本發(fā)明屬于新型可再生能源技術(shù)和海洋裝備領(lǐng)域，特別是一種利用波浪能和溫差能的海上種植平臺(tái)。

背景技術(shù)：

隨著全球能源危機(jī)、溫室效應(yīng)和開(kāi)采傳統(tǒng)能源所帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題的加劇，海洋可再生能源的開(kāi)發(fā)越來(lái)越受到重視。其中，波浪能由于其儲(chǔ)量巨大受到廣泛關(guān)注，目前已有大量形式各異的波浪能裝置被研發(fā)出來(lái)，按照原理和結(jié)構(gòu)可以分為擺式、浮力擺式、振蕩水柱式、越浪式、鴨式、筏式、點(diǎn)吸收式、磁流體波浪能發(fā)電裝置。其中漂浮式振蕩水柱波浪能發(fā)電裝置研制技術(shù)的應(yīng)用較為廣泛，在波浪入射波的作用下，氣室內(nèi)的水柱受激振蕩，推動(dòng)其上方的空氣往復(fù)地通過(guò)渦輪機(jī)，將渦輪機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，但是此裝置轉(zhuǎn)換效率低，波浪能轉(zhuǎn)換為電能的總效率為10%~30%，且建造費(fèi)用昂貴。另一方面，海洋受太陽(yáng)照射，把太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)化為海洋熱能。在熱帶和亞熱帶地區(qū)，表層海水保持在25~28攝氏度，幾百米以下的深層海水溫度穩(wěn)定在4~7攝氏度，用上下兩層不同溫度的海水作熱源和冷源，就可以利用它們的溫度差發(fā)電。位于北回歸線(xiàn)以南的中國(guó)南海是典型的熱帶海洋，太陽(yáng)輻射強(qiáng)烈。南海的表層水溫常年維持在25℃以上，而500~800米以下的深層水溫則在5℃以下，兩者間的水溫差在20℃~24℃之間，溫差能資源非常豐富。

此外，傳統(tǒng)的波浪能發(fā)電裝置功能單一，在海面風(fēng)平浪靜的時(shí)候，這些波浪能轉(zhuǎn)換裝置的發(fā)電效率較低，有的甚至不能夠產(chǎn)生電力，大部分的裝置閑置在海面上，增加了經(jīng)濟(jì)成本和維護(hù)費(fèi)用。由此可見(jiàn)，波浪能裝置的發(fā)展趨勢(shì)應(yīng)該是多種經(jīng)營(yíng)、綜合利用，在滿(mǎn)足發(fā)電需求的基礎(chǔ)之上，可以研發(fā)出諸如具有植物培育等多重功能的新型裝置，為人們的生產(chǎn)生活提供更加便捷的服務(wù)。近幾年來(lái)，對(duì)于近岸區(qū)波能裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)和多功能開(kāi)發(fā)利用的研究還不是特別的成熟，如何設(shè)計(jì)出高效、穩(wěn)定并且成本較低的波能轉(zhuǎn)換器成為了各國(guó)科研工作者的研究難題。有的學(xué)者提出了將種植平臺(tái)和波能轉(zhuǎn)換器結(jié)合在一起的設(shè)計(jì)想法，在島礁或是沿海偏遠(yuǎn)地區(qū)安置波能發(fā)電的種植平臺(tái)，可以有效解決附近居民的飲食需要，并且也在一定程度上促進(jìn)了當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)的發(fā)展，有著顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：克服傳統(tǒng)發(fā)電裝置能量轉(zhuǎn)換效率不穩(wěn)定、維護(hù)困難以及功能單一、波浪和海水資源得不到充分利用等不足，提供一種利用波浪能的海上種植平臺(tái)，它能夠同時(shí)具有發(fā)光指示和培育農(nóng)作物的雙重功能，不僅能夠?qū)⒉ɡ四苻D(zhuǎn)化為照明用的電能，而且創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)出了一種利用不同深度的海水溫差淡化海水，灌溉農(nóng)作物的方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采取的具體技術(shù)方案是：

一種利用波浪能和溫差能的海上種植平臺(tái)，它包括漂浮平臺(tái)，漂浮平臺(tái)內(nèi)設(shè)置汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)構(gòu)、海水循環(huán)淡化系統(tǒng)、蓄電池以及控制模塊，漂浮平臺(tái)底部連接錨泊系統(tǒng)，其中，

漂浮平臺(tái)為多層結(jié)構(gòu)，多層結(jié)構(gòu)的漂浮平臺(tái)從上到下依次分為指示燈層、植物生長(zhǎng)層、土壤層、設(shè)備層和空氣室層；

所述指示燈層上設(shè)有指示燈、照明燈以及亮度感應(yīng)器；

植物生長(zhǎng)層的側(cè)壁上設(shè)有與大氣連通的通氣孔，設(shè)備層中設(shè)有與空氣室層相連通的氣道，所述氣道末端通過(guò)所述通氣孔與大氣保持空氣流通；

所述汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)構(gòu)設(shè)置在所述設(shè)備層中的氣道內(nèi)，包括：發(fā)電機(jī)和連接在發(fā)電機(jī)軸上的葉片；

所述海水循環(huán)淡化系統(tǒng)包括預(yù)埋在土壤層內(nèi)下部的蒸汽管道，蒸汽管道上設(shè)有汽孔；設(shè)置在設(shè)備層中與所述蒸汽管道連通的的汽化室，汽化室內(nèi)設(shè)有加熱器；

還包括第一取水設(shè)備，用于將溫度較高的表層海水吸取至所述汽化室內(nèi)，包括第一管道、設(shè)置在第一管道中的第一水泵、設(shè)置在第一管道上靠近第一管道管口處的浮子；

預(yù)埋在土壤層中部的冷水排管以及第二取水設(shè)備，第二取水設(shè)備用于將溫度較低的深層海水吸取至所述冷水排管中，包括第二管道、設(shè)置在第二管道中的第二水泵以及設(shè)置在第二管道上靠近第二管道管口處的重塊；所述土壤層側(cè)壁上設(shè)有供冷水排管排水的排水口；

所述汽化室內(nèi)設(shè)有水量檢測(cè)器和水溫檢測(cè)器；所述指示燈、照明燈、加熱器、第一水泵、第二水泵、亮度感應(yīng)器、水量檢測(cè)器、溫度傳感器均與控制模塊連接；

所述蓄電池與所述發(fā)電機(jī)電性連接，用于為指示燈、照明燈、加熱器、第一水泵、第二水泵以及控制模塊供電。

作為本發(fā)明利用波浪能和溫差能的海上種植平臺(tái)的進(jìn)一步優(yōu)選技術(shù)方案，所述水量檢測(cè)器為安裝在汽化室底部的重量傳感器，所述水溫檢測(cè)器為設(shè)置在汽化室內(nèi)側(cè)側(cè)壁上的溫度傳感器。

作為本發(fā)明利用波浪能和溫差能的海上種植平臺(tái)的進(jìn)一步優(yōu)選技術(shù)方案，所述冷水排管在土壤層中盤(pán)旋布置。

作為本發(fā)明利用波浪能和溫差能的海上種植平臺(tái)的進(jìn)一步優(yōu)選技術(shù)方案，所述氣道包括主氣道和至少兩個(gè)次級(jí)氣道，所述主氣道與空氣室層相連通，所述次級(jí)氣道的氣道末端與通氣孔之間保持空氣流通；每個(gè)次級(jí)氣道內(nèi)均設(shè)有一組所述汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)構(gòu)。

作為本發(fā)明利用波浪能和溫差能的海上種植平臺(tái)的進(jìn)一步優(yōu)選技術(shù)方案，所述指示燈層包括設(shè)置在植物生長(zhǎng)層上部的透明頂蓋，透明頂蓋上部外側(cè)設(shè)有指示燈，透明頂蓋內(nèi)側(cè)設(shè)有照明燈。

作為本發(fā)明利用波浪能和溫差能的海上種植平臺(tái)的進(jìn)一步優(yōu)選技術(shù)方案，所述透明頂蓋為鋼化玻璃。

作為本發(fā)明利用波浪能和溫差能的海上種植平臺(tái)的進(jìn)一步優(yōu)選技術(shù)方案，所述浮子設(shè)置在距第一管道的進(jìn)水口0.5米~1.5米之處；所述重塊設(shè)置于距第二管道的進(jìn)水口0.5米~1.5米處。

作為本發(fā)明利用波浪能和溫差能的海上種植平臺(tái)的進(jìn)一步優(yōu)選技術(shù)方案，所述控制模塊為單片機(jī)。

本發(fā)明還公開(kāi)了一種利用波浪能和溫差能的海上種植平臺(tái)的工作方法，當(dāng)波浪傳遞到漂浮平臺(tái)時(shí)，在錨泊系統(tǒng)的固定之下，漂浮平臺(tái)受到波浪的作用之后達(dá)到了平衡狀態(tài)，當(dāng)波浪上升時(shí)將空氣室層中的空氣頂上去，被壓縮的空氣穿過(guò)主氣道進(jìn)入次級(jí)氣道，并驅(qū)動(dòng)與發(fā)電機(jī)軸相連的葉片旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，當(dāng)波浪落下時(shí)，空氣室層內(nèi)形成負(fù)壓，使大氣中的空氣從通氣孔中吸入次級(jí)氣道，并驅(qū)動(dòng)與發(fā)電機(jī)相連的葉片反向旋轉(zhuǎn)，使發(fā)電機(jī)發(fā)電，實(shí)現(xiàn)雙向發(fā)電；

在裝置投入使用之前，控制模塊內(nèi)預(yù)先設(shè)定好汽化室內(nèi)水的重量，當(dāng)汽化室內(nèi)水的重量超過(guò)預(yù)設(shè)值，水量檢測(cè)器將信號(hào)輸入給控制模塊，此時(shí)控制模塊執(zhí)行停止抽入熱水的命令，第一水泵關(guān)閉；

當(dāng)汽化室內(nèi)水的重量小于預(yù)設(shè)值，控制模塊執(zhí)行開(kāi)啟抽入熱水的命令，第一水泵打開(kāi)，當(dāng)水溫檢測(cè)器測(cè)得水溫低于50℃時(shí)，水溫檢測(cè)器將信號(hào)輸入給控制模塊，控制模塊再將命令傳遞到輸出模塊，輸出模塊將命令輸出到逆變器，將蓄電池中的直流負(fù)載轉(zhuǎn)化為交流負(fù)載，為加熱器提供電力；當(dāng)水溫高于50℃低于70℃時(shí)，蓄電池和發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交流負(fù)載同時(shí)提供電力；當(dāng)水溫高于70℃時(shí)，蓄電池停止輸電，只有發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交流負(fù)載工作；

控制模塊內(nèi)預(yù)先設(shè)置第二水泵的抽水頻率和控制抽水量，抽上來(lái)的冷水進(jìn)入冷水排管中后，由土壤層側(cè)壁上的排水口流入大海中；

加熱器將水燒至沸騰變成水蒸汽上升進(jìn)入蒸汽通道，由于蒸汽通道管壁上有散氣孔，當(dāng)熱的蒸汽從散氣孔進(jìn)入土壤并遇到溫度較低的冷水排管時(shí)，蒸汽在冷水管壁上液化為冷凝水，冷凝水流入土壤，實(shí)現(xiàn)了海水淡化和灌溉農(nóng)作用的目的；在夜晚光照不足時(shí)，亮度感應(yīng)器觸發(fā)控制模塊執(zhí)行打開(kāi)指示燈的命令，使得整套裝置在夜晚也能夠被來(lái)往的船只識(shí)別。

作為本發(fā)明方法的進(jìn)一步改進(jìn)方案，當(dāng)波浪能裝置出現(xiàn)異常情況時(shí)，報(bào)警模塊觸發(fā)報(bào)警器。

本發(fā)明利用波浪能和溫差能的海上種植平臺(tái)的有益效果是：

本發(fā)明適用于波浪能資源相對(duì)豐富的海域，采用帶有空腔的漂浮平臺(tái)和錨固系統(tǒng)設(shè)計(jì)，使得波浪能裝置能夠適應(yīng)較深的水深；其發(fā)電原理簡(jiǎn)單，形式穩(wěn)定；發(fā)電系統(tǒng)安裝于浮體之內(nèi)，安全性較高，且提出了一種成本較低、方便快捷的海水淡化方法，為土壤培育植物的生長(zhǎng)提供良好的光照和水分條件。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明平臺(tái)主體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明平臺(tái)發(fā)電系統(tǒng)側(cè)視圖；

圖3是本發(fā)明平臺(tái)電力控制模塊；

圖4是本發(fā)明平臺(tái)循環(huán)海水淡化系統(tǒng)示意圖；

圖中，1—漂浮平臺(tái)，2—植物生長(zhǎng)層，3—土壤層，4—設(shè)備層，5—空氣室層，6—系留點(diǎn)，7—指示燈，8—通氣孔，9—主氣道，10—次級(jí)氣道，11—錨鏈，12—海底，13—照明燈，14—發(fā)電機(jī)，15—葉片，16—?dú)馐冶冢?7—自由水面，18—亮度感應(yīng)器，19—控制模塊，20—重量傳感器，21—鍵盤(pán)控制模塊，22—溫度傳感器，23—報(bào)警模塊，24—顯示模塊，25—交流負(fù)載，27—輸出模塊，28—逆變器，29—蓄電池，30—直流負(fù)載，31—重塊，32—冷水入口，33—浮子，34—熱水入口，35—第一管道，36—第二管道，37—第二水泵，38—第一水泵，39—加熱器，40—汽化室，41—蒸汽通道，42—散汽孔，43—冷水排管，44—冷水出口。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

實(shí)施例1：

如圖1所示，一種利用波浪能和溫差能的海上種植平臺(tái)，漂浮平臺(tái)1兩側(cè)外壁上安裝了通氣孔8，其頂部安裝了指示燈7。土壤層3中埋設(shè)了次級(jí)氣道10，設(shè)備層4通過(guò)主氣道9與空氣室層5相連接，空氣室層5內(nèi)波浪的起伏導(dǎo)致了氣體的體積變化。此外系留點(diǎn)6分布在漂浮平臺(tái)1底面，錨鏈11的上端固定在了系留點(diǎn)6，下端則通過(guò)抓力錨固定于海底12。

如圖2所示，亮度感應(yīng)器18（型號(hào)TSL2560）位于漂浮平臺(tái)1的頂部并且靠近指示燈7，亮度感應(yīng)器18用于監(jiān)測(cè)植物生長(zhǎng)層2的光照，如果光照不足，進(jìn)行人工光照，此時(shí)照明燈13的亮度會(huì)增加，以滿(mǎn)足植物光合作用所需的光照，同時(shí)，指示燈7開(kāi)啟，指示種植平臺(tái)所處的位置。

當(dāng)自由水面17上下起伏時(shí)，空氣室層5內(nèi)的水柱受激振蕩，推動(dòng)空氣室層5上方的空氣往復(fù)地通過(guò)葉片15，將振蕩水柱的能量轉(zhuǎn)換變成葉片15的機(jī)械能，從而驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)14發(fā)電。

如圖3所示，控制模塊19為單片機(jī)（型號(hào)AT89C51），其分別與重量傳感器20、鍵盤(pán)控制模塊21、溫度傳感器22、亮度感應(yīng)器18、報(bào)警模塊23、顯示模塊24和輸出模塊27控制連接。

如圖4所示，第一管道35進(jìn)水口安裝于浮子33下方1米處，浮子33可隨水面自由上下運(yùn)動(dòng)，第一水泵38將溫度較高的海水抽入汽化室40內(nèi)，加熱器39將水加熱至預(yù)設(shè)溫度變成水蒸汽上升進(jìn)入蒸汽通道41，且重量傳感器20與控制模塊19連通，可隨時(shí)將加熱器39內(nèi)的剩余水量反饋至控制模塊中。

第二管道36進(jìn)水口安裝于重塊31下方1米處，重塊31位于水平面以下20-25米處，且第二管道36中的第二水泵37與控制模塊19控制連接，可控制第二水泵37的抽水頻率和抽水量；抽上來(lái)的冷水進(jìn)入冷水排管43中，由冷水出口44重新流入大海中。

本實(shí)施例一種利用波浪能和溫差能的海上種植平臺(tái)的工作方法：

實(shí)際使用時(shí)，漂浮平臺(tái)1處于漂浮狀態(tài)，其上部表面高于自由水面17。當(dāng)波浪傳遞到漂浮平臺(tái)1時(shí)，在錨鏈11的固定之下，漂浮平臺(tái)1受到波浪的作用之后達(dá)到了平衡狀態(tài)。當(dāng)波浪傳遞到漂浮平臺(tái)時(shí)，在錨泊系統(tǒng)的固定之下，漂浮平臺(tái)1受到波浪的作用之后達(dá)到了平衡狀態(tài)，當(dāng)波浪上升時(shí)將空氣室層5中的空氣頂上去，被壓縮的空氣穿過(guò)主氣道9進(jìn)入次級(jí)氣道10，并驅(qū)動(dòng)與發(fā)電機(jī)14軸相連的葉片旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)14發(fā)電，當(dāng)波浪落下時(shí)，空氣室層5內(nèi)形成負(fù)壓，使大氣中的空氣從通氣孔8中吸入次級(jí)氣道10，并驅(qū)動(dòng)與發(fā)電機(jī)14相連的葉片反向旋轉(zhuǎn)，使發(fā)電機(jī)14發(fā)電，實(shí)現(xiàn)雙向發(fā)電；

平臺(tái)循環(huán)海水淡化系統(tǒng)：第一管道35進(jìn)水口安裝于浮子33下方1米處，浮子33可隨水面自由上下運(yùn)動(dòng)，第一水泵38將溫度較高的海水抽入汽化室40內(nèi)，加熱器39將泵入的表層海水加熱至預(yù)設(shè)溫度后汽化變成水蒸汽上升進(jìn)入蒸汽通道41，且重量傳感器20和溫度傳感器22與控制模塊19連通。在裝置投入使用之前，鍵盤(pán)控制模塊21預(yù)先設(shè)定好汽化室40內(nèi)水的重量，當(dāng)汽化室40內(nèi)水的重量超過(guò)預(yù)設(shè)值，重量傳感器20將信號(hào)輸入給控制模塊，此時(shí)控制模塊執(zhí)行停止抽入熱水的命令，第一水泵38關(guān)閉；

當(dāng)汽化室40內(nèi)水的重量小于預(yù)設(shè)值，控制模塊執(zhí)行開(kāi)啟抽入熱水的命令，第一水泵38打開(kāi)，當(dāng)溫度傳感器22測(cè)得水溫低于50℃時(shí)，溫度傳感器22將信號(hào)輸入給控制模塊，控制模塊再將命令傳遞到輸出模塊27，輸出模塊27將命令輸出到逆變器28，將蓄電池29中的直流負(fù)載30轉(zhuǎn)化為交流負(fù)載25，為加熱器39提供電力；當(dāng)水溫高于50℃低于70℃時(shí)，蓄電池29和發(fā)電機(jī)14產(chǎn)生的交流負(fù)載25同時(shí)提供電力；當(dāng)水溫高于70℃時(shí)，蓄電池29停止輸電，只有發(fā)電機(jī)14產(chǎn)生的交流負(fù)載25工作；

第二管道36進(jìn)水口安裝于重塊31下方1米處，重塊31位于水平面以下20-25米處，且第二管道36中的第二水泵37與控制模塊19連接，鍵盤(pán)控制模塊21預(yù)先設(shè)置第二水泵37的抽水頻率和控制抽水量，抽上來(lái)的冷水進(jìn)入冷水排管43中，由冷水出口44重新流入大海中；

加熱器39將水燒至沸騰變成水蒸汽上升進(jìn)入蒸汽通道41，由于蒸汽通道41管壁上有散氣孔42，當(dāng)熱的蒸汽從散氣孔42進(jìn)入土壤并遇到溫度較低的冷水排管時(shí)，蒸汽在冷水管壁上液化為冷凝水，冷凝水流入土壤，實(shí)現(xiàn)了海水淡化和灌溉農(nóng)作用的目的；

當(dāng)波浪能裝置出現(xiàn)異常情況時(shí)，報(bào)警模塊23觸發(fā)報(bào)警器；

在夜晚光照不足時(shí)，亮度感應(yīng)器18觸發(fā)控制模塊執(zhí)行打開(kāi)指示燈7的命令，使得整套裝置在夜晚也能夠被來(lái)往的船只識(shí)別。

盡管上面對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式，上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，并不是限制性的。