CN212414166U - 干旱地区自动集水灌溉装置 - Google Patents

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靳宁
张东彦
董光华
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Abstract

本实用新型涉及灌溉技术领域，特别涉及一种干旱地区自动集水灌溉装置，包括吸气单元、冷却单元、储水单元以及滴灌单元，所述的冷却单元、储水单元以及滴灌单元埋设于地表以下，吸气单元位于地表以上用于将空气吸入冷却单元中，空气中的水蒸气在冷却单元中冷凝为液态水并存储在储水单元中，储水单元中存储的水通过滴灌单元供给植物根系。吸气单元和冷却单元可以方便的将空气中的水蒸气液化为水，并通过储水单元将水存储，吸气单元通过风力进行驱动，冷却单元通过地表的温度差自动实现空气中水蒸气的冷凝，以上过程是全自动进行的，只要有风即可自动实现水的存储，再通过滴灌单元可以实现自动灌溉，保证了戈壁、沙漠等干旱地区植物的水分自动供给。

Description

干旱地区自动集水灌溉装置
技术领域
本实用新型涉及灌溉技术领域，特别涉及一种干旱地区自动集水灌溉装置。
背景技术
中国的沙漠面积约70万平方公里，主要分布在西北的干旱地区，约占全国陆地总面积的13％。进入21世纪，随着国家铁路网规划建设的不断推进，中国铁路在沙漠中延伸的里程不断增长。自然环境的恶化和沙漠化带来的“沙进人退”经常摧毁已有的交通通道。沙漠是交通线维持稳定的巨大障碍，风沙对铁路路基的破坏是沙漠铁路建设运营最主要的威胁之一。风沙经常掩埋铁轨和路基。铁路运营时，因为全线大多远离公路，在铁路因风沙中断时，沿线工作人员的补给又不时出现困难。
为了保证铁路畅通，避免线路被风沙埋没，通常在铁路两侧营造防风固沙工程，种植沙生植物，降低流沙侵袭对铁路沿线的破坏。灌溉造林对沙漠铁路生态环境可以起到良好的改善作用，但投资较大。沙漠中淡水资源匮乏，铁路沿线的植物通常需要人工进行浇灌才能生存，修建输水渠道或者远距离运输水成本太高又难以持续，人工及淡水资源消耗的成本较高。因此，亟待开发简单、经济、环保、节能的无人值守淡水获取技术，以满足沙漠铁路沿线植物生存对水分的需求，同时降低植物养护的人工成本。
含有大量水蒸汽的空气是一个巨大的淡水来源。空气中水蒸汽的溶解量随温度的不同而变化。空气温度降到露点以下时，空气中的水蒸汽便会凝结。即使在严重缺水的戈壁、沙漠地区，昼夜温差很大，尤其是夜间温度低，空气湿度可以维持在相对较高水平。由于大气环流作用，含有水蒸汽的空气可以源源不断的提供水源，从空气中获得的水资源可以满足生产生活需要。空气取水式灌溉系统通过把空气输送到地下管道，利用地上和地下的温差把热空气降温，水蒸汽凝结成液体后输送到植物根部。对于从空气中取水的装置而言，其集水的速度主要取决于冷凝部件与空气接触面积的大小。利用该装置将空气中的水蒸汽凝结成液态水，应该具有结构简单，制作和取水成本低的特点。
现有技术中，空中取水机作为将空气与水分离获得液态水的主要设备，应用前景十分广泛。当前市场上应用的取水器，都是应用通风机循环空气，需要消耗大量的能源，不适用于缺水少电的沙漠地区使用。2004年，上海交通大学公开了一种空气中取水的设备(专利号：200410016871)，包括压缩机、制水器、杀菌紫外灯和活性炭净化器等，经压缩机压缩后的制冷剂，经冷凝器冷凝后，通过毛细管节流进入制水器内蒸发吸热，外界空气通过风机与制水器强制对流换热，水分在制水器外凝结后流入制水器下部的接水盘中；该设备需要利用多种能量转换，各种电气电子设备造成整体结构笨重、昂贵，不利于携带。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种干旱地区自动集水灌溉装置，可自动实现戈壁、沙漠等干旱地区植物的灌溉。
为实现以上目的，本实用新型采用的技术方案为：一种干旱地区自动集水灌溉装置，包括吸气单元、冷却单元、储水单元以及滴灌单元，所述的冷却单元、储水单元以及滴灌单元埋设于地表以下，吸气单元位于地表以上用于将空气吸入冷却单元中，空气中的水蒸气在冷却单元中冷凝为液态水并存储在储水单元中，储水单元中存储的水通过滴灌单元供给植物根系。
与现有技术相比，本实用新型存在以下技术效果：通过设置吸气单元和冷却单元，可以方便的将空气中的水蒸气液化为水，并通过储水单元将收集到的水存储起来，吸气单元通过风力进行驱动，冷却单元设置在地表以下的，通过地表的温度差自动实现空气中水蒸气的冷凝，以上过程是全自动进行的，无需其他能量输入，只要有风即可自动实现水的存储，再通过滴灌单元可以实现自动灌溉，保证了戈壁、沙漠等干旱地区植物的水分自动供给。
附图说明
图1是本实用新型的示意图。
具体实施方式
下面结合图1，对本实用新型做进一步详细叙述。
参阅图1，一种干旱地区自动集水灌溉装置，包括吸气单元10、冷却单元20、储水单元30以及滴灌单元40，所述的冷却单元20、储水单元30以及滴灌单元40埋设于地表以下，吸气单元10位于地表以上用于将空气吸入冷却单元20中，空气中的水蒸气在冷却单元20中冷凝为液态水并存储在储水单元30中，储水单元30中存储的水通过滴灌单元40供给给植物根系。通过设置吸气单元10和冷却单元20，可以方便的将空气中的水蒸气液化为水，并通过储水单元30将收集到的水存储起来，吸气单元10通过风力进行驱动，冷却单元20设置在地表以下的，通过地表的温度差自动实现空气中水蒸气的冷凝，以上过程是全自动进行的，无需其他能量输入，只要有风即可自动实现水的存储，再通过滴灌单元40可以实现自动灌溉，保证了戈壁、沙漠等干旱地区植物的水分自动供给。
吸气单元10的结构有很多种，比如可以设置成比较常见的喇叭口状，可随风转动，这样就能轻易的实现气体的收集，但是这种结构的吸气效率较低，故本实用新型中，优选地，所述的吸气单元10包括垂直叶片11和水平叶片12，垂直叶片11和水平叶片12共用同一个转轴13且该转轴13沿垂直方向布置，通过设置同轴布置的垂直叶片11和水平叶片12以后，地表空气流动时驱动垂直叶片11转动，垂直叶片11通过转轴13驱动水平叶片12转动，水平叶片12转动时形成负压，从而将其上方的空气吸入水平叶片12下方的冷却单元20中。吸气单元10采用这种结构，吸气效率更高，当能吸入更多的空气时，冷凝产生的水也自然会增加，从而提高了集水和灌溉的效率。
进一步地，所述的冷却单元20包括金属管道21和冷凝器22，冷凝器22在金属管道21内自上而下呈螺旋状设置，设置冷凝器22以后，可以大幅提高空气在金属管道21中的冷凝效率，金属管道21呈竖直状布置。除了设置冷凝器22，也可以在金属管道21的内周壁和外周壁上设置散热鳍片，外周壁上的散热鳍片可以增大金属管道21和土壤的接触面积，方便散热，内周壁上的散热鳍片可以增大金属管道21和管道内空气的接触面积，提高冷凝效率。金属管道21的上端延伸至地表以上且上端呈直径逐渐增大的喇叭状，金属管道21的上端通过盖23封闭且盖23上开设有多个空气导流孔231，空气导流孔231的设置，可以避免大的垃圾、落叶等杂物掉落至冷却单元20中造成堵塞，转轴13通过轴承固定在盖23上，转轴13位于盖23的上方、下方分别设置垂直叶片11、水平叶片12；金属管道21的下端与储水单元30相连。
储水单元30的设置，可以方便的收集到的水存储起来，以方便使用，存储水有很多种方式，本实施例中，所述的储水单元30呈方形盒状，采用塑料制成或金属制成；储水单元30上端开设有通孔，金属管道21的下端通过连接法兰密封固定在该通孔处；储水单元30周壁设置有出水口连接滴灌单元40。
进一步地，所述的滴灌单元40包括多根滴灌管路41，滴灌管路41在地表以下沿水平方向延伸布置，位于植物根系附近的滴灌管路41的管壁上设置有滴灌孔隙411，储水单元30中存储的水通过滴灌管路41、滴灌孔隙411为植物根系供给水分。设置滴灌管路41和滴灌孔隙411以后，由于吸气单元10将空气吸入至冷却单元20中，此时并非全部的空气都会被冷凝呈液态水，依然会有部分气体，这样就会在储水单元30中形成正压，在该正压的作用力下，液态水就会随着滴灌管路41流动，并从滴灌孔隙411中渗出，实现自动化的滴灌。
本装置的工作过程可以分为三个步骤：
第一步是通过垂直叶片11和水平叶片12的相互配合形成向下吸力，把大气中的空气向下输送到金属管道21内；
第二步是空气和冷凝器22相互作用，水汽凝结成水滴后滴落到储水单元30中；
第三步是储水单元30中的冷凝水通过滴灌管路41到达植物根系，如此循环往复。
本装置集水和滴灌的过程都是全自动的，只要有风就能自动工作，在戈壁、沙漠等干旱地区，风是比较常见的资源，并且戈壁、沙漠地区地表上下温差大，集水效率更高，解决戈壁、沙漠等干旱地区铁路沿线植物养护的人工和淡水资源消耗成本高的问题，非常值得推广使用。

Claims (5)

1.一种干旱地区自动集水灌溉装置，其特征在于：包括吸气单元(10)、冷却单元(20)、储水单元(30)以及滴灌单元(40)，所述的冷却单元(20)、储水单元(30)以及滴灌单元(40)埋设于地表以下，吸气单元(10)位于地表以上用于将空气吸入冷却单元(20)中，空气中的水蒸气在冷却单元(20)中冷凝为液态水并存储在储水单元(30)中，储水单元(30)中存储的水通过滴灌单元(40)供给植物根系。
2.如权利要求1所述的干旱地区自动集水灌溉装置，其特征在于：所述的吸气单元(10)包括垂直叶片(11)和水平叶片(12)，垂直叶片(11)和水平叶片(12)共用同一个转轴(13)且该转轴(13)沿垂直方向布置，地表空气流动时驱动垂直叶片(11)转动，垂直叶片(11)通过转轴(13)驱动水平叶片(12)转动，水平叶片(12)转动时将其上方的空气吸入水平叶片(12)下方的冷却单元(20)中。
3.如权利要求2所述的干旱地区自动集水灌溉装置，其特征在于：所述的冷却单元(20)包括金属管道(21)和冷凝器(22)，冷凝器(22)在金属管道(21)内自上而下呈螺旋状设置，金属管道(21)呈竖直状布置；金属管道(21)的上端延伸至地表以上且上端呈直径逐渐增大的喇叭状，金属管道(21)的上端通过盖(23)封闭且盖(23)上开设有多个空气导流孔(231)，转轴(13)通过轴承固定在盖(23)上，转轴(13)位于盖(23)的上方、下方分别设置垂直叶片(11)、水平叶片(12)；金属管道(21)的下端与储水单元(30)相连。
4.如权利要求3所述的干旱地区自动集水灌溉装置，其特征在于：所述的储水单元(30)呈方形盒状；储水单元(30)上端开设有通孔，金属管道(21)的下端通过连接法兰密封固定在该通孔处；储水单元(30)周壁设置有出水口连接滴灌单元(40)。
5.如权利要求4所述的干旱地区自动集水灌溉装置，其特征在于：所述的滴灌单元(40)包括多根滴灌管路(41)，滴灌管路(41)在地表以下沿水平方向延伸布置，位于植物根系附近的滴灌管路(41)的管壁上设置有滴灌孔隙(411)，储水单元(30)中存储的水通过滴灌管路(41)、滴灌孔隙(411)为植物根系供给水分。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114982596A (zh) * 2022-05-30 2022-09-02 杭州电子科技大学 一种空气集水与滴灌装置及方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114982596A (zh) * 2022-05-30 2022-09-02 杭州电子科技大学 一种空气集水与滴灌装置及方法
CN114982596B (zh) * 2022-05-30 2023-08-29 杭州电子科技大学 一种空气集水与滴灌装置及方法

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