[發明專利]一種利用洋流自主發電淡化海水的裝置及方法

有效

• 申請號: 201811523611.9
• 申請日: 2018-12-13
• 公開（公告）號: CN109553167B
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 朱紅鈞;戚宇航;趙宏磊;高岳;譚小年;胡潔
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: C02F1/469
• 分類號: C02F1/469;F03B13/26;C02F103/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種利用洋流自主發電淡化海水的裝置，由海水淡化系統和發電系統兩部分組成；海水淡化系統由一根輸水立管(1)、兩個密封軸承(2)、一根套管(3)和一個海水淡化分離盤(5)組成；發電系統由四個葉輪(4)、四個葉輪軸承(19)、四個L形葉輪支撐架(17)、四對磁極(18)、四組發電線圈(20)及輸電線(21)組成；葉輪(4)為三葉片平軸葉輪，葉輪(4)中部安裝有葉輪軸承(19)，在葉輪(4)與葉輪軸承(19)之間鑲嵌有一對磁極(18)；L形葉輪支撐架(17)由一根長方柱和一根短圓柱成90°夾角焊接而成；葉輪支撐架(17)的方柱端焊接在套管(3)外壁上，四個葉輪支撐架(17)分兩列關于海水淡化分離盤(5)對稱安裝在套管(3)外壁；在葉輪支撐架(17)的圓柱外壁纏繞有發電線圈(20)，葉輪支撐架(17)的圓柱端部開設有螺紋孔，葉輪軸承(19)套在葉輪支撐架(17)的圓柱外，用螺栓固定；一個葉輪支撐架(17)上安裝一個葉輪(4)，葉輪支撐架(17)內部設有一條輸電線通道；上部兩個葉輪(4)的輸電線(21)通過葉輪支撐架(17)內部輸電線通道，穿過套管(3)并沿著套管(3)內壁延伸到套管(3)與海水淡化分離盤(5)的交界處，再穿過套管(3)進入海水淡化分離盤(5)內部與陽極電極片(7)連接；下部兩個葉輪(4)的輸電線(21)通過葉輪支撐架(17)內部輸電線通道，穿過套管(3)并沿著套管(3)內壁延伸到套管(3)與海水淡化分離盤(5)的交界處，再穿過套管(3)進入海水淡化分離盤(5)內部與陰極電極片(8)連接；輸水立管(1)的上端設母螺紋、下端設公螺紋，輸水立管(1)中部周向等間距布置有四列淡化水導流孔，每列設7個淡化水導流孔(6)；在輸水立管(1)軸向上間隔一根套管(3)高度的距離布置兩個密封軸承(2)，密封軸承(2)為內嵌圓柱滾子的內外圈結構，密封軸承(2)的外圈一端面連接有圓環形限位板，密封軸承(2)的內徑與輸水立管(1)外徑相等，密封軸承(2)的外徑與套管(3)內徑相同；其特征在于：所述的套管(3)卡裝在兩個密封軸承(2)之間，并由圓環形限位板限位；兩個密封軸承(2)將輸水立管(1)與套管(3)之間圍成一個隔絕外界海水的密閉空間；所述的海水淡化分離盤(5)是一個高度與套管(3)高度相同、寬度小于套管(3)直徑、中部被挖空的殼體結構；海水淡化分離盤(5)與套管(3)焊接在一起，在海水淡化分離盤(5)與套管(3)銜接處的套管(3)壁中部開設淡化水引流孔，使海水淡化分離盤(5)淡化后的海水通過淡化水引流孔流入到套管(3)與輸水立管(1)之間的環形空間；在靠近套管(3)一端的海水淡化分離盤(5)內側壁上安裝有陰極電極片(8)，遠離套管(3)一端的海水淡化分離盤(5)內側壁上安裝有陽極電極片(7)；在陰極電極片(8)和陽極電極片(7)之間的海水淡化分離盤(5)中部交替布置有平行的三個陰離子分離膜(9)和四個陽離子分離膜(10)，陰極電極片(8)、四個陽離子分離膜(10)、三個陰離子分離膜(9)和陽極電極片(7)將海水淡化分離盤(5)內部空間分割成交替的濃縮水流動槽道(15)和淡化水流動槽道(16)；海水淡化分離盤(5)底部靠近輸水立管(1)一側開有海水進口(11)，海水進口(11)與濃縮水流動槽道(15)和淡化水流動槽道(16)連通；海水淡化分離盤(5)的上部分為內、外兩層，內層設淡化水流動通道(14)，連通淡化水流動槽道(16)與套管壁開設的淡化水引流孔；外層設濃縮水流動通道(13)，與濃縮水流動槽道(15)連通；海水淡化分離盤(5)遠離輸水立管(1)一側頂端設有濃縮水出口(12)，連通濃縮水流動通道(13)；海水淡化分離盤(5)上部內、外兩層的淡化水流動通道(14)和濃縮水流動通道(13)相互獨立，互不干擾。

2.一種利用洋流自主發電淡化海水的方法，采用權利要求1所述的利用洋流自主發電淡化海水的裝置，當洋流流經套管(3)并與海水淡化分離盤(5)存在攻角時，海水沖擊在海水淡化分離盤(5)上產生扭矩，推動整個套管(3)繞輸水立管(1)旋轉，直至海水淡化分離盤(5)位于輸水立管(1)的背流側，且海水淡化分離盤(5)所在平面與來流方向平行，使葉輪(4)所在平面與來流方向垂直，確保葉輪(4)始終高效運轉；葉輪(4)在洋流的沖擊下旋轉發電，產生的電流由輸電線(21)輸送至陰極電極片(8)和陽極電極片(7)；其特征在于：所述的陰極電極片(8)和陽極電極片(7)通電后，海水中的Na⁺穿過陽離子分離膜(10)向陰極電極片(8)靠近，海水中的Cl^-穿過陰離子分離膜(9)向陽極電極片(7)靠近，Cl^-和Na⁺匯集后形成濃縮水，通過濃縮水流動槽道(15)排出，流失掉Cl^-和Na⁺的海水成為淡化水通過淡化水流動槽道(16)收集并外輸，再依次通過淡化水流動通道(14)、淡化水引流孔和淡化水導流孔(6)，匯集在輸水立管(1)中外輸；洋流繞過套管(3)時在套管(3)的背流側形成低壓區，位于套管(3)后的海水進口(11)在局部低壓的作用下源源不斷地將海水吸入，節省了海水抽吸的能耗；此外，旋轉的葉輪(4)干擾了套管(3)繞流邊界層的發展，致使尾流區的旋渦變得紊亂，無法形成穩定的結構化旋渦；同時，海水淡化分離盤(5)將尾流區分割成兩個區域，致使套管(3)兩側形成的卷吸層無法相互作用，限制了旋渦發展的空間，有效抑制了套管(3)的渦激振動，延長了整個裝置的使用壽命。