一種利用太陽能的溫差液體提升裝置及其方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用太陽能的溫差液體提升裝置及其方法。本發(fā)明中的裝置包括集熱均溫器、透明蓋板、防水密封層、隔熱層、外殼和浮筒，集熱均溫器由吸熱圓盤、均溫換熱棒、梯形直肋以及矩形直肋所構成。白天，集熱均溫器上部的吸熱圓盤將太陽能轉化為高溫熱能。該熱能一部分傳遞到吸熱圓盤下部腔室里的水中使其加熱升溫，用以儲藏部分熱能。另一部分熱能則直接通過均溫換熱棒傳遞到裝置下端，用于產(chǎn)生上升流。夜晚，儲存于圓盤下部密封腔室中的高溫熱水將白天所收集到的高溫熱能再次通過均溫換熱棒傳遞到裝置下端的深層海水中，以繼續(xù)加熱深層海水來產(chǎn)生上升流。本發(fā)明利用太陽能熱來驅(qū)動上升流，綠色環(huán)保。
【專利說明】一種利用太陽能的溫差液體提升裝置及其方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于海洋生態(tài)環(huán)境修復領域與海洋漁業(yè)領域，涉及一種利用太陽能的溫差液體提升裝置及其方法。
【背景技術】
[0002]我國海域遼闊，近海漁場眾多，海洋漁業(yè)資源非常豐富。但是近年來，我國近海生態(tài)環(huán)境急劇惡化，漁業(yè)資源嚴重衰退，一些近海漁場的經(jīng)濟魚類已基本形成不了魚訊。因此改善近海生態(tài)環(huán)境，恢復與拓展海洋漁業(yè)資源已經(jīng)迫在眉睫。海水野生魚類自然增產(chǎn)的關鍵在于注重透光層內(nèi)海水營養(yǎng)成分的補充以改善海水魚類食物鏈的環(huán)境條件。自然界中往往通過自然海洋上升流來將海水深層的營養(yǎng)鹽提升到海表透光層。但由于自然海洋上升流存在季節(jié)性和區(qū)域性的缺點，我國某些近海海域的營養(yǎng)鹽往往達不到水面附近的透光層。
[0003]液體提升技術可以通過人工方法形成上升流，將大量富營養(yǎng)鹽的深層海水提升至海洋上層光線能到達的地方，配合二氧化碳發(fā)生光合作用，使作為海洋生物食物鏈底端的浮游植物增產(chǎn)，即可創(chuàng)造優(yōu)質(zhì)的漁場生態(tài)環(huán)境。
[0004]目前已有的人工上升流裝置主要有以下三種:一是利用水泵直接抽吸底層海水產(chǎn)生上升流，如日本的“拓?！毖b備，該類裝置缺點在于耗能大且效率低；二是通過水底注氣，利用氣泡上升帶動海水涌升產(chǎn)生上升流，該類裝置由于需要在海洋中提供外接氣源而增加了系統(tǒng)的復雜性與不穩(wěn)定性；此外申請?zhí)枮?01210000180.4的發(fā)明專利公開了一種利用太陽能和波浪能來提升營養(yǎng)鹽的裝置，該裝置通過波浪能把太陽能熱通過流體工質(zhì)輸送到海底進行熱交換從而產(chǎn)生上升流，該裝置因為采用波浪能來作為熱傳輸?shù)膭恿υ矗皇沁\動機構的存在容易增加系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，二是由于太陽能熱存在晝高夜低間歇產(chǎn)生的特點，波浪能很難與之在動力輸入量與時間上互相匹配，從而容易造成熱量傳遞效率較低的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0005]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種利用太陽能的溫差液體提升裝置及其方法。
[0006]一種利用太陽能的溫差液體提升裝置，包括集熱均溫器、透明蓋板、防水密封層、隔熱層、外殼和浮筒，所述集熱均溫器由吸熱圓盤、均溫換熱棒、梯形直肋以及矩形直肋所構成。
[0007]均溫換熱棒上端與吸熱圓盤在圓盤中心處垂直聯(lián)接，吸熱圓盤上表面涂有太陽能吸收涂層，吸熱圓盤下面有一組梯形直肋分別與吸熱圓盤、均溫換熱棒相聯(lián)接，該組梯形直肋圍繞均溫換熱棒中軸線呈環(huán)形對稱分布，均溫換熱棒下端有一組矩形直肋與之聯(lián)接，該組矩形直肋圍繞換熱棒中軸線呈環(huán)形對稱分布。
[0008]吸熱圓盤上部與透明蓋板所夾的圓柱形密封腔室中充有空氣，吸熱圓盤下部與防水密封層所夾的圓柱形密封腔室中充有水。[0009]位于裝置上部的防水密封層外部布置有隔熱層，同時均溫換熱棒中部在矩形直肋以上位置也在其外布置有隔熱層。裝置上部在隔熱層外部裝有桶形金屬外殼，外殼周圍布置有環(huán)形對稱分布的若干個浮筒與之相聯(lián)接。
[0010]利用上述裝置提升液體的方法:
I)、白天，集熱均溫器上部的吸熱圓盤通過太陽能吸收涂層將太陽能轉化為高溫熱能。該熱能一部分傳遞到吸熱圓盤下部腔室里的水中使其加熱升溫，用以儲藏部分熱能。另一部分熱能則直接通過均溫換熱棒傳遞到裝置下端，然后通過矩形直肋傳遞到附近的深層海水中，使其溫度升高形成局部熱溫區(qū)。根據(jù)流體力學原理，流體內(nèi)的溫度梯度會引起密度梯度變化，高溫流體密度低，低溫流體密度高，因此熱溫區(qū)的低密度海水將在因重力而產(chǎn)生的浮升力作用下自然上升，產(chǎn)生上升流。
[0011]2)、夜晚，吸熱圓盤停止工作，此時儲存于圓盤下部密封腔室中的高溫熱水將白天所收集到的高溫熱能再次通過均溫換熱棒傳遞到裝置下端的深層海水中，以繼續(xù)加熱深層海水來產(chǎn)生上升流。
[0012]本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明利用太陽能熱來驅(qū)動上升流，綠色環(huán)保；本發(fā)明通過設置儲熱裝置來吸收太陽能在高峰時段過多的熱量用以在低峰時段繼續(xù)利用，在一定程度上解決了太陽能在驅(qū)動上升流過程中在不同運行時段能量輸入與輸出不匹配的問題，從而能夠獲得更高的能源利用效率。本發(fā)明結構簡單，無運動機構，穩(wěn)定可靠，安裝與布放方便。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]附圖1為本發(fā)明剖視圖。
[0014]附圖2為本發(fā)明俯視圖。`
[0015]附圖3a為集熱均溫器結構圖。
[0016]附圖3b為附圖3a的A-A向視圖。
[0017]附圖3c為附圖3a的B-B向視圖。
[0018]附圖4為均溫換熱棒工作原理示意圖。
[0019]圖中:1.透明蓋板；2.防水密封層；3.隔熱層；4.外殼；5.浮筒；6.集熱均溫器；
7.均溫換熱棒；8.吸熱圓盤；9.梯形直肋；10.矩形直肋。
【具體實施方式】
[0020]以下結合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
[0021]如圖1、圖2所示，利用太陽能的溫差液體提升裝置，包括集熱均溫器6、透明蓋板
1、防水密封層2、隔熱層3、外殼4和浮筒5。集熱均溫器整體采用高導熱系數(shù)材料(如鋁、銅等金屬及其金屬合金材料)制成，其結構如圖3a所示，由均溫換熱棒7、吸熱圓盤8、梯形直肋9 (圖3b)以及矩形直肋10 (圖3c)所構成。
[0022]白天，太陽光透過透明蓋板I照射到吸熱圓盤8上。吸熱圓盤8的上表面涂有太陽能吸收涂層，該涂層可根據(jù)集熱均溫器的制作材料來采用相關的電化學表面轉化涂層如鋁陽極氧化涂層、氧化銅轉化涂層等，太陽能通過吸熱圓盤8轉化成熱能。該熱能一部分傳遞到吸熱圓盤8下部腔室里的水中使其加熱升溫，用以儲存部分熱能。另一部分熱能則直接傳遞給均溫換熱棒7。
[0023]吸熱圓盤8下面排列有一組梯形直肋9主要是用來加強吸熱圓盤8和均溫換熱棒7以及下部腔室中儲熱水之間的熱傳遞，同時也對圓盤8起到支撐作用。吸熱圓盤上部的空氣腔室及其下部的水腔室外沿均布置有防水密封層2以起到腔室密封與防水的作用。防水密封層2外側包裹有隔熱層3，以對整個裝置上部的集熱系統(tǒng)進行保溫來確保吸熱圓盤8所吸收到的太陽能熱盡可能多地傳遞給均溫換熱棒7以及下部腔室中的儲熱水。裝置上部的隔熱層3外側為桶形金屬外殼4，外殼4周圍布置有環(huán)形對稱分布的若干個浮筒5與之相聯(lián)接，以支撐整個裝置。
[0024]均溫換熱棒7的工作原理如圖4所示，所述均溫換熱棒是一種采用高導熱系數(shù)材料(如鋁、銅等金屬及其金屬合金材料)所制成的高性能換熱元件。棒的兩端分別為吸熱和放熱段，中間段外層包裹一層絕熱性能良好的隔熱材料用來防止熱流在傳導中途向外傳遞。該元件熱阻小，傳熱效率高，均溫性能非常好(其冷熱端溫差可以控制在I~3°C)，而且結構簡單，工作可靠，完全能夠滿足溫差液體提升裝置的換熱需求。在本發(fā)明中，均溫換熱棒7上端與吸熱圓盤8以及梯形直肋9相聯(lián)接的區(qū)域為吸熱段，下端與矩形直肋10所聯(lián)接的區(qū)域為放熱段，中間被隔熱層3直接包裹的區(qū)域為絕熱段。白天，均溫換熱棒7將從上部吸熱圓盤8所獲取的熱能傳遞到底端的放熱段，用以加熱放熱段附近的深層海水，使附近海水升溫形成高溫低密度的局部熱溫區(qū)。熱溫區(qū)的低密度海水將在浮升力作用下自然上升，產(chǎn)生上升流。矩形直肋10在均溫換熱棒7之放熱段主要起強化換熱的作用。所述均溫換熱棒7的長度可根據(jù)實際要求來制定。
[0025]夜晚，儲熱水將白天所蓄積到的太陽能高溫熱能通過梯形直肋9傳遞給均溫換熱棒7的吸熱段。均溫換熱棒7將吸熱段所吸收到的高溫熱能通過放熱段的矩形直肋10傳遞給附近深層海水，使其通過人為產(chǎn)生`溫差來驅(qū)動上升流。
【權利要求】
1.一種利用太陽能的溫差液體提升裝置，包括集熱均溫器、透明蓋板、防水密封層、隔熱層、外殼和浮筒，所述集熱均溫器由吸熱圓盤、均溫換熱棒、梯形直肋以及矩形直肋所構成，其特征在于: 均溫換熱棒上端與吸熱圓盤在圓盤中心處垂直聯(lián)接，吸熱圓盤上表面涂有太陽能吸收涂層，吸熱圓盤下面有一組梯形直肋分別與吸熱圓盤、均溫換熱棒相聯(lián)接，該組梯形直肋圍繞均溫換熱棒中軸線呈環(huán)形對稱分布，均溫換熱棒下端有一組矩形直肋與之聯(lián)接，該組矩形直肋圍繞換熱棒中軸線呈環(huán)形對稱分布； 吸熱圓盤上部與透明蓋板所夾的圓柱形密封腔室中充有空氣，吸熱圓盤下部與防水密封層所夾的圓柱形密封腔室中充有水； 位于裝置上部的防水密封層外部布置有隔熱層，同時均溫換熱棒中部在矩形直肋以上位置也在其外布置有隔熱層；裝置上部在隔熱層外部裝有桶形金屬外殼，外殼周圍布置有環(huán)形對稱分布的若干個浮筒與之相聯(lián)接。
2.利用權利要求1所述的裝置提升液體的方法，其特征在于: 1)、白天，集熱均溫器上部的吸熱圓盤通過太陽能吸收涂層將太陽能轉化為高溫熱能；該熱能一部分傳遞到吸熱圓盤下部腔室里的水中使其加熱升溫，用以儲藏部分熱能；另一部分熱能則直接通過均溫換熱棒傳遞到裝置下端，然后通過矩形直肋傳遞到附近的深層海水中，使其溫度升高形成局部熱溫區(qū)；根據(jù)流體力學原理，流體內(nèi)的溫度梯度會引起密度梯度變化，高溫流體密度低，低溫流體密度高，因此熱溫區(qū)的低密度海水將在因重力而產(chǎn)生的浮升力作用下自然上升，產(chǎn)生上升流； 2)、夜晚，吸熱圓盤停止工作，此時儲存于圓盤下部密封腔室中的高溫熱水將白天所收集到的高溫熱能再次通過均溫換熱棒傳遞到裝置下端的深層海水中，以繼續(xù)加熱深層海水來產(chǎn)生上升流。`
【文檔編號】A01K61/00GK103875553SQ201410085437
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月10日 優(yōu)先權日:2014年3月10日
【發(fā)明者】呂明, 劉海強, 聶欣, 潘華辰 申請人:杭州電子科技大學