CN103960178B - 一种利用太阳能的空气动力提升液体装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用太阳能的空气动力提升液体装置及方法。该装置包括风塔、动力涡轮、导流器、传动轴、提升叶轮、透明盖板、吸热圆盘、梯形直肋、密封层、隔热层、外壳、进风管、浮筒、联接杆、刚性水管以及柔性水管。风塔底部的吸热圆盘将太阳能转化为高温热能；该热能通过梯形直肋传递给吸热圆盘下方加热气室中的空气。加热气室集热区域的热空气在风塔底部聚集并向上升，通过导流器整流，然后推动塔内的动力涡轮转动，产生旋转动力。旋转动力通过传动轴带动下方刚性水管里的提升叶轮转动，从而对管内海水产生垂直向上的抽吸力。本发明对海水的提升驱动力可自动适应太阳能输入功率的大小变化，从而具有较高的能量利用效率。
Description
技术领域
本发明属于海洋技术装备领域，涉及一种利用太阳能的空气动力提升液体装置及方法。
背景技术
上升流是形成优质海洋渔场的基础。上升流可以将海水深层的营养盐提升到海表透光层，从而可以改善海水鱼类食物链的环境条件，因此存在上升流的海域是海洋中最“肥沃”的海域之一，它的面积虽然只占海洋总面积的千分之一，但捕鱼量却占了世界海洋捕鱼总量的一半左右。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，因为太阳能热存在昼高夜低间歇产生的特点，波浪能很难与之在功率与时间上互相匹配，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空气动力提升液体系统及方法。
一种利用太阳能的空气动力提升液体装置，包括风塔、动力涡轮、导流器、传动轴、提升叶轮、透明盖板、吸热圆盘、梯形直肋、密封层、隔热层、外壳、进风管、浮筒、联接杆、刚性水管以及柔性水管。
其中的风塔、动力涡轮、导流器、传动轴以及提升叶轮构成该系统动力部分所述风塔呈锥塔形，下部与吸热圆盘相联接，内部安装有动力涡轮及导流器；所述导流器内嵌有导流叶片，整体固定在动力涡轮下方；当风塔中有上升气流通过所述动力涡轮时会通过其叶片将空气流的动能转化为其旋转运动的机械能；动力涡轮在中心处与传动轴相联接，当其旋转时可带动传动轴绕中心旋转；传动轴下端在刚性水管内部与提升叶轮相联接，可带动提升叶轮绕中心旋转。
其中的透明盖板、吸热圆盘、梯形直肋、密封层、隔热层、外壳以及进风管构成该系统集热部分；所述吸热圆盘中间有一圆形孔洞，沿孔洞边缘与上部的风塔相连；吸热圆盘下部有一组梯形直肋呈环形对称分布与之相联接；吸热圆盘上表面涂有太阳能吸收涂层用以吸收太阳光热；透明盖板与吸热圆盘所夹的柱形密封腔室中充有空气；整个集热部分在除透明盖板以外的外围部分均设有密封层与隔热层，并装有桶形金属外壳；所述金属外壳底部有一组进风管呈环形对称分布；所述进风管可将外部空气导入吸热圆盘下部由梯形直肋所支撑出的柱形加热气室中来。
所述外壳下部布置有环形对称分布的若干个浮筒与之相联接；所述浮筒必需确保系统的进风管位于海面之上，而系统的刚性水管上端位于海面之下比较接近海面的位置。
所述刚性水管在上端通过一组环形对称分布的联接杆固定在筒形外壳的正下方；刚性水管内部安装有提升叶轮；刚性水管下部与一段柔性水管相连接。
进一步说，所述提升叶轮为轴流泵式叶轮，其可以通过自身的旋转运动给管内水流一个向上的提升力，从而令管内水流做上升运动，从而达到提升管内海水的目的。
利用上述装置进行液体提升的方法：
1）、风塔底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；该热能通过吸热圆盘下表面以及与之相连的用以强化换热的梯形直肋传递给吸热圆盘下方加热气室中的空气。
2）、由于“烟囱效应”，加热气室集热区域的空气被加热后便向风塔底部流去，在塔内集中并形成一股向上流动的强大空气流，热气流沿着风塔这根“烟囱”继续向上升，通过导流器整流，然后推动塔内的动力涡轮转动，产生旋转动力。
3）、动力涡轮所产生的旋转动力通过传动轴带动下方刚性水管里的提升叶轮转动，从而对管内海水产生垂直向上的抽吸力；该抽吸力可通过柔性水管将较深层的海水抽吸到海表附近，从而达到产生上升流的目的。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明利用太阳能热来驱动上升流，绿色环保；本发明对海水的提升驱动力可自动适应太阳能输入功率的大小变化，即太阳能输入功率越大，产生的热气流流量越大,则涡轮转速越高，海水提升力越大，提升海水流量越大，因此本发明有着较高的能量利用效率。
附图说明
附图1为本发明系统结构示意图。
附图2为本发明吸热圆盘及梯形直肋联接图。
附图3为本发明进风管分布图。
图中的附图标记为：1.风塔；2.动力涡轮；3.导流器；4.传动轴；5.透明盖板；6.密封层；7.隔热层；8.外壳；9.进风管；10.浮筒；11.提升叶轮；12.刚性水管；13.柔性水管；14.联接杆；15.梯形直肋；16.吸热圆盘。
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，利用太阳能的空气动力提升液体系统，包括风塔1、动力涡轮2、导流器3、传动轴4、提升叶轮11、透明盖板5、吸热圆盘16、梯形直肋15、密封层6、隔热层7、外壳8、进风管9、浮筒10、联接杆14、刚性水管12以及柔性水管13。
所述风塔呈锥塔形，下部与吸热圆盘相联接，内部安装有动力涡轮及导流器。所述导流器内嵌有导流叶片，整体固定在动力涡轮下方。所述动力涡轮当风塔中有上升气流通过时会通过其叶片将空气流的动能转化为其旋转运动的机械能。动力涡轮在中心处与传动轴相联接，当其旋转时可带动传动轴沿中心旋转。传动轴下端在刚性水管内部与提升叶轮相联接，可带动提升叶轮沿中心旋转。所述提升叶轮为轴流泵式叶轮，其可以通过自身的旋转运动给管内水流一个向上的提升力，从而令管内水流做上升运动，从而达到提升管内海水的目的。
该系统集热部分包括透明盖板、吸热圆盘、梯形直肋、密封层、隔热层、外壳以及进风管。所述吸热圆盘中间有一圆形孔洞，沿孔洞边缘与上部的风塔相连。吸热圆盘下部有一组梯形直肋呈环形对称分布与之相联接。吸热圆盘上表面涂有太阳能吸收涂层用以吸收太阳光热。透明盖板与吸热圆盘所夹的柱形密封腔室中充有空气。整个集热部分在除透明盖板以外的外围部分均设有密封层与隔热层，并装有桶形金属外壳。所述金属外壳底部有一组进风管呈环形对称分布。所述进风管可将外部空气导入吸热圆盘下部由梯形直肋所支撑出的柱形加热气室中来。
所述外壳下部布置有环形对称分布的若干个浮筒与之相联接。所述浮筒必需确保系统的进风管位于海面之上，而系统的刚性水管上端位于海面之下比较接近海面的位置。
所述刚性水管在上端通过一组环形对称分布的联接杆固定在筒形外壳的正下方。刚性水管内部安装有提升叶轮。刚性水管下部与一段柔性水管相连接。所述柔性水管的长度可根据实际要求来制定。
工作时，太阳光透过透明盖板5照射到吸热圆盘16上。吸热圆盘16上表面涂有太阳能吸收涂层，该涂层可有效吸收太阳能热并减少对外的热辐射损失。吸热圆盘16下部有一组梯形直肋15呈环形对称分布与之相联接，如图2所示。梯形直肋15与吸热圆盘16均用高导热系数的金属材料所制成。梯形直肋15主要起加强换热以及支撑吸热圆盘16形成吸热气室的作用。整个集热部分在除透明盖板5以外的外围部分均设有密封层6与隔热层7，并装有桶形金属外壳8。
外壳8下部布置有环形对称分布的若干个浮筒10与之相联接。所述浮筒10必需确保系统的进风管9位于海面之上，而系统的刚性水管12上端位于海面之下比较接近海面的位置。刚性水管12在上部通过若干个环形对称布置的联接杆14固定在外壳8下方，如图1所示。
吸热圆盘16所吸收的热量通过其下表面以及梯形直肋15传递给吸热圆盘下方加热气室中的空气。隔热层7用以对系统集热部分进行保温来确保吸热圆盘16所吸收到的太阳能热尽可能多地传递给加热气室中的空气。由于“烟囱效应”，加热气室集热区域的空气被加热后便向风塔1的底部流去，在塔内集中并形成一股向上流动的强大空气流，热气流沿着风塔1这根“烟囱”继续向上升，通过导流器3整流，然后推动塔内的动力涡轮2转动，产生旋转动力。
外壳8底部有一组进风管9呈环形对称分布，如图3所示。工作时，系统外部冷空气通过进风管9不断补充到加热气室中来，从而产生源源不断的热空气流。
动力涡轮2所产生的旋转动力通过传动轴4带动下方刚性水管12里的提升叶轮11转动，从而对管内海水产生垂直向上的抽吸力。该抽吸力可通过柔性水管13将较深层的海水抽吸到海表附近，从而形成上升流。柔性水管13的长度可根据实际要求来制定。
Claims (3)
1.一种利用太阳能的空气动力提升液体装置，包括风塔、动力涡轮、导流器、传动轴、提升叶轮、透明盖板、吸热圆盘、梯形直肋、密封层、隔热层、外壳、进风管、浮筒、联接杆、刚性水管以及柔性水管，其特征在于：
其中的风塔、动力涡轮、导流器、传动轴以及提升叶轮构成该装置的动力部分，所述风塔呈锥塔形，下部与吸热圆盘相联接，内部安装有动力涡轮及导流器；所述导流器内嵌有导流叶片，整体固定在动力涡轮下方；当风塔中有上升气流通过所述动力涡轮时会通过其叶片将空气流的动能转化为其旋转运动的机械能；动力涡轮在中心处与传动轴相联接，当其旋转时可带动传动轴绕中心旋转；传动轴下端在刚性水管内部与提升叶轮相联接，可带动提升叶轮绕中心旋转；
其中的透明盖板、吸热圆盘、梯形直肋、密封层、隔热层、外壳以及进风管构成该装置的集热部分；所述吸热圆盘中间有一圆形孔洞，沿孔洞边缘与上部的风塔相连；吸热圆盘下部有一组梯形直肋呈环形对称分布与之相联接；吸热圆盘上表面涂有太阳能吸收涂层用以吸收太阳光热；透明盖板与吸热圆盘所夹的柱形密封腔室中充有空气；整个集热部分在除透明盖板以外的外围部分均设有密封层与隔热层，并装有桶形金属外壳；所述金属外壳底部有一组进风管呈环形对称分布；所述进风管可将外部空气导入吸热圆盘下部由梯形直肋所支撑出的柱形加热气室中来；
所述外壳下部布置有环形对称分布的若干个浮筒与之相联接；所述浮筒必需确保装置的进风管位于海面之上，而装置的刚性水管上端位于海面之下比较接近海面的位置；
所述刚性水管在上端通过一组环形对称分布的联接杆固定在筒形外壳的正下方；刚性水管内部安装有提升叶轮；刚性水管下部与一段柔性水管相连接。
2.根据权利要求1所述的一种利用太阳能的空气动力提升液体装置，其特征在于：所述提升叶轮为轴流泵式叶轮，其可以通过自身的旋转运动给管内水流一个向上的提升力，从而令管内水流做上升运动，从而达到提升管内海水的目的。
3.利用权利要求1所述的装置进行液体提升的方法，其特征在于：
1)、风塔底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；该热能通过吸热圆盘下表面以及与之相连的用以强化换热的梯形直肋传递给吸热圆盘下方加热气室中的空气；
2)、由于“烟囱效应”，加热气室集热区域的空气被加热后便向风塔底部流去，在塔内集中并形成一股向上流动的强大空气流，热气流沿着风塔这根“烟囱”继续向上升，通过导流器整流，然后推动塔内的动力涡轮转动，产生旋转动力；
3)、动力涡轮所产生的旋转动力通过传动轴带动下方刚性水管里的提升叶轮转动，从而对管内海水产生垂直向上的抽吸力；该抽吸力可通过柔性水管将较深层的海水抽吸到海表附近，从而达到产生上升流的目的。
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