CN204762612U - 一种适用于海岛沙漠的自动灌溉装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种适用于海岛沙漠的自动灌溉装置，可用于海岛沙漠区域，属于机械设备领域。由制水系统、太阳能供电系统、灌溉系统和监测系统组成。通过太阳能供电装置提供能量，由制水系统将空气转化为可以用于灌溉的淡水并储存在凝水室中，由监测系统判断植物是否需要灌溉，并通过灌溉系统将淡水输送至植物根部进行灌溉。本装置采用空气制水，可以有效解决海岛沙漠灌溉难度大的问题，具有广阔的应用前景。

Description

一种适用于海岛沙漠的自动灌溉装置

技术领域

本实用新型涉及一种适用于海岛沙漠的自动灌溉装置，可用于海岛沙漠区

域，属于机械设备领域。

背景技术

当今世界，淡水资源短缺问题日益严峻，其中海岛和沙漠地区淡水短缺问题尤其突出。全球生活在海岛和沙漠地区的人口已经超过世界总人口的1/6，其中沙漠地区人口有6.28亿，海岛和沿海淡水缺乏地区的人口更多。同时，全球海岛总面积约占全球陆地总面积的1/15；而全球沙漠地区总面积约占全球陆地总面积的1/4，由于气候变暖等因素的影响，这一比例正在逐渐扩大。全球大部分海岛地区普遍存在径流时间短、汇水面积小、储水量小的问题，水资源严重贫乏；而沙漠地区也因降雨稀少且蒸发强烈导致径流水资源极度匮乏。

近年来，为了改善海岛和沙漠地区的生态环境，全球范围内各个地区开始大力建设人工绿洲。由于水资源匮乏、降雨分布不均、昼夜温差大等原因，绿洲的植物难以得到有效地灌溉，严重限制了这些地区人工绿洲的生存与发展。解决上述地区植物灌溉问题的传统方法包括交通运输和海水淡化两种途径。交通运输成本较高，海水淡化对盐水稀少的地区并不适用，并且由于其技术和成本限制、设备大型，不适合广泛使用。除此之外，采用传统方法灌溉，还需要人工监管和控制。实际上，这些地区的绿洲大多分布在较为偏远的地区，人工监管的难度较大。所以，寻找新的灌溉途径就成了解决沙漠和海岛植物灌溉问题的关键。

海岛沙漠现有淡水资源利用方法都有一定的局限性，为了能更好地缓解海岛、沙漠等地的植物灌溉问题，人们提出了从空气中取水的新途径。大气中富含淡水，并且不受地域限制，尤其在海岛和沿海地区，空气湿度较高，据估算，大气中含有大约14000km³的水蒸气，而地表的淡水总量只有1200km³，所以，地球大气层可以说是一个巨大的水库，即使是沙漠地区，其含水量也超过10g/m³。因此，如何有效地从空气中获取淡水并用于灌溉，是一个大家共同关心的课题。空气取水技术蕴含着解决淡水稀缺问题的巨大潜力。目前空气取水的主要方法有：制冷结露法、吸附法和集雾取水法，然而现有的这些空气取水方法均存在许多不足之处：

1）制冷结露法：能量转换环节较多而损失大，能源利用效率较低。

2）吸附法：干燥剂对水质具有一定的影响，从而易导致水安全问题。

3）集雾取水法：只适合在多雾且缺水的地方推广，受环境限制很大。

实用新型内容

本实用新型主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种可以利用空气制取淡水，并采用自动监测仪和单片机实现自动灌溉，不需要人工监管。具备经济环保、高效安全、适用面广等特点，可以有效缓解海岛、沙漠等地区的淡水缺乏和植物灌溉问题的一种适用于海岛沙漠的自动灌溉装置。

本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种适用于海岛沙漠的自动灌溉装置，其特征在于，包括：

一制水系统：将自然空气冷凝并进行水汽分离得到灌溉的淡水，具体包括：预冷室、制冷室和凝水室，所述预冷室用于引进外界空气并进行预冷；所述制冷室利用制冷半导体对空气进行进一步的降温，以使空气达到露点；所述凝水室利用凝水板对空气中的小水珠进行吸附与收集，并最终储存在凝水室底部；

一太阳能供电系统：给整个装置供电，具体包括：太阳能电池板、蓄电池组、太阳能控制器、微型逆变器；太阳能控制器用于控制整个系统的工作状态，并对蓄电池组起到过充电保护、过放电保护的作用；蓄电池组用于在有光照时将太阳能电池板所制造的电能储存起来，到需要的时候再释放出来；微型逆变器用于控制电量的能量输出；

一灌溉系统：用于给植物进行灌溉，具体包括：引水总阀门、一级管道和网状灌溉管道；引水总阀门安装在凝水室底部，用于放水；引水总阀门的下端与一级管道连接；网状灌溉管道的首端与一级管道的末端连接，网状灌溉管道的末端埋在植物根部的土壤表层；

一监测系统：用于检测周围环境参数以及土壤参数，具体包括：土壤湿度传感器、大气湿度传感器、大气温度传感器和单片机；土壤湿度传感器安装在植物根部的土壤表层；大气湿度传感器和大气温度传感器安装在植物上方的空中；土壤湿度传感器、大气湿度传感器和大气温度传感器均通过通信线路与单片机连接；单片机根据土壤湿度传感器、大气湿度传感器和大气温度传感器传输的数据信息判断植物是否需要灌溉。

在上述的一种适用于海岛沙漠的自动灌溉装置，所述预冷室包括漏斗式进气口、第一螺旋管和风机；所述风机安装在预冷室的出气口处用以将已被处理完毕的空气排出从而利用气压差使新鲜空气从漏斗式进气管吸入第一螺旋管；所述第一螺旋管可以增大新鲜空气与处理完毕的低温干燥的空气的接触面积，以使之充分预冷；所述漏斗式进气管底部做成圆球状可以防止砂砾等固体颗粒进入装置；

所述制冷室，包括第二螺旋管、制冷半导体和铁柱内芯；所述第二螺管用以增大经过预冷处理的空气与制冷半导体冷端的接触面积并延长制冷时间，从而提高制冷效率；所述第二螺旋管绕于铁柱内芯上，铁柱内芯可大大提高导热率，从而提高制冷效率；所述制冷半导体在通电状况下会出现一端制冷而另一端发热的现象，预冷后的空气在经过由半导体制冷端营造的制冷室时，温度将不断降低直至露点；

所述凝水室中安装了多块凝水板；所述凝水室为空气和水分的分离的场所，已经降至露点的空气进入凝水室，它的流速会迅速由快变慢，从而能在短时间内冷凝成小水滴，由于重力作用，水滴下落，最终集于凝水室底部，低温干燥的空气则往上输送至预冷室；所述凝水板用以在水气分离过程中，最大限度地吸附冷凝空气中的水分，从而提高汇水率；所述凝水板漏斗式安装在凝水室中用以汇集微小水滴。

在上述的一种适用于海岛沙漠的自动灌溉装置，所述凝水板共有10块，以漏斗状的形式对称安装在凝水室中。

因此，本实用新型具有如下优点：1、高效制水，水质安全。本装置结合了吸附法和制冷结露法空气取水的优点，既能高效制水，又能避免对水质的污染。2、能源清洁，充分利用太阳能。本装置充分利用太阳能发电制水，不需消耗传统化石能源，清洁环保，节能减排。3、自动控制，智能高效。本装置采用监测系统实时监测植物是否需要灌溉，并由单片机自动控制，不需要人工看管。4、应用前景广阔。本装置采用空气制水，可以有效解决海岛沙漠灌溉难度大的问题，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本实用新型的制水系统的结构示意图。

图2为本实用新型的太阳能供电系统的电路示意图。

图3为本实用新型的灌溉系统的结构示意图。

图4为本实用新型的监测系统的结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。图中：漏斗式进气管1、第一螺旋管2、回路通道3、风机4、第二螺旋管5、制冷半导体6、铁柱内芯7、凝水板8、引水总阀门9、太阳能电池板10、蓄电池组11、单片机12、太阳能控制器13、微型逆变器14、一级管道15、网状灌溉管道16、土壤湿度传感器17、大气湿度传感器18、大气温度传感器19。

实施例：

一、首先介绍一下本实用新型的主体结构。

本实用新型由制水系统、太阳能供电系统、灌溉系统和监测系统组成。

如图1所示，所述制水系统包括预冷室、制冷室和凝水室，预冷室包括漏斗式进气管1，与第一螺旋管2连接，第一螺旋管2与第二螺旋管5连接，第二螺旋管5缠绕在铁柱内芯7上，与制冷半导体6冷端接触，第二螺旋管5与凝水室连接，凝水室壁上挂有凝水板8，顶部通过回路通道3与预冷室顶部连通，在预冷室底部有风机4，用于将冷凝后的空气排出。

凝水板8共有10块，以漏斗状的形式对称安装在凝水室中。

如图2所示，太阳能供电系统包括太阳能电池板10、蓄电池组11、太阳能控制器13、微型逆变器14。太阳能控制器13用于控制整个系统的工作状态，并对蓄电池组11起到过充电保护、过放电保护的作用；蓄电池组11用于在有光照时将太阳能电池板10所制造的电能储存起来，到需要的时候再释放出来；微型逆变器14用于控制电量的能量输出。

如图3所示，灌溉系统由引水总阀门9、一级管道15和网状灌溉管道16构成。引水总阀门9安装在凝水室底部，用于放水；引水总阀门9的下端与一级管道15连接；网状灌溉管道16的首端与一级管道15的末端连接，网状灌溉管道16的末端埋在植物根部的土壤表层。

如图4所示，监测系统由土壤湿度传感器17、大气湿度传感器18、大气温度传感器19和单片机12构成。土壤湿度传感器17安装在植物根部的土壤表层；大气湿度传感器18和大气温度传感器19安装在植物上方的空中；土壤湿度传感器17、大气湿度传感器18和大气温度传感器19均通过通信线路与单片机12连接；单片机12根据土壤湿度传感器17、大气湿度传感器18和大气温度传感器19传输的数据信息判断植物是否需要灌溉。若植物需要灌溉，单片机12向引水总阀门9发送开启指令，对植物实施灌溉；若植物不需要灌溉，单片机12向引水总阀门9发送关闭指令，引水总阀门9将关闭，植物停止灌溉。

单片机12为现有技术，可以为STC单片机或PIC单片机或EMC单片机或ATMEL单片机(51单片机)或PHLIPIS51PLC系列单片机等。

二、下面介绍一下本实用新型的工作流程。

使用本实用新型装置时，新鲜的自然空气从漏斗式进气管1进入装置，通过第一螺旋管与预冷室中低温干燥的空气接触进行充分预冷，经过预冷的空气由第一螺旋管输送至第二螺旋管，与制冷半导体6的冷端及铁柱内芯7接触进行制冷，从而降低至露点，已经降至露点的空气输送至凝水室中进行水气分离，小水滴被凝水板8吸附汇集并在重力作用下向下汇流，从而储存于凝水室底部，而低温干燥的空气则回流至预冷室对新鲜的空气进行预冷，如此循环吸气制水，可以获得数量可观的淡水，由监测系统判断植物是否需要灌溉，并通过灌溉系统将淡水输送至植物根部进行灌溉。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了漏斗式进气管1、第一螺旋管2、回路通道3、风机4、第二螺旋管5、制冷半导体6、铁柱内芯7、凝水板8、引水总阀门9、太阳能电池板10、蓄电池组11、单片机12、太阳能控制器13、微型逆变器14、一级管道15、网状灌溉管道16、土壤湿度传感器17、大气湿度传感器18、大气温度传感器19等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。

Claims (3)

1.一种适用于海岛沙漠的自动灌溉装置，其特征在于，包括：

一制水系统：将自然空气冷凝并进行水汽分离得到灌溉的淡水，具体包括：预冷室、制冷室和凝水室，所述预冷室用于引进外界空气并进行预冷；所述制冷室利用制冷半导体对空气进行进一步的降温，以使空气达到露点；所述凝水室利用凝水板对空气中的小水珠进行吸附与收集，并最终储存在凝水室底部；

一太阳能供电系统：给整个装置供电，具体包括：太阳能电池板、蓄电池组、太阳能控制器、微型逆变器；太阳能控制器用于控制整个系统的工作状态，并对蓄电池组起到过充电保护、过放电保护的作用；蓄电池组用于在有光照时将太阳能电池板所制造的电能储存起来，到需要的时候再释放出来；微型逆变器用于控制电量的能量输出；

一灌溉系统：用于给植物进行灌溉，具体包括：引水总阀门、一级管道和网状灌溉管道；引水总阀门安装在凝水室底部，用于放水；引水总阀门的下端与一级管道连接；网状灌溉管道的首端与一级管道的末端连接，网状灌溉管道的末端埋在植物根部的土壤表层；

一监测系统：用于检测周围环境参数以及土壤参数，具体包括：土壤湿度传感器、大气湿度传感器、大气温度传感器和单片机；土壤湿度传感器安装在植物根部的土壤表层；大气湿度传感器和大气温度传感器安装在植物上方的空中；土壤湿度传感器、大气湿度传感器和大气温度传感器均通过通信线路与单片机连接；单片机根据土壤湿度传感器、大气湿度传感器和大气温度传感器传输的数据信息判断植物是否需要灌溉。

2.根据权利要求1所述的一种适用于海岛沙漠的自动灌溉装置，其特征在于，所述预冷室包括漏斗式进气口、第一螺旋管和风机；所述风机安装在预冷室的出气口处用以将已被处理完毕的空气排出从而利用气压差使新鲜空气从漏斗式进气管吸入第一螺旋管；所述第一螺旋管可以增大新鲜空气与处理完毕的低温干燥的空气的接触面积，以使之充分预冷；所述漏斗式进气管底部做成圆球状可以防止砂砾等固体颗粒进入装置；

所述制冷室，包括第二螺旋管、制冷半导体和铁柱内芯；所述第二螺管用以增大经过预冷处理的空气与制冷半导体冷端的接触面积并延长制冷时间，从而提高制冷效率；所述第二螺旋管绕于铁柱内芯上，铁柱内芯可大大提高导热率，从而提高制冷效率；所述制冷半导体在通电状况下会出现一端制冷而另一端发热的现象，预冷后的空气在经过由半导体制冷端营造的制冷室时，温度将不断降低直至露点；

所述凝水室中安装了多块凝水板；所述凝水室为空气和水分的分离的场所，已经降至露点的空气进入凝水室，它的流速会迅速由快变慢，从而能在短时间内冷凝成小水滴，由于重力作用，水滴下落，最终集于凝水室底部，低温干燥的空气则往上输送至预冷室；所述凝水板用以在水气分离过程中，最大限度地吸附冷凝空气中的水分，从而提高汇水率；所述凝水板漏斗式安装在凝水室中用以汇集微小水滴。

3.根据权利要求1所述的一种适用于海岛沙漠的自动灌溉装置，其特征在于，所述凝水板共有10块，以漏斗状的形式对称安装在凝水室中。