CN111348709A - 一种海水淡化与灌溉一体化全自动浮台及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种海水淡化与灌溉一体化全自动浮台及其应用，涉及海水淡化与灌溉节能减排技术领域，包括全被动太阳能蒸馏模块、灌溉模块、连接模块和浮力装置；全被动太阳能蒸馏模块包括水槽、自动补水蒸发器、收集槽、采光板、冷凝板、挡板；自动补水蒸发器包括板壁、泡沫块、纤维棉布，冷凝板远离采光板的一端设置有导热板延伸至水槽内部；采光板下表面涂有透明防雾涂层；灌溉模块包括内部盛装有土壤和水凝胶的储水部，土壤、水凝胶的质量份数比为10:1～2:1；连接模块包括滑槽、管道，浮力装置包括若干浮块；应用于海水淡化、海上种植，全被动海水蒸发，提高光能利用率、海水蒸发效率，防海水倒灌，便于后期维护，实现浮台全自动一体化。

Description

一种海水淡化与灌溉一体化全自动浮台及其应用
技术领域
本发明涉及海水淡化与灌溉节能减排技术领域，具体涉及一种海水淡化与灌溉一体化全自动浮台及其应用。
背景技术
当前世界各国粮食问题严峻，传统农业模式受限于耕地面积、生长环境与人力成本，已愈发不能满足人类需要，农作物灌溉占用淡水资源量过大的问题也日益突出。海洋有广阔的空间、充足的光照、丰富的水源，是解决当下问题、开创新型农业模式发展的理想地。海洋环境具有一定的优越性，但是克服海水淡化、淡水保存、结构稳定，降低制作成本与管理成本，设计出一套可行的、高效率的海洋种植方案是一个难题。
公告号为108633541A的中国发明专利提出了一种可用海水直接灌溉的太阳能自产淡水种植装置，属太阳能聚光利用和新型农业设施技术领域。该种植装置由聚光反射器、海水槽、冷凝腔和种植腔等几部分组成，种植腔中装有吸水材料和土壤。太阳光从装置上部的透明盖板进入装置，经装置内部的反射器反射并经由下部的透光板直接投射到海水槽中，海水槽中的海水吸收太阳光从而提升其温度，最终实现海水蒸发过程。蒸汽在冷凝腔内表面凝结成淡水并输送到种植腔的底部，种植腔内安置有吸水材料，吸水材料通过毛细作用把水吸收并输送到其上部的种植土壤中，供作物生长使用。该装置将海水淡化系统与植物种植系统浓缩成一个整体结构，并可以大量拼接，实现大规模海水淡化或者利用海水种植作物。
但是该装置的海水淡化系统属于传统的太阳能蒸馏系统，存在无法漂浮，无法进行自动补水和排盐，无法有效冷凝，不具备自动补水和排盐功能，如果进行大面积种植需要较多的人力物力进行海水补给和浓盐水排放，无法做到全被动运行，进而无法形成一体化全自动体系。
发明内容
本发明的目的在于提供一种海水淡化与灌溉一体化全自动浮台及其应用。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种海水淡化与灌溉一体化全自动浮台，包括全被动太阳能蒸馏模块、灌溉模块、用于连接全被动太阳能蒸馏模块和灌溉模块的连接模块和浮力装置；
所述全被动太阳能蒸馏模块包括上端开口的水槽，所述水槽内设置有自动补水蒸发器，自动补水蒸发器的一侧设置有上端开口的收集槽，其另一侧的上方倾斜设置有采光板，收集槽的上方倾斜设置有冷凝板，收集槽远离采光板的一侧的上端与冷凝板的下表面相抵接，所述采光板、冷凝板的两侧设置有挡板；
所述灌溉模块包括储水部，所述储水部包括土壤；所述连接模块包括滑槽、管道，所述滑槽用于全被动太阳能蒸馏模块和灌溉模块的卡扣连接，所述管道的一端与收集槽的底部相连通，其另一端延伸进入储水部内部，所述管道靠近收集槽的一端水平高度高于其位于储水部内的一端；所述浮力装置包括若干浮块，所述浮块位于全被动太阳能蒸馏模块、灌溉模块的下方。
进一步的，所述冷凝板远离采光板的一端设置有导热板延伸至所述水槽内部。
进一步的，所述采光板下表面涂覆有透明防雾涂层。
进一步的，所述自动补水蒸发器包括板壁、泡沫块、纤维棉布，所述板壁上均匀设置有透水孔，所述泡沫块分布于板壁上表面，所述纤维棉布覆盖于板壁、泡沫块上表面。
进一步的，所述采光板与自动补水蒸发器之间的夹角为30°～45°。
进一步的，所述冷凝板与自动补水蒸发器之间的夹角为45°～90°。
进一步的，所述储水部还包括水凝胶；所述土壤、水凝胶的质量份数比为10:1～2:1。
进一步的，所述自动补水蒸发器上方设置有限位条，所述限位条的一端与水槽靠近采光板的内侧壁相连接，其另一端与收集槽靠近采光板的外侧壁相连接。
一种海水淡化与灌溉一体化全自动浮台，包括全被动太阳能蒸馏模块、灌溉模块、用于连接全被动太阳能蒸馏模块和灌溉模块的连接模块和浮力装置；
所述全被动太阳能蒸馏模块包括上端开口的水槽，所述水槽内设置有自动补水蒸发器，自动补水蒸发器的一侧设置有上端开口的收集槽，其另一侧的上方倾斜设置有采光板，收集槽的上方倾斜设置有冷凝板，收集槽远离采光板的一侧的上端与冷凝板的下表面相抵接，所述采光板、冷凝板的两侧设置有挡板；所述冷凝板远离采光板的一端设置有导热板延伸至所述水槽内部；所述采光板下表面涂覆有透明防雾涂层；
所述灌溉模块包括储水部，所述储水部包括土壤和水凝胶，所述土壤、水凝胶的质量份数比为10:1～2:1；所述连接模块包括滑槽、管道，所述滑槽用于全被动太阳能蒸馏模块和灌溉模块的卡扣连接，所述管道的一端与收集槽的底部相连通，其另一端延伸进入储水部内部，所述管道靠近收集槽的一端水平高度高于其位于储水部内的一端；所述浮力装置包括若干浮块，所述浮块位于全被动太阳能蒸馏模块、灌溉模块的下方；
所述自动补水蒸发器包括板壁、泡沫块、纤维棉布，所述板壁上均匀设置有透水孔，所述泡沫块分布于板壁上表面，所述纤维棉布覆盖于板壁、泡沫块上表面；所述自动补水蒸发器上方设置有限位条，所述限位条的一端与水槽靠近采光板的内侧壁相连接，其另一端与收集槽靠近采光板的外侧壁相连接。所述采光板与自动补水蒸发器之间的夹角为30°～45°；所述冷凝板与自动补水蒸发器之间的夹角为45°～90°。
一种海水淡化与灌溉一体化全自动浮台的应用，将所述海水淡化与灌溉一体化全自动浮台大面积覆盖海面应用于海水淡化、海上种植。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)系统很好地将海水淡化、淡水保存、结构稳定三者结合统一，实现浮台的全自动一体化；
(2)系统采用全被动的海水蒸发，依靠毛细力进行海水补给使蒸发器始终充满海水，并通过盐分扩散达到蒸发器排盐功能，从而实现全自动海水补给和海水长期高效蒸发。
(3)蒸发模块采用“异面蒸发冷凝”模式，对透光板材进行绝热疏水处理，优化水蒸气流动路线，大大提高光能利用率海水蒸发效率；
(4)灌溉模块选取超储水聚合材料，显著提高土壤保水性，利于作物生长；
(5)装置间采取“小模块，广覆盖”理念，适应不同海面形状，也能通过柔性连接防止海水倒灌，后期调整和维护也容易进行。本申请利用冷凝板极大地提升了太阳能的利用效率，达到了水蒸气的定向冷凝效果同时基于轻量化的理念，实现了在海洋上的漂浮，而且形成自主供水，自主灌溉的完整体系，可在无人监管的环境下自营自产。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本发明一种海水淡化与灌溉一体化全自动浮台的结构示意图；
图2是本发明一种海水淡化与灌溉一体化全自动浮台的正视图；
图3是本发明一种海水淡化与灌溉一体化全自动浮台的侧视图；
图4是本发明一种海水淡化与灌溉一体化全自动浮台的俯视图；
图5是本发明一种海水淡化与灌溉一体化全自动浮台实施例1和对比例1的效果图；
图6是本发明一种海水淡化与灌溉一体化全自动浮台实施例2和对比例2的效果图；
图7是本发明一种海水淡化与灌溉一体化全自动浮台实施例3和对比例3的效果图；
图8是本发明一种海水淡化与灌溉一体化全自动浮台实施例3和对比例3的结构示意图；
附图标记：1、采光板；2、水槽；3、冷凝板；4、挡板；5、灌溉模块；6、棉布； 7、亚克力条。
具体实施方式
以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进，这些都属于本发明的保护范围。下面结合具体实施例对本发明进行详细说明：
实施例1
如图1所示，一种海水淡化与灌溉一体化全自动浮台，包括全被动太阳能蒸馏模块、灌溉模块、用于连接全被动太阳能蒸馏模块和灌溉模块的连接模块和浮力装置；
全被动太阳能蒸馏模块包括上端开口的矩状水槽，水槽内盛有海水，水槽内设置有自动补水蒸发器，自动补水蒸发器包括板壁、泡沫块、纤维棉布，板壁上均匀设置有透水孔，泡沫块分布于板壁上表面，纤维棉布覆盖于板壁、泡沫块上表面；自动补水蒸发器上方设置有矩形限位条，限位条的一端与水槽靠近采光板的内侧壁相连接，其另一端与收集槽靠近采光板的外侧壁相连接。
自动补水蒸发器的一侧设置有条形矩状的上端开口的收集槽，其另一侧的上方倾斜设置有采光板，收集槽的上方倾斜设置有冷凝板，采光板与自动补水蒸发器之间的夹角为30°；冷凝板与自动补水蒸发器之间的夹角为60°。收集槽远离采光板的一侧的上端与冷凝板的下表面相抵接，采光板、冷凝板的两侧设置有挡板；冷凝板远离采光板的一端设置有导热板延伸至水槽内部；采光板下表面涂覆有透明防雾涂层。
灌溉模块包括矩形盒状上端开口的储水部，储水部内盛装有300g土壤、100g水，土壤、水凝胶的质量份数比为3:1；连接模块包括滑槽、管道，滑槽用于全被动太阳能蒸馏模块和灌溉模块的卡扣连接，管道的一端与收集槽的底部相连通，其另一端延伸进入储水部内部，管道靠近收集槽的一端水平高度高于其位于储水部内的一端，便于淡化的水流入储水部；浮力装置包括若干浮块，浮块位于全被动太阳能蒸馏模块、灌溉模块的下方。
实施例2
一种海水淡化与灌溉一体化全自动浮台的应用，将海水淡化与灌溉一体化全自动浮台大面积覆盖海面应用于海水淡化、海上种植。
工作时漂浮于水面，自动补水蒸发器在蒸发过程依靠毛细抽吸作用从底部自动吸取海水，并依靠盐分反向扩散排出多余盐分，进而进行全被动的海水淡化和种植。可以进行模块化扩展进行大规模应用，并通过大面积覆盖海面达到防止海水倒灌的目的。
实施例3
一种海水淡化与灌溉一体化全自动浮台，与实施例1的区别之处在于，储水部内盛装有900g土壤、100g水，土壤、水凝胶的质量份数比为9:1，其余特征与实施例1 相同。
实施例4
一种海水淡化与灌溉一体化全自动浮台，与实施例1的区别之处在于，储水部内盛装有200g土壤、100g水，土壤、水凝胶的质量份数比为2:1，其余特征与实施例1 相同。
对比例1
一种海水淡化与灌溉一体化全自动浮台，与实施例1的区别之处在于，储水部内仅盛装有300g土壤，即无水凝胶实验组，其余特征与实施例1即水凝胶对照组相同，实验结果如表1、图5所示。
表1水凝胶实验数据表
时间 实施例1 对比例1
10:00 400 400
11:00 390 390
12:00 380 380
13:00 374 373
14:00 373 369
15:00 372 365
16:00 370 363
可明显看出，水凝胶对土壤的湿度有着较好的保持作用，在土壤湿度较高时可吸收水，在土壤湿度较低时可释放水。
对比例2
一种海水淡化与灌溉一体化全自动浮台，与实施例1的区别之处在于，冷凝板远离采光板的一端未设置有导热板，对比例2即无水冷实验组，实验结果如图6、图7 所示。由图6可看出，对冷凝面进行水冷可较大地提高海水淡化效率。图7为水冷温差示意图，图中可看出海水对铝板有着明显的冷却效果。
对比例3
一种海水淡化与灌溉一体化全自动浮台，与实施例1的区别之处在于，采光板下表面未涂覆透明防雾涂层，对比例3即无防雾涂层实验组，实验结果如图8所示，有防雾涂层的淡化装置的透光面几乎无起雾情况，无防雾涂层的淡化装置的透光面起雾情况明显。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种海水淡化与灌溉一体化全自动浮台，其特征在于，包括全被动太阳能蒸馏模块、灌溉模块、用于连接全被动太阳能蒸馏模块和灌溉模块的连接模块和浮力装置；
所述全被动太阳能蒸馏模块包括上端开口的水槽，所述水槽内设置有自动补水蒸发器，自动补水蒸发器的一侧设置有上端开口的收集槽，其另一侧的上方倾斜设置有采光板，收集槽的上方倾斜设置有冷凝板，收集槽远离采光板的一侧的上端与冷凝板的下表面相抵接，所述采光板、冷凝板的两侧设置有挡板；
所述灌溉模块包括储水部，所述储水部包括土壤；所述连接模块包括滑槽、管道，所述滑槽用于全被动太阳能蒸馏模块和灌溉模块的卡扣连接，所述管道的一端与收集槽的底部相连通，其另一端延伸进入储水部内部，所述管道靠近收集槽的一端水平高度高于其位于储水部内的一端；所述浮力装置包括若干浮块，所述浮块位于全被动太阳能蒸馏模块、灌溉模块的下方。
2.根据权利要求1所述的海水淡化与灌溉一体化全自动浮台，其特征在于，所述冷凝板远离采光板的一端设置有导热板延伸至所述水槽内部。
3.根据权利要求1所述的海水淡化与灌溉一体化全自动浮台，其特征在于，所述采光板下表面涂覆有透明防雾涂层。
4.根据权利要求1所述的海水淡化与灌溉一体化全自动浮台，其特征在于，所述自动补水蒸发器包括板壁、泡沫块、纤维棉布，所述板壁上均匀设置有透水孔，所述泡沫块分布于板壁上表面，所述纤维棉布覆盖于板壁、泡沫块上表面。
5.根据权利要求1所述的海水淡化与灌溉一体化全自动浮台，其特征在于，所述采光板与自动补水蒸发器之间的夹角为30°～45°。
6.根据权利要求1所述的海水淡化与灌溉一体化全自动浮台，其特征在于，所述冷凝板与自动补水蒸发器之间的夹角为45°～90°。
7.根据权利要求1所述的海水淡化与灌溉一体化全自动浮台，其特征在于，所述储水部还包括水凝胶；所述土壤、水凝胶的质量份数比为10:1～2:1。
8.根据权利要求1所述的海水淡化与灌溉一体化全自动浮台，其特征在于，所述自动补水蒸发器上方设置有限位条，所述限位条的一端与水槽靠近采光板的内侧壁相连接，其另一端与收集槽靠近采光板的外侧壁相连接。
9.一种海水淡化与灌溉一体化全自动浮台，其特征在于，包括全被动太阳能蒸馏模块、灌溉模块、用于连接全被动太阳能蒸馏模块和灌溉模块的连接模块和浮力装置；
所述全被动太阳能蒸馏模块包括上端开口的水槽，所述水槽内设置有自动补水蒸发器，自动补水蒸发器的一侧设置有上端开口的收集槽，其另一侧的上方倾斜设置有采光板，收集槽的上方倾斜设置有冷凝板，收集槽远离采光板的一侧的上端与冷凝板的下表面相抵接，所述采光板、冷凝板的两侧设置有挡板；所述冷凝板远离采光板的一端设置有导热板延伸至所述水槽内部；所述采光板下表面涂覆有透明防雾涂层；
所述灌溉模块包括储水部，所述储水部包括土壤和水凝胶，所述土壤、水凝胶的质量份数比为10:1～2:1；所述连接模块包括滑槽、管道，所述滑槽用于全被动太阳能蒸馏模块和灌溉模块的卡扣连接，所述管道的一端与收集槽的底部相连通，其另一端延伸进入储水部内部，所述管道靠近收集槽的一端水平高度高于其位于储水部内的一端；所述浮力装置包括若干浮块，所述浮块位于全被动太阳能蒸馏模块、灌溉模块的下方；
所述自动补水蒸发器包括板壁、泡沫块、纤维棉布，所述板壁上均匀设置有透水孔，所述泡沫块分布于板壁上表面，所述纤维棉布覆盖于板壁、泡沫块上表面；所述自动补水蒸发器上方设置有限位条，所述限位条的一端与水槽靠近采光板的内侧壁相连接，其另一端与收集槽靠近采光板的外侧壁相连接。所述采光板与自动补水蒸发器之间的夹角为30°～45°；所述冷凝板与自动补水蒸发器之间的夹角为45°～90°。
10.一种根据权利1或9所述的海水淡化与灌溉一体化全自动浮台的应用，其特征在于，将所述海水淡化与灌溉一体化全自动浮台大面积覆盖海面应用于海水淡化、海上种植。
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