CN113023813B - 一种基于太阳能蒸馏的自灌溉海上漂浮式种植装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种基于太阳能蒸馏的自灌溉海上漂浮式种植装置，属于太阳能聚光利用和新型农业设施技术领域。该装置由聚光透镜、吸热器、种植腔及多级布置的亲水材料和冷凝板等部分组成。太阳光线经聚光透镜聚光后，被吸热器接收转化为热能，加热亲水材料内海水，产生的水蒸气被冷凝板凝结，同时释放潜热加热第二级亲水材料内的海水，热量依次向外传递，实现了对热量的多次回收和利用。每级产生的淡水直接输送至种植腔的底部供作物生长。该装置将聚光组件、海水淡化组件和无土栽培组件集成为一个整体，具有结构紧凑，易于安装，产水效率高的优点。

Description

一种基于太阳能蒸馏的自灌溉海上漂浮式种植装置

所属技术领域

本发明属于太阳能聚光利用和新型农业设施技术领域，具体涉及一种基于太阳能蒸馏的自灌溉海上漂浮式种植装置。

背景技术

我国有五千多个海岛，由于缺少淡水，许多岛上耕地被荒废，因此有许多海岛未被有效的开发和利用。可利用太阳能在海岛上生产淡水，然而传统的太阳能海水淡化装置体积庞大，需要配置冗长的换热管路，这对陆地面积极为有限的海岛地区是极为不利的。同时在岛上发展农业还需要配备复杂的灌溉系统，这会大大增加农业生产成本，降低粮食生产的经济性。

如果能在海洋表面发展现代农业，同时利用太阳能进行海水淡化为作物提供灌溉用水，那么淡水和土地资源紧缺的问题都能被有效解决。然而目前的太阳能海水淡化技术难以得到大规模的推广和应用，因为它们存在投资成本过高和产水效率较低的缺点，主要由以下几点原因造成：较大的海水热容量增加了热损失；水蒸气凝结时释放的潜热没有得到利用；蒸发面温度较低，导致海水蒸发效率较低。这些因素限制了太阳能海水淡化与现代农业技术的结合。

发明内容

综上所述，为了能在海洋表面实现简单、低成本和大规模的种植农作物，本发明提出了一种基于太阳能蒸馏的自灌溉海上漂浮式种植装置。它将聚光组件、海水淡化组件和水培种植组件集成为一个整体，可以多次利用聚光产生的热能进行海水淡化，同时将生产的淡水直接输送至作物的根部。该装置省却了输水管路的安装，结构更加简单紧凑。整个装置为全被动运行，无需人员管理，可直接放置在海面上应用。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

一种基于太阳能蒸馏的自灌溉海上漂浮式种植装置，包括聚光透镜、反光板、冷凝板、亲水材料、二次反光板、吸热器和种植腔等几部分。连接关系如下：反光板上端与聚光透镜相连接，下端与透光板相连接；吸热器上端与透光板密封连接，下端与二次反光板密封连接；定植框安装在隔板的下方，定植框内放置有作物，作物的根伸入到种植腔底端的淡水中。

进一步的，冷凝板上端与反光板密封连接，下端与壳壁密封连接，多个冷凝板平行布置；吸热器及每一级冷凝板背面贴有亲水材料，亲水材料穿过下方漂浮层伸入到海水中，利用毛细吸力吸取海水进行蒸发；所述亲水材料与冷凝板之间为封闭的空气夹层；所述淡水收集槽安装在冷凝板的底端，用于收集滴落的淡水。

工作原理如下：太阳光线被聚光透镜聚集后，经反光板反射穿过透光板，再经二次反光板反射后到达吸热器被吸收转换为热能。亲水材料利用毛细吸力从下方吸取海水，海水被吸热器加热蒸发，产生的水蒸气扩散到空气夹层，遇到冷凝板后被凝结为淡水，同时释放出潜热加热下一级亲水材料内的海水，直至水蒸气被两侧壳壁冷凝。通过向两侧逐级的蒸发和冷凝，实现了对太阳热能的多次利用。凝结的淡水滴落到淡水收集槽中，然后通过输水管输送至种植腔的底端用于作物生长。

本发明的有益效果：

(1)利用聚集的太阳光提高了蒸发温度，同时可对热能多次回收和利用，提高了能量利用效率。

(2)将海水淡化组件和种植组件集成为一个装置，省却了输水管路，结构紧凑，安装成本低廉。

(3)整个装置为全被动式运行，仅利用太阳能就可实现高效产水和作物的自然生长，运行简单可靠，工作过程低碳环保。

(4)该装置可直接漂浮在海面上工作，多个装置可横向拼接，形成大规模的海上农场，可用于海岛地区或者海上工作平台人员的粮食生产。

附图说明

图1为本发明装置的示意图。

图2为本发明冷凝板和亲水材料不与反光板接触的实施例图。

图3为本发明使用透明盖板和抛物面聚光镜的实施例图。

图4为本发明取消了次级反光板，吸热器为“V”型槽结构的实施例图。

图5为本发明使用蓄热材料的实施例图。

其中，1-聚光透镜；2-反光板；3-冷凝板；4-透光板；5-壳壁；6-亲水材料；7-二次反光板；8-吸热器；9-漂浮层；10-空气夹层；11-淡水收集槽；12-输水管；13-作物；14-隔板；15-定植框；16-种植腔；17-透明盖板；18-抛物面聚光镜；19-蓄热材料；20-导热板

具体实施方式

对下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明：

如附图1所示，本发明提供了一种基于太阳能蒸馏的自灌溉海上漂浮式种植装置，包括聚光透镜(1)、反光板(2)、冷凝板(3)、亲水材料(6)、二次反光板(7)、吸热器(8)和种植腔(16)等部件；所述反光板(2)上端与聚光透镜(1)相连接，下端与透光板(4)相连接；所述吸热器(8)上端与透光板(4)相连接，下端与二次反光板(7)相连接；所述定植框(15)安装在隔板(14)的下方，定植框内放置有作物(13)；所述淡水收集槽(11)与种植腔(16)通过输水管(12)相连通。

进一步的，所述冷凝板(3)上端与反光板(2)相连接，下端与壳壁(5)相连接，多个冷凝板平行布置；所述吸热器(8)及冷凝板(3)背面贴有亲水材料(6)，所述亲水材料(6)穿过下方漂浮层(9)伸入到海水中，利用毛细吸力吸取海水进行蒸发；所述亲水材料(6)与冷凝板(3)之间为封闭的空气夹层(10)；所述淡水收集槽(11)安装在冷凝板(3)的底端，用于收集滴落的淡水。

工作原理：太阳光线被聚光透镜(1)聚集后，经反光板(2)反射后穿过透光板(4)，再经二次反光板(7)反射后到达吸热器(8)被吸收转换为热能。亲水材料(6)利用毛细吸力从下方吸取海水，海水被吸热器(8)加热蒸发，产生的水蒸气扩散到空气夹层(10)，遇到冷凝板(3)后被凝结为淡水，同时释放出潜热加热下一级亲水材料(6)内的海水，直至水蒸气被两侧壳壁(5)冷凝。通过向两侧逐级的蒸发和冷凝，实现了对太阳热能的多次利用。凝结的淡水滴落到淡水收集槽(11)中，然后通过输水管(12)输送至种植腔(16)的底端用于作物(13)生长。

图2为本发明中冷凝板(3)和亲水材料(6)不与反光板(2)接触的实施例图。这样布置使聚光组件和淡化组件相对独立，有利于菲涅尔透镜(1)和反光板(2)的安装和拆卸。

图3是本发明使用透明盖板和抛物面聚光镜的实施例图，太阳光穿过透明盖板(17)后，被抛物面聚光镜(18)反射到下方吸热器(8)上，得到高温热能，使用抛物面聚光镜(18)能使装置接收入射角更大的太阳光线。

图4是本发明吸热器为“V”型槽结构的实施例图，冷凝板(3)及亲水材料(6)为倾斜布置，聚集的光线经过反光板(2)反射后，直接被吸热器(8)吸收，这样可省去次级反光板(7)的安装，使装置结构更加简单。

图5为本发明使用蓄热材料的实施例图。吸热器(8)为水平布置，安装在反光板(2)底端，吸热器(8)两端与导热板(20)密封连接，导热板之间填充有蓄热材料(19)。使用蓄热材料可以使两侧淡化组件受热更均匀，避免因太阳辐射波动较大导致产水量不稳定。在夜间或者阴天，蓄热材料可以释放积攒的太阳热量，增加了装置的产水时长和稳定性。

由此，本发明中具体实施方式的描述，并非是对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明技术方案前提下，本领域普通技术人员对技术方案所做出的任何变形和改进将仍属于本发明的保护范围。。

Claims (1)

1.一种基于太阳能蒸馏的自灌溉海上漂浮式种植装置，包括聚光透镜(1)、反光板(2)、冷凝板(3)、亲水材料(6)、二次反光板(7)、吸热器(8)和种植腔(16)部件；所述反光板(2)上端与聚光透镜(1)相连接，下端与透光板(4)相连接；所述吸热器(8)上端与透光板(4)相连接，下端与二次反光板(7)相连接；定植框(15)安装在隔板(14)的下方，定植框内放置有作物(13)；淡水收集槽(11)与种植腔(16)通过输水管(12)相连通；

所述冷凝板(3)上端与反光板(2)相连接，下端与壳壁(5)相连接，多个冷凝板平行布置；所述吸热器(8)及冷凝板(3)背面贴有亲水材料(6)，所述亲水材料(6)穿过下方漂浮层(9)伸入到海水中，利用毛细吸力吸取海水进行蒸发；所述亲水材料(6)与冷凝板(3)之间为封闭的空气夹层(10)；所述淡水收集槽(11)安装在冷凝板(3)的底端；

吸热器(8)将聚集的太阳光线转化为热能，加热亲水材料(6)内的海水，产生的水蒸气被冷凝板(3)凝结为淡水，同时释放出潜热加热下一级亲水材料(6)内的海水，实现了对热量的多次回收和利用；淡水滴落到下方淡水收集槽(11)中，然后通过输水管(12)被输送至种植腔(16)内底端供作物(13)生长。

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