CN117016341B - 一种太阳能与风能联合驱动的自动蓄热滴灌系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种太阳能与风能联合驱动的自动蓄热滴灌系统，包括风力储能驱动系统、太阳能储热系统和滴灌系统；滴灌系统包括提升器和滴灌组件，提升器包括蒸发腔和加压腔，蒸发腔与加压腔在顶端连通；加压腔内滑动设置有滑动板，加压腔底端与水源连通，加压腔用于向滴灌系统输送水流；太阳能储热系统包括储水箱、热水管、太阳能集热储热器、换热器和循环泵；换热器设置于蒸发腔内，热水管分别与储水箱和换热器连通，循环泵与热水管连通，太阳能集热储热器用于加热热水管。本申请能够提高对清洁、低碳能源的利用，降低使用成本，达到节能、减排的需求。

Description

一种太阳能与风能联合驱动的自动蓄热滴灌系统

技术领域

本申请涉及滴灌系统的技术领域，尤其是涉及一种太阳能与风能联合驱动的自动蓄热滴灌系统。

背景技术

滴灌在节约水资源的同时，又能为农作物提供所需的水。滴灌不仅可以缓解农业用水的供需矛盾，而且可以加快我国从传统农业向现代农业的转变。

相关技术中的滴灌系统一般包括水泵、储水池和滴灌管。水泵设置于水源处，水泵将水输送至储水池内。储水池和滴灌管连通，滴灌管沿自身长度方向开设有多个滴灌孔，滴灌管设置有多个。储水池内的水进入滴灌管内，随后从滴灌孔流出，以对植物根部补充水分。

但是，相关技术中一般使用电力或石油燃料驱动电动机或内燃机，为水泵提供动力，从而满足滴灌系统所需要工作压力。相关技术中使用的能源并不清洁、低碳，容易造成使用成本高，难以达到节能、减排的需求。

发明内容

为了提高对清洁、低碳能源的利用，降低使用成本，达到节能、减排的需求，本申请提供一种太阳能与风能联合驱动的自动蓄热滴灌系统。

本申请提供一种太阳能与风能联合驱动的自动蓄热滴灌系统，采用如下的技术方案：

一种太阳能与风能联合驱动的自动蓄热滴灌系统，包括风力储能驱动系统、太阳能储热系统和滴灌系统；

所述滴灌系统包括提升器和滴灌组件，所述提升器包括蒸发腔和加压腔，所述蒸发腔与所述加压腔在顶端连通；所述加压腔内滑动设置有滑动板，所述加压腔底端与水源连通，所述加压腔用于向所述滴灌系统输送水流；

所述太阳能储热系统包括储水箱、热水管、太阳能集热储热器、换热器和循环泵；所述换热器设置于所述蒸发腔内，所述热水管分别与所述储水箱和所述换热器连通，所述循环泵与所述热水管连通，所述太阳能集热储热器用于加热所述热水管；

所述风力储能驱动系统还包括风力发电机和蓄电盒，所述风力发电机将风能转化为电能并储存于所述蓄电盒内，所述蓄电盒与所述循环泵电性连接。

通过采用上述技术方案，储水箱内的水经过太阳能集热储热器加热形成热水，热水再流通至换热器内，换热器使蒸发腔内的蒸发液蒸发，气态的蒸发液进入加压腔内，推动滑动板向下滑动；气态的蒸发液冷却后，滑动板上方的压强变小，滑动板复位，从而能够使滑动板下方的加压腔抽入或输出水流，进而能够将水流输送至滴灌组件内，以对植物进行滴灌。本申请采用清洁、低碳的能源，降低使用成本，达到节能、减排的要求。

可选的，所述滑动板底端设置有助推弹簧，所述加压腔内部的底壁设置有电极，所述助推弹簧与电极接触后使助推弹簧通电。

通过采用上述技术方案，助推弹簧随滑动板上下移动，当助推弹簧与加压室底壁的电极接触后，此时助推弹簧的两端通电，助推弹簧发生收缩，气态的蒸发液的推力和助推弹簧的收缩力共同作用使滑动板下降，使滑动板将加压腔下方的水输送至滴灌组件内。待气态蒸发液发生液化时，对助推弹簧断电，此时助推弹簧的弹力推动滑动板向上移动，使滑动板下方的加压腔处于负压状态，从而将水抽送至滑动板下方的加压腔内。

可选的，所述提升器还包括：

滑轨，所述滑轨设置于加压腔内；

第一连接器，所述第一连接器滑动设置于所述滑轨上；

第二连接器，所述第二连接器设置于所述滑动板上，所述第二连接器用于与所述第一连接器进行吸合或断开；所述风力发电机用于驱动第一连接器沿所述滑轨滑动。

通过采用上述技术方案，当在夜间时，太阳能集热储热器提供的热量有限，蒸发腔的蒸发液难以被加热气化，此时将第一连接器和第二连接器进行吸合，风力发电机输出动力带动第一连接器沿滑轨滑动，从而带动滑动板上下滑动，从而能够将水输送至滴灌组件内。

可选的，所述风力储能驱动系统还包括驱动轮和驱动连杆，所述驱动轮与风力发电机的机身转动连接，所述风力发电机的主轴带动驱动轮转动；

所述驱动连杆一端与所述驱动轮转动连接，所述驱动连杆另一端与所述第一连接器转动连接。

通过采用上述技术方案，驱动轮、驱动连杆和第一连接器能够形成曲柄连杆结构，当风力发电机的主轴转动时，能够带动驱动轮转动，从而带动第一连接器上下滑动，进而带动滑动板上下滑动，将水输送至滴灌组件内。

可选的，所述风力储能驱动系统还包括第一联轴器和第二联轴器，所述第一联轴器用于与第二联轴器耦合或断开；

所述第一联轴器与风力发电机的主轴连接，所述风力发电机包括发电机组，所述第二联轴器与发电机组的输入端连接。

通过采用上述技术方案，当第一联轴器和第二联轴器耦合时，风力发电机主轴的动力传递至发电机组的输入端，发电机组发电并储存于蓄电盒内；当在夜间时，使第一联轴器和第二联轴器断开，风力发电机的主轴用于带动第一连接器上下滑动，从而将动力输出至滑动板上，将水输送至滴灌组件内。

可选的，所述滴灌组件包括：

上升管，所述上升管一端与水源连通，所述上升管另一端与所述加压腔连通；

第一单向阀，所述第一单向阀设置于所述上升管上；

滴灌管，所述滴灌管与所述上升管连通；

第二单向阀，所述第二单向阀设置于所述滴灌管上。

通过采用上述技术方案，当滑动板向上移动时，滑动板下方的加压腔形成负压，上升管将水输送至加压腔内；当滑动板向下移动时，由于有第一单向阀和第二单向阀，水进入滴灌管内，以对植物进行滴灌。

可选的，所述太阳能集热储热器包括：

盘管，所述盘管与所述热水管连通；

集热板，所述集热板用于加热所述盘管。

通过采用上述技术方案，当阳光照射至集热板上时，集热板将光能转化为热能，并对盘管进行加热，从而对热水管内流通的水进行加热，能够使热水流通至换热器内对蒸发液进行加热。

可选的，所述提升器还包括：

隔板，所述隔板将提升器的腔室分为蒸发腔和加压腔，所述隔板顶部开设有气孔；

挡板，所述挡板滑动设置于隔板上，所述挡板用于启闭所述气孔。

通过采用上述技术方案，当在白天时，滑动挡板打开气孔，气态的蒸发液能够通过气孔从蒸发腔进入至加压腔内，加压腔内冷凝后的蒸发液汇聚至滑动板顶壁，能够从气孔回流至蒸发腔内，形成气液循环。

可选的，所述热水管上设置有开关阀，所述开关阀用于控制所述热水管与换热器的通断。

通过采用上述技术方案，当在白天时，启动开关阀，使热水管与换热器连通，热水流通至换热器内，能够对蒸发腔内的蒸发液加热；当在夜晚时，关闭开关阀，阻断热水流通至换热器内。

可选的，所述滑动板顶壁倾斜设置，并且所述滑动板靠近隔板一侧的厚度小于另一侧的厚度。

通过采用上述技术方案，当气态蒸发液冷凝后汇聚至滑动板的顶壁，由于滑动板的顶壁倾斜设置，有利于冷凝后的水从气孔回流至蒸发腔内，实现蒸发液的循环使用。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益效果：

1、本申请能够利用自然界的太阳能和风能等清洁、低碳的能源，间歇或交替为滴灌系统提供动能，进一步扩大应用场景至老旧园区、老旧设备和中小功率设备，提高低碳清洁能源的利用效率，进一步节约能源；

2、本申请的结构简易、制造成本低，属于新型的低碳环保动力驱动装置的联合应用范畴。可广泛应用于各类可利用太阳能储热、风能储电的驱动扬水系统，满足白天、夜间间歇或交替驱动场景，提供动力设备驱动动能，同时满足热能、电能存储和采取等功能。

附图说明

图1是本申请实施例太阳能与风能联合驱动的自动蓄热滴灌系统的结构示意图；

图2是本申请实施例展示太阳能储热系统的局部结构示意图；

图3是本申请实施例提升器处于白天状态的结构示意图；

图4是本申请实施例提升器处于夜晚状态的结构示意图。

附图标记说明：1、风力储能驱动系统；11、风力发电机；111、风机机身；112、扇叶；113、发电机组；12、第一联轴器；13、第二联轴器；14、蓄电盒；15、控制器；16、驱动轮；17、驱动连杆；2、太阳能储热系统；21、储水箱；22、热水管；221、第一热水管；222、第二热水管；223、第三热水管；224、第四热水管；225、连通管；23、太阳能集热储热器；231、盘管；2311、第一盘管；2312、第二盘管；232、储能材料；233、集热板；24、换热器；25、开关阀；251、第一电磁阀；252、第二电磁阀；253、第三电磁阀；26、循环泵；27、流通管；3、滴灌系统；31、提升器；311、蒸发腔；312、加压腔；313、隔板；3131、气孔；314、挡板；315、滑动板；316、第一连接器；317、第二连接器；318、滑轨；319、助推弹簧；32、滴灌组件；321、上升管；322、第一单向阀；323、第二单向阀；324、滴灌管；325、喷头；100、水井；200、植物。

具体实施方式

以下结合附图1-4对本申请作进一步详细说明。

实施例：

本申请实施例提供一种太阳能与风能联合驱动的自动蓄热滴灌系统。

参考图1，太阳能与风能联合驱动的自动蓄热滴灌系统包括风力储能驱动系统1、太阳能储热系统2和滴灌系统3，风力储能驱动系统1和太阳能储热系统2能够对滴灌系统3提供动力，使滴灌系统3对植物200进行滴灌。

参考图2，太阳能储热系统2包括储水箱21和热水管22，热水管22包括第一热水管221，第一热水管221与储水箱21连通。

参考图1和图2，太阳能储热系统2包括太阳能集热储热器23，太阳能集热储热器23包括盘管231、储能材料232和集热板233。盘管231固定连接于太阳能集热储热器23的机身内，盘管231设置有两个，分别为第一盘管2311和第二盘管2312，第一热水管221与第一盘管2311连通。储能材料232填充于太阳能集热储热器23的机身内，并且储能材料232包覆盘管231。集热板233固定连接于太阳能集热储热器23的机身表面，集热板233能够吸收光能并对盘管231进行加热，储能材料232能够吸收集热板233和盘管231的热量并进行储存。

参考图3，滴灌系统3包括提升器31，提升器31包括蒸发腔311、加压腔312和隔板313。隔板313固定连接于提升器31的腔室内，将提升器31的腔室分隔为蒸发腔311和加压腔312。蒸发腔311内装入有蒸发液，蒸发腔311内安装有换热器24，在本实施例中，换热器24为蛇形管。

参考图2，热水管22还包括第二热水管222、第三热水管223和第四热水管224。第二热水管222分别与第一盘管2311和换热器24一端连通，第三热水管223分别与第二盘管2312和换热器24另一端连通，第四热水管224分别与第二盘管2312和储水箱21连通。第四热水管224连通有循环泵26，能够使储水箱21内的水流通至换热器24内，并从换热器24回流至储水箱21内。

参考图2，太阳能储热系统2还包括开关阀25，开关阀25包括第一电磁阀251、第二电磁阀252和第三电磁阀253。第一电磁阀251设置于第二热水管222上，第一电磁阀251用于控制第二热水管222的通断。第二电磁阀252设置于第三热水管223上，第二电磁阀252用于控制第三热水管223的通断。第二热水管222和第三热水管223在靠近盘管231的一端通过连通管225相连通，第三电磁阀253设置于连通管225上，第三电磁阀253用于控制连通管225的连通。

当关闭第三电磁阀253，开启第一电磁阀251和第二电磁阀252时，启动循环泵26，储水箱21内的水经过太阳能集热储热器23被加热，随后再流通至换热器24对蒸发腔311内的蒸发液进行加热，最后再经过第三热水管223、第二盘管2312和第四热水管224回流至储水箱21内。

参考图2，储水箱21还连通有流通管27，流通管27外接水泵，能够将储水箱21内的热水输送至用户端。

参考图3，隔板313的顶端开设有气孔3131，气孔3131将蒸发腔311的顶端和加压腔312的顶端相连通。提升器31还包括挡板314，挡板314滑动连接于隔板313上，挡板314的顶端穿出蒸发腔311顶壁，挡板314能够开启或闭合气孔3131。

参考图3，提升器31还包括滑动板315，滑动板315滑动连接于加压腔312内，滑动板315能够上下滑动。滑动板315的顶壁倾斜设置，滑动板315靠近挡板314一侧的厚度小于另一侧的厚度。

当蒸发液被加热蒸发后，会通过气孔3131流动至加压腔312内，滑动板315上方的加压腔312压强变大，推动滑动板315向下移动。当气态的蒸发液发生液化时，冷凝的蒸发液聚集至滑动板315顶壁，由于滑动板315顶壁倾斜设置，冷凝的蒸发液能够从气孔3131回流至蒸发腔311内。

参考图3，提升器31还包括助推弹簧319，助推弹簧319与滑动板315底壁固定连接。加压腔312内部的底壁设置有电极，助推弹簧319的顶端通电，助推弹簧319的底端能够与电极接触，从而使助推弹簧319两端通电。

当向上滑动挡板314，打开气孔3131，蒸发腔311内的蒸发液被加热蒸发为气态蒸发液，气态的蒸发液进入加压腔312内，从而对滑动板315的上方加压，滑动板315向下移动，助推弹簧319与加压腔312底壁的电极接触后通电收缩，滑动板315继续向下移动。直至滑动板315移动至最低高度时，加压腔312内的气态蒸发液发生液化，此时再停止向助推弹簧319通电，助推弹簧319复位，推动滑动板315向上移动，滑动板315下方的加压腔312能够形成负压。

参考图1，滴灌系统3还包括滴灌组件32，滴灌组件32包括上升管321和滴灌管324。上升管321一端与水井100连通，上升管321另一端与加压腔312的底部连通。上升管321设置有第一单向阀322，第一单向阀322能够允许上升管321内的水向加压腔312单向流动。滴灌管324与上升管321连通，并且滴灌管324位于第一单向阀322和加压腔312之间，滴灌管324上连通有喷头325。滴灌管324上设置有第二单向阀323，第二单向阀323允许加压腔312内的水向滴灌管324单向流动。

当滑动板315向上移动，滑动板315下方的加压腔312形成负压，水井100内的水被抽送至加压腔312内；当滑动板315向下移动，能够推动加压腔312内的水输送至滴灌管324内，再由喷头325喷出，以对植物200进行滴灌作业。

参考图1，风力储能驱动系统1包括风力发电机11、第一联轴器12、第二联轴器13、蓄电盒14和控制器15。风力发电机11包括风机机身111、扇叶112和发电机组113，扇叶112转动连接于风机机身111上，扇叶112带动风力发电机11的主轴转动，发电机组113和蓄电盒14均固定连接于风机机身111内，蓄电盒14和发电机组113电性连接。在本实施例中，第一联轴器12和第二联轴器13为电磁联轴器，第一联轴器12和第二联轴器13能够处于耦合或断开的状态，第二联轴器13与发电机组113的动力输入端连接。

当第一联轴器12和第二联轴器13耦合时，风力发电机11的主轴的动力传递至发电机组113上，发电机组113产生的电能储存于蓄电盒14内。蓄电盒14与控制器15电性连接，控制器15分别为循环泵26、开关阀25、助推弹簧319提供电力和控制启停。

参考图1，风力储能驱动系统1还包括驱动轮16和驱动连杆17。驱动轮16转动连接于风机上，风力发电机11的主轴通过齿轮传动带动驱动轮16转动，驱动连杆17与驱动轮16的偏心位置转动连接。

参考图1和图3，加压腔312内设置有滑轨318、第一连接器316和第二连接器317。滑轨318固定连接于加压腔312内，滑轨318的长度方向为竖向，滑轨318从加压腔312顶壁穿出。在本实施例中，第一连接器316和第二连接器317为电磁铁，第一连接器316和第二连接器317能够处于吸合或断开的状态。第一连接器316滑动连接于滑轨318上，第一连接器316能够从加压腔312的顶壁穿出，驱动连杆17的底端与第一连接器316转动连接，第二连接器317与滑动板315顶部固定连接，驱动轮16、驱动连杆17和第一连接器316形成曲柄连杆结构。

参考图1和图4，当在夜间时，向下滑动挡板314，关闭气孔3131，使第一联轴器12和第二联轴器13断开，使第一连接器316和第二连接器317吸合，风力发电机11的主轴带动驱动轮16转动，驱动轮16通过驱动连杆17带动第一连接器316沿滑轨318上下移动，从而带动滑动板315上下移动，进而将水井100内的水抽取至加压腔312内，并且能够将水输送至滴灌管324内，以对植物200进行滴灌。

本申请实施例一种太阳能与风能联合驱动的自动蓄热滴灌系统的实施原理为：当在白天时，关闭第三电磁阀253、打开第一电磁阀251和第二电磁阀252，使第一联轴器12和第二联轴器13耦合，向上移动挡板314打开气孔3131，使第一连接器316和第二连接器317断开，循环泵26使储水箱21内的水流至换热器24内并回流，途经太阳能集热储热器23被加热，换热器24使蒸发腔311内的蒸发液蒸发为气态，推动滑动板315向下移动，助推弹簧319通电收缩并储存弹性势能，待气态的蒸发液发生液化后，使助推弹簧319停止通电，能够使滑动板315向上移动，从而能够使滑动板315上下往复移动，进而能够使水井100内的水抽送至加压腔312内，再从加压腔312输送至滴灌管324内；

当在夜晚时，打开第三电磁阀253，关闭第一电磁阀251和第二电磁阀252，向下移动挡板314封堵气孔3131，使第一联轴器12和第二联轴器13断开，使第一连接器316和第二连接器317吸合，此时扇叶112带动驱动轮16转动，驱动轮16通过驱动连杆17使滑动板315上下往复移动，从而能够使水井100内的水抽送至加压腔312内，再从加压腔312输送至滴灌管324内。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种太阳能与风能联合驱动的自动蓄热滴灌系统，其特征在于：包括风力储能驱动系统（1）、太阳能储热系统（2）和滴灌系统（3）；

所述滴灌系统（3）包括提升器（31）和滴灌组件（32），所述提升器（31）包括蒸发腔（311）和加压腔（312），所述蒸发腔（311）与所述加压腔（312）在顶端连通；所述加压腔（312）内滑动设置有滑动板（315），所述加压腔（312）底端与水源连通，所述加压腔（312）用于向所述滴灌系统（3）输送水流；

所述太阳能储热系统（2）包括储水箱（21）、热水管（22）、太阳能集热储热器（23）、换热器（24）和循环泵（26）；所述换热器（24）设置于所述蒸发腔（311）内，所述热水管（22）分别与所述储水箱（21）和所述换热器（24）连通，所述循环泵（26）与所述热水管（22）连通，所述太阳能集热储热器（23）用于加热所述热水管（22）；

所述风力储能驱动系统（1）还包括风力发电机（11）和蓄电盒（14），所述风力发电机（11）将风能转化为电能并储存于所述蓄电盒（14）内，所述蓄电盒（14）与所述循环泵（26）电性连接；

所述滑动板（315）底端设置有助推弹簧（319），所述加压腔（312）内部的底壁设置有电极，所述助推弹簧（319）与电极接触后使助推弹簧（319）通电；

所述提升器（31）还包括：

滑轨（318），所述滑轨（318）设置于加压腔（312）内；

第一连接器（316），所述第一连接器（316）滑动设置于所述滑轨（318）上；

第二连接器（317），所述第二连接器（317）设置于所述滑动板（315）上，所述第二连接器（317）用于与所述第一连接器（316）进行吸合或断开；所述风力发电机（11）用于驱动第一连接器（316）沿所述滑轨（318）滑动；

所述风力储能驱动系统（1）还包括驱动轮（16）和驱动连杆（17），所述驱动轮（16）与风力发电机（11）的机身转动连接，所述风力发电机（11）的主轴带动驱动轮（16）转动；

所述驱动连杆（17）一端与所述驱动轮（16）转动连接，所述驱动连杆（17）另一端与所述第一连接器（316）转动连接；

所述提升器（31）还包括：

隔板（313），所述隔板（313）将提升器（31）的腔室分为蒸发腔（311）和加压腔（312），所述隔板（313）顶部开设有气孔（3131）；

挡板（314），所述挡板（314）滑动设置于隔板（313）上，所述挡板（314）用于启闭所述气孔（3131）。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能与风能联合驱动的自动蓄热滴灌系统，其特征在于：所述风力储能驱动系统（1）还包括第一联轴器（12）和第二联轴器（13），所述第一联轴器（12）用于与第二联轴器（13）耦合或断开；

所述第一联轴器（12）与风力发电机（11）的主轴连接，所述风力发电机（11）包括发电机组（113），所述第二联轴器（13）与发电机组（113）的输入端连接。

3.根据权利要求1所述的一种太阳能与风能联合驱动的自动蓄热滴灌系统，其特征在于：所述滴灌组件（32）包括：

上升管（321），所述上升管（321）一端与水源连通，所述上升管（321）另一端与所述加压腔（312）连通；

第一单向阀（322），所述第一单向阀（322）设置于所述上升管（321）上；

滴灌管（324），所述滴灌管（324）与所述上升管（321）连通；

第二单向阀（323），所述第二单向阀（323）设置于所述滴灌管（324）上。

4.根据权利要求1所述的一种太阳能与风能联合驱动的自动蓄热滴灌系统，其特征在于：所述太阳能集热储热器（23）包括：

盘管（231），所述盘管（231）与所述热水管（22）连通；

集热板（233），所述集热板（233）用于加热所述盘管（231）。

5.根据权利要求1所述的一种太阳能与风能联合驱动的自动蓄热滴灌系统，其特征在于：所述热水管（22）上设置有开关阀（25），所述开关阀（25）用于控制所述热水管（22）与换热器（24）的通断。

6.根据权利要求1所述的一种太阳能与风能联合驱动的自动蓄热滴灌系统，其特征在于：所述滑动板（315）顶壁倾斜设置，并且所述滑动板（315）靠近隔板（313）一侧的厚度小于另一侧的厚度。