李彥軍,趙　迪（.河北工程大學(xué);　.水電學(xué)院,河北　邯鄲　0560）

一種自發(fā)電型船舶淡水補(bǔ)充設(shè)備的探究

李彥軍1,趙迪2
（1.河北工程大學(xué);2.水電學(xué)院,河北邯鄲056021）

遠(yuǎn)洋船舶淡水的補(bǔ)充非常重要，本文提出一種利用可以采集波浪能并將其用來發(fā)電淡化海水的設(shè)備，對該設(shè)備的設(shè)計思路、工作原理以及特點(diǎn)進(jìn)行綜述。

海水淡化；波浪能采集；海運(yùn)船舶水路運(yùn)輸在交通運(yùn)輸中占有舉足輕重的地位，其中海運(yùn)在經(jīng)濟(jì)全球化時代在促進(jìn)國際物流、增進(jìn)國際貿(mào)易方面擔(dān)負(fù)著越來越繁重的任務(wù)，發(fā)揮著越來越重要的作用。遠(yuǎn)航船舶運(yùn)輸中淡水的補(bǔ)充極為重要。用于船舶海水淡化的主要有蒸發(fā)法、電滲析發(fā)、反滲析法等，由于這些設(shè)備的種種局限性和技術(shù)的不完善性，作為船舶淡水補(bǔ)充設(shè)備，這些技術(shù)仍然有很大的不便，最核心的問題是這些設(shè)備需要消耗較多的能源，這大大加重了船舶的蓄能負(fù)擔(dān)，而缺乏能源補(bǔ)給的海上船舶難以供養(yǎng)。筆者在細(xì)致分析現(xiàn)有船舶淡水補(bǔ)充設(shè)備的優(yōu)缺點(diǎn)基礎(chǔ)上進(jìn)行探究，并結(jié)合新型海浪壓電儲能方法，設(shè)計出一種新型自發(fā)電型船舶淡水補(bǔ)充設(shè)備。

1　國內(nèi)外研究狀況

自1953年人類進(jìn)入帆船時代，人們就應(yīng)用海水來制造船員飲水和洗滌水，從而創(chuàng)造船用蒸餾器的先例，1941年壓力蒸餾器樣機(jī)安裝在潛艇上后，實(shí)現(xiàn)了潛艇淡水自給自足的夢想。

我國在上世紀(jì)六十年代開始進(jìn)行船用小型壓氣蒸餾裝置、船用多級閃發(fā)式蒸餾裝置和船用電滲析海水淡化裝置應(yīng)用；九十年代后，又研制出了船用反滲透海水淡化裝置。

2　一種新型自發(fā)電型船舶淡水補(bǔ)充設(shè)備

2.1設(shè)計思路

根據(jù)電流的形成原理，即電子的定向運(yùn)動產(chǎn)生電流。當(dāng)向海水中施加電壓時，海水中的陰陽離子受到電場力的作用，定向地向電極兩邊移動，形成離子流（電流）。

2.2基本結(jié)構(gòu)

本設(shè)備基本結(jié)構(gòu)包括海水脫鹽系統(tǒng)、波浪壓電發(fā)電機(jī)和集成控制系統(tǒng)。

（1）脫鹽系統(tǒng)。本自發(fā)電型船舶淡水補(bǔ)充設(shè)備的脫鹽系統(tǒng)（如圖2所示）采用低壓直流分離鹽離子的方式，此方式在相鄰極板間加上異種直流電，使得相鄰電極間產(chǎn)生電場;海水中的離子在電場力作用下發(fā)生遷移，海水離子遷移率可由公式u=q／6πyr計算，（其中q為離子電荷；y為海水的粘滯系數(shù)；r為離子半徑）。該脫鹽系統(tǒng)設(shè)置多重回環(huán)的低壓電極板，電極板外附有活性炭吸附導(dǎo)電層，以增強(qiáng)對離子的吸附性。活性炭電極的總表面積較大，表面上布滿凹凸不平的活性炭顆粒，由于活性炭尖端電子密度大，所以宏觀上整塊極板上電壓分布較均衡，電荷分布密度大，可以同時吸附較多的離子。

（2）波浪壓電發(fā)電機(jī)。本自發(fā)電型船舶淡水補(bǔ)充設(shè)備的波浪壓電發(fā)電機(jī)由固定浮體、波浪能采集浮體振子、浮體振子導(dǎo)向柱、緩沖彈簧、壓電陶瓷片、發(fā)電機(jī)暗線埋線配重體、軸承、齒輪和齒條構(gòu)成。（3）集成控制箱。集成控制箱的主要作用：1）探測蓄電池電量；2）控制工作系統(tǒng)的開關(guān)；3）控制配電器的配電；4）控制直流轉(zhuǎn)換器的電能轉(zhuǎn)換；5）精確設(shè)置直流變壓器的電壓調(diào)節(jié)；6）控制步進(jìn)電機(jī)的定時轉(zhuǎn)換；7）感應(yīng)脫鹽裝置中的水量；8）控制引水泵的功率檔；9）控制外溢電能的輸出量；10）探測并觸發(fā)漏電報警器。

2.3工作原理

在波浪作用下浮體相對運(yùn)動，波浪發(fā)電機(jī)采集波浪能并將其轉(zhuǎn)化為直流電能儲存在蓄電裝置中；脫鹽模塊通電后在內(nèi)部產(chǎn)生電場，海水離子在電場力的作用下被吸附到活性炭電極板上，由于海鹽被電極富集，導(dǎo)致海水中離子濃度重新分布，再通過分流電磁閥將脫離子的淡水分離出來；當(dāng)吸附模塊達(dá)到預(yù)設(shè)飽和度時，再施加瞬間反向的高壓，將離子排放到水中沖走；各部分的感應(yīng)器將信號輸入計算機(jī)，計算機(jī)接收信號后通過自定義的程序智能化地控制工作電路中的各個部分精確持續(xù)的工作。

2.4本自發(fā)電型船舶淡水補(bǔ)充設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)

（1）本設(shè)備自帶發(fā)電裝置，減輕船舶的能源壓力；

（2）本設(shè)備的脫鹽模塊采用直流低壓近距吸附、反向高壓瞬間脫附的方式，能源利用率極高；

（3）本設(shè)備集成靈敏感應(yīng)元件和計算機(jī)控制芯片，實(shí)現(xiàn)了智能化控制，可以根據(jù)需要自定義用水精度。

3　結(jié)論

本自發(fā)電型船舶淡水補(bǔ)充設(shè)備，完美集成成熟EST技術(shù)、新型波浪壓電發(fā)電技術(shù)和計算機(jī)控制電路，不需額外耗能便可完成船舶淡水補(bǔ)充；設(shè)備完全自能化的運(yùn)行，無需額外配備工作員；設(shè)備體積小巧，壽命較長，檢修方便；發(fā)電設(shè)備和淡水模塊可以靈活的配置比例；多臺設(shè)備并聯(lián)可以公用同一個控制系統(tǒng)。該技術(shù)的推廣與應(yīng)用，必將會為船舶淡水補(bǔ)充領(lǐng)域帶來巨大效益。

[1]喬世珊，田玉龍，史曉明等.海水淡化技術(shù)及應(yīng)用[M].中國水利水電出版社,2007(08).

[2]費(fèi)千.船舶輔機(jī)[M].（第4版）.大連：大連海事大學(xué)出版社，2010(07):370-372.

[3]溫格知.船舶海水淡化裝置的管理[J].世界海運(yùn),1996(06):28-31

李彥軍（1957—），男，河北邯鄲人，河北工程大學(xué)教授，研究方向：水利工程。