CN112742045A - 一种蓄热式太阳能沼液蒸发浓缩实验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种蓄热式太阳能沼液蒸发浓缩实验装置，包括太阳能模拟灯、可调节支架、设有沼液提取口的菲涅尔透镜玻璃盖板、集热板、相变材料层、沼液蒸发室外壳、一侧连接有沼液进口的沼液分流箱、风扇、支架、浓缩沼液收集槽和高精度电子秤；菲涅尔透镜玻璃盖板置于沼液蒸发室外壳的上部，太阳能模拟灯安装在可调节支架的末端，菲涅尔透镜玻璃盖板与集热板之间形成沼液蒸发室；沼液蒸发室斜上方开设有与沼液分流箱相通的沼液入口；沼液蒸发室斜下方底部设有与浓缩沼液收集槽相连的浓缩沼液出口。本发明操作方便，光热利用效率高，可实时监测沼液的温度和沼液水分的蒸发量，随时可提取沼液进行检测分析。

Description

一种蓄热式太阳能沼液蒸发浓缩实验装置
技术领域
本发明涉及实验设备技术领域，尤其是一种蓄热式太阳能沼液蒸发浓缩实验装置。
背景技术
沼气工程能够有效缓解农村生活用能与环境保护之间的矛盾，是实现农业生态良性循环的有效手段。沼气工程在生产沼气的同时会产生大量的沼液，沼液以通过灌溉农田就地利用或过滤净化排放为主，异地运输消纳利用为辅。但是农田的消纳能力有限，异地消纳受运力和成本的限制，因此不能完全解决沼液消纳问题，存在资源利用不充分、盲目倾倒和环境污染等问题。沼液浓缩技术通过沼液浓缩，能提高沼液营养成分，方便储存与运输，能较好地解决沼液异地利用和季节性用肥的矛盾。
现有的沼液浓缩技术主要有膜浓缩和负压蒸发浓缩，然而这两种技术能耗过大、成本高，不利于农村沼气工程的推广。故出现了一种利用太阳能加热沼液来蒸发水分实现沼液浓缩的装置，但该装置体积庞大、受天气条件等因素的影响不利于实验研究，同时实验室内缺乏太阳能沼液浓缩相关的实验装置。
发明内容
本发明的目的是克服现有太阳能沼液浓缩装置不利于实验研究、实验室内缺乏太阳能沼液浓缩相关实验装置等不足之处，提供一种蓄热式太阳能沼液蒸发浓缩实验装置。
本发明是通过以下技术方案来实现的：一种蓄热式太阳能沼液蒸发浓缩实验装置，包括太阳能模拟灯、可调节支架、设有沼液提取口的菲涅尔透镜玻璃盖板、集热板、相变材料层、沼液蒸发室外壳、沼液分流箱、风扇、支架、浓缩沼液收集槽和高精度电子秤；所述相变材料层置于所述沼液蒸发室外壳的四周及底部，所述集热板置于位于所述沼液蒸发室外壳底部的所述相变材料层上面；所述菲涅尔透镜玻璃盖板置于所述沼液蒸发室外壳的上部，所述太阳能模拟灯安装在所述可调节支架的末端且位于所述菲涅尔透镜玻璃盖板上方；所述支架两端存在高度差，所述沼液蒸发室外壳两端分别固定在所述支架两端，所述菲涅尔透镜玻璃盖板与所述集热板之间形成具有倾斜角度的沼液蒸发室；所述沼液分流箱置于所述沼液蒸发室外壳的斜上方并固定在所述支架上，所述沼液分流箱一侧连接有沼液进口，所述风扇置于所述沼液分流箱的上部；所述沼液蒸发室斜上方开设有沼液入口，所述沼液入口与所述沼液分流箱相通；所述沼液蒸发室斜下方底部设有浓缩沼液出口，所述浓缩沼液出口与所述浓缩沼液收集槽相连；所述菲涅尔透镜玻璃盖板下边沿固定有冷凝水回收槽，所述浓缩沼液收集槽置于所述冷凝水回收槽的下方且放置在所述高精度电子秤上；所述支架放置在所述高精度电子秤上。
太阳能模拟灯的设置，用来模拟太阳光，方便实验装置的运行及实验的进行；集热板的设置，用来快速吸收热量升温加热沼液；相变材料层的设置，用来吸收加热沼液的多余热量；风扇可加快沼液蒸发室内水蒸气的快速排出；冷凝水回收槽，用来收集沼液蒸发过程的冷凝水；浓缩沼液收集槽用来收集浓缩沼液，高精度电子秤用来监测沼液蒸发过程水分的蒸发量。本装置利用模拟灯光加热蒸发沼液，本装置内设有相变材料确保夜间也可正常工作，该实验装置提高了光热利用效率，具有结构简单、操作方便等有优点，可以实时监测沼液的温度和沼液水分的蒸发量，并且随时可以提取沼液进行检测分析。
进一步地，所述太阳能模拟灯的照射角度正对所述菲涅尔透镜玻璃盖板。
进一步地，所述菲涅尔透镜玻璃盖板选用透光率不低于90％的钢化玻璃作为基板，钢化玻璃上设有菲涅尔透镜阵列。
进一步地，所述集热板的表面涂有吸光涂料层，所述集热板上设有两条沼液流动槽，所述沼液流动槽的表面为波浪的形状。
进一步地，所述沼液流动槽的末端设有贴片式热电偶。
进一步地，所述菲涅尔透镜阵列的焦点对准在每条所述沼液导流槽上。
进一步地，所述沼液入口设有两个，两个所述沼液入口分别正对两条所述沼液流动槽。
进一步地，所述沼液蒸发室斜上方设有进风口，其斜下方设有排风口，所述进风口与所述风扇相通。
进一步地，所述沼液蒸发室外壳内部设有保温材料隔层，所述保温材料隔层置于所述沼液蒸发室外壳的四周及底部，并且所述保温材料隔层位于所述相变材料层下方；所述沼液蒸发室外壳为采用塑料材质制成的外壳；所述支架为采用塑料材质制成的支架。
进一步地，所述相变材料层采用石蜡作为蓄热材料。
与现有技术对比，本发明的优点在于：1、本装置利用菲涅尔透镜阵列将入射的太阳光汇聚在沼液导流槽上，提高了光热转换效率。2、本装置设有相变材料层，利用相变材料的特性，使本装置在夜间也可正常工作。3、本装置结构简单，操作方便，可以实时监测沼液的温度和沼液水分的蒸发量，并且随时可以提取沼液进行检测分析。
附图说明
图1为本发明实施例的外部结构示意图；
图2为本发明实施例的内部结构示意图；
图3为本发明实施例集热板的结构示意图；
图4为本发明实施例的截面结构及模拟灯光汇聚原理的结构示意图。
图中附图标记含义：1、可调节支架；2、太阳能模拟灯；3、菲涅尔透镜玻璃盖板；4、菲涅尔透镜阵列；5、沼液提取口；6、冷凝水回收槽；7、浓缩沼液收集槽；8、浓缩沼液出口；9、风扇；10、沼液分流箱；11、沼液进口；12、支架；13、高精度电子秤；14、排风口；15、集热板；16、沼液流动槽；17、相变材料层；18、沼液蒸发室外壳；19、沼液入口；20、进风口；21、贴片式热电偶；22、沼液蒸发室。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。
实施例
参阅图1至图4，为一种蓄热式太阳能沼液蒸发浓缩实验装置，包括太阳能模拟灯2、可调节支架1、设有沼液提取口5的菲涅尔透镜玻璃盖板3、集热板15、相变材料层17、沼液蒸发室外壳18、沼液分流箱10、风扇9、支架12、浓缩沼液收集槽7和高精度电子秤13；相变材料层17置于沼液蒸发室外壳18的四周及底部，集热板15置于位于沼液蒸发室外壳18底部的相变材料层17上面；菲涅尔透镜玻璃盖板3置于沼液蒸发室外壳18的上部，太阳能模拟灯2安装在可调节支架1的末端且位于菲涅尔透镜玻璃盖板3上方；支架12两端存在高度差，沼液蒸发室外壳18两端分别固定在支架12两端，菲涅尔透镜玻璃盖板3与集热板15之间形成具有倾斜角度的沼液蒸发室22；沼液分流箱10置于沼液蒸发室外壳18的斜上方并固定在支架12上，沼液分流箱10一侧连接有沼液进口11，风扇9置于沼液分流箱10的上部；沼液蒸发室22斜上方开设有沼液入口19，沼液入口19与沼液分流箱10相通；沼液蒸发室22斜下方底部设有浓缩沼液出口8，浓缩沼液出口8与浓缩沼液收集槽7相连；菲涅尔透镜玻璃盖板3下边沿固定有冷凝水回收槽6，浓缩沼液收集槽7置于冷凝水回收槽6的下方且放置在高精度电子秤13上；支架12放置在高精度电子秤13上。
太阳能模拟灯2的设置，用来模拟太阳光，方便实验装置的运行及实验的进行；集热板15的设置，用来快速吸收热量升温加热沼液；相变材料层17的设置，用来吸收加热沼液的多余热量；风扇9可加快沼液蒸发室22内水蒸气的快速排出；冷凝水回收槽6，用来收集沼液蒸发过程的冷凝水；浓缩沼液收集槽7用来收集浓缩沼液，高精度电子秤13用来监测沼液蒸发过程水分的蒸发量。本装置利用模拟灯光加热蒸发沼液，本装置内设有相变材料确保夜间也可正常工作，该实验装置提高了光热利用效率，具有结构简单、操作方便等有优点，可以实时监测沼液的温度和沼液水分的蒸发量，并且随时可以提取沼液进行检测分析。风扇9所设置的风速不能过大(0.5～1m/s为宜)，不然会带走大量的热量，降低沼液蒸发效率。
进一步地，太阳能模拟灯2的照射角度正对菲涅尔透镜玻璃盖板3，可提高光线的利用率。
进一步地，菲涅尔透镜玻璃盖板3选用透光率不低于90％的钢化玻璃作为基板，钢化玻璃上设有菲涅尔透镜阵列4，将照射在大面积上的模拟灯光汇聚在小面积上，提高了光热转换效率。
进一步地，集热板15的表面涂有吸光涂料层，使集热板15快速升温加热流经的沼液；集热板15上设有两条沼液流动槽16，沼液流动槽16的表面为波浪的形状。增大模拟灯光汇聚处吸热面积，同时减缓了沼液下流速度，延长沼液受热蒸发的时间。
进一步地，沼液流动槽16的末端设有贴片式热电偶21，用来监测沼液的温度。
进一步地，菲涅尔透镜阵列4的焦点对准在每条沼液导流槽上。
进一步地，沼液入口19设有两个，两个沼液入口19分别正对两条沼液流动槽16。
进一步地，沼液蒸发室22斜上方设有进风口20，其斜下方设有排风口14，进风口20与风扇9相通，可加快水蒸气的排出。
进一步地，沼液蒸发室外壳18内部设有保温材料隔层，保温材料隔层置于沼液蒸发室外壳18的四周及底部，并且保温材料隔层位于相变材料层17下方；沼液蒸发室外壳18为采用塑料材质制成的外壳；支架12为采用塑料材质制成的支架12。
进一步地，相变材料层17采用石蜡作为蓄热材料。
综上，以上一种蓄热式太阳能沼液蒸发浓缩实验装置是利用菲涅尔透镜玻璃盖板3将入射的模拟灯光汇聚在沼液流动槽16上，使涂有吸光涂料层的集热板15快速吸热升温加热流经的沼液，同时利用相变材料的特性吸收沼液蒸发室22内的多余热量，确保实验装置在夜间也可以正常工作。本发明解决了实验室内缺乏太阳能沼液浓缩相关实验装置的不足之处，提高了工作效率，可以实时监测沼液的温度和沼液水分的蒸发量，并且随时可以提取沼液进行检测分析。
上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (10)

1.一种蓄热式太阳能沼液蒸发浓缩实验装置，其特征在于：包括太阳能模拟灯、可调节支架、设有沼液提取口的菲涅尔透镜玻璃盖板、集热板、相变材料层、沼液蒸发室外壳、沼液分流箱、风扇、支架、浓缩沼液收集槽和高精度电子秤；所述相变材料层置于所述沼液蒸发室外壳的四周及底部，所述集热板置于位于所述沼液蒸发室外壳底部的所述相变材料层上面；所述菲涅尔透镜玻璃盖板置于所述沼液蒸发室外壳的上部，所述太阳能模拟灯安装在所述可调节支架的末端且位于所述菲涅尔透镜玻璃盖板上方；所述支架两端存在高度差，所述沼液蒸发室外壳两端分别固定在所述支架两端，所述菲涅尔透镜玻璃盖板与所述集热板之间形成具有倾斜角度的沼液蒸发室；所述沼液分流箱置于所述沼液蒸发室外壳的斜上方并固定在所述支架上，所述沼液分流箱一侧连接有沼液进口，所述风扇置于所述沼液分流箱的上部；所述沼液蒸发室斜上方开设有沼液入口，所述沼液入口与所述沼液分流箱相通；所述沼液蒸发室斜下方底部设有浓缩沼液出口，所述浓缩沼液出口与所述浓缩沼液收集槽相连；所述菲涅尔透镜玻璃盖板下边沿固定有冷凝水回收槽，所述浓缩沼液收集槽置于所述冷凝水回收槽的下方且放置在所述高精度电子秤上；所述支架放置在所述高精度电子秤上。
2.根据权利要求1所述的蓄热式太阳能沼液蒸发浓缩实验装置，其特征在于：所述太阳能模拟灯的照射角度正对所述菲涅尔透镜玻璃盖板。
3.根据权利要求1所述的蓄热式太阳能沼液蒸发浓缩实验装置，其特征在于：所述菲涅尔透镜玻璃盖板选用透光率不低于90％的钢化玻璃作为基板，钢化玻璃上设有菲涅尔透镜阵列。
4.根据权利要求3所述的蓄热式太阳能沼液蒸发浓缩实验装置，其特征在于：所述集热板的表面涂有吸光涂料层，所述集热板上设有两条沼液流动槽，所述沼液流动槽的表面为波浪的形状。
5.根据权利要求4所述的蓄热式太阳能沼液蒸发浓缩实验装置，其特征在于：所述沼液流动槽的末端设有贴片式热电偶。
6.根据权利要求4所述的蓄热式太阳能沼液蒸发浓缩实验装置的装置，其特征在于：所述菲涅尔透镜阵列的焦点对准在每条所述沼液导流槽上。
7.根据权利要求4所述的蓄热式太阳能沼液蒸发浓缩实验装置的装置，其特征在于：所述沼液入口设有两个，两个所述沼液入口分别正对两条所述沼液流动槽。
8.根据权利要求1所述的蓄热式太阳能沼液蒸发浓缩实验装置的装置，其特征在于：所述沼液蒸发室斜上方设有进风口，其斜下方设有排风口，所述进风口与所述风扇相通。
9.根据权利要求1所述的蓄热式太阳能沼液蒸发浓缩实验装置的装置，其特征在于：所述沼液蒸发室外壳内部设有保温材料隔层，所述保温材料隔层置于所述沼液蒸发室外壳的四周及底部，并且所述保温材料隔层位于所述相变材料层下方；所述沼液蒸发室外壳为采用塑料材质制成的外壳；所述支架为采用塑料材质制成的支架。
10.根据权利要求1所述的蓄热式太阳能沼液蒸发浓缩实验装置的装置，其特征在于：所述相变材料层采用石蜡作为蓄热材料。
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