一种可用海水直接灌溉的太阳能自产淡水种植装置的制作方法

本发明涉及一种可用海水直接灌溉的太阳能自产淡水种植装置。利用太阳能进行海水淡化并应用于农业种植工程，属太阳能聚光利用和新型农业设施技术领域。

背景技术：

世界许多地区都存在淡水资源与土地资源严重短缺的问题，农作物灌溉占用了地球上70％的淡水资源，且灌溉紧张匮乏问题日益凸显，如果能利用太阳能进行海水淡化，方便快捷的生产淡水并就近供的农作物生长，既解决淡水短缺问题，又能解决用农业用地紧张困难，那将实现人们对海洋农业工程的憧憬。

另一方面，利用太阳能进行海水淡化既可以节省大量传统能源，也可避免环境污染，因此人们不懈追求利用太阳能进行海水淡化的方法。近一百年来，人们对利用太阳能进行海水淡化做出了巨大努力，然而，太阳能海水淡化技术至今仍然不能大规模推广利用，原因是它的经济性目前无法与传统的工业化海水淡化系统相媲美。

分析表明，造成太阳能海水淡化经济成本过高的主要原因有：(1)传统太阳能海水淡化系统主要由太阳能集热器、储热器和淡化器三部分组成，三者之间需要冗长管路的管路相互连接，造成传热阻力大和管路热损失增加，致使整体系统效率不高。(2)太阳能集热系统的建设成本过高。据分析，太阳能海水淡化系统有大约80％的成本来自太阳能集热器端。(3)太阳能集热系统占地面积大，占地成本高，这对土地资源紧缺的地方尤其不利，也增加了系统的管理成本。因此，将太阳能集热器与海水淡化器结合为一体，省略诸多中间环节的太阳能海水淡化系统是一个很好的思路。

对于农业工程的海水灌溉，研究学者已经进行了许多尝试，但现阶段人们发展的海洋农业思路只局限于怎样使农作物接受海水直灌，或在海洋中的船只上和近岸陆地处种植植物并安装淡化装置来获取淡水。但并不是所有植物都能接受海水直灌，而且在近岸处设置传统的海水淡化系统不仅占用土地资源也需要冗长的输送管路将淡水运送到农田，而且传统的海水淡化技术也会造成环境污染，因此这些并不是最直接最有效的海洋农业的发展途径。

综上所述，为了发展海洋农业工程，需要解决两大问题：淡水和种植基物。如果能将两者结合起来，将是一个全新想法。针对以上问题，本发明提出一种可用海水直接灌溉的太阳能自产淡水种植装置的技术方案。

技术实现要素：

本发明提供了一种可用海水直接灌溉的太阳能自产淡水种植装置。该装置可以利用内部结构直接进行太阳能海水淡化提供植物淡水需求和生长空间。它的最大优势就是将海水淡化系统和种植系统合二为一，变成一个浓缩的系统，省却了管路的传热和传输过程，从而减少能量的传递阻力，同时利用农作物的种植间隙生产淡水，不占用多余土地面积，节约了农业灌溉成本。因此缓解了淡水资源与土地资源的紧缺的现状，简化了海水淡化系统和农作物浇灌系统。

一种可用海水直接灌溉的太阳能自产淡水种植装置，该结构包括聚光反射器、二次反光板、顶部透光板、底部透光板、海水槽、吸水材料、吸水层、种植腔、冷凝腔、挡板、底板、U形槽、聚光腔、外侧竖板、内侧竖板、作物等几部分。它们的连接关系如下，聚光反射器的下端与二次反光板的上端相连，二次反光板的下端与底部透光板的两端密封连接，聚光反射器顶端与顶部透光板的两端相连，构成一个完整的聚光腔。由外侧竖板和内侧竖板及底板构成种植腔，聚光腔的上端与种植腔)上端密封相连，种植腔的下部经由U形槽与聚光腔下部的底板连通连接，海水槽置于底板的上部并在底部透光板正下方，如此由聚光腔内侧竖板和底板构成一个气体密封的冷凝腔。种植腔中有供植物生长所需的土壤，土壤上部栽种作物，土壤下部为吸水层，吸水层下部设有挡板，挡板)开孔并安装有吸水材料。工作原理：该装置工作时，太阳光通过顶部透光板照射到聚光反射器反射面上，被反射至二次反光板上，再由二次反射板经底部透光板将光反射到海水槽中的海水表面，形成聚光，得到高温热能。

海水槽中可注入海水，海水受热蒸发，产生的蒸汽进入冷凝腔中，并在那里遇冷凝结生成淡水。冷凝腔中的冷凝面与吸水层和种植腔相接触因此具有较低温度，为热蒸汽冷凝创造了条件。为了避免外部杂尘和蒸汽进入聚光腔，在聚光反射器的进光口和出光口处加装了顶部透光板和底部透光板。U型槽可防止产生的热蒸汽从种植腔体中泄露，影响产水效果.

吸水材料吸收冷凝腔中的淡水并将其输送至吸水层中，种植腔中放置有土壤，土壤从吸水层中吸收淡水供作物生产使用。为了便于生产和使用，该结构可以设计成二维槽式结构。

本发明的有益效果是：

(1)将集热系统与海水淡化系统一体化，省却了管路的传热和传输过程，从而减少能量的传递阻力。

(2)直接利用海水进行灌溉，将海水淡化系统和种植系统合二为一，变成一个浓缩的系统，同时利用农作物的种植行距间隙生产淡水，不占用多余土地面积，节约了农业灌溉和种植成本。

(3)此类装置完全可以用有机透明材料制造，用户既可以直接收集淡水用于饮用，也可以应用于农业工程灌溉和种植。此种结构可以实现大规模横向拼接，实现环保低成本的海水农业工程。

附图说明

图1为本发明的单元剖面结构图；

图2为本发明实施例一体化的聚光-冷凝空间结构原理图；

图3为本发明实施例带有隔热层的海水种植结构原理图；

图4为本发明实施例设置有倾斜聚光反射器的海水种植结构原理图

图5为本发明实施例可以横向拼接的太阳能自产淡水种植装置示意图。

其中，1-聚光反射器；2-二次反光板；3-顶部透光板；4-底部透光板；5-海水槽；6-吸水材料；7-吸水层；8-种植腔；9-冷凝腔；10-挡板；11-底板；12-U形槽；13-聚光腔；14-外侧竖板；15-内侧竖板；16-作物；17-倾斜的顶部透光板；18-出水口；19-内置冷凝腔；20-透明海水槽；21-隔热层；22-倾斜的聚光反射器。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

如附图1所示，本发明提供了一种可用海水直接灌溉的太阳能自产淡水种植装置，该结构包括聚光反射器(1)、二次反光板(2)、顶部透光板(3)、底部透光板(4)、海水槽(5)、吸水材料(6)、吸水层(7)、种植腔(8)、冷凝腔(9)、挡板(10)、底板(11)、U形槽(12)、聚光腔(13)、外侧竖板(14)、内侧竖板(15)、作物(16)等几部分。太阳光通过顶部透光板(3)照射到聚光反射器(1)反射面上，被反射至二次反光板(2)上，再由二次反射板(2)经底部透光板(4)将光反射到海水槽(5)中的海水表面，形成聚光，得到高温热能。海水槽(5)中的海水受热蒸发，产生的蒸汽进入冷凝腔(9)中，并在那里遇冷凝结生成淡水。为了避免外部杂尘和蒸汽进入聚光腔，在聚光反射器(1)的进光口和出光口处加装了顶部透光板(3)和底部透光板(4)。吸水材料(6)吸收冷凝腔(9)中的淡水并将其输送至吸水层(7)中，种植腔(8)中放置有土壤，土壤从吸水层(7)中吸收淡水供栽种在其中的作物(16)生产使用。

如附图2所示，为一体化的聚光-冷凝空间种植结构原理图。一体化的聚光腔和内置冷凝腔(13)设计，聚光反射器(1)的反射板和内侧竖板(15)合二为一，聚光反射器(1)的顶部设有倾斜的顶部透光板(17)。在聚光反射器(1)底部，设有透明海水槽(20)，阳光透过透明海水槽(20)的挡板加热并蒸发海水，蒸汽在倾斜的顶部透光板(17)处凝结成淡水，并可以沿着倾斜的顶部透光板(17)流进聚光反射器(1)底部并经出水孔(20)输出。

如附图3所示，为带有隔热层的海水种植结构原理图。隔热层(21)设置在冷凝腔(9)与种植腔(8)之间，隔热层(21)上端与空气接触，内部空气与外界进行换热，可为冷凝腔(9)内热蒸汽在冷凝壁面凝结创造条件，同时也可隔绝冷凝壁面传热给种植腔(8)，避免土壤过热不利于作物(16)生长。

如附图4所示，为设置有倾斜聚光反射器的海水种植结构原理图。将竖直的聚光反射器倾斜一定角度，形成倾斜的聚光反射器(22)。倾斜的聚光反射器(22)更有利于收集太阳光，增加淡水产量。

如附图5所示，为可以横向拼接的太阳能自产淡水种植装置示意图。可用海水直接灌溉的太阳能自产淡水种植装置单元结构可以进行任意横向拼接，形成大规模海水淡化或海水农业工程。