CN112279332B - 温控式太阳光盐水处理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种温控式太阳光盐水处理系统，由多个分段太阳光加热单元组成，每个加热单元包括进水口、进水管、扇型保温水箱、曲面导流壁、排气阀、U型真空集热管、支架、温控系统、出水管和过渡保温水箱。扇形保温水箱底部与吸收太阳光热的U型集热管相连，内部安装一定高度的倾斜曲面导流壁，促进冷热水自然对流传热。水箱上层内壁装有温控系统，根据水温和水位关系使达到指定温度区间的水体先流入过渡保温水箱储水再自动排入下一个加热单元。水箱顶部装有排气阀，排除水箱内的水蒸气，从而提高水体盐度。下一个加热单元重复上述过程，从而逐级使盐水浓缩至近饱和盐度。本发明不仅制造成本低，而且能有效提升工作效率，适用于富咸水地区。
Description
技术领域
本发明涉及咸水处理领域，尤其涉及一种盐水光热法处理技术。
背景技术
南疆拥有我国十分之一陆地面积，包括世界第二大流动沙漠-塔克拉玛干沙漠，水资源短缺、土壤盐碱化和土地荒漠化是制约南疆经济社会发展的瓶颈问题。如何合理地进行盐水处理是解决南疆水资源短缺和改良盐碱地的关键。
盐水处理主要分为热法处理和膜法处理。前者通过加热使盐水蒸发气化再冷凝成淡水，成本较低而效率不高；后者利用膜的选择性使水盐分离从而获得部分淡水，但成本较高。对太阳能资源丰富的南疆地区，热法比膜法具有成本低廉和环保无害的优势。由于太阳能取之不尽，且南疆日照时间长和太阳辐射强，利用太阳光热法进行盐水处理具有可行性。
然而，现有的太阳光热法处理技术都是以获取淡水为重点。此外，利用太阳光进行水体加热时，现有集热管多为直线型式，底部存在滞流现象；储热水箱太多采用圆筒形从而降低自然对流加热效率；单体加热难以达到气化温度。针对上述不足，如何提高冷热水自然对流加热效率、改进盐水光热法处理技术就成为解决问题的关键。
发明内容
为改进现有的盐水光热法处理技术，本发明提供了一种温控式太阳光盐水处理系统。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种温控式太阳光盐水处理系统，由多个分段太阳光加热单元组成，每个加热单元包括进水口、进水管、扇型保温水箱、曲面导流壁、排气阀、U型真空集热管、支架、温控系统、出水管。所述扇形保温水箱两侧分别设有进水口和出水管，圆心角对应的区域与多个U型集热管密封连接。排气阀设于扇形保温水箱顶部，用于排除水蒸气。所述温控系统由温度传感器、卡钩、出水阀、压力传感针、出水位平台、控制单元构成，温度传感器安装在扇形保温水箱内部顶端，用于测量水温，卡钩对称安装于温度传感器底部，用于固定出水阀，出水位平台设置于出水阀下方、扇形保温水箱的内侧壁上，当水箱内水体被加热到指定温度T时，温度传感器内的感温包受热膨胀推动卡钩使阀门因重力作用下降至出水位平台上，使温度为T～T-Δt的水排出。当箱内水位降到与出水阀齐平时，出水阀顶端的压力传感针检测信号由水压转为气压，触发控制单元，从而驱动连杆使出水阀以恒定速度上升，同时开启进水阀，将冷水输入水箱。当出水阀回复至原位由卡钩固定，同时水箱自动充满，出水阀顶端的压力感应针持续触碰到水箱顶部时，触发控制单元驱动关闭进水阀。上一加热单元的出水口与下一加热单元的进水口通过管道相连，使盐水逐级升温浓缩至近饱和盐度。
进一步地，所述的扇形保温水箱外形由一个等腰直角三角形和半圆组合，由保温隔热耐盐防腐材料制成，具有避免圆筒形水箱底部冠状区水体滞留、提高自然对流传热效率的效果。第i个加热单元的扇形保温水箱容积与第i+1个加热单元的扇形保温水箱容积相比呈现递减关系，便于使相邻加热单元水温上升速度保持同步，提高了工作效率。
进一步地，所述的扇形保温水箱内设有曲面导流壁,加快上升热流速度从而提高与下降冷流之间的温差，增强自然对流传热，导流壁由光滑绝热耐盐防腐材料制成。
进一步地，所述的支架形状为直角型，可伸缩，用于支撑加热单元和使U型真空集热管呈指定倾斜角放置。
进一步地，所述温控系统还包括卡钩、压力传感针，卡钩对称安装于温度传感器底部，用于固定出水阀，当水箱内水体被加热到指定温度T时，温度传感器内的感温包受热膨胀推动卡钩使阀门因重力作用下降至出水位平台上；压力传感针设置于出水阀顶部，当箱内水位降到与出水阀齐平时，出水阀顶端的压力传感针检测信号由水压转为气压，触发控制单元驱动出水阀以恒定速度上升，同时开启进水阀，将冷水输入扇形保温水箱。当出水阀回复至原位由卡钩固定，同时扇形保温水箱自动充满，出水阀顶端的压力感应针持续触碰到水箱顶部时，触发控制单元驱动关闭进水阀。
进一步地，上一加热单元的出水口与下一加热单元的进水口之间还设置有过渡保温水箱，其中，第i个加热单元的扇形保温水箱容积与第i+1个加热单元的扇形保温水箱容积之比呈现递减关系。
本发明的有益效果：该温控式太阳光盐水处理系统不仅增强了集热管和水箱的冷热水自然对流传热效率，而且通过分段式加热浓缩使盐水达到近饱和浓度。
本发明不仅制造成本低，而且能有效提升工作效率，适用于富咸水地区。
附图说明
下面结合附图和实例对本发明进一步说明：
图1是本发明温控式太阳光盐水处理系统结构示意图；
图2是太阳光加热单元的主视图；
图3是太阳光加热单元的俯视图；
图4是太阳光加热单元的侧视图；
图5是太阳光加热单元的轴测图；
图6是温控系统结构示意图；
图7是水箱内水位与水温关系数值模拟图；
图1-5中：进水口1、进水管2、扇型保温水箱3、曲面导流壁4、排气阀5、U型真空集热管6、支架7、温控系统8、出水管9、过渡保温水箱10。
图6中：温度传感器11、卡钩12、出水阀13、压力感应针14、出水位平台15、控制单元16、进水阀17。
具体实施方式：
如图1所示，一种温控式太阳光盐水处理系统，由多个分段太阳光加热单元组成。加热单元结构如图2-5所示，包括进水口1、进水管2、扇型保温水箱3、排气阀5、U型真空集热管6、支架7、温控系统8、出水口、出水阀13、进水阀17等。所述扇形保温水箱3两侧分别设有进水口1和出水口，进水口1位于扇形保温水箱3侧面底端，使适量的盐水通过进水口1流入扇形保温水箱3，出水口位于扇形保温水箱3侧面上部，扇型保温水箱3圆心角对应的区域与多个U型集热管6密封连接，整个加热单元可以由支架7架设使U型真空集热管6呈指定倾斜角放置。当太阳光照射在U型集热管6上，管表面吸收太阳辐射能后，使盐水受热密度减小从而沿管壁的向阳面上升进入扇型保温水箱3，同时扇型保温水箱3中的较冷水体由于重力作用源源不断进入U型集热管6并沿管壁的背阴面流动，形成了冷热水自然对流循环。当扇型保温水箱3内的水温达到温控系统8的设定温度时，所述温控系统8由温度传感器11、用于控制出水口开合的出水阀13、出水位平台15、控制单元16和用于控制进水口1的进水阀17构成。温度传感器11安装在扇形保温水箱3内部顶端，出水位平台15设于出水口下方、扇形保温水箱3的内侧壁上，当扇形保温水箱3内顶部水体被加热到指定温度T时，控制单元16控制出水阀13下降至出水位平台15上，使温度为T～T-Δt的水排出。当箱内水位降到与出水阀13齐平时，控制单元16控制出水阀13回复至原位，同时开启进水阀17，补充盐水直至充满关闭进水阀17。其中，上一加热单元的出水口与下一加热单元的进水口1通过管道相连，使盐水逐级升温浓缩至近饱和盐度。第一加热单元的进水口1连接进水管2，获取未处理的盐水，最后一个加热单元的出水口连接出水管9，将近饱和盐度的盐水排出，可以直接晒干成盐。
本发明中，通过设置第i个加热单元温控系统8的温度传感器11的温度设定出水温度为Ti，而下一个加热单元设定出水温度为Ti+ΔT，直到最后一个加热单元设定出水温度到目标温度Tobj为止，从而实现盐水逐级升温浓缩至近饱和盐度。同时，结合实际的水箱内水位与水温关系数值模拟图(图7)，将出水位平台15设置为控制出水阀开度至T-Δt对应的水位(通常以温度线中间水平段为准)，即当出水阀13下落至出水位平台15处时，出水阀13顶部水平位置为T-Δt对应的水位，能精确控制T～T-Δt范围内的水排出，以提高系统的处理量，能有效提升工作效率。
在整个盐水处理系统的作业过程中，装在扇型保温水箱3顶部的排气阀5可以排出水箱内的水蒸气，优选地，排气阀5可以通过管道连接至冷凝器，冷凝回收成淡水资源。
另外，作为优选方案，还可以在扇形保温水箱3内部设置有一定高度的倾斜曲面导流壁4，减小流动阻力，促进扇型保温水箱3内冷热水自然对流循环。
作为另一优选方案，所述温控系统8还包括卡钩12、压力传感针14，如图6所示，卡钩对称12安装于温度传感器11底部，用于固定出水阀13，压力传感针14设置于出水阀13顶部。当水箱内水体被加热到指定温度T时，温度传感器11内的感温包受热膨胀推动卡钩12使阀门因重力作用下降至出水位平台15上，使温度为T～T-Δt的水排出。当箱内水位降到与出水阀13齐平时，出水阀13顶端的压力传感针14检测信号由水压转为气压，触发控制单元16，从而驱动连杆使出水阀13以恒定速度上升，同时开启进水阀17，将冷水输入水箱。当出水阀13上升至原位置时，温度传感器11内的感温包受冷收缩使卡钩12固定出水阀13，水箱自动充满后，出水阀13顶端的压力感应针14持续触碰到水箱顶部，触发控制单元16驱动关闭进水阀17。
作为另一优选方案，上一加热单元的出水口与下一加热单元的进水口1之间还设置有过渡保温水箱10，便于为下一加热单元补充指定水温的盐水。
其中，第i个加热单元的扇形保温水箱容积与第i+1个加热单元的扇形保温水箱容积之比呈现递减关系，便于使相邻加热单元水温上升速度保持同步，提高了工作效率。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法把所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围。
Claims (6)
1. 一种温控式太阳光盐水处理方法，其特征在于，温控式太阳光盐水处理装置由多个分段太阳光加热单元组成，每个加热单元包括扇形保温水箱（3）、排气阀（5）、U型真空集热管（6）和温控系统（8）；所述扇形保温水箱（3）两侧分别设有进水口（1）和出水口，圆心角对应的区域与多个U型真空集热管（6）密封连接；排气阀（5）设于扇形保温水箱（3）顶部；所述温控系统（8）由温度传感器（11）、用于控制出水口开合的出水阀（13）、出水位平台（15）、控制单元（16）和用于控制进水口（1）的进水阀（17）构成；温度传感器（11）安装在扇形保温水箱（3）内部顶端，出水位平台（15）设于出水阀（13）下方、扇形保温水箱（3）的内侧壁上，水温在扇形保温水箱内自上而下呈现出由高到低的接近水平的分层，出水阀（13）下落至出水位平台（15）处时，出水阀（13）顶部水平位置为
对应的水位；当扇形保温水箱（3）内顶部水体被加热到指定温度T时，温控系统（8）控制出水阀（13）下降至出水位平台（15）上，使温度为T~ 
的水排出；当箱内水位降到与出水阀（13）齐平时，控制单元（16）控制出水阀（13）回复至原位，同时开启进水阀（17），补充盐水直至充满关闭进水阀（17）；上一加热单元的出水口与下一加热单元的进水口（1）通过管道相连，使盐水逐级升温浓缩至近饱和盐度。
2.根据权利要求1所述的温控式太阳光盐水处理方法，其特征在于，所述扇形保温水箱（3）外形为等腰直角三角形和半圆的组合，其中，第i个加热单元的扇形保温水箱容积与第i+1个加热单元的扇形保温水箱容积之比呈现递减关系。
3.根据权利要求1所述的温控式太阳光盐水处理方法，其特征在于，所述扇形保温水箱（3）内部与U型真空集热管（6）连接处还安装有用于减小流动阻力的曲面导流壁（4）。
4.根据权利要求1所述的温控式太阳光盐水处理方法，其特征在于，还包括用于支撑加热单元的直角型伸缩支架（7），使U型真空集热管（6）呈指定倾斜角放置。
5.根据权利要求1所述的温控式太阳光盐水处理方法，其特征在于，所述温控系统（8）还包括卡钩（12）、压力传感针（14），卡钩（12）对称安装于温度传感器（11）底部，用于固定出水阀（13），当水箱内水体被加热到指定温度T时，温度传感器（11）内的感温包受热膨胀推动卡钩（12）使阀门因重力作用下降至出水位平台（15）上；压力传感针（14）设置于出水阀（13）顶部，当箱内水位降到与出水阀（13）齐平时，出水阀（13）顶端的压力传感针（14）检测信号由水压转为气压，触发控制单元（16）驱动出水阀（13）以恒定速度上升，同时开启进水阀（17），将冷水输入扇形保温水箱（3）；当出水阀（13）回复至原位由卡钩（12）固定，同时扇形保温水箱（3）自动充满，出水阀（13）顶端的压力传感针（14）持续触碰到水箱顶部时，触发控制单元（16）驱动关闭进水阀（17）。
6.根据权利要求1所述的温控式太阳光盐水处理方法，其特征在于，上一加热单元的出水口与下一加热单元的进水口（1）之间还设置有过渡保温水箱（10）。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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