一种太阳能驱动的自搅拌连续式生物质水热预处理装置的制作方法

本发明属于水热预处理技术领域，具体的说是一种太阳能驱动的自搅拌连续式生物质水热预处理装置。

背景技术：

生物质的水热法预处理是将水加热至沸点以上，临界点以下的亚临界水预处理生物质的方法。此时的水由于其特殊的性质，能有效的加速生物质的溶解与降解。但目前的水热法一般存在如下问题：在预处理生物质的过程中需要消耗大量的化石能源；并且常用的水热反应釜一般也只能实现小规模批次生产，因此亟需找到一种能利用水热法大量连续预处理生物质并且有效减少能耗的方法，而太阳能作为一种新能源，由于其清洁，可再生，所以成为首选的加热能源。

太阳能集热器是现在各种太阳能热利用系统的关键部件。目前，在各种各样的集热器中，真空管式集热器由于其良好的集热性能得到广泛的应用，但目前利用真空管式集热器高温加热物料时也存在如下问题：加热物料的固体部分容易粘附在太阳能管内表面影响集热效果；清洗过程中容易损坏管体，以及物料损失；另外物料本身由于重力作用在管内形成的沉淀，会影响加热效果。

因此，设计一种能实现连续工作、耗能少、可拆卸、以及方便清洗太阳能驱动型生物质水热预处理装置是十分必要的。

技术实现要素：

本发明提供了一种可拆卸、方便清洗、可实现连续生产且可有效防止物料中固体部分沉淀的太阳能驱动的自搅拌连续式生物质水热预处理装置，解决了现有技术存在的耗能大、无法规模化连续生产，拆卸困难、清洗不便、因沉淀无法均匀处理物料的问题。

本发明技术方案结合附图说明如下：

一种太阳能驱动的自搅拌连续式生物质水热预处理装置，该装置包括辅助加热器1、储料槽2、搅拌装置3、固液混合物料抽取泵4、太阳能聚光镜6、集热器组件7、温度传感器8和物料收集槽9；所述辅助加热器1设置在储料槽2底部；所述的搅拌装置3设置在储料槽2中；所述固液混合物料抽取泵4的一端与第一水管的一端连接，所述第一水管的另一端设置在储料槽2中；所述固液混合物料抽取泵4的另一端通过管路与集热器组件7中水热管12的一端连接；所述水热管12的另一端与第二水管的一端连接；所述第二水管的另一端设置在物料收集槽9中；所述第二水管上安装有温度传感器8；所述太阳能聚光镜6安装在集热器组件7上。

所述搅拌装置3包括搅拌器和搅拌杆；所述搅拌器与搅拌杆螺纹连接；所述搅拌杆采用两组上下错落布置的两叶式搅拌桨。

所述太阳能聚光镜6为表面涂有银的玻璃反射抛物镜面。

所述集热器组件7还包括太阳能直通管、箍环结构17和内部搅拌组件；所述水热管12通过箍环结构17与太阳能直通管连接；所述内部搅拌组件设置在水热管12中；所述太阳能直通管的外侧为定制长度和大小的硬质透光减反射玻璃外管10，内侧为带有太阳光选择性涂层的内层导热管11；所述太阳能直通管的两端开口中间真空；所述箍环结构17为环形，包括太阳能直通管卡槽20，太阳能直通管卡槽20的内圈为中空的水热管插口21；所述太阳能直通管卡在太阳能直通管卡槽20中；所述水热管12设置在水热管插口21内；所述内部搅拌组件包括轴承13、搅拌桨14、轴承固定架15和搅拌轴16；所述搅拌轴16焊接在轴承13上，所述轴承13卡在水热管12中的轴承固定架15上；所述搅拌桨14固定在搅拌轴16上；所述水热管12的一端为流体进料端18，另一端为流体出料端19。

所述搅拌桨14共7组，每组采用三叶式叶片结构。

本发明的有益效果为：

1)本发明所述太阳能驱动的自搅拌连续式生物质水热预处理装置设计新颖，采用太阳能直通管，与聚光镜配套所组成的聚光型太阳能集热器，可有效提高升温效果，并且能实现生物质的连续水热预处理。

2)本发明所述太阳能驱动的自搅拌连续式生物质水热预处理装置可以在太阳光不充足的情况下，物料达不到指定的温度(100℃以上)的时候，出料口处的温度传感器会自动报警，此时搅拌槽底部设置的加热管可以对物料进行辅助加热，使物料达到指定的温度，实现连续稳定的生产。

3)本发明所述太阳能驱动的自搅拌连续式生物质水热预处理装置采用的水热管便于拆卸、安装和清洗，能够防止太阳能直通管体内壁上附着物料的沉积，并且减少直接刷洗对太阳能直通管造成的损伤，在水热管内部设置的搅拌组件能够实现对流体的均匀搅拌，防止物料在水热管内壁上的粘附，提高出料的质量和均匀性。

4)本发明所述太阳能驱动的自搅拌连续式生物质水热预处理装置采用的搅拌组件能够实现物料带动螺旋叶片转动，而且输送流体过程中对固液混合物料的挤压和研磨作用力小，可确保流体质量。

5)本发明所述太阳能驱动的自搅拌连续式生物质水热预处理装置采用的箍环结构方便将太阳能管和水热管箍紧，提高其稳定性且方便拆卸。

6)本发明所述太阳能驱动的自搅拌连续式生物质水热预处理装置采用的太阳能直通管，能更有效的吸收太阳光的直射和散射，并且耐压耐高温性能好。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明中集热器组件的侧视结构示意图；

图3为本发明中集热器组件的正剖面图；

图4为本发明中箍环结构剖面图；

图5为本发明中箍环结构侧面图。

图中：1、辅助加热器；2、储料槽；3、搅拌装置；4、固液混合物料抽取泵；5、太阳光；6、太阳能聚光镜；7、集热器组件；8、温度传感器；9、物料收集槽；10、硬质透光减反射玻璃外管；11、内层导热管；12、水热管；13、轴承；14、搅拌桨；15、轴承固定架；16、搅拌轴；17、箍环结构；18、流体进料端；19、流体出料端；20、太阳能直通管卡槽；21、水热管插口。

具体实施方式

参阅图1，一种太阳能驱动的自搅拌连续式生物质水热预处理装置，该装置包括辅助加热器1、储料槽2、搅拌装置3、固液混合物料抽取泵4、太阳能聚光镜6、集热器组件7、温度传感器8和物料收集槽9；所述辅助加热器1设置在储料槽2底部；所述的搅拌装置3设置在储料槽2中；所述固液混合物料抽取泵4的一端与第一水管的一端连接，所述第一水管的另一端设置在储料槽2中；所述固液混合物料抽取泵4的另一端通过管路与集热器组件7中水热管12的一端连接；所述水热管12的另一端与第二水管的一端连接；所述第二水管的另一端设置在物料收集槽9中；所述第二水管上安装有温度传感器8；所述太阳能聚光镜6安装在集热器组件7上。所述太阳能聚光镜6和集热器组件7共同组成一个太阳能集热系统。

所述辅助电加热器1可以选择“热顿”品牌的6分外螺纹1500w带温控“u”型辅助电加热器，型号为jmc-eh，工作电压为220v，加热体采用不锈钢，手柄采用abs塑料，尺寸为50cm，电源线1.5平方，安装在储料槽左侧距底部80mm的6分内牙口处。当太阳光不充足导致水热管中物料温度达不到指定温度(大于100度)时，辅助加热器开始运行，在储料槽2内对物料进行加热，加热至100℃，之后进行保温。

所述储料槽2为非标准件，由不锈钢材料制成，尺寸为600mm*600mm*600mm的上部带有盖子的立方体，不锈钢厚度为5mm，储料槽左侧距底部100mm处有一个6分内牙口，用于安装辅助电加热器1。盖子正中间处有一个8分内牙口，用于安装搅拌装置3。盖子中间距左侧150mm处有一个8分内牙口，用于安装抽料管。

所述的搅拌装置3包括搅拌器和搅拌杆。

所述搅拌器选择“联冠”品牌的电动搅拌器，型号为zy-mh-210，额定电压为220v，可分为6档调速，满载转速为1100转，满载负载功率为2400w，用于搅拌储料槽2中的固液混合物料。

所述搅拌杆为非标准件，以不锈钢为材料，杆体采用与搅拌机连接口一致的带有螺纹接头的杆体，杆体总长450mm，采用两组两叶式搅拌桨，上下错落布置，两组搅拌桨间隔150mm，桨叶长轴为250mm，短轴为80mm。两组两叶式错落布置的搅拌桨有利于使物料充分的混合均匀，并且减小了旋转阻力。

所述抽取物料的泵体4可以采用“光泉”品牌的电动排污泵，型号为wq15-20-2.2，功率为2.2kw，流量为15m3/h,电压为380v，用于将物料抽至水热管12中进行加热。

所述太阳能聚光镜6，长度为2m，宽度为1m，表面采用涂有银的玻璃反射抛物镜面，太阳能聚光镜将太阳光汇聚成一条线并反射到集热器组件7上，被集热器组件7吸收并加热。

参阅图2—图5，所述集热器组件7包括太阳能直通管、水热管12、箍环结构17和内部搅拌组件；所述水热管12通过箍环结构17与太阳能直通管连接；所述内部搅拌组件设置在水热管12中。

所述太阳能直通管包括定制长度和大小的硬质透光减反射玻璃外管10，带有太阳光选择性涂层的内层导热管11；太阳能直通管两端开口中间真空，吸收比可达到93％以上，反射比在96％以上，可承压6-12兆帕，设计寿命一般在25年左右。太阳能直通管的运行温度最高可达300～500℃，能承受自来水或循环泵的压力。集热器组件7的长度为1.8m，外管外直径90mm，厚度为2mm，内胆外直径60mm，集热器组件7通过箍环结构17与水热管12相连接。

所述水热管12为的单层导热管，采用耐高温高压耐腐蚀的材料制成，水热管长度为2m，外直径为46mm，厚度为5mm，水热管12通过箍环结构17与太阳能直通管连接，太阳能直通管内部收集的热量传导至水热管内，并对流经水热管内的物料进行加热。待整个装置停止运行时，可以拆卸出水热管，擦拭干净，并收集残余在水热管上的物料，防止再次使用时影响集热装置的加热效果。

所述连接太阳能直通管本体与水热管的箍环结构17，包括太阳能直通管卡槽20，内圈为中空的水热管插口21。整个结构选用氟橡胶为材料有高度的化学稳定性。具有良好的耐老化性，耐高温性，在250℃下可长期使用，环形箍体的直径为100mm，内圈直径为46mm，宽度为20mm，厚度为8mm。太阳能集热管卡在太阳能直通管卡槽20中，而内管则穿过箍环结构17的内侧中心圈，采用的箍环结构17方便将太阳能直通管和水热管12箍紧。所述箍环结构17结构简单，稳定性好，方便拆卸。

所述搅拌轴16长2m，直径8.8mm，选用高温合金材料制成，质量轻，耐高温，耐腐蚀。

搅拌轴端部轴承13可以选用“nsk”品牌的f609zz型号的9*24*7轴承，采用轴承钢制成，带有橡胶密封盖，搅拌轴16焊接在轴承13上，轴承13卡在水热管12中的轴承固定架15上，实现搅拌轴16带动轴承13的转动。

所述轴承固定架15为非标准件，采用“十”字形结构，稳定性好，选用高温合金材料制成，质量轻，耐高温，耐腐蚀。轴承固定架15固定在水热管12内部管口处，支撑轴承13，使轴承13能正常运行。

所述搅拌桨14为非标准件，采用三叶式叶片结构，共7组搅拌桨如图分布，每个搅拌叶的长轴直径15mm，短轴直径5mm，搅拌桨也选用高温合金材料制成。在固液混合物料抽取泵4的作用下带有冲击力的物料带动搅拌桨的旋转，搅拌桨的旋转实现了对物料的搅拌作用，使物料在水热处理过程中反应更加均匀充分。

所述水热管12的一端为流体进料端18，另一端为流体出料端19；物料在固液混合物料抽取泵4的作用下从流体进料端18进入水热管12进行水热处理，处理完的物料从流体进料端18排出。

所述温度传感器8可以选用“松导”品牌的型号为wzp-187-3pbo的可定制的传感器，传感器可承受的最高温度为450℃，探头选用不锈钢制成，内部有德国heraeus原装进口薄膜电阻芯片，防水探头长度50mm，和pt50的温度仪表配套使用，探头底部与传感器相接处有3分外螺纹口和氟橡胶密封圈，可连接到水热处理装置的管路中，对温度进行实时检测。当温度降至100℃下时，传感器报警，此时储料槽2中的辅助电加热器1开始运行，对物料进行辅助加热，从而实现连续稳定的生产。

所述物料收集槽9，箱体尺寸为600mm*600mm*600mm的正方体形的空心箱体件，箱体材料选用不锈钢材料。收集槽上盖设置有6分内牙口的进料孔，用于固定水热预处理装置的管道。物料收集槽用于收集处理后流出的物料。

本发明的工作原理为：

在整个水热处理生物质的过程中，带有搅拌桨的可提供电加热的储料槽2将混和均匀的物料溶液通过固液混合物料抽取泵4喷出，在压力作用下，从流体进料端17进入水热管12内；在水热管12内，固液混合物料抽取泵4喷出的高压流体流动时带动搅拌叶转动，搅拌叶转动过程中对物料均匀搅拌，搅拌过程中太阳能聚光镜6将收集太阳光5照射产生的太阳能以及直射到太阳能直通管上的太阳能全部汇聚到太阳能直通管，产生的大量的热量传导入水热管12中，对水热管12中的物料进行均匀加热，处理完的物料，从水热管12另一端输出至物料收集槽9内，由此实现了本装置对物料的均匀加热处理。在太阳光不充足的天气下，如果物料达不到指定的温度(100℃以上)，则位于流体出料端18的温度传感器8会自动报警，此时储料槽2底部设置的储料槽1可以对物料进行辅助加热，使物料达到指定的温度，从而实现连续稳定的生产。待整个装置停止运行时，将一端的箍环结构17取下，拆卸出水热管12，擦拭干净，并收集残余在水热管12上的物料，防止再次使用时影响集热装置的加热效果。

综上所述，本发明结构设计新颖，采用的太阳能水热处理装置能有效的收集太阳能并对物料进行来连续的水热处理，集热装置增加的水热管12便于拆卸安装和清洗，能够防止长时间使用导致太阳能管体内壁上附着物料影响加热效果，还能够防止直接刷洗对太阳能管造成损伤，在水热管12内部设置的搅拌组件能够实现对流体的均匀搅拌，使水热反应均匀，并且防止物料粘附在水热管内壁上，提高了流体出料均匀性和出料质量。