CN111631054A - 一种基于农业大棚的雨水三态高效收集装置 - Google Patents

一种基于农业大棚的雨水三态高效收集装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于农业大棚的雨水三态高效收集装置，属于雨水收集技术领域，可以实现突破传统的对于液态雨水的收集，创新性的对气态水和固态雪同样进行收集，利用收集管内的自结冰滤网，不仅可以过滤雨雪中的杂质，同时可以在大雪天气中，通过自结冰滤网上的动态导水纤维起到滞留水滴的作用，利用水滴自身的表面张力在自结冰滤网上形成薄薄的一层水膜，并在低温环境下自主结冰形成隔绝大棚内外环境的隔离冰层，用于大棚内环境进行保温减少低温侵害，同时可以支撑一定厚度的积雪，辅助对大棚进行保温，而在积雪较多时重量变大压迫冰层，积雪在自结冰滤网的作用下被分隔成点状落下，在大棚内迅速化成水被收集起来，完成对雨水的三态高效收集。

Description

一种基于农业大棚的雨水三态高效收集装置
技术领域
本发明涉及雨水收集技术领域，更具体地说，涉及一种基于农业大棚的雨水三态高效收集装置。
背景技术
随着高分子聚合物－聚氯乙烯、聚乙烯的产生，塑料薄膜广泛应用于农业。日本及欧美国家于50年代初期应用温室薄膜覆盖温床获得成功，随后又覆盖小棚及温室也获得良好效果。我国于1955年秋引进聚氯乙烯农用薄膜，首先在北京用于小棚覆盖蔬菜，获得了早熟增产的效果。大棚原是蔬菜生产的专用设备，随着生产的发展大棚的应用越加广泛。当前大棚已用于盆花及切花栽培；果树生产用于栽培葡萄、草莓、西瓜、甜瓜、桃及柑桔等；林业生产用于林木育苗、观赏树木的培养等；养殖业用于养蚕、养鸡、养牛、养猪、鱼及鱼苗等。
农业(包括日益活跃的园艺行业)作为国家的经济命脉和用水大户，长期以来，由于思想意识、资金、技术等方面的原因，一直沿用传统落后的大水漫灌，但随着水资源短缺与需水量逐年增加之间的矛盾日益加剧，大水漫灌正逐渐被注重精确灌水的现代节水灌溉模式所取代，现代科学灌溉技术，不仅可以有效利用有限的水资源，缓解地下水开采过量、地壳下沉的严峻局面，同样重要的是，能够通过与精确施肥的有机结合，改善农作物、果树等的生长条件，提高单产和果实品质，具有良好的社会效益和经济效益，由于传统的农业灌溉装置设计不完善，造成在使用过程中产生种种问题，使其不能继续在该领域使用和发展。在多雨地区，遇到连续的雨季时，大棚遮挡雨水，雨水得不到利用。
因此农业大棚逐渐加入了雨水收集装置来收集自然界中的雨水用作灌溉，极大的节省了水资源，但是雨水在自然界的形式大致包括气态水、液态水和固态雪，目前的大棚雨水收集装置仅仅只停留在液态水的收集，不仅造成其它水资源的浪费，同时在面对雨雪时，尤其是大雪季节，严重的雪厚甚至会压塌大棚造成极大的损失，所以雪资源的有效利用一方面可以降低对大棚的危害，另一方面可以更加充分有效的在冬季利用水资源进行农业灌溉。
发明内容
1.要解决的技术问题
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于农业大棚的雨水三态高效收集装置，它可以实现突破传统的对于液态雨水的收集，创新性的对气态水和固态雪同样进行收集，利用收集管内的自结冰滤网，不仅可以过滤雨雪中的杂质，同时可以在大雪天气中，通过自结冰滤网上的动态导水纤维起到滞留水滴的作用，利用水滴自身的表面张力在自结冰滤网上形成薄薄的一层水膜，并在低温环境下自主结冰形成隔绝大棚内外环境的隔离冰层，用于大棚内环境进行保温减少低温侵害，同时可以支撑一定厚度的积雪，辅助对大棚进行保温，而在积雪较多时重量变大压迫冰层，积雪在自结冰滤网的作用下被分隔成点状落下，在大棚内迅速化成水被收集起来，从而实现对雪资源的有效利用，完成对雨水的三态高效收集。
2.技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
一种基于农业大棚的雨水三态高效收集装置，包括大棚本体，所述大棚本体包括上下一体的棚盖和棚身，所述棚盖边缘处固定连接有拦水板，所述拦水板上形成有多个均匀分布的内陷槽，相邻的所述内陷槽之间开设有收集孔，所述收集孔内固定安装有收集管，所述棚身内设置有与多个收集管同时连通的集水箱，所述集水箱上端部固定连接有注水管，所述注水管远离注水管一端连接有蓄水池，所述蓄水池内安装有增压水泵，所述增压水泵与集水箱之间连接有进水管，所述拦水板上端固定连接有多个均匀分布的气态集水杆，所述收集管内固定安装有自结冰滤网。
进一步的，所述自结冰滤网包括滤网丝体和焊接于滤网丝体节点上的节点球，所述节点球上固定连接有多根均匀分布的动态导水纤维，所述动态导水纤维远离节点球一端固定连接有助平吸附气球，基于助平吸附气球的作用将相邻节点球上的动态导水纤维连接为一张平整的截水网，然后利用水滴的表面张力在自结冰滤网上形成一层水膜，进而在低温环境下形成隔离冰层。
进一步的，所述动态导水纤维包括弹性限转片和覆盖于弹性限转片表面的纤维表层，所述纤维表层外表面向外延伸有多根扩散纤维丝，弹性限转片起到对纤维表层的定形作用，限制动态导水纤维的动作方向，有利于辅助动态导水纤维复位，弹性限转片则起到导水的作用，有利于促进无空隙的水膜形成，扩散纤维丝辅助纤维表层起到截留水滴的作用，进一步扩大水滴表面张力的作用。
进一步的，所述节点球下端固定连接有弹性包裹套，所述弹性包裹套上端固定连接有助裂棒，所述节点球上竖直开设有与助裂棒相匹配的助裂孔，且助裂棒插设于助裂孔中，在积雪的下压作用下，节点球向下移动并贴合弹性包裹套，此时助裂棒相对节点球上升并贯穿其延伸至上侧，起到对积雪的分裂作用，方便堆积成块的积雪分裂后易于从自结冰滤网上落下，同时也有利于在棚身内快速融化。
进一步的，所述助裂棒包括下棒体，所述下棒体上端固定连接有多个环形阵列分布的分裂丝，所述下棒体和分裂丝一体成型且采用弹性轻质塑料制成，下棒体作为主体起到支撑作用，分裂丝则利用自身弹力可以在节点球中伸出后向外扩张，进一步对积雪进行分裂，加速积雪的下落。
进一步的，所述分裂丝上端固定连接有配重磁块，且对应的配重磁块相互靠近一端磁极相同，所述下棒体的长度小于节点球的直径，配重磁块一方面起到对分裂丝端头加重的作用，另一方面利用磁性排斥的作用，辅助分裂丝在伸出节点球向外侧扩张，避免分裂丝在出现弹力损伤时无法正常扩张。
进一步的，所述助平吸附气球远离动态导水纤维一端固定连接有贴覆磁层，所述助平吸附气球内填充有密度小于空气的气体，助平吸附气球在正常作用下因为浮力上升，然后藉由贴覆磁层的磁吸作用，可以使得相邻的动态导水纤维更好的配合连接形成一个平整的截水网，避免出现上下不平导致水滴的表面张力被破坏无法形成水膜。
进一步的，所述气态集水杆包括延伸杆和吸水球，且吸水球套设于延伸杆上端，所述吸水球上端固定连接有相匹配的避雨壳，吸水球起到对空气中的气态水收集作用，避雨壳起到保护吸水球的作用，避免吸水球在雨天“越界”吸收雨水导致提前失效。
进一步的，所述吸水球采用高分子吸水树脂和吸水绒毛纤维以质量比1:1 的比例混合制成，高分子吸水树脂具有极强的吸湿性能和保水性。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的优点在于：
(1)本方案可以实现突破传统的对于液态雨水的收集，创新性的对气态水和固态雪同样进行收集，利用收集管内的自结冰滤网，不仅可以过滤雨雪中的杂质，同时可以在大雪天气中，通过自结冰滤网上的动态导水纤维起到滞留水滴的作用，利用水滴自身的表面张力在自结冰滤网上形成薄薄的一层水膜，并在低温环境下自主结冰形成隔绝大棚内外环境的隔离冰层，用于大棚内环境进行保温减少低温侵害，同时可以支撑一定厚度的积雪，辅助对大棚进行保温，而在积雪较多时重量变大压迫冰层，积雪在自结冰滤网的作用下被分隔成点状落下，在大棚内迅速化成水被收集起来，从而实现对雪资源的有效利用，完成对雨水的三态高效收集。
(2)自结冰滤网包括滤网丝体和焊接于滤网丝体节点上的节点球，节点球上固定连接有多根均匀分布的动态导水纤维，动态导水纤维远离节点球一端固定连接有助平吸附气球，基于助平吸附气球的作用将相邻节点球上的动态导水纤维连接为一张平整的截水网，然后利用水滴的表面张力在自结冰滤网上形成一层水膜，进而在低温环境下形成隔离冰层。
(3)动态导水纤维包括弹性限转片和覆盖于弹性限转片表面的纤维表层，纤维表层外表面向外延伸有多根扩散纤维丝，弹性限转片起到对纤维表层的定形作用，限制动态导水纤维的动作方向，有利于辅助动态导水纤维复位，弹性限转片则起到导水的作用，有利于促进无空隙的水膜形成，扩散纤维丝辅助纤维表层起到截留水滴的作用，进一步扩大水滴表面张力的作用。
(4)节点球下端固定连接有弹性包裹套，弹性包裹套上端固定连接有助裂棒，节点球上竖直开设有与助裂棒相匹配的助裂孔，且助裂棒插设于助裂孔中，在积雪的下压作用下，节点球向下移动并贴合弹性包裹套，此时助裂棒相对节点球上升并贯穿其延伸至上侧，起到对积雪的分裂作用，方便堆积成块的积雪分裂后易于从自结冰滤网上落下，同时也有利于在棚身内快速融化。
(5)助裂棒包括下棒体，下棒体上端固定连接有多个环形阵列分布的分裂丝，下棒体和分裂丝一体成型且采用弹性轻质塑料制成，下棒体作为主体起到支撑作用，分裂丝则利用自身弹力可以在节点球中伸出后向外扩张，进一步对积雪进行分裂，加速积雪的下落。
(6)分裂丝上端固定连接有配重磁块，且对应的配重磁块相互靠近一端磁极相同，下棒体的长度小于节点球的直径，配重磁块一方面起到对分裂丝端头加重的作用，另一方面利用磁性排斥的作用，辅助分裂丝在伸出节点球向外侧扩张，避免分裂丝在出现弹力损伤时无法正常扩张。
(7)助平吸附气球远离动态导水纤维一端固定连接有贴覆磁层，助平吸附气球内填充有密度小于空气的气体，助平吸附气球在正常作用下因为浮力上升，然后藉由贴覆磁层的磁吸作用，可以使得相邻的动态导水纤维更好的配合连接形成一个平整的截水网，避免出现上下不平导致水滴的表面张力被破坏无法形成水膜。
(8)气态集水杆包括延伸杆和吸水球，且吸水球套设于延伸杆上端，吸水球上端固定连接有相匹配的避雨壳，吸水球起到对空气中的气态水收集作用，避雨壳起到保护吸水球的作用，避免吸水球在雨天“越界”吸收雨水导致提前失效。
(9)吸水球采用高分子吸水树脂和吸水绒毛纤维以质量比1:1的比例混合制成，高分子吸水树脂具有极强的吸湿性能和保水性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明收集管部分的俯视图；
图3为本发明自结冰滤网的结构示意图；
图4为本发明自结冰滤网网格中的结构示意图；
图5为本发明自结冰滤网形成冰层时的结构示意图；
图6为图5中A处的结构示意图；
图7为本发明自结冰滤网冰层破裂时的结构示意图；
图8为本发明动态导水纤维部分的结构示意图；
图9为本发明助裂棒分离积雪时的结构示意图。
图中标号说明：
1棚身、2棚盖、3拦水板、4内陷槽、5收集管、6集水箱、7注水管、8 自结冰滤网、801滤网丝体、802节点球、803动态导水纤维、8031纤维表层、 8032弹性限转片、8033扩散纤维丝、804助平吸附气球、9进水管、10延伸杆、11吸水球、12蓄水池、13助裂棒、131下棒体、132分裂丝、133配重磁块、14弹性包裹套、15贴覆磁层。
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，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：
请参阅图1-2，一种基于农业大棚的雨水三态高效收集装置，包括大棚本体，大棚本体包括上下一体的棚盖2和棚身1，棚盖2边缘处固定连接有拦水板3，拦水板3上形成有多个均匀分布的内陷槽4，相邻的内陷槽4之间开设有收集孔，收集孔内固定安装有收集管5，棚身1内设置有与多个收集管5同时连通的集水箱6，集水箱6上端部固定连接有注水管7，注水管7远离注水管7一端连接有蓄水池12，蓄水池12内安装有增压水泵，增压水泵与集水箱6之间连接有进水管9，拦水板3上端固定连接有多个均匀分布的气态集水杆，气态集水杆包括延伸杆10和吸水球11，且吸水球11套设于延伸杆10上端，吸水球11上端固定连接有相匹配的避雨壳，吸水球11起到对空气中的气态水收集作用，避雨壳起到保护吸水球11的作用，避免吸水球11在雨天“越界”吸收雨水导致提前失效，吸水球11采用高分子吸水树脂和吸水绒毛纤维以质量比1:1的比例混合制成，高分子吸水树脂具有极强的吸湿性能和保水性，收集管5内固定安装有自结冰滤网8。
请参阅图3-4，自结冰滤网8包括滤网丝体801和焊接于滤网丝体801节点上的节点球802，节点球802上固定连接有多根均匀分布的动态导水纤维 803，动态导水纤维803远离节点球802一端固定连接有助平吸附气球804，基于助平吸附气球804的作用将相邻节点球802上的动态导水纤维803连接为一张平整的截水网，然后利用水滴的表面张力在自结冰滤网8上形成一层水膜，进而在低温环境下形成隔离冰层。
请参阅图8，动态导水纤维803包括弹性限转片8032和覆盖于弹性限转片8032表面的纤维表层8031，纤维表层8031外表面向外延伸有多根扩散纤维丝8033，弹性限转片8032起到对纤维表层8031的定形作用，限制动态导水纤维803的动作方向，有利于辅助动态导水纤维803复位，弹性限转片8032 则起到导水的作用，有利于促进无空隙的水膜形成，扩散纤维丝8033辅助纤维表层8031起到截留水滴的作用，进一步扩大水滴表面张力的作用，助平吸附气球804远离动态导水纤维803一端固定连接有贴覆磁层15，助平吸附气球804内填充有密度小于空气的气体，助平吸附气球804在正常作用下因为浮力上升，然后藉由贴覆磁层15的磁吸作用，可以使得相邻的动态导水纤维 803更好的配合连接形成一个平整的截水网，避免出现上下不平导致水滴的表面张力被破坏无法形成水膜。
请参阅图5-6，节点球802下端固定连接有弹性包裹套14，弹性包裹套 14上端固定连接有助裂棒13，节点球802上竖直开设有与助裂棒13相匹配的助裂孔，且助裂棒13插设于助裂孔中，在积雪的下压作用下，节点球802 向下移动并贴合弹性包裹套14，此时助裂棒13相对节点球802上升并贯穿其延伸至上侧，起到对积雪的分裂作用，方便堆积成块的积雪分裂后易于从自结冰滤网8上落下，同时也有利于在棚身1内快速融化。
请参阅图7，助裂棒13包括下棒体131，下棒体131上端固定连接有多个环形阵列分布的分裂丝132，下棒体131和分裂丝132一体成型且采用弹性轻质塑料制成，下棒体131作为主体起到支撑作用，分裂丝132则利用自身弹力可以在节点球802中伸出后向外扩张，进一步对积雪进行分裂，加速积雪的下落。
请参阅图9，分裂丝132上端固定连接有配重磁块133，且对应的配重磁块133相互靠近一端磁极相同，下棒体131的长度小于节点球802的直径，配重磁块133一方面起到对分裂丝132端头加重的作用，另一方面利用磁性排斥的作用，辅助分裂丝132在伸出节点球802向外侧扩张，避免分裂丝132 在出现弹力损伤时无法正常扩张。
气态雨水的收集：吸水球11在拦水板3上对空气中的气态水进行吸附收集，并定期取下回收内部吸收的水分即可，此部分收集的水资源有限；
液态雨水的收集：一方面通过棚盖2和拦水板3的设置，在内陷槽4的导流下雨水通过收集管5进入到集水箱6中，到达一定液面后通过注水管7 注入到蓄水池12中进行储存，集水箱6内的水直接用于临时灌溉，另一方面蓄水池12可以直接收集雨水；
固态雪的收集：在雨雪天气，雪会堆积在内陷槽4上并部分滑落至收集管5内落在自结冰滤网8上，由于棚身1内环境较外界温暖，因此自结冰滤网8上下层的积雪会部分融化，在动态导水纤维803的作用下在滤网丝体801 上进行分布并形成水膜，在外界的低温环境下会迅速结冰进行隔离，一方面对棚身1内环境进行保温，降低外界风雪和低温环境对棚身1内的干扰，另一方面冰层可以支撑一定重量的积雪，而积雪覆盖在棚盖2上也可以辅助对棚身1进行保温，但当积雪到达一定厚度对棚身1的稳定性出现破坏时，冰层率先在压力作用下破裂，随后节点球802下沉贴合弹性包裹套14，助裂棒 13相对伸出对积雪进行分裂，分裂后的积雪继续下压自结冰滤网8上每个网格中由动态导水纤维803形成的截水网，动态导水纤维803向下避让截水网消失，积雪顺利在自结冰滤网8的分割下自由下落，并在棚身1的温暖环境下快速融化成水进入到集水箱6中，积雪下落结束后，动态导水纤维803在弹力作用下辅以助平吸附气球804的浮力作用快速复位，依靠贴覆磁层15的磁吸作用下重新形成一个平整的截水网，并开始形成冰层继续隔离。
本发明可以实现突破传统的对于液态雨水的收集，创新性的对气态水和固态雪同样进行收集，利用收集管内的自结冰滤网，不仅可以过滤雨雪中的杂质，同时可以在大雪天气中，通过自结冰滤网上的动态导水纤维起到滞留水滴的作用，利用水滴自身的表面张力在自结冰滤网上形成薄薄的一层水膜，并在低温环境下自主结冰形成隔绝大棚内外环境的隔离冰层，用于大棚内环境进行保温减少低温侵害，同时可以支撑一定厚度的积雪，辅助对大棚进行保温，而在积雪较多时重量变大压迫冰层，积雪在自结冰滤网的作用下被分隔成点状落下，在大棚内迅速化成水被收集起来，从而实现对雪资源的有效利用，完成对雨水的三态高效收集。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于农业大棚的雨水三态高效收集装置，包括大棚本体，所述大棚本体包括上下一体的棚盖(2)和棚身(1)，其特征在于：所述棚盖(2)边缘处固定连接有拦水板(3)，所述拦水板(3)上形成有多个均匀分布的内陷槽(4)，相邻的所述内陷槽(4)之间开设有收集孔，所述收集孔内固定安装有收集管(5)，所述棚身(1)内设置有与多个收集管(5)同时连通的集水箱(6)，所述集水箱(6)上端部固定连接有注水管(7)，所述注水管(7)远离注水管(7)一端连接有蓄水池(12)，所述蓄水池(12)内安装有增压水泵，所述增压水泵与集水箱(6)之间连接有进水管(9)，所述拦水板(3)上端固定连接有多个均匀分布的气态集水杆，所述收集管(5)内固定安装有自结冰滤网(8)。
2.根据权利要求1所述的一种基于农业大棚的雨水三态高效收集装置，其特征在于：所述自结冰滤网(8)包括滤网丝体(801)和焊接于滤网丝体(801)节点上的节点球(802)，所述节点球(802)上固定连接有多根均匀分布的动态导水纤维(803)，所述动态导水纤维(803)远离节点球(802)一端固定连接有助平吸附气球(804)。
3.根据权利要求2所述的一种基于农业大棚的雨水三态高效收集装置，其特征在于：所述动态导水纤维(803)包括弹性限转片(8032)和覆盖于弹性限转片(8032)表面的纤维表层(8031)，所述纤维表层(8031)外表面向外延伸有多根扩散纤维丝(8033)。
4.根据权利要求2所述的一种基于农业大棚的雨水三态高效收集装置，其特征在于：所述节点球(802)下端固定连接有弹性包裹套(14)，所述弹性包裹套(14)上端固定连接有助裂棒(13)，所述节点球(802)上竖直开设有与助裂棒(13)相匹配的助裂孔，且助裂棒(13)插设于助裂孔中。
5.根据权利要求4所述的一种基于农业大棚的雨水三态高效收集装置，其特征在于：所述助裂棒(13)包括下棒体(131)，所述下棒体(131)上端固定连接有多个环形阵列分布的分裂丝(132)，所述下棒体(131)和分裂丝(132)一体成型且采用弹性轻质塑料制成。
6.根据权利要求4所述的一种基于农业大棚的雨水三态高效收集装置，其特征在于：所述分裂丝(132)上端固定连接有配重磁块(133)，且对应的配重磁块(133)相互靠近一端磁极相同，所述下棒体(131)的长度小于节点球(802)的直径。
7.根据权利要求2所述的一种基于农业大棚的雨水三态高效收集装置，其特征在于：所述助平吸附气球(804)远离动态导水纤维(803)一端固定连接有贴覆磁层(15)，所述助平吸附气球(804)内填充有密度小于空气的气体。
8.根据权利要求1所述的一种基于农业大棚的雨水三态高效收集装置，其特征在于：所述气态集水杆包括延伸杆(10)和吸水球(11)，且吸水球(11)套设于延伸杆(10)上端，所述吸水球(11)上端固定连接有相匹配的避雨壳。
9.根据权利要求8所述的一种基于农业大棚的雨水三态高效收集装置，其特征在于：所述吸水球(11)采用高分子吸水树脂和吸水绒毛纤维以质量比1:1的比例混合制成。
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