一種海水淡化中曝氣發(fā)電裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種海水淡化中曝氣發(fā)電裝置，屬于能源領域。包括上水箱，所述上水箱側(cè)壁上有進水口，所述進水口處安裝有濾網(wǎng)，所述上水箱的底部連接有進水管，所述進水管中間插入有進氣管，所述進氣管穿過上水箱，與大氣相通；所述進水管下端與下水箱相連，所述下水箱的頂部以傘形頂封閉，同時通過出水管與原水槽連接；所述傘形頂與送氣管連接，所述送氣管上依次安裝有除濕器、風力發(fā)電器和穩(wěn)流器，所述穩(wěn)流器與蓄電池連接。本裝置有效地將海水的勢能轉(zhuǎn)化為了高壓氣體，利用高壓氣體再推動氣壓馬達帶動發(fā)電機發(fā)電，將這一部分電能提供給海水淡化廠使用，降低了海水淡化的能耗和成本，使能源得到了充分利用。
【專利說明】
-種海水淡化中曝氣發(fā)電裝置
技術領域
[0001] 本發(fā)明設及一種能量收集轉(zhuǎn)化發(fā)電裝置，特別設及一種海水淡化中曝氣發(fā)電裝 置，屬于能源領域。
【背景技術】
[0002] 公知當前世界上淡水資源短缺，而我國又是世界上貧水國家之一，缺水情況嚴重。 在運樣的社會現(xiàn)狀下，國內(nèi)外海水淡化技術蓬勃發(fā)展起來。其中反滲透膜法淡化已經(jīng)占到 海水淡化行業(yè)的60 %~70 %。但是海水淡化技術成本高，能耗大，而且海水淡化中海水勢能 沒有得到充分利用。我們通過調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，世界各地反滲透膜法海水淡化工程每淡化出 Im3淡水需要直接利用150~300m3的海水。海水淡化廠取水口一般在海平面下10~15米，運 樣在海水淡化廠所取的海水中就存儲了大量的勢能，而現(xiàn)有的海水淡化廠對于運一部分海 水的勢能并沒有加W利用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種海水淡化中曝氣發(fā)電裝置。在海水淡化廠 取水口處放上本發(fā)明的曝氣發(fā)電裝置。
[0004] 具體地，包括上水箱，所述上水箱側(cè)壁上有進水口，所述進水口處安裝有濾網(wǎng)，所 述上水箱的底部連接有進水管，所述進水管中間插入有進氣管，所述進氣管穿過上水箱，與 大氣相通；
[0005] 所述進水管下端與下水箱相連，所述下水箱的頂部W傘形頂封閉，同時通過出水 管與原水槽連接;所述傘形頂與送氣管連接，所述送氣管上依次安裝有除濕器、風力發(fā)電器 和穩(wěn)流器，所述穩(wěn)流器與蓄電池連接。
[0006] 本發(fā)明裝置分為四個部分，分別是氣液混合部分、氣液分離部分、排水部分、送氣 部分。
[0007] 其中氣液混合部分是利用射流曝氣的原理也即流體連續(xù)性方程和伯努利原理在 海水進水管處產(chǎn)生局部負壓，將空氣吸入進水管中，氣泡隨海水的運動向下運動，氣液在接 觸表面之間進行能量交換，海水的一部分能量在運個過程中轉(zhuǎn)移到氣泡上，在氣泡被運動 的海水素流切割并壓縮形成大量的微小氣泡運一過程中，海水的一部分動能和位能轉(zhuǎn)移到 了氣體中，運兩部分最終完成了海水與氣泡之間的能量轉(zhuǎn)換。
[000引氣液分離部分氣液分離部分利用了水平緩流液體中的氣泡上升運動規(guī)律，完成了 高壓氣體的收集。
[0009] 排水部分將海水引入海水淡化廠原水槽中。
[0010] 送氣部分將高壓氣體收集起來輸送到除濕器去除氣體中的水分并最終帶動風力 發(fā)電機產(chǎn)生不連續(xù)的電流，再利用整流器輸出穩(wěn)定的電流，最終儲存到蓄電池中。
[0011] 本發(fā)明的有益效果是:本裝置有效地將海水淡化廠所抽取的海水中為大家所忽略 的勢能轉(zhuǎn)化為了高壓氣體的能量，利用高壓氣體再推動發(fā)電機發(fā)電。將所產(chǎn)生的電能提供 給海水淡化廠使用，降低了海水淡化的能耗和成本，使能源得到了充分利用。
[0012] 運種設計有效利用了海水淡化廠無法直接使用的海水的勢能，并且利用氣體作為 能量轉(zhuǎn)化介質(zhì)，有效避免了發(fā)電部分被海水腐蝕的問題。
[0013] 本發(fā)明裝置的連接部分少，且結(jié)構簡單，進水管、進氣管和出水管采用抗壓PVC塑 料管制作即可，避免了采用金屬材料所帶來的金屬被海水腐蝕而使裝置失效的問題，而且 采用PVC塑料管降低了裝置的制作成本。
【附圖說明】
[0014] 圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構示意圖。
[0015] 圖2為進水管與進氣管交界面處的結(jié)構示意圖。
[0016] 圖中，1-上水箱，2-進水口，3-濾網(wǎng)，4-進氣管，5-進水管，6-下水箱，7-傘形頂，8- 送氣管，9-出水管，10-原水槽，11-海岸，12-除濕器，13-風力發(fā)電機，14-穩(wěn)流器，15-蓄電 池，16-原水槽液面，17-海平面，18-原水槽出水口。
【具體實施方式】
[0017] 下面通過實施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術方案作進一步具體的說明。實施例 1:
[0018] 本發(fā)明是安裝在反滲透膜法海水淡化廠的海水取水口處的海水勢能收集轉(zhuǎn)化發(fā) 電裝置。進氣管4和進水管5卵VC塑料管制作即可，進水管5的上端進水口在海平面下Im，其 中進氣管4插入到進水管5中0.7m到Im，一根進水管5中有15根進氣管4插入，W保證進水管5 與進氣管4的面積比為6:1。原水槽液面16與海平面17之間的距離為8m，出水管9與海平面17 之間的距離為10~15m左右，送氣管集氣口 7與原水槽液面16之間的距離為10m。運時得到的 高壓氣體的氣壓約為2X105Pa，也即增加了一個大氣壓。裝置的下水箱6封閉。經(jīng)過實驗我 們發(fā)現(xiàn)，利用運套裝置，海水勢能轉(zhuǎn)化為高壓氣體的能量的轉(zhuǎn)化效率為0.7~0.84。運里我 們做了實驗前的理論計算：
[0019] 首先是根據(jù)反滲透膜法進行海水淡化的淡化效率:每淡化出Im3的淡水，需要直接 使用150~300m3的海水。我們W華能玉環(huán)電廠海水淡化工程為例:它的設計參數(shù)為：
[0020] 海水含鹽量:34000mg/L [00別]水溫：15~32攝氏度
[0022] 水量:總制水量1440m^h (34560m3/d)(分為6套，單套出力240m3/h)
[0023] 海水取水口位置:電廠海域-15.6m等深線附近的海域。
[0024] 排水口位置:-5m等深線附近的海域。
[0025] 每日生產(chǎn)淡水34560m^d，海水進水口與海平面直接水位差為15.6m，對于我們的 射流曝氣發(fā)電裝置而言，可W直接利用的海水勢能即為原水槽液面和海平面之間的落差所 帶來的勢能，約為10~15m。設每淡化出Im3淡水需直接使用200立方米海水。則每天直接使 用的海水水量為：
[0026] N=：M560X200m3 = 6912000m3
[0027] 也即流量為80m^s，一個進水管的截面積為：
[002引 s = 3ir2 = 0.785m2 r = 0.5m
[0029] W海水的正常進水速度為2m/s，需安放51根半徑為0.5m的進水管和765根半徑為 50mm的進氣管，W及直徑為315mm的集氣管，運是可W實現(xiàn)的。
[0030] 運樣在海水從海平面到原水槽中的過程中，W其液面差為10m來計算，我們可W直 接利用的海水勢能為：
[0031] T = pVgAh = lXl〇3x6912000X9.8X10J = 6.8Xl〇iij
[0032] 其中V:海水體積
[0033] 根據(jù)實驗室測定的海水勢能轉(zhuǎn)化為高壓氣體能量的轉(zhuǎn)化效率:0.7~0.84,我們?nèi)?0.7來計算，則高壓氣體的能量為：
[0034] Tq = Tru
[0035] 其中m:能量轉(zhuǎn)化效率70 %
[0036] 由上，原水槽液面與進氣管集氣口的液面差為10m，根據(jù)壓強計算公式，得到的高 壓氣體的壓強為：10米水下的絕對氣壓=大氣壓+10米水柱的壓強，也即為兩個大氣壓。實 驗室測得所產(chǎn)生的氣體壓強約為2 X105Pa，剛好為兩個大氣壓左右，運也證實了我們理論 計算的結(jié)果。同時根據(jù)公式推導有:過流水體積*落差*水密度*重力加速度=氣體壓強*氣 體體積*自然對數(shù)In(初始氣壓/得到的高壓氣體的絕對氣壓值)*液氣能轉(zhuǎn)換效率
[0037] 也即；
[00；3 引
[0039] 其中:Vi:海水的體積
[0040] A h:原水槽液面和海平面的高差 [0041 ] P:海水的密度
[0042] P:得到的氣體壓強
[0043] Vq:得到的氣體的體積
[0044] Po:初始氣壓
[0045] 計算可得到：一秒鐘能得到的氣體體積為：57.7m3，分到每根送氣管，它的氣體流 量為1.13111^3，根據(jù)功率公式：
[0046] P = q A P
[0047] 其中：q:氣體流量，運里為1.13m^s
[004引 Ap:氣體壓強，運里為O.lMPa
[0049] 計算可得:一根送氣管所產(chǎn)生的功率為：113kw。當設計的送氣管管徑為315mm時， 氣體的速度能達到14.5m/s。據(jù)此，我們選擇使用12臺lOkw風力發(fā)電機，型號為:FB-10K。
[0050] 采用450V蓄電池，最終輸出的穩(wěn)定電流為22A。
[0051] 具體工作方式如圖1所示，海水通過上水箱1的進水口 2,經(jīng)過粗效濾網(wǎng)3的簡單過 濾，將海水中的魚類、海草等雜物過濾掉，進入上水箱1中，然后通過進水管5進入下水箱6 中，在進氣管4與進水管5的交界面處，形成了變截面積交界面。根據(jù)射流曝氣也即是流體連 續(xù)性方程和伯努利原理，海水的過流截面積由小變大，則流速由大變小，相應的壓強由小變 大，運樣就在在交界面處形成了負壓，空氣就由此進入。在進水管5中，較大的氣泡被海水素 流切割和壓縮成很多微小的氣泡，在運個切割和壓縮的過程中海水的能量有一部分轉(zhuǎn)移給 了氣泡。接下來是氣液分離部分，運一部分中，海水通過進水管5進入下水箱6中后由向下的 運動變?yōu)闄M向運動，氣泡在海水主要受到了兩個力，一個是浮力，方向向上，一個是海水分 子和氣泡表面分子之間的接觸力，方向向左，它們的合力方向是斜向上方向，運樣氣泡向上 運動，進入傘形頂7處，成為連續(xù)的高壓氣體。第=部分是排水部分，海水通過出水管9進入 原水槽10中。第四部分是送氣部分，運里送氣管8中的高壓氣體送到除濕器12去除空氣中的 水分最終送到風力發(fā)電機13產(chǎn)生不穩(wěn)定的電流，再通過穩(wěn)流器14來輸出穩(wěn)定的電流，儲存 在蓄電池15中。
[0052] 如圖2所示，進水管5中插有15根進氣管4。
[0053] 本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術領 域的技術人員可W對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替 代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權利要求書所定義的范圍。
【主權項】
1. 一種海水淡化中曝氣發(fā)電裝置，包括上水箱，所述上水箱側(cè)壁上有進水口，所述進水 口處安裝有濾網(wǎng)，所述上水箱的底部連接有進水管，所述進水管中間插入有進氣管，所述進 氣管穿過上水箱，與大氣相通； 所述進水管下端與下水箱相連，所述下水箱的頂部以傘形頂封閉，同時通過出水管與 原水槽連接;所述傘形頂與送氣管連接，所述送氣管上依次安裝有除濕器、風力發(fā)電器和穩(wěn) 流器，所述穩(wěn)流器與蓄電池連接。2. 根據(jù)權利要求1所述的曝氣發(fā)電裝置，其特征在于，所述進氣管插入到進水管中0.7m 到lm〇3. 根據(jù)權利要求1所述的曝氣發(fā)電裝置，其特征在于，一根進水管中有15根進氣管插 入。4. 根據(jù)權利要求1所述的曝氣發(fā)電裝置，其特征在于，所述進水管、進氣管和出水管采 用PVC塑料管制作。
【文檔編號】F03D9/11GK106050522SQ201610355583
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月26日
【發(fā)明人】薛乾坤
【申請人】武漢大學