CN110583444A - 一种基于热能变换的自控式灌溉及供水系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于热能变换的自控式灌溉及供水系统，包括中心供水管道、次级供水管道、补偿管道、太阳能板，中心供水管道分别连接次级供水管道以及补偿管道，次级供水管道与中心供水管道的连接口设置有电动水阀，补偿管道与中心供水管道的连接口设置有第一半透膜，次级供水管道设置有供水口，补偿管道设置有毛细管道以及直通管道，毛细管道沿补偿管道的中心线设置，毛细管道呈折线状排列，毛细管道最低处设置有加热板以及工作腔，工作腔中存放固定摩尔量的溶质，加热板与电动水阀通过输电线连接太阳能板，太阳能板接收太阳能并将太阳能转化为电能，输电线将电能输送至加热板以及电动水阀，加热板以及电动水阀通过电能进行灌溉以及水分补偿。

Description

一种基于热能变换的自控式灌溉及供水系统

技术领域

本发明涉及能量转换领域，尤其涉及一种基于热能变换的自控式灌溉及供水系统。

背景技术

近年来农业发展迅速，种植面积不断扩大，灌溉消耗用水量不断增大，种植成本增加，节水灌溉受到重视。已有的分区交替灌溉装置多采用控制各个出水口开合的方法来实现交替灌溉，每个出水口配有独立的阀门，通过机构连接，使所有阀门联动。田间的作业环境，尘土、水锈、动力都将对阀门的操作带来不利影响。所以公告号为CN103264551A的中国专利公开了一种悬梁式交替灌溉系统，包括带喷水口的悬梁水管，所述悬梁水管与水池连通并由水池供水，悬梁水管电磁阀安装在悬梁水管的进水口处，与控制器连接，其开启与闭合由控制器控制；所述悬梁水管架设在两个平行排列的悬梁水管滑槽上，由驱动电机驱动进而在悬梁水管滑槽上能够沿悬梁水管滑槽的方向自由滑动和停止，驱动电机与控制器连接并由控制器控制；多个滑槽支撑柱固定在作物行的两侧，支撑悬梁水管滑槽，所述悬梁水管滑槽与作物行垂直；土壤水分传感器安放在作物根部，每垅植株的土壤中设置一个，与控制器连接；所述悬梁水管每次移动的距离与每垅植株的行距相对应。通过该方案起到了保证节水的情况下，较高效率的保证了加湿效果。

然而，在实际情况中，在太阳光照过于强烈时，植物水和土壤水蒸发的速度过快，当达到亟需灌溉的临界点后，此时再进行灌溉往往会存在滞后的现象，不利于农作物生长。

发明内容

发明目的：

针对在实际情况中，在太阳光照过于强烈时，植物水和土壤水蒸发的速度过快，当达到亟需灌溉的临界点后，此时再进行灌溉往往会存在滞后的现象，不利于农作物生长的问题，本发明提供一种基于热能变换的自控式灌溉及供水系统。

技术方案：

一种基于热能变换的自控式灌溉及供水系统，用于植物灌溉以及水分补偿，包括：中心供水管道、次级供水管道、补偿管道、太阳能板，所述中心供水管道分别连接所述次级供水管道以及所述补偿管道，所述次级供水管道与所述中心供水管道的连接口设置有电动水阀，所述补偿管道与所述中心供水管道的连接口设置有第一半透膜，所述次级供水管道设置有供水口，所述供水口沿所述次级供水管道上表面排列，所述补偿管道设置有毛细管道以及直通管道，所述毛细管道沿所述补偿管道的中心线设置，所述毛细管道呈折线状排列，所述直通管道贯穿所述毛细管道，所述，毛细管道最低处设置有加热板以及工作腔，所述工作腔中存放固定摩尔量的溶质，所述加热板与所述电动水阀通过输电线连接所述太阳能板，所述太阳能板接收太阳能并将太阳能转化为电能，所述输电线将电能输送至所述加热板以及所述电动水阀，所述加热板以及所述电动水阀通过电能进行灌溉以及水分补偿。

作为本发明的一种优选方式，所述电动水阀设置有电能阈值，所述电能阈值用于限定所述电动水阀的供水条件，所述输电线输送的电能达到所述电能阈值时，所述电动水阀开启供水。

作为本发明的一种优选方式，所述电动水阀设置有储电功能，所述电动水阀储存并累积所述输电线输送的电能，当所述电动水阀累积的电能达到所述电能阈值时，所述电动水阀开启供水。

作为本发明的一种优选方式，所述毛细管道有粗管道以及细管道构成，所述粗管道以及所述细管道形成折线状，所述细管道用于向上进行水分补偿，所述粗管道用于向所述细管道供给水分，所述直通管道设置于所述粗管道处，所述直通管道用于向下进行水分补偿。

作为本发明的一种优选方式，所述工作腔设置有第二半透膜，所述第二半透膜控制所述工作腔中存有充满所述工作腔的水量。

作为本发明的一种优选方式，当所述补偿管道进行水分补偿时，所述第一半透膜根据所述补偿管道以及所述中心供水管道的水压差进行所述补偿管道的水分补偿。

作为本发明的一种优选方式，所述中心供水管道以及所述次级供水管道设置于地下，所述太阳能板设置于地面。

作为本发明的一种优选方式，还包括气液混合腔，所述气液混合腔一半埋于地下、一半设置于地面上，所述气液混合腔中设置有水以及空气，所述气液混合腔连接于所述次级供水管道。

作为本发明的一种优选方式，所述气液混合腔包括螺旋管道以及连接管道，所述螺旋管道设置于所述气液混合腔的侧面，所述连接管道连接所述次级供水管道。

作为本发明的一种优选方式，所述气液混合腔外包裹采光覆盖材料层，所述采光覆盖材料层与所述气液混合腔构成中空结构。

本发明实现以下有益效果：

1.通过将太阳能以及电动水阀的电能之间建立正比例的关系，使得太阳能板吸收到一定程度的太阳能是能够自动进行灌溉，无需传感器，使得灌溉的时效性更高；

2.通过利用补偿管道与太阳能之间建立关系，使得在太阳能略微到达一定程度时，系统能够直接对农作物进行水分的补偿，使得农作物不再长期处于缺水的状态。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并于说明书一起用于解释本公开的原理。

图1为本发明结构俯视图；

图2为本发明补偿管道示意图；

图3为工作腔位置示意图。

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。

实施例一

参考图1-3。一种基于热能变换的自控式灌溉及供水系统，用于植物灌溉以及水分补偿，包括：中心供水管道1、次级供水管道2、补偿管道3、太阳能板4，所述中心供水管道1分别连接所述次级供水管道2以及所述补偿管道3，所述次级供水管道2与所述中心供水管道1的连接口设置有电动水阀5，所述补偿管道3与所述中心供水管道1的连接口设置有第一半透膜6，所述次级供水管道2设置有供水口7，所述供水口7沿所述次级供水管道2上表面排列，所述补偿管道3设置有毛细管8道以及直通管道9，所述毛细管8道沿所述补偿管道3的中心线设置，所述毛细管8道呈折线状排列，所述直通管道9贯穿所述毛细管8道，所述，毛细管8道最低处设置有加热板10以及工作腔11，所述工作腔11中存放固定摩尔量的溶质，所述加热板10与所述电动水阀5通过输电线连接所述太阳能板4，所述太阳能板4接收太阳能并将太阳能转化为电能，所述输电线将电能输送至所述加热板10以及所述电动水阀5，所述加热板10以及所述电动水阀5通过电能进行灌溉以及水分补偿。

作为本发明的一种优选方式，所述电动水阀5设置有电能阈值，所述电能阈值用于限定所述电动水阀5的供水条件，所述输电线输送的电能达到所述电能阈值时，所述电动水阀5开启供水。

作为本发明的一种优选方式，所述电动水阀5设置有储电功能，所述电动水阀5储存并累积所述输电线输送的电能，当所述电动水阀5累积的电能达到所述电能阈值时，所述电动水阀5开启供水。

作为本发明的一种优选方式，所述毛细管8道有粗管道12以及细管道13构成，所述粗管道12以及所述细管道13形成折线状，所述细管道13用于向上进行水分补偿，所述粗管道12用于向所述细管道13供给水分，所述直通管道9设置于所述粗管道12处，所述直通管道9用于向下进行水分补偿。

作为本发明的一种优选方式，所述工作腔11设置有第二半透膜14，所述第二半透膜14控制所述工作腔11中存有充满所述工作腔11的水量。

作为本发明的一种优选方式，当所述补偿管道3进行水分补偿时，所述第一半透膜6根据所述补偿管道3以及所述中心供水管道1的水压差进行所述补偿管道3的水分补偿。

作为本发明的一种优选方式，所述中心供水管道1以及所述次级供水管道2设置于地下，所述太阳能板4设置于地面。

作为本发明的一种优选方式，还包括气液混合腔，所述气液混合腔一半埋于地下、一半设置于地面上，所述气液混合腔中设置有水以及空气，所述气液混合腔连接于所述次级供水管道2。

作为本发明的一种优选方式，所述气液混合腔包括螺旋管道以及连接管道，所述螺旋管道设置于所述气液混合腔的侧面，所述连接管道连接所述次级供水管道2。

作为本发明的一种优选方式，所述气液混合腔外包裹采光覆盖材料层，所述采光覆盖材料层与所述气液混合腔构成中空结构。

在具体实施过程中，白天光照强，太阳能板4上接收的太阳能较多，太阳能板4接收的热量会变大，太阳能板4产生的电能也会增大，输电线传输至电动水阀5以及加热板10的电能也增大。

对于电动水阀5，由于逐渐进行电能的积累，电动水阀5中的电能逐渐累积到电能阈值的时候，电动水阀5开启，次级供水管道2从中心供水管道1获取水分进行灌溉。对于电能的累积，通过太阳能板4持续受到太阳光照而累加热能可以很容易的想到农作物受到太阳的照射会蒸发农作物中的水分，同样的，土壤受到太阳光照射也会一同蒸发水分，从而造成了多方位的水分流失，因此，在逐渐累加电能过程中，水分也同时逐渐的流失，且电能增加的过程与水分流失的过程是成正比的。因此，可以看做电能累积到电能阈值的时间点即水分蒸发超过田间自调整范围的时间，因此可以顺理成章的在电能阈值的时间点控制电动水阀5开启进行供水。

进而，在阳光光照不是很强烈的时候，电动水阀5累积电能的时间被拉长，因此在该时间段内可以看成农作物缓慢脱水的过程，因此需要进行水分的补偿。输电线向加热板10提供电能，加热板10对工作腔11中的水进行加热。对于工作腔11，采用随温度上升溶解度降低的溶质，例如氢氧化钙，从而，在输电线向加热板10输送电能时，加热板10开始加热，工作腔11中的水分被加热，氢氧化钙的溶解度变低，氢氧化钙从工作腔11中的水分中析出，使得工作腔11中氢氧化钙的浓度变低，从而使得工作腔11中的水势变高。由于工作腔11设置在呈折线状排列的毛细管8道的细管的下方，因此细管可以从下方水势高的位置向上方水势低的位置供给水量，从而使得毛细管8能向上供给水量。

对于工作腔11，设置第二半透膜14，由于工作腔11中水分在加热后被主动向上供给，在水到达呈折线状排列的毛细管8道的上方时，即细管道13与粗管道12在上方的交界点时，会有一部分水分从粗管道12下滑，因此，在进行水量的补偿时，工作腔11中的水分是处于不断的更新中的，在不断更新的过程中，工作腔11中水分的温度可以在一定的范围内稳定，而第二半透膜14只允许水分子通过，因此，工作腔11中不会出现溶质减少的情况。

对于第一半透膜6，在补偿管道3中水分消耗时，补偿管道3中的水压变小，虽然会得到地下水的补充，但是在补偿管道3与中心供水管道1的交界处，即第一半透膜6处，水压有一定的滞后性，因此，第一半透膜6的两边水压不同，中心供水管道1处的水压大于补偿管道3处的水压，因此，通过第一半透膜6，中心供水管道1向补偿管道3补充水分。

气液混合腔一半埋于地下、一半设置于地面上，气液混合腔中设置有水以及空气，水在下方、空气在上方，因此，在采光覆盖材料层将热能封存时，气液混合腔中的温度上升，气体膨胀，由于设置有螺旋管道，气液混合腔中的气体向上排出的过程变慢，因此，气液混合腔中气压逐渐降低，通过连接管道，次级供水管道2有向气液混合腔供水的趋势，因此次级供水管道2会间接的进行供水。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的是让熟悉该技术领域的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此来限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作出的等同变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于热能变换的自控式灌溉及供水系统，用于植物灌溉以及水分补偿，其特征在于，包括：中心供水管道、次级供水管道、补偿管道、太阳能板，所述中心供水管道分别连接所述次级供水管道以及所述补偿管道，所述次级供水管道与所述中心供水管道的连接口设置有电动水阀，所述补偿管道与所述中心供水管道的连接口设置有第一半透膜，所述次级供水管道设置有供水口，所述供水口沿所述次级供水管道上表面排列，所述补偿管道设置有毛细管道以及直通管道，所述毛细管道沿所述补偿管道的中心线设置，所述毛细管道呈折线状排列，所述直通管道贯穿所述毛细管道，所述，毛细管道最低处设置有加热板以及工作腔，所述工作腔中存放固定摩尔量的溶质，所述加热板与所述电动水阀通过输电线连接所述太阳能板，所述太阳能板接收太阳能并将太阳能转化为电能，所述输电线将电能输送至所述加热板以及所述电动水阀，所述加热板以及所述电动水阀通过电能进行灌溉以及水分补偿。

2.根据权利要求1所述的一种基于热能变换的自控式灌溉及供水系统，其特征在于：所述电动水阀设置有电能阈值，所述电能阈值用于限定所述电动水阀的供水条件，所述输电线输送的电能达到所述电能阈值时，所述电动水阀开启供水。

3.根据权利要求2所述的一种基于热能变换的自控式灌溉及供水系统，其特征在于：所述电动水阀设置有储电功能，所述电动水阀储存并累积所述输电线输送的电能，当所述电动水阀累积的电能达到所述电能阈值时，所述电动水阀开启供水。

4.根据权利要求1所述的一种基于热能变换的自控式灌溉及供水系统，其特征在于：所述毛细管道有粗管道以及细管道构成，所述粗管道以及所述细管道形成折线状，所述细管道用于向上进行水分补偿，所述粗管道用于向所述细管道供给水分，所述直通管道设置于所述粗管道处，所述直通管道用于向下进行水分补偿。

5.根据权利要求4所述的一种基于热能变换的自控式灌溉及供水系统，其特征在于：所述工作腔设置有第二半透膜，所述第二半透膜控制所述工作腔中存有充满所述工作腔的水量。

6.根据权利要求5所述的一种基于热能变换的自控式灌溉及供水系统，其特征在于：当所述补偿管道进行水分补偿时，所述第一半透膜根据所述补偿管道以及所述中心供水管道的水压差进行所述补偿管道的水分补偿。

7.根据权利要求1所述的一种基于热能变换的自控式灌溉及供水系统，其特征在于：所述中心供水管道以及所述次级供水管道设置于地下，所述太阳能板设置于地面。

8.根据权利要求1所述的一种基于热能变换的自控式灌溉及供水系统，其特征在于：还包括气液混合腔，所述气液混合腔一半埋于地下、一半设置于地面上，所述气液混合腔中设置有水以及空气，所述气液混合腔连接于所述次级供水管道。

9.根据权利要求8所述的一种基于热能变换的自控式灌溉及供水系统，其特征在于：所述气液混合腔包括螺旋管道以及连接管道，所述螺旋管道设置于所述气液混合腔的侧面，所述连接管道连接所述次级供水管道。

10.根据权利要求9所述的一种基于热能变换的自控式灌溉及供水系统，其特征在于：所述气液混合腔外包裹采光覆盖材料层，所述采光覆盖材料层与所述气液混合腔构成中空结构。