CN114477339A - 一种协同现代农业的太阳能海水淡化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种协同现代农业的太阳能海水淡化系统，包括种植棚和设置在种植棚左右两侧的海水池，所述海水池内部靠近种植棚一侧的底部连通有扁平矩形导水管，所述扁平矩形导水管的一端贯穿种植棚并延伸至种植棚的中部，本发明涉及太阳能海水淡化技术领域。该协同现代农业的太阳能海水淡化系统，通过将界面蒸发系统直接耦合进农业种植棚中，具备占地面积小，易于大规模农业生产的特点，且较常规界面太阳能海水淡化技术而言，半透明状拱形蒸发桥采用具备选择性光吸收性能的有机染料，实现高透射植物生长所需阳光的同时充分利用植物生长所不需要的其他波段阳光实现高效海水淡化，以提供植物生长所需的淡水。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能海水淡化技术领域，具体为一种协同现代农业的太阳能海水淡化系统。
背景技术
水资源短缺是全世界面临的严峻问题，水的使用可分为消耗性或非消耗性，这取决于用过的水可以重复使用的难易程度，消耗性使用将水转化为无法再利用的形式，例如，一部分用于灌溉的水被蒸发并结合到植物生物量中，在具有实际意义的时间尺度上，这些消耗的水无法在流域中重新使用，相比之下，在非消耗性使用之后，水可以被捕获、处理和再利用，如果非消耗性使用降低了水的质量(例如，通过添加污染物)，则会产生废水，非消耗性使用的一个例子是冲马桶，它将饮用水转化为生活废水，原则上，生活污水可以被收集、处理以去除人类病原体和其他污染物，然后再用于饮用或非饮用目的，在全球范围内，最大的耗水量是用于农业，粮食生产与安全对于构建和谐社会、促进国家稳定与发展具有更加重要的意义，解决缺水地区的农业生产问题对区域粮食安全、消除贫困具有重要意义。
新兴的界面太阳能海水淡化技术利用对太阳光全吸收的多孔黑体，以漂浮在海水表面的形式蒸发空气、水界面处的水分子实现高效太阳能海水淡化，因其清洁、廉价、适合离网使用等优点，有望解决沿海缺水地区农业生产水资源匮乏问题，然而，黑体吸光体捕获了全部太阳光，无法提供植物生长所需的阳光，为此特提出一种协同现代农业的太阳能海水淡化系统，构成淡水生产和作物生长协同作用的现代农业系统，解决沿海缺水地区作物生长问题。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种协同现代农业的太阳能海水淡化系统，解决了上述的问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种协同现代农业的太阳能海水淡化系统，包括种植棚和设置在种植棚左右两侧的海水池，所述海水池内部靠近种植棚一侧的底部连通有扁平矩形导水管，所述扁平矩形导水管的一端贯穿种植棚并延伸至种植棚的中部，且两个扁平矩形导水管顶端的内部搭建设置有拱形蒸发桥，所述拱形蒸发桥呈现半透明状，具有植物生长所需阳光的高透射率和植物生长所不需阳光的高吸收率，所述拱形蒸发桥利用马兰戈尼流实现两个扁平矩形导水管中海水的逆重力传输，所述拱形蒸发桥吸收的太阳能通过界面蒸发实现高效海水淡化，其中界面蒸发产生的蒸汽经冷凝后供给种植棚内部的植物生长。
通过采用上述技术方案，将界面蒸发系统直接耦合进农业种植棚，具备占地面积小，易于大规模农业生产的特点，且较常规界面太阳能海水淡化技术而言，半透明状拱形蒸发桥具备透光性，实现植物生长所需阳光供给的同时，实现海水的高效淡化，以提供植物生长所需的淡水。
本发明进一步设置为：所述拱形蒸发桥上表面设置有仿猪笼草表面的微腔阵列，且微腔长度范围为400μm至500μm，深度范围为20μm至60μm。
通过采用上述技术方案，使得拱形蒸发桥表面具备优异的疏水效果，有效降低海水流动摩擦，为海水从扁平矩形导水管中有效传输到拱形蒸发桥外弧面上提供便利条件。
本发明进一步设置为：所述拱形蒸发桥在马兰戈尼流作用下自发实现海水从拱形蒸发桥两侧的扁平矩形导水管中向拱形蒸发桥顶端的逆重力传输，传输距离和高度大于50cm。
本发明进一步设置为：所述拱形蒸发桥呈现半透明状，在叶绿素a吸收波段、叶绿素b吸收波段和类胡萝卜素吸收波段具有高透射率。
本发明进一步设置为：所述叶绿素a吸收波段为350nm-450nm和640nm-680nm，所述叶绿素b吸收波段为420nm-470nm和630nm-650nm，所述类胡萝卜素吸收波段为390nm-510nm。
通过采用上述技术方案，保证阳光中穿过拱形蒸发桥的波段为植物生长所需的波段。
本发明进一步设置为：所述拱形蒸发桥在280nm-350nm、510nm-630nm、680nm-2500nm波段具备高吸收率。
通过采用上述技术方案，对植物生长不需要的阳光波段进行吸收，为海水的高效淡化提供充足的能量。
本发明进一步设置为：所述拱形蒸发桥采用3D打印方式制作而成，且在进行3D打印时使用的选择性光学吸收剂二维共轭二噻吩基苯并二噻吩对氟苯并三唑共聚物、非富勒烯受体与富勒烯受体、PBDB-TF、BO-4Cl、PC71BM中的一种或者多种组成而成。
通过采用上述技术方案，采用具备选择性光吸收性能的有机染料，实现高透射植物生长所需阳光的同时充分利用植物生长所不需要的其他波段阳光实现高效海水淡化，以提供植物生长所需的淡水。
(三)有益效果
本发明提供了一种协同现代农业的太阳能海水淡化系统。具备以下有益效果：
(1)该协同现代农业的太阳能海水淡化系统，通过将界面蒸发系统直接耦合进农业种植棚，具备占地面积小，易于大规模农业生产的特点，且较常规界面太阳能海水淡化技术而言，半透明状拱形蒸发桥具备透光性，实现植物生长所需阳光供给的同时，实现海水的高效淡化，以提供植物生长所需的淡水，并且拱形蒸发桥在马兰戈尼对流驱动下具备抗盐沉积性能。
(2)该协同现代农业的太阳能海水淡化系统，通过采用具备选择性光吸收性能的有机染料，实现高透射植物生长所需阳光的同时，充分利用植物生长所不需要的其他波段阳光实现高效海水淡化，以提供植物生长所需的淡水。
(3)该协同现代农业的太阳能海水淡化系统，通过将拱形蒸发桥直接耦合进种植棚，构成淡水生产和作物生长协同作用的现代农业系统，具备占地面积小，易于大规模农业生产的特点，有效解决沿海缺水地区作物生长问题。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中，1、种植棚；2、海水池；3、扁平矩形导水管；4、拱形蒸发桥。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明实施例提供以下两种技术方案：
实施例一、
一种协同现代农业的太阳能海水淡化系统，包括种植棚1和设置在种植棚1左右两侧的海水池2，海水池2内部靠近种植棚1一侧的底部连通有扁平矩形导水管3，扁平矩形导水管3的一端贯穿种植棚1并延伸至种植棚1的中部，其中，扁平矩形导水管3通过连接架与种植棚1的内部固定连接，通过连接架对扁平矩形导水管3进行支撑限位，两个扁平矩形导水管3顶端的内部搭建设置有拱形蒸发桥4，拱形蒸发桥4上表面设置有仿猪笼草表面的微腔阵列，且微腔长度范围为400μm至500μm，深度范围为20μm至60μm，拱形蒸发桥4采用3D打印方式制作而成，且在进行3D打印时使用的选择性光学吸收剂为二维共轭二噻吩基苯并二噻吩对氟苯并三唑共聚物、非富勒烯受体与富勒烯受体、PBDB-TF、BO-4Cl、PC71BM中的一种或者多种组成而成，拱形蒸发桥4呈现半透明状，具有植物生长所需阳光的高透射率和植物生长所不需阳光的高吸收率，具体的，拱形蒸发桥4在叶绿素a吸收波段、叶绿素b吸收波段和类胡萝卜素吸收波段具有高透射率，其中，叶绿素a吸收波段为350nm-450nm和640nm-680nm，叶绿素b吸收波段为420nm-470nm和630nm-650nm，类胡萝卜素吸收波段为390nm-510nm，拱形蒸发桥4在280nm-350nm、510nm-630nm、680nm-2500nm波段具备高吸收率，拱形蒸发桥4利用马兰戈尼流实现两个扁平矩形导水管3中海水的逆重力传输，拱形蒸发桥4在马兰戈尼流作用下自发实现海水从拱形蒸发桥4两侧的扁平矩形导水管3中向拱形蒸发桥4顶端的逆重力传输，传输距离和高度大于50cm，拱形蒸发桥4吸收的太阳能通过界面蒸发实现高效海水淡化，其中界面蒸发产生的蒸汽经冷凝后供给种植棚1内部的植物生长。
实施例二、
一种协同现代农业的太阳能海水淡化系统，选用二维共轭二噻吩基苯并二噻吩对氟苯并三唑共聚物、非富勒烯受体与富勒烯受体、PBDB-TF、BO-4Cl、PC71BM中的一种或者多种作为选择性光学吸收剂，将选择性光学吸收剂与3D打印浆料在机械混合机中充分预混后经真空脱气后备用，通过3D打印技术制备出具备仿猪笼草表面的微腔阵列的拱形蒸发桥4，其中3D打印技术相对成熟，因此不再赘述，将打印的拱形蒸发桥4安置于扁平矩形导水管3中，拱形蒸发桥4底部按需安置或不安置植物生长所需土壤，作为说明，生产可水培植物时，便直接将植物种子安置于底部水槽中即可。
工作时，海水蓄存在海水池2中，经过扁平矩形导水管3时，保持与海水池2中水平面相同高度，将拱形蒸发桥4搭在两个扁平矩形导水管3上，阳光照射种植棚1，其中350nm-450nm、640nm-680nm、420nm-470nm、630nm-650nm、390nm-510nm波段的阳光穿过拱形蒸发桥4，280nm-350nm、510nm-630nm、680nm-2500nm波段的阳光被拱形蒸发桥4吸收，在马兰戈尼流作用下，海水从拱形蒸发桥4两侧的扁平矩形导水管3中向拱形蒸发桥4外弧面上进行逆重力传输，拱形蒸发桥4吸收太阳能后，对逆流的海水进行蒸发，水蒸气至种植棚1上后，冷凝成水滴，落在种植棚1内腔的底部，在种植棚1内腔底部位于拱形蒸发桥4的底部铺设泥土后播种种子或者直接放置水培植物种子，即可对冷凝淡水进行利用。
综上所述，本发明提出的一种协同现代农业的太阳能海水淡化系统，与传统界面蒸发系统相比采用具备选择性光吸收性能的有机染料，实现高透射植物生长所需阳光的同时充分利用植物生长所不需要的其他波段阳光实现高效海水淡化，以提供植物生长所需的淡水，与传统界面蒸发器相比，一种面向缺水地区的协同现代农业的界面太阳能海水淡化系统，可以将界面蒸发系统直接耦合进农业种植棚，具备占地面积小，易于大规模农业生产的特点。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种协同现代农业的太阳能海水淡化系统，包括种植棚(1)和设置在种植棚(1)左右两侧的海水池(2)，其特征在于：所述海水池(2)内部靠近种植棚(1)一侧的底部连通有扁平矩形导水管(3)，所述扁平矩形导水管(3)的一端贯穿种植棚(1)并延伸至种植棚(1)的中部，且两个扁平矩形导水管(3)顶端的内部搭建设置有拱形蒸发桥(4)，所述拱形蒸发桥(4)呈现半透明状，具有植物生长所需阳光的高透射率和植物生长所不需阳光的高吸收率，所述拱形蒸发桥(4)利用马兰戈尼流实现两个扁平矩形导水管(3)中海水的逆重力传输，所述拱形蒸发桥(4)吸收的太阳能通过界面蒸发实现高效海水淡化，其中界面蒸发产生的蒸汽经冷凝后供给种植棚(1)内部的植物生长。
2.根据权利要求1所述的一种协同现代农业的太阳能海水淡化系统，其特征在于：所述拱形蒸发桥(4)上表面设置有仿猪笼草表面的微腔阵列，且微腔长度范围为400μm至500μm，深度范围为20μm至60μm。
3.根据权利要求1所述的一种协同现代农业的太阳能海水淡化系统，其特征在于：所述拱形蒸发桥(4)在马兰戈尼流作用下自发实现海水从拱形蒸发桥(4)两侧的扁平矩形导水管(3)中向拱形蒸发桥(4)顶端的逆重力传输，传输距离和高度大于50cm。
4.根据权利要求1所述的一种协同现代农业的太阳能海水淡化系统，其特征在于：所述拱形蒸发桥(4)在叶绿素a吸收波段、叶绿素b吸收波段和类胡萝卜素吸收波段具有高透射率。
5.根据权利要求4所述的一种协同现代农业的太阳能海水淡化系统，其特征在于：所述叶绿素a吸收波段为350nm-450nm和640nm-680nm，所述叶绿素b吸收波段为420nm-470nm和630nm-650nm，所述类胡萝卜素吸收波段为390nm-510nm。
6.根据权利要求1所述的一种协同现代农业的太阳能海水淡化系统，其特征在于：所述拱形蒸发桥(4)在280nm-350nm、510nm-630nm、680nm-2500nm波段具备高吸收率。
7.根据权利要求1所述的一种协同现代农业的太阳能海水淡化系统，其特征在于：所述拱形蒸发桥(4)采用3D打印方式制作而成，且在进行3D打印时使用的选择性光学吸收剂为二维共轭二噻吩基苯并二噻吩对氟苯并三唑共聚物、非富勒烯受体与富勒烯受体、PBDB-TF、BO-4Cl、PC71BM中的一种或者多种组成而成。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102013003935A1 (de) * | 2013-03-07 | 2014-09-11 | Claude Mohadjer | Solare Meerwasserentsalzungsanlage |
| CN103332863A (zh) * | 2013-05-16 | 2013-10-02 | 河北大学 | 农业大棚用Cr3+激活氧化铝微晶玻璃、制备及其应用 |
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Non-Patent Citations (1)
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|---|
| LEI WU等: "Highly efficient three-dimensional solar evaporator", 《NATURE COMMUNICATIONS》 * |
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