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

在審

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• 申請日: 2020-01-09
• 公開（公告）號: 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（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: C02F1/36
• 分類號: 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

本發(fā)明公開了一種斯特林發(fā)動機(jī)供電的全方位超聲除藻裝置及方法，全方位超聲除藻裝置包括斯特林發(fā)動機(jī)、電磁發(fā)電機(jī)、儲能模塊、驅(qū)動控制模塊、承載裝置、超聲探頭模塊和采集傳感模塊；承載裝置由浮箱和N個連接桿，浮箱上設(shè)有限位通孔；斯特林發(fā)動機(jī)固定在浮箱的限位通孔中，其熱端氣缸位于水面上方、外表面設(shè)有若干太陽能集熱平板，冷端氣缸浸沒在水體中；超聲探頭單元包含一個雙頭螺栓、兩個預(yù)緊螺母、八片壓電陶瓷片、兩個配重塊和兩個法蘭盤。工作時，基于相控陣原理進(jìn)行全方位超聲除藻功能。本發(fā)明裝置基于太陽輻射熱能和水體冷卻產(chǎn)生的溫度差發(fā)電，具有環(huán)保綠色、工作效率高、無污染、輻射面積廣、效果好等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及生態(tài)除藻技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種斯特林發(fā)動機(jī)供電的全方位超聲除藻裝置及方法。

背景技術(shù)

隨著工業(yè)的快速發(fā)展，藍(lán)藻水華現(xiàn)象已成為了國內(nèi)外湖泊、河流等所面臨的共性水質(zhì)問題，藍(lán)藻水華的爆發(fā)使得水中的溶解氧含量降低，造成水質(zhì)惡化，從而引起魚類以及其它水生生物死亡，進(jìn)而造成一系列生態(tài)問題。急需一種高效、清潔的可持續(xù)性除藻方案。超聲技術(shù)抑制藻類生長、凈化水質(zhì)已被國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)和相關(guān)單位通過實(shí)驗(yàn)所驗(yàn)證。該技術(shù)操作手段自動化、無需引入化學(xué)藥物、反應(yīng)過程溫和、速度快、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)使得其在水質(zhì)保護(hù)領(lǐng)域有著廣闊的背景。以荷蘭、美國為首的發(fā)達(dá)國家已經(jīng)出現(xiàn)了商業(yè)化公司實(shí)現(xiàn)了超聲除藻的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。對于大面積的湖泊或者水庫，要抑制全水面的藍(lán)藻生長，需要設(shè)置多個超聲發(fā)生裝置。因此，若能實(shí)現(xiàn)自供電的超聲發(fā)生裝置對于長期抑制水體中的藍(lán)藻具有重要的意義。荷蘭LG Sonic公司的MPC-Buoy除藻儀可覆蓋直徑500米范圍的基于太陽能供電的超聲除藻裝置，包含三個超聲探頭實(shí)現(xiàn)水域中的聲場輻射，每個換能器要承擔(dān)120°的超聲輻射任務(wù)，對于此類傳統(tǒng)超聲探頭必然存在一定的死角無法全方位輻射聲波進(jìn)行除藻作業(yè)。再加之超聲波在水中傳播的非線性以及衰減特性，理論上的水域中的超聲波輻射角度隨著水體范圍的擴(kuò)大衰減嚴(yán)重。

為了在自供電的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)全水域超聲輻射，本發(fā)明提出了利用水面上下溫差驅(qū)動斯特林發(fā)動機(jī)發(fā)電儲電的方案來對超聲除藻系統(tǒng)進(jìn)行供電，實(shí)現(xiàn)全方位的高效超聲除藻，規(guī)避了除藻作業(yè)中由于存在輻射死角而引起的除藻不徹底以及夜間斷電情況的發(fā)生而影響超聲除藻效果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對背景技術(shù)中所涉及到的缺陷，提供一種斯特林發(fā)動機(jī)供電的全方位超聲除藻裝置及方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)超聲除藻裝置輻射方向單一，輻射范圍存在死角的問題，本發(fā)明基于多階旋轉(zhuǎn)彎曲共振模態(tài)并結(jié)合相控陣原理提出了一種變頻的全方位斯特林發(fā)動機(jī)供電方案來對超聲探頭進(jìn)行供電，實(shí)現(xiàn)全天候、全方位的高效超聲除藻。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案

一種斯特林發(fā)動機(jī)供電的全方位超聲除藻裝置，包括斯特林發(fā)動機(jī)、電磁發(fā)電機(jī)、儲能模塊、驅(qū)動控制模塊、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)動機(jī)采用雙缸雙活塞式斯特林發(fā)動機(jī)，通過所述限位通孔固定在所述浮箱上；斯特林發(fā)動機(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)動機(jī)的冷端氣缸浸沒在水體中，依靠水體溫度對冷端氣缸中的惰性氣體進(jìn)行降溫；

所述電磁發(fā)電機(jī)、儲能模塊、驅(qū)動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)動機(jī)的輸出軸同軸固連，用于在斯特林發(fā)動機(jī)的帶動下進(jìn)行發(fā)電并將電能存儲至所述儲能模塊；

所述儲能模塊用于供電；

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