CN106145229A - 一种太阳能浅层地下咸水原位淡化装置 - Google Patents

一种太阳能浅层地下咸水原位淡化装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种太阳能浅层地下咸水原位淡化装置，包括太阳能电池板、蓄电池和低温蒸发装置，所述太阳能电池板发电并储存于蓄电池中，蓄电池给低温蒸发装置供电，所述低温蒸发装置由加热线、温度探测器、温控开关组成，所述加热线埋设在土壤含水层附近，加热线中间区域埋设温度探测器，温控开关与蓄电池连接。本发明的装置可以增加土壤表层区域的含水量，能够为表层种植的植物提供一定量的水分。通过原位淡化装置的低温蒸发作用，改变土壤的毛细作用，使得淡水向土壤表层运移，并有效控制咸水的运移，具有防止土壤次生盐渍化的效果。由于本装置直接安装在浅层地下水与土壤的界面间，直接对目标区域进行加热，能够有效减少过程中的热量损失，提高了装置的整体能源利用效率，也能减少每天运行所需电量，提高了装置设计的灵活性。

Description

一种太阳能浅层地下咸水原位淡化装置
技术领域
本发明涉及一种咸水淡化装置，特别涉及一种浅层地下咸水原位淡化装置。
背景技术
随着社会的发展，水资源短缺的问题日益严峻，因此对于非常规水资源的开发力度也在逐渐加大。目前对于地下咸水、海水、雨水等非常规水资源的利用为解决水资源短缺问题提供了新的方向。在我国的滨海地区，赋存有大量的地下咸水，对于浅层地下咸水的利用，目前仅限于小规模种养、工业冷却用水。这部分浅层地下咸水，除了含盐量较高，其余指标均未超标，因此具有较大的利用潜力。以天津市为例，天津市浅层地下咸水分布面积为6922km2，储量较为丰富，其中矿化度在1-5g/L的地下水共有2.28亿m3。将浅层地下咸水转化为淡水，可以用于农业灌溉、城市绿化浇灌，能够改善灌溉条件，缓解滨海地区用水紧张的问题。
目前常用的咸水淡化装置，通常是将咸水抽出送入特制的淡化装置进行淡化，收集所得淡水，诸如蒸馏法、电渗析法、反渗透法等常用技术都是异位淡化技术。异位淡化技术需要搭建存储咸水和淡水所需的水箱，会增加整体成本。农业上采用电热、太阳能加热等技术加热土壤，这一类型的加热方式主要在于提高表层土壤的温度，主要用于育苗、除虫、反季节种植，并不涉及浅层地下水的淡化利用。公开号为CN203985291U的实用新型专利公开了一种葡萄地太阳能土壤加热装置，属于农业设施，该装置由太阳能热水器、水箱、散热器、水泵和温控器组成。该实用新型的目的是在冬季给葡萄地土壤加温，保持地温适宜葡萄生长，达到提早上市的目的。该装置利用太阳能加热表层土壤用于农业种植，并不涉及地下咸水的利用。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种太阳能浅层地下咸水原位淡化装置，解决现有技术中地下咸水转化为淡水困难，利用率低的问题。
本发明采取的技术方案为：一种太阳能浅层地下咸水原位淡化装置，包括太阳能电池板、蓄电池和低温蒸发装置，所述太阳能电池板发电并储存于蓄电池中，蓄电池给低温蒸发装置供电，所述低温蒸发装置由加热线、温度探测器、温控开关组成，所述加热线埋设在土壤含水层附近，加热线中间区域埋设温度探测器，温控开关与蓄电池连接。
太阳能电池板和蓄电池是本低温蒸发装置的主要供能设备，太阳能电池板发电并储存在蓄电池中，蓄电池为原位淡化装置供电。
所述加热线由碳纤维发热线制造而成，碳纤维材料外部覆盖有绝缘保护层、PVC保护套。加热线的功率根据加热线的材质、长短而不同，可以根据使用需要进行调整。本加热线具有耐酸碱、防水的功能。
所述加热线与温控开关、温控开关与蓄电池、太阳能电池板与蓄电池之间由普通电线连接。
所述温度开关具有数显功能，温控开关控制加热线的工作，温度探测器置于加热线附近，探测加热线的温度并在温控开关的显示屏上显示实时温度。
所述加热线的埋设方式采取U型方式，在每一个U型的拐角处加设固定元件，保证加热线的位置固定。
本发明的有益效果是：本发明的装置可以增加土壤表层区域的含水量，能够为表层种植的植物提供一定量的水分。通过原位淡化装置的低温蒸发作用，改变土壤的毛细作用，使得淡水向土壤表层运移，并有效控制咸水的运移，具有防止土壤次生盐渍化的效果。由于本装置直接安装在浅层地下水与土壤的界面间，直接对目标区域进行加热，能够有效减少过程中的热量损失，提高了装置的整体能源利用效率，也能减少每天运行所需电量，提高了装置设计的灵活性。本装置通过太阳能供电，可以在基础设施建设并不完备的滨海偏远地区使用，能够为滨海地区的起步绿化区域提供淡水保障。
附图说明
图1是本发明浅层地下咸水原位淡化装置示意图；
其中：1 太阳能电池板、2 蓄电池、3 温控开关(含显示器)、4 温度探测器、5 加热线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。
本发明是通过太阳能给原位淡化装置提供电能，原位淡化装置将滨海盐渍化地区浅层的地下咸水以低温(低于100℃)的方式进行慢蒸发，蒸发产生的水蒸气含盐量非常低，水蒸气向土壤上层运移并凝结成水珠，这样就可以将咸水转化为淡水，所产生的淡水在土壤中可以进一步为土壤表层所种植的植物利用，减少地面浇灌。
本发明装置的太阳能电池板发电并储存于蓄电池中，蓄电池给低温蒸发装置供电。低温蒸发装置由加热线、温度探测器、温控开关组成。低温蒸发装置在预设温度下运行，运行过程中，加热线发热，周围土壤温度也随之升高，此时土壤中的地下咸水会受热蒸发，而蒸发产生的水蒸气会向土壤空隙中运移，并在向上运移的过程中凝结在上部温度较低的区域中，通过蒸发产生的水蒸气含盐量非常低，从而达到了淡化的目的。低温蒸发的温度可以通过加热线、温度探测器、温控开关三者的共同作用来进行调节，从而使得蒸发温度控制在预设温度。淡化产生的水可以被土壤表层种植的植物利用，从而减少地面浇水的水量，节约淡水资源。
太阳能电池板1采用单晶硅太阳能电池板，额定电压为12V，额定功率为50W，工作温度范围为-40℃-+90℃，可以保证一年四季均可正常工作。蓄电池2的额定电压为12V，太阳能电池板1所产生的电能储存于蓄电池2中，蓄电池2为低温蒸发装置供电。
加热线5埋设在盐渍化地区土壤含水层附近，该区域的浅层地下水埋深一般在1m左右。加热线5的埋设方式采取U型方式，根据本发明所采用的加热线情况，加热线5埋设间隔为15cm，所需加热线5长度由埋设区域大小决定。在每一个U型的拐角处加设固定元件，保证加热线5的位置固定。
在加热线5中间区域埋设温度探测器4，温度探测器4距离加热线5垂向2cm，埋设完毕后，在上层根据地块需求填土至所需高度。
将温控开关3连接蓄电池2，设定加热温度，在实际操作中可以将预设温度定为50℃，加热线5开始工作，温控开关3上的显示屏上可以实时读取温度探测器4温度；当温度探测器4所探测到的温度达到预设温度(50℃)时，温控开关3会自动断开，加热线5则停止工作，防止温度过高。
在加热线5停止工作一段时间后，土壤由于热散失，温度会下降，当温度探测器4探测到的温度低于预设回落温度(此回落温度设定根据实际使用需要而确定)，温控开关3闭合，加热线5重新开始工作，温度探测器4继续实时监测加热线附近的土壤温度。
在装置运行期间，将自动根据设定反复操作上述步骤，加热线5的温度则被控制在预设温度范围内，从而达到控制蒸发温度，进行原位淡化的目的。
尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种太阳能浅层地下咸水原位淡化装置，其特征在于，包括太阳能电池板、蓄电池和低温蒸发装置，所述太阳能电池板发电并储存于蓄电池中，蓄电池给低温蒸发装置供电，所述低温蒸发装置由加热线、温度探测器、温控开关组成，所述加热线埋设在土壤含水层附近，加热线中间区域埋设温度探测器，温控开关与蓄电池连接。
2.根据权利要求1所述太阳能浅层地下咸水原位淡化装置，其特征在于，所述加热线由碳纤维发热线制造而成，碳纤维材料外部依次覆盖有绝缘保护层、PVC保护套。
3.根据权利要求1所述太阳能浅层地下咸水原位淡化装置，其特征在于，所述加热线与温控开关、温控开关与蓄电池、太阳能电池板与蓄电池之间由普通电线连接。
4.根据权利要求1所述太阳能浅层地下咸水原位淡化装置，其特征在于，所述温度开关具有数显功能，温控开关控制加热线的工作，温度探测器置于加热线附近，探测加热线的温度并在温控开关的显示屏上显示实时温度。
5.根据权利要求1所述太阳能浅层地下咸水原位淡化装置，其特征在于，所述加热线的埋设方式采取U型方式，在每一个U型的拐角处加设固定元件，保证加热线的位置固定。
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