CN103858811B - 一种利用热管实现人工上升流的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用热管实现人工上升流的装置及方法。该装置包括集热装置、浮筒、热管、隔热封罩以及定位锚，浮筒嵌套在集热装置下部，热管吸热段安装固定在集热装置内部，热管冷凝段位于深层海水处，热管中间绝热段外部套有隔热封罩以减少热管绝热段热量损失并且固定热管相对位置。集热装置吸收太阳光能并转化为热能，加热陶瓷罩下部内腔中的水，使其温度升高。热管吸热段吸收腔内水的热量，然后通过内部工质将热量传递到位于海洋深层的冷凝段，并放出热量。海洋深层热管冷凝段周围的海水被加热后，密度变小，就会在浮升力作用下自然上升，从而产生上升流。本发明有效节约了能源，并且绿色环保。

Description

一种利用热管实现人工上升流的装置及方法

技术领域

本发明属于海洋技术装备领域，涉及一种利用热管实现人工上升流的装置及方法。

背景技术

我国海域辽阔，海洋资源发达，海洋经济发展潜力巨大。但是近年来，由于海洋工程活动加剧、陆源污染物过度排放、近海渔业资源过度捕捞等原因，我国近海生态环境急剧恶化，海洋渔业资源严重衰竭，一些近海渔场的经济鱼类已基本形成不了渔汛。人工上升流技术可以通过人工方法形成海底到海面的垂直海水流动。上升流可以把海底丰富的营养盐带入海表透光层，配合二氧化碳发生光合作用，是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。

人工上升流技术除应用于渔业环境改造外，在河道港口化冰、深海采矿等领域也具有重要实用意义。

现有的人工上升流技术主要体现在以下三种方式：对海底地形改造形成海底山脉，在海流作用下产生上升流；利用水泵抽吸底层海水产生上升流；通过水底注气，气泡上升带动海水涌升产生上升流。地形改造方式可能对原有海底生态环境造成较大破坏而且工程实施难度较高，水泵抽吸方式能耗大且效率低，注气提升方式需要在海洋中提供外接气源因而容易增加系统的复杂度和不稳定性。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种利用热管实现人工上升流的装置及方法。

一种利用热管实现人工上升流的装置，包括集热装置、浮筒、热管、隔热封罩以及定位锚，浮筒嵌套在集热装置下部，热管吸热段安装固定在集热装置内部，热管冷凝段位于深层海水处，热管中间绝热段外部套有隔热封罩以减少热管绝热段热量损失并且固定热管相对位置。

所述集热装置包括聚光玻璃罩，内衬陶瓷罩，隔热板，其中聚光玻璃罩和内衬陶瓷罩之间为空气层，内衬陶瓷罩与隔热板之间充有水，隔热板开有孔与热管固定，隔热板上下表面涂有隔热保温涂层。

所述浮筒是扁平中空环形状，中间部分穿过热管。

所述热管为脉动热管，热管长度根据实际需求确定。

所述隔热封罩内外表面均涂有隔热保温涂层，其长度根据热管绝热段长度而定。

所述聚光玻璃罩外表面镀有增透膜，内衬陶瓷罩外表面覆盖有太阳能吸收涂层。

利用上述装置的产生人工上升流的方法：

步骤1.位于海面上的集热装置吸收太阳光能并转化为热能，加热陶瓷罩下部内腔中的水，使其温度升高。

步骤2.位于集热装置内部的热管吸热段吸收腔内水的热量，然后通过内部工质将热量传递到位于海洋深层的冷凝段，并放出热量。

步骤3.海洋深层热管冷凝段周围的海水被加热后，密度变小，就会在浮升力作用下自然上升，从而产生上升流。

本发明的有益效果：

本发明利用热管吸收太阳能来实现上升流，有效节约了能源，并且绿色环保；

本发明结构简单，无运动机构，稳定可靠，成本低廉，安装与布放方面；

本发明利用脉动热管实现热能传导，效率高，稳定可靠。

附图说明

附图1为本发明装置结构示意图。

附图2为集热装置剖视图。

附图3 为本发明装置仰视图。

附图4为脉动热管工作原理图。

图中：1.聚光玻璃罩；2.内衬陶瓷罩；3.隔热板；4.浮子；5.螺栓；6.隔热封罩；7.定位销；8.脉动热管；9.定位锚链；10.定位锚。

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、2、3所示，利用热管实现人工上升流的装置，包括集热装置、浮子4、热管8、隔热封罩6、定位锚链9以及定位锚10。集热装置如图2所示，由聚光玻璃罩1，内衬陶瓷罩2，隔热板3构成。聚光玻璃罩1外表面镀有增透膜，以减少太阳光的反射损失，增加太阳光透射强度。内衬陶瓷罩2外表面镀有太阳能吸收涂层，用来吸收太阳光能并转化为热能。内衬陶瓷罩2与隔热板3之间充有水，以水作为导热介质，将所吸收到的太阳能热传输给热管8吸热段。聚光玻璃罩1和内衬陶瓷罩2之间为空气隔热层，可减少已吸收的太阳能热量向外部的传导损失。隔热板3上下表面均涂有隔热保温涂层，以减少集热装置热量损失。

聚光玻璃罩1、内衬陶瓷罩2、隔热板3、浮子4、隔热封罩6用螺栓5连接固定，脉动热管8焊接固定在隔热板3上，隔热封罩6用定位销7再次定位，防止海水流动对整个结构的破坏。浮子4用来支撑集热装置，外形呈扁平中空环形。定位锚10用来确定整个上升流装置的布放位置。

热管8采用脉动热管，其结构为闭合回路结构，可分为吸热段、绝热段、放热段，其工作原理如图4所示：脉动热管在吸热段吸收热量，使热管内部液体工质吸热蒸发形成气泡，气泡迅速膨胀和升压，推动工质流向低温放热段，气泡冷凝收缩并破裂，压力下降，工质回流；由于冷热两端间存在压差以及相邻管间存在压力不平衡，使得工质在吸热段和放热段之间振荡流动，从而实现热量的传递。这种方式的热传导可忽略重力因素的影响，所以能够实现反重力场的热传导。其中部的绝热段可以阻止热能从上到下传递过程中的损失。脉动热管8的吸热段置于装置上部集热装置的导热介质——水中，脉动热管的放热段位于要加热的深层海水处。脉动热管的中部套有隔热封罩6作为绝热段，其内外表面均涂有隔热保温涂层，用于减少脉动热管在绝热段对外的热量损失。本发明中脉动热管8吸收来自集热装置的太阳能热, 通过内部工质将热量传递到海洋深层放热段，并放出热量。海洋深层冷凝段周围海水被加热后，密度变小，就会因浮升力的作用自然上升，从而产生上升流。

Claims (5)

1.一种利用热管实现人工上升流的装置，包括集热装置、浮筒、热管、隔热封罩以及定位锚，其特征在于：浮筒嵌套在集热装置下部，热管吸热段安装固定在集热装置内部，热管冷凝段位于深层海水处，热管中间绝热段外部套有隔热封罩以减少热管绝热段热量损失并且固定热管相对位置；

所述集热装置包括聚光玻璃罩，内衬陶瓷罩，隔热板，其中聚光玻璃罩和内衬陶瓷罩之间为空气层，内衬陶瓷罩与隔热板之间充有水，隔热板开有孔与热管固定，隔热板上下表面涂有隔热保温涂层；

所述浮筒是扁平中空环形状，中间部分穿过热管。

2.根据权利要求1所述的一种利用热管实现人工上升流的装置，其特征在于：所述热管为脉动热管。

3.根据权利要求1所述的一种利用热管实现人工上升流的装置，其特征在于：所述隔热封罩内外表面均涂有隔热保温涂层。

4.根据权利要求1所述的一种利用热管实现人工上升流的装置，其特征在于：所述聚光玻璃罩外表面镀有增透膜，内衬陶瓷罩外表面覆盖有太阳能吸收涂层。

5.利用权利要求1所述的装置产生人工上升流的方法，其特征在于：

步骤1.位于海面上的集热装置吸收太阳光能并转化为热能，内衬陶瓷罩下部内腔中的水，使其温度升高；

步骤2.位于集热装置内部的热管吸热段吸收腔内水的热量，然后通过内部工质将热量传递到位于海洋深层的冷凝段，并放出热量；

步骤3.海洋深层热管冷凝段周围的海水被加热后，密度变小，就会在浮升力作用下自然上升，从而产生上升流。