CN101815908B - 太阳能利用系统及使用它的植物栽培、家畜饲养方法 - Google Patents

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Abstract

一种太阳能利用系统及使用它的植物栽培、家畜饲养方法，由多个通水管(10)对供给到太阳能利用装置(2)之前的原水(W)进行加热，可有效利用太阳能，与增设反射镜(1)或将其大型化的情况相比，在成本方面是有利的。在地面(G)形成由通水管(10)将太阳光(L)遮住的遮光区域(a)和由通过了通水管(10)间的规定间隔(B)的太阳光(L)照射的照射区域(b)，因此，可均匀地限制地面(G)所受到的日照量，可进行植物栽培和家畜饲养。

Description

太阳能利用系统及使用它的植物栽培、家畜饲养方法
技术领域
本发明涉及太阳能利用系统及使用它的植物栽培、家畜饲养方法。
背景技术
目前，从大气污染和地球温暖化等环境问题出发，作为不产生二氧化碳的清洁能源，提出了各种利用太阳能的发电方法。另外，也有以地球规模可用于饮料、灌溉和畜产等的淡水量正在减少的报告，在利用蒸发法从海水和地下水(含盐分等杂质)的原水制造淡水时，也使用太阳热能。在使原水透过逆浸透膜来制造淡水时，通过利用太阳能使原水蒸发、利用其蒸气进行驱动的泵，来获得用于使原水透过该逆浸透膜的压力。在任何情况下，太阳能的利用都是利用各种反射镜使太阳光聚光、利用其聚光部的高热量来进行的。例如，如日本国特许公开公报特开2005-87821号公报所揭示的那样，采用了用反射镜将太阳光聚光的方式。
另外，通过利用将太阳光聚光用的反射镜的背阴部分，即使是沙漠地带等日照量多的地带，也可进行植物栽培和家畜饲养。也就是说，随着太阳的移动，背阴部分也移动，由此限制地面所受到的日照量，限制水分从地面的蒸发量及从植物叶片的散发量，从而可进行植物栽培，并且，通过限制日照量，可防止家畜衰弱，可饲养家畜。若将由太阳能制造的淡水用于这种植物栽培、家畜饲养，就更佳。例如，如日本国特许公开公报特开2006-125700号公报所揭示的那样，利用将太阳光聚光用的反射镜形成背阴部分，来进行植物栽培或家畜饲养。
但是，对于这种以往技术，在利用太阳光进行发电、淡水制造时，在无穷尽地强烈照射到地表上的太阳光中，只利用由反射镜聚光部分的太阳光，因此，要获得更大的热量，就要增加反射镜的数量，或需要大型的反射镜，成本的负担较大。
另外，在利用反射镜的背阴部分进行植物栽培和家畜饲养时，要获得充分的效果，无论如何需要使反射镜大型化，成本负担仍然很大。当利用反射镜的背阴部分时，地面产生明暗不均，不能进行均匀的日照量的限制，不能说最适于植物栽培和家畜饲养。
发明内容
用于解决课题的手段
本发明是着眼于这种以往技术而作的，可提供一种太阳能利用系统和植物栽培、家畜饲养方法，该太阳能利用系统，与增设反射镜或将反射镜大型化相比，可用较佳的成本来有效利用太阳能；该植物栽培、家畜饲养方法，用所述太阳能利用系统可进行有利于成本且较佳的植物栽培和家畜饲养。
根据本发明的一项技术，是一种太阳能利用系统，其具有太阳能利用装置，该太阳能利用装置用由反射镜聚光的太阳光的热量使包含盐分等其它杂质的原水蒸发，利用蒸发的水蒸气进行发电或淡水制造的至少一方，该太阳能利用系统的特征在于，具有预热装置，该预热装置利用未被所述反射镜聚光的日照的太阳光对提供给所述太阳能利用装置的原水进行预加热，所述预热装置构成为，具有对提供给所述太阳能利用装置的原水的水路进行规定的多个通水管，利用所述通水管所受到的太阳能对通过其内部的原水进行预加热，各所述通水管具有规定宽度的长筒形状，在离开地面的规定高度位置隔开规定间隔地沿宽度方向配置多个而划分出下部空间，其长度方向朝向与太阳的日周运动方向交叉的方向，在所述下部空间形成有太阳光被所述多个通水管遮住的遮光区域和照射有通过了所述规定间隔的太阳光的照射区域，所述遮光区域和照射区域随着日周运动而移动。
根据本发明的另一项技术，是一种植物栽培方法，使用前一项记载的太阳能利用系统，其特征在于，通过利用随着太阳的移动而移动的地面的遮光区域及照射区域来对地面所受到的日照量进行限制，在地面栽培植物。
根据本发明的另一项技术，是一种家畜饲养方法，使用前一项记载的太阳能利用系统，其特征在于，通过利用随着太阳的移动而移动的地面的遮光区域及照射区域来对地面所受到的日照量进行限制，在地面饲养家畜。
附图说明
图1是表示本发明第一实施形态的太阳能利用系统的整体立体图。
图2是表示通水管的俯视图。
图3是表示太阳能利用装置的内部结构的概略图。
图4是表示植物栽培方法的预热装置的剖视图。
图5是表示形成于地面的遮光区域和照射区域的预热装置的剖视图。
图6是表示随着太阳的移动而移动的遮光区域的剖视图。
图7是表示通水管的剖视图。
图8是表示本发明第二实施形态的通水管的剖视图。
图9是表示本发明第三实施形态的家畜饲养方法的预热装置的剖视图。
图10是表示本发明第四实施形态的通水管的俯视图。
图11是表示通水管的立体图。
图12是表示通水管的分解立体图。
图13是沿图11中箭头所示SA-SA线的通水管的剖视图。
图14是沿图11中箭头所示SB-SB线的通水管的剖视图。
具体实施方式
(第一实施形态)
图1～图7是表示本发明第一实施形态的图。在北半球侧，太阳S处于南侧，沿着日周运动方向D而从东向西移动。
反射镜1设有三个。反射镜1是将多个平面镜状的镜体配置成凹面状的定日镜构造，跟随太阳而改变方向，并始终向着确定的一点反射太阳光L。镜体自身也可是凹面镜。
在反射镜1的南侧，在离开反射镜1的位置设有太阳能利用装置2，由三个反射镜1反射的太阳光L聚光到该太阳能利用装置2的一点上。
图2表示太阳能利用装置2的构造。由反射镜1反射的太阳光L被聚光到太阳能利用装置2的蒸气发生部3上。由后述的预热装置4加热的原水W被供给到蒸气发生部3，在内部被加热，在此产生水蒸气。提供给蒸气发生部3的原水W是包含盐分和其它杂质的海水或地下水。产生蒸气而浓缩的原水W从蒸气发生部3排出，以将蒸气发生部3内的原水W液面保持一定。
另外，在本发明中，原水W是利用蒸发法制造淡水前所给与的水，包含海水、地下水和涌水，也可包含盐分等杂质。
由蒸气发生部3产生的水蒸气使叶轮机5旋转。叶轮机5的旋转传递给发电机6，由发电机6发电。由发电机6产生的电能E供给到蓄电池等外部电源。
使叶轮机5旋转的水蒸气供给到冷凝部7。在冷凝部7的内部设有冷却线圈8。不通过预热装置4的仍是冷水的原水W循环在该冷却线圈8中。因此，此处对经过叶轮机5的水蒸气进行冷却可制成淡水P。这里，制成的淡水P暂时储存在储水槽9中。
<预热装置>
下面，说明利用反射镜1与太阳能利用装置2之间的区域设置的预热装置4。预热装置4由被支撑于离开地面G的规定高度(例如2米20厘米)、对原水W的水路进行规定的多个通水管10构成。通水管10是热传导性良好的铝金属制，是具有规定宽度(例如10～20厘米)A的扁平截面形状，且做成在长度方向Y具有规定长度(例如4米)的长筒形。在通水管10侧面的照射太阳光的一侧(以下称为上表面侧)实施有黑色涂装11。
在通水管10的下表面中央，沿通水管10的长度方向Y连续形成有截面为半圆形的形成另外通路的散水部12。散水部12上形成有多个散水孔13。根据需要，利用未图示的泵将储存在所述储水槽9内的淡水P供给到该散水部12。
通水管10，以12根作为一组，隔开规定的排列间隔(例如10～20厘米)B而沿宽度方向X排列，在此状态下由支柱14支撑。在本实施形态中，将通水管10的宽度A和排列间隔B设成相等。各组的通水管10，其长度方向两端部分别连接，且串联连接而规定一根的水路。在本实施形态的附图中，为明了地表示构造，图示的通水管10的宽度A和间隔B比实际大。
沿宽度方向X排列的一组通水管10沿长度方向Y排列三组。通水管10的宽度方向X实质上与太阳S的日周运动方向D相一致，长度方向Y相对于日周运动方向D呈直角θ(参照图2)。
三组通水管10，作为一组的入口和出口分别利用连通管15连接，整体串联连接并构成将供给管16和排出管17连接起来的水路。因此，从一端的供给管16供给的原水W通过所有的通水管10并从另一端的排出管17排出。
反射镜1与太阳能利用装置2之间的空间，本来由于不能遮住太阳光，故是无用空间，至今未被有效利用。照射在该空间的太阳光未被反射镜1聚光，因此，利用该空间设置预热装置4。
通过通水管10内的原水W在通过通水管10期间，由通水管10表面所受到的太阳能加热。由于利用强烈照射到反射镜1周围的较大范围的太阳光L进行加热，因此可获得足够多的热量。由于通水管10是扁平截面形状，故可有效地对原水W进行加热。另外，在通水管10的上表面侧实施了黑色涂装11，故可有效地吸收太阳能。由预热装置4加热的原水W如前所述被供给到太阳能利用装置2，由被反射镜1聚光的高热的太阳光L进一步加热，产生水蒸气。在太阳能利用装置2中，由于只要利用被反射镜1聚光的太阳光L来供给不足部分的热量即可，因此，不需要增设反射镜1或将反射镜1大型化。与增设反射镜1或将各反射镜大型化的情况相比，设置预热装置4在成本方面是有利的。
<下部空间>
构成预热装置4的通水管10，在隔开规定间隔B而沿宽度方向X排列多个的状态下，被支撑于离开地面G的规定高度。其结果，利用通水管10的排列所规定的假想面划分出下部空间U。因此，在面对下部空间U的地面G上，交替形成有太阳光L被通水管10遮住的遮光区域a和由通过通水管10之间的规定间隔B的太阳光L照射的照射区域b。而且，由于该通水管10的长度方向Y实质上与太阳S的日周运动方向D垂直，故如图6所示，形成于地面G的遮光区域a和照射区域b随着太阳的移动而移动。因此，地面G所受到的日照量可均匀控制。在本实施形态中，由于将通水管10的宽度A与间隔B做成相等，故地面G所受到的大约50％的日照量受到限制。另外，通水管10的长度方向Y与日周运动方向D不必是垂直，只要能在下部空间U形成与日照运动一起移动的遮光区域a和照射区域b即可，因此，二个方向只要交叉即可。
如此，由于可限制地面G所受到的日照量，故即使在赤道上等的日照量多的地域，也可在地面G上栽培蔬菜等植物18。即，通过对来自地面G的水分蒸发量和来自植物18叶面的散发量进行限制，就可进行植物栽培。另外，由于在通水管10的下表面，沿长度方向Y一体地形成有散水部12，因此，根据需要还可将栽培植物18所需要的淡水P从散水部12自动地洒向地面G。另外，也可与淡水P的散水用散水部12分开地将农药散布通路和肥料散布通路形成在通水管10的下表面上，从那里自动散布农药和肥料等。
如上述说明那样，由于利用预热装置4的通水管10来限制照射到地面G的日照量，不像以往技术那样利用反射镜1，故不必将反射镜1大型化，在成本方面是有利的。另外，与利用反射镜1的情况相比，可在较宽范围的地面G进行植物栽培。
(第二实施形态)
图8是表示本发明第二实施例的示图。在本实施形态中，将通水管19做成圆管状，在内表面沿长度方向形成有多个肋20。在通水管19的表面实施有黑色涂装11。该通水管19通过铝金属的挤压成型来制造。由于通水管19是圆管状，故容易成型，在成本方面更有利。由于在内表面形成有肋20，故通水管19与原水W的接触面积增加，促进了通水管19与原水W之间的热交换，且容易利用通水管19的表面所受到的太阳能对内部的原水W进行加热。
(第三实施形态)
图9是表示本发明第三实施例的示图。本实施形态具有与所述第一实施形态相同的结构要素。因此，对于那些相同的结构要素，标上相同的符号，并省略重复说明。
本实施例表示了这样一种例子：由通水管10划分出下部空间U，进行牧草等植物21的栽培和以该植物21为饲料的牛或山羊的饲养。另外，植物栽培或家畜饲养的地面g比一般地面G低，并在地面g的周围形成有倾斜面23。
采用本实施形态，由于用预热装置4的通水管10对日照量进行限制，故如先前的实施形态中说明的那样，可对牧草等植物21进行栽培，同时，由于家畜22不会受到强烈的日照，故可防止家畜22衰弱，可饲养家畜22。
植物21的栽培和家畜22的饲养所需的淡水，可利用先前的实施形态中说明的太阳能利用装置来制造，由于家畜22的饲料可利用栽培的植物21，故可确立自给自足的系统。此外，由于饲养家畜22的地面g周围具有倾斜面23，故可防止家畜22逃跑。家畜22不限于牛或山羊，也可包含家禽类等。
(第四实施形态)
图10～图14是表示本发明的第四实施例的示图。本实施形态的预热装置30中，将通水管24做成了可简单且价廉地制造的构造。
通水管24的主要部分，由长度方向具有相同的长方形的扁平的方管状的管子主体25形成。该管子主体25与先前的实施形态相同，是采用铝金属的挤压成型件。即，该管子主体25是将最初形成得较长的管子切割成所需长度的构件。因此，管子主体25也可以不是挤出成型件，而是冲压成型件。由于是简单的筒状件，故是价廉的。管子主体25的上表面实施有黑色涂装11。
管子主体25的两端部由于是仅被切割的状态，故处于内部空间从末端露出的状态。因此，在管子主体25的两端部分别安装有罐部26。
罐部26，以将通常的截面为圆形的直管切割成规定长度的结构为基础。用圆形金属板即盖27将该切割后的直管的两端封住。盖27通过焊接而安装在罐部26的两端。
罐部26向着管子主体25的宽度方向配置在管子主体25的两端，在该管子主体25侧的侧面开口形成有连接口28。该连接口28与管子主体25的截面形状相对应，在将管子主体25两端插入在连接口28内的状态下，两者通过焊接而结合。
如此，通水管24形成为管子主体25两端分别接合有罐部26的状态。如图10所示，多个通水管24，其罐部26之间，在罐部26部分利用连通管29互相串联连接。并且，原水W从供给管16向互相连接的通水管24供给。从供给管16供给的原水W在各通水管24中从一方的罐部26通过管子主体25到达另一方的罐部26，在这里依次送向另外的通水管24。最终从排出管17排出的构造与先前的实施形态相同。在原水W通过多个通水管24期间，由通水管24表面所受到的太阳能(放射热)加热。
采用本实施形态，由于通水管24由形状简单的管子主体25及罐部26形成，因此可价廉地制造整体。
在以上的第一～第四的实施形态中，将反射镜1的聚光目标即太阳能利用装置2固定在地面G上，并且，为聚光在其上而将反射镜1的焦距设定得较长，通过使反射镜1随着太阳S而移动，使由反射镜1反射的太阳光L聚光到太阳能利用装置2上。此外，例如也可将反射镜1的焦距设定得较短，将发电和制造淡水所需的加热部以与该焦点位置一致的状态支撑在反射镜1自身上，使作为使聚光目标的加热部与随着太阳S而移动的反射镜1一起动作。
另外，虽然例示了将多个通水管10、24全部串联连接、用一根水路将供给管16和排出管17连接起来的例子，但也可做成将多个通水管10、24并联连接并用多根水路将供给管16和排出管17连接起来的结构。
另外，虽然例示了将通水管10的宽度A和间隔B做成相等、将地面G、g所受到的日照量限制成大约50％的例子，但并不限于此，该通水管10的宽度A和间隔B的比例所决定的日照的限制比例，可根据所设置地域的日照量和栽培的植物的种类、饲养的家畜的种类来选择最佳限制比例。
发明效果
采用本发明，沿宽度方向排列多个通水管而构成预热装置，在该通水管内，通过供给到太阳能利用装置之前的原水。除了由反射镜接受的太阳光以外的大量太阳光照射到预热装置的通水管上，通水管的内部的原水被该太阳能加热。如此，由于利用强烈照射到反射镜周边的太阳光对供给到利用反射镜的太阳能利用装置之前的原水进行加热，故在太阳能利用装置中，只要利用由反射镜聚光的太阳光来供给不足部分的热量即可。因此，可实现太阳能的有效利用，与增设反射镜或使其大型化的情况相比，在成本方面是有利的。
另外，在通水管由管子主体和罐部构成的结构中，由于管子主体和罐部各自以简单的筒状为基础，因此，可简单而价廉地制造整体。
此外，构成预热装置的通水管，由于以隔开规定间隔地沿宽度方向排列多个的状态被支撑在离开地面的规定高度位置，因此，在地面，形成了太阳光被通水管遮住的遮光区域、和被通过通水管间的规定间隔的太阳光照射的照射区域。而且，由于该通水管的长度方向不同于太阳的日周运动方向，故形成于地面的遮光区域和照射区域随着太阳的移动而移动。因此，可均匀地限制地面所受到的日照量，通过对水分从地面的蒸发量和从植物叶面的散发量进行限制，可进行植物栽培，另外，由于家畜可避免强烈的日照，故还可饲养家畜。若将由太阳能制造的淡水用于植物栽培和家畜饲养，则更佳。当进行植物栽培或家畜饲养时，也不必将反射镜大型化，可利用预热装置的通水管来进行，因此在成本方面是有利的，并且由于可均匀地限制照射到地面的日照量，故对于植物栽培和家畜饲养来说是较佳的。
此外，由于在地面利用预热装置的通水管形成有遮光区域和照射区域，因此，即使是沙漠地带等日照量多的地带，也可限制日照量，可进行植物栽培。与以往那样由反射镜形成遮光区域和照射区域的情况相比，可均匀地限制照射到地面的日照量，对植物栽培来说是较佳的。
此外，由于在位于地面上方的通水管的下表面设有将淡水洒向地面的散水部，因此可从该散水部将植物栽培所需的淡水供给到地面，散水作业变得容易。
此外，由于在地面利用预热装置的通水管形成遮光区域和照射区域，因此，即使是沙漠地带等日照量多的地带，也可限制日照量，可进行家畜饲养。与以往那样由反射镜形成遮光区域和照射区域的情况相比，可均匀地限制照射到地面的日照量，可饲养家畜。
此外，由于以在通水管下方的地面所栽培的植物为饲料来饲养家畜，因此，不需要将饲料提供给家畜，可确立自给自足的系统。
(美国指定)
本国际专利申请涉及美国指定，对于2007年10月1日申请的日本国专利申请第2007-257817号(申请日：2007年10月1日)，援引基于美国专利法第119条(a)的优先权利益，并引用该公开内容。

Claims (6)

1.一种太阳能利用系统，具有太阳能利用装置，该太阳能利用装置用由反射镜聚光的太阳光的热量使原水蒸发，利用蒸发的水蒸气进行发电或淡水制造的至少一方，该太阳能利用系统的特征在于，
具有预热装置，该预热装置利用未被所述反射镜聚光的日照的太阳光对提供给所述太阳能利用装置的原水进行预加热，
所述预热装置构成为，具有对提供给所述太阳能利用装置的原水的水路进行规定的多个通水管，利用所述通水管所受到的太阳能对通过其内部的原水进行预加热，
各所述通水管具有规定宽度的长筒形状，在离开地面的规定高度位置隔开规定间隔地沿宽度方向配置多个而划分出下部空间，其长度方向朝向与太阳的日周运动方向交叉的方向，
在所述下部空间形成有太阳光被所述多个通水管遮住的遮光区域和照射有通过了所述规定间隔的太阳光的照射区域，所述遮光区域和照射区域随着日周运动而移动。
2.如权利要求1所述的太阳能利用系统，其特征在于，
所述通水管包括：在长度方向具有相同的扁平截面形状的一个管子主体；以及在长度方向具有相同形状的、将直管的两端封住而形成的二个罐部，
罐部沿管子主体的宽度方向配置，且在罐部的管子主体侧的侧面开口形成有与管子主体的截面形状相对应的连接口，
将管子主体的两端部插入该连接口而进行连接，从一方的罐部供给原水，从另一方的罐部排出原水。
3.一种使用太阳能利用系统的植物栽培方法，其使用权利要求1或权利要求2所述的太阳能利用系统，其特征在于，通过利用随着太阳的移动而移动的地面的遮光区域及照射区域来对地面所受到的日照量进行限制，在地面栽培植物。
4.如权利要求3所述的使用太阳能利用系统的植物栽培方法，其特征在于，在通水管的下表面设置将淡水洒向地面的散水部，能够将由太阳能利用装置制造的淡水供给到该散水部。
5.一种使用太阳能利用系统的家畜饲养方法，其使用权利要求1或权利要求2所述的太阳能利用系统，其特征在于，通过利用随着太阳的移动而移动的地面的遮光区域及照射区域来对地面所受到的日照量进行限制，在地面饲养家畜。
6.如权利要求5所述的使用太阳能利用系统的家畜饲养方法，其特征在于，通过利用随着太阳的移动而移动的地面的遮光区域及照射区域来对地面所受到的日照量进行限制，在地面进行植物栽培，用该植物作为家畜的饲料进行家畜的饲养。
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