一种具有可伸缩拦截器的海洋微塑料回收装置的制作方法

本实用新型属于治理海洋垃圾环境污染技术领域，尤其是一种具有可伸缩拦截器的海洋微塑料回收装置。

背景技术：

微塑料系指直径小于5mm的塑料颗粒。在海洋中，微塑料随着海水的运动发生迁移，且容易被海洋生物摄食从而进入食物网，现已广泛地分布于海洋生态系统中。作为新型污染物，微塑料化学性质稳定，会对环境造成长期危害。对现存的微塑料进行回收和再利用是治理此类海洋污染的重要途径。当前的基础科研中，也需要高效的海洋微塑料现场回收或采样装置。首先，传统上采用漂浮式微塑料收集装置，其回收的有效海域面积较小，回收效率欠佳。现有的漂浮式回收装置，其形态和结构相对固定。在弱水动力条件下，难以加大迎流面积，造成回收效率过低。在强水动力条件下，既不能减小迎流面积，也不能调整装置的迎流方向。在海洋内部，特别是潮和海浪作用显著的海区，动力过程容易对回收装置本身造成破坏，影响使用的寿命，降低微塑料回收的效率，增加回收的成本。不同海况条件下，兼顾回收的有效面积和装置自身的安全性，是丞待解决的问题。其次，海洋微塑料回收船，造价较高，难以在多个不同海域完成长期并行化的微塑料回收。

通过检索，尚未发现与本实用新型专利申请相关的专利公开文献。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种具有可伸缩拦截器的海洋微塑料回收装置，该回收装置可以配合水动力条件的强弱，调整拦截器的叶片径向长度，从而改变拦截器的迎流面积，兼顾微塑料的回收效率与装置安全。

本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种具有可伸缩拦截器的海洋微塑料回收装置，所述装置包括可伸缩拦截器、驱动组件、微塑料回收仓、固定壳体和定位组件，所述可伸缩拦截器、驱动组件、微塑料回收仓和定位组件均设置于固定壳体上，所述可伸缩拦截器与驱动组件相连接设置，该可伸缩拦截器和驱动组件设置于微塑料回收仓外，所述微塑料回收仓可拆卸设置于固定壳体上；

所述可伸缩拦截器能够降低流经拦截器的海水流速，相应地降低海水携带漂浮或悬浮微塑料颗粒的能力，能够将微塑料颗粒拦截在本装置附近；所述驱动组件能够调整可伸缩拦截器的径向长度和方向，所述微塑料回收仓能够回收大粒径垃圾和微塑料垃圾，所述大粒径回收仓能够回收0.5-10mm的海洋漂浮垃圾，所述微塑料回收仓能够回收0.5mm以下的海洋微塑料颗粒；所述固定壳体能够承载可伸缩拦截器、驱动组件、微塑料回收仓和定位组件，且带动其一起漂浮在海面上，所述定位组件能够为海洋微塑料回收装置的定位和回收工作提供位置信息和辨识标记。

而且，所述固定壳体包括外固定壳体、入水口阻隔叶片、内固定壳体、分隔挡块和密封底板，所述内固定壳体同轴间隔设置在外固定壳体内，所述外固定壳体的顶部和底部均呈开口状，所述内固定壳体的顶部呈密封状，该外固定壳体、内固定壳体的底部通过密封底板紧密密封设置在一起；所述内固定壳体的中下部设置有出水口，该出水口与内固定壳体、外固定壳体之间的中空内部相连通设置，该出水口延伸至密封底板的下底面上，便于利用海水自身的重力作用排水；

所述外固定壳体的外表面沿圆周方向均布间隔设置3个可伸缩拦截器，3个可伸缩拦截器互成120°角；相邻两个可伸缩拦截器之间的外固定壳体上沿圆周方向均布间隔制出多个入水口，所述入水口一侧的外固定壳体上相连接设置入水口阻隔叶片，该入水口阻隔叶片能够阻挡大于20cm的海洋生物或者海洋垃圾通过入水口；

所述微塑料回收仓包括大粒径垃圾回收仓和微塑料垃圾回收仓，所述微塑料垃圾回收仓同轴间隔设置于内固定壳体外的密封底板上，所述大粒径垃圾回收仓同轴间隔设置于微塑料垃圾回收仓、外固定壳体之间的密封底板上；所述大粒径垃圾回收仓、微塑料垃圾回收仓均具有海洋垃圾过滤功能；

与可伸缩拦截器相对应的外固定壳体、大粒径垃圾回收仓之间紧密相连接设置一分隔挡块，该分隔挡块呈顶部开口、四周密封的中空状，该分隔挡块能够将外固定壳体、大粒径垃圾回收仓之间的空腔隔离为多个；

所述驱动组件包括电源，伸缩、转动驱动单元、推拉杆和固定单元，所述电源、伸缩、转动驱动单元、推拉杆和固定单元依次相连接设置，所述电源、伸缩、转动驱动单元设置于分隔挡块的中空内部，所述电源能够为伸缩、转动驱动单元供电，所述伸缩、转动驱动单元能够带动推拉杆沿径向运动和/或能够带动推拉杆发生旋转；

所述可伸缩拦截器包括固定叶片和两个以上可伸缩叶片，所述固定叶片和两个以上可伸缩叶片通过固定单元与推拉杆相连接设置，该固定单元能够将可伸缩叶片打开活动设置或锁死设置于推拉杆上，所述固定叶片沿径向设置，该固定叶片的径向一端紧密垂直固装于外固定壳体的外表面上，该固定叶片呈径向两端均开口的中空状；所述可伸缩叶片也沿径向设置，该可伸缩叶片呈径向两端均开口的中空状，两个以上可伸缩叶片沿径向依次滑动相连接设置，设置于端部的一个可伸缩叶片的另一径向端部与固定叶片的径向另一端滑动相连接设置，该可伸缩叶片的外表面与固定叶片的内表面能够滑动设置，且该可伸缩叶片能够完全滑动设置于固定叶片内部，依次相连接设置的可伸缩叶片能够自远离固定叶片向固定叶片的方向的顺序完全滑动设置于相邻另一个可伸缩叶片的中空内部，当驱动组件带动推拉杆沿径向运动时，固定单元将可伸缩叶片打开活动设置于推拉杆上，通过驱动组件进而能够调整可伸缩拦截器的整体长度，待调整完毕之后，固定单元将可伸缩叶片锁死设置于推拉杆上；

当驱动组件带动推拉杆转动时，固定单元将可伸缩叶片锁死设置于推拉杆上。

而且，所述固定叶片的径向长度为1-2m，可伸缩叶片的径向长度与固定叶片的径向长度相同；或者，靠近固定叶片设置的可伸缩叶片的径向长度短于固定叶片的径向长度，自远离固定叶片向固定叶片的方向的可伸缩叶片的径向长度依次增大；

或者，所述入水口阻隔叶片的间隔可设置为20-30cm之间。

或者，所述固定壳体还包括太阳能电池板，所述太阳能电池板与驱动组件的电源相连接设置，该太阳能电池板能够对电源进行充电；

或者，所述固定壳体的上方相连接设置有具有水密性的透明保护罩。

而且，所述驱动组件还包括伸缩判断单元，所述伸缩判断单元设置在相邻两个分隔挡块之间的外固定壳体、大粒径垃圾回收仓之间的密封底板上，该伸缩判断单元能够对本海洋微塑料回收装置所在区域的现场流量大小给出伸缩判断；当流量的测量值大于设置的各级阈值时，则驱动组件通过推拉杆收缩拦截器，适应强的水动力条件；当测量的流速值小于设置的各级阈值时，逐级延伸可伸缩叶片，适应弱水动力条件。

而且，所述伸缩判断单元包含相连接设置的流量计和磁性流量传感器，该流量计能够测量单位面积上的流量，所述磁性流量传感器可以监测流量大小并输出开关量的电信号。

而且，所述伸缩、转动驱动单元为液压装置；所述电源为太阳能电池板或者蓄电池；

或者，所述固定单元具备锁扣结构，在完成各级收缩和延伸后，能够锁死叶片和推拉杆的连接处；

或者，所述大粒径垃圾回收仓的过滤用平均孔径选择为10mm，所述微塑料垃圾回收仓过滤用平均孔径选择为0.5mm或0.33mm；

或者，所述大粒径垃圾回收仓为聚乙烯或聚丙烯过滤网，所述微塑料垃圾回收仓为聚丙烯折叠滤芯。

而且，所述入水口阻隔叶片设置为能够水平摆动的叶片，该阻隔叶片通过连接轴与外固定壳体活动相连接设置，该连接轴设置在入水口阻隔叶片临近海水一侧；

或者，所述固定壳体的侧表面、上表面和定位组件的外表面均设置有夜明涂层；

或者，所述外固定壳体和微塑料回收仓的下表面在径向上采用由装置外侧向中心逐渐倾斜的设计。

而且，所述定位组件包括相连接设置的gsm定位单元和led指示灯。

本实用新型取得的优点和积极效果是：

1、本实用新型回收装置可以配合水动力条件的强弱，调整拦截器的叶片径向长度，从而改变拦截器的迎流面积，兼顾微塑料的回收效率与装置安全。在实际应用中，可使用船只等将多个本装置释放到海洋中，进行并行化的海洋微塑料回收作业。

2、本实用新型装置的可伸缩拦截器可以在较弱的水动力条件下，提高海洋微塑料的回收效率。

3、本实用新型装置的可伸缩拦截器可以在诸如恶劣天气等导致的较强水动力条件下，维持正常的海洋微塑料回收。

4、本实用新型装置的可伸缩拦截器可以在较强的水动力条件下，防止回收装置本身遭到破坏，延长装置的使用寿命。

5、本实用新型装置可以在多个海区同时布放，对海洋微塑料进行并行的回收，提高目标海域的回收效率。

6、本实用新型装置设置了定位组件，该定位组件利用gsm通讯技术，可进行追踪和定位。

7、本实用新型方法能够在不同强度水动力条件的临近海域内，通过释放多个具有可伸缩拦截器的海洋微塑料回收装置进行并行化回收海洋微塑料，可以显著降低海洋微塑料的现场回收成本。

8、本实用新型装置配有定位组件，在使用船只对装置进行回收时，可以根据实时定位来规划最优的航线，提高在海区内搜索装置的效率。

9、本实用新型装置中的微塑料回收仓可以便捷地拆卸，回收结束，方便岸上实验室对微塑料收集仓的处理。

10、本实用新型装置中的微塑料回收仓可以便捷地安装，新航次之前，方便回收仓的更新和装置的重置。

11、本实用新型装置配有入水口阻隔叶片，可以避免大型的漂浮垃圾进入装置，干扰正常的微塑料过滤回收工作。

12、本实用新型装置的入水口阻隔叶片可以部分地阻挡海洋游泳生物进入装置的内部，最大程度上降低回收装置对海洋生物的影响。

附图说明

图1为本实用新型装置的结构连接立体图；

图2为本实用新型方法的工作流程示意图。

具体实施方式

下面结合通过具体实施例对本实用新型作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本实用新型的保护范围。

本实用新型未具体详细描述的结构，均可以理解为本领域的常规结构。

一种具有可伸缩拦截器的海洋微塑料回收装置，如图1所示，所述装置包括可伸缩拦截器10、驱动组件20、微塑料回收仓30、固定壳体40和定位组件50，所述可伸缩拦截器、驱动组件、微塑料回收仓和定位组件均设置于固定壳体上，所述可伸缩拦截器与驱动组件相连接设置，该可伸缩拦截器和驱动组件设置于微塑料回收仓外，所述微塑料回收仓可拆卸设置于固定壳体上；

所述可伸缩拦截器能够降低流经拦截器的海水流速，相应地降低海水携带漂浮或悬浮微塑料颗粒的能力，从而将微塑料颗粒拦截在本装置附近；所述驱动组件能够调整可伸缩拦截器的径向长度和方向，所述微塑料回收仓能够回收大粒径垃圾和微塑料垃圾，所述大粒径回收仓能够回收0.5-10mm的海洋漂浮垃圾，所述微塑料回收仓能够回收0.5mm以下的海洋微塑料颗粒；所述固定壳体能够承载可伸缩拦截器、驱动组件、微塑料回收仓和定位组件，且带动其一起漂浮在海面上，所述定位组件能够为海洋微塑料回收装置的定位和回收工作提供位置信息和辨识标记。

在本实施例中，所述固定壳体包括外固定壳体41、入水口阻隔叶片42、内固定壳体43、分隔挡块44和密封底板45，所述内固定壳体同轴间隔设置在外固定壳体内，所述外固定壳体的顶部和底部均呈开口状，所述内固定壳体的顶部呈密封状，该外固定壳体、内固定壳体的底部通过密封底板紧密密封设置在一起；所述内固定壳体的中下部设置有出水口(图中未示出)，该出水口与内固定壳体、外固定壳体之间的中空内部相连通设置，该出水口延伸至密封底板的下底面上，便于利用海水自身的重力作用排水；

所述外固定壳体的外表面沿圆周方向均布间隔设置3个可伸缩拦截器，3个可伸缩拦截器互成120°角；相邻两个可伸缩拦截器之间的外固定壳体上沿圆周方向均布间隔制出多个入水口，所述入水口一侧的外固定壳体上相连接设置入水口阻隔叶片，该入水口阻隔叶片能够阻挡过大(大于20cm)的海洋生物或者海洋垃圾通过入水口，且入水口阻隔叶片对于流体来说是一种形阻，会减小水动力。因此，入水口阻隔叶片设置不宜过密，相邻两入水口阻隔叶片的间隔可设置为20-30cm，从而将超过此大小的海洋漂浮垃圾或海洋游泳生物阻挡在装置壳体之外；

所述微塑料回收仓包括大粒径垃圾回收仓31和微塑料垃圾回收仓32，所述微塑料垃圾回收仓同轴间隔设置于内固定壳体外的密封底板上，所述大粒径垃圾回收仓同轴间隔设置于微塑料垃圾回收仓、外固定壳体之间的密封底板上；所述大粒径垃圾回收仓、微塑料垃圾回收仓均具有海洋垃圾过滤功能；

与可伸缩拦截器相对应的外固定壳体、大粒径垃圾回收仓之间紧密相连接设置一分隔挡块，该分隔挡块呈顶部开口、四周密封的中空状，该分隔挡块能够将外固定壳体、大粒径垃圾回收仓之间的空腔隔离为多个，该分隔挡块起到一个阻隔水流的作用，使进入入水口后的水流更好地沿径向运动。

所述驱动组件包括电源22，伸缩、转动驱动单元23、推拉杆24和固定单元25，所述电源、伸缩、转动驱动单元、推拉杆和固定单元依次相连接设置，所述电源、伸缩、转动驱动单元设置于分隔挡块的中空内部，所述电源能够为伸缩、转动驱动单元供电，所述伸缩、转动驱动单元能够带动推拉杆沿径向运动和/或能够带动推拉杆发生旋转；推拉杆可以预先根据微塑料回收海区的水动力条件预报设置长度和方向；

所述可伸缩拦截器包括固定叶片101和两个以上可伸缩叶片102、103，所述固定叶片和两个以上可伸缩叶片通过固定单元与推拉杆相连接设置，该固定单元能够将可伸缩叶片打开活动设置或锁死设置于推拉杆上，所述固定叶片沿径向设置，该固定叶片的径向一端紧密垂直固装于外固定壳体的外表面上，该固定叶片呈径向两端均开口的中空状；所述可伸缩叶片也沿径向设置，该可伸缩叶片呈径向两端均开口的中空状，两个以上可伸缩叶片沿径向依次滑动相连接设置，设置于端部的一个可伸缩叶片的另一径向端部与固定叶片的径向另一端滑动相连接设置，该可伸缩叶片的外表面与固定叶片的内表面能够滑动设置，且该可伸缩叶片能够完全滑动设置于固定叶片内部，依次相连接设置的可伸缩叶片能够自远离固定叶片向固定叶片的方向的顺序完全滑动设置于相邻另一个可伸缩叶片的中空内部，当驱动组件带动推拉杆沿径向运动时，固定单元将可伸缩叶片打开活动设置于推拉杆上，因此通过驱动组件进而能够调整可伸缩拦截器的整体长度，待调整完毕之后，固定单元将可伸缩叶片锁死设置于推拉杆上，可伸缩拦截器的径向最长长度可为固定叶片和所有各级可伸缩叶片的径向长度之和，最短径向长度可收缩至固定叶片的径向长度，在使用时，叠置叶片中，第一可伸缩叶片可以沿固定叶片内表面滑动，首先完成延伸，第二可伸缩叶片及各级可伸缩叶片，可以沿着上一级可伸缩叶片的内表面滑动，完成延伸；

当驱动组件带动推拉杆转动时，固定单元将可伸缩叶片锁死设置于推拉杆上，因此可使推拉杆带动可伸缩拦截器整体地转动，进而改变叶片的迎流方向，因此，该可伸缩拦截器可以根据水动力条件的强弱，改变长度和迎流方向，从而调整迎流面积。

较优地，所述固定叶片的径向长度为1-2m，可伸缩叶片的径向长度与固定叶片的径向长度相同。或者，较优地，靠近固定叶片设置的可伸缩叶片的径向长度短于固定叶片的径向长度，自远离固定叶片向固定叶片的方向的可伸缩叶片的径向长度依次增大。

较优地，所述固定壳体还包括太阳能电池板(图中未示出)，所述太阳能电池板与驱动组件的电源相连接设置，该太阳能电池板能够对电源进行充电，从而延长本装置对海洋微塑料的回收总时间。

优选地，所述固定壳体还包括具有水密性的透明保护罩(图中未示出)，该透明保护罩可拆卸紧密设置于外固定壳体的顶部上，一方面为驱动组件中的电源提供保护，另一方面为增加布置太阳能电池板提供方便。

较优地，所述驱动组件还包括伸缩判断单元21，所述伸缩判断单元设置在相邻两个分隔挡块之间的外固定壳体、大粒径垃圾回收仓之间的密封底板上，该伸缩判断单元能够对本海洋微塑料回收装置所在区域的现场流量大小给出伸缩判断；当流量的测量值大于设置的各级阈值时，则驱动组件通过推拉杆收缩拦截器，适应强的水动力条件；当测量的流速值小于设置的各级阈值时，逐级延伸可伸缩叶片，适应弱水动力条件。

在潮流较强的微塑料回收海区，或者回收海区发生强的天气过程时，伸缩判断单元测量回收装置所在区域的量，做出伸缩判断。当测量流量大于设置的各级阈值时，伸缩、转动驱动单元通过推拉杆调整可伸缩拦截器的径向长度，转动可伸缩拦截器的方向，有效地减小迎流截面积，从而适应强的水动力条件，保障微塑料回收装置的安全。

在水动力条件较弱的海区，当测量流量小于设置的各级阈值时，将逐级延伸可伸缩叶片的径向长度，转动拦截器组件的方向，有效地增大迎流截面积，适应弱的水动力条件，提高微塑料回收装置的回收效率。

较优地，所述伸缩判断单元包含相连接设置的流量计和磁性流量传感器(图中均未示出)，该流量计能够测量单位面积上的流量，从而估算释放海域的微塑料颗粒质量或体积浓度，所述磁性流量传感器可以监测流量大小并输出开关量的电信号。当装置内的径向流量大于磁性流量开关的启动流量时，磁性阀芯在流体压力作用下向流动方向移动，触发干簧管触点动作；当装置内的径向流量降低至启动流量以下时，磁性阀芯在复位磁体斥力的作用下回到原位，干簧管触点恢复初始状态。

较优地，所述磁性流量传感器为soway信为传感器。

较优地，所述伸缩、转动驱动单元为液压装置，如气缸等；所述电源为太阳能电池板或者蓄电池。

较优地，所述固定单元具备锁扣结构，在完成各级收缩和延伸后，可以锁死叶片和推拉杆的连接处，从而固定拦截器的总长度。

较优地，所述大粒径垃圾回收仓的过滤用平均孔径选择为10mm，所述微塑料垃圾回收仓过滤用平均孔径选择为0.5mm或0.33mm。

较优地，所述大粒径垃圾回收仓为聚乙烯或聚丙烯过滤网，所述微塑料垃圾回收仓为聚丙烯折叠滤芯。

较优地，所述入水口阻隔叶片设置为能够水平摆动的叶片，该阻隔叶片通过连接轴与外固定壳体活动相连接设置，该连接轴设置在入水口阻隔叶片临近海水一侧；当本微塑料回收装置整体在各种水动力条件下发生不同方向的水平转动时，均可借助水动力来提高入水量。

在本实施例中，所述定位组件包括相连接设置的gsm定位单元51和led指示灯52，较优地，所述定位组件设置在具有水密性的透明保护罩内。

较优地，所述固定壳体的侧表面、上表面和定位组件的外表面均设置有夜明涂层(图中未示出)，从而增加回收装置的辨识度和安全性。

较优地，所述外固定壳体和微塑料回收仓的下表面在径向上采用由装置外侧向中心逐渐倾斜的设计，从而更好地利用海水自身的重力作用排水。

上述的具有可伸缩拦截器的海洋微塑料回收装置能够应用在海洋垃圾回收方面中。

本实用新型具有可伸缩拦截器的海洋微塑料回收装置的一种工作原理如下：

当海水流经本回收装置时，一方面受到可伸缩拦截器的阻挡，水动力条件减弱，相应地携带海洋漂浮垃圾和微塑料的能力减弱，使得所述海洋垃圾被拦截在本装置附近；另一方面海水的水平流动将推动拦截器各叶片，使装置在产生水平位移的同时，发生转动。在水动力条件较弱时，拦截器叶片将充分伸展，加大迎流面积，加强拦截作用的同时提高转动力矩。在水动力条件过强时，拦截器叶片将及时收缩，减小迎流面积，降低转动力矩，保证装置自身的安全。在入水口阻隔叶片的引导下，海水将流入回收装置，由外向内，依次流经大粒径垃圾回收仓和微塑料垃圾回收仓，通过分级过滤，实现回收海洋微塑料的目的。最后，海水在自身重力作用下，经内壳体下部的出水口排出装置。

利用如上所述的具有可伸缩拦截器的海洋微塑料回收装置进行并行化回收海洋微塑料的方法，如图2所示，步骤如下：

1、预设海洋微塑料回收装置：

在短期回收工作中，根据目标海区的海洋预报预设可伸缩拦截器的长度；在中、场期回收工作中，开启伸缩判断单元；

2、由船只等携带海洋微塑料回收装置前往目标海区，释放装置前，开启定位组件；依次在各回收、采样站位释放装置；

3、在中、长期回收中，本装置能够根据水动力的强弱调节拦截器叶片组件的长度和方向；由多个装置在临近海域内，并行化地开展微塑料回收工作；期间，对装置进行实时定位(例如，通过gsm手机卡对装置进行实时定位)；

4、在现场回收结束后，根据实时的定位信息规划航线，由船只等依次收回海洋微塑料回收装置；关闭定位组件和驱动组件；

5、在陆上实验室，取下海洋微塑料回收装置的微塑料回收仓，备用；彻底清洗装置；替换电源或对电源进行充电；重置微塑料回收仓，以备在下个回收航次中使用。

尽管为说明目的公开了本实用新型的实施例，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本实用新型及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本实用新型的范围不局限于实施例所公开的内容。