1上方的冷凝装置，冷凝装置与海水容纳槽1围成封闭腔体，冷凝装置连接有淡水收集装置。

在本申请的一些实施例中，如图2所示，冷凝装置为透光的冷凝板12，冷凝板12倾斜设置，淡水收集装置包括设置在冷凝板12较低一侧的引流管13和设置在引流管13的出水口下方的淡水储存箱16。在封闭腔体中，光热转化膜持续不断的吸收太阳能，利用转化成的热能来加热离子交换膜6上端的海水，水分子吸收热量后不断的蒸发变成水蒸气，导水带流入的海水去填充蒸发的水。蒸腾的水蒸气在系统中发生自然对流，在冷凝板12上凝结，然后通过斜面和引流管13被送入到淡水储存箱16中进行储存。

在本申请另一个实施例中，冷凝装置的形状为漏斗形(图未示)，中间低四周高，引流管13设置在中间最低处，冷凝后产生的水通过引流管13被送入淡水储存箱16中进行储存。

作为一种可选的方式，海水容纳槽1高于盐差发电装置的部分采用透光材料制成，例如可以是透明塑料、有机玻璃等，通过该方案可以增加进光量，以提高海水蒸发效率。

本申请提供的海水淡化系统，将盐差发电系统结合到海水淡化系统中，通过转动机构带动盐差发电装置进行转动，使光热膜表面的结晶盐与海水接触并溶解在海水中，从而提高海水的蒸发效率，进而提高了海水的淡化效率。大幅度提高太阳能的利用率和光热转化效率，同时在无污染的条件下实现发电和生产淡水。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种盐差发电系统，其特征在于：包括海水容纳槽和设置在所述海水容纳槽中的盐差发电装置，所述海水容纳槽上还设置有用于带动所述盐差发电装置转动的转动机构。

2.如权利要求1所述的盐差发电系统，其特征在于：所述盐差发电装置包括离子交换膜和分别设置在所述离子交换膜两侧的第一光热转化装置和第二光热转化装置，所述第一光热转化装置与所述离子交换膜之间设置有第一电极，所述第二光热转化装置与所述离子交换膜之间设置有第二电极，所述第一电极和所述第二电极用于通过导线连接储能装置或者负载。

3.如权利要求1所述的盐差发电系统，其特征在于：所述转动机构包括安装架、设置在所述安装架两端的转轴以及用于驱动所述转轴转动的驱动机构，所述盐差发电装置安装于所述安装架上，所述转轴与所述海水容纳槽的侧壁转动连接，且其中一个转轴穿过所述海水容纳槽的侧壁与所述驱动机构连接。

4.如权利要求3所述的盐差发电系统，其特征在于：所述驱动机构为电机，所述电机的输出轴与所述转轴固定连接。

5.如权利要求2所述的盐差发电系统，其特征在于：所述第一光热转化装置和第二光热转化装置分别连接有第一导水带和第二导水带，所述第一导水带和第二导水带用于将海水分别输送到第一光热转化装置和第二光热转化装置上。

6.如权利要求5所述的盐差发电系统，其特征在于：所述第一光热转化装置和第二光热转化装置均为光热转化膜；和/或，所述第一导水带、第二导水带、第一光热转化装置和第二光热转化装置均为可通过毛细作用吸水的结构。

7.如权利要求1-6任意一项所述的盐差发电系统，其特征在于：所述海水容纳槽的底部设置有至少一个通孔，所述通孔用于将海水容纳槽的内部与外界连通；和/或，所述盐差发电装置电连接有储能装置。

8.一种具有权利要求1-7任一项所述盐差发电系统的海水淡化系统，其特征在于：所述海水容纳槽的上方设置有冷凝装置，所述冷凝装置与所述海水容纳槽围成封闭腔体，所述冷凝装置连接有淡水收集装置。

9.如权利要求8所述的海水淡化系统，其特征在于：所述冷凝装置为透光的冷凝板，所述冷凝板倾斜设置，所述淡水收集装置包括设置在所述冷凝板较低一侧的引流管和设置在所述引流管的出水口下方的淡水储存箱。

10.如权利要求8所述的海水淡化系统，其特征在于：所述海水容纳槽高于盐差发电装置的部分采用透光材料制成。

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