一种新型的盐差蓄能及动力装置

1.本发明属于盐差能蓄能技术领域，尤其是涉及一种新型的盐差蓄能及动力装置。


背景技术：

2.随着全球经济的高速发展，人们对能源的需求日益增长，传统的化石能源存在不可再生资源消耗大、环境污染严重等问题，水利、风力及其他新能源技术受到自然环境状况、地域适应性、运行稳定性、贮存安全性等因素的限制。
3.在每个城市的这个河流入海口，这个地方存在着天然的压差，如何充分利用这部分压差并把它转换成电能，是很有价值的事情；对于这种清洁能源实际上需要大量的蓄能装置来实现，但是传统的蓄能装置成本高昂，因此亟需开发高效环保的发电方式，提高资源利用率，加强可再生能源循环利用，以解决日益凸显的能源经济与生态环境可持续发展问题。
4.由于上述原因，开发一种低成本易操控的高效连续式盐差发电装置，可将化学势差能稳定且不间断地转化为电势差能，对新能源技术开发和社会可持续发展具有重要意义。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明旨在提出一种新型的盐差蓄能及动力装置，以解决河流入海口、舰船、潜艇、盐湖等地区的能源利用问题。
6.为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
7.一种新型的盐差蓄能及动力装置，包括淡水区、中盐区、高盐区、用于于淡水区与中盐区切换不同浓度盐溶液的第一往复联动栅闸装置和用于中盐区与高盐区切换不同浓度盐溶液的第二往复联动栅闸装置；
8.所述的淡水区包括淡水箱和淡水补给系统，在淡水箱内均匀布置有若干组低盐平板渗透膜，所述的淡水箱与淡水补给系统连通，在淡水箱上设有淡水区通气管，在淡水箱上设有淡水区液位计，在淡水箱底部设有淡水区放空阀，在淡水箱上连通有溢流管；
9.所述的中盐区包括中盐箱、发动机做功装置、中盐区温度计和中盐区盐度计，所述的发动机做工装置的活塞设置在中盐箱内，在中盐箱上设有中盐区温度及和中盐区盐度计；
10.所述的高盐区包括高盐箱、高盐区补给系统、高盐平板渗透膜、高盐区盐度计、压力平衡阀、稀盐回流管、盐浓缩回收系统和盐基液配制系统，在高盐箱内均匀布置有若干组高盐平板渗透膜，所述的高盐箱与高盐区补给系统连通，在高盐箱底部设有高盐区放空阀，在高盐箱通过稀盐回流管连通盐浓缩回收系统和盐基液配制系统，所述的盐浓缩回收系统用于收集稀释后的高盐区溶液，在高盐箱上设有高盐区盐度计和压力平衡阀；
11.所述的第一往复联动栅闸装置和第二往复联动栅闸装置的结构相同，均为气动式闸门，通过两个往复联动栅闸装置的开关切换三个区不同浓度的盐溶液形成压差带动发动
机做功装置输出功率。
12.更进一步的，所述盐差蓄能及动力装置为“十”字型结构，中间区域为淡水区，四边区域为高盐区，且在淡水区与每个高盐区之间分别设置一个中盐区，且在每个中盐区内设置第一往复联动栅闸装置和第二往复联动栅闸装置将相邻的淡水区和高盐区分隔。
13.更进一步的，所述淡水区采用河水或自来水，所述中盐区采用海水或恒盐溶液，所述高盐区采用的是恒盐溶液。
14.更进一步的，往复联动栅闸装置包括框架和若干格栅，若干格栅等间距安装在框架内，在框架的一侧设有推动框架和栅格移动的气囊，在框架的另一侧设有用于框架和栅格回复的弹簧，栅格的宽度与相邻两组平板渗透膜之间的膜通道尺寸相适应。
15.更进一步的，所述淡水区的水中盐度为0-3
‰
，所述中盐区的水中盐度为3-5％，所述高盐区的水中盐度为15-20％。
16.更进一步的，所述发动机做功装置还包括反向连杆和曲轴，活塞连接反向连杆，反向连杆与曲轴连接，通过两个往复联动栅闸装置的开关切换三个区不同浓度的盐溶液形成压差带动活塞及反向连杆上下反复运动，从而带动曲轴机械做功。
17.更进一步的，淡水区、中盐区及高盐区的盐溶液的电解质为氯化钠、氯化钾、氯化钙、氯化镁、溴化钠、溴化钾、硫酸钠、硫酸钾、硫酸镁、硝酸钠、硝酸钾、磷酸钠、磷酸钾中的一种或多种。
18.更进一步的，两个往复联动栅闸装置的一个工作周期为3-60s，其中淡水区渗透段时间占一个工作周期的60％，高盐区渗透段时间占一个工作周期的40％。
19.更进一步的，所述淡水补给系统及高盐区补给系统均包括补给泵、流量计、阀门及y型过滤器；所述盐浓缩回收系统采用太阳能浓缩或蒸发浓缩方式浓缩，蒸发后的淡水作为淡水区补给，浓水作为高盐区补给。
20.更进一步的，所述低盐平板渗透膜的膜通量为4-6ml/
㎡
s，采用规格为单腔平板膜片30-90片/组的膜片；所述高盐平板渗透膜的膜通量为7-9ml/
㎡
s，采用单腔平板膜片30-90片/组的膜片。
21.与现有技术相比，本发明所述的一种新型的盐差蓄能及动力装置的有益效果是：
22.1、本系统蓄能可以保证几乎所有低品位能源通过蒸发方式以浓盐作为载体进行发电。
23.2、本技术的盐发动机可以有效解决河流入海口、舰船、潜艇、盐湖等地区的能源利用问题，其发电成本低，如果在盐淡交接的河口等地方，其发电成本低于水电成本，且零碳排，是一种绿色能源，整个系统结构简单，不含化学燃料燃烧，同时还可通过与脱盐系统结合，形成蓄能系统。
24.3、本技术根据这种盐的浓度差异所带来的渗透压的压差，且能够充分使用这部分压力转换为电能，应用潜力巨大。
附图说明
25.构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
26.图1为本发明实施例所述的一种新型的盐差蓄能及动力装置的平面原理图；
27.图2为本发明实施例所述的一种新型的盐差蓄能及动力装置的剖视图；
28.图3为各区内安装平板膜与两个往复联动栅闸装置的示意图；
29.图4为往复联动栅闸装置的结构示意图。
30.附图标记说明：
31.1、淡水区；1-0、淡水箱；1-1、淡水补给系统；1-2、低盐平板渗透膜；1-3、淡水区液位计；1-4、淡水区通气管；1-5、淡水区放空阀；1-6、溢流管；2、中盐区；2-0、中盐箱；2-1、发动机做功装置；2-1-1、反向连杆和曲轴；2-1-2、活塞；2-2、中盐区温度计；2-3、中盐区盐度计；3、高盐区；3-0、高盐箱；3-1、高盐区补给系统；3-2、高盐平板渗透膜；3-3、高盐区盐度计；3-4、压力平衡阀；3-5、稀盐回流管；3-6、盐浓缩回收系统；3-7、盐基液配制系统；3-8、高盐区放空阀；4、第一往复联动栅闸装置；5、第二往复联动栅闸装置；6、栅格。
具体实施方式
32.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地阐述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
33.如图1-图4所示，一种新型的盐差蓄能及动力装置，包括淡水区1、中盐区2、高盐区3、用于于淡水区1与中盐区2切换不同浓度盐溶液的第一往复联动栅闸装置4和用于中盐区2与高盐区3切换不同浓度盐溶液的第二往复联动栅闸5装置；
34.所述的淡水区1包括淡水箱1-0和淡水补给系统1-1，在淡水箱1-0内均匀布置有若干组低盐平板渗透膜1-2，所述的淡水箱1-0与淡水补给系统1-1连通，在淡水箱1-0上设有淡水区通气管1-4，在淡水箱1-0上设有淡水区液位计1-3，在淡水箱1-0底部设有淡水区放空阀1-5，在淡水箱1-0上连通有溢流管1-6；
35.所述的中盐区2是密闭区域，包括中盐箱2-0、发动机做功装置2-1、中盐区温度计2-2和中盐区盐度计2-3，所述的发动机做工装置2-1的活塞2-1-2设置在中盐箱2-0内，在中盐箱2-0上设有中盐区温度及和中盐区盐度计2-3；
36.所述的高盐区3为密闭区域，包括高盐箱3-0、高盐区补给系统3-1、高盐平板渗透膜3-2、高盐区盐度计3-3、压力平衡阀3-4、稀盐回流管3-5、盐浓缩回收系统3-6和盐基液配制系统3-7，在高盐箱3-0内均匀布置有若干组高盐平板渗透膜3-2，所述的高盐箱3与高盐区补给系统3-1连通，在高盐箱3-0底部设有高盐区放空阀3-8，在高盐箱3-0通过稀盐回流管3-5连通盐浓缩回收系统3-6和盐基液配制系统3-7，所述的盐浓缩回收系统3-6用于收集稀释后的高盐区溶液，浓缩后的一部分盐还可以用于高盐区补给系统3-1中，在高盐箱3-0上设有高盐区盐度计3-3和压力平衡阀3-4；盐浓缩回收系统3-6和盐基液配制系统3-7都是现有系统；
37.所述的第一往复联动栅闸装置4和第二往复联动栅闸装置5的结构相同，均为气动式闸门，通过两个往复联动栅闸装置的开关切换三个区不同浓度的盐溶液形成压差带动发动机做功装置输出功率；具体为：往复联动栅闸装置包括框架和若干格栅6，若干格栅6等间距安装在框架内，在框架的一侧设有推动框架和栅格移动的气囊(未示出)，在框架的另一侧设有用于框架和栅格回复的弹簧(未示出)，栅格6的宽度与相邻两组平板渗透膜之间的膜通道尺寸相适应，初始时，往复联动栅闸上的若干格栅正对相应的盐区的平板渗透膜的
间隙(即相对应的盐区的平板渗透膜的通道)布置，正好封闭三个盐区，具体使用时，第一往复联动栅闸装置4的气囊加压推动第一往复联动栅闸装置的框架和若干格栅移动，使得淡水区的若干组低盐平板渗透膜的通道与中盐区连通，此时第二往复联动栅闸装置5不动作，待到达所需时间时，第一往复联动栅闸装置4的气囊减压，第一往复联动栅闸装置回复复位，待第一往复联动栅闸装置4复位时，第二往复联动栅闸装置5的气囊加压第二往复联动栅闸装置的框架和若干格栅移动，使得高盐区的若干组高盐平板渗透膜的通道与中盐区连通，此时一往复联动栅闸装置4不动作，待到达所需时间，第二往复联动栅闸装置5的气囊减压，第二往复联动栅闸装置回复复位，如此往复实现三个区不同浓度的盐溶液形成压差带动发动机做功装置输出动力；栅格6的开合间距为20-25mm。
38.所述淡水区1的水中盐度为0-3
‰
，所述中盐区2的水中盐度为3-5％，所述高盐区3的水中盐度为15-20％。
39.淡水区液位计1-3，淡水区液位需要保持稳定因此检测；淡水区通气管1-4，淡水区液位是变化的为了防止负压与大气联通；淡水区放空阀1-5，当淡水区采用江河水时会定期放空清洗；溢流管1-6，当进水过大或液位计失灵时，溢流管起到保护作用；
40.中盐区温度计2-2，此处除了温度计外还应该有浊度计，考虑到中盐区带动活塞做功长期工作可能有温度过高的问题，当温度高于85度时应停机或冷却，浊度计是检测中盐区水质的仪器，防止板结和堵塞；
41.中盐区盐度计2-3，用于保持中盐区盐度稳定；高盐区盐度计3-3，用于保持高盐区盐度稳定；压力平衡阀3-4，用于保证高盐区压力稳定，高盐区有一定的内压，压力大约3-10kpa，由于高盐区不断稀释，因此压力会升高，高于上限可以释放，反之低于下限应补水增压；稀盐回流管3-5，盐不断稀释低浓度盐外排使用；高盐区放空阀3-8，当高盐区采用恒盐溶液时会定期放空清洗；
42.盐差蓄能及动力装置可以为“十”字型结构，中间区域为淡水区1，四边区域为高盐区3，且在淡水区1与每个高盐区3之间分别设置一个中盐区2，且在每个中盐区2内设置第一往复联动栅闸装置4和第二往复联动栅闸装置5将相邻的淡水区和高盐区分隔。如此布置，结构比较紧凑，充分利用空间。
43.淡水区1采用河水或自来水，所述中盐区2采用海水或恒盐溶液，所述高盐区3采用的是恒盐溶液为高浓度盐水，为中盐区浓度4-5倍。
44.活塞的冲程及排水量依据淡水区1及高盐区3渗透水量而定，排水量是指实际上整个系统水的流向由低盐区-中盐区-高盐区的，因此高盐区的水是被稀释的，这个稀释过程必然会造成排水，排水量就是高盐区淡水的增加值，也是稀释来水量。
45.发动机做功装置2还包括反向连杆和曲轴2-1-1，活塞2-1-2连接反向连杆，反向连杆与曲轴连接，通过两个往复联动栅闸装置的开关切换三个区不同浓度的盐溶液形成压差带动活塞及反向连杆上下反复运动，从而带动曲轴机械做功。其优势在于可进行恒压做功。
46.淡水区1、中盐区2及高盐区3的盐溶液的电解质为氯化钠、氯化钾、氯化钙、氯化镁、溴化钠、溴化钾、硫酸钠、硫酸钾、硫酸镁、硝酸钠、硝酸钾、磷酸钠、磷酸钾中的一种或多种。具体可以为：淡水区盐度为3
‰
，中盐区盐度为4％，高盐区盐度为16％，盐溶液的电解质为氯化钠。
47.往复联动栅闸装置是一种联动闸门，使得淡水区打开，高盐区同时关闭，反之亦
然，这个是快速开启和关闭的，这里面是气动结构，因此其淡水区开启和高盐区关闭是根根据气动压力系统工作的，反之亦然；往复联动栅闸装置采用气动快开快关(速度m/s级别，切换时间小于0.2s)，行程为20-30mm，周期性联动切换，周期2-12s，实现淡水区和高盐区的一致切换；两个往复联动栅闸装置的一个工作周期为3-60s，其中淡水区渗透段时间占一个工作周期的60％，高盐区渗透段时间占一个工作周期的40％；具体可以为：两个往复联动栅闸装置的一个工作周期为6s，淡水区渗透段时间为3.6s，高盐区渗透段时间为2.4s。
48.淡水补给系统1-1及高盐区补给系统3-1均包括补给泵、流量计、阀门及y型过滤器。所述盐浓缩回收系统3-6采用太阳能浓缩或蒸发浓缩方式浓缩。蒸发后的淡水可作为淡水区补给，浓水可作为高盐区补给，如在河口作为动力装置工作，可以不设置盐浓缩回收系统。具体的，所述的盐浓缩回收系统，可采用mvr蒸发方式，建议工作温度为60-80℃。
49.低盐平板渗透膜1-2的膜通量为4-6ml/
㎡
s，采用单腔平板膜片30-90片/组的膜片，采用市面所售常见尺寸即可；具体可以为，所述的低盐平板渗透膜，选用膜通量为5ml/
㎡
s，可采用单腔平板膜片60片/组，采用尺寸1000*1000mm，淡水区渗透周期合计1080ml；所述高盐平板渗透膜3-2的膜通量为7-9ml/
㎡
s，采用单腔平板膜片30-90片/组的膜片，，采用市面所售常见尺寸即可；具体可以为：所述的高盐平板渗透膜，选用膜通量为7.5ml/
㎡
s，可采用单腔平板膜片60片/组，采用尺寸1000*1000mm,高盐区渗透周期合计1080ml。
50.本技术的工作过程为：
51.具体可以设置两个往复联动栅闸装置的一个工作周期为6s，淡水区渗透段时间为3.6s，高盐区渗透段时间为2.4s，两个往复联动栅闸装置动作时可以切换三个不同浓度的盐溶液并通过渗透膜完成盐压力传导，从而实现活塞的上下运动，通过活塞带动反向连杆上下往复运动，从而驱动曲轴输出功率，实现压差发电的功能；具体为，第一往复联动栅闸装置打开时，即中盐区和淡水区连通，中盐区水通过低盐平板渗透膜1-2后渗入中盐区，中盐区内压力变小，活塞向下运动；第一往复联动栅闸装置关闭，打开第二往复联动栅闸装置，即高盐区和中盐区连通，高盐区水通过高盐平板渗透膜后渗入中盐区，中盐区内压力变大，活塞向上运动，至此完成一个工作周期，通过两个往复联动栅闸装置的开闭，实现活塞循环往复的上下运动，从而不断驱动曲轴运动输出功率。
52.将该装置的整个工作周期设置为6s，考虑到用反向连杆，向上做功，淡水区预期压力大于2.0mpa，向下做功，预计做功平均压力大于6.4mpa，以单个系统16个海水区做功单元(即包括16个中盐区和高盐区，有16个发动机做功装置的活塞)，每个单元10r/min，考虑机械其其他损耗20％，则理论功率可达26kw。
53.以上公开的本发明实施例只是用于帮助阐述本发明。实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。