CN110352764B - 一种山谷人工造雾/降雨装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种山谷人工造雾/降雨装置，其特征在于：包括至少一个设置在山谷近谷口处的蓄水池和造雾/降雨装置，所述造雾/降雨装置包括存储有相变储热材料的蓄热器、热管阵列、雾化喷头，所述热管阵列的蒸发段插入到蓄热器的相变储热材料中，冷凝段伸出到蓄热器外，所述雾化喷头设置在热管阵列的冷凝段的上方，所述雾化喷头通过管路与蓄水池内的水源相连通。该山谷人工造雾/降雨装置能借助于大自然的力量而对大面积、远距离的种植物进行及时的水分补充。另外还提供一种能借助于大自然的力量而对大面积、远距离的种植物进行及时的水分补充的山谷人工造雾/降雨方法。

Description

一种山谷人工造雾/降雨装置及方法

技术领域

本发明涉及人工造雾/降雨技术领域，具体涉及一种山谷人工造雾/降雨装置及方法。

背景技术

对于种植物生长而言,适时补充水分是必不可少的。尤其是在我国的山谷丘陵地区，由于有一定坡度，地面降水难于长期保存，更容易出现干旱灾害。2013年和2017年夏天，杭州鸡笼山—龙井村—翁家山—梅家坞一带绿茶产区，因为持续高温，很多茶树的茶蓬叶子被晒黄、晒焦，甚至茶树被晒死，茶农损失严重。在此情况下，常规的做法是借助抽水泵将山谷谷口处的水分输送上去,如图1所示，但是抽水泵1a的动力和扬程均非常有限,且因坡地环境，不便于大面积操作，效率太低，很难满足实际使用需求,从而使得山坡和谷顶的植物得不到及时的水分补充，并且抽水泵需要借助电力才能工作,也不利于节能降耗。

发明内容

本发明要解决的技术问题是:提供一种能借助于大自然的力量而对大面积、远距离的种植物进行及时的水分补充的山谷人工造雾/降雨装置。

本发明的技术解决方案是：一种山谷人工造雾/降雨装置，其特征在于：包括至少一个设置在山谷近谷口处的蓄水池和造雾/降雨装置，所述造雾/降雨装置包括存储有相变储热材料的蓄热器、热管阵列、雾化喷头，所述热管阵列的蒸发段插入到蓄热器的相变储热材料中，冷凝段伸出到蓄热器外，所述雾化喷头设置在热管阵列的冷凝段的上方，所述雾化喷头通过管路与蓄水池内的水源相连通。

采用上述装置后，本发明具有以下优点：

本发明山谷人工造雾/降雨装置利用蓄热器存储太阳能，利用热管阵列将存储的太阳能转换为热能导出并辐射到大气中，以形成大面积、高品位、立体、且分布均匀的热空气，再加上相变储热材料的特性，使得热空气持续不断且温度较为稳定；然后利用雾化喷头使蓄水池内的水雾化成微小的液滴，从而能被大面积、高品位、立体且分布均匀的热空气快速加热成水蒸汽，含有大量水蒸汽的湿热空气达到近饱和状态且上升至离近谷口地面一定高度；再巧妙借助谷风、山风，借助大自然的力量就可将近谷口处的水蒸汽沿谷风、山风途经的区域转移，并且在白天和夜晚可以影响山谷不同的区域，从而可对大面积、远距离的种植物进行及时的水分补充；正因为有效利用了太阳能，且巧妙借助于谷风、山风等大自然的力量，才使得近谷口处的水分能方便向谷顶及谷底两侧等不易到达的地方输送。

作为优选，还包括预热池，所述预热池通过管路与蓄水池内的水源相连通，所述雾化喷头通过管路与预热池内的水源相连通。通过对水源进行加热，可进一步提高水蒸汽的转换效率，雾化效果更好。

作为优选，所述蓄水池设置多个且沿山谷由上而下依次串联设置，所述蓄水池中山谷近谷口处的蓄水池位于最低处，所述蓄水池设置在雾化喷头的上方。该设置可使串联设置的每个蓄水池都具有足够大的势能，从而只需利用高水位水自身的重力势能即可驱动雾化喷头工作，而无需借助电力，进一步利用了自然的力量，更加节能高效。

作为优选，上下两个相邻的蓄水池之间还设有水位自动控制装置，所述水位自动控制装置包括杠杆、以及设置在杠杆两端的浮子和针阀，所述杠杆的中心可上下转动地连接在上下两个蓄水池之间，所述浮子位于杠杆的下端并浮动于下面的蓄水池的液面上，所述针阀位于杠杆的上端并可在杠杆的驱动下打开或关闭上面的蓄水池底部的下水孔，所述上面的蓄水池的下水孔与下面的蓄水池的注水口相连通，所述各蓄水池还设有溢水口。该设置通过浮子检测下面的蓄水池内的水位，利用杠杆驱动针阀上下运动，从而能在浮子检测到下面的蓄水池水位较高时关闭上面的蓄水池的下水孔，而在下面的蓄水池水位较低时打开上面的蓄水池的下水孔，结构简单，能实现自动控制、且控制稳定可靠。

作为优选，多个蓄水池位于不同的高度且分布在山谷的不同方位，在靠近各蓄水池处均设置造雾/降雨装置。该设置可在山谷多个高度和方位形成近饱和的湿热空气，从而能在谷风、山风的驱动下影响山谷更多的区域，补水效果更好。

作为优选，所述造雾/降雨装置还包括设置在靠近蓄热器处的聚光装置。该设置可使蓄热器能更加方便高效地获取太阳能。

作为优选，所述聚光装置包括多个均布在蓄热器四周的反射镜组件，所述多个反射镜组件形成多个环绕蓄热器四周的聚光斑。该聚光装置结构简单，并能对蓄热器均匀加热，加热效果较好。

作为优选，最上方的蓄水池的上方还设有山洪导流结构，所述山洪导流结构包括设置在最上方的蓄水池上方的主流道，设置在主流道一侧并与主流道相连通的死端穴窝，所述主流道与死端穴窝相连通的位置向下凹陷以使水少时主要流入到死端穴窝，所述死端穴窝在水流清澈处设有与最上方的蓄水池的注水口相连通的引水口，所述引水口上还设有泥沙过滤装置。该设置可在水少时，主要流入死端穴窝，而死端穴窝可使水流大大减缓，从而可避免水流对下方蓄水池的冲击并易于沉积泥沙，因为泥沙沉积的可控性,使得引水口可以设置在清澈处,而且能使设置在死端穴窝的引水口上的泥沙过滤装置可靠工作，而在出现水量较大甚至洪水时，由于惯性作用，可使水流直接从主流道泻下，因此不管是在水多还是水少的情况下，均能减轻水流的冲击力。

本发明要解决的另一技术问题是：提供一种能借助于大自然的力量而对大面积、远距离的种植物进行及时的水分补充的山谷人工造雾/降雨方法。

本发明的另一技术解决方案是：一种山谷人工造雾/降雨方法，其特征在于：它包括以下步骤：

(1)白天通过设置在山谷近谷口处的蓄热器，将太阳能存储在蓄热器的相变储热材料中；

(2)利用热管阵列的蒸发段吸收蓄热器的相变储热材料中的热能，并利用冷凝段将热能导出并辐射到外部大气中以加热相应区域内的空气；

(3)利用雾化喷头将山谷近谷口处的蓄水池内的水雾化喷出，雾化后的大面积小液滴快速被大面积、高品位、立体且分布均匀的热空气加热，形成离近谷口地面一定高度的湿热近饱和的水蒸汽；

(4)白天利用谷口吹入的谷风，将离近谷口地面一定高度的湿热近饱和的水蒸汽沿山坡吹上谷顶，并在谷风途经的区域利用无人机施放降温的催化剂和人工吸湿核，以使湿热近饱和的水蒸汽达到过饱和，且增加碰并概率，从而析出液态水甚至降雨；

(5)夜晚利用谷顶吹下来的山风，将离近谷口地面一定高度的湿热近饱和的水蒸汽沿近谷口的两侧向下吹，利用夜晚较低的温度并利用无人机施放人工吸湿核，以使湿热近饱和的水蒸汽达到过饱和，且增加碰并概率，从而析出液态水甚至降雨。

采用上述方法后，本发明具有以下优点：

本发明山谷人工造雾/降雨方法利用蓄热器存储太阳能，利用热管阵列将存储的太阳能转换为热能导出并辐射到大气中，以形成大面积、高品位、立体且分布均匀的热空气，再加上相变储热材料的特性，使得热空气持续不断且温度较为稳定；然后利用雾化喷头使蓄水池内的水雾化成微小的液滴，从而能被大面积、高品位、立体且分布均匀的热空气快速加热成水蒸汽，含有大量水蒸汽的热空气达到近饱和状态且上升至离近谷口地面一定高度；再巧妙借助谷风和山风，借助大自然的力量就可将近谷口处的水蒸汽沿谷风、山风途经的区域转移，并且在白天和夜晚可以影响山谷不同的区域，从而可对大面积、远距离的种植物进行及时的水分补充；正因为有效利用了太阳能，且巧妙借助了谷风、山风等大自然的力量，才使得近谷口处的水分能方便向谷顶及谷底两侧等不易到达的地方输送。

作为优选，所述步骤(3)中先将蓄水池内的水引入到预热池内进行预热，再将预热后的水利用雾化喷头雾化喷出。通过对水源进行加热，可进一步提高水蒸汽的产生效率，雾化效果更佳。

附图说明：

图1为现有山谷水分输送原理图；

图2为本发明山谷人工造雾/降雨装置白天工作的原理图；

图3为本发明山谷人工造雾/降雨装置夜晚工作的原理图；

图4为实施例1中山谷人工造雾/降雨装置结构及白天水汽流通示意图；

图5为实施例1中山谷人工造雾/降雨装置结构及夜晚水汽流通示意图；

图6为实施例2中山谷人工造雾/降雨装置结构及白天水汽流通示意图；

图7为图6中A处的局部放大示意图；

图8为图6中B处的局部放大示意图；

图9为图6中C处的局部放大示意图；

图10为实施例2中山谷人工造雾/降雨装置结构及夜晚水汽流通示意图；

图11为实施例2中山洪导流结构的结构示意图；

现有技术图中：1a-抽水泵；

本发明图中：1-谷口，2-蓄水池、3-造雾/降雨装置，4-蓄热器，5-热管阵列，6-雾化喷头，7-热管阵列的蒸发段，8-热管阵列的冷凝段，9-聚光装置，10-反射镜组件，11-预热池，12-水位自动控制装置，13-杠杆，14-浮子，15-针阀，16-下水孔，17-注水口，18-溢水口，19-上盖，20-池体，21-PC阳光板或ETFE充气膜，22-防雾膜，23-防紫外线膜，24-混凝土框架，25-保温层，26-黑色膜，27-谷顶，28-无人机，29-主流道，30-死端穴窝，31-引水口，32-泥沙过滤装置，33-挡块。

具体实施方式

下面结合附图，并结合实施例对本发明做进一步的说明。

实施例1：

一种山谷人工造雾/降雨装置，包括至少一个设置在山谷近谷口1处的蓄水池2和造雾/降雨装置3，所述造雾/降雨装置3包括存储有相变储热材料的蓄热器4、热管阵列5、雾化喷头6，所述热管阵列5的蒸发段7插入到蓄热器4的相变储热材料中，冷凝段8伸出到蓄热器4外，所述雾化喷头6设置在热管阵列5的冷凝段8的上方，所述雾化喷头6通过管路与蓄水池2内的水源相连通。

本发明山谷人工造雾/降雨装置利用蓄热器4存储太阳能，利用热管阵列5将存储的太阳能转换为热能导出并辐射到大气中，以形成大面积、高品位、立体且分布均匀的热空气，再加上相变储热材料的特性，使得热空气持续不断且温度较为稳定；然后利用雾化喷头6使蓄水池2内的水雾化成微小的液滴，从而能被大面积、高品位、立体且分布均匀的热空气快速加热成水蒸汽，含有大量水蒸汽的热空气达到近饱和状态且上升至离近谷口1地面一定高度；再巧妙借助谷风和山风，借助大自然的力量就可将近谷口1处的水蒸汽沿谷风、山风途经的区域转移，并且在白天和夜晚可以影响山谷不同的区域，从而可对大面积、远距离的种植物进行及时的水分补充；正因为有效利用了太阳能，且巧妙借助于谷风、山风等大自然的力量，才使得近谷口1处的水分能方便向谷顶27及谷底两侧等不易到达的地方输送。

作为优选，所述蓄水池2设置多个且沿山谷由上而下依次串联设置，所述蓄水池2中山谷近谷口1处的蓄水池2位于最低处，所述蓄水池2设置在雾化喷头6的上方。该设置可使串联设置的每个蓄水池2都具有足够大的势能，从而只需利用高水位水自身的重力势能即可驱动雾化喷头6工作，而无需借助电力，进一步利用了自然的力量，更加节能高效。

作为优选，上下两个相邻的蓄水池2之间还设有水位自动控制装置12，所述水位自动控制装置12包括杠杆13、以及设置在杠杆13两端的浮子14和针阀15，所述杠杆13的中心可上下转动地连接在上下两个蓄水池2之间，所述浮子14位于杠杆13的下端并浮动于下面的蓄水池2的液面上，所述针阀15位于杠杆13的上端并可在杠杆13的驱动下打开或关闭上面的蓄水池2底部的下水孔16，所述上面的蓄水池2的下水孔16与下面的蓄水池2的注水口17相连通，所述各蓄水池2还设有溢水口18。该设置通过浮子14检测下面的蓄水池2内的水位，利用杠杆13驱动针阀15上下运动，从而能在浮子14检测到下面的蓄水池2水位较高时关闭上面的蓄水池2的下水孔16，而在下面的蓄水池2水位较低时打开上面的蓄水池2的下水孔16，结构简单，控制稳定可靠。

作为优选，多个蓄水池2位于不同的高度且分布在山谷的不同方位，在靠近各蓄水池2处均设置造雾/降雨装置3。该设置可在山谷多个高度和方位人工造雾/降雨并形成近饱和的湿热空气，从而能在谷风和山风的驱动下影响山谷更多的区域，补水效果更好。

作为优选，所述造雾/降雨装置3还包括设置在靠近蓄热器4处的聚光装置9。该设置可使蓄热器4能更加方便高效地获取太阳能。

作为优选，所述聚光装置9包括多个均布在蓄热器4四周的反射镜组件10，所述多个反射镜组件10形成多个环绕蓄热器4四周的聚光斑。该聚光装置9结构简单，并能对蓄热器4均匀加热，加热效果较好。

实施例2：

本实施例是在实施例1的基础上增加以下结构：

作为优选，还包括预热池11，所述预热池11通过管路与蓄水池2内的水源相连通，所述雾化喷头6通过管路与预热池11内的水源相连通。通过对水源进行加热，可进一步提高水蒸汽的产生效率，雾化效果更佳。

作为优选，所述预热池11包括池体20和上盖19，所述上盖19包括由PC阳光板或ETFE充气膜21制成的盖体、设置在盖体内的防雾膜22、以及设置在盖体外的防紫外线膜23，所述池体20包括包覆有混凝土布的混凝土框架24、涂设在混凝土框架24内的黑色膜26、以及设置在混凝土框架24外的保温层25，所述保温层25可由泡沫或发泡塑料制成。该预热池结构简单，吸热保温效果好。

作为优选，最上方的蓄水池2的上方还设有山洪导流结构，所述山洪导流结构包括设置在最上方的蓄水池2上方的主流道29，设置在主流道29一侧并与主流道29相连通的死端穴窝30，所述主流道29与死端穴窝30相连通的位置向下凹陷以使水少时主要流入到死端穴窝30，所述死端穴窝30在水流清澈处设有与最上方的蓄水池的注水口17相连通的引水口31，水流清澈处一般位于水流漩涡的末端,靠近泥沙沉积D的后方,所述引水口31上还设有泥沙过滤装置32,另外每个蓄水池2的下水孔和预热池11的出水处均可以设置泥沙过滤装置32以使水流清澈,不易发生堵塞,另外还可以在主流道29与死端穴窝30相连通的位置设置一个可挡住水流直接冲击引水口31的挡块33。该设置可在水少时，主要流入死端穴窝30，而死端穴窝30可使水流大大减缓，从而可避免水流对下方蓄水池的冲击并易于沉积泥沙，因为泥沙沉积的可控性,使得引水口可以设置在清澈处,并且能使设置在死端穴窝30的引水口31上的泥沙过滤装置32可靠工作，而在出现水量较大甚至洪水时，由于惯性作用，可使水流直接从主流道29泻下，因此不管是在水多还是水少的情况下，均能减轻水流的冲击力。

实施例3：一种山谷人工造雾/降雨方法，其特征在于：它包括以下步骤：

(1)白天通过设置在山谷近谷口1处的蓄热器4，将太阳能存储在蓄热器4的相变储热材料中；

(2)利用热管阵列5的蒸发段7吸收蓄热器4的相变储热材料中的热能，并利用冷凝段8将热能导出并散发到外部大气中以加热相应区域内的空气，加热后的热空气上升至离近谷口1地面一定高度；

(3)利用雾化喷头6将山谷近谷口1处的蓄水池2内的水雾化喷出，雾化后的大面积小液滴快速被大面积、高品位、立体且分布均匀的热空气加热，形成离近谷口1地面一定高度的湿热近饱和的水蒸汽；

(4)白天利用谷口1吹入的谷风，将离近谷口1地面一定高度的湿热近饱和的水蒸汽沿山坡吹上谷顶27，并在谷风途经的区域利用无人机28施放降温的催化剂和人工吸湿核，以使湿热近饱和的水蒸汽达到过饱和，且增加碰并概率，从而析出液态水甚至降雨，所述降温的催化剂为干冰，所述人工吸湿核为硝酸铵和/或硫酸铵；

(5)夜晚利用谷顶27吹下来的山风，将离近谷口1地面一定高度的湿热近饱和的水蒸汽沿近谷口1的两侧向下吹，利用夜晚较低的温度并利用无人机28施放人工吸湿核，以使湿热近饱和的水蒸汽达到过饱和，且增加碰并概率，从而析出液态水甚至降雨。

本发明山谷人工造雾/降雨方法利用蓄热器4存储太阳能，利用热管阵列5将存储的太阳能转换为热能导出并辐射到大气中，以形成大面积、高品位、立体且分布均匀的热空气，再加上相变储热材料的特性，使得热空气持续不断且温度较为稳定；然后利用雾化喷头6使蓄水池2内的水雾化成微小的液滴，从而能被大面积、高品位、立体且分布均匀的热空气快速加热成水蒸汽，含有大量水蒸汽的热空气达到近饱和状态且上升至离近谷口1地面一定高度；再巧妙借助谷风和山风，借助大自然的力量就可将近谷口1处的水蒸汽沿谷风、山风途经的区域转移，并且在白天和夜晚可以影响山谷不同的区域，从而可对大面积、远距离的种植物进行及时的水分补充；正因为有效利用了太阳能，且巧妙借助于谷风、山风等大自然的力量，才使得近谷口1处的水分能方便向谷顶27及谷底两侧等不易到达的地方输送。

作为优选，所述步骤(3)中先将蓄水池2内的水引入到预热池11内进行预热，再将预热后的水利用雾化喷头6雾化喷出。通过对水源进行加热，可进一步提高水蒸汽的产生效率，雾化效果更佳。

Claims (8)

1.一种山谷人工造雾/降雨装置(3)，其特征在于：包括至少一个设置在山谷近谷口(1)处的蓄水池(2)和造雾/降雨装置(3)，所述造雾/降雨装置(3)包括存储有相变储热材料的蓄热器(4)、热管阵列(5)、雾化喷头(6)，所述热管阵列(5)的蒸发段(7)插入到蓄热器(4)的相变储热材料中，冷凝段(8)伸出到蓄热器(4)外，所述雾化喷头(6)设置在热管阵列(5)的冷凝段(8)的上方，所述雾化喷头(6)通过管路与蓄水池(2)内的水源相连通；

所述蓄水池(2)设置多个且沿山谷由上而下依次串联设置，所述蓄水池(2)中山谷近谷口(1)处的蓄水池(2)位于最低处，所述蓄水池(2)设置在雾化喷头(6)的上方；

多个蓄水池(2)位于不同的高度且分布在山谷的不同方位，在靠近各蓄水池(2)处均设置造雾/降雨装置(3)；

还包括利用无人机施放降温的催化剂和人工吸湿核。

2.根据权利要求1所述的一种山谷人工造雾/降雨装置(3)，其特征在于：还包括预热池(11)，所述预热池(11)通过管路与蓄水池(2)内的水源相连通，所述雾化喷头(6)通过管路与预热池(11)内的水源相连通。

3.根据权利要求1所述的一种山谷人工造雾/降雨装置(3)，其特征在于：上下两个相邻的蓄水池(2)之间还设有水位自动控制装置(12)，所述水位自动控制装置(12)包括杠杆(13)、以及设置在杠杆(13)两端的浮子(14)和针阀(15)，所述杠杆(13)的中心可上下转动地连接在上下两个蓄水池(2)之间，所述浮子(14)位于杠杆(13)的下端并浮动于下面的蓄水池(2)的液面上，所述针阀(15)位于杠杆(13)的上端并可在杠杆(13)的驱动下打开或关闭上面的蓄水池(2)底部的下水孔(16)，所述上面的蓄水池(2)的下水孔(16)与下面的蓄水池(2)的注水口(17)相连通，所述各蓄水池(2)还设有溢水口(18)。

4.根据权利要求1所述的一种山谷人工造雾/降雨装置(3)，其特征在于：最上方的蓄水池的上方还设有山洪导流结构，所述山洪导流结构包括设置在最上方的蓄水池上方的主流道(29)，设置在主流道(29)一侧并与主流道(29)相连通的死端穴窝(30)，所述主流道(29)与死端穴窝(30)相连通的位置向下凹陷以使水少时主要流入到死端穴窝(30)，所述死端穴窝(30)在水流清澈处设有与最上方的蓄水池的注水口(17)相连通的引水口(31)，所述引水口(31)上还设有泥沙过滤装置(32)。

5.根据权利要求1所述的一种山谷人工造雾/降雨装置(3)，其特征在于：所述造雾/降雨装置(3)还包括设置在靠近蓄热器(4)处的聚光装置(9)。

6.根据权利要求5所述的一种山谷人工造雾/降雨装置(3)，其特征在于：所述聚光装置(9)包括多个均布在蓄热器(4)四周的反射镜组件(10)，所述多个反射镜组件(10)形成多个环绕蓄热器(4)四周的聚光斑。

7.一种山谷人工造雾/降雨方法，其特征在于：它包括以下步骤：

(1)白天通过设置在山谷近谷口(1)处的蓄热器(4)，将太阳能存储在蓄热器(4)的相变储热材料中；

(2)利用热管阵列(5)的蒸发段(7)吸收蓄热器(4)的相变储热材料中的热能，并利用冷凝段(8)将热能导出并辐射到外部大气中以加热相应区域内的空气；

(3)利用雾化喷头(6)将山谷近谷口(1)处的蓄水池(2)内的水雾化喷出，雾化后的大面积小液滴快速被大面积、高品位、立体且分布均匀的热空气加热，形成离近谷口(1)地面一定高度的湿热近饱和的水蒸汽；

(4)白天利用近谷口(1)吹入的谷风，将离近谷口(1)地面一定高度的湿热近饱和的水蒸汽沿山坡吹上谷顶(27)，并在谷风途经的区域利用无人机(28)施放降温的催化剂和人工吸湿核，以使湿热近饱和的水蒸汽达到过饱和，且增加碰并概率，从而析出液态水甚至降雨；

(5)夜晚利用谷顶(27)吹下来的山风，将离近谷口(1)地面一定高度的湿热近饱和的水蒸汽沿近谷口(1)的两侧向下吹，利用夜晚较低的温度并利用无人机(28)施放人工吸湿核，以使湿热近饱和的水蒸汽达到过饱和，且增加碰并概率，从而析出液态水甚至降雨。

8.根据权利要求7所述的一种山谷人工造雾/降雨方法，其特征在于：所述步骤(3)中先将蓄水池(2)内的水引入到预热池(11)内进行预热，再将预热后的水利用雾化喷头(6)雾化喷出。

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