一种自发电型船舶淡水补充设备的探究

李彦军,赵　迪（.河北工程大学;　.水电学院,河北　邯郸　0560）

一种自发电型船舶淡水补充设备的探究

李彦军1,赵迪2
（1.河北工程大学;2.水电学院,河北邯郸056021）

远洋船舶淡水的补充非常重要，本文提出一种利用可以采集波浪能并将其用来发电淡化海水的设备，对该设备的设计思路、工作原理以及特点进行综述。

海水淡化；波浪能采集；海运船舶水路运输在交通运输中占有举足轻重的地位，其中海运在经济全球化时代在促进国际物流、增进国际贸易方面担负着越来越繁重的任务，发挥着越来越重要的作用。远航船舶运输中淡水的补充极为重要。用于船舶海水淡化的主要有蒸发法、电渗析发、反渗析法等，由于这些设备的种种局限性和技术的不完善性，作为船舶淡水补充设备，这些技术仍然有很大的不便，最核心的问题是这些设备需要消耗较多的能源，这大大加重了船舶的蓄能负担，而缺乏能源补给的海上船舶难以供养。笔者在细致分析现有船舶淡水补充设备的优缺点基础上进行探究，并结合新型海浪压电储能方法，设计出一种新型自发电型船舶淡水补充设备。

1　国内外研究状况

自1953年人类进入帆船时代，人们就应用海水来制造船员饮水和洗涤水，从而创造船用蒸馏器的先例，1941年压力蒸馏器样机安装在潜艇上后，实现了潜艇淡水自给自足的梦想。

我国在上世纪六十年代开始进行船用小型压气蒸馏装置、船用多级闪发式蒸馏装置和船用电渗析海水淡化装置应用；九十年代后，又研制出了船用反渗透海水淡化装置。

2　一种新型自发电型船舶淡水补充设备

2.1设计思路

根据电流的形成原理，即电子的定向运动产生电流。当向海水中施加电压时，海水中的阴阳离子受到电场力的作用，定向地向电极两边移动，形成离子流（电流）。

2.2基本结构

本设备基本结构包括海水脱盐系统、波浪压电发电机和集成控制系统。

（1）脱盐系统。本自发电型船舶淡水补充设备的脱盐系统（如图2所示）采用低压直流分离盐离子的方式，此方式在相邻极板间加上异种直流电，使得相邻电极间产生电场;海水中的离子在电场力作用下发生迁移，海水离子迁移率可由公式u=q／6πyr计算，（其中q为离子电荷；y为海水的粘滞系数；r为离子半径）。该脱盐系统设置多重回环的低压电极板，电极板外附有活性炭吸附导电层，以增强对离子的吸附性。活性炭电极的总表面积较大，表面上布满凹凸不平的活性炭颗粒，由于活性炭尖端电子密度大，所以宏观上整块极板上电压分布较均衡，电荷分布密度大，可以同时吸附较多的离子。

（2）波浪压电发电机。本自发电型船舶淡水补充设备的波浪压电发电机由固定浮体、波浪能采集浮体振子、浮体振子导向柱、缓冲弹簧、压电陶瓷片、发电机暗线埋线配重体、轴承、齿轮和齿条构成。（3）集成控制箱。集成控制箱的主要作用：1）探测蓄电池电量；2）控制工作系统的开关；3）控制配电器的配电；4）控制直流转换器的电能转换；5）精确设置直流变压器的电压调节；6）控制步进电机的定时转换；7）感应脱盐装置中的水量；8）控制引水泵的功率档；9）控制外溢电能的输出量；10）探测并触发漏电报警器。

2.3工作原理

在波浪作用下浮体相对运动，波浪发电机采集波浪能并将其转化为直流电能储存在蓄电装置中；脱盐模块通电后在内部产生电场，海水离子在电场力的作用下被吸附到活性炭电极板上，由于海盐被电极富集，导致海水中离子浓度重新分布，再通过分流电磁阀将脱离子的淡水分离出来；当吸附模块达到预设饱和度时，再施加瞬间反向的高压，将离子排放到水中冲走；各部分的感应器将信号输入计算机，计算机接收信号后通过自定义的程序智能化地控制工作电路中的各个部分精确持续的工作。

2.4本自发电型船舶淡水补充设备的优点

（1）本设备自带发电装置，减轻船舶的能源压力；

（2）本设备的脱盐模块采用直流低压近距吸附、反向高压瞬间脱附的方式，能源利用率极高；

（3）本设备集成灵敏感应元件和计算机控制芯片，实现了智能化控制，可以根据需要自定义用水精度。

3　结论

本自发电型船舶淡水补充设备，完美集成成熟EST技术、新型波浪压电发电技术和计算机控制电路，不需额外耗能便可完成船舶淡水补充；设备完全自能化的运行，无需额外配备工作员；设备体积小巧，寿命较长，检修方便；发电设备和淡水模块可以灵活的配置比例；多台设备并联可以公用同一个控制系统。该技术的推广与应用，必将会为船舶淡水补充领域带来巨大效益。

[1]乔世珊，田玉龙，史晓明等.海水淡化技术及应用[M].中国水利水电出版社,2007(08).

[2]费千.船舶辅机[M].（第4版）.大连：大连海事大学出版社，2010(07):370-372.

[3]温格知.船舶海水淡化装置的管理[J].世界海运,1996(06):28-31

李彦军（1957—），男，河北邯郸人，河北工程大学教授，研究方向：水利工程。