CN113875461A - 一种适用于夏季温室大棚的苦咸水淡化系统 - Google Patents

Abstract

一种适用于夏季温室大棚的苦咸水淡化系统，属于苦咸水淡化和农业大棚技术领域。该系统包括水帘加湿子系统、冷凝器除湿子系统和通风降温子系统，水帘加湿器均采用廉价的蜂窝状多孔纸板，建造和维护费用低。利用太阳能实现了在无需消耗外部电力和燃料的条件下，黄河流域夏季温室大棚种植的通风降温和淡水自给；采用温室大棚进行苦咸水淡化满足了黄河流域灌溉的淡水需求，利用除湿后的凉爽干空气有效降低了夏季温室大棚农作物种植的温度。二级水帘加湿器装有滚动滑轮，能够在大棚内自由移动，能够降低温室大棚内流动空气温度和提高苦咸水淡化的产量，达到灵活降温和高效产水的目的。

Description

一种适用于夏季温室大棚的苦咸水淡化系统

技术领域

本发明涉及一种适用于夏季温室大棚的苦咸水淡化系统，属于苦咸水淡化和农业大棚技术领域。

背景技术

黄河中下游地区土地贫瘠、日照充足、淡水资源短缺，发展以水资源作为约束的现代生态农业和农业节水技术成为广袤黄河流域生态保护和高质量发展的必由之路。黄河中下游的鄂尔多斯高原、银川平原和黄河三角洲地区地下苦咸水资源丰富，研究如何高效利用太阳能进行苦咸水淡化提供农业灌溉用水，是解决黄河流域农业发展的一种有效途径。

黄河流域夏季炎热，强烈的太阳辐射造成温室大棚内产生不利于农作物生长的高温高湿环境，现有的夏季温室大棚的通风降温技术主要有：

（1）传统的通风系统：利用外界空气的自然通风或强制通风来实现棚内降温。受制于夏季外界空气过高的温度难以有效降低温室大棚内的温度，并且大量的通风需要消耗的电能显著增加。

（2）湿帘-引风机降温系统：外界空气经湿帘内水分蒸发吸热降温后送入温室大棚，湿空气对温室大棚完成降温后排向温室大棚外。这种通风降温子系统不仅消耗额外的淡水，而且容易造成大棚内的湿度过高，不适用于干旱的黄河流域地区。

公布号CN105815152A的中国专利《一种太阳能有机农场》介绍了一种多系统综合型农业生态系统，可实现在白天为大棚降温和为整个农场提供淡水两个目的。其不足在于，该专利系统复杂，投资成本高，不适用于黄河流域广袤地区的农业大棚种植。

公布号CN108476823A的中国专利《农用大棚加湿-除湿型盐水淡化系统》介绍了一种农用大棚、加湿-除湿分离技术、太阳能蒸发技术和滴灌技术有机结合的系统。其不足在于，该专利利用农作物的蒸腾作用和棚顶盐水的自然蒸馏来实现空气的加湿过程，仅依靠自身的蒸发循环过程难以在夏季有效降低温室大棚内的温度。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提出了一种适用于夏季温室大棚的苦咸水淡化系统。该系统针对黄河流域苦咸水和太阳能资源充足的地理和气候条件，将温室大棚种植技术和太阳能苦咸水加湿-除湿淡化技术相结合，利用除湿降温后的干空气直接对农作物进行通风降温，既实现了温室大棚种植所需淡水的自给，又能够有效降低夏季温室大棚的温度而不增加温室大棚的湿度。

本发明采用技术方案如下：一种适用于夏季温室大棚的苦咸水淡化系统，它包括水帘加湿子系统、冷凝器除湿子系统和通风降温子系统；

所述冷凝器除湿子系统中苦咸水池经过苦咸水泵连接至冷凝器苦咸水进口端，冷凝器底部的淡水淋水盘经管道连接至淡水池，冷凝器由冷凝器苦咸水出口端通过苦咸水管分为两路连接至水帘加湿子系统：一路由一级水帘加湿器苦咸水入口连接一级水帘加湿器，其底部的一级水帘加湿器苦咸水淋水盘连接至苦咸水回水管，一级水帘加湿器的空气出口侧布置一级气液分离器；另一路经苦咸水进水软管连接二级水帘加湿器的二级水帘加湿器苦咸水入口，二级水帘加湿器底部的二级水帘加湿器苦咸水淋水盘由苦咸水出水软管连接至苦咸水回水管，二级水帘加湿器的空气出口侧布置二级气液分离器；一级水帘加湿器苦咸水淋水盘及二级水帘加湿器苦咸水淋水盘经苦咸水回水管连接至苦咸水池；所述一级水帘加湿器和二级水帘加湿器采用蜂窝状的多孔纸板结构；

所述通风降温子系统中进风口设置在温室大棚的西侧，引风机设置于温室大棚内的东侧，引风机的出风口与除湿空气风管连接，除湿空气风管上经多个除湿空气送风竖管分别连接除湿空气送风口；温室大棚北侧设有排气窗口。

所述二级水帘加湿器的底部设置滚轮。

所述一级水帘加湿器和二级水帘加湿器的底端高于除湿空气送风口的高度。

所述温室大棚的外侧设有用于发电的太阳能板，太阳能板与引风机、苦咸水泵通过输电线连接。

一种适用于夏季温室大棚的苦咸水淡化系统的工作方法，包括以下步骤：

S1、在冷凝器除湿子系统中，苦咸水池中温度15-25℃的苦咸水由苦咸水泵送入冷凝器的管侧，地下苦咸水为冷凝器的冷源，吸收冷凝器管外热湿空气放出的显热和冷凝潜热，温度升高2-5℃的苦咸水从冷凝器苦咸水出口端由苦咸水管进入水帘加湿子系统；

S2、温度升高2-5℃的苦咸水分为两路进入水帘加湿子系统中，一路由苦咸水进口端进入一级水帘加湿器中，苦咸水自上而下流过蜂窝状的多孔纸板，苦咸水蒸发吸热后温度升高1-3℃，滴落到下端的一级水帘加湿器苦咸水淋水盘，一次加湿后的空气经过一级气液分离器分离出苦咸水液滴也汇集到一级水帘加湿器苦咸水淋水盘；一级水帘加湿器苦咸水淋水盘中的苦咸水由苦咸水回水管返回苦咸水池；另一路苦咸水由二级水帘加湿器苦咸水入口进入二级水帘加湿器中沿二级水帘加湿器多孔纸板向下流动，进入到二级水帘加湿器苦咸水淋水盘中；二次加湿的空气在二级气液分离器中分离出苦咸水液滴也汇集到二级水帘加湿器苦咸水淋水盘中，二级水帘加湿器苦咸水淋水盘里的苦咸水由苦咸水回水管返回苦咸水池；

S3、夏季外界环境30-35℃的干空气从温室大棚西侧进风口吹过一级水帘加湿器多孔纸板，进行加湿降温与20-27℃苦咸水换热后，湿空气温度降低到25-28℃，相对湿度增加到85%-90%，湿空气穿过一级气液分离器去除加湿过程中夹杂的苦咸水液滴后进入温室大棚种植区，湿空气在温室大棚内从西向东流动过程中吸收温室大棚内的热量，湿空气温度升高2-4℃，相对湿度降低到75-80%；

经过温室大棚升温后的湿空气穿过二级水帘加湿器多孔纸板进行二次加湿后，湿空气温度降低到23-25℃，相对湿度增加到90%-95%，经过二级气液分离器后的湿空气进入冷凝器除湿子系统中；

S4、冷凝器竖管外温度为23-25℃和相对湿度为90%-95%的湿空气被冷却到18-20℃，湿空气中的蒸汽在冷凝器竖管表面冷凝成冷凝水，冷凝水汇集到淡水淋水盘后经管道流到淡水池中，经除湿后的干空气进入通风降温子系统；

S5、经冷凝器除湿后的凉爽干空气在引风机的驱动下，经除湿空气风管和除湿空气送风竖管从大棚南侧的除湿空气送风口送入棚内，18-20℃的干空气在温室大棚下部直接吹过农作物，降低夏季温室大棚内农作物的生长温度，重复利用的干空气从排气窗口排到外界环境。

当夏季温室大棚内的温度高于35℃时，向温室大棚西侧进风口方向通过滚轮移动二级水帘加湿器，通过移动二级水帘加湿器的位置实现调节大棚内流动空气的温度和湿度。

所述温室大棚系统仅在白天作业，晚上不运行。太阳能光伏发电系统在白天利用棚顶的太阳能板等组件发电，通过输电线为苦咸水泵和引风机供电。太阳能光伏发电效率、苦咸水泵和引风机等动力设备耗电量均与太阳辐射热成正比。在夏季中午时分，当太阳辐射热量达到高峰，外界环境空气温度最高，含湿量最低时，加湿单元的水蒸发效率越高，冷凝器中的淡水产量亦越大。

利用太阳能实现了在无需消耗外部电力和燃料的条件下，黄河流域夏季温室大棚种植的通风降温和淡水自给；采用温室大棚进行苦咸水淡化满足了黄河流域灌溉的淡水需求，利用除湿后的凉爽干空气有效降低了夏季温室大棚农作物种植的温度，可移动二级加湿装置能够降低温室大棚内流动空气温度和提高苦咸水淡化的产量。

本发明的有益效果：

（1）这种夏季温室大棚苦咸水淡化系统，充分利用太阳能且不需要外部动力和热源条件下，实现了温室大棚种植和苦咸水淡化的联产，解决了温室大棚种植的淡水需求和温室大棚夏季降温的技术难题，适用于黄河流域气候和自然条件的温室大棚种植新技术。

（2）改变以往将冷凝除湿后的干空气直接外排，将除湿降温后的干空气循环回收用于温室大棚内农作物的通风降温，在不增加额外能耗和消耗淡水的前提下，有效降低了夏季温室大棚内的农作物种植温度和湿度。

（3）采用可移动的二次加湿装置，能够依据夏季温室大棚内的温度移动二次加湿的位置，实现灵活调节温室大棚内的流动空气温度，从而降低温室大棚内的温度。

附图说明

图1是一种适用于夏季温室大棚的苦咸水淡化系统的结构图。

图2是一种适用于夏季温室大棚的苦咸水淡化系统的工作原理图。

图中：1、苦咸水池，1a、苦咸水回水管，2、苦咸水泵，3、淡水池，4、冷凝器，4a、冷凝器苦咸水进口端，4b、冷凝器苦咸水出口端，4c、淡水淋水盘，5、苦咸水管，6、一级水帘加湿器，6a、一级水帘加湿器苦咸水入口，6b、一级水帘加湿器苦咸水淋水盘，6c、一级水帘加湿器多孔纸板，7、一级气液分离器，8、二级水帘加湿器，8a、二级水帘加湿器苦咸水入口，8b、二级水帘加湿器苦咸水淋水盘，8c、二级水帘加湿器多孔纸板，9、二级气液分离器，10、引风机，11、除湿空气风管，12、除湿空气送风竖管，13、除湿空气送风口，14、排气窗口，15、滚轮，16、苦咸水出水软管，16a、苦咸水进水软管，17、太阳能板，18、输电线，19、温室大棚， 20、进风口。

具体实施方式

为了使本发明所实现的技术方案、基本特征和功效易于清晰明白，下面通过实施例，并结合附图，对本发明的方案做进一步具体、完整的描述。

如图1、2所示，一种适用于夏季温室大棚的苦咸水淡化系统，它包括水帘加湿子系统、冷凝器除湿子系统和通风降温子系统三部分。

a、冷凝器除湿子系统包括苦咸水泵2、冷凝器4、淡水淋水盘4c、淡水池3、太阳能板17和输电线18。冷凝器4苦咸水进口端4a由管道接至苦咸水泵2出口，冷凝器苦咸水出口端4b通过苦咸水管5分别与一级水帘加湿器6和二级水帘加湿器8连接；冷凝器4底部的淡水淋水盘4c经管道连接至淡水池3；温室大棚顶的太阳能板17通过输电线18为苦咸水泵2和引风机10动力设备供电。

b、水帘加湿子系统包括一级水帘加湿器6、一级气液分离器7、一级水帘加湿器苦咸水淋水盘6b、二级水帘加湿器8、二级气液分离器9、二级水帘加湿器苦咸水淋水盘8b和苦咸水池1。一级水帘加湿器6和二级水帘加湿器8采用蜂窝状的多孔纸板结构。苦咸水管5一路连接一级水帘加湿器6的一级水帘加湿器苦咸水入口6a，一级水帘加湿器6底部的一级水帘加湿器苦咸水淋水盘6b经管道返回苦咸水池1，一级水帘加湿器6的空气出口侧布置一级气液分离器7；苦咸水管5另一路经苦咸水进水软管16a连接二级水帘加湿器8的二级水帘加湿器苦咸水入口8a，其底部的二级水帘加湿器苦咸水淋水盘8b经苦咸水出水软管16返回苦咸水池1，二级水帘加湿器8的空气出口侧布置二级气液分离器9。通过滚轮15可以沿温室大棚长度方向移动二级水帘加湿器8。

c、温室大棚通风降温子系统包括进风口20、引风机10、除湿空气风管11、除湿空气送风竖管12、除湿空气送风口13和排气窗口14。进风口20设置在温室大棚的西侧，引风机10设置于温室大棚内东侧，可从温室大棚西侧引进外界环境空气，同时通过将引风机10出风口与除湿空气风管11连接，经过冷凝除湿系统后的干冷空气经多个除湿空气送风竖管12连接至温室大棚内除湿空气送风口13；温室大棚19北侧设有排气窗口14，用于排出重复利用的干空气。

采用上述技术方案工作时，苦咸水池1中为温度20℃左右的苦咸水，通过苦咸水泵2进入冷凝器4的管侧，吸收冷凝器管外热湿空气放出的显热和冷凝潜热，温度升高2-5℃的苦咸水从冷凝器苦咸水出口端4b，经苦咸水管5分两路分别进入一级水帘加湿器6的苦咸水入口6a和二级水帘加湿器8的苦咸水入口8a。冷凝器管外的湿空气中的蒸汽在冷凝器竖管表面冷凝成冷凝水，冷凝水汇集到淡水淋水盘4c后经管道流到淡水池3中用于农作物种植灌溉。在一级水帘加湿器6和二级水帘加湿器8中，苦咸水自上而下淌过蜂窝状的多孔纸板，蒸发吸热后温度升高1-3℃，升温后的浓苦咸水分别滴落到下端的一级水帘加湿器苦咸水淋水盘6b和二级水帘加湿器苦咸水淋水盘8b,由管道返回苦咸水池1。

在温室大棚东侧的引风机10作用下，夏季外界环境温度30-35℃的干空气，从西侧的进风口20流过一级水帘加湿器6中的多孔纸板6c进行一次加湿降温，与20-27℃苦咸水换热后干空气温度降低到25-28℃，相对湿度增加到85%-90%，湿空气穿过一级气液分离器7去除加湿过程中夹杂的苦咸水液滴后进入温室大棚19种植区，湿空气在温室大棚内从西向东流动过程中吸收温室大棚内的热量，湿空气温度升高2-4℃，相对湿度降低到75-80%，经过温室大棚19升温后的湿空气穿过多孔纸板进行二次加湿后，湿空气温度降低到23-25℃，相对湿度增加到90%-95%，经过二级气液分离器9后的湿空气进入到冷凝器4中，当夏季温室大棚内的温度高于35℃时，向温室大棚西侧进风口20方向移动二级水帘加湿器8，通过移动二级水帘加湿器8的位置从而实现调节大棚内流动空气的温度和湿度。经冷凝器除湿后的凉爽干空气在引风机10的驱动下，经除湿空气风管11和除湿空气送风竖管12从大棚南侧的除湿空气送风口13送入棚内，18-20℃的干空气在温室大棚下部直接吹过农作物，降低了夏季温室大棚内农作物的生长温度，重复利用的干空气从排气窗口14排到外界环境。

所述温室大棚系统仅在白天作业，晚上不运行。太阳能光伏发电系统在白天利用棚顶的太阳能板17等组件发电，通过输电线18为苦咸水泵2和引风机10动力设备供电。

综上，上述实施例是对本发明的技术方案的具体说明。本发明所属技术领域的专业技术人员可以对上述实施例做各种补充修改，或以类似的方式替代，

但不会偏离本发明的本质或超脱所属权利要求书所定义的范围。

Claims (6)

1.一种适用于夏季温室大棚的苦咸水淡化系统，其特征在于：它包括水帘加湿子系统、冷凝器除湿子系统和通风降温子系统；

所述冷凝器除湿子系统中苦咸水池（1）经过苦咸水泵（2）连接至冷凝器（4）苦咸水进口端（4a），冷凝器（4）底部的淡水淋水盘（4c）经管道连接至淡水池（3），冷凝器（4）由冷凝器苦咸水出口端（4b）通过苦咸水管（5）分为两路连接至水帘加湿子系统：一路由一级水帘加湿器苦咸水入口（6a）连接一级水帘加湿器（6），其底部的一级水帘加湿器苦咸水淋水盘（6b）连接至苦咸水回水管（1a），一级水帘加湿器（6）的空气出口侧布置一级气液分离器（7）；另一路经苦咸水进水软管（16a）连接二级水帘加湿器（8）的二级水帘加湿器苦咸水入口（8a），二级水帘加湿器（8）底部的二级水帘加湿器苦咸水淋水盘（8b）由苦咸水出水软管（16）连接至苦咸水回水管（1a），二级水帘加湿器（8）的空气出口侧布置二级气液分离器（9）；一级水帘加湿器苦咸水淋水盘（6b）及二级水帘加湿器苦咸水淋水盘（8b）经苦咸水回水管（1a）连接至苦咸水池（1）；所述一级水帘加湿器（6）和二级水帘加湿器（8）采用蜂窝状的多孔纸板结构；

所述通风降温子系统中进风口（20）设置在温室大棚（19）的西侧，引风机（10）设置于温室大棚（19）内的东侧，引风机（10）的出风口与除湿空气风管（11）连接，除湿空气风管（11）上经多个除湿空气送风竖管（12）分别连接除湿空气送风口（13）；温室大棚（19）北侧设有排气窗口（14）。

2.根据权利要求1所述的一种适用于夏季温室大棚的苦咸水淡化系统，其特征在于：所述二级水帘加湿器（8）的底部设置滚轮（15）。

3.根据权利要求1所述的一种适用于夏季温室大棚的苦咸水淡化系统，其特征在于：所述一级水帘加湿器（6）和二级水帘加湿器（8）的底端高于除湿空气送风口（13）的高度。

4.根据权利要求1所述的一种适用于夏季温室大棚的苦咸水淡化系统，其特征在于：所述温室大棚（19）的外侧设有用于发电的太阳能板（17），太阳能板（17）与引风机（10）、苦咸水泵（2）通过输电线（18）连接。

5.根据权利要求1所述的一种适用于夏季温室大棚的苦咸水淡化系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、在冷凝器除湿子系统中，苦咸水池（1）中温度15-25℃的苦咸水由苦咸水泵（2）送入冷凝器（4）的管侧，地下苦咸水为冷凝器（4）的冷源，吸收冷凝器（4）管外热湿空气放出的显热和冷凝潜热，温度升高2-5℃的苦咸水从冷凝器（4）苦咸水出口端（4b）由苦咸水管（5）进入水帘加湿子系统；

S2、温度升高2-5℃的苦咸水分为两路进入水帘加湿子系统中，一路由苦咸水进口端（6a）进入一级水帘加湿器（6）中，苦咸水自上而下流过蜂窝状的多孔纸板（6c），苦咸水蒸发吸热后温度升高1-3℃，滴落到下端的一级水帘加湿器苦咸水淋水盘（6b），一次加湿后的空气经过一级气液分离器（7）分离出苦咸水液滴也汇集到一级水帘加湿器苦咸水淋水盘（6b）；一级水帘加湿器苦咸水淋水盘（6b）中的苦咸水由苦咸水回水管（1a）返回苦咸水池（1）；另一路苦咸水由二级水帘加湿器苦咸水入口（8a）进入二级水帘加湿器（8）中沿二级水帘加湿器多孔纸板（8c）向下流动，进入到二级水帘加湿器苦咸水淋水盘（8b）中；二次加湿的空气在二级气液分离器（9）中分离出苦咸水液滴也汇集到二级水帘加湿器苦咸水淋水盘（8b）中，二级水帘加湿器苦咸水淋水盘（8b）里的苦咸水由苦咸水回水管（1a）返回苦咸水池（1）；

S3、夏季外界环境30-35℃的干空气从温室大棚（19）西侧进风口（20）吹过一级水帘加湿器多孔纸板（6c），进行加湿降温与20-27℃苦咸水换热后，湿空气温度降低到25-28℃，相对湿度增加到85%-90%，湿空气穿过一级气液分离器（7）去除加湿过程中夹杂的苦咸水液滴后进入温室大棚（19）种植区，湿空气在温室大棚（19）内从西向东流动过程中吸收温室大棚内的热量，湿空气温度升高2-4℃，相对湿度降低到75-80%；

经过温室大棚（19）升温后的湿空气穿过二级水帘加湿器多孔纸板（8c）进行二次加湿后，湿空气温度降低到23-25℃，相对湿度增加到90%-95%，经过二级气液分离器（9）后的湿空气进入冷凝器除湿子系统中；

S4、冷凝器（4）竖管外温度为23-25℃和相对湿度为90%-95%的湿空气被冷却到18-20℃，湿空气中的蒸汽在冷凝器（4）竖管表面冷凝成冷凝水，冷凝水汇集到淡水淋水盘（4c）后经管道流到淡水池（3）中，经除湿后的干空气进入通风降温子系统；

S5、经冷凝器（4）除湿后的凉爽干空气在引风机（10）的驱动下，经除湿空气风管（11）和除湿空气送风竖管（12）从大棚南侧的除湿空气送风口（13）送入棚内，18-20℃的干空气在温室大棚（19）下部直接吹过农作物，降低夏季温室大棚（19）内农作物的生长温度，重复利用的干空气从排气窗口（14）排到外界环境。

6.根据权利要求5所述的一种适用于夏季温室大棚的苦咸水淡化系统的工作方法，其特征在于：当夏季温室大棚内的温度高于35℃时，向温室大棚（19）西侧进风口（20）方向通过滚轮（15）移动二级水帘加湿器（8），通过移动二级水帘加湿器（8）的位置实现调节大棚内流动空气的温度和湿度。

Images