[發(fā)明專利]一種斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)供電的全方位超聲除藻裝置及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010020375.X
• 申請(qǐng)日: 2020-01-09
• 公開（公告）號(hào): CN111056590A
• 公開（公告）日: 2020-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王健安;王亮;金家楣;楊淋;趙淳生
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): C02F1/36
• 分類號(hào): C02F1/36;H02K7/18;H02J7/32;F24S20/20
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 韓天宇

1.一種斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)供電的全方位超聲除藻裝置，其特征在于，包括斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)、電磁發(fā)電機(jī)、儲(chǔ)能模塊、驅(qū)動(dòng)控制模塊、承載裝置、超聲探頭模塊和采集傳感模塊；

所述承載裝置包括浮箱和N個(gè)連接桿，N為大于等于2的自然數(shù)；所述浮箱漂浮在水體表面，用于提供浮力，浮箱上設(shè)有限位通孔；所述連接桿均一端和所述浮箱的下表面固連、另一端沒入水下；

所述斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)采用雙缸雙活塞式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，通過所述限位通孔固定在所述浮箱上；斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的熱端氣缸位于水面上方，其外表面設(shè)有若干用于吸收太陽能并將其轉(zhuǎn)化為熱能傳遞給熱端氣缸內(nèi)惰性氣體的太陽能集熱平板；斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的冷端氣缸浸沒在水體中，依靠水體溫度對(duì)冷端氣缸中的惰性氣體進(jìn)行降溫；

所述電磁發(fā)電機(jī)、儲(chǔ)能模塊、驅(qū)動(dòng)控制模塊均固定在所述浮箱上表面；所述電磁發(fā)電機(jī)的輸入軸和所述斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸同軸固連，用于在斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下進(jìn)行發(fā)電并將電能存儲(chǔ)至所述儲(chǔ)能模塊；

所述儲(chǔ)能模塊用于供電；

所述超聲探頭模塊包含N-1個(gè)超聲探頭單元；所述N-1個(gè)超聲探頭單元、采集傳感模塊一一對(duì)應(yīng)設(shè)置在所述N個(gè)連接桿上；

所述采集傳感模塊包含氨氮傳感器、溶解氧傳感器、葉綠素a傳感器、藻青蛋白傳感器和PH傳感器，分別用于檢測(cè)水體中的氨氮含量、溶解氧量、葉綠素-a、藻青蛋白含量、PH值并將其傳遞給所述驅(qū)動(dòng)控制模塊；

所述超聲探頭單元包括雙頭螺栓、第一預(yù)緊螺母、第一預(yù)緊螺母、八片壓電陶瓷片、第一配重塊、第二配重塊、第一法蘭盤和第二法蘭盤；

所述八片壓電陶瓷片、第一配重塊、第二配重塊均呈中間設(shè)有供所述雙頭螺栓穿過的圓環(huán)狀；所述第一法蘭盤、第二法蘭盤上設(shè)有供所述雙頭螺栓穿過的通孔；

所述第一預(yù)緊螺母、第一預(yù)緊螺母分別和所述雙頭螺栓的兩端螺紋相連，將第一法蘭盤、第一配重塊、八片壓電陶瓷片、第二配重塊、第二法蘭盤依次層疊后固定在所述雙頭螺栓上；

所述第一法蘭盤、第二法蘭盤均和超聲探頭單元對(duì)應(yīng)的連接桿固連；

所述壓電陶瓷片為兩分區(qū)的彎振陶瓷片，沿著厚度方向極化且兩個(gè)分區(qū)的極化方向相反；

所述八片壓電陶瓷片自上而下兩個(gè)一組形成四組壓電陶瓷片，相鄰兩組壓電陶瓷片分區(qū)分界線在空間上正交分布，同一組中的兩片壓電陶瓷片分區(qū)分界線在空間上平行分布且極化方向相反；

所述驅(qū)動(dòng)控制模塊分別和所述儲(chǔ)能模塊、采集傳感模塊、以及各個(gè)超聲探頭單元電氣相連，用于根據(jù)采集傳感模塊的感應(yīng)數(shù)據(jù)控制各個(gè)超聲探頭單元工作。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)供電的全方位超聲除藻裝置，其特征在于，所述斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)熱端氣缸的外表面設(shè)有4個(gè)太陽能集熱平板。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)供電的全方位超聲除藻裝置，其特征在于，所述壓電陶瓷片的表面設(shè)有防水膠進(jìn)行絕緣處理。

4.基于權(quán)利要求1所述的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)供電的全方位超聲除藻裝置的除藻方法，其特征在于，包含以下步驟：

步驟1），各個(gè)太陽能集熱平板聚集吸收太陽能轉(zhuǎn)化為熱能到所述斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的熱端氣缸，和浸沒在水體中的冷端氣缸形成溫度差，使得惰性氣體在所述熱端氣缸和冷端氣缸之間膨脹收縮進(jìn)而帶動(dòng)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)；

步驟2），斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸帶動(dòng)電磁發(fā)電機(jī)發(fā)電，并將電能存儲(chǔ)到所述儲(chǔ)能模塊，對(duì)所述驅(qū)動(dòng)控制模塊、超聲探頭模塊、采集傳感模塊進(jìn)行全天候供電；

步驟3），采集傳感模塊實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水中氨氮含量、溶解氧量、葉綠素-a、藻青蛋白含量、PH值并將其傳遞給所述驅(qū)動(dòng)控制模塊；

所述驅(qū)動(dòng)控制模塊根據(jù)采集傳感模塊的感應(yīng)數(shù)據(jù)控制各個(gè)超聲探頭單元發(fā)出超聲輻射場(chǎng)抑制藻類的生長(zhǎng)。

5.基于權(quán)利要求1所述的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)供電的全方位超聲除藻裝置的超聲探頭單元控制方法，其特征在于，包含以下步驟：

令超聲探頭單元中的四組壓電陶瓷片從上到下分別為第一組至第四組壓電陶瓷片，對(duì)第一組壓電陶瓷片和第三組壓電陶瓷片施加其頻率為超聲探頭單元2n+1階彎曲共振頻率的第一交變電壓，n=0,1,2,3……，使得超聲探頭單元產(chǎn)生左右彎曲振動(dòng)，同時(shí)對(duì)第二組壓電陶瓷片和第四組壓電陶瓷片施加和所述第一交變電壓同頻、同幅且相位差為90°的第二交變電壓，使得超聲探頭單元產(chǎn)生前后彎曲振動(dòng)；這兩個(gè)相互垂直的彎曲共振模態(tài)使得超聲探頭就呈現(xiàn)2n+1階旋轉(zhuǎn)彎曲共振模態(tài)，從而在水面上形成超聲輻射場(chǎng)抑制藻類的生長(zhǎng)。