CN108328685A - 一种太阳能沼液蒸发浓缩装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种太阳能沼液蒸发浓缩装置。包括：集热板、透明盖板、蒸馏器外壳、蒸馏室、蒸馏液收集槽、蒸馏液回收池和浓缩液回收池等。集热板置蒸馏器外壳内；挡水板置每层集热板边缘，挡水板长度与集热板长度相等，沼液直流式流动，或挡水板长度小于集热板长度呈交错排列，沼液为S型流动；透明盖板置于蒸馏器外壳上部，透明盖板和集热板之间为蒸馏室，蒸馏室上端与进料管和进/排风管相连，下端与蒸馏液排出管和浓缩液排出管相连，进/排风管与风机相连；蒸馏液收集槽固定在蒸馏器外壳内，蒸馏液排出管与蒸馏液回收池相连；浓缩液回收池与集热板相连；集热板下部填充有石蜡，蒸馏器外壳四周及底部油保温材料，整体装置位于倒梯形支架上。

Description

一种太阳能沼液蒸发浓缩装置
技术领域
本发明属于农村再生能源利用技术领域，与沼液浓缩和利用领域有关，本发明尤其涉及一种太阳能沼液蒸发浓缩装置。
背景技术
中国农村农业废弃物产出量逐年递增，沼气工程在农业废弃物方面的减量化、资源化、无害化特点越来越来受到人们的关注并得到迅速发展。但是，沼气工程在生产沼气的同时会产生大量的沼液，由于沼液产生量过大，养分浓度偏低，给其处理和利用都造成了很大的困难，成为制约沼气产业发展的瓶颈，因此，将沼液浓缩减量化是沼液资源化利用的一种途径。浓缩后的沼液体积减小，养分浓度较高，便于储存和运输，为其后续的综合利用提供有利条件，因此开发合理有效的沼液浓缩技术及装置是实现沼液合理、高效利用的关键环节。
目前，沼液浓缩技术主要有膜浓缩和负压蒸发浓缩。膜浓缩技术具有浓缩效果好、浓缩倍数高、营养元素损失少等优点。但膜技术投资成本高、能耗大对环境条件和操作管理均有严格的要求，此外由于膜需要频繁进行清洗和更换，因此膜污染问题也是阻碍膜浓缩技术发展的关键问题。负压蒸发浓缩技术具有操作简单，对原液要求低等特点渐渐受到人们的关注，但是负压蒸发在负压的控制和沼液加热方面均需要消耗较高的能量。
太阳能是分布最为广泛、资源最为丰富的永久性可再生能源，太阳能的光热利用是太阳能利用的主要方式之一。本发明以太阳能作为热源，利用其光热特性，进行沼液蒸发浓缩，设计了一种能耗小、成本低、操作方面的太阳能沼液蒸发浓缩技术及装置。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的沼液浓缩技术与装置在沼液浓缩过程中耗能大、成本高***复杂、操作要求高等缺陷，提供一种太阳能沼液蒸发浓缩装置，该装置结构紧凑、不需要频繁更换元器件，免维护，投资成本低、耗能小、操作方便和易于推广的太阳能沼液蒸发浓缩装置。
本发明的技术方案如下所述：
一种太阳能沼液蒸发浓缩装置，所述的蒸发浓缩装置包括集热板1、挡水板2、透明盖板3、蒸馏器外壳11、蒸馏室4、蒸馏液收集槽5、蓄热材料层10、保温材料层12、蒸馏液回收池9、浓缩液回收池8、风机14和倒梯形支架17；所述集热板1置于蒸馏器外壳11的内部；所述挡水板2置于每层集热板1的边缘，所述挡水板2的长度与集热板1的长度相等，使沼液呈直流式(相当于直排式)流动(见图4所示)，或所述挡水板2的长度小于集热板1的长度并呈交错布置(见图6所示)，使沼液呈S型流动；所述透明盖板3置于蒸馏器外壳11的上部，所述透明盖板3和集热板1之间是密闭的蒸馏室4；蒸馏室4位于蒸发浓缩装置的上部，即，集热板1与透明盖板3之间，蒸馏室的上端分别与进料管16和进/排风管13连通，其下端分别与蒸馏液排出管6和浓缩液排出管7连接，进料管16上设有污水控制阀15，进/排风管13与风机14连通；蒸馏液收集槽5固定在蒸馏器外壳11的内壁，通过蒸馏液排出管6与蒸馏液回收池9相连；浓缩液回收池8通过浓缩液排出管7与集热板1相连；集热板1的下部填充有相变蓄热材料10(相变蓄热材料优选为石蜡，该材料的特性为白天吸热、晚上放热，可实现装置的连续不间断运行)，蒸馏器外壳11的四周及底部设有保温材料12；所述的蒸发浓缩装置安装在倒梯形支架17上。
上述集热板1与透明盖板3构成阶梯型的蒸馏室4，蒸馏室与水平面的夹角呈90°；集热板的每层水平面外缘设置有挡水板2。
上述挡水板安装高度要高于集热板水平面5～50mm；挡水板的长度为950mm(如图6所示的S型流水式)和1000mm(如图4的直流式水流)，但实施本发明，挡水板的长度不限于此。
上述集热板1和挡水板2的表面涂刷有吸光涂料涂层。
上述透明盖板3为4mm厚的钢化玻璃，使太阳光的透过率不少于90％。
上述风机14为进/排风机，优选功率约为20～60W，一方面能够排出蒸馏室内较多的水蒸气，降低湿度，另一方面也能够加强蒸馏室内的传热传质，加快沼液的浓缩、蒸发。
上述蒸发浓缩装置与水平面的夹角为20°～45°，集热面积约为2m2，但不限于此。
本发明具有积极效果如下所述：
(1)本发明采用多级阶梯型集热板结构，有利于增大吸热面积，提高沼液浓缩效率。
(2)本发明利用排风机产生微负压，可强化蒸馏室内的空气扰动，提高蒸发过程中的传热传质效率。
(3)本发明增加了相变蓄热材料如石蜡，即使在无太阳辐射的夜晚也能保持蒸发浓缩装置持续工作。
(4)本发明利用太阳能作为热源，是一种环保型清洁能源，可加热沼液，只要有太阳光就可以使沼液连续不断地蒸发、浓缩，可以大大减少能源消耗，显著降低生产成本。
(5)本发明的整个蒸发浓缩装置结构紧凑、简单、实用，且操作方便、运行成本低，适合农村大规模推广应用。
附图说明
图1：一种太阳能沼液蒸发浓缩装置的结构示意图(显示为微负压功能)。附图标记说明：箭头方向向外显示为负压流向，即蒸发浓缩装置部件14-16之间。
图2：一种太阳能沼液蒸发浓缩装置的结构示意图(显示为微正压功能)。附图标记说明：箭头方向向内显示为正压流向，即蒸发浓缩装置部件14-16之间。
图3：直流式多级阶梯蒸发浓缩装置的内部结构示意图。
图4：直流式的沼液流动形式示意图。
图5：S型流式多级阶梯蒸发浓缩装置的内部结构示意图。
图6：S型流式的沼液流动形式示意图。
附图标记说明：1-集热板，2-挡水板，3-透明盖板，4-蒸馏室，5-蒸馏液收集槽，6-蒸馏液排出管，7-浓缩液排出管，8-浓缩液回收池，9-蒸馏液回收池，10-蓄热材料，11-蒸馏器外壳，12-保温材料层，13-进/排风管，14-风机，15-污水控制阀，16-进料管，17-倒梯形支架。
具体实施方式
实施例1(基本实施例)
本发明为一种太阳能沼液蒸发浓缩装置，所述的装置包括：集热板、透明盖板、蒸馏器外壳、蒸馏室、蒸馏液收集槽、蓄热材料、保温材料层、蒸馏液回收池、浓缩液回收池、风机和倒梯形支架。集热板置于蒸馏器外壳内部。挡水板置于每层集热板1的边缘，挡水板的长度与集热板的长度相等使沼液呈直流式流动(见图4)，或挡水板的长度小于集热板的长度并交错布置(见图6)，使沼液呈S流式。透明盖板置于蒸馏器外壳的上部，透明玻璃盖板和集热板1之间是密闭的蒸馏室。蒸馏室上端连接进料管和进/排风管，进料管设有污水控制阀，便于调节沼液的流量。进/排风管与风机连接，将蒸馏室内的过多的水蒸汽及时排除室外，以降低室内湿度。蒸馏液收集槽固定在蒸馏器外壳的内壁上，并通过蒸馏液排出管与蒸馏液回收池相连。浓缩液回收池通过浓缩液排出管与集热板相连。集热板下填充有蓄热材料石蜡，保证本装置在无太阳辐射的夜晚也能持续运行。蒸馏器外壳的四周及底部设有保温材料。所述的蒸发浓缩装置安装在倒梯形支架上。
所述集热板与透明盖板构成阶梯型的蒸馏室，蒸馏室与水平面的夹角呈90°。在集热板的每层水平面外缘设置有挡水板。
优选集热板长1m、水平部分宽0.05m、竖直部分宽0.03m，共设20个阶梯，优选挡水板安装高度高于集热板水平面5～50mm，长度可为950mm(S型水流方式适用)和1000mm(直流式或称直排式水流方式适用)，优选地，集热板的及挡水板的总面积可为1.7～2.6m2(实施本发明可不限于此参数)。
所述集热板和挡水板的表面涂刷有吸光涂料涂层。
所述透明盖板优选为4mm厚的钢化玻璃，使太阳光透过率不少于90％。
所述风机14为进/排风机，优选功率为20～60W。
所述蓄热材料优选为石蜡，与其他蓄热材料如Na2SO4·10H2O、CaCl2·6H2O、脂肪酸、季戊四醇、新戊二醇等相比，石蜡具有化学性能稳定、能反复使用无过冷或晶液分离现象、传热效果好，且价格便宜，无毒和无腐蚀等优点。
本发明的蒸发浓缩装置与水平面的安装夹角为20°～45°。优选地，本实施例的蒸发浓缩装置的总集热面积为2m2。
所述保温材料可选自聚苯乙烯泡沫，橡塑保温材料，岩棉，石棉或玻璃棉等。
本发明中太阳辐射透过透明盖板被集热板吸收，使集热板和蒸发室内的温度升高，同时经过过滤后的沼液从进料口流到集热板上，经过挡水板的作用，在集热板上形成一层薄水膜，水膜在吸收太阳辐射后温度升高，沼液受热蒸发，产生的水蒸气在透明盖板上冷凝结为蒸馏水，经蒸馏液收集槽流入蒸馏液回收池内，浓缩后的沼液流入浓缩液回收池内。在蒸馏室的上部连接排风机，不断地将蒸馏室内过多的水蒸汽排除，本发明可制造微负压环境，同时强化蒸馏室内的空气对流，增加传热传质效率，加快沼液蒸发浓缩速率。集热板下部填充相变储热材料(例如石蜡)，该储热材料收集白天多余的太阳辐射，用于夜晚的蒸发加热，实现装置运行的可连续性。集热器四周及底部覆盖保温材料，减少蒸发过程中热损失，实现沼液的低成本和高效率的浓缩。
实施例2
结合图1和3说明本发明的实施方式。本实施例为一种微负压太阳能沼液蒸发浓缩装置。其中集热板长可为1m、水平部分宽0.05m、竖直部分宽0.03m，共设20个阶梯。挡水板长可为1m，高可为10mm，集热板的及挡水板的总面积为1.8m2，透明盖板为4mm的钢化玻璃(太阳光透过率不低于90％，)风机选择40W排风机。蓄热材料选用石蜡，保温材料选择橡塑保温材料。蒸发浓缩装置与水平面的安装角度(水平夹角)为30°。本发明的蒸发浓缩装置在华中地区的晴天条件下，冬季和夏季装置的产水量分别可达3～4L/d和8～10L/d。
实施例3
结合图2和3说明本发明的实施方式。本实施例为一种微正压太阳能沼液蒸发浓缩装置。相对于实施例1所述的太阳能沼液蒸发浓缩装置，本实施例的蒸发浓缩装置对风机进行了改进。本实施方式集热板长可为1m、水平部分宽可为0.05m、竖直部分宽可为0.03m，共设20个阶梯。挡水板长可为1m，高可为10mm，集热板的及挡水板的总面积可为1.8m2，透明盖板为4mm的钢化玻璃(太阳光透过率不低于90％)，风机选择40W进风机，蓄热材料可选用石蜡，保温材料选择橡塑保温材料。本实施例的蒸发浓缩装置与水平面的安装角度(水平夹角)为30°。本蒸发浓缩装置在华中地区的晴天条件下，冬季和夏季装置的产水量分别可达3～5L/d和8～12L/d。
实施例4
结合图2和图4说明本实施方式，本实施例中申请人通过改变挡水板的长度和布置形式将沼液在蒸发室内的流动形式由直流型改为S型流动。本实施方式中，集热板长可为1m、水平部分宽可为0.05m、竖直部分宽可为0.03m，共设20个阶梯。挡水板长0.95m，在每层交错留有0.05m宽的沼液流出口。挡水板的高低为10mm，集热板的及挡水板的总面积为1.79m2。透明盖板为4mm的钢化玻璃(太阳光透过率不低于90％)，风机选择40W进风机，蓄热材料选用石蜡，保温材料选择橡塑保温材料。本实施例的蒸发浓缩装置与水平面的安装角度(水平夹角)为30°。本发明的蒸发浓缩装置在华中地区的晴天条件下，冬季和夏季的产水量分别可达4～6L/d和10～15L/d。

Claims (8)

1.一种太阳能沼液蒸发浓缩装置，其特征在于，所述的蒸发浓缩装置包括集热板(1)、挡水板(2)、透明盖板(3)、蒸馏器外壳(11)、蒸馏室(4)、蒸馏液收集槽(5)、蓄热材料层(10)、保温材料层(12)、蒸馏液回收池(9)、浓缩液回收池(8)、风机(14)和倒梯形支架(17)；所述集热板(1)置于蒸馏器外壳(11)内部；所述挡水板(2)置于每层集热板(1)的边缘，所述挡水板(2)的长度与集热板(1)的长度相等，使沼液呈直流式流动，或所述挡水板(2)的长度小于集热板(1)的长度并呈交错布置，使沼液呈S型流动；所述透明盖板(3)置于蒸馏器外壳(11)的上部，所述透明盖板(3)和集热板(1)之间是密闭的蒸馏室(4)；蒸馏室(4)位于蒸发浓缩装置的上部，即，集热板(1)与透明盖板(3)之间，蒸馏室的上端分别与进料管(16)和进/排风管(13)连通，其下端分别与蒸馏液排出管(6)和浓缩液排出管(7)连接，进料管(16)上设有污水控制阀(15)，进/排风管(13)与风机(14)连通；蒸馏液收集槽(5)固定在蒸馏器外壳(11)的内壁，通过蒸馏液排出管(6)与蒸馏液回收池(9)相连；浓缩液回收池(8)通过浓缩液排出管(7)与集热板(1)相连；集热板(1)的下部填充有相变蓄热材料(10)，蒸馏器外壳(11)的四周及底部设有保温材料(12)；所述的蒸发浓缩装置安装在倒梯形支架(17)上。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能沼液蒸发浓缩装置，其特征在于，所述集热板(1)与透明盖板(3)构成阶梯型的蒸馏室(4)，蒸馏室(4)与水平面的夹角为90°，集热板的每层水平面外缘设置有挡水板(2)。
3.根据权利要求2所述的一种太阳能沼液蒸发浓缩装置，其特征在于，所述挡水板(2)安装高度高于集热板水平面5～50mm。
4.根据权利要求1所述的一种太阳能沼液蒸发浓缩装置，其特征在于，集热板(1)和挡水板(2)的表面涂刷有吸光涂层。
5.根据权利要求1所述的一种太阳能沼液蒸发浓缩装置，其特征在于，所述透明盖板(3)为4mm厚的钢化玻璃，使太阳光的透过率不少于90％。
6.根据权利要求1所述的一种太阳能沼液蒸发浓缩装置，其特征在于，所述风机(14)为进/排风机，其功率为20～60W。
7.根据权利要求1所述的一种太阳能沼液蒸发浓缩装置，其特征在于，所述蓄热材料(10)为石蜡。
8.根据权利要求1所述的一种太阳能沼液蒸发浓缩装置，其特征在于，所述蒸发浓缩装置与水平面的夹角为20°～45°。
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