CN203148064U - 一种复合多孔介质盐梯度太阳池 - Google Patents

一种复合多孔介质盐梯度太阳池 Download PDF

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Abstract

本实用新型提供一种复合多孔介质盐梯度太阳池，包括在太阳池外部设置的换热器，其中：在太阳池的外底部有保温层，在太阳池的内底部水平设置有深色多孔介质层，深色多孔介质层的上方水平设置有透明多孔介质层，该透明多孔介质层与所述的深色多孔介质层的孔隙空间内设置有浓盐水构成了复合多孔介质层，复合多孔介质层及其上部设置的浓盐水层构成储热层，储热层及依次设置的盐梯度层和淡水层构成了复合多孔介质盐梯度太阳池。本实用新型利用不同多孔介质特性达到最佳储热效果，能达到明显提高盐梯度太阳池储热层平均温度，即增加盐梯度太阳池储热层实际可用能（热量?Ex,Q）的目的。

Description

一种复合多孔介质盐梯度太阳池
技术领域
本实用新型涉及一种盐梯度太阳池技术，特别是一种复合多孔介质盐梯度太阳池，属于可再生能源与节能领域。
背景技术
盐梯度太阳池是一种具有一定浓度梯度的盐水池, 它可以同时收集和储存太阳能, 兼有太阳能集热和储热的功能。由于其本身具有的热储存性质，盐梯度太阳池在太阳能热利用方面有重要的发展潜力。盐梯度太阳池主要由三层构成，最下层为储热层，由浓盐水构成，中间层为盐梯度层，盐浓度从下而上依次降低，最上层为淡水层。太阳池中下对流层中高浓度的盐溶液及盐梯度层中自下而上逐渐减小的盐梯度，在重力的作用下，阻止整个池子的自然对流过程，所以热量不能够以对流的方式散失到表面大气中，只能以热传导的方式通过较厚的盐梯度层传递到水表面，而导热过程是相对缓慢的。这样，到达储热层的太阳辐射被以热的形式储存下来。尽管到达地球表面的太阳辐射断断续续，很大程度上依赖于大气状况，但大面积盐梯度太阳池能够吸收并储存太阳能，即使是在连续的阴雨天里，储热层也不会有大幅度的降温。通过合理设计和运行的盐梯度太阳池能够在温暖季节里储存太阳能供冬季使用。盐梯度太阳池可以提供低温热源，可以为农渔产品干燥，水产品养殖越冬、冬季采暖、海水淡化，甚至热动力发电提供热源。
我国幅员辽阔，太阳能资源丰富，盐梯度太阳池不但不能给环境带来污染，根据太阳池的运行原理，它本身还是污染物的容器，比如采用卤水灌注太阳池，制盐剩余的卤水主要成分为NaCl、MgCl2和MgSO4等, 经常免费提供给化工厂用于生产氯化镁。但目前市场上氯化镁供大于求。将未经处理的苦卤排回大海，既污染了近海海域又造成资源的浪费，并影响盐滩后继产盐的质量，采用卤水灌注太阳池，既利用了可能对环境造成污染的废弃物-卤水，同时又为人们提供了热能。
尽管太阳池具有以上优点，但由于传统盐梯度太阳池其储热层主要由浓盐水或者卤水构成，对于大面积太阳池来说，虽然储存的总热能很大，但是储热层的温度不高，一般实际运行的大面积盐梯度太阳池储热层平均温度只有40-70oC之间，这很大程度上限制了盐梯度太阳池的应用。所以提高盐梯度太阳池储热层温度的研究具有重要意义。
多孔介质盐梯度太阳池是四层模型，在传统盐梯度太阳池底部添加了一层多孔介质。多孔介质具有较小的热扩散率，低热扩散系数的材料具有良好的保温效果。近年来，有人提出在储热层底部增加多孔介质层的办法以减缓盐向上层的扩散，本专利发明人经过研究，结果表明底部添加多孔介质材料有利于太阳池储热层温度升高，添加炉渣的实验结果表明，在提高储热层温度的同时在夜间也有良好的保温效果。一般说，添加的多孔介质以深色为宜，以增加到达太阳池底部的辐射吸收率，但是发明人进一步的实验研究表明：根据添加到太阳池中的深色多孔介质孔隙率的不同，一般在5-20cm厚，导致下层部分接收不到太阳辐射，造成多孔介质一定程度上的浪费，储热层平均温度依然没有达到最高值。
实用新型内容
本实用新型是针对多孔介质盐梯度太阳池存在的上述问题，而研制一种复合多孔介质盐梯度太阳池，它是在底部添加两种及以上的多孔介质层，利用不同多孔介质特性达到最佳储热效果，能达到明显提高盐梯度太阳池储热层平均温度，即增加盐梯度太阳池储热层实际可用能（热量?Ex,Q）的目的。
本实用新型的技术方案是通过以下方式实现的：
一种复合多孔介质盐梯度太阳池，包括在太阳池外部设置的换热器，换热器的热流体进口设置有热盐水提取管道，换热器的热流体出口设置有换热后热盐水回放管道，换热器的冷流体入口连接有冷流体入口管道，换热器的冷流体出口连接冷流体加热后管道，其中：在太阳池的外底部有保温层，在太阳池的内底部水平设置有深色多孔介质层，深色多孔介质层的上方水平设置有透明多孔介质层，该透明多孔介质层与所述的深色多孔介质层的孔隙空间内设置有浓盐水构成了复合多孔介质层，复合多孔介质层及其上部设置的浓盐水层构成了储热层；储热层及依次设置的盐梯度层和淡水层构成了复合多孔介质盐梯度太阳池。
进一步，所述的换热器上设置的热盐水提取管道的热水进口与复合多孔介质层的顶部连接，换热器的热流体出口和热盐水回放管道的热盐水入口连接；换热器的冷流体入口连接冷流体入口管道，换热器的冷流体出口连接冷流体加热后管道。 
进一步，所述的热盐水提取管道宜处于复合多孔介质层的上部，换热后热盐水回放管道的位置宜处于深色多孔介质层中。
本实用新型所提供的复合多孔介质盐梯度太阳池具有如下特点：
1）本实用新型所述的复合多孔介质盐梯度太阳池多孔介质材料来源广泛，廉价易得。所述的深色多孔介质材料是选用对太阳光透射率高、反射率低的材料，如炉渣、蛭石、深色鹅卵石等材料，并且该材料具有较低的热扩散率、具有比所灌注的浓盐水更大的密度，同时，该多孔介质材料来源广泛，廉价易得；复合多孔介质层上层的透明多孔介质层材料是选择对太阳光具有高的透过率、低发射率的材料，并且该材料具有较低的热扩散率、具有比所灌注浓盐水更大的密度，如玻璃球、碎玻璃等透明材料。
2）本实用新型所述的复合多孔介质盐梯度太阳池具有显著的提高储热层平均温度的特性，在相同的吸热量情况下，可以提高太阳能热利用系统的可用能的量（热量?Ex,Q），具有重要的实际应用价值。
综上所述，复合多孔介质盐梯度太阳池具有良好的提高储热层平均温度的特性，在相同的吸热量情况下，可以提高太阳能热利用系统的可用能的量（热量?E x,Q），具有重要的实际应用价值。
本实用新型专利中所述复合多孔介质层盐梯度太阳池，指在盐梯度太阳池储热层添加多于一种多孔介质材料层的情况，但不限于两种不同多孔介质材料。
附图说明
图1为本实用新型所述的复合多孔介质盐梯度太阳池结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。
图1中标号说明：1、淡水层，2、盐梯度层，3、浓盐水层，4、透明多孔介质层，5、深色多孔介质层，6、保温层，7、热盐水提取管道，8、换热后热盐水回放管道，9、换热器，10 冷流体入口管道，11 冷流体加热后管道。
如图1所示，一种复合多孔介质盐梯度太阳池，自上而下由淡水层1、盐梯度层2，浓盐水层3和透明多孔介质层4和深色多孔介质层5构成；还包括在太阳池外部设置的换热器9，换热器9上设置的热盐水提取管道7的热水进口与复合多孔介质层的顶部连接，换热器9的热流体出口和热盐水回放管道8的热盐水入口连接；换热器9的冷流体入口连接冷流体入口管道10，换热器9的冷流体出口连接冷流体加热后管道11；太阳池的外底部有保温层6，在太阳池的内底部水平设置有深色多孔介质层5，深色多孔介质层5的上方水平设置有透明多孔介质层4，该透明多孔介质层4与所述的深色多孔介质层5的孔隙空间内设置有浓盐水构成了复合多孔介质层；复合多孔介质层及其上设置的浓盐水层3构成了储热层；储热层及依次设置的盐梯度层2和淡水层1构成了复合多孔介质盐梯度太阳池。
以下结合图 1说明一种复合多孔介质层盐梯度太阳池建立的步骤：
1、在盐梯度太阳池最底层水平铺设5-20cm的深色多孔介质层5，该深色多孔介质可以是炉渣、深色鹅卵石、深色蛭石等；
2、在深色多孔介质层5之上水平铺设透明多孔介质层4，该透明多孔介质可以是透射率较大的玻璃制品或其他材料；
3、保证上述复合多孔介质层总厚度不大于储热层总厚度的1/2，例如储热层总厚度若为1 m，则上述1、2步骤所铺设的复合多孔介质层的总厚度不大于0.5 m；
4、向复合多孔介质层中灌注浓盐水，直至达到预定的浓盐水层3的深度为止；
5、采用扩散器逐层灌注盐梯度层2，使该层盐梯度从下到上依次递减，例如，若盐梯度层总厚度为h m，储热层饱和浓盐水盐度为 s 0，梯度层平均分为n层灌注，则每层厚度h/n m，则第i层盐水浓度为s 0-[s 0/(n+1)]×i。
6、最后灌注表面淡水层1，淡水层厚度一般在10-50cm之间，采取液体扩散器灌注，以保证形成均匀盐梯度层。
7、本实用新型所述的复合多孔介质层进行热量提取时，热盐水提取管道7应置于复合多孔介质层上部，经换热器9换热后的换热后热盐水回放管道8应置于复合多孔介质层的下半部分。
实施例1：如大连某地一个面积为100 m2左右盐梯度太阳池，该太阳池采用常规的未添加多孔介质的方式灌注的传统盐梯度太阳池，总深度约1.5m。该太阳池储热层为盐田制盐过程中饱和浓盐水，厚度0.8m，盐梯度层厚度为0.6m，表面淡水层厚度0.1m。在春季开始灌注运行，经过约6个月，到秋天测定储热层最高温度在60oC左右，假设环境温度25oC，储热层储存的可用能（热量?e xQ）为143kJ/kg，而若对该盐梯度太阳池采用如本实用新型专利所述的方法，采取10cm厚炉渣+20cm厚透明玻璃的方式，储热层温度可以达到72oC，此时储热层储存的可用能（热量?e xQ）为178kJ/kg。这说明，本实用新型专利提出的复合多孔介质盐梯度太阳池技术可以有效提高盐梯度太阳池储热层温度，即提高了热源的温度，扩大了盐梯度太阳池的热应用范围。在具体实施例中，复合多孔介质层下层的深色多孔介质材料应选择对太阳光透射率高、反射率低的材料，并且该材料应具有较低的热扩散率、具有比所灌注的浓盐水更大的密度，同时，该多孔介质材料还应来源广泛，廉价易得。

Claims (2)

1.一种复合多孔介质盐梯度太阳池，包括在太阳池外部设置的换热器（9），换热器（9）的热流体进口设置有热盐水提取管道（7），换热器（9）的热流体出口设置有换热后热盐水回放管道（8），换热器（9）的冷流体入口连接有冷流体入口管道（10），换热器（9）的冷流体出口连接冷流体加热后管道（11），其特征在于：在太阳池的外底部有保温层（6），在太阳池的内底部水平设置有深色多孔介质层（5），深色多孔介质层（5）的上方水平设置有透明多孔介质层（4），该透明多孔介质层（4）与所述的深色多孔介质层（5）的孔隙空间内设置有浓盐水构成了复合多孔介质层，复合多孔介质层及上部设置的浓盐水层（3）构成了储热层；储热层及依次设置的盐梯度层（2）和淡水层（1）构成了复合多孔介质盐梯度太阳池。
2.根据权利要求1所述的复合多孔介质盐梯度太阳池，其特征在于：换热器（9）上设置的热盐水提取管道（7）的热水进口与复合多孔介质层的顶部连接，换热器（9）的热流体出口和热盐水回放管道（8）的热盐水入口连接；换热器（9）的冷流体入口连接冷流体入口管道（10），换热器（9）的冷流体出口连接冷流体加热后管道（11）。
 3. 根据权利要求2所述的一种复合多孔介质盐梯度太阳池，其特征在于：热盐水提取管道（7）处于复合多孔介质层的上部，换热后热盐水回放管道（8）的位置处于深色多孔介质层（5）中。
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