本發明涉及一種利用波浪能的土壤灌溉施肥系統，屬于新型可再生能源技術和海洋裝備技術領域。

背景技術：

隨著全球能源危機、溫室效應和開采傳統能源所帶來的環境污染問題的加劇，海洋可再生能源的開發越來越受到重視。其中，波浪能由于其儲量巨大受到廣泛關注，目前已有大量形式各異的波浪能裝置被研發出來，但是已有的研究成果都是關于波浪能發電裝置，將波浪能應用于土壤灌溉施肥的技術還不是特別的成熟和完善，只有少部分的學者提出了在海上建立種植平臺并對海水進行淡化處理的設計想法，在島礁或是沿海偏遠地區安置可以對土壤進行灌溉施肥的種植平臺，可以有效解決附近居民的飲食需要，并且也在一定程度上促進了當地農業的發展，有著顯著的經濟效益。

海上土壤灌溉施肥系統的技術核心是海水淡化以及循環系統，簡單的海水淡化方法有海水蒸餾法，即取海水放入蒸發皿中加熱，上面放上冷凝板，從冷凝板上收集到的就是淡水，而蒸發皿中最后殘留的鹽就是重要的化工原料。復雜的海水淡化方法有反滲透法，這種方法利用半透膜來達到將淡水與鹽分離的目的。在通常情況下，半透膜允許溶液中的溶劑通過，而不允許溶質透過。由于海水含鹽高，如果用半透膜將海水與淡水隔開，淡水會通過半透膜擴散到海水的一側，從而使海水一側的液面升高，直到一定的高度產生壓力，使淡水不再擴散過來。這個過程是滲透。如果反其道而行之，要得到淡水，只要對半透膜中的海水施以壓力，就會使海水中的淡水滲透到半透膜外，而鹽卻被半透膜阻擋在海水中。反滲透法的優點就是節能，生產同等質量的淡水，它的能源消耗僅為蒸餾法的1/40。

技術實現要素：

針對上述問題，本發明提供一種利用波浪能的土壤灌溉施肥系統，它克服了傳統波浪能裝置功能單一、維護困難以及波浪和海水資源得不到充分利用等缺陷，同時具有海水淡化和培育農作物的雙重功能，不僅能夠高效地將波浪能轉化為壓力勢能，而且創新性地將活塞抽水系統、反滲透系統和儲存水肥混合物的裝置整合在了一起，提高了灌溉農作物的效率。

為達到上述目的，本發明提供一種利用波浪能的土壤灌溉施肥系統，包括漂浮平臺、若干個用于讓海水單向進入的單向閥門機構和若干個錨泊系統；

所述漂浮平臺為箱式浮體，所述漂浮平臺從上向下依次設置有植物生長層、土壤層、肥料層和設備層；所述土壤層與所述肥料層之間設置有過濾層；

若干個所述錨泊系統固定連接所述漂泊平臺，所述的錨泊系統的底端固定連接海底，若干個所述單向閥門結構均分別滑動連接若干個所述錨泊系統；

所述植物生長層包括一級儲水室和二級儲水室，所述二級儲水室通過聯通管道連通所述一級儲水室，所述一級儲水室通過滴灌管道連通所述土壤層；

所述肥料層包括肥料壓入倉，所述設備層包括反滲透系統，所述肥料壓入倉通過管道連通所述一級儲水室，若干個所述單向閥門結構連通所述反滲透系統的一端，所述反滲透系統的另一端連通所述二級儲水室，所述反滲透系統與所述肥料壓入倉形成聯動機構；

所述土壤層中種植植物，海水通過若干個所述單向閥門機構后進入所述反滲透系統；海水在所述反滲透系統中通過反滲透法分離出淡水，淡水被送入所述二級儲水室中，同時所述反滲透系統帶動所述肥料壓入倉工作將所述肥料層中的肥料水壓入所述一級儲水室中，所述一級儲水室中儲存的肥料水流入所述土壤層中灌溉植物，未被所述土壤層吸收的肥料水在自身重力作用下通過所述過濾層流入肥料層中循環利用；所述二級儲水室向所述一級儲水室中送入淡水。

優先地，所述土壤層包括土壤和滴灌管道；所述土壤鋪設在所述土壤層中，所述滴灌管道鋪設在所述土壤中。

優先地，所述錨泊系統包括環形浮筒、柱形水筒、錨系點、錨鏈、滑軌和若干個滑輪；所述柱形水筒為圓柱體，所述柱形水筒固定連接所述設備層的底壁，所述滑軌固定在所述柱形水筒的側壁上，若干個所述滑輪均轉動連接所述滑軌；所述錨系點固定連接所述柱形水筒的底部，所述錨鏈的一端固定連接所述錨系點，所述錨鏈的另一端固定連接海底；所述環形浮筒形狀為圓筒，所述環形浮筒滑動連接所述柱形水筒的側壁，所述環形浮筒在所述滑軌的上方運動。

優先地，所述單向閥門機構包括若干個集水管道、若干個具有彈性形變的弧形單向閥、若干個海水壓入倉、若干個鋼珠；

若干個所述海水壓入倉圍繞所述柱形水筒沿圓周方向固定連接所述環形浮筒的底壁，若干個所述海水壓入倉均滑動連接所述滑軌；

所述海水壓入倉、所述集水管道均為圓柱體，所述集水管道穿過所述海水壓入倉的底壁伸入所述海水壓入倉中，所述集水管道固定連接所述海水壓入倉，在所述海水壓入倉的底壁上圍繞集水管道開設有一圓環孔，所述集水管道的底部連通所述反滲透系統；

所述弧形單向閥為開口向上的碗形，所述弧形單向閥開口處的最大外直徑等于所述海水壓入倉的內直徑，所述弧形單向閥的底部中心開設有一圓孔，所述弧形單向閥的底部固定設置在所述集水管道的頂壁上；

所述鋼珠的直徑大于所述圓孔的直徑，所述鋼珠位于所述集水管道中，所述鋼珠在所述集水管道中上下浮動。

優先地，所述反滲透系統包括壓管、活塞、半透膜、彈簧、淡化倉、集壓缸和若干個止動銷；

所述淡化倉設置在所述反滲透系統中，所述半透膜豎向設置在所述淡化倉中將所述淡化倉分隔為左倉和右倉，所述左倉連通所述集壓缸，所述右倉連通所述二級儲水室；

所述左倉的頂壁上固定設置有一煙囪管，所述左倉連通所述煙囪管，所述煙囪管側壁上開設有一泄水口，所述泄水口連通外界環境；

所述活塞設置在所述煙囪管內，所述活塞滑動連接所述煙囪管側壁，所述彈簧的一端固定連接所述活塞，所述彈簧的另一端固定連接所述左倉的底部；若干個所述止動銷以所述煙囪管的軸線為基線沿圓周方向等間距地分布在所述煙囪管底端的內壁上，所述活塞在所述止動銷的上方運動；

所述壓管的下端固定連接所述活塞，所述壓管的上端穿過所述淡化倉的頂壁、所述肥料壓入倉的底壁中央伸入所述肥料壓入倉中，所述壓管滑動連接所述淡化倉的頂壁、所述肥料壓入倉的底壁；所述集壓缸分別連通若干個所述集水管道。

優先地，所述肥料壓入倉包括彈珠和具有彈性形變的擴嘴型單向閥；

在所述肥料壓入倉底壁上圍繞壓管開設有一環形孔；所述擴嘴型單向閥的形狀為開口向上的喇叭型，所述擴嘴型單向閥固定設置在所述壓管的頂壁上，所述擴嘴型單向閥上開設有一小孔，所述小孔的直徑小于所述彈珠的直徑，所述擴嘴型單向閥的最大直徑等于所述肥料壓入倉的內直徑；所述彈珠設置在所述壓管內，所述彈珠在所述壓管內隨肥料水上下浮動；所述壓管位于所述肥料壓入倉外側的部分通過管道連通所述一級儲水室。

優先地，所述聯通管道上設置有聯動開關，所述聯動開關包括球形浮子、L型連桿和閥門；所述球形浮子設置在所述一級儲藏室中，所述閥門設置在所述聯通管道內，所述L型連桿的一端穿過所述一級儲藏室的側壁固定連接所述球形浮子，所述L型連桿的另一端固定連接所述閥門。

優先地，所述滑軌的形狀為圓環或多個等間距分布且半徑相等的圓弧，所述環形浮筒的內直徑小于所述滑軌的外直徑。

優先地，所述過濾層為過濾網或過濾板；所述過濾網或所述過濾板上開設有多個等間距分布的過濾孔。

優先地，所述植物生長層的頂壁材質為透明的鋼化玻璃。

本發明所達到的有益效果：

（1）本發明適用于波浪能資源相對豐富的海域，其工作原理簡單，形式穩定，采用底部連接有柱形浮筒和環形浮子的箱式漂浮平臺和錨泊系統設計，使得本發明中單向閥門結構能夠迎面朝向來波方向從而采集到更多海水，極大地提高了本發明的淡化效率。

（2）本發明中重要裝置均安裝于漂浮平臺主體之內，安全性較高，且反滲透系統綜合運用了一種成本較低、方便快捷的反滲透法進行海水淡化，為土壤培育植物的生長提供良好的水分和營養條件，海水進入集壓缸中，將波浪能轉化為壓力勢能，淡化后的海水在集壓缸的壓力作用下被送入位于設備層上方的植物生長層中，將壓力勢能轉動為重力勢能，充分地利用了波浪能，無需外接能源供應，節約了資源。

（3）反滲透系統與肥料壓入倉形成聯動機構，海水在集壓缸壓力作用下進入反滲透系統，同時帶動活塞、壓管向上運動，活塞在彈簧作用下向下運動的同時將肥料壓入倉中的肥料水壓入一級儲水室中；當反滲透系統中海水壓力散去時，活塞在彈簧的彈性勢能作用下向下運動，同時肥料壓入倉中又一次重新汲取滿肥料水，將壓力勢能轉換為動能和彈性勢能，結構簡單，便于大規模推廣使用。

（4）一級儲水室與二級儲水室之間采用聯動開關，當一級儲水室中水位低于某一水位時，球形浮子帶動L型連桿向上運動，閥門打開，二級儲水中向一級儲水室輸送淡水，設計簡單，維修方便，無需人工輔助操作，降低了運作成本。

（5）本發明裝置克服了傳統波浪能裝置功能單一、維護困難以及波浪和海水資源得不到充分利用等缺陷，它能夠同時具有海水淡化和培育農作物的雙重功能，不僅能夠高效地將波浪能轉化為壓力勢能，而且創新性地將活塞抽水系統、反滲透系統和儲存水肥混合物的裝置整合在了一起，提高了灌溉農作物的效率，推動了關于波浪裝置發明的卓越進步。

附圖說明

圖1是本發明的結構圖。

圖2是本發明中各部分組成部件之間連接的結構示意圖。

圖3是本發明中海水進入活塞系統的示意圖。

圖4是本發明中活塞系統中的海水壓入集壓缸的示意圖。

附圖中標記含義， 1-植物生長層；2-土壤層；3-肥料層；4-設備層；5-環形浮筒；6-柱形浮筒；7-錨系點；8-錨鏈；9-海底；10-一級儲水室；11-二級儲水室；12-反滲透系統；13-雨水收集匯入口；14-肥料入口；15-球形浮子；16-L形連桿；17-儲水室出口；18-聯通管道；19-閥門；20-肥料層入水口；21-過濾網；22-肥料壓入倉；23-管道；24-泄水口；25-活塞；26-半透膜；27-彈簧；28-淡化倉；29-集壓缸；30-集水管道；31-弧形單向閥；32-海水壓入倉；33-鋼珠；34-滑輪；35-滴灌管道；36-止動銷；37-壓管；38-煙囪管；39-彈珠；40-擴嘴型單向閥。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此來限制本發明的保護范圍。

一種利用波浪能的土壤灌溉施肥系統，包括漂浮平臺、八個用于讓海水單向進入的單向閥門機構和四個錨泊系統；每個錨泊系統上設置有兩個單向閥門機構。

如圖1所示，漂浮平臺為箱式浮體，漂浮平臺從上向下依次設置有植物生長層1、土壤層2、肥料層3和設備層4；土壤層2與肥料層3之間設置有過濾層；過濾層為過濾網或過濾板；過濾網或過濾板上開設有多個等間距分布的過濾孔。

植物生長層1的頂壁材質為透明的鋼化玻璃，便于植物進行光合作用。

四個錨泊系統對稱地固定連接漂泊平臺的底壁，錨泊系統的底端固定連接海底9，兩個單向閥門結構均滑動連接一個錨泊系統；

植物生長層1包括一級儲水室10和二級儲水室11，二級儲水室11通過聯通管道18連通一級儲水室10，一級儲水室10通過滴灌管道35連通土壤層2；

肥料層包括肥料壓入倉22，設備層4包括反滲透系統12，肥料壓入倉22通過管道23連通一級儲水室10，八個單向閥門結構均連通反滲透系統12的一端，反滲透系統12的另一端連通二級儲水室11，反滲透系統12與肥料壓入倉22形成聯動機構；

土壤層2中種植植物，海水通過八個單向閥門機構后進入反滲透系統12；海水在反滲透系統12中通過反滲透法分離出淡水，淡水被送入二級儲水室11中，同時反滲透系統12帶動肥料壓入倉22工作將肥料層3中的肥料水壓入一級儲水室10中，一級儲水室10中儲存的肥料水流入土壤層2中灌溉植物，未被土壤層2吸收的肥料水在自身重力作用下通過過濾層流入肥料層3中循環利用；當一級儲水室10中水位下降到一臨界值時，二級儲水室11向一級儲水室10中送入淡水。

如圖2所示，土壤層2包括土壤和滴灌管道35；土壤鋪設在土壤層2中，用于種植植物，滴灌管道35橫向鋪設在土壤中，便于均勻地澆灌土壤。

錨泊系統包括環形浮筒5、柱形水筒6、錨系點7、錨鏈8、兩個滑軌和多個滑輪34；柱形水筒6為圓柱體，柱形水筒6固定連接設備層4的底壁，兩個滑軌一上一下相對應地固定在柱形水筒6的側壁上，多個滑輪34均轉動連接滑軌；滑軌的形狀為圓環或多個等間距分布且半徑相等的圓弧，環形浮筒5的內直徑小于滑軌的外直徑。

錨系點7固定連接柱形水筒6的底部，錨鏈8的一端固定連接錨系點7，錨鏈8的另一端固定連接海底9，當波浪來臨時，錨鏈8拉住漂浮平臺使單向閥門機構迎向波浪，使得單向閥門機構最大效率地收集海水；環形浮筒5形狀為圓筒，環形浮筒5滑動連接柱形水筒6的側壁，環形浮筒5在滑軌的上方運動。

單向閥門機構包括若干個集水管道30、若干個具有彈性形變的弧形單向閥31、若干個海水壓入倉32、若干個鋼珠33；設置多個單向閥門機構用于高效率地收集海水，提高本裝置地淡化效率。

兩個海水壓入倉32對稱地固定連接環形浮筒5的底壁，海水壓入倉32均滑動連接滑軌；

海水壓入倉32、集水管道30均為圓柱體，集水管道30穿過海水壓入倉32的底壁伸入海水壓入倉32中，集水管道30固定連接海水壓入倉32，在海水壓入倉32的底壁上圍繞集水管道30開設有一圓環孔，集水管道30的底部連通反滲透系統12；

弧形單向閥31為開口向上的碗形，弧形單向閥31開口處的最大外直徑等于海水壓入倉32的內直徑，弧形單向閥31的底部中心開設有一圓孔，弧形單向閥31的底部固定設置在集水管道30的頂壁上；

鋼珠33的直徑大于圓孔的直徑，鋼珠33位于集水管道30中，鋼珠33在集水管道30中上下浮動。

如圖3和圖4所示，當環形浮子5隨著波浪沿柱形水筒6向上運動并帶動與之剛接的海水壓入倉32向上運動時，弧形單向閥31在海水作用下產生形變，海水進入海水壓入倉的上部，海水壓入倉的上部原有儲存的海水在新進入的海水的壓力作用下將鋼珠33推動向下移動，被壓縮的水流由集水管道30流入集壓缸29中，此時弧形單向閥31在海水的壓力作用下緊貼海水壓入倉的側壁，海水壓入倉32中的海水不能外泄；

當海水壓入倉32向下做豎直運動時，鋼珠33向上移動，閥孔堵塞，海水不能由此進入集水管道，此時弧形單向閥31向內彎曲，與海水壓入倉的側壁出現間隙，海水可以由此通過進入海水壓入倉上部，此時海水壓入倉上部的海水得到補充。

反滲透系統12包括壓管37、活塞25、半透膜26、彈簧27、淡化倉28、集壓缸29和若干個止動銷36；淡化倉28設置在反滲透系統12中，半透膜26豎向設置在淡化倉28中將淡化倉28分隔為左倉和右倉，左倉通過管道連通集壓缸29，右倉通過管道連通二級儲水室11；

左倉的頂壁上固定設置有一煙囪管38，左倉連通煙囪管38，煙囪管38側壁上開設有一泄水口24，泄水口24連通外界環境；

活塞25設置在煙囪管38內，活塞25滑動連接煙囪管38側壁，彈簧27的一端固定連接活塞25，彈簧27的另一端固定連接左倉的底部；三個止動銷36以煙囪管38的軸線為基線沿圓周方向等間距地分布在煙囪管38底端的內壁上，活塞25只能在止動銷36的上方運動；

壓管37的下端固定連接活塞25，壓管37的上端穿過淡化倉28的頂壁、肥料壓入倉22的底壁中央伸入肥料壓入倉22中，壓管37滑動連接淡化倉28的頂壁、肥料壓入倉22的底壁；集壓缸29分別連通八個集水管道30。

單向閥門機構采集到的水全部進入集壓缸29中，集壓缸29將收集的海水壓入淡化倉28中，海水在集壓缸29的壓力作用下，大部分通過半透膜后轉化為淡水在集壓缸29的壓力作用下繼續向右運動進入二級儲水室11中，少部分海水對活塞25做功帶動活塞向上運動然后通過泄水口24流入大海中，同時肥料壓入倉22中汲取的肥料水在壓管37的壓力作用下進入一級儲水室10中，海水的壓力散去后，彈簧27拉動活塞向下運動，此時肥料壓入倉22持續地汲取肥料層中的肥料水，肥料壓入倉22中又一次存滿肥料水，將集壓缸29的壓力勢能轉化為彈簧27的彈性勢能、活塞25的動能以及淡水的重力勢能，設計結構巧妙，無需外接能源供應。

肥料壓入倉22包括彈珠39和具有彈性形變的擴嘴型單向閥40；

在肥料壓入倉22底壁上圍繞壓管37開設有一環形孔；擴嘴型單向閥40的形狀為開口向上的喇叭型，擴嘴型單向閥40固定設置在壓管37的頂壁上，擴嘴型單向閥40上開設有一小孔，小孔的直徑小于彈珠39的直徑，擴嘴型單向閥40的最大直徑等于肥料壓入倉22的內直徑；彈珠39設置在壓管37內，彈珠39僅能在壓管37內隨肥料水上下浮動；壓管37位于肥料壓入倉22外側的部分通過管道23連通一級儲水室10。

彈珠39由于管道23中肥料水的壓力作用下停留在擴嘴型單向閥40的小孔處；在壓管27向上運動時，擴嘴型單向閥40壓緊肥料壓入倉22的側壁形成密封空間，位于肥料壓入倉22和擴嘴型單向閥40形成的密封腔內的肥料水在壓管27的壓力作用下推開彈珠39通過管道23進入一級儲水室10中；壓管27向下運動時，擴嘴型單向閥40產生形變，肥料水通過擴嘴型單向閥40與肥料壓入倉22之間的縫隙進入肥料壓入倉22和擴嘴型單向閥40形成的密封腔內，此時彈珠39在管道23中肥料水的壓力作用下依舊停留在擴嘴型單向閥40的小孔處。

聯通管道18上設置有聯動開關16，聯動開關16包括球形浮子15、L型連桿16和閥門19；球形浮子15設置在一級儲藏室10中，閥門19設置在聯通管道18內，L型連桿16的一端穿過一級儲藏室10的側壁固定連接球形浮子15，L型連桿16的另一端固定連接閥門19。

球形浮子15漂浮在水面上，當一級儲水室10中的水位低于某一最低臨界值時，球形浮子15通過L型連桿16帶動閥門19向上運動，使得聯通管道18打開，二級儲水室11中的淡水進入一級儲水室中；球形浮子15隨水面上升而上升，當達到某一水位最高臨界值時，閥門19關閉，二級儲水室11中的淡水不能進入一級儲水室10中。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應視為本發明的保護范圍。