CN104652531A - 一种基于珀尔帖效应的沙漠取水灌溉系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于珀尔帖效应的沙漠取水灌溉系统。本发明包括太阳能供电模块、植株培养模块和半导体取水模块，太阳能供电模块为植株培养模块和半导体取水模块供电。具体包括太阳能电池板、支架转轴、保护桶、培养皿罩、感光元件、培养皿、DC30微型水泵、培养皿植株安放座、热管、半导体芯片、联接水箱与上半部分的Y型管、水箱、强制对流用的风扇、回热材料贮存管、针肋、蓄水盘和风扇滤网。本发明将培养室、太阳能清洁能源转换、半导体冷凝水自补给的综合灌溉一体化系统，为沙漠地区的种植提供新的思路，进一步为延缓中国西北部沙漠化进程、改善生态环境创造条件。

Description

一种基于珀尔帖效应的沙漠取水灌溉系统

技术领域

本发明涉及取水装置领域，特别是一种基于珀尔帖效应的沙漠取水灌溉系统。

背景技术

中国西北部地区近年来沙漠化现象严重，沙漠化面积已经达到262万平方公里，占国土面积的27%，而且呈扩展的态势。以新疆塔里木河流域为例，近50年来，塔里木河在以水资源开发利用为核心的大强度人类经济、社会活动的作用下，流域生态环境退化严重，恢复与重建严重退化的荒漠生态系统是当前急需解决的科学问题。

随着现在土壤沙漠化的日益严重，沙漠种植，改变沙漠蔓延现状成为了一个非常热门的课题，但是，现在的沙漠种植案例真的可谓是少之又少，在以色列等中东国家，有政府投入想到高的成本，在沙漠中灌溉种植，显而易见的是，这种种植方式成本十分高昂，又需要投入大量的人力来维护系统正常运行。

所以，找到一种方便，不需要太多人力维护而又切实可行的取水种植方案在当前情况下看来，是十分必要的。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供了一种基于珀尔帖效应的沙漠取水灌溉系统，该系统成本低，方便又可行。

一种基于珀尔帖效应的沙漠取水灌溉系统，其特征在于包括太阳能供电模块、植株培养模块和半导体取水模块，太阳能供电模块为植株培养模块和半导体取水模块供电；

太阳能供电模块包括太阳能电池板、保护桶和支架转轴，太阳能电池板通过支架转轴与保护桶相连接，支架转轴为一个球型转动型支架；保护桶内设置有太阳能电池及控制电路，太阳能电池板将太阳能转换成电能后存储在保护桶内的太阳能电池，太阳能供电模块采集的电能为植株培养模块中的感光元件、半导体取水模块中的强制对流风扇和半导体芯片供能；

植株培养模块包括培养皿罩、感光元件、培养皿、DC30微型水泵和培养皿植株安放座；培养皿的基座上设置有多个支架，支架上开有直径为毫米的通孔，用于安装地脚螺钉，使培养皿能够固定在平地上；DC30微型水泵通过连接管路与培养皿的基座侧壁相连接；培养皿的基座上设置有感光元件，感光元件通过保护桶内的控制电路间接控制培养皿罩的开合，用于排出培养皿内部植株所释放的废气；培养皿罩为半球形，且与培养皿活动连接；培养皿内设置有多个培养皿植株安放座，培养皿植株安放座内用于放置有二氧化碳释放剂，用以补充植物光合作用所需的二氧化碳；

半导体取水模块包括热管、半导体芯片、Y型管、水箱、强制对流用的风扇、回热材料贮存管、针肋、蓄水盘、风扇滤网；

水箱通过Y型管与蓄水盘、DC30微型水泵相连接，多根热管与半导体芯片的热端螺纹连接；强制对流的风扇与回热材料贮存管的入口螺纹连接；回热材料贮存管的出口与半导体芯片相连接；风扇滤网设置在强制对流的风扇风口位置；半导体芯片的冷端通过针肋与托盘相连接；托盘通过Y型管与储水箱中。

本发明工作工程如下：

植株培养模块由培养皿的基座固定在较高地势的地面上，安放在培养皿的基座的感光元件通过保护桶内的控制电路间接控制培养皿罩的开合，用于排出培养皿内部植株所释放的废气；植株与二氧化碳释放剂放在培养皿植株安放座上，当植株培养模块中的水分不足以维持植株生存时，DC30微型水泵开始工作，该DC30微型水泵与蓄水箱相连，为植株培养模块补充水分；

半导体芯片的冷端所冷凝出来的水通过针肋汇聚到托盘中，并最终通过Y型管流进蓄水箱中；强制对流的风扇工作时，吸入含有充分水分的空气，空气通过回热材料贮存管时被冷凝，回热材料贮存管中装有固相变颗粒状的储能材料，空气经过半导体芯片和针肋后预冷另一边的回热材料贮存管，并通过回热材料贮存管该边的出口排出，并顺势清理该边的金属滤网；两个强制对流风扇交替工作，完成循环，制取蒸馏水。

本发明的有益效果如下：

由于沙漠白天所特有的高温与充足日照，该系统在白天利用其强烈的光照进行发电，在夜晚利用温度下降带来的相对湿度的上升进行取水。在此过程中，采用太阳能板进行太阳能发电，该技术成熟可行，在设施相对固定的设计区域里具有很高的效益。在取水技术上，采用了半导体制冷取水技术，该技术无机械部件因此无声无振动，对植物生长不会产生影响，并且该方式无需制冷剂、使用寿命较长，所以适合在较为偏远的地区进行运用。同时，沙漠地区较大的昼夜温差与长时间的光照对农作物生长有很大的优势，会使作物能够更好的进行光合作用，有较好的糖分积累。该基于珀尔帖效应的沙漠取水灌溉系统整体不需要热工控制，基本不需要人为补充能源，满足缺水、干旱土地贫乏的地区对植物的需求，实现太阳能与空气中水分的可靠利用，且该系统的能耗低，成本低，基本对环境无危害，将为沙漠地区的种植提供新的思路，进一步为延缓中国西北部沙漠化进程、改善生态环境创造条件。

附图说明

图1是本发明的太阳能发电模块。

图2是本发明的植株培养模块的工程图。

图3是图2的内部机构透视图。

图4是本发明的半导体取水模块。

图5是图4的局部细节放大图。

图6是图5部分的另一个视角的剖视图。

图中：1.太阳能电池板，2.支架转轴，3.保护桶，4.培养皿罩，5.感光元件，6.培养皿，7.DC30微型水泵，8.培养皿植株安放座，9.热管，10.半导体芯片，11.联接水箱与上半部分的Y型管，12.水箱，13.强制对流用的风扇，14.回热材料贮存管，15针肋，16.蓄水盘，17.风扇滤网。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

如图1、图2、图4所示，一种基于珀尔帖效应的沙漠取水灌溉系统，包括太阳能供电模块、植株培养模块和半导体取水模块，太阳能供电模块为植株培养模块和半导体取水模块供电。

如图1所示，太阳能供电模块包括太阳能电池板1、保护桶3和支架转轴2，太阳能电池板1通过支架转轴2与保护桶3相连接，支架转轴2为一个球型转动型支架；保护桶3内设置有太阳能电池及控制电路，太阳能电池板1将太阳能转换成电能后存储在保护桶3内的太阳能电池，太阳能供电模块采集的电能为植株培养模块中的感光元件5、半导体取水模块中的强制对流风扇13和半导体芯片10供能。

如图2和图3所示，植株培养模块包括培养皿罩4、感光元件5、培养皿6、DC30微型水泵7和培养皿植株安放座8；培养皿6的基座

上设置有多个支架，支架上开有直径为28毫米的通孔，用于安装地脚螺钉，使培养皿能够固定在平地上；DC30微型水泵7通过连接管路与培养皿6的基座侧壁相连接；培养皿6的基座上设置有感光元件5，感光元件5通过保护桶3内的控制电路间接控制培养皿罩4的开合，用于排出培养皿内部植株所释放的废气；培养皿罩4为半球形，且与培养皿6活动连接；培养皿6内设置有多个培养皿植株安放座8，培养皿植株安放座8内用于放置有二氧化碳释放剂，用以补充植物光合作用所需的二氧化碳。

半导体取水模块包括热管9、半导体芯片10、Y型管11、水箱12、强制对流用的风扇13、回热材料贮存管14、针肋15、蓄水盘16、风扇滤网17；

如图4、图5、图6所示，水箱12通过Y型管11与蓄水盘16、DC30微型水泵7相连接，多根热管9与半导体芯片10的热端螺纹连接；强制对流的风扇13与回热材料贮存管14的入口螺纹连接；回热材料贮存管14的出口与半导体芯片10相连接；风扇滤网17设置在强制对流的风扇13风口位置；半导体芯片的冷端通过针肋15与托盘16相连接；托盘16通过Y型管11与储水箱12中；

所述的Y型管的内管直径10毫米；

本发明工作过程如下：

植株培养模块由培养皿6的基座固定在较高地势的地面上，安放在培养皿6的基座的感光元件5通过保护桶3内的控制电路间接控制培养皿罩4的开合，用于排出培养皿内部植株所释放的废气；植株与二氧化碳释放剂放在培养皿植株安放座8上，当植株培养模块中的水分不足以维持植株生存时，DC30微型水泵7开始工作，该DC30微型水泵7与蓄水箱12相连，为植株培养模块补充水分。

如图6所示，半导体芯片10的冷端所冷凝出来的水通过针肋15汇聚到托盘16中，并最终通过Y型管11流进蓄水箱12中；强制对流的风扇13工作时，吸入含有充分水分的空气，空气通过回热材料贮存管14时被冷凝，回热材料贮存管14中装有固相变颗粒状的储能材料，空气经过半导体芯片10和针肋后预冷另一边的回热材料贮存管14，并通过回热材料贮存管14该边的出口排出，并顺势清理该边的金属滤网；两个强制对流风扇交替工作，完成循环，制取蒸馏水。

本发明设置在沙漠环境中，白天半导体取水模块并不运行，太阳能供电模块利用太阳能储存电能，并且植株培养模块中的植物进行光合作用生长；到了傍晚光感元件间接控制培养皿罩打开数分钟进行换气；从凌晨开始，半导体取水模块开始工作，强制对流风扇吸入大量高湿度水分，通过半导体的珀尔帖效应制取水，并将取得的水存储在储水箱以供植物生长用。

本发明所有电路都连接于控制系统，控制系统为可编程逻辑控制电路。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此即限制本发明的专利保护范围，凡是运用本发明说明书及附图内容所做的等效结构变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种基于珀尔帖效应的沙漠取水灌溉系统，其特征在于包括太阳能供电模块、植株培养模块和半导体取水模块，太阳能供电模块为植株培养模块和半导体取水模块供电；

太阳能供电模块包括太阳能电池板、保护桶和支架转轴，太阳能电池板通过支架转轴与保护桶相连接，支架转轴为一个球型转动型支架；保护桶内设置有太阳能电池及控制电路，太阳能电池板将太阳能转换成电能后存储在保护桶内的太阳能电池，太阳能供电模块采集的电能为植株培养模块中的感光元件、半导体取水模块中的强制对流风扇和半导体芯片供能；

植株培养模块包括培养皿罩、感光元件、培养皿、DC30微型水泵和培养皿植株安放座；培养皿的基座上设置有多个支架，支架上开有直径为毫米的通孔，用于安装地脚螺钉，使培养皿能够固定在平地上；DC30微型水泵通过连接管路与培养皿的基座侧壁相连接；培养皿的基座上设置有感光元件，感光元件通过保护桶内的控制电路间接控制培养皿罩的开合，用于排出培养皿内部植株所释放的废气；培养皿罩为半球形，且与培养皿活动连接；培养皿内设置有多个培养皿植株安放座，培养皿植株安放座内用于放置有二氧化碳释放剂，用以补充植物光合作用所需的二氧化碳；

半导体取水模块包括热管、半导体芯片、Y型管、水箱、强制对流用的风扇、回热材料贮存管、针肋、蓄水盘、风扇滤网；

水箱通过Y型管与蓄水盘、DC30微型水泵相连接，多根热管与半导体芯片的热端螺纹连接；强制对流的风扇与回热材料贮存管的入口螺纹连接；回热材料贮存管的出口与半导体芯片相连接；风扇滤网设置在强制对流的风扇风口位置；半导体芯片的冷端通过针肋与托盘相连接；托盘通过Y型管与储水箱中。

2.如权利要求所述一种基于珀尔帖效应的沙漠取水灌溉系统，其特征在于植株培养模块由培养皿的基座固定在较高地势的地面上，安放在培养皿的基座的感光元件通过保护桶内的控制电路间接控制培养皿罩的开合，用于排出培养皿内部植株所释放的废气；植株与二氧化碳释放剂放在培养皿植株安放座上，当植株培养模块中的水分不足以维持植株生存时，DC30微型水泵开始工作，该DC30微型水泵与蓄水箱相连，为植株培养模块补充水分；

半导体芯片的冷端所冷凝出来的水通过针肋汇聚到托盘中，并最终通过Y型管流进蓄水箱中；强制对流的风扇工作时，吸入含有充分水分的空气，空气通过回热材料贮存管时被冷凝，回热材料贮存管中装有固相变颗粒状的储能材料，空气经过半导体芯片和针肋后预冷另一边的回热材料贮存管，并通过回热材料贮存管该边的出口排出，并顺势清理该边的金属滤网；两个强制对流风扇交替工作，完成循环，制取蒸馏水。