双壳贝类育苗生产中的太阳能海水升温控制装置

摘要

本发明提供一种双壳贝类育苗生产中的太阳能海水升温控制装置，其特点是：所述的集热系统包括真空管太阳能集热器，换热系统是由储热罐和它内部的钛钢盘管组成，淡水管经一由控制系统中央控制器控制的循环水泵接到太阳能集热器，再从储热罐上部接通其内腔，由储热罐下部接出淡水管再连接到水泵进水口端的淡水管路中；海水管自储热罐上部接到其腔内钛钢盘管，与储热罐腔内钛钢盘管下端连接的海水管直接或者经过辅助加热系统接到贝类苗种培育池。控制系统能自动检测和各环节温度，并通过阀门或开关对整个加热系统进行控制。在双壳贝类育苗生产中利用太阳能加热，成本低，不产生污染，实现自动控制，延长贝类苗种培养时间，从而提高人工育苗的产量。

说明书

技术领域

本发明属于水产养殖技术中的双壳贝类种苗培育技术的辅助装置，具体说一种双壳贝类育苗生产中的太阳能海水升温控制装置。

背景技术

很多双壳贝类都有春、秋两个繁殖盛期，并且，通过人工调控的方法，还能在此基础上再延长其繁殖周期。但是，由于能源和资金等条件的限制，目前，我国贝类苗种培育期主要是在贝类的主要繁殖期-水温较高的春、夏季，使用经过过滤的天然海水进行育苗。个别地区为了提高生产效率和经济效益，使用锅炉加热使海水升温的方法，在春季提早开始苗种生产。这种加热方法虽然可以获得一定的经济效益，但成本相对较高，而且容易造成环境污染。

太阳能既是一次性能源，又是不可耗竭性(或日可再生)能源。它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。但太阳能也有两个主要缺点：一是能流密度低；二是其强度受各种因素(季节、地点、气候等)的影响不能维持常量。这两大缺点大大限制了太阳能的有效利用。通过转换装置把太阳辐射能转换成热能利用的属于太阳能热利用技术。该项技术已经广泛应用于生产和生活的各个方面，而如何把太阳能技术应用于贝类苗种生产过程，特别适于对海水加温，并方便准确地控制好贝类苗种培育池内的海水温度，以利于贝类苗种的生长，到目前为止，国内外都没有相关报道。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种双壳贝类育苗生产中的太阳能海水升温控制装置，将太阳能加热技术应用于室内苗种培育技术中的海水升温，充分利用太阳能，节省能源，防止环境污染，大大地延长贝类苗种培养时间，从而提高人工育苗的产量和培育大规格苗种。其结构合理，耐海水腐蚀，特别适于海水加温，可以有效存储热量，防止育苗水温的剧烈波动；且加温控制方便、准确。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：一种双壳贝类育苗生产中的太阳能海水升温控制装置，主要包括集热系统、控制系统、换热系统和贝类苗种培育池，其特征在于：所述的集热系统主要由真空管太阳能集热器和太阳能集热板组成，所述的换热系统是由储热罐和它内部的钛钢盘管组成的储热式换热器，淡水管经一由控制系统中央控制器控制的循环水泵接到太阳能集热器，再从储热罐上部接通其内腔，由储热罐下部接出淡水管再连接到水泵进水口端的淡水管路中；海水管自储热罐上部接到其腔内钛钢盘管，与储热罐腔内钛钢盘管下端连接的海水管直接或者经过辅助加热系统接到贝类苗种培育池。由储热罐储存经太阳能升温的淡水，天然海水通过钛钢盘管流过储热罐，与罐内的太阳能加热水进行热交换。已加热的海水由储热罐流出，直接进入贝类苗种培育池，或者经辅助加热系统加温后再进入贝类苗种培育池。

为保证传感器能即使准确地把太阳能预热水的温度、储热罐内的预热淡水温度、辅助加热器内的海水温度以及苗种培育池内进水口海水的温度反馈到控制系统的中央控制器，分别在太阳能集热器的热水出口处、储热罐上、辅助加热器上、贝类苗种培育池进水口处各设置一温度传感器，各温度传感器通过信号线与控制系统的中央控制器相连；淡水及海水管路中设置中央控制器控制的阀门和开关。控制系统可自动检测和记录各主要环节的温度，并通过阀门或开关对淡水循环水泵、海水的流量、辅助加热器进行控制。

所述的控制系统的中央控制器设有一光照强度探测器，辅助加热系统为电热或燃气热水器，内壁为钛钢或不锈钢防锈材料，中央控制器自动控制其加热。辅助加热器可直接对流过的海水进行加热，并在出水达到某一设定温度时，自动断电，停止加热。辅助加热器与海水管道并联，通过阀门控制海水流向；在水温较高、不需要辅助加温的季节，经储热罐流出饿海水不再经过辅助加热器，而通过管道直接进入苗种培育池。

所述的太阳能集热器联接管的材料采用不锈钢，集热板和支架采用防锈铝，管道采用PPR管。

所述的储热式换热器为两个，且并联设置，储热罐都为圆柱形，用玻璃钢制造，外侧衬一层保温材料。

所述的太阳能集热器出水口处设置排水、放气阀。

本发明与现有技术相比有许多优点和积极效果：

1、本发明双壳贝类育苗生产中的太阳能海水升温控制装置利用太阳能作为能源，充分利用取之不尽的天然能源，成本低廉，使用过程中不产生任何污染。

2、其结构合理，所选材料耐海水腐蚀，经过砂滤的自然海水流经储热罐内部的钛钢盘管进行预热，流入贝类苗种培育池；或者经过辅助加热系统加热后再流入贝类苗种培育池。通过控制系统中央控制器的作用，能自动检测和记录各主要环节的温度，并通过阀门或开关对整个太阳能加热系统和辅助加热系统进行控制，使海水预热、辅助加热和海水流量实现自动控制，实现了科学控温以达到有利于贝类苗种生长的适宜条件，提高单位育苗水体的生产效率。在基本上不增加成本的前提下，对育苗用水提早进行升温，相对延长了苗种生长期，还能利用太阳能升温海水进行苗种的室内越冬，有利于培养大规格苗种，使苗种提早上市，从而获得更高的经济效益。而且达到了合理用电、用水，最大限度地节约了能源。本发明可直接应用于大规模生产的太阳能海水升温系统。

3、利用两个带有保温隔热材料的储热罐，可以有效存储热量、减少热量损失，并能通过内部调节，使预热海水的温度更趋稳定，防止育苗水温的剧烈波动，有利于苗种的生长。

4、配置电(或燃气)加热器作为辅助加热系统，可以在天气恶劣、阳光不足或自然水温过低的情况下发挥作用。通过自动控制的电(或燃气)加热处理，具有升温迅速、合理耗能、防止污染等优点，并保证了进入培育池海水的温度不会过低，防止了温度波动对苗种的不利影响。

附图说明

图1为本发明双壳贝类育苗生产中的太阳能海水升温控制装置的工作原理图。

具体实施方式

如图1所示，一种将太阳能海水升温控制装置应用于双壳贝类海水育苗的具体实施例：为海水育苗场配备一套太阳能升温设备，其主要组成部分包括集热系统、控制系统、换热系统、辅助加热系统和贝类苗种培育池等。控制系统可自动检测和记录各主要环节的温度，并由中央控制器控制阀门或开关对淡水循环水泵、海水的流量、辅助加热器进行控制。

所述的集热系统包括8台真空管太阳能集热器，单个面积为3m²，总面积为24m²。

其温度控制系统的具体功能是：

1、自动检测太阳能预热水的温度T1、储热罐I、储热罐II内的预热淡水温度T2、T2’、电加热器内的海水温度T3、以及贝类苗种培育池内进水口海水的温度T4，并反馈到中央控制器。

2、当储热罐I工作时，其顶部的淡水阀门自动关闭，停止加入太阳能预热水；同时海水阀门开启，自然海水流过储热罐I进行预热。此时，中央控制器检测太阳能预热水的温度T1和储热罐II内的预热淡水温度T2’。当T1比T2’高ΔT℃时(ΔT℃可根据具体情况设定，实例设为5℃)，淡水循环水泵将自动启动，淡水在加温系统内循环，预热淡水进入储热罐II，罐中的冷水从底部流出，重新回到太阳能集热器。淡水循环水泵的工作时间由太阳能集热器的容量决定；当太阳能集热器内的预热水全部得到交换后，淡水循环水泵停止工作(实例将淡水循环水泵每次工作时间设定为2分钟)。

3、当储热罐II内的预热淡水温度T2’与储热罐I内的预热淡水温度T2的温差超过设定值(实例设为3℃)时，储热罐II开始工作，其顶部的淡水阀门关闭，停止加入太阳能预热水；同时海水阀门开启，自然海水流过储热罐II进行预热。此时，中央控制器检测太阳能预热水的温度T1和储热罐I内的预热淡水温度T2。当T1比T2高ΔT℃时，淡水循环水泵自动启动，淡水在加温系统内循环，预热淡水进入储热罐I，罐中的冷水从底部流出；淡水循环水泵每次工作时间为2分钟。

4、海水电动调节阀门受贝类苗种培育池中入池海水的温度T4控制。当T4处于一定温度范围之内时，例如5～20℃，海水的流量根据温度的高低设为若干个档次，温度越高，流量越大。

5、当电加热器内的水温T3低于设定温度时(实例设为贝类苗种的较低适合温度5℃)，电加热器直接对流过的海水进行加热。当电加热器内的水温T3高于某一设定温度(比如5.5℃)时，则电加热器自动停止加热。

6、光照度探头安装在太阳能集热器上，并通过导线连接到中央控制器内置的存储芯片上。其作用是自动记录每天/每小时的光照强度，便于以此作为参照，调整中央控制器内的各种设定值和生产方案。

7、太阳能集热器出水口处的排水、放气阀的作用主要是排除集热系统内部产生的气体，此外，当向系统内补充淡水时，多余的淡水可由此排出。

所述的换热系统由两个储热罐和它们内部的钛钢盘管组成。两个储热罐用玻璃钢制造，容积均为1.5m³，其外侧衬一层聚氨脂发泡，厚度为4.5cm。当太阳能预热水的温度T1比储热罐内的淡水温度T2(或T2’)高ΔT℃时，太阳能集热器内的淡水在UPS15-60(90W)循环水泵的驱动下，在整个预热系统内循环；高温水进入储热罐，低温水由储热罐流出，并重新回到太阳能集热器。已加热的海水由储热罐流出，进入贝类苗种培育池。流入储热罐的太阳能预热水和天然海水都通过阀门自动控制，罐底部淡水出水管上还安装有止回阀，以防止向系统内补充淡水时，冷水进入储热罐。

所述的辅助加热系统为15kW的电热水器，内壁为钛钢，容积为200升。当电加热器内海水的温度T3低于设定温度时，比如贝类苗种生长发育的适宜温度低限温度(比如5℃)，反馈到中央控制器的数据可以控制电加热器的电源开关，于是电加热器直接对流过的海水进行加热。当电加热器内的水温T3高于某一设定温度时，比如5.5℃或6℃，则电加热器自动断电，停止加热。

所述的贝类菌种培育池为高密度稚贝蓄养装置，贝类苗种培育的具体方法和技术参数(投饵、温度等)，可参阅有关文献资料(例如王如才主编的《海水贝类养殖学》等)。这里，只着重介绍其温度控制情况。

下面通过实例详细叙述本发明的生产应用：

太阳能设计参数和计算：

设计流量：10m³/d；

温升：5℃；

集热器的倾角θ；使用时间为每年的十月份到第二年五月份，按θ＝φ，φ为纬度(36度)；

大气层外日辐射量的月平均值Hw为8479(千卡/米².日)；

单位水平表面上日辐射量的月平均值

H＝KrHw＝0.6×8479＝5087.4(千卡/米².日)；

倾斜表面上的日辐射量的月平均值

Hq＝RH＝1.01×5087.4＝5138.27(千卡/米².日)；

单位面积的有效产热量：

We＝Hqταβ＝2733.56(千卡/米².日)，

透射率τ＝0.8、吸收率α＝0.95、热损失系数β＝0.7；

热负荷W：

W＝10×103×5＝5×104(千卡/日)

集热器的集热面积F∶F＝W/We＝18.3米²

总产热量：集热器的选型为真空管太阳能热水器，单个面积为3平方米，数量为8台，总面积为24平方米。总产热量为3585(千卡/米².日)。

供热方式：采用间接加热强制循环系统。

本发明适用于双壳贝类苗种生产中各个阶段。利用太阳能对天然海水进行加热，在不增加或很少增加成本的条件下，延长双壳贝类育苗、稚贝蓄养和亲贝培育的时间，提高生产效率。

下面通过实例详细叙述本发明在生产中的应用：

一套双壳贝类稚贝蓄养装置，包括20个稚贝蓄养器，共有水体0.96立方米，底面积总和1.92平方米。为这套稚贝高密度蓄养系统配备本发明的太阳能海水升温控制装置。选用真空管太阳能热水器，单个集热器的面积为3平方米，数量为8台，总面积为24平方米，总产热量为3585(千卡/米².日)。

在天气晴朗的条件下，使用这套太阳能海水升温控制装置，每天可以使10吨海水升温5℃。例如，在2003年12月19日，夜间气温已降至0℃以下，自然海水的温度为2℃。利用太阳能升温控制装置，使进入培育池的预热海水温度保持在6℃左右；而两个储热罐中预热淡水的温度昼夜温差不超过3℃(分别为16℃和13℃)。

在冬季低温季节，稚贝蓄养器每天的换水率约为10个回转，即9.60立方米左右。这样，所配备的太阳能海水升温控制装置足以使流经蓄养器的海水温度比自然水温高4～5℃。不过，由于夜间海水升温是靠两个储热罐中储存的热量，热交换效率会逐渐降低，从而导致预热海水的温度也逐渐降低。因此，通过自动控制，白天光线充足时加大流水量，夜晚适当调节和减小流水速度，对于稳定培育稚贝的水温是必要的。当预热后的海水温度仍低于双壳贝类苗种生长发育的适宜温度低限(比如5℃)时，由电加热器直接对流过的海水进行加热，使入池海水维持在贝类苗种的适宜温度范围内。这样就可以保证贝类苗种获得适宜的生长发育条件。

下表是使用太阳能升温海水培养菲律宾蛤仔稚贝的生长速度与使用自然海水培养稚贝的生长速度的比较。稚贝蓄养采用室内高密度稚贝蓄养器，培育密度为5000粒/cm²。

              表1.使用太阳能升温装置对培养菲律宾蛤仔稚贝的生长的促进作用

                 9月15    10月1   10月16   10月29   11月15   11月25   12月2   12月19

时间(2003年)

                 日       日      日       日       日       日       日      日

自然海水水温 

                 14.0     20.5    17.2     13.5     12.4     7.6      5.0     2.0

(℃)

使用太阳能升温

装置稚贝的平均   300      445     760      1350     2500     3400     4240    4890

壳长(μ)

不使用太阳能升

温装置稚贝的平   300      432     725      1180     2180     2998     3516    3620

均壳长(μ)

从上表可以看出，使用太阳能升温装置通过提高培育贝类苗种的水温，促进了苗种的摄食和代谢，从而促进了生长。尤其是在水温低于10℃的季节，升温的促生长作用就更加明显。总之，在双壳贝类育苗生产中利用太阳能海水升温控制装置，大大促进了苗种的生长速度，延长了苗种的生长时间，可以保证苗种提早上市，从而提高经济效益。