CN106954527A - 集水增质灌溉系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集水增质灌溉系统，包括风力传动装置和反向风扇以及冷凝器和冷凝水收集箱，所述反向风扇安装于电机的转轴一端，该电机竖向安装于漏斗状汇流体的中部，同时电机的转轴另一端通过单向联轴器安装有风力传动装置；所述漏斗状汇流体的下方依次设置有冷凝器和冷凝水收集箱；还设置有太阳能供电系统和蓄电装置作为电源，该电源为所述电机和制冷系统供电。本发明利用温差和渗灌原理使收集空气中的水能够输送到植物根部。利用电解原理得到所需微量元素离子，通过收集的灌溉水运输微量元素离子使植物定向增质。

Description

集水增质灌溉系统

技术领域：

本发明属于集水灌溉领域，具体涉及一种适用于干旱地区的集水增质灌溉系统。

背景技术：

中国是一个缺水严重的国家，干旱自然成为我国农业最主要的自然灾害，从1949年到1998年，全国平均每年受旱灾面积为3.24亿亩，约占全国播种面积的17％。到1998年底，我国有效灌溉面积为8.01亿亩，虽然生产了占全国67％的粮食、60％的经济作物和80％的蔬菜，但却耗费了大量的灌溉用水。据估算，2000年我国农业年用水量高达4000亿立方米，约占全国总用水量的69％。农业用水在我国总用水量中占据着较大比例，在水资源严重缺乏的情况下我国农业水的利用效率并不高，浪费严重，农田灌溉水有效利用系数为0.43，远低于世界发达国家的0．8千克／立方米，与世界先进水平2.0千克／立方米还有很大差距，以色列的作物水分生产效率可达到2.2克／立方米，显示着我国农业具有极大的节水潜力。在水资源短缺的条件下，灌溉农业能否实现高效率用水、提高作物产量，直接影响到农业的持续发展。

随着科技的发展，新的灌溉技术不断涌现。喷灌技术与传统的地面灌溉相比省水30－50%，它能根据土壤质地进行调整喷洒范围和喷灌强度，不会产生冲刷，避免水、土、肥的流失。同时可节省占总面积7%－13%的田间沟渠占地，提高土地利用率。喷灌适应性强，不受地形坡度和土壤透水性的限制，最适宜地面灌水方法难以实现的山丘区地形复杂的地方进行灌溉。滴灌技术是一种更为节水的灌溉方式，它利用低压管道系统，使灌溉水成点滴地、缓慢地、均匀而又定量地浸润作物根系最发达的区域，使作物主要根系活动区的土壤始终保持在最优含水状态的一种灌溉技术。滴灌不破坏表土的结构，不会产生地表经流，可以大大地减少棵间蒸发量，是一种最节水的灌溉技术，一般比地面灌省水45%－65%，比喷灌省水15%－25%。微灌是利用微灌系统，将有压力的水输送分配到田间，通过灌水器以微小的流量湿润作物根：即附近土壤的一种局部灌水技术，能省水80%以上。但微灌易堵塞、投资较高，而无法推广。这几种灌溉方式确是节约了不少水，但是在干旱缺水的地方灌溉效率则会大大降低，也无法的实现水肥一体化。

发明内容：

本发明的目的是设计出一种兼顾渗灌和水肥一体化双重理念，同时利用太阳能和风能在干旱地区进行水汽的收集、定向增质、营养输送的集水增质灌溉系统。

为了达到发明的目的采用的技术方案：一种集水增质灌溉系统，包括风力传动装置、反向风扇以及冷凝器和冷凝水收集箱，用于引风的电机通过支架竖向安装于漏斗状汇流体的中部，反向风扇安装于电机的转轴下端，同时电机的转轴上端通过单向联轴器安装有风力传动装置；所述漏斗状汇流体的下方依次设置有冷凝器和冷凝水收集箱，以及设置有辅助冷却系统；所述冷凝器埋于地下与底层进行冷热交换，该冷凝器包括位于轴心区的排气通道和位于排气通道周边的多根水气通道，多根水气通道与来自漏斗状汇流体的空气连通，多根水气通道汇流于冷凝水收集箱，从冷凝水收集箱排除的干冷空气从所述排气通道排除；所述辅助冷却系统位于多根水气通道和冷凝水收集箱的连接区域；还设置有太阳能供电系统和蓄电装置作为电源，该电源为所述电机和辅助冷却系统供电。在所述多根水气通道和排气通道通过之间设置有隔热夹层。

在冷凝器的多根水气通道底部设置有防蒸发反向漏斗，并在冷凝水收集箱内设置有防蒸发导流板，该防蒸发导流板套装于防蒸发反向漏斗出口的外侧，并且防蒸发导流板的周边与冷凝水收集箱内壁连接，在防蒸发导流板的最低面设置有回水口。

在所述冷凝水收集箱一侧安装有电解池，冷凝水收集箱与电解池连通，在电解池内安装有正负电极，该正负电极分别与电源的正负输出端连接；电解池设置有用于渗灌的多空排管。

本发明具有如下有益效果：本系统主要分为两大模块。一是水的收集，二是水的利用。收集阶段：无风时可由太阳能发电板收集的电能驱动扇叶，利用风力将含有水汽的空气吹入集水冷凝管中，使水汽冷凝下流入集水冷凝管下端的冷凝水收集箱中。本装置主要在夜间集水，白天也可进行集水工作。利用阶段：冷凝水收集箱下端开孔接各个电解装置，电解装置后接导流管，通过导流管将电解液导到植物根部。每个分支的电解装置由不可降解且具有硬塑性的材料制成。电解装置内置由植物所需的微量元素单质制成的材料棒（如：铁、锌等），电源置于地表。植物需肥时，也可配置一定浓度的营养液加入本装置中直接给液送营养。利用太阳能为驱动装置、电解装置提供能量。

本发明利用温差和渗灌原理使收集空气中的水能够输送到植物根部。利用电解原理得到所需微量元素离子，通过收集的灌溉水运输微量元素离子使植物定向增质。

本发明集水增质灌溉系统集中渗灌和水肥一体化双重优势，外加在干旱地区水汽的收集和定向增质实现了本系统功能最大化。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中进风驱动机构的局部结构示意图；

图3是图1中冷却系统的局部结构示意图；

图4是图3中A-A剖面结构示意图；

图5是增质灌溉装置的结构示意图。

图中标号：1为电机，2为防尘罩，3为反向风扇，4为漏斗状汇流体，5为可断开接口，6为控制阀门，7为太阳能电板，8为导线，9为冷凝器，91为排气通道，92为水气通道，10为防蒸发反向漏斗，11为冷凝水收集箱，12为冷凝水，13为电解池，14为导流管，15为风力传动装置，16为电极，17为可控阀门，18为电解液，19为多孔排管，20为风力转轴，21为单向联轴器，22为电机转轴，23为进风驱动机构的支架，24为辅助支架，25为连杆，26为防蒸发导流板,27为排气口，28为辅助制冷系统的制冷区，29为地层，30为隔热夹层。

具体实施方式：

参见图1所述的集水增质灌溉系统包括潮湿空气吸收、冷凝和电解养分输送三大部分。系统自上而下依次包括风力传动装置、电机1、反向风扇3、冷凝器9、冷凝水收集箱11和辅助冷却系统，还设置有太阳能供电系统和蓄电装置作为电源，该电源为所述电机1和辅助冷却系统供电。

为了达到利用风能驱动引风的同时再配合电机1驱动引风的目的，将电机1竖向安装于漏斗状汇流体4的中部，电机1的转轴两端同时伸出机壳外。参见图2，反向风扇3安装于电机1的下端转轴上，电机1的上端转轴通过单向联轴器安装有风力传动装置。进风驱动机构的支架固定在漏斗状汇流体4的上端，设置有轴承座并安装有轴承，风力传动装置的转轴套装于轴承内。进风驱动机构的支架表面设置有防尘罩2。

漏斗状汇流体4的下方依次设置有冷凝器9和冷凝水收集箱11，并通过可断接口连接，以及设置有控制阀门。为了提高整个系统的稳定性，可以在其一侧设置辅助支架，通过连杆将辅助之间与系统中的支架固定连接在一起。

参见图3和图4，冷凝器9埋于地下与底层进行冷热交换，该冷凝器9包括位于轴向的排气通道和位于周边的多根水气通道，多根水气通道与来自漏斗状汇流体4的空气连通，多根水气通道汇流于冷凝水收集箱11，从冷凝水收集箱11排除的干冷空气从所述排气通道排除。辅助冷却系统的制冷区28位于多根水气通道和冷凝水收集箱的连接区域。在所述多根水气通道和排气通道通过之间设置有隔热夹层30。该系统首先通过底层进行冷热交换，初步冷热交换的较冷空气又被辅助冷却系统制冷，从而使含有水汽的温热空气变为干冷空气排除，留下冷凝水。通过底层进行初步热交换后，气流温度已经较低，能够极大程度上降低辅助制冷系统的能耗。

从图3中可见，在冷凝器9的多根水气通道底部设置有防蒸发反向漏斗，并在冷凝水收集箱11内设置有防蒸发导流板，该防蒸发导流板套装于防蒸发反向漏斗出口的外侧，并且防蒸发导流板的周边与冷凝水收集箱11内壁连接，在防蒸发导流板的最低面设置有回水口。

参见图5，在所述冷凝水收集箱11一侧安装有电解池13，冷凝水收集箱11与电解池13连通，在电解池13内安装有正负电极，该正负电极分别与电源的正负输出端连接；电解池13设置有用于渗灌的多空排管。

对于潮湿空气吸收装置，考虑到干燥地区空气中水分相对较少特意增大了空气入口面积并增设反向风扇3引流，风扇由太阳能板提供电能或风能实现自动化全天候工作，顶部风力传动装置15起到辅助作用带动反向风扇工作，顶部增设防尘罩2减少和过滤颗粒物防止堵塞，漏斗状设计增强了汇流效果，收集装置下端设计可断开接口5和控制阀门6，方便检修和外加营养液。对于冷凝器9，考虑到仪器相对较小、埋深较浅，特采用多根集结一起的有效冷凝管合并而成的冷凝器9，增加所吸收空气的有效冷凝面，大大提高了冷凝效果和水分收集效率，有针对性的解决了埋深浅、冷凝面积小的问题。冷凝管采用金属轻薄材质制作以增强冷凝效果。电解养分输送装置由冷凝水收集箱11、电解池13、导流管14和基于渗灌原理的相应装置组成，其中冷凝水收集箱采用反扣漏斗状设计以减少水分蒸发，基于电解原理通过对电极的电解作用达到增加灌溉水中植物所需微量元素的量实现水肥一体化，必要时可人为添加营养液，电解池采用易拆卸设计置于冷凝水收集箱外侧，便于维护和修理。导流管采用地下渗灌技术原理，有效的提高水分输送和利用，可实现较长距离的引流作用。在导流管靠近植物根系的部分采用多孔导流管19，多孔导流管内外附压双层纱布，过水不过沙，来防止根系入侵和负压吸泥。

如图2所示，顶部收集装置大体呈漏斗状，含有水分的空气经由风力传动装置15及反向风扇3的吸力作用经过防尘罩2进入装置内部，宽大的收集面保证了收集效率，风扇的吸力作用提高了收集效率，防尘罩的使用减少了异物的进入防止堵塞管道。

如图3所示，顶部反向风扇所吸收的含有水分的空气进入冷凝器，在冷凝器的冷凝作用下水分由气态转换为液态达到水分的收集目的。液体进入冷凝水收集盒11后经汇流作用汇聚，防蒸发反向漏斗设计10有效的减少了水分的蒸发损失。

Claims (4)

1.一种集水增质灌溉系统，包括风力传动装置、反向风扇以及冷凝器和冷凝水收集箱，其特征是：用于引风的电机通过支架竖向安装于漏斗状汇流体的中部，反向风扇安装于电机的转轴下端，同时电机的转轴上端通过单向联轴器安装有风力传动装置；所述漏斗状汇流体的下方依次设置有冷凝器和冷凝水收集箱，以及设置有辅助冷却系统；所述冷凝器埋于地下与底层进行冷热交换，该冷凝器包括位于轴心区的排气通道和位于排气通道周边的多根水气通道，多根水气通道与来自漏斗状汇流体的空气连通，多根水气通道汇流于冷凝水收集箱，从冷凝水收集箱排除的干冷空气从所述排气通道排除；所述辅助冷却系统位于多根水气通道和冷凝水收集箱的连接区域；还设置有太阳能供电系统和蓄电装置作为电源，该电源为所述电机和辅助冷却系统供电。

2.根据权利要求1所述的集水增质灌溉系统，其特征是：在所述多根水气通道和排气通道通过之间设置有隔热夹层。

3.根据权利要求1所述的集水增质灌溉系统，其特征是：在冷凝器的多根水气通道底部设置有防蒸发反向漏斗，并在冷凝水收集箱内设置有防蒸发导流板，该防蒸发导流板套装于防蒸发反向漏斗出口的外侧，并且防蒸发导流板的周边与冷凝水收集箱内壁连接，在防蒸发导流板的最低面设置有回水口。

4.根据权利要求1所述的集水增质灌溉系统，其特征是：在所述冷凝水收集箱一侧安装有电解池，冷凝水收集箱与电解池连通，在电解池内安装有正负电极，该正负电极分别与电源的正负输出端连接；电解池设置有用于渗灌的多空排管。