CN104542549A - 基于聚光集热的太阳能杀虫灭菌装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于聚光集热的太阳能杀虫灭菌装置，利用太阳热能产生高温蒸汽和热水的混合流体对土壤中害虫、致病菌和杂草种子进行物理灭杀，降低传统灭虫杀菌方法对环境和人类的影响，保护农业食品安全。具体包括太阳能聚光集热器、水汽产生机构、水汽混合喷射机构和用于驱动该太阳能杀虫灭菌装置前进的驱动机构；水箱中的水被太阳能聚光集热器加热后生成高温蒸汽和热水，达到运行温度的热水由水泵抽到水汽混合射流管中，热水在水汽混合射流管中与蒸汽混合形成水汽混合物，经水汽混合喷射器进入到土壤中，对土壤中的害虫、致病菌和杂草种子进行杀灭。

Description

基于聚光集热的太阳能杀虫灭菌装置

技术领域

本发明涉及一种杀虫灭菌装置，具体涉及一种基于太阳能的杀虫灭菌装置，属于太阳能热利用和农业种植技术领域。

背景技术

发展设施农业是解决因人均耕地面积少而制约可持续发展问题的最有效的技术手段。为了防止病菌和害虫对采用扦插、播种方式种植的作物芽、苗的损害，从而导致作物成活率和出芽率的降低等问题，需要对种植用土进行定期严格的消毒和灭菌。加之土壤种植年限的增长和重茬现象的普遍存在，土壤会出现严重的恶化，加剧作物毁灭性病虫害的发生。

目前普遍采用的灭虫杀菌方式是对种植土壤施用剧毒农药，但常年采用这种灭虫杀菌方式会使得病虫害产生耐药性，同时会加重对土壤和水源的污染；而且农产品中的农药残留，会危害人和牲畜的安全。

申请号为201210086118.1的专利提供了一种外加热土壤灭菌杀虫装置，但其工作时需要将尚未灭菌杀虫前的土壤从进料斗加入装置，由此会导致装置结构复杂；且由于采用外加热方式会导致热量损失大、能耗高、土壤中的热量散失无再利用等缺点。申请号为200710015138.9的专利公开了一种土壤消毒高温灭菌杀虫车，利用电加热旋耕刀片来灭菌。其缺点是：杀菌刀片在工作过程中周期性不接触土壤，由此导致热量散失和热能利用率低；而且刀片与土壤接触面积有限导致土壤受热不均匀，影响灭菌杀虫效率。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种基于聚光集热的太阳能杀虫灭菌装置，利用太阳能聚光集热技术产生高温蒸汽和热水，对土壤中的害虫、致病菌和杂草种子进行灭杀，具有节能环保、松土保墒、安全无害以及提高农产品品位等优点。

所述的基于聚光集热的太阳能杀虫灭菌装置包括：太阳能聚光集热器、水汽产生机构、水汽混合喷射机构和用于驱动该太阳能杀虫灭菌装置前进的驱动机构；所述水汽产生机构包括水箱和蒸汽及高温水输出管组，所述蒸汽及高温水输出管组包括蒸汽输出管和高温水输出管；所述水汽混合喷射机构包括水汽混合射流管、水汽混合喷射器和盖帽。

所述水箱内盛装水，所述太阳能聚光集热器用于收集太阳能并加热所述水箱内的水；在所述水箱上设置一组以上所述的蒸汽及高温水输出管组；每组蒸汽及高温水输出管组对应一个水汽混合射流管。

在所述水箱的侧面上连接有盖帽，所述水汽混合射流管水平安装于盖帽内；所述水汽混合射流管的一端开口，一端封闭；所述高温水输出管的一端与水箱相连，另一端和与之对应的水汽混合射流管的开口端相连，所述高温水输出管上设置有水泵B；所述蒸汽输出管的一端与水箱相连，另一端从水汽混合射流管的圆周面上插入水汽混合射流管中，且蒸汽输出管末端的蒸汽喷射嘴位于水汽混合射流管的轴线上；在所述高温水输出管和蒸汽输出管上均设置有阀门。

在水汽混合射流管的内表面沿其轴向设置有一个以上螺旋导流槽；所述水汽混合射流管的下表面设置有一个与之贯通的水汽混合喷射器，所述水汽混合喷射器的一端与水汽混合喷射器相连，另一端竖直向下延伸并伸出盖帽；在水汽混合喷射器上分布有一个以上高温水汽喷射孔。

所述太阳能聚光集热器为菲涅尔透射与反射复合聚光滚筒式太阳能聚光集热器。

所述太阳能聚光集热器为槽式复合抛物面聚光器。

在所述盖帽与水箱相连端的端部设置有卷轴，所述卷轴上缠绕有地膜，由此形成卷轴地膜自动铺设器。

在装置的运行方向上，前后两列水汽混合喷射管交互错开，使相邻两列水汽混合喷射管中，任意相邻三个水汽混合喷射管呈正三角形错位布置。

在所述盖帽的边缘固接有铲土板。

所述水箱内放置有微量元素缓释球。

所述盖帽与水箱通过转轴相连，使盖帽能够沿转轴转动向上翻起90°至其上表面与水箱侧面贴合的位置。

所述水汽混合喷射器为锥形结构，其大端与水汽混合射流管相连。

所述水箱和盖帽内均填充隔热保温材料。

有益效果：

(1)该装置利用太阳能聚光集热技术产生高温蒸汽和热水，对土壤进行物理灭虫除菌，使得装置对环境冲击小，能源消耗低，保护了农业食品和环境资源的安全。

(2)该装置利用热水旋转流动所形成的中心区微负压特性，实现了对蒸汽的无动力驱动输出，节省了驱动蒸汽所需的动力，降低了装置的能耗；且使用时水汽混合喷射器插入土壤中，使热量完全作用在土壤中，同时利用蒸汽热量往上传和热水往下流的能量互补及高温水汽混合喷射技术保证了对土壤加热的均匀性，提高了灭菌杀虫效果。

(3)在装置中配有地膜保温防漏措施，能够有效减小蒸汽泄漏量和热量散失，提高太阳能的利用效率，同时能够延长土壤灭虫杀菌的工作时间，提高害虫、病菌和杂草的灭杀率。

(4)在水箱中增加了微量元素缓释球，在对土壤灭虫杀菌过程中借助热流体将微量元素补充到土壤中，提高设施农业所生产农产品的品位。

(5)装置采用手动调节菲涅尔聚光系统，建造难度低，成本不高，具有推广应用前景。

附图说明

图1为实施例1中该装置的整体结构示意图；

图2为水汽混合原理图；

图3为水汽混合射流管的结构示意图；

图4为水汽混合喷射器在盖帽下表面的布局示意图；

图5为实施例2中采用复合抛物面聚光器代替菲涅尔聚光器时该装置的整体结构示意图。

其中：1-太阳光线、2-泄压阀、3-太阳能聚光集热器、4-真空玻璃管、5-二次聚光器、7-追日跟踪机构、8-蒸汽输出管、10-水泵A、11-履带驱动机构、12-盖帽、13-水汽混合射流管、14-水汽混合喷射器、15-自动进水阀、16-水箱、17-补水管、18-液位计、19-地膜、20-卷轴、21-水泵B、23-出水管路、24-隔热保温材料、25-进水管路、26-温度监测器、27-铲土板、28-微量元素缓释球、29-蒸汽喷射嘴、30-螺旋导流槽、31-高温水汽喷射孔、32-复合抛物面聚光器、33-玻璃盖板、34-高温水输出管

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本实施例提供一种基于聚光集热的太阳能杀虫灭菌装置，利用太阳热能产生高温蒸汽和热水混合流体对土壤中害虫、致病菌和杂草种子进行物理灭杀，降低传统灭虫杀菌方法对环境和人类的影响，保护农业食品安全。它可以用在太阳辐照度较好，设施农业规模化程度高的地区。采用该装置能够减少农业土壤灭虫杀菌过程的能耗，避免使用有毒农药对土壤、水资源的污染，拓宽太阳能在农业领域的应用领域。

实施例1：

该太阳能杀虫灭菌装置的整体结构如图1所示，包括太阳能聚光集热器3、水汽产生机构、水汽混合喷射机构和驱动机构。其中水汽产生机构包括水箱16、水泵A10、真空玻璃管4、蒸汽输出管8和高温水输出管34。水汽混合喷射机构包括水汽混合射流管13、水汽混合喷射器14和盖帽12。所述太阳能聚光集热器3采用申请号为201210011550.4专利中所公开的菲涅尔透射与反射复合聚光滚筒式太阳能聚光集热器。

其连接关系为：所述太阳能聚光集热器3安装在水箱16的顶部，为提高对太阳能的利用率以及对环境的适应力，将申请号为201210011550.4专利中所公开的太阳能聚光集热器3中的追日跟踪机构更改为手动式。在该专利中公开：布置在菲涅尔透射式聚光器上的太阳光跟踪器能追踪太阳光的入射方向，电机带动管状外壳及管状外壳内的所有部件绕管状外壳的中心线转动，以保证菲涅尔透射式聚光器的中心线总是对准太阳光线，从而实现装置对接收太阳光效率的最大化。在本实施例中，去掉所述电机，当需要追踪太阳光时，通过手动转动该太阳能聚光集热器的管状外壳，使菲涅尔透射式聚光器的中心线总是对准太阳光线。由此还能够避免在复杂耕地环境中导致追日过程中的频繁转动。

所述真空玻璃管4作为太阳能聚光集热器3的接收器安装在太阳能聚光集热器3内，真空玻璃管4的一端通过进水管路25与水箱16底部相连，另一端通过出水管路23与水箱16的顶部相连。在所述进水管路25上设置有水泵A10和阀门V2，出水管路23上设置有阀门V1。水箱16用于盛装工作用水，并在水中放置有微量元素缓释球28，盛水量由位于水箱16内的自动进水阀15控制。所述水箱16上设置有用于实时显示其内部水量的液位计18以及实时显示其内部水温的温度监视器26。同时在水箱16上设置有补水管17以及泄压阀2，所述泄压阀2用于保证水箱16的安全。在所述水箱16上设置有多组水平的高温水输出管34和竖直的蒸汽输出管8；每组高温水输出管34和蒸汽输出管8对应一个水汽混合射流管13。其中高温水输出管34的一端与水箱16的底部相连，另一端和与之对应的水汽混合射流管13相连，所述高温水输出管34上设置有水泵B21；蒸汽输出管8的一端与水箱16的顶部相连，另一端和与之对应的水汽混合射流管13相连，由此在水汽混合射流管13内形成水汽混合物。在所述高温水输出管34上设置有阀门V4，蒸汽输出管8上设置有单向阀门V3。

在所述水箱16蒸汽输出管8所在侧的下方固接有矩形铁质盖帽12，所述盖帽12与水箱16通过转轴相连，使盖帽12能够沿转轴转动向上翻起90°至其上表面与水箱16侧面贴合的位置，以便于整个装置的存放和运输。多个所述的水汽混合射流管13位于盖帽12内。水汽混合射流管13的结构如图3所示，所述水汽混合射流管13的一端开口，一端封闭，其开口端和与之对应的高温水输出管34相连。蒸汽输出管8从靠近水汽混合射流管13开口端的位置插入到水汽混合射流管13中，且蒸汽输出管8末端的蒸汽喷射嘴29位于水汽混合射流管13的轴线上。在水汽混合射流管13的内表面沿其轴向设置有多个螺旋导流槽30，在所述水汽混合射流管13的下表面设置有多个与之贯通的水汽混合喷射器14，水汽混合喷射器14为锥形结构，其大端与水汽混合射流管13相连，小段竖直向下延伸并伸出盖帽12，用于插入土壤中。在水汽混合喷射器14上沿其轴向分布有多圈喷射孔31，每圈的多个喷射孔31沿其圆周方向均匀分布。

水汽混合喷射器14在盖帽12下表面的布局如图4所示，在装置运行时的前行方向上，前后两列水汽混合喷射器14交互错开，使相邻两列水汽混合喷射器14中，任意相邻三个水汽混合喷射器14呈正三角形错位布置，由此前面一个水汽混合喷射器所形成的土壤裂缝会由后面相邻的两个水汽混合喷射器所推动的土壤覆盖住，而且这样布局水汽混合喷射器14可以减小装置前进的阻力。

为提高能量利用率，较少热量散失，在所述盖帽12与水箱16相连端的端部设置有卷轴20，所述卷轴20上缠绕有地膜19，由此形成卷轴地膜自动铺设器。该装置在工作时，通过卷轴地膜自动铺设器对处理过的土壤表层敷设地膜，防止土壤中热量的散失和蒸汽的泄露，同时在水箱16内和盖帽12内均填充隔热保温材料24。同时在所述盖帽12的边缘焊接有铲土板27，用于对土壤保温和平整土地。

该装置的驱动机构采用履带驱动机构11，即通过履带驱动其前进。

该装置的工作原理为：

该装置运行前，放下盖帽12，使其下表面的水汽混合喷射器14插入土壤中20cm左右。先启动水泵A10，并打开V₁和阀门V₂，在水泵A10的作用下将水箱16内的工作用水抽吸入真空玻璃管4中，太阳光线1入射到太阳能聚光集热器3上，经过汇聚投射到玻璃真空管4上以加热其内部水；没有投射到玻璃真空管4上的光线经二次聚光器5反射再次加热水。加热后的水经出水管路回到水箱16内，如图2所示。

经过上述过程，水箱16中的水温度逐渐升高，当温度监视器26所监视的其内部温度达到设定的装置运行温度(﹥90℃)时，打开蒸汽输出管8的上的阀门V3和高温水输出管34上的阀门V4，并启动水泵B21和装置的驱动系统；水箱16内的热水在水泵B21的驱动下沿水汽混合射流管13中的螺旋导流槽30快速旋转进入水汽混合射流管13中；热水在快速旋转过程中会在水汽混合射流管13的轴线上形成微负压区，水箱16内部的蒸汽在微负压的抽吸作用下经蒸汽输出管8进入到水汽混合射流管13中与热水混合形成水汽混合物。

水汽混合射流管13中的水汽混合物进入水汽混合喷射器14中，然后经喷射孔31输入到土壤中杀灭害虫、致病菌和杂草种子，同时位于高温水箱16中的微量元素缓释球28中的微量元素随热水进入土壤。该装置的驱动系统的驱动下，一边前进一边将高温水汽混合物喷射到土壤中。装置前进的过程中，盖帽12边缘的铲土板27平整处理过后的土壤，同时卷轴地膜自动铺设器随装置前进对处理过的土壤表层敷设地膜。

实施例2：

本实施例中采用复合抛物面聚光器代替实施例1中的菲涅尔透射与反射复合聚光滚筒式聚光器，其余结构均与实施例1中所述装置结构相同如图5所示。其中复合抛物面聚光器采用申请号为201210551213.4专利中所公开的槽式复合抛物面聚光器，该抛物面聚光器包括复合抛物面聚光器32和玻璃盖板33。在本实施例中，太阳光入射到复合抛物面聚光器32的玻璃盖板33上，入射光线经复合抛物面聚光器的反射面汇聚到玻璃真空管4上加热其内部水。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于聚光集热的太阳能杀虫灭菌装置，其特征在于，包括：太阳能聚光集热器、水汽产生机构、水汽混合喷射机构和用于驱动该太阳能杀虫灭菌装置前进的驱动机构；所述水汽产生机构包括水箱(16)和蒸汽及高温水输出管组，所述蒸汽及高温水输出管组包括蒸汽输出管(8)和高温水输出管(34)；所述水汽混合喷射机构包括水汽混合射流管(13)、水汽混合喷射器(14)和盖帽(12)；

所述水箱(16)内盛装水，所述太阳能聚光集热器用于收集太阳能并加热所述水箱(16)内的工作用水；在所述水箱(16)上设置一组以上所述的蒸汽及高温水输出管组；每组蒸汽及高温水输出管组对应一个水汽混合射流管(13)；

在所述水箱(16)的侧面上连接有盖帽(12)，所述水汽混合射流管(13)水平安装于盖帽(12)内；所述水汽混合射流管(13)的一端开口，一端封闭；所述高温水输出管(34)的一端与水箱(16)相连，另一端和与之对应的水汽混合射流管(13)的开口端相连，所述高温水输出管(34)上设置有水泵B(21)；所述蒸汽输出管(8)的一端与水箱(16)相连，另一端从水汽混合射流管(13)的圆周面上插入水汽混合射流管(13)中，且蒸汽输出管(8)末端的蒸汽喷射嘴(29)位于水汽混合射流管(13)的轴线上；在所述高温水输出管(34)和蒸汽输出管(8)上均设置有阀门；

在水汽混合射流管(13)的内表面沿其轴向设置有一个以上螺旋导流槽(30)；所述水汽混合射流管(13)的下表面设置有一个与之贯通的水汽混合喷射器(14)，所述水汽混合喷射器(14)的一端与水汽混合喷射管(14)相连，另一端竖直向下延伸并伸出盖帽(12)；在水汽混合喷射器(14)上分布有一个以上高温水汽喷射孔(31)。

2.如权利要求1所述的基于聚光集热的太阳能杀虫灭菌装置，其特征在于，所述太阳能聚光集热器为菲涅尔透射与反射复合聚光滚筒式太阳能聚光集热器。

3.如权利要求1所述的基于聚光集热的太阳能杀虫灭菌装置，其特征在于，所述太阳能聚光集热器为槽式复合抛物面聚光器。

4.如权利要求1、2或3所述的基于聚光集热的太阳能杀虫灭菌装置，其特征在于，在所述盖帽(12)与水箱(16)相连端的端部设置有卷轴(20)，所述卷轴(20)上缠绕有地膜(19)，由此形成卷轴地膜自动铺设器。

5.如权利要求1、2或3所述的基于聚光集热的太阳能杀虫灭菌装置，其特征在于，在装置的运行方向上，前后两列水汽混合喷射管(14)交互错开，使相邻两列水汽混合喷射管(14)中，任意相邻三个水汽混合喷射管(14)呈正三角形错位布置。

6.如权利要求1、2或3所述的基于聚光集热的太阳能杀虫灭菌装置，其特征在于，在所述盖帽(12)的边缘固接有铲土板(27)。

7.如权利要求1、2或3所述的基于聚光集热的太阳能杀虫灭菌装置，其特征在于，所述水箱(16)内放置有微量元素缓释球(28)。

8.如权利要求1、2或3所述的基于聚光集热的太阳能杀虫灭菌装置，其特征在于，所述盖帽(12)与水箱(16)通过转轴相连，使盖帽(12)能够沿转轴转动向上翻起90°至其上表面与水箱(16)侧面贴合的位置。

9.如权利要求1、2或3所述的基于聚光集热的太阳能杀虫灭菌装置，其特征在于，所述水汽混合喷射器(14)为锥形结构，其大端与水汽混合射流管(13)相连。

10.如权利要求1、2或3所述的基于聚光集热的太阳能杀虫灭菌装置，其特征在于，所述水箱(16)和盖帽(12)内均填充隔热保温材料。