CN103172189A - 一种利用渗透能发电的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用渗透能发电的装置，其原理是：减压渗透发电，其特征是：将具有高渗透能的海水引入膜组件，淡水在渗透压作用下透过渗透膜进入海水一侧而得到高压稀释海水，其中一部分高压稀释海水用于回收水压，一部分用于发电。膜性能对发电量影响极大，该渗透能发电装置采用自制可消除浓差极化的膜组件以及具有高渗透通量的自制正渗透膜作为膜组件的核心，发电功率可达3-4W/m2，具有工业应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用渗透能发电的装置，是采用自制正渗透膜及膜组件发电的装置。
背景技术
随着全球经济的发展，能源与环境问题逐渐加剧，绿色能源受到越来越多的关注。1954年，R.E.Pattle率先提出了盐度差能源的概念，也称之为渗透能；据统计，全球的渗透能大约1655TWh/年。目前能够将渗透能提取出来的技术主要有两种：基于渗透原理的减压渗透和利用透析原理的反电渗析，近来欧洲及美国正在对减压渗透发电进行深入的研究。
渗透能发电是根据大自然不断寻求平衡的法则，利用液体的不同浓度来产生电力，是继风力、太阳能发电之后又一新型的环保发电技术，且不受天气的影响。减压渗透发电原理为：当海水和淡水分别流过半透膜的两侧时，淡水就会在渗透压的作用下透过半透膜到达海水侧，并使得海水侧压力升高，通过能量转换装置可以将大量的混合自由能转变为电能。
膜分离技术是一种高效的分离、浓缩、提纯及净化技术，在近年来发展迅速，已在化工、生物、医药、食品、环境保护等领域得到广泛应用。与蒸馏、蒸发、结晶等常规分离方法相比，膜分离具有能耗低、过程简单、环境友好等优点，被列为21世纪重点发展的高新技术之一。目前膜分离技术包括微滤、超滤、纳滤、反渗透、正渗透、电渗析、气体分离膜等，其中应用于海水淡化的正渗透过程具有能耗低和抗污染等特点，应用前景十分广阔。正渗透是指水或其它溶剂透过天然或人造的半透膜，由低溶质浓度侧传递到高溶质浓度侧的过程，是自然界中广泛存在的一种物理现象，近年来，正渗透技术在国内外正受到越来越多的关注和重视，相关的研究和应用快速发展。
本发明提供一种利用渗透能发电的装置，本实验室自制正渗透膜是该装置膜组件的核心，其性能直接关系发电效率，本装置的膜组件有效的消减了浓差极化，提高了发电效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用渗透能发电的装置，是采用自制正渗透膜及膜组件发电的装置。
本发明的技术方案是利用渗透能发电，其装置主要由膜组件，压力交换器，发电机构成，其特征在于海水经输送泵(1)进入压力交换器升压，而后经压缩泵(3)调至所需压力进入膜组件的微滤膜(4)管程，然后海水在压差作用下透过微滤膜(4)进入膜组件壳程；同时将淡水经输送泵(5)引入膜组件的渗透膜(7)管程内，淡水在海水渗透压的作用下透过渗透膜进入膜组件壳程；通过流量调节阀(8)，壳程内的高压稀释海水一部分进入压力交换器用于压力交换，另一部分进入管路(10)内用于发电。
所述的膜装置壳程流动的是仍具有较高渗透压的高压稀释海水，海水操作压力不得高于渗透压，以使得淡水不断从低压侧进入高压侧海水。
所述的膜组件由中空纤维正渗透膜和中空纤维微滤膜并联组成，可有效消减浓差极化现象。
所述的发电后稀释海水的压力为常压。
所述的进入压力交换器的高压稀释海水经压力交换后压力为常压
所述的发电量与膜性能密切相关，膜渗透通量越高，盐截留率越高，发电效率越高。
所述的管路(10)内高压稀释海水的压力越高、流量越大，则发电量越大；压力高往往导致正渗透过程的推动力减小，则流量减小；所以该装置中管路(10)内的高压稀释海水的压力和流量是负相关关系，实验条件需要根据膜性能进行优化已达到最优发电。
本发明提供一种利用渗透能发电的装置，正渗透膜是该装置的核心，其性能直接关系发电效率，本装置的膜组件具有消减浓差极化功效，提高了发电效率。
附图说明
图1渗透能发电装置图。
图中：(1)-海水输送泵；(2)、(8)、(9)-流量调节阀；(3)-压缩泵；(4)-微滤膜；(5)-淡水输送泵；(6)-流量计；(7)-正渗透膜；(10)-管路；箭头方向为液体流动方向。
具体实施方式
下面以实施例具体说明与本发明有关的实施方案，仅仅是用来说明本发明的实施方案的有限例子，并不限制本发明的范围。本发明的全部范围体现在前面的各项权利要求中。
实施例1
参见图1，正渗透膜(7)采用自制的正渗透膜，其面积10m2；海水盐质量浓度为3％、流量为200L/h。调节流量控制阀至水流(10)的流量为200L/h，水流(10)的压力为1MPa，功率相当于50J/s；泵总能耗功率为15W。
实施例2
参见图1，正渗透膜(7)采用自制的正渗透膜，其面积10m2；海水盐质量浓度为3％、流量为200L/h。调节流量控制阀至水流(10)的流量为250L/h，水流(10)的压力为0.7MPa，功率相当于42J/s；如果水力的发电效率为90％则产电功率为37W。
实施例3
参见图1，正渗透膜(7)采用自制的正渗透膜，其面积5m2；海水盐质量浓度为3％、流量为150L/h。调节流量控制阀至水流(10)的流量为110L/h，水流(10)的压力为1.1MPa，功率相当于31J/s；如果发电机的发电效率为60％则产电功率为19W。
实施例4
参见图1，正渗透膜(7)采用自制的正渗透膜，其面积10m2；海水盐质量浓度为3％、流量为150L/h。调节流量控制阀至水流(10)的流量为170L/h，水流(10)的压力为0.9MPa，功率相当于38J/s。
Claims (7)
1.一种利用渗透能发电的装置，其特征在于海水经输送泵(1)进入压力交换器升压，而后经压缩泵(3)调至所需压力进入膜组件的微滤膜(4)管程，然后海水在压差作用下透过微滤膜(4)进入膜组件壳程；同时将淡水经输送泵(5)引入膜组件的自制渗透膜(7)管程内，淡水在海水渗透压的作用下透过渗透膜进入膜组件壳程；通过流量调节阀(8)，壳程内的高压稀释海水一部分进入压力交换器用于压力交换，另一部分进入管路(10)内用于发电。
2.根据权利要求1所述的一种利用渗透能发电的装置，其特征是所述的膜装置壳程流动的是仍具有较高渗透压的高压稀释海水，海水操作压力须低于该渗透压，以使得淡水不断从低压侧进入高压海水。
3.根据权利要求1所述的一种利用渗透能发电的装置，其特征是所述的膜组件由中空纤维正渗透膜和中空纤维微滤膜并联组成，可有效消减海水流动方向上的浓差极化。
4.根据权利要求1所述的一种利用渗透能发电的装置，其特征是所述的高压稀释海水经发电机后压力为常压。
5.根据权利要求1所述的一种利用渗透能发电的装置，其特征是所述的进入压力交换器的高压稀释海水经压力交换后压力为常压
6.根据权利要求1所述的一种利用渗透能发电的装置，其特征是所述的发电量与膜性能密切相关，膜渗透通量越高，盐截留率越高，发电效率越高。
7.根据权利要求1所述的一种利用渗透能发电的装置，其特征是所述的管路(10)内高压稀释海水的压力越高、流量越大，则发电量越大；压力高往往导致正渗透过程的推动力减小，则流量减小；所以该装置中管路(10)内的高压稀释海水的压力和流量是负相关的关系，实验条件需要根据膜性能进行优化已达到最大发电功率。
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