本发明涉及一种利用太阳能的温差液体提升装置及其方法。本发明中的装置包括集热均温器、透明盖板、防水密封层、隔热层、外壳和浮筒,集热均温器由吸热圆盘、均温换热棒、梯形直肋以及矩形直肋所构成。白天,集热均温器上部的吸热圆盘将太阳能转化为高温热能。该热能一部分传递到吸热圆盘下部腔室里的水中使其加热升温,用以储藏部分热能。另一部分热能则直接通过均温换热棒传递到装置下端,用于产生上升流。夜晚,储存于圆盘下部密封腔室中的高温热水将白天所收集到的高温热能再次通过均温换热棒传递到装置下端的深层海水中,以继续加热深层海水来产生上升流。本发明利用太阳能热来驱动上升流,绿色环保。
1.一种利用太阳能的温差液体提升装置,包括集热均温器、透明盖板、防水密封层、隔热层、外壳和浮筒,所述集热均温器由吸热圆盘、均温换热棒、梯形直肋以及矩形直肋所构成,其特征在于:均温换热棒上端与吸热圆盘在圆盘中心处垂直联接,吸热圆盘上表面涂有太阳能吸收涂层,吸热圆盘下面有一组梯形直肋分别与吸热圆盘、均温换热棒相联接,该组梯形直肋围绕均温换热棒中轴线呈环形对称分布,均温换热棒下端有一组矩形直肋与之联接,该组矩形直肋围绕均温换热棒中轴线呈环形对称分布;吸热圆盘上部与透明盖板所夹的圆柱形密封腔室中充有空气,吸热圆盘下部与防水密封层所夹的圆柱形密封腔室中充有水;吸热圆盘上部的空气腔室的侧壁及吸热圆盘下部的水腔室的侧壁和底面均布置有防水密封层,防水密封层外部布置有隔热层,同时均温换热棒中部在矩形直肋以上位置也在其外布置有隔热层;装置上部在隔热层外部装有桶形金属外壳,外壳周围布置有环形对称分布的若干个浮筒与之相联接。
2.利用权利要求1所述的装置提升液体的方法,其特征在于:1)、白天,集热均温器上部的吸热圆盘通过太阳能吸收涂层将太阳能转化为高温热能;该热能一部分传递到吸热圆盘下部密封腔室里的水中使其加热升温,用以储藏部分热能;另一部分热能则直接通过均温换热棒传递到装置下端,然后通过矩形直肋传递到附近的深层海水中,使其温度升高形成局部热温区;根据流体力学原理,流体内的温度梯度会引起密度梯度变化,高温流体密度低,低温流体密度高,因此热温区的低密度海水将在因重力而产生的浮升力作用下自然上升,产生上升流;2)、夜晚,吸热圆盘停止工作,此时储存于吸热圆盘下部密封腔室中的高温热水将白天所收集到的高温热能再次通过均温换热棒传递到装置下端的深层海水中,以继续加热深层海水来产生上升流。技术领域
本发明属于海洋生态环境修复领域与海洋渔业领域,涉及一种利用太阳能的温差液体提升装置及其方法。
背景技术
我国海域辽阔,近海渔场众多,海洋渔业资源非常丰富。但是近年来,我国近海生态环境急剧恶化,渔业资源严重衰退,一些近海渔场的经济鱼类已基本形成不了鱼讯。因此改善近海生态环境,恢复与拓展海洋渔业资源已经迫在眉睫。海水野生鱼类自然增产的关键在于注重透光层内海水营养成分的补充以改善海水鱼类食物链的环境条件。自然界中往往通过自然海洋上升流来将海水深层的营养盐提升到海表透光层。但由于自然海洋上升流存在季节性和区域性的缺点,我国某些近海海域的营养盐往往达不到水面附近的透光层。液体提升技术可以通过人工方法形成上升流,将大量富营养盐的深层海水提升至海洋上层光线能到达的地方,配合二氧化碳发生光合作用,使作为海洋生物食物链底端的浮游植物增产,即可创造优质的渔场生态环境。目前已有的人工上升流装置主要有以下三种:一是利用水泵直接抽吸底层海水产生上升流,如日本的“拓海”装备,该类装置缺点在于耗能大且效率低;二是通过水底注气,利用气泡上升带动海水涌升产生上升流,该类装置由于需要在海洋中提供外接气源而增加了系统的复杂性与不稳定性;此外申请号为201210000180.4的发明专利公开了一种利用太阳能和波浪能来提升营养盐的装置,该装置通过波浪能把太阳能热通过流体工质输送到海底进行热交换从而产生上升流,该装置因为采用波浪能来作为热传输的动力源,一是运动机构的存在容易增加系统的不稳定性,二是由于太阳能热存在昼高夜低间歇产生的特点,波浪能很难与之在动力输入量与时间上互相匹配,从而容易造成热量传递效率较低的问题。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足,提供一种利用太阳能的温差液体提升装置及其方法。一种利用太阳能的温差液体提升装置,包括集热均温器、透明盖板、防水密封层、隔热层、外壳和浮筒,所述集热均温器由吸热圆盘、均温换热棒、梯形直肋以及矩形直肋所构成。均温换热棒上端与吸热圆盘在圆盘中心处垂直联接,吸热圆盘上表面涂有太阳能吸收涂层,吸热圆盘下面有一组梯形直肋分别与吸热圆盘、均温换热棒相联接,该组梯形直肋围绕均温换热棒中轴线呈环形对称分布,均温换热棒下端有一组矩形直肋与之联接,该组矩形直肋围绕换热棒中轴线呈环形对称分布。吸热圆盘上部与透明盖板所夹的圆柱形密封腔室中充有空气,吸热圆盘下部与防水密封层所夹的圆柱形密封腔室中充有水。位于装置上部的防水密封层外部布置有隔热层,同时均温换热棒中部在矩形直肋以上位置也在其外布置有隔热层。xa0xa0xa0xa0xa0装置上部在隔热层外部装有桶形金属外壳,外壳周围布置有环形对称分布的若干个浮筒与之相联接。利用上述装置提升液体的方法:1)、白天,集热均温器上部的吸热圆盘通过太阳能吸收涂层将太阳能转化为高温热能。该热能一部分传递到吸热圆盘下部腔室里的水中使其加热升温,用以储藏部分热能。另一部分热能则直接通过均温换热棒传递到装置下端,然后通过矩形直肋传递到附近的深层海水中,使其温度升高形成局部热温区。根据流体力学原理,流体内的温度梯度会引起密度梯度变化,高温流体密度低,低温流体密度高,因此热温区的低密度海水将在因重力而产生的浮升力作用下自然上升,产生上升流。2)、夜晚,吸热圆盘停止工作,此时储存于圆盘下部密封腔室中的高温热水将白天所收集到的高温热能再次通过均温换热棒传递到装置下端的深层海水中,以继续加热深层海水来产生上升流。本发明的有益效果:本发明利用太阳能热来驱动上升流,绿色环保;本发明通过设置储热装置来吸收太阳能在高峰时段过多的热量用以在低峰时段继续利用,在一定程度上解决了太阳能在驱动上升流过程中在不同运行时段能量输入与输出不匹配的问题,从而能够获得更高的能源利用效率。本发明结构简单,无运动机构,稳定可靠,安装与布放方便。
附图说明
附图1为本发明剖视图。附图2为本发明俯视图。附图3a为集热均温器结构图。附图3b为附图3a的A-A向视图。附图3c为附图3a的B-B向视图。附图4为均温换热棒工作原理示意图。图中:1.透明盖板;2.防水密封层;3.隔热层;4.外壳;5.浮筒;6.集热均温器;7.均温换热棒;8.吸热圆盘;9.梯形直肋;10.矩形直肋。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。如图1、图2所示,利用太阳能的温差液体提升装置,包括集热均温器6、透明盖板1、防水密封层2、隔热层3、外壳4和浮筒5。集热均温器整体采用高导热系数材料(如铝、铜等金属及其金属合金材料)制成,其结构如图3a所示,由均温换热棒7、吸热圆盘8、梯形直肋9(图3b)以及矩形直肋10(图3c)所构成。白天,太阳光透过透明盖板1照射到吸热圆盘8上。吸热圆盘8的上表面涂有太阳能吸收涂层,该涂层可根据集热均温器的制作材料来采用相关的电化学表面转化涂层如铝阳极氧化涂层、氧化铜转化涂层等,太阳能通过吸热圆盘8转化成热能。该热能一部分传递到吸热圆盘8下部腔室里的水中使其加热升温,用以储存部分热能。另一部分热能则直接传递给均温换热棒7。吸热圆盘8下面排列有一组梯形直肋9主要是用来加强吸热圆盘8和均温换热棒7以及下部腔室中储热水之间的热传递,同时也对圆盘8起到支撑作用。吸热圆盘上部的空气腔室及其下部的水腔室外沿均布置有防水密封层2以起到腔室密封与防水的作用。防水密封层2外侧包裹有隔热层3,以对整个装置上部的集热系统进行保温来确保吸热圆盘8所吸收到的太阳能热尽可能多地传递给均温换热棒7以及下部腔室中的储热水。装置上部的隔热层3外侧为桶形金属外壳4,外壳4周围布置有环形对称分布的若干个浮筒5与之相联接,以支撑整个装置。均温换热棒7的工作原理如图4所示,所述均温换热棒是一种采用高导热系数材料(如铝、铜等金属及其金属合金材料)所制成的高性能换热元件。棒的两端分别为吸热和放热段,中间段外层包裹一层绝热性能良好的隔热材料用来防止热流在传导中途向外传递。该元件热阻小,传热效率高,均温性能非常好(其冷热端温差可以控制在1~3°C),而且结构简单,工作可靠,完全能够满足温差液体提升装置的换热需求。在本发明中,均温换热棒7上端与吸热圆盘8以及梯形直肋9相联接的区域为吸热段,下端与矩形直肋10所联接的区域为放热段,中间被隔热层3直接包裹的区域为绝热段。白天,均温换热棒7将从上部吸热圆盘8所获取的热能传递到底端的放热段,用以加热放热段附近的深层海水,使附近海水升温形成高温低密度的局部热温区。热温区的低密度海水将在浮升力作用下自然上升,产生上升流。矩形直肋10在均温换热棒7之放热段主要起强化换热的作用。所述均温换热棒7的长度可根据实际要求来制定。夜晚,储热水将白天所蓄积到的太阳能高温热能通过梯形直肋9传递给均温换热棒7的吸热段。均温换热棒7将吸热段所吸收到的高温热能通过放热段的矩形直肋10传递给附近深层海水,使其通过人为产生温差来驱动上升流。