CN107188245A

CN107188245A - 一种太阳能推流装置

Info

Publication number: CN107188245A
Application number: CN201710407256.8A
Authority: CN
Inventors: 李旭东; 纪婧; 谢艳艳; 马瑞君; 房云清; 王月
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2017-06-02
Filing date: 2017-06-02
Publication date: 2017-09-22
Anticipated expiration: 2037-06-02
Also published as: CN107188245B

Abstract

本发明提供了一种太阳能推流装置，包括太阳能光伏电池组件、地埋箱、电机、传动杆以及搅拌桨；其中：所述太阳能光伏电池组件与电机相连接；所述电机通过传动杆与搅拌桨相连接；所述太阳能光伏电池组件的一部分和电机分别设置于地埋箱内。本发明主要用于构建农业面源污染控制的高效藻类塘，也可为稳定塘、渔塘及景观水体等提供水流推进装置；利用光能作为清洁能源，具有安装方便，节约能源，环保安全等特点，无需长距离的电路铺设，节约资源，节省人力；整套装置可实现自动运行，无需值守，维护简单；在光照不足时，蓄电池可保证水流推进装置连续运转。

Description

一种太阳能推流装置

技术领域

本发明涉及高效藻类塘技术领域，具体地，涉及一种用于高效藻类塘的太阳能推流装置。

背景技术

近年来我国湖泊水体富营养化严重，随着环保事业的发展，工业废水和城市生活污水等点源污染得到了有效控制，但湖泊水质并没有得到明显改善，其主要原因是农业面源污染已成为水环境污染的最重要来源，而这一部分污染尚未得到有效处理。从源头控制面源污染是解决湖泊富营养化的根本措施之一。农业面源污染具有分散性、隐蔽性、随机性、不确定性及空间异质性，其产生的面源污水具有水量巨大、季节波动性大、低碳高氮磷等特点，不适宜采用传统生物法进行处理。高效藻类塘是传统稳定塘的一种改进形式，它通过强化利用藻类的增值来产生有利于微生物生长和繁殖的环境，形成更紧密的藻-菌-草共生系统，同时创造一定的物化条件，达到对有机碳、病原体、尤其是氮和磷等污染物的有效去除。高效藻类塘可利用藻类光合作用吸收大气中的CO₂补充碳源，具有较强的脱氮除磷功能，此外还具有费用低、操作简单、可因地制宜利用农田沟渠或塘堰来构建等特点，有重要的实用价值。

与传统稳定塘相比，高效藻类塘有以下4个方面的区别：(1)塘深较浅，一般为0.2～0.6m，而传统稳定塘的深度根据其类型不同一般在0.5～2.0m；(2)连续搅拌，高效藻类塘利用一个连续搅拌装置来促塘内的污水与藻类完全混和并推动水流作环状流动，使塘内藻类可以充分上浮至水体表面接受阳光照射，完成光合作用，进而加快塘内生物反应、调节了溶解氧浓度、均衡池内水温以及促进氨氮从水中逸出等，这样能更有效地去除污染物，此外，连续搅拌还可避免污泥在塘内的淤积，延长塘的使用受命，而传统稳定塘一般没有搅拌装置；(3)停留时间较短，高效藻类塘的停留时间随季节变化一般4～10天，比传统稳定塘停留时间短7～10倍，可大大节省占地面积；(4)高效藻类塘一般分成几个狭长的廊道，便于水在塘内作环状流动，而传统稳定塘不设挡板和狭长的廊道。

基于上述区别，高效藻类塘相比传统稳定塘的一个显著特征是塘内水体保持一定流速(0.15～0.3m/S)，使所有藻类可以充分上浮至水体表面接受阳光照射，完成光合作用，进而加快生物反应、均衡池内水温、调节塘内溶解氧的浓度、pH值以及促进氨氮从水中逸出，这样能更有效地去除污染物。然而驱动水流需要推进装置，并需供电。农田一般远离居民点，要为设置在农田中的高效藻类系统水流推进装置提供电能，正常情况下需要远距离铺设输电线路，其铺设成本高并需要维护。

目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的是提供一种用于高效藻类塘的太阳能推流装置，该装置使用太阳能电板与水流推进装置结合的方式，用太阳能电板吸收太阳能转化为电能，为水流推进装置提供能源，可就地解决推进装置动力问题，提高其适用性，在光照充足的地区进行应用；将太阳能电板与水流推进装置结合，除了无需远距离铺设电路之外，还具有方便安装，节约能源，环保安全等特点。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种太阳能推流装置，包括太阳能光伏电池组件、地埋箱、电机、传动杆以及搅拌桨；其中：

所述太阳能光伏电池组件与电机相连接；

所述电机通过传动杆与搅拌桨相连接；

所述太阳能光伏电池组件的一部分和电机分别设置于地埋箱内；

所述太阳能光伏电池组件用于将太阳能转化为电能，为电机持续供电；

所述电机用于向搅拌桨提供动力；

所述传动杆用于将电机提供的动力传递至搅拌桨；

所述搅拌桨通过电机驱动，提供水力推进力；

所述地埋箱用于向太阳能光伏电池组件的一部分和电机提供保护。

优选地，所述太阳能光伏电池组件包括太阳能晶体硅电板、逆变器、蓄电池以及立杆；其中，所述立杆的内端固定于地埋箱内，立杆的外端伸出地埋箱外；所述太阳能晶体硅电板固定于立杆的外端，并与地面成一定夹角；所述太阳能晶体硅电板通过电线与逆变器相连接；所述逆变器与蓄电池相连接；所述蓄电池与电机相连接。

优选地，所述太阳能晶体硅电板为若干块，其中太阳能晶体硅电板的总面积根据电机在阴雨天情况下连续运转2天的电量进行确定。

优选地，其中每一块太阳能晶体硅电板的面积为1m²。

优选地，所述太阳能晶体硅电板与地面之间的夹角为31～32°。

优选地，所述地埋箱的尺寸为：长×宽×高＝1.0m×0.6m×0.6m。

优选地，所述地埋箱沿高效藻类塘的边缘埋设，其中，地埋箱的侧壁和底板均采用工程塑料材质，地埋箱的顶部采用不锈钢盖板。

优选地，所述地埋箱的顶部距离地面挑高10-15cm。

优选地，所述地埋箱在靠近高效藻类塘的一侧开孔并通过管道与高效藻类塘连通，所述传动杆从管道穿过。

优选地，所述管道为PVC管道。

优选地，所述搅拌桨包括一体成型的桨叶和桨毂，所述桨叶位于桨毂的侧壁上，工作状态下，所述桨叶浸没至有效水位的2/3以下。

优选地，所述桨叶的长度通过高效藻类塘的规格、深度和有效水深决定。

优选地，所述搅拌桨的毂径比为0.2～0.25；桨叶宽度与桨叶直径比为0.15～0.20；叶片末端弯曲角a＝30°。

优选地，所述搅拌桨垂直固定于高效藻类塘循环廊道的正上方。

优选地，所述搅拌桨由工程塑料浇筑一体成型。

优选地，所述太阳能推流装置还包括控制装置，所述控制装置与电机相连接。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

(1)为用于处理农业面源污染的高效藻类塘的构建提供水流推进装置；

(2)利用光能作为清洁能源，具有安装方便，节约能源，环保安全等特点，无需长距离地铺设电路，节约资源，节省人力；

(3)整套装置可实现自动运行，无需值守，维护简单；

(4)在光照不足时，蓄电池可保证水流推进装置连续运转。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的装置示意图；

图中：1为太阳能电池柱；2为逆变器；3为蓄电池；4为电机；5为地埋箱；6为传动杆；7为搅拌桨；8为地面；9为沟塘液面。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

如图1所示，太阳能推流装置(即太阳能水流推进器)包括太阳能光伏电池组件、地埋箱、电机、控制装置、传动杆、搅拌桨几个主体部分。

其中：

太阳能光伏电池组件主要由太阳能晶体硅电板、逆变器和蓄电池三个部分组成。太阳能晶体硅电板若干块(具体数量根据电机在阴雨天情况下连续运转2天的电量进行确定确定)，每块面积1m²，与地面成一定夹角(如31°～32°)固定在立杆上，使太阳能晶体硅电板适合所在地区光照角度，最大程度接受太阳光照射。太阳能晶体硅电板以电线与逆变器连接，逆变器将太阳能晶体硅电板利用太阳能产生的直流电转换成交流电，在逆变器之后再连接蓄电池，储存电量为电机在没有太阳光时持续供电。

地埋箱尺寸：长×宽×高＝1.0m×0.6m×0.6m，侧壁和底板为工程塑料，顶部为不锈钢盖板，可承重，沿高效藻类系统(高效藻类塘)边缘埋设。顶部距离地面挑高10-15cm以免雨水灌入。靠近高效藻类系统(高效藻类塘)一侧开孔通过PVC管道与塘(渠)壁连通。电机和传动杆的一端置于地埋箱中，电机与太阳能光伏电池组件的蓄电池连接，功率300～400W，带动传动杆转动。传动杆从地埋箱侧面管道穿过，分别连接电机和搅拌桨，其长度可根据渠道宽度调整，使搅拌桨垂直固定在渠道的正上方。

搅拌桨包括桨叶和桨毂，通过模具由工程塑料整体浇筑制成(一体成型)，使得整体重量大大减轻，具有优化的毂径比、螺距比和盘面比，使其具有最佳的水力推进力。所述搅拌桨的毂径比为0.2～0.25；桨叶宽度与桨叶直径比为0.15～0.20；叶片末端弯曲角a＝30°。该参数下的搅拌桨具有如下优点：适用范围广、效率高、能根据需要设计产生合适的剪切力、可使更多流体与大气、阳光接触等。桨毂侧壁有四个桨叶，桨叶长度由沟渠规格、深度和有效水深决定。保证运行时桨叶浸没至有效水位2/3以下。

所述控制装置与电机相连接。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims

1.一种太阳能推流装置，其特征在于，包括太阳能光伏电池组件、地埋箱、电机、传动杆以及搅拌桨；所述太阳能光伏电池组件与电机相连接；所述电机通过传动杆与搅拌桨相连接；所述太阳能光伏电池组件的一部分和电机分别设置于地埋箱内；其中：

所述电机用于向搅拌桨提供动力；

所述传动杆用于将电机提供的动力传递至搅拌桨；

所述搅拌桨通过电机驱动，提供水力推进力；

2.根据权利要求1所述的太阳能推流装置，其特征在于，所述太阳能光伏电池组件包括太阳能晶体硅电板、逆变器、蓄电池以及立杆；其中，所述立杆的内端固定于地埋箱内，立杆的外端伸出地埋箱外；所述太阳能晶体硅电板固定于立杆的外端，并与地面成一定夹角；所述太阳能晶体硅电板通过电线与逆变器相连接；所述逆变器与蓄电池相连接；所述蓄电池与电机相连接。

3.根据权利要求2所述的太阳能推流装置，其特征在于，所述太阳能晶体硅电板为若干块，其中太阳能晶体硅电板的总面积根据电机在阴雨天情况下连续运转2天的电量进行确定；和/或，

所述太阳能晶体硅电板与地面之间的夹角为31～32°。

4.根据权利要求3所述的太阳能推流装置，其特征在于，每一块太阳能晶体硅电板的面积为1m²。

5.根据权利要求1所述的太阳能推流装置，其特征在于，所述地埋箱包括如下任意一个或任意多个特征：

-所述地埋箱的尺寸为：长×宽×高＝1.0m×0.6m×0.6m；

-所述地埋箱沿高效藻类塘的边缘埋设，其中，地埋箱的侧壁和底板均采用工程塑料材质，地埋箱的顶部采用不锈钢盖板；

-所述地埋箱的顶部距离地面挑高10-15cm；

-所述地埋箱在靠近高效藻类塘的一侧开孔并通过管道与高效藻类塘连通，所述传动杆从管道穿过；

-所述管道为PVC管道。

6.根据权利要求1所述的太阳能推流装置，其特征在于，所述搅拌桨垂直固定于高效藻类塘循环廊道的正上方。

7.根据权利要求1或6所述的太阳能推流装置，其特征在于，所述搅拌桨包括一体成型的桨叶和桨毂，所述桨叶位于桨毂的侧壁上，工作状态下，所述桨叶浸没至有效水位的2/3以下。

8.根据权利要求7所述的太阳能推流装置，其特征在于，所述桨叶的长度通过高效藻类塘的规格、深度和有效水深决定；和/或，

所述搅拌桨的毂径比为0.2～0.25；桨叶宽度与桨叶直径比为0.15～0.20；叶片末端弯曲角a＝30°。

9.根据权利要求7所述的太阳能推流装置，其特征在于，所述搅拌桨由工程塑料浇筑一体成型。

10.根据权利要求1所述的太阳能推流装置，其特征在于，还包括控制装置，所述控制装置与电机相连接。