海水波浪能淡化系统技术方案

本发明专利技术公开了一种海水波浪能淡化系统，包括两正交浮子组、曲柄联杆结构、海水淡化、压缩空气储能以及水气存储单元；两正交浮子组根据波浪方向全方位捕获波浪能，电磁离合器、锥形齿轮以及牵引齿轮协同耦合两浮子组捕获能量，并由曲柄联杆结构将牵引齿轮旋转运动转化为淡化活塞和压缩活塞的上下运动，中心浮球经电磁阀调节膨胀腔和压缩腔气压，平抑波浪能的波动功率，确保海水淡化的恒压转化。浓盐水废压能通过压缩活塞下移，转化成高压气体内能；水气存储单元存储淡水和压缩空气，调控中心浮球气压，提升压缩储能效率；本发明专利技术极大提升波浪能转化效率、反渗透膜淡化效率和使用寿命，必将推动波浪能海水淡化的真正实用化。

Seawater wave energy desalination system

The invention discloses a sea wave energy desalination system, including two orthogonal float group, a crank connecting rod structure, seawater desalination, compressed air energy storage and water storage unit; two orthogonal float group according to the wave direction omni-directional capture wave energy, electromagnetic clutch, gear and traction gear cooperative coupling two float group to capture energy. The crank connecting rod structure of traction gear rotary motion into the piston and piston compression desalination of up and down movement of the center of the floating ball through the solenoid valve to adjust the expansion chamber and compression chamber pressure, the fluctuation of power stabilizing wave energy, ensure the constant pressure of seawater desalination transformation. The waste brine pressure by compressing the piston down, into high pressure gas energy; water storage unit storing water and compressed air control center, floating ball pressure, enhance the compression efficiency of energy storage; the invention greatly improves the wave energy conversion efficiency, reverse osmosis desalination efficiency and service life, will promote the real practical wave energy desalination of.

【技术实现步骤摘要】
海水波浪能淡化系统
本专利技术公开了一种海水波浪能淡化系统，是一种应用于广阔海洋、电能及淡水缺乏区域，利用海洋波浪能和压缩空气协同实现海水的反渗透膜式淡化的淡化系统。
技术介绍
随着世界能源危机和近海资源逐步开发，远洋鱼类及深海石油资源的开发日益受到各国关注，我国先后出台了“一带一路”、以及《全国海洋经济规划发展纲要》，旨在加速我国远洋资源的开发利用。然而，海上淡水缺乏和电力供给困难等问题，极大制约了远洋资源的开发利用，海水波浪能作为一种新兴的清洁能源，蕴含容量大，且与海水淡化天然耦合，已成为世界各国科研人员的重要研究方向。目前，海水淡化主要采用反渗透膜淡化工艺，利用电能驱动提水泵完成淡化膜供水压力恒定，以提高海水淡化效率和反渗透膜使用寿命，但海水淡化是高耗能产业，传统电力供给必将加剧环境污染和能源危机。同时，反渗透膜式海水淡化效率和使用寿命都与淡化压力密切相关，但波浪能的间歇性和波动性极易导致膜淡化压力变化，严重影响其使用寿命，储能是有效解决波动功率平抑的有效方法，但常用的蓄电池和液压等储能方式，极易导致环境污染。压缩空气储能是一种严格无污染的新型储能方式，如何与波浪能以及海水淡化能量耦合，提升波浪能利用率、海水淡化效率是必须要解决的关键问题。
技术实现思路
本专利技术的技术任务是针对上述技术上的不足，提出的一种新型海水波浪能淡化系统。本专利技术解决上述技术问题采用的技术方案为：海水波浪能淡化系统包括两正交浮子组、曲柄联杆结构、海水淡化、压缩空气储能以及水气存储单元。两正交浮子组根据波浪方向全方位捕获波浪能，并经曲柄联杆结构驱动淡化活塞上下运动，完成海水吸入、海水淡化以及淡水和高压浓盐水排出，压缩空气储能平抑波浪能波动性和间歇性问题，确保海水淡化恒压高效转化，提升反渗透膜淡化效率和使用寿命。两正交浮子组为两组正交设置的捕获装置Ⅰ和捕获装置Ⅱ，捕获装置包括两圆柱体浮子、浮子联杆、俯仰中轴、俯仰齿轮、锥形齿轮Ⅰ、水平联轴以及调向结构。所述圆柱体浮子在海浪浮力和激荡力共同作用下，上下运动捕获波浪能，驱动浮子联杆作俯仰运动，并由俯仰中轴、俯仰齿轮以及锥形齿轮Ⅰ协同转化成水平联轴的旋转运动，水平联轴旋转运动经调向结构与曲柄联杆结构机械耦合，驱动淡化活塞运动完成海水淡化。所述调向结构包括内嵌电磁离合器Ⅱ的锥形齿轮Ⅱ以及内嵌电磁离合器Ⅰ的牵引齿轮，锥形齿轮Ⅱ经电磁离合器Ⅱ与捕获装置Ⅰ的水平联轴耦合，将捕获装置Ⅰ捕获能量传递至牵引齿轮；所述牵引齿轮内嵌电磁离合器Ⅰ与捕获装置Ⅱ水平联轴同轴耦合，将捕获装置Ⅱ捕获能量传递至牵引齿轮，牵引齿轮外齿为锥形结构，与锥形齿轮Ⅱ机械耦合，所述电磁离合器根据波浪方向改变耦合至牵引齿轮的捕获装置数量；所述曲柄联杆结构上端和牵引齿轮刚性联接，下部经约束轴承和淡化活塞刚性联接，完成牵引齿轮旋转运动到淡化活塞上下运动的转化。海水淡化包括淡化活塞、淡水腔以及淡化腔，所述淡化活塞为内嵌反渗透膜的圆柱体活塞，在曲柄联杆推动下分离淡水和浓盐水，纵向设置多个空心圆柱型淡化通道，将淡水送入淡水腔；所述淡水腔包括淡化活塞以及淡水腔内壁，用于存储淡化活塞下移产生的淡水；淡水腔上端设置淡水排出阀，在淡化活塞上移过程中将淡化后的淡水送入淡水存储室存储。所述淡化腔是海水淡化主要场所，由淡化活塞、淡化腔内壁、海水进入通道以及淡化腔底板构成，淡化活塞由曲柄联杆以及压缩空气储能共同作用，完成海水吸入、海水淡化以及淡水排出；所述海水进入通道为圆环式柱状结构，内嵌圆环式柱状大气进出通道，海水进入通道上端设置海水进入阀Ⅰ，下端设置海水进入阀Ⅱ，控制海水进入淡化腔的流量；所述淡化腔底板为外套在大气进出通道的圆盘式固定端板，用于支撑淡化海水质量以及反渗透膜淡化压力；淡化腔底板设置圆盘式端盖，由内嵌在端板上的电磁铁控制，用于开关圆环式浓盐水排出通道Ⅰ。压缩空气储能包括大气进出通道、压缩活塞、压缩腔、膨胀腔以及中心浮球。所述大气进出通道为圆环式柱状结构，设置在两活塞联杆运动通道的外侧，上端与大气相连，下端经大气进出阀Ⅰ和压缩腔相联，控制吸入气体流量；所述压缩活塞为耐盐腐蚀的扁平圆柱体活塞，与淡化活塞刚性联接，内嵌浓盐水排出通道Ⅱ，浓盐水排出阀Ⅰ控制浓盐水排出流量，压缩活塞上侧为膨胀腔室，下侧为压缩腔室，调控膨胀腔室和压缩腔室气体压力，确保反渗透膜淡化压力恒定；所述压缩腔由压缩活塞、压缩腔内壁以及压缩腔底板共同构成，压缩活塞下移，将多余波浪能转化为气体内能，气压逐步升高，直至超过中心浮球气压，单向阀Ⅰ开启，压缩空气储存至中心浮球；所述膨胀腔由淡化腔底板、压缩活塞、膨胀腔内壁以及大气进出通道外侧共同构成，中心浮球内压缩气体经电磁流量阀Ⅱ进入膨胀腔做功，助推淡化活塞下移，确保反渗透膜淡化压力恒定，海水淡化结束，高压浓盐水经淡化腔底板进入膨胀腔，助推压缩活塞下移，进一步压缩空气储能；所述中心浮球用于存储压缩空气，同时为海水淡化设备提供浮力支撑，确保波浪能捕获装置水平基准稳定。水气存储单元包括压储气室、淡水存储室以及光伏电池。所述压储气室固定在淡水存储室下方，存储压缩气体，并为淡水存储室提供浮力支撑，经压缩气体通道和中心浮球相联，压缩气体通道上设置气体双向流动的涡旋机，用于调控中心浮球气压，有效提升压缩空气储能效率。所述淡水存储室位于压储气室上侧，由压储气室提供的浮力支撑，并经淡水通道和淡水排出阀与淡水腔相连，淡水通道上设置单向阀Ⅱ；淡水存储室上侧设置直流抽水泵，负责为远洋轮船等用户提取淡水。所述光伏电池设置在淡水存储室上端，内设磷酸铁锂蓄电池，为海水波浪能淡化系统的电磁阀、电磁铁、电磁离合器、直流抽水泵以及涡旋机提供电源支持。本专利技术带来的有益效果是：1)将反渗透膜式海水淡化和波浪能捕获一体化设计，海水吸入和淡水排出一体化完成，引入了基于海水势能的自吸入机制，省却了传统海水淡化重要耗能设备——提水泵的使用，极大降低海水淡化功率消耗。2)内置反渗透膜的多孔淡化活塞，下移运动实现浓盐水和淡水自动分离，极大简化了海水淡化环节；特别是浓盐废水的排出机制，浓盐水废压能助推空气压缩，提供了一种新型高压浓盐水能量回收途径，极大提高了海水淡化效率以及波浪能利用效率。3)将淡化活塞和压缩活塞一体化设计，动态调控膨胀腔和压缩腔内气体压力，有效平抑波浪能的波动性和间歇性问题对膜淡化性能影响，极大提高了海水淡化效率和反渗透膜使用寿命。4)本专利技术具有结构紧凑、可移动、易维护、抗海浪冲击性强，海水淡化效率高并具有稳定淡水供给等优点，必将大幅推动海水波浪能淡化系统的实用化。附图说明图1海水波浪能淡化系统结构图。图2两正交浮子组俯视图。图3两正交浮子组和曲柄联杆结构剖面图。图4淡化活塞结构图。图5淡化腔底板剖面图。图6海水进入通道和大气进出通道剖面图。图7淡化系统多种模式选择流程图。图中标号说明：1.海水进入阀Ⅰ，2.海水进入阀Ⅱ，3.电磁铁，4.浓盐水排出阀Ⅰ，5.浓盐水排出阀Ⅱ，6.电磁流量阀Ⅱ，7.大气进出阀Ⅰ，8.电磁流量阀Ⅰ，9.大气进出阀Ⅱ，10.单向阀Ⅰ，11.淡化活塞，12.压缩活塞，13.淡水腔，14.淡化腔，15.膨胀腔，16.压缩腔，17.曲柄联杆结构，18.光伏电池，19.保护罩，20.淡水排出阀，21.圆柱体浮子，22.中心浮球，23.固定地锚，2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于广阔海洋的海水波浪能淡化系统，其特征包括两正交浮子组、曲柄联杆结构、海水淡化、压缩空气储能以及水气存储单元；两正交浮子组根据波浪方向全方位捕获波浪能，并经曲柄联杆结构，驱动淡化活塞上下运动，在电磁阀的配合下，进行海水吸入、海水淡化、淡水排出、浓盐水废压利用以及排出，并实时调控压缩腔和膨胀腔内气压，平抑波浪能波动功率，确保海水淡化恒压高效转化，提升反渗透膜淡化效率和使用寿命。

【技术特征摘要】
1.一种应用于广阔海洋的海水波浪能淡化系统，其特征包括两正交浮子组、曲柄联杆结构、海水淡化、压缩空气储能以及水气存储单元；两正交浮子组根据波浪方向全方位捕获波浪能，并经曲柄联杆结构，驱动淡化活塞上下运动，在电磁阀的配合下，进行海水吸入、海水淡化、淡水排出、浓盐水废压利用以及排出，并实时调控压缩腔和膨胀腔内气压，平抑波浪能波动功率，确保海水淡化恒压高效转化，提升反渗透膜淡化效率和使用寿命。2.根据权利要求1所述的海水波浪能淡化系统，其特征是所述两正交浮子组为两组正交设置的捕获装置Ⅰ和捕获装置Ⅱ，捕获装置包括两圆柱体浮子、浮子联杆、俯仰中轴、俯仰齿轮、锥形齿轮Ⅰ、水平联轴以及调向结构；所述圆柱体浮子为波浪能捕获单元，在海浪浮力和激荡力作用下，上下垂直运动捕获波浪能，浮子联杆和圆柱体浮子刚性连接，在圆柱体浮子作用下作俯仰运动，并经俯仰中轴、俯仰齿轮以及锥形齿轮Ⅰ作用，转化为水平联轴的旋转运动，调向结构经电磁离合器与曲柄联杆结构耦合，驱动淡化活塞上下运动，淡化和分离海水；所述调向结构包括锥形齿轮Ⅱ以及牵引齿轮，锥形齿轮Ⅱ内嵌电磁离合器Ⅱ与捕获装置Ⅰ水平联轴耦合，将捕获装置Ⅰ捕获能量传递至牵引齿轮；牵引齿轮内嵌电磁离合器Ⅰ与捕获装置Ⅱ水平联轴同轴耦合，将捕获装置Ⅱ捕获能量传递至牵引齿轮，牵引齿轮外齿为锥形结构，与锥形齿轮Ⅱ机械耦合；电磁离合器根据波浪方向改变牵引齿轮耦合的捕获装置数量；所述曲柄联杆结构上端和牵引齿轮刚性联接，下部经约束轴承和淡化活塞刚性联接，完成牵引齿轮旋转运动到淡化活塞上下运动的转化，为海水淡化提供能量支持。3.根据权利要求1所述的海水波浪能淡化系统，其特征是所述海水淡化包括淡化活塞、淡水腔以及淡化腔，所述淡化活塞为内嵌反渗透膜的圆柱体活塞，在曲柄联杆推动下分离淡水和浓盐水，纵向设置多个空心圆柱型淡化通道，将淡水送入淡水腔；所述淡水腔包括淡化活塞以及淡水腔内壁，用于存储淡化活塞下移产生的淡水，淡水腔上端设置淡水排出阀，在淡化活塞上移过程中将淡化后的淡水送入淡水存储室进行存储；所述淡化腔是海水淡化主要场所，由淡化活塞、淡化腔内壁、海水进入通道以及淡化腔底板构成，淡化活塞在曲柄联杆以及压缩空气储能共同作用下，完成海水吸入、海水淡化以及淡水排出，所述海水进入通道为...

【专利技术属性】
技术研发人员：褚晓广，蔡彬，梁玉昊，孔英，李向东，郭登鹏，衣学涛，
申请(专利权)人：曲阜师范大学，
类型：发明
国别省市：山东,37