专利名称：海洋能聚能方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种海洋能聚能方法及装置。
背景技术：
面对日益严重的能源紧缺以及日趋严重的环境污染，人们对于开发可再生、洁净 能源技术越来越关注，而海洋能给我们人类提供巨大的能源来源。为了保证人类所需的能 源得到稳定而持久的供应，世界各国均在努力使能源结构从单一的常规能源向多种新能源 过渡。广阔的海洋占了地球表面积的70%，集中了 97%的水量，蕴藏着大量的能源，其中 包括波浪能、潮汐能、温差能、盐差能等。(1)波浪能是指海洋表面波浪所具有的动能和势 能.波浪的能量与波高的平方、波浪的运动周期以及迎波面的宽度成正比，实际上波浪功 率的大小还与风速、风向、连续吹风的时间、流速等诸多因素有关，故波浪能是海洋能源中 能量最不稳定的一种能源。(2)目前潮汐能的应用技术比较成熟，因为其研究已有很多年 历史，英国、法国、加拿大和俄罗斯不少电站开发规划和设计论证已长达几十年，最长的已 有七八十年。20世纪60年代第一个商业性电站在法国建成，70年代潮汐发电技术开始进 入以大规模商业性生产为目的、以降低造价为目标的科研论证阶段，潮汐发电技术在海洋 能开发技术中走在最前列。(3)海水温差能是指涵养表层海水和深层海水之间水温差的热 能，是海洋能的一种重要形式。低纬度的海面水温较高，与深层冷水存在温度差，而储存着 温差热能，其能量与温差的大小和水量成正比。温差能利用的最大困难是温差大小，能量密 度低，其效率仅有3%左右，而且换热面积大，建设费用高，目前各国仍在积极探索中。(4) 盐差能是指海水和淡水之间或两种含盐浓度不同的海水之间的化学电位差能，是以化学能 形态出现的海洋能。主要存在与河海交接处。同时，淡水丰富地区的盐湖和地下盐矿也可 以利用盐差能。盐差能是海洋能中能量密度最大的一种可再生能源。但总体上，对盐差能 这种新能源的研究还处于实验室实验水平，离示范应用还有较长的距离。目前海洋能利用 情况来看，虽然海洋能的能量非常大，但是能被人们所利用的却非常少，人们所设计的海洋 能能量转换装置种类非常多，但是能真正有效的装置还没有，原因就在于海洋能的能流密 度比较小，且海洋能具有不稳定的特性。典型的对海洋能进行聚能的方法有波浪能或潮汐 能利用渐缩通道将海水送到一定高度形成势差的方法。但是利用这种方法来提升海水的高 度是有限的，因此仅依靠提升高度的海水势差来聚能方法还远远不够。分析当前的海洋能 开发利用现状不难看出，要想使能流密度比较小的海洋能大幅度提高能量密度，设计一种 有效的聚能装置对开发利用海洋能至关重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种海洋能聚能方法及装置，利用海洋能形成的高位水与地 面间的水位差，通过聚能装置产生高压水，用于反渗透海水淡化或发电等。本发明是在海边修筑一高位蓄水池，且高位蓄水池高出海平面一定高度。利用海 洋潮汐差或波浪能通过收缩通道，将大海的海水引入高位蓄水池。本海洋能聚能装置固定安装在地面，装置包括海水进水和出水系统、待升压海水输送系统、聚能设备、海水排放系 统等。通过装置的海水进水系统，将高位蓄水池内的海水引进装置，并驱动聚能设备，聚能 设备制造高压海水，高压海水可用于海水淡化或发电。排水系统主要用于排出聚能设备内 和其他设备内的海水以保证装置的连续运行。所述的装置包括海水进口和出口系统、待升压海水输送系统、聚能设备、海水排水系统，通过装置的海水进水系统，将高位蓄水池内的海水引进装置，并驱动聚能设备，聚能 设备制造高压海水，高压海水可用于海水淡化或发电。排水系统主要用于排出聚能设备内 和其他设备内的海水以保证装置的连续运行。所述的海水进水和出水系统中高位蓄水池[41]的海水都是通过海水进口 [1]进 入装置内，装置内的作业海水都是通过海水排出口 [33]排到海里。所述的安装于地面的装置的待升压海水输送系统由海水进水口、阀门、海水过滤 器、海水储存罐、活塞缸组成，海水进水口通过管道与阀门、海水过滤器、左侧阀门、海水储 存罐、阀门、活塞缸、阀门及高压海水储存罐依次连接；海水进水口通过管道与阀门、海水过 滤器、右侧阀门、海水储存罐、阀门、活塞缸、阀门及高压海水储存罐依次连接。所述的装置开始运行之前，利用高位蓄水池的静压差，将海水引入装置内，并通过 进一步过滤，最后送入活塞缸和高压海水储存罐内；在装置开始运行之后，保证一活塞缸和 另一活塞缸在升压过程前是充满海水的。所述的安装于地面的装置的聚能设备主要由阀门、活塞缸、活塞、连杆组成，用于 升压的大活塞和小活塞由连杆同轴刚性串联起来，大活塞在两端面都是封闭的活塞缸内往 返运动，并将大活塞缸分别分为B腔、C腔、D腔、E腔、F腔、G腔，小活塞在一端开口的活塞 缸内做相应的同轴往返运动。将高位蓄水池的海水经过阀门、海水过滤器、阀门分别引入大 活塞缸C腔、E腔、G腔，此时关闭相应阀门，由于水位差造成的一个很大的压强作用于大活 塞，通过力学作用传给小活塞，使小活塞缸内的海水达到更大的压强，制得高压海水；与之 对应，用于升压的大活塞和小活塞由连杆同轴刚性串联起来，大活塞在两端面都是封闭的 活塞缸内往返运动，并将大活塞缸分别分为B腔、C腔、D腔、E腔、F腔、G腔，，小活塞在一端 开口的活塞缸内做相应的同轴往返运动。将高位蓄水池的海水经过阀门、海水过滤器、阀门 分别引入大活塞缸分别分为B腔、D腔、F腔，此时关闭相应阀门，由于水位差造成的一个很 大的压强作用于大活塞，通过力学作用传给小活塞，使小活塞缸内的海水达到更大的压强， 制得高压海水。所述的安装于地面的装置的聚能设备可根据工况的要求，通过增加或减少串联同 轴活塞缸的数量来调整高压海水压强。所述的安装于地面的装置的排水设备主要由活塞、活塞缸的对应空腔、阀门及连 通管道组成，用于排出作业海水的活塞是由连杆同轴刚性的串联起来的，大活塞在两端面 都是封闭的活塞缸内往返运动，并将大活塞缸分为分别分为B腔、C腔、D腔、E腔、F腔、G 腔。高位蓄水池的海水经过阀门、海水过滤器、阀门分别引入大活塞缸C腔、E腔、G腔之前， 关闭所有活塞缸的进水阀门及C腔、E腔、G腔的排水阀门，打开B腔、D腔、F腔的排水阀门， 使B腔、D腔、F腔内的作业海水通过阀门和有一定坡度的管道，在重力作用下排到海里；与 之对应，高位蓄水池的海水经过阀门、海水过滤器、阀门分别引入大活塞缸B腔、D腔、F腔之 前，关闭所有活塞缸的进水阀门及B腔、D腔、F腔的排水阀门，打开C腔、E腔、G腔的排水阀门，使C腔、E腔、G腔内的作业海水通过阀门和有一定坡度的管道，在重力作用下排到海
里。本发明采用的聚能设备制造高压海水，既不需要高压泵，也不需要形成很高的水 位差，只需利用海洋能提供一个高出海面的水位差作为装置的动力能源，且作业的海水和 剩余浓海水不需要任何附加动力，自然排出。另外，聚能设备和排水设备是一体的，可以相 互转化，且可根据工况的要求增加或减少串联同轴活塞缸的个数，来调整海水压强。聚能设 备采用对称设计，故只需对阀门进行开关控制，装置就能连续运行。
图1是本发明装置结构示意图；图2是本发明装置结构俯视图。
具体实施例方式本发明涉及的海洋能聚能方法是如下实现的在海岸边修筑一高位蓄水池，且高位蓄水池高出海平面一定高度。利用海洋能，将 大海的海水通过海水上升通道引入高位蓄水池。海洋能聚能装置固定安装在地面，装置通 过海水进水系统与高位蓄水池相连。装置内有聚能设备对海水进行升压，且升压大小可调。 聚能设备利用帕斯卡原理以及改变面积后力平衡原理，将海水压强按照要求进行放大并产 生高压海水。装置还包括排水系统，其主要作用是将聚能装置内的海水通过排水系统排到 海里，保证装置连续运行。以下结合反渗透海水淡化作为实例说明聚能装置的作用及具体的实现方式如图1所示，高位蓄水池41高出地面48—定高度，如5米左右。利用海洋能，如 潮汐能和波浪能，将大海47中的海水通过海水上升通道40引入高位蓄水池41。本发明装 置固定安装于地面48，当该系统正常运行之后，装置从高位蓄水池41通过海水进口 1引进 海水，引进的海水一部分用于制造淡水，一部分用于驱动聚能设备。海水淡化剩下的浓海水 和装置内的作业海水分别通过浓海水排放口 34和海水出口 33排放到海里。如图2所示，装置在第一次运行之前装置内是没有海水的，所有阀门处于关闭状 态。当装置要运行时，首先打开阀门2、阀门37和阀门32，打开阀门2是为了让蓄水池内的 海水(大约5米水柱的静压)由海水进口 1进入海水过滤器3内；打开阀门37是为了让系 统运行之后产生的淡水立即排出；打开阀门32是为了让淡化后的浓海水顺利排出。阀门2 和阀门37在装置的运行过程中保持常开状态，阀门2是进水总阀，设置进水总阀主要是为 了装置维修时用。之后，打开阀门4和阀门6，让海水过滤器3内的海水进入海水储存罐5和海水储 存罐7中；这时活塞缸42内没有海水，打开阀门10，让海水储存罐5内的海水进入并充满 活塞缸42，打开阀门9和阀门31，使得海水充满高压海水储存罐8，当海水充满海水储存罐 5和高压海水储存罐8时，关闭阀门10，这样一来准备工作完成。打开阀门14、阀门17、阀门20、阀门25、阀门27、阀门29，使得具有一定静压的海 水(大约5米水柱的静压)由海水进口 1经过滤器3进入活塞缸43的C腔、活塞缸44的E 腔和活塞缸45的G腔，这时阀门12、阀门15、阀门18、阀门26、阀门28、阀门30是关闭的。当海水进入活塞缸43的C腔、活塞缸44的E腔和活塞缸45的G腔时，海水开始推动活塞 13、活塞16、活塞19向左运动。活塞13、活塞16、活塞19和活塞21通过连杆39串联在一 起(若需要可曾加串联与活塞缸44相同的活塞缸)，推动活塞11开始压缩活塞缸42内的 海水，由于活塞13、活塞16、活塞19的面积相同，且是活塞11面积的21倍左右，所以活塞 缸42内的海水压强可以达到活塞缸43的C腔内的海水压强的3X21倍左右(若串联活塞 缸为η个，则活塞缸42内的海水压强可以达到活塞缸43的C腔内的海水压强的ηΧ21倍 左右)。当活塞缸42内的海水压强达到海水淡化所需要的水压时，由于阀门9和阀门31都 是开通的，高压海水储存罐8内的海水压强也达到活塞缸42内的海水压强，高压海水进入 反渗透海水淡化装置36，淡化后的浓海水由浓海水排放口 34排出，淡水由淡水出口 38输送 到淡水储存装置。
在活塞13、活塞16、活塞19、活塞21和连杆39 —起向左运动的同时，打开阀门22 和阀门23，使得具有一定静压的海水(大约5米水柱的静压)由海水进口 1经过滤器3、海 水储存罐7进入活塞缸46和高压海水储存罐24，并使海水充满活塞缸46和高压海水储存 罐24。活塞11到达活塞缸42最右端时，同时关闭阀门9、阀门14、阀门17、阀门20、阀门 25、阀门27、阀门29、阀门22，之后同时打开阀门26、阀门28、阀门30，使得活塞缸43的C 腔、活塞缸44的E腔和活塞缸45的G腔内的海水由海水出口 33完全排到海里，之后打开 阀门10、阀门12、阀门15、阀门18，使得具有一定静压的海水(大约5米水柱的静压)由海 水进口 1经过滤器3进入活塞缸42、活塞缸43的B腔、活塞缸44的D腔和活塞缸45的F 腔，海水开始推动活塞13、活塞16、活塞19向右运动。活塞13、活塞16、活塞19和活塞11 通过连杆39串联在一起(若需要可曾加串联与活塞缸44相同的活塞缸)，推动活塞21开 始压缩活塞缸46内的海水，由于活塞13、活塞16、活塞19的面积相同，且是活塞21面积的 21倍左右，所以活塞缸46内的海水压强可以达到活塞缸43的B腔内的海水压强的3X21 倍左右(若串联活塞缸为η个，则活塞缸46内的海水压强可以达到活塞缸43的B腔内的海 水压强的ηΧ21倍左右)。当活塞缸46内的海水压强达到海水淡化所需要的水压时，由于 阀门23和阀门35都是开通的，高压海水储存罐24内的海水压强也达到活塞缸46内的海 水压强，高压海水进入反渗透海水淡化装置36，淡化后的浓海水由浓海水排放口 34排出， 淡水由淡水出口 38输送到淡水储存装置。活塞21到达活塞缸46最右端时，关闭阀门23、阀门10、阀门12、阀门15、阀门18、 阀门26、阀门28、阀门30、阀门35，之后同时打开阀门25、阀门27、阀门29，使得活塞缸43 的B腔、活塞缸44的D腔和活塞缸45的F腔内的海水就由海水出口 33完全排到海里，之 后打开阀门9、阀门14、阀门17、阀门20使得具有一定静压的海水(大约5米水柱的静压) 由海水进口 1经过滤器3进入活塞缸46、活塞缸43的C腔、活塞缸44的E腔和活塞缸45 的G腔，推动活塞13、活塞16、活塞19向左运动。到此为止，本装置一个完整的循环过程结 束。只要重复以上的循环就能连续不断的产出淡水。
权利要求
一种海洋能聚能方法及装置，其特征是装置包括海水进水系统、待升压海水输送系统、聚能设备、海水排水系统，通过装置的海水进水系统，将高位蓄水池内[41]的海水引进固定安装在地面[48]的海洋能聚能装置，并驱动聚能设备，聚能设备制造高压海水，高压海水可用于海水淡化或发电，排水系统主要用于排出聚能设备内和其他设备内的海水以保证装置的连续运行。
2.据权利要求1所述的海洋能聚能方法及装置，其特征是海水进水和海水出水系统 中，高位蓄水池中的海水都是通过海水进口 [1]进入到聚能装置内，聚能装置内作业的海 水都是通过海水出口 [33]排到海里。
3.据权利要求1和2所述的海洋能聚能方法及装置，其特征是安装于地面[48]的聚 能装置的待升压海水输送系统由海水进口 [1]、阀门[2]、海水过滤器[3]、阀门[4]、海水储 存罐[5]、阀门[10]、活塞缸[42]、阀门[9]、阀门[6]、海水储存罐[7]、阀门[22]、活塞缸 [46]以及阀门[23]组成，海水进口 [1]通过管道与阀门[2]、海水过滤器[3]、阀门[4]、海 水储存罐[5]、阀门[10]、活塞缸[42]、阀门[9]及高压海水储存罐[8]依次连接；海水进 口 [1]通过管道与阀门[2]、海水过滤器[3]、阀门[6]、海水储存罐[7]、阀门[22]、活塞缸 [46]、阀门[23]及高压海水储存罐[8]依次连接。
4.据权利要求1所述的海洋能聚能方法及装置，其特征是聚能装置开始运行之前，利 用高位蓄水池[41]与地面[48]的静压差将海水引进装置内，经过滤器[3]，送入活塞缸[42]、活塞缸[46]和高压海水储存罐[8]、高压海水储存罐[24]内；在装置开始运行之后， 保证活塞缸[42]和活塞缸[46]在升压过程前世充满水的。
5.据权利要求1和2所述的海洋能聚能方法及装置，其特征是安装于地面[48]的装 置的聚能设备主要由阀门[9]、阀门[12]、阀门[14]、阀门[15]、阀门[17]、阀门[18]、阀门 [20]、阀门[25]、阀门[26]、阀门[27]、阀门[28]、阀门[29]、阀门[30]、阀门[23]、活塞缸[43]、活塞缸[44]、活塞缸[45]、活塞[11]、活塞[13]、活塞[16]、活塞[19]、活塞[21]、连 杆[39]组成，用于升压的活塞[13]、活塞[16]、活塞[19]和活塞[11]、活塞[21]都是由 连杆[39]刚性的连接在起来，活塞[13]、活塞[16]、活塞[19]分别在两端都封闭的活塞缸 [43]、活塞缸[44]、活塞缸[45]内往返运动，并将活塞缸[43]、活塞缸[44]、活塞缸[45]分 别分为B腔、C腔、D腔、E腔、F腔、G腔，活塞[11]、活塞[21]分别在一端开口的活塞缸[42] 和活塞缸[46]内做相应的同轴往返运动。将高位蓄水池[41]的海水通过海水进口 [1]经 阀门[2]、海水过滤器[3]、阀门[14]、阀门[17]和阀门[20]分别引入C腔、E腔、G腔，此 时关闭阀门[26]、阀门[28]、阀门[30]、阀门[12]、阀门[15]、阀门[18]，打开阀门[25]、阀 门[27]、阀门[29]，由于水位差造成一个较大的压强同时作用于活塞[13]、活塞[16]、活塞 [19]，使其往活塞[11]侧运动。由于活塞[13]、活塞[16]、活塞[19]是同轴串联在一起的， 故作用于它们上面的力叠加起来，通过连杆[39]传递给活塞[11]，使活塞缸[42]内的海水 达到更高的压强，制得高压海水；与之对应，首先打开阀门[26]、阀门[28]、阀门[30]，将C 腔、E腔、G腔内的作业海水完全排出，之后将高位蓄水池[41]的海水通过海水进口 [1]经 阀门[2]、海水过滤器[3]、阀门[12]、阀门[15]和阀门[18]分别引入B腔、D腔、F腔，此 时关闭阀门[25]、阀门[27]、阀门[29]、阀门[14]、阀门[17]、阀门[20]，由于水位差造成 一个较大的压强同时作用于活塞[13]、活塞[16]、活塞[19]，使其往活塞[21]侧运动。由 于活塞[13]、活塞[16]、活塞[19]是同轴串联在一起的，故作用于它们上面的力叠加起来，通过连杆[39]传递给活塞[21]，使活塞缸[46]内的海水达到更高的压强，制得高压海水。
6.据权利要求1和2所述的海洋能聚能方法及装置，其特征是安装于地面[48]的聚能 装置的排水设备主要由阀门[25]、阀门[26]、阀门[27]、阀门[28]、阀门[29]、阀门[30]、 活塞缸[43]、活塞缸[44]、活塞缸[45]、连杆[39]、海水出口 [33]及连通管道组成。当活塞 [11]到达最左端时，关闭阀门[25]、阀门[27]、阀门[29]、阀门[14]、阀门[17]、阀门[20]， 打开阀门[26]、阀门[28]、阀门[30]，使得C腔、E腔、G腔内的海水分别通过阀门[26]、阀 门[28]、阀门[30]和有一定坡度的管道，在重力作用下排到海里。与之对应，当活塞[21] 到达最右端时，关闭阀门[26]、阀门[28]、阀门[30]、阀门[12]、阀门[15]、阀门[18]，打开 [25]、阀门[27]、阀门[29]，使得B腔、D腔、F腔内的作业海水分别通过阀门[25]、阀门27、 阀门29和有一定坡度的管道，在重力作用下排到海里。
7.据权利要求1和2所述的海洋能聚能方法及装置，其特征是安装于地面[48]的装 置的聚能设备活塞缸[43]、活塞缸[44]、活塞缸[45]、活塞[11]、活塞[13]、活塞[16]、活 塞[19]、活塞[21]是通过连杆[39]串联在一起的，且聚能系统与排水系统是一体的，若工 况改变，可以通过增加或减少串联与活塞缸[44]相同的活塞缸及配套的活塞数量来增加 或减小海水的压强。
全文摘要
一种海洋能聚能方法及装置，在海边修筑一高位蓄水池，且高位蓄水池高出海平面一定高度。利用潮汐差或波浪能通过收缩通道，将大海的海水通过海水上升通道引入高位蓄水池。聚能装置安装在地面，装置通过海水进水系统与高位蓄水池相连。装置包括海水进水和出水系统、待升压海水输送系统、升压设备等。通过聚能装置的海水进水系统，将海水引进装置内，并驱动聚能设备制造高压海水，高压海水可用于海水淡化或者发电。聚能设备和排水设备为一体，可根据工况要求调整同轴串联的聚能设备。装置的排水系统，主要作用是将聚能装置内的作业海水排到海里，保证装置连续运行。
文档编号F03B13/12GK101832216SQ201010152788
公开日2010年9月15日 申请日期2010年4月15日 优先权日2010年4月15日
发明者凌长明, 徐青, 李军, 邓朝晖, 郑章靖, 阮小龙 申请人:广东海洋大学