一种差热式海底营养盐提升装置及方法

摘要

本发明涉及一种差热式海底营养盐提升装置及方法。本发明中的装置包括集热装置、波能转换装置、工质输送装置、深海给热装置及定位装置，波能转换装置固定在集热装置下部，工质输送装置连通并固定在波能转换装置上，深海给热装置与工质输送装置连通。随着波浪的起伏，通过波能转换装置中保温缸筒内活塞的上下往复运动连续将从深海给热装置出来的低温工质水输送回顶部的集热装置内；同时迫使集热装置内被太阳能所加热的高温工质水通过保温软管输送到深海给热装置里，从而实现连续循环工作。本发明热能来自太阳能，机械能来自波浪能，有效节约了能源，并且绿色环保。

权利要求

1.一种差热式海底营养盐提升装置，包括集热装置、波能转换装置、工质输送装置、深海给热装置及定位装置，波能转换装置固定在集热装置下部，工质输送装置连通并固定在波能转换装置上，深海给热装置与工质输送装置连通，其特征在于：所述集热装置包括聚光玻璃罩、内衬陶瓷罩、隔热底盘、浮子；其中聚光玻璃罩和内衬陶瓷罩之间为空气隔热层，内衬陶瓷罩与隔热底盘之间充有水，隔热底盘中央开有孔与波能转换装置固定，隔热底盘两侧开有孔与工质输送装置连通，所述浮子是中空环形结构；聚光玻璃罩、内衬陶瓷罩、隔热底盘、浮子通过螺栓连接；所述聚光玻璃罩外表面镀有增透膜，内衬陶瓷罩外表面覆盖有太阳能吸收涂层，隔热底盘上下表面均涂有隔热保温涂层；

所述波能转换装置包括双作用保温缸筒、活塞、活塞连杆、定位浮子，其中活塞连杆通过万向节与集热装置连接，定位浮子嵌套在双作用保温缸筒下端；

所述工质输送装置，包括一组保温软管，四个单向阀，其中第一单向阀和第二单向阀分别与双作用保温缸筒的上端进出水口连通，第三单向阀和第四单向阀分别与双作用保温缸筒下端进出水口连通，保温软管的总进出水口通过自紧卡箍与集热装置连通；

所述深海给热装置是一种螺旋铜管，螺旋铜管通过可自紧的卡箍与保温软管连接。

2.根据权利要求1所述的一种差热式海底营养盐提升装置，其特征在于：所述保温软管表面涂有隔热保温涂料，且其长度根据实际需要确定。

3.利用权利要求1所述的差热式海底营养盐提升装置提升液体的方法，其特征在于：

步骤1、位于海面上的集热装置吸收太阳光能并转化为热能，加热内衬陶瓷罩下部内腔中的水，使其温度升高；

步骤2、集热装置随海面波浪上下浮动，带动波能转换装置的活塞在双作用保温缸筒内做活塞运动；活塞运动通过工质输送装置将深海给热装置内完成充分热传递的低温工质水提升回集热装置进行加热；同时迫使集热装置内的高温工质水被输送到深海给热装置，并通过热传递放出热量；从而形成一个连续工作的循环；

步骤3、深海给热装置周围的海水被加热后，密度变小，就会在浮升力作用下自然上升，从而产生上升流。

说明书

一种差热式海底营养盐提升装置及方法

技术领域

[0001] 本发明属于海洋技术装备领域，涉及一种差热式海底营养盐提升装置及方法。

背景技术

[0002] 我国近海海域拥有近150万平方公里的富饶渔场，海洋渔业资源非常丰富。但是近年来，我国近海生态环境急剧恶化，渔业资源严重衰退，一些近海渔场的经济鱼类已基本形成不了鱼讯。因此改善近海生态环境，恢复与拓展海洋渔业资源已经迫在眉睫。人工上升流技术可以通过人工方法形成海底到海面的垂直海水流动。上升流可以把海底丰富的营养盐带入海表透光层，配合二氧化碳发生光合作用，是作为海洋生物食物链底端的浮游植物增产，即可创造优质的渔场生态环境。

[0003] 人工上升流技术除应用于渔业环境改造外，在河道港口化冰、深海采矿等领域也具有重要实用意义。

[0004] 现有的人工上升流技术主要有：对海底地形改造形成海底山脉，在海流作用下产生上升流，地形改造方式可能对原有海底生态环境造成较大破坏而且工程实施难度较高；利用水泵抽吸底层海水产生上升流，水泵抽吸方式能耗大且效率低；通过水底注气，气泡上升带动海水涌升产生上升流，注气提升方式需要在海洋中提供外接气源,因而容易增加系统的复杂度和不稳定性。

[0005] 此外申请号为201210000180.4的发明专利公开了一种利用太阳能和波浪能来提升营养盐的装置，该装置采用一个在波浪作用下可反复压缩的塑料保温水囊来将表层被太阳能加热的热水通过保温导管输送到位于底层的给温装置。据述该装置“呈一个类似于上端口封闭的U型管形状”。工作时，由于该保温水囊的两个腔室在波浪作用下几乎同时处于被压缩状态，相当于同时对U形给温装置两端的保温导管加压，因此很难实现所述工质循环，保温导管内的工质水流动效率不高。而且保温水囊在一个波浪周期中只有在随波上升压缩的过程中才能工作，不能实现连续输液过程。因此该装置能量利用效率不高。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种差热式海底营养盐提升装置及其提升方法。

[0007] 针对上述技术问题，本发明的解决方案是：

[0008] 一种差热式海底营养盐提升装置，包括集热装置、波能转换装置、工质输送装置、深海给热装置及定位装置，波能转换装置固定在集热装置下部，工质输送装置连通并固定在波能转换装置上，深海给热装置与工质输送装置连通。

[0009] 所述集热装置包括聚光玻璃罩、内衬陶瓷罩、隔热底盘、浮子；其中聚光玻璃罩和内衬陶瓷罩之间为空气隔热层，内衬陶瓷罩与隔热底盘之间充有水，隔热底盘中央开有孔与波能转换装置固定，隔热底盘两侧开有孔与工质输送装置连通，所述浮子是中空环形结构；聚光玻璃罩、内衬陶瓷罩、隔热底盘、浮子通过螺栓连接；所述聚光玻璃罩外表面镀有增透膜，内衬陶瓷罩外表面覆盖有太阳能吸收涂层，隔热底盘上下表面均涂有隔热保温涂层。

[0010] 所述波能转换装置包括双作用保温缸筒、活塞、活塞连杆、定位浮子，其中活塞连杆通过万向节与集热装置连接，定位浮子嵌套在双作用保温缸筒下端。

[0011] 所述工质输送装置，包括一组保温软管，四个单向阀，其中第一单向阀和第二单向阀分别与双作用保温缸筒的上端进出水口连通，第三单向阀和第四单向阀分别与双作用保温缸筒下端进出水口连通，保温软管的总进出水口通过自紧卡箍与集热装置连通。

[0012] 所述深海给热装置是一种螺旋铜管，螺旋铜管通过可自紧的卡箍与保温软管连接。

[0013] 进一步说，所述保温软管表面涂有隔热保温涂料，且其长度根据实际需要确定。

[0014] 利用上述装置提升液体的方法，包括以下步骤：

[0015] 步骤1、位于海面上的集热装置吸收太阳光能并转化为热能，加热陶瓷罩下部内腔中的水，使其温度升高。

[0016] 步骤2、集热装置随海面波浪上下浮动，带动波浪能装换装置的活塞在双作用保温缸筒内做活塞运动；活塞运动通过工质输送装置将深海给热装置内完成充分热传递的低温工质水提升回集热装置进行加热；同时迫使集热装置内的高温工质水被输送到深海给热装置，并通过热传递放出热量；从而形成一个连续工作的循环。

[0017] 步骤3、海洋深层给温装置周围的海水被加热后，密度变小，就会在浮升力作用下自然上升，从而产生上升流。

[0018] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：

[0019] 本发明热能来自太阳能，机械能来自波浪能，有效节约了能源，并且绿色环保；

[0020] 本发明能够利用波浪能实现工质的连续输送过程，能量利用效率较高，且安装布放方便。

附图说明

[0021] 附图1为本发明装置结构示意图。

[0022] 附图2为集热装置剖视图。

[0023] 附图3 为本发明管路连接示意图。

[0024] 图中的附图标记为：1聚光玻璃罩；2内衬陶瓷罩；3隔热金属板；4浮子；5螺栓；6活塞连杆；7第一单向阀；8第二单向阀；9第三单向阀；10第四单向阀；11双作用保温缸筒；12定位浮子；13保温软管；14定位锚链；15螺旋铜管；16定位锚；17自紧卡箍；18万向节；19活塞。

具体实施方式

[0025] 以下结合附图对本发明作进一步说明。

[0026] 如图1、2、3所示，一种差热式海底营养盐提升装置包括集热装置、波能转换装置、工质输送装置、深海给热装置及定位装置。

[0027] 集热装置包括聚光玻璃罩1、内衬陶瓷罩2、隔热底盘3、浮子4。其中聚光玻璃罩1和内衬陶瓷罩2之间为空气隔热层。内衬陶瓷罩2与隔热底盘3之间充有水。聚光玻璃罩1外表面镀有增透膜，内衬陶瓷罩2外表面覆盖有太阳能吸收涂层。隔热底盘3上下表面均涂有隔热保温涂层，其中央开有孔与波能转换装置固定，两侧开有孔与工质输送装置连通。
聚光玻璃罩1、内衬陶瓷罩2、隔热底盘3、浮子4通过螺栓5连接。

[0028] 波能转换装置包括活塞连杆6，双作用保温缸筒11，万向节18，活塞19，定位浮子12。活塞连杆6通过万向节18与集热装置连接，定位浮子12嵌套在双作用保温缸11下端。

[0029] 工质输送装置包括一组保温软管13，四个单向阀，其中第一单向阀7和第二单向阀8与双作用保温缸筒11的上端进出水口连通，第三单向阀9和第四单向阀10与双作用保温缸11下端进出水口连通，保温软管13的总进出水口通过可自紧的卡箍17与集热装置连通。

[0030] 深海给热装置是一种螺旋铜管15，螺旋铜管15通过可自紧的卡箍17与保温软管13连接。

[0031] 本发明在安装布放时，根据集热装置高度调整定位锚链14（底端装有定位锚16）的长度来确保波能装换装置能有效工作。整个波能转换装置全部位于水下，定位浮子12与定位锚链14共同确定波能转换装置的高度位置。活塞连杆6通过万向节18与集热装置连接，这样可以允许波能转换装置与集热装置之间有小尺度的水平方向偏移，能更好适应海洋环境。

[0032] 当集热装置随波浪上浮时，带动活塞19向上运动，此时第一单向阀7和第四单向阀10打开，第二单向阀8和第三单向阀9关闭，双作用保温缸筒11内位于活塞上部空间里的低温工质水通过第一单向阀7输送到集热装置内，同时从深海给热装置出来的低温工质水通过第四单向阀10被输送到保温缸筒11内位于活塞下部的空间里面。

[0033] 当集热装置随波浪下浮时，带动活塞19向下运动，此时第二单向阀8和第三单向阀9打开，第一单向阀7和第四单向阀10关闭，双作用保温缸筒11内位于活塞下部空间里的低温工质水通过第三单向阀9输送到集热装置内，同时从深海给热装置出来的低温工质水通过第二单向阀8被输送到保温缸筒11内位于活塞上部的空间里面。

[0034] 由此随着波浪的起伏，通过保温缸筒11内活塞19的上下往复运动可以连续将从深海给热装置出来的低温工质水输送回顶部的集热装置内；同时迫使集热装置内被太阳能所加热的高温工质水通过保温软管13输送到深海给热装置里，从而实现连续循环工作。

[0035] 高温工质水在深海给热装置通过螺旋铜管15与周围低温的海水充分热传递，加热其周围海水。周围的海水被加热后，密度变小，就会在浮升力作用下自然上升，从而产生上升流。