一种沙漠砂的加热系统及方法与流程

1.本发明涉及一种铸砂领域，尤其是涉及一种沙漠砂的加热系统及方法。


背景技术：

2.目前，人类对自然的破坏越来越严重，沙漠化也越来越严重，急需对沙漠进行治理，发展“砂产业”是解决当前沙漠化问题的比较有效途径。因此，在沙漠及其沙漠附近的区域，将沙漠砂作为原料，经过合适的加热处理，制备成可用于建筑行业的骨料，对社会的可持续发展有重要的意义。
3.如专利cn108160916a中公开的：本发明涉及用沙漠砂制备特种用途的覆膜砂，以及该覆膜砂的生产工艺，属造型材料领域。本发明提供了一种特种用途高强度覆膜砂的制备方法，该方法包括沙漠原砂的预处理方法，以及粘结剂、固化剂、润滑剂、增强增韧剂和其它添加剂的质量组份配比等。本发明提供的覆膜砂具有高强度、高韧性、硬化结壳速度快的特点，是一种适用于以砂为原料的“透气性花盆”制作行业的特种用途的生产原料。覆膜砂各组份配比经适当调整后，也适用于铸造生产工业领域。本发明由于选用沙漠砂为原料，采用干法预处理工艺，节水节能，可以有效降低覆膜砂的生产成本，具有广阔的市场前景。
4.然而，现有技术中对沙漠砂的加热是在一个敞开的环境下进行的，存在如下问题：加热时散热快，热损失严重，导致的烧结时间长、效率低；加热出来的砂粒尺寸不好控制不能得到想要的目标尺寸，不能满足建筑的需要。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种沙漠砂的加热系统和加热方法，用于解决现有技术中存在的上述技术问题。
6.本发明一方面提供了一种沙漠砂的加热系统，包括聚光组件、光传输组件、砂融组件，所述聚光组件将收集的光通过光传输组件传递给砂融组件；所述砂融组件包括熔融装置和分级装置；所述分级装置可将沙漠砂分为粗砂和细砂；所述熔融装置包括熔融池和刮板部件，所述细砂可被第一传输件运输至熔融池内，所述熔融池表面形成有凹槽，所述粗砂可被第二传输件运输流入凹槽中；所述刮板部件转动安装于所述熔融池上，且位于凹槽上方。
7.进一步地，所述熔融池的凹槽表面设置有缝隙。
8.进一步地，所述刮板部件包括：驱动装置、刮板本体、固定件；所述刮板本体通过固定件安装于所述熔融池上，所述固定件与驱动装置连接，所述驱动装置可使带动固定件转动。
9.进一步地，所述熔融池包括内壳体和外壳体，所述内壳体和外壳体之间填充隔热材料。
10.进一步地，所述砂融组件还包括进料装和运输装置；
所述分级装置位于所述进料装置和运输装置之间；所述进料装置与分级装置固定连接，所述熔融装置的出口端与所述运输装置连接。
11.进一步地，所述聚光组件包括：聚光装置、支撑装置、底座；所述支撑装置的下端与所述底座转动安装，所述支撑装置的上端与所述聚光装置安装，所述聚光装置相对于支撑装置可以摆动。
12.进一步地，所述聚光装置包括：透镜、承载架、聚光盒；所述承载架的顶部固定安装有透镜，所述承载架的下端安装有聚光盒，所述透镜和所述聚光盒的位置对应。
13.进一步地，所述光传输组件包括：光纤和导光棒，所述光纤的一端与聚光盒连接，另一端与导光棒连接，所述导光棒插入外壳体中。
14.进一步地，所述导光棒的材料为石英。
15.本发明还提供了一种沙漠砂的加热方法，所述方法采用上述的沙漠砂的加热系统，包括如下步骤：步骤s10：调节聚光组件朝向太阳，获取光能；通过光传输组件将光能传递至熔融池；步骤s20：将沙漠砂放入进料装置内，所述沙漠砂通过进料装置进入分级装置，通过分级装置将沙漠砂分为粗砂和细砂；步骤s30：将细砂通过第一传输件运输至熔融池中进行烧结，粗砂通过第二传输件运输进入熔融池的凹槽中，使烧结后的细砂与粗砂接触；步骤s40：通过驱动装置控制位于凹槽上方的刮板本体转动，使粗砂与烧结后的细砂进行均匀接触，控制刮板本体的转动速度，以生成目标尺寸的粗砂。
16.本发明相对于现有技术至少具有如下技术效果：（1）本发明的实施例中，聚光组件和砂融组件设置为两个独立的结构，由于聚光组件是通过光纤将太阳能传输至砂融组件中，而本实施例中采用的光纤柔软，可以在弯曲状态下对光进行传输，因此，当聚光组件在对太阳的方位进行追踪的同时，不会影响砂融组件的工作状态，使得聚光组件和砂融组件在空间位置上实现了互相独立自由，对于工程上有很大的作用，且实用性强，在工程上可以广泛使用。
17.（2）现有技术中，通过在对沙漠砂进行加热时，通常是在一个敞开的环境下进行的，这种会导致在加热的过程中，加热装置的热量散发的快，热损失比较严重，进而使得对沙漠砂的加热效果不理想；而本发明实施例中，砂融组件中采用熔融池对细砂进行加热，与现有技术相比较，加热是在一个比较密闭的环境中进行，热量损失的少，加热时间短，由于采用的是太阳光，热源恒定，加热效果好。
18.（3）本发明实施例中，粗砂在凹槽中与熔融后的细砂结合，通过刮板的运动使粗砂各个表面结合的熔融后的细砂的量比较均匀；刮板的转动速度可以通过驱动装置进行控制，刮板转动的速度快，则粗砂在凹槽中与熔融后的细砂结合量少，得到的粗砂尺寸较小，当刮板的转动速度慢，粗砂在凹槽中停留的时间长，与熔融后的细砂结合量较多，得到的粗砂尺寸较大，因此，通过控制刮板的转动速度，进而可以决定生成的粗砂的尺寸，满足工程上建筑时使用的粗砂尺寸。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1是本发明中加热系统的整体示意图 ；图2是本发明中的聚光组件示意图 ；图3是本发明中的光传输组件示意图；图4是本发明中砂融组件的示意图；图5是本发明中分级装置的示意图；图6是本发明中熔融装置的示意图；图7是本发明中熔融池的示意图；图8是本发明中加热方法的流程图。
21.10
‑
聚光组件；11
‑
聚光装置；111
‑
透镜；112
‑
承载架；113
‑
聚光盒；12
‑
支撑装置；13
‑
底座；20
‑
光传输组件 ；21
‑
光纤；22
‑
导光棒；30
‑
砂融组件；33
‑
进料装置；32
‑
分级装置；325
‑
滤气格栅；323
‑
壳体；3231
‑
细砂出口；3232
‑
粗砂出口；3233
‑
出气口；324
‑
旋风分离器；321
‑
第一传输件；322
‑
第二传输件；31
‑
熔融装置；311
‑
熔融池；3111
‑
外壳体；31111
‑
凹槽；312
‑
刮板部件；3121
‑
驱动装置；3122
‑
刮板本体；3123
‑
固定件；34
‑
运输装置。
具体实施方式
22.以下的说明提供了许多不同的实施例、或是例子，用来实施本发明的不同特征。以下特定例子所描述的元件和排列方式，仅用来精简的表达本发明，其仅作为例子，而并非用以限制本发明。
23.实施例1：如图1
‑
图7所示，本发明实施例1提供了一种沙漠砂的加热系统，包括聚光组件10、光传输组件20、砂融组件30，所述聚光组件10将收集的光通过光传输组件20传递给砂融组件30；所述砂融组件30包括熔融装置31和分级装置32；所述分级装置32可将沙漠砂分为粗砂和细砂；所述熔融装置31包括熔融池311和刮板部件312，所述细砂可被第一传输件321运输至熔融池311内，所述熔融池311表面形成有凹槽31111，所述粗砂可被第二传输件322运输流入凹槽31111中；所述刮板部件312转动安装于所述熔融池311上，且位于凹槽31111上方。
24.现有技术，在工程上存在使用聚光器件对沙漠砂进行加热融化，但是通常采用大尺寸的光学器件对太阳光进行追踪和聚焦精度时，均存在聚光焦点难以精确控制、系统相对比较庞大的问题，除此之外，由于光学成像系统的数值孔径（为透镜的直径与其焦距的比值）在1.5以内才能较好的保证聚焦的良好效果。在此基础上，本发明实施例提供了一种沙漠砂的加热系统，采用的聚光组件解决了上述现有技术中存在的技术问题。
25.上述方案中，所述聚光组件10用于将太阳的光能通过透镜111汇聚起来，然后光传
输组件20的一端连接聚光组件10，另一端连接砂融组件30连接，将聚光组件10获得的太阳光通过光传输组件20传递给砂融组件30，给砂融组件30提供源源不断、稳定的太阳能，即热能，使得砂融组件30中产生较高的温度，用于对沙漠砂进行加热，使沙漠砂融化。
26.其中，砂融组件30包括熔融装置31和分级装置32，与建筑中使用的河里的沙子相比较，沙漠中的沙子颗粒太细，级配比较差，不能直接用作建筑中混凝土的骨料，因此，将沙漠砂输送至分级装置中分成粗砂和细砂，如图5所示，分级装置32包括：第一传输件321、第二传输件322、壳体323、旋风分离器324、滤气格栅325，所述旋风分离器324安装于壳体323内部，所述旋风分离器324的下端出口与所述壳323的粗砂出口3232，所述旋风分离器324的上端还设置有出口所述沙漠砂进入旋风分离器324后，重的砂（粗砂）会从旋风分离器324的下端出口流出壳体，轻砂（细砂）会从旋风分离器324的上端出口被吹出，在旋风分离器324的上端出口下方对应位置安装有滤气格栅，从旋风分离器324上端出口吹出的细砂落入至滤气格栅325上，对细砂再次进行筛分，重一点的细砂通过滤气格栅滑落至壳体323的底部，质量相对轻一点的细砂通过壳体323上部的出气口3233被吹出；所述第一传输件321与壳体323上的细砂出口3231连接，细砂可以通过第一传输件321进入熔融装置31中，粗砂通过第二传输件322流入熔融装置31中。
27.所述分级装置32可以为机械振动筛分、旋风分离筛分、惯性滤清筛分、静电分离筛分等其他筛分装置，只要能够实现对沙漠砂的分级的装置均可，在此不做限制，本实施例中优选旋风分离筛分。
28.优选地，所述第一传输件321、第二传输件322在本实施例中为传输管。
29.所述熔融池311呈“凹”字形，凹处为凹槽31111，位于凹槽31111的上方安装有刮板部件312，刮板部件312可以相对凹槽31111转动，从分级装置32出来的细砂经过第一传输件321流入熔融池中，粗砂经过第二传输件322流入凹槽31111中，当细砂在熔融池中被加热至熔浆状时会从凹槽表面流出，此时流入凹槽中的粗砂和细砂接触，表面裹上熔浆状的细砂，使得粗砂的尺寸变大，当粗砂表面裹完细砂后，达到建筑所需要的粗砂尺寸时，刮板将粗砂从凹槽中刮出，得到目标尺寸的粗砂。
30.因此，通过本发明的实施例，将太阳光通过聚光组件进行汇聚，然后通过光传输组件将汇聚的太阳光传输至熔融池中，采用太阳光作为热源对细砂进行加热，加热温度高、加热效果好、效率快、节省资源、结构简单、可操作性强。
31.本发明的实施例中，聚光组件和砂融组件设置为两个独立的结构，由于聚光组件是通过光纤将太阳能传输至砂融组件中，而本实施例中采用的光纤柔软，可以在弯曲状态下对光进行传输，因此，当聚光组件在对太阳的方位进行追踪的同时，不会影响砂融组件的工作状态，使得聚光组件和砂融组件在空间位置上实现了互相独立自由，对于工程上有很大的作用，且实用性强，在工程上可以广泛使用。
32.现有技术中，通过在对沙漠砂进行加热时，通常是在一个敞开的环境下进行的，这种会导致在加热的过程中，加热装置的热量散发的快，热损失比较严重，进而使得对沙漠砂的加热效果不理想；而本发明实施例中，砂融组件中采用熔融池对细砂进行加热，与现有技术相比较，加热是在一个比较密闭的环境中进行，热量损失的少，加热时间短，由于采用的是太阳光，热源恒定，加热效果好。
33.本发明实施例中，粗砂在凹槽中与熔融后的细砂结合，通过刮板的运动使粗砂各
个表面结合的熔融后的细砂的量比较均匀；刮板的转动速度可以通过驱动装置进行控制，刮板转动的速度快，则粗砂在凹槽中与熔融后的细砂结合量少，得到的粗砂尺寸较小，当刮板的转动速度慢，粗砂在凹槽中停留的时间长，与熔融后的细砂结合量较多，得到的粗砂尺寸较大，因此，通过控制刮板的转动速度，进而可以决定生成的粗砂的尺寸，满足工程上建筑时使用的粗砂尺寸。
34.进一步地，所述熔融池311的凹槽31111表面设置有缝隙。
35.上述方案中，所述凹槽31111的表面设置有缝隙，当细砂在熔融池加热至熔融状态时可以通过缝隙流出，与凹槽31111中的粗砂结合，使得粗砂的尺寸变大，得到建筑上使用的那种尺寸的粗砂；凹槽表面的缝隙可以设置在表面，也可以设置在凹槽的侧面，当需要的粗砂尺寸较大时，在凹槽的侧面均设置缝隙，使更多的熔融后的细砂从缝隙中流出来与凹槽中的粗砂结合。
36.进一步地，所述刮板部件312包括：驱动装置3121、刮板本体3122、固定件3123；所述刮板本体3122通过固定件3123安装于所述熔融池311上，所述固定件3123与驱动装置3121连接，所述驱动装置3121可使带动固定件3123转动。
37.上述方案中，刮板部件312整体安装在熔融池上，固定件3123通过固定架安装在熔融池上，所述刮板本体3122固定安装在固定件上，本实施例中固定件为固定杆，所述驱动装置带动固定杆转动，进而带动刮板本体转动；通过控制驱动装置的运行速度，进而来控制刮板本体的转动速度，使得粗砂和熔融后细砂的结合量可以达到工程上建筑时需要的粗砂尺寸。
38.进一步地，所述熔融池311包括内壳体（图中示出）和外壳体3111，所述内壳体和外壳体3111之间填充隔热材料。
39.上述方案中，熔融池311为双层结构，由内壳体和外壳体3111连接而成，所述内壳体和外壳体3111之间有间隙，在间隙中填充隔热材料，以及通过在间隙中抽真空，来降低壳体之间的热量交换，减小传输至熔融池311中太阳光的热量损失，影响加热效果。
40.优选地，熔融池311的外壳体3111的内腔为高反射率金属镀层，熔融池311的内壳体的外腔覆盖高转换率的光热转换材料，使得光传输组件20中的导光棒22在嵌入外壳体3111中时，减小热量的损失。
41.进一步地，所述砂融组件30还包括进料装置33和运输装置34；所述分级装置32位于所述进料装置33和运输装置34之间；所述进料装置33与分级装置32固定连接，所述熔融装置31的出口端与所述运输装置34连接。
42.上述方案中，将沙漠砂先放入进料装置33中，通过进料装置33流入分级装置32中，在分级装置32中将沙漠砂分为粗砂和细砂，细砂通过第一传输件321进入熔融装置31的熔融池311中，粗砂通过第二传输件322进入熔融池311外壳体3111的凹槽中，与在熔融池311中的熔融状的细砂结合，然后通过刮板本体将结合了熔融细砂的粗砂从凹槽中刮出来，刮出来的粗砂通过运输装置34被运输至目的地。
43.优选地，运输装置34可以是运输管、也可以是运输板等运输装置，只要能实现对粗砂的运输即可，在此不做限制。
44.优选地，所述进料装置33和分级装置可以通过焊接和螺纹螺母的方式等方式连接。
45.优选地，所述熔融装置31可以和运输装置34之间通过可拆卸的方式连接。
46.进一步地，所述聚光组件10包括：聚光装置11、支撑装置12、底座13；所述支撑装置12的下端与所述底座13转动安装，所述支撑装置12的上端与所述聚光装置11安装，所述聚光装置11相对于支撑装置12可以摆动。
47.上述方案中，所述底座13的上端和支撑装置12连接，支撑装置12呈u型，可以相对于底座在水平面内旋转任意角度，所述聚光装置11的两端与u型支撑装置12转动连接，聚光装置11可以在u型支撑装置上以任意角度摆动。
48.本实施例中，聚光组件10采用二轴跟踪系统，实时调整聚光装置11对太阳方位的高精度跟踪，跟踪精度优于0.1
°
。
49.进一步地，所述聚光装置11包括：透镜111、承载架112、聚光盒113；所述承载架112的顶部固定安装有透镜111，所述承载架112的下端安装有聚光盒113，所述透镜111和所述聚光盒113的位置对应。
50.上述方案中，所述透镜111可以通过螺钉螺母的方式固定安装于承载架112上，所述聚光盒113至少一部分穿过承载架112，聚光盒113的上端接收光能，下端与光纤21连接，将光传输出去，透镜111将太阳光收集之后汇聚至聚光盒113的上表面，因此，聚光盒113的位置需要与透镜111的位置对应设置，以及时准确的将透镜111汇聚的光进行接收，避免光的浪费。
51.本发明实施例中，所述透镜111可以设置多个，间隔安装在承载架112上，每一个透镜111的下端均对应安装有聚光盒113，每一个聚光盒113的下端与光纤连接，将收集的光通过光纤21传输至导光棒22上，多个导光棒22同时对熔融池311中的细砂中的同一位置进行照射，增大了系统的功率。
52.优选地，本发明实施例中透镜111采用的是菲涅尔透镜，所述菲涅尔透镜的材料可以为玻璃
‑
硅胶，也可以为其他pmma之类的透光材料；所述菲涅尔透镜的焦距长度为直径的1~3倍。
53.进一步地，所述光传输组件20包括：光纤21和导光棒22，所述光纤21的一端与聚光盒113连接，另一端与导光棒22连接，所述导光棒22插入外壳体3111中。
54.上述方案中，光纤21的一端放置在聚光盒113的聚光出口处，与聚光口正对；通过调节光纤21该端部与聚光盒113的出口位置是否对正，来实现对光传输的快速通断，不需要增加额外的开关装置，减少是结构的复杂度。
55.导光棒22的一端与光纤21连接，另一端插入熔融池311的外壳体3111中，然后对熔融池311中的细砂进行照射烧结，导光棒22可以插入外壳体3111的任何位置。
56.优选地，本发明实施例中，光纤21的材料为石英，光纤21由多根石英光纤集束构成，所述单根石英光纤的直径为0.1mm
‑
0.3mm。
57.进一步地，所述导光棒22的材料为石英。
58.优选地，本发明实施例中，导光棒22采用石英玻璃材质，导光棒的的截面形状可以为圆形、六边形、梯形等多变形，结合匀光和工艺的难易程度，本发明优选截面为六边形的导光棒。
59.实施例2：如图8所示，本发明实施例2提供了一种沙漠砂的加热方法，所述方法采用上述的
沙漠砂的加热系统，包括如下步骤：步骤s10：调节聚光组件10朝向太阳，获取光能；通过光传输组件20将光能传递至熔融池311；步骤s20：将沙漠砂放入进料装置33内，所述沙漠砂通过进料装置33进入分级装置32，通过分级装置32将沙漠砂分为粗砂和细砂；步骤s30：将细砂通过第一传输件321运输至熔融池311中进行烧结，粗砂通过第二传输件运输进入熔融池311的凹槽31111中，使烧结后的细砂与粗砂接触；步骤s40：通过驱动装置3121控制位于凹槽31111上方的刮板本体3122转动，使粗砂与烧结后的细砂进行均匀接触，控制刮板本体3122的转动速度，以生成目标尺寸的粗砂。
60.上述方案中，将聚光系统10放置在合适的位置，然后通过调整支撑装置12的旋转角度，以及聚光装置11在支撑装置12上的摆动角度，使得聚光装置11中的透镜111朝向太阳，最大角度的获取太阳光能，透镜111将太阳光汇聚至聚光盒中，聚光盒通过光纤将汇聚的光能传输至导光棒上，导光棒对熔融池中的细砂进行照射烧结至熔融状；同时，将沙漠砂放入进料装置33中，沙漠砂通过进料装置33进入分级装置32中，沙漠砂被分为粗砂和细砂，细砂通过第一传输件321运输至熔融池内，调整导光棒的位置，对细砂进行照射烧结，粗砂通过第二传输件322传输至熔融池外壳体的凹槽中，此时烧结后的细砂呈熔融状从凹槽的缝隙中流出与粗砂结合，使得粗砂的表面裹满熔融状的细砂，通过驱动装置调整刮板本体的转动速度，使得粗砂表面均匀裹满熔融状的细砂，当裹满熔融状细砂的粗砂达到建筑上需要的目标尺寸时，刮板将其刮出凹槽，顺着运输装置到达指定装置中。
61.除此之外，本发明实施中还可以通过调整聚光量的大小、熔融池内部的温度、熔融池距离地面或者沙地表面的距离等，实现调节目标尺寸的粗砂降落到地面或沙地表面的温度，使得多个目标尺寸的粗砂可以堆积形成大尺寸的实体，提高沙漠砂的利用率。
62.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。