CN220606741U - 一种植物灌溉装置 - Google Patents

Abstract

在植物灌溉领域中，本实用新型提供一种植物灌溉装置，包括壳体、动力装置、日光灯、水电协同装置、光伏板、控制面板和蓄电池，壳体的内腔用于种植植物，壳体为透明材质，壳体的顶盖支持开合；动力装置安装在顶盖上，动力装置用于控制顶盖的开合；日光灯安装在壳体的内腔的内壁上；水电协同装置安装在壳体的内腔中且安装在壳体的内腔的顶部，水电协同装置设置在壳体的顶盖下方；光伏板安装在壳体的外壁上；控制面板分别与日光灯和动力装置电性连接；水电协同装置转化的电能和光伏板转化的电能储存在蓄电池中，蓄电池分别与日光灯、控制面板和动力装置连接。本装置和本方法节水省电，有利于持续发展。

Description

一种植物灌溉装置

技术领域

本实用新型涉及植物灌溉领域，尤其涉及一种植物灌溉装置。

背景技术

农业生产活动中，需要消耗大量水资源，水是保证农作物健康生长、实现粮食增产的关键。推动农田水利工程的建设，对于保障粮食安全和提高农民生活水平至关重要。现有灌溉方式包括淹灌、漫灌、滴灌、喷灌、微喷灌等，无论哪种技术，其灌溉用水均取自地表水或地下水，但我国淡水资源日益短缺，个别地区表现出不同程度缺水状况。

据世界卫生组织(WHO)的一份报告，全球21亿人缺乏安全饮用水，8.44亿人没有初级饮用水设施。为了解决缺水问题，研究人员开发了许多集水技术，包括海水淡化和雨雾收集。然而，大多数缺水地区是内陆干旱地区，难以获得天然液态水。令人庆幸的是，空气中含有非常丰富的水分，其含量估计为12900万亿升，大约是世界上河流中水量的六倍，被认为足以满足干旱地区的人们需要。目前，直接从雾气中凝结集水、由制冷机驱动的露水收集和基于吸附剂的吸附水收集是实现大气水收集的三种主要策略。其中，雾水收集技术主要适用于高相对湿度地区，而露水收集技术需要巨大的能耗，才能在干旱气候下将空气从环境温度冷却到露点温度。近年来，太阳能相关水技术在经济可持续的水收集和净化方面引起了广泛关注，因此，基于太阳能驱动的吸附剂基大气集水是一种用于从干燥空气中低成本收集水的新兴技术。

例如专利文献的公开号为CN108999242A的一种联动式双效冷凝空气取水装置，该申请文件中的大气集水方法需要消耗大量电能，才能实现，不符合绿色环保的要求，而且系统风力发电受地域和天气限制较大。

目前针对城市农业用水不足及可持续发展的难题，主要有以下几个解决方案。一方面，增加对废水资源再利用，优化现有再生水灌溉设备，增设中转设备，对再生水进行储存及远距离输送。另一方面，提升灌溉设备节水率，例如增设由电机实现喷灌、滴灌等灌溉节水设备，实现水的高效利用。但从安全性分析，长期使用废水处理后的再生水灌溉农田，土壤和农作物中有重金属残留超标的风险；从成本上分析，废水处理技术性较强，处理难度大，喷灌、滴灌等节水设备成本较高。近些年大气集水逐渐的进入了人们的视野，主要包括冷凝、吸附、压缩、膜分离等技术，冷凝技术是目前应用最广泛的一种空气取水技术，产水量较高但同时耗能大、设备体积大；压缩技术、膜分离技术只适用高湿度环境下，且运行成本高，且膜分离存在较严重的膜污染现象；吸附技术适用范围广，由吸附材料起决定性作用，但高性能材料成本昂贵；综合而言，且技术尚未成熟、应用条件受限、产量低且不稳定，且并未与农业灌溉领域相结合。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供了一种植物灌溉装置及其浇灌方法，采用具有再生温度低、热导率高、吸附性能优异的ACF/硅胶/LiCl吸湿材料适配温差发电片，保证双重协同优化作用的实现。采用具有高吸收率与发射率的吸收涂层，实现双功能转化，即白天高效光热转化与夜晚的辐射降温，保证24小时温差发电，具体包括：

一种植物灌溉装置，包括：

壳体，所述壳体的内腔用于种植植物，所述壳体为透明材质，所述壳体的顶盖支持开合；

动力装置，所述动力装置安装在所述顶盖上，所述动力装置用于控制所述顶盖的开合；

日光灯，所述日光灯安装在所述壳体的内腔的内壁上；

水电协同装置，所述水电协同装置安装在所述壳体的内腔中且安装在所述壳体的内腔的顶部，所述水电协同装置设置在所述壳体的顶盖下方；

光伏板，所述光伏板安装在所述壳体的外壁上；

控制面板，所述控制面板分别与所述日光灯和所述动力装置电性连接；

蓄电池，所述水电协同装置转化的电能和所述光伏板转化的电能储存在所述蓄电池中，所述蓄电池分别与所述日光灯、所述控制面板和所述动力装置连接。

优选的，所述水电协同装置包括：自所述壳体的腔体顶部至所述壳体的腔体底部方向，依次设置的双功能涂层、温差发电片、铜板和复合吸湿材料层；

所述双功能涂层附着在所述温差发电片的顶部表面上，所述双功能涂层的材质为碳纳米管；

所述温差发电片与所述蓄电池连接，所述温差发电片安装在所述铜板的一侧表面上；

所述铜板的另一侧表面安装所述复合吸湿材料层；

所述复合吸湿材料层的材质为ACF/PVA/LiCl复合吸湿材料，其中，ACF层为所述复合吸湿材料层中的支撑层，PVA层为活性分离层，LiCl为吸附剂。

优选的，所述动力装置包括：

固定板，所述固定板安装在所述壳体的顶部；

步进电机，所述步进电机安装在所述固定板上，所述步进电机的输出端设置齿轮，所述顶盖滑动安装在所述壳体的顶部，所述顶盖的上表面设置齿条，所述齿条与所述齿轮啮合，所述步进电机通过所述齿轮带动所述顶盖水平移动。

优选的，所述动力装置的数量与所述顶盖的数量相等。

优选的，所述顶盖的数量为两个，当两个所述顶盖从密封所述壳体的状态转向两个所述壳体的内腔与外界连通时，两个所述步进电机带动同侧的顶盖水平移动，两个所述顶盖的移动方向相反。

优选的，所述水电协同装置设置在所述壳体腔体内的水平面的中心位置。

优选的，所述顶盖为透明材质。

一种如上述的植物灌溉装置的浇灌方法，包括：

在夜晚模式下，所述控制面板命令所述步进电机带动所述顶盖打开，所述控制面板命令所述日光灯开启；

所述壳体的内腔与外界连通，所述双功能涂层用于对所述水电协同装置的顶部表面进行辐射冷却，所述温差发电片的顶部分温度高于所述温差发电片的底部温度，所述温差发电片进行发电，所述复合吸湿材料层中的吸附剂吸附空气中的水蒸气，同时，所述温差发电片发出的电能传送至所述蓄电池中；

在白天模式下，所述控制面板命令所述步进电机带动所述顶盖闭合，所述控制面板命令所述日光灯关闭；

所述壳体的内腔封闭，所述双功能涂层用于收集太阳光中的热量，所述温差发电片的顶部温度高于所述温差发电片的底部温度，所述温差发电片发电，所述温差发电片的底部释放热量，所述铜片将所述温差发电片的底部释放热量传递至所述复合吸湿材料层，所述复合吸湿材料层中的水分被解吸，解吸的水分脱附在所述壳体的内腔的内壁上凝结，凝结后的水滴用于浇灌所述壳体内的植物，同时，所述温差发电片发出的电能传送至所述蓄电池中。

优选的，所述方法还包：在所述白天模式下，解吸的水分脱附在所述壳体的顶盖的内表面凝结时，所述控制面板命令步进电机带动所述顶盖移动。

优选的，所述方法还包括：

在所述白日模式下，所述光伏板将太阳能转为电能，所述光伏板将转换的电能储蓄至所述蓄电池中。

上述技术方案，与现有技术相比至少具有如下有益效果：

本装置和本方法采用具有再生温度低、热导率高、吸附性能优异的ACF/PVA/LiCl复合吸湿材料适配温差发电片，保证双重协同优化作用的实现。

本装置和本方法采用具有高吸收率与发射率的吸收涂层，实现双功能转化，即白天高效光热转化与夜晚的辐射降温，保证24小时温差发电。

本装置和本方法采用高透光率，轻便并具有刚度的亚克力板组成装置，保证植物的正常光合作用，提供合适的生长环境。

本装置和本方法采用太阳能发电与温差发电相结合的自供应能量循环系统，实现装置的自供能。

本装置和本方法采用控制顶盖、日光灯开闭，保障植物最佳生长环境和提高集水效率。

本装置和本方法采用导热硅胶使涂层-温差发电-吸湿材料无隙接合，降低接触热阻提高热导率，进而提高能量传递效率。

本实用新型相比于传统大气集水与温差发电，提供了更多的水分和电量，达到了综合实现每天11.72kg/m²的产水量，以及1.02kW·h/m²的产电量。基于水蒸气吸附诱导能量利用，相比传统大气集水只能在白天脱附，夜晚吸附水蒸气，实现了全天候大气取水和24小时持续温差发电；采用高透光率的亚克力板与日光灯的双重作用，提高植物光合作用效率，变为原来的1.5倍。基于大气集水原理，本装置解决了城市农业灌溉成本高的问题，降低了城市农业灌溉成本，若本装置推广应用于城市农业生产取代1％传统的农业灌溉装置，每年可以节约3828.4万吨淡水。基于装置可移动，便捷特点，解决了城市农业生产成本高的问题，可推广应用于屋顶种植。基于温差发电和太阳能发电联合作用，实现了装置的自供能，并每年可额外提供213.75亿kW·h电量，相当于节省684.7万吨标准煤。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例所提供的装置外观立体结构示意图；

图2为本申请实施例所提供的装置正面结构示意图；

图3为本申请实施例所提供的水电协同装置的结构示意图；

图4为本申请实施例所提供的ACF/PVA/LiCl复合吸湿材料的吸水量随温度和湿度变化图；

图5为本申请实施例所提供的ACF/PVA/LiCl复合吸湿材料吸水量随温度变化图；

图6为本申请实施例所提供的ACF/PVA/LiCl复合吸湿材料吸湿-解吸循环图。

图7是本申请实施例所提供的夜晚TEPG与SAWH&TEPG电压对比图；

图8是本申请实施例所提供的白天TEPG与SAWH&TEPG电压对比图；

图9是本申请实施例所提供的夜晚SAWH与SAWH&TEPG吸水量对比图；

图10是本申请实施例所提供的白天SAWH与SAWH&TEPG脱水量对比图。

附图标记：1、水电协同模块；2、光伏板；3、蓄电池；4、步进电机；5、控制面板；6、日光灯；7、顶盖；11、双功能涂层；12、温差发电片；13、铜板；14、复合吸湿材料层。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

除非另外定义，本实用新型使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本实用新型中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。

需要说明的是，本实用新型中使用的“上”、“下”、“左”、“右”“前”“后”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

大气中携带着大量的水汽，约占空气含量的0.03％，若能收集下来则可大大缓解淡水资源的稀缺，但现在缺少较为简单普适、节能高效的大气集水装置；基于大气集水协同温差发电的植物灌溉装置通过协同利用水蒸气的吸附热/解吸热、白天的太阳能光热转换、夜间的辐射制冷，提出了一种基于大气集水协同温差发电的植物灌溉装置，实现了全天候的高效空气取水和24小时持续温差发电，该装置能够自主产水产电，用于植物灌溉。具体包括：

如图1至图6所示，一种植物灌溉装置，包括：壳体、动力装置、日光灯6、水电协同装置、光伏板2、控制面板5和蓄电池3，所述壳体的内腔用于种植植物，所述壳体为透明材质，所述壳体的顶盖7支持开合；所述动力装置安装在所述顶盖7上，所述动力装置用于控制所述顶盖7的开合；所述日光灯6安装在所述壳体的内腔的内壁上；所述水电协同装置安装在所述壳体的内腔中且安装在所述壳体的内腔的顶部，所述水电协同装置设置在所述壳体的顶盖7下方；所述光伏板2安装在所述壳体的外壁上；所述控制面板5分别与所述日光灯6和所述动力装置电性连接；

所述水电协同装置转化的电能和所述光伏板2转化的电能储存在所述蓄电池3中，所述蓄电池安装在所述壳体的外侧壁上，所述蓄电池3分别与所述日光灯6、所述控制面板5和所述动力装置连接。

本装置的主要结构包括：水电协同模块1、光伏板2、蓄电池3、动力装置、控制面板5、日光灯6、壳体以及壳体顶部可移动的顶盖7。

其中，壳体及其盖板皆为透明材质，壳体的材质可以为玻璃或其他塑料材质等，在壳体内腔的底部种植植物，壳体可以为长方体或正方体等，壳体顶部设置顶盖7，在壳体的顶部的内壁上，设置与所述顶盖7边缘适配的滑轨，顶盖7通通过滑轨安装在壳体的顶部，此种连接方法为现有技术，不做过多赘述，为了实现顶盖7的自动化打开和扣合，动力装置的移动端带动顶盖7沿着滑轨的方向水平直线移动，动力装置可以为丝杆螺母结构、直线气缸等装置，本实用新型的一种实施方式中，所述动力装置的具体结构包括：

固定板和步进电机4，所述固定板安装在所述壳体的顶部；固定板固定在所述壳体的外壁的顶部，固定板可以为倒置的U型直角安装板，步进电机4嵌入安装在所述固定板中且步进电机4的输出端设置齿轮，步进电机4的下方为对应的顶盖7，顶盖7上设置齿条，当步进电机4转动，齿轮转动从而带动齿条沿着滑轨所在的水平方向进行水平移动。所述顶盖7滑动安装在所述壳体的顶部，所述顶盖7的上表面设置齿条，所述齿条与所述齿轮啮合，所述步进电机4通过所述齿轮带动所述顶盖7水平移动。在本实施例中，顶盖7的数量可以为一个或两个，每个顶盖7都各自配置一个滑轨和一组动力装置。

当所述顶盖7的数量为两个时，当两个所述顶盖7从密封所述壳体的状态转向两个所述壳体的内腔与外界连通时，两个所述步进电机4带动同侧的顶盖7水平移动，两个所述顶盖7的移动方向相反。具体的，两个顶盖7在水平方向上呈一左一右分布，当两个顶盖7要密封壳体时，两个顶盖7向壳体的中心位置方向移动，两者运动方向相对，当两个顶盖7从密封状态到打开状态时，左边的顶盖7向左移动，右边的顶盖7向右移动，两个顶盖7的移动方向相反。

为了保证顶盖7的开合不影响水电协同模块1的工作效果，所以水电协同模块1安装在所述壳体的内腔中且靠近所述壳体的顶部但是设置在所述顶盖7下方，为了水电协同模块1能够吸收太阳的能量，顶盖7同样为透明材质。

水电协同模块1的具体结构为：自所述壳体的腔体顶部至所述壳体的腔体底部方向，依次设置的双功能涂层11、温差发电片12、铜板13和复合吸湿材料层14；所述双功能涂层11附着在所述温差发电片12的顶部表面上，所述双功能涂层11的材质为碳纳米管；所述温差发电片12与所述蓄电池3连接，所述温差发电片12安装在所述铜板13的一侧表面上；所述铜板13的另一侧表面安装所述复合吸湿材料层14；所述复合吸湿材料层14的材质为ACF/PVA/LiCl复合吸湿材料，其中，ACF层为所述复合吸湿材料层14中的支撑层，PVA层为活性分离层，LiCl为吸附剂。所述水电协同装置设置在所述壳体腔体内的水平面的中心位置。

本实用新型的具体原理包括：温差发电片12和光伏板2联合发电供给步进电机4、控制面板5和日光灯6使用，温差发电片12分别与动力装置、控制面板5和日光灯6电性连接，光伏板2分别与动力装置、控制面板5和日光灯6电性连接，其中，光伏板2、温差发电片12相关供电和储电原理为现有技术，本实用新型不作赘述。蓄电池3用来储存多余的电能，供阴天或夜间使用。控制面板5控制可移动顶盖7、日光灯6定时开合、开关，控制面板5的相关程序设定为现有技术；

夜晚，步进电机4带动可移动顶盖7开启，ACF/PVA/LiCl复合吸湿材料吸收并储存空气中水蒸气，日光灯6开启，用于植物光合作用；白天，日光灯6关闭，温差发电2放热促进ACF/PVA/LiCl复合吸湿材料释放水蒸气，于装置壁面凝结成水珠，可移动顶盖77间歇开合，刮去水珠用于植物灌溉，并提供植物生长所需氧气。

其中，实用新型的ACF/PVA/LiCl复合吸湿材料用由活性碳纤维(ACF)先后浸渍3wt％聚乙烯醇(PVA)和30wt％氯化锂溶液制成的复合吸附材料，其中ACF作为支撑层，PVA作为活性分离层，LiCl作为吸湿盐添加剂。ACF由大量的纤维交织而成，在内部形成大量孔隙，这种粗糙表面非常适合无机盐的附着，增加PVA后，金属无机盐可均匀分布于ACF上，不会出现团粒结块现象。与其他支撑层相比，ACF有很好的导热能力，可将吸附的热量均匀传输给无机盐，降低解析驱动的热量需求。单一无机盐材料因其结块钝化作用，致吸附脱附作用变差，不能实现稳定的大气集水，在原本添加无机盐的基础上添加PVA作为活性分离层，使无机盐结块问题获得了极大程度的改善，而且PVA具有固化作用，使无机盐牢固黏着于ACF上，制成的复合吸附剂也不易变形。

ACF/PVA/LiCl复合吸湿材料制备流程如下：

1.将活性碳纤维毡(ACF)放在120℃的烘箱中干燥4h，然后密封冷却至室温；

2.在室温条件下，将ACF在质量浓度3wt％PVA溶液中充分浸泡12h；

3.在120℃烘箱中彻底烘干，并密封冷却至室温；

4.将冷却后的ACF毡在质量30％浓度的LiCl水溶液中悬挂浸渍12h；

5.再次置于120℃的烘箱中4h，确保其中的水蒸气和液态水与其他杂质充分脱离出来。

本ACF/PVA/LiCl复合吸湿材料在本实用新型中，通过添加PVA作为活性分离层，使无机盐结块问题获得了极大程度的改善，内部具有强传质和传热通道，传热能力强，热导率高，表面积大，循环吸附量高，湿度适用范围广，再生温度低。

通过能量平衡方程可得，温差发电片12底部温度(吸附材料连接模块)可以迅速达到50℃，然后缓慢升高到72℃，温差发电片12热量可通过铜片将大气集水模块内的吸湿材料加热至67℃，可实现吸附材料中水的脱附，进而实现温差发电——大气集水的相互搭配，协同使用。

优选的，所述顶盖7为透明材质。

一种基于上述的植物灌溉装置的浇灌方法，其特征在于，包括：

在夜晚模式下，所述控制面板5命令所述步进电机4带动所述顶盖7打开，所述控制面板5命令所述日光灯6开启；

所述壳体的内腔与外界连通，所述双功能涂层11用于对所述水电协同装置的顶部表面进行辐射冷却，所述温差发电片12的顶部分温度高于所述温差发电片12的底部温度，所述温差发电片12进行发电，所述复合吸湿材料层14中的吸附剂吸附空气中的水蒸气，同时，所述温差发电片12发出的电能传送至所述蓄电池3中；

在白天模式下，所述控制面板5命令所述步进电机4带动所述顶盖7闭合，所述控制面板5命令所述日光灯6关闭；

所述壳体的内腔封闭，所述双功能涂层11用于收集太阳光中的热量，所述温差发电片12的顶部温度高于所述温差发电片12的底部温度，所述温差发电片12发电，所述温差发电片12的底部释放热量，所述铜片将所述温差发电片12的底部释放热量传递至所述复合吸湿材料层14，所述复合吸湿材料层14中的水分被解吸，解吸的水分脱附在所述壳体的内腔的内壁上凝结，凝结后的水滴用于浇灌所述壳体内的植物，同时，所述温差发电片12发出的电能传送至所述蓄电池3中。

其中，在所述白天模式下，解吸的水分脱附在所述壳体的顶盖7的内表面凝结时，所述控制面板5命令步进电机4带动所述顶盖7移动，在所述白日模式下，所述光伏板2将太阳能转为电能，所述光伏板2将转换的电能储蓄至所述蓄电池3中。

本方法的具体原理为：

通过温差发电片12片和光伏发电向本装置的日光灯6、控制面板5、动力装置等供给能量。在上述一种实施例中，控制面板5和步进电机4连接，控制面板5支持控制步进电机4带动所述顶盖7开合，控制面板5支持设定和控制日光灯6定时打开、定时关闭，相关控制集成设置系统为现有技术。

在夜晚，步进电机4带动顶盖7开启，日光灯6开启，日光灯6用于植物的光合作用，双功能涂层11充当红外热发射器，双功能涂层11用于顶部表面的辐射冷却，此时，温差发电片12的顶部温度低作为冷侧，温差发电片12的底部温度高作为热侧，冷侧和热侧之间的温差驱动温差发电片12发电，夜间温度较低，复合吸湿材料层14从空气中吸附水蒸气，复合吸湿材料层14在吸附过程中释放热量，复合吸湿材料层14进一步提高温差发电片12的热侧温度。从而促进温差发电片12发电和提高热点功率密度。

白天，日光灯6关闭，双侧顶盖7闭合，双功能涂层11可以收集太阳光中的热量，温差发电片12的底部温度低作为冷侧，温差发电片12的顶部温度高作为热侧，热侧和冷侧之间的温差驱动温差发电片12发电，温差发电片12的发电过程中，冷侧会释放热量，该热量传输通过铜片传给复合吸湿材料层14，促进复合吸湿材料层14解吸水分。同时在解吸过程中吸收热量，进而降低温差发电片12冷侧温度，从而促进温差发电片12发电，提高热电功率密度。同时，温差发电片12消耗的热量又通过降低吸附剂温度进一步加速了复合吸湿材料层14从空气中捕捉水蒸气的进程。

在本方法中，凝结在壳体的内壁的水珠会自然滑落，浇灌植物，在所述顶盖7的内壁凝结的水珠也会自然滴落，浇灌下方的植物，同时，在一定时间时，也可以让顶盖7开合一次，顶盖7的内壁与壳体的侧壁之间有摩擦，壳体的侧壁将顶盖7内壁上的水刮落。

如图4，为了复合吸湿材料层14的吸附性能，通过重量分析法，使用分辨率为1mg的精密电子天平，研究了复合吸附材料的吸水能力。在吸附测量之前，所有样品都在120℃下干燥，在真空干燥箱中干燥4小时。测量得到了在15℃、25℃、35℃下的吸水量随湿度变化，在相对湿度为50％，温度分别为15℃、25℃、35℃的条件下，吸水量分别为0.9g/g、0.84g/g和0.68g/g。

如图5，在相对湿度75％，不同温度条件下，对复合吸湿材料层14进行吸水测试，材料在60℃时吸水量为0，实现再生。

如图6，为了测试复合吸湿材料层14的循环稳定性，将ACF/PVA/LiCl复合吸附材料，在20℃、85％RH条件下吸附，85℃、20％RH条件下解吸，重复20次的吸湿-解吸循环中，材料吸水量稳定保持在1.28g/g，解吸后材料含水量稳定保持在0.050g/g。

为了验证大气集水与温差发电的协同效应，设计了混合SAWH&TEPG(本实用新型的装置)装置、只有TEPG的装置(都只含一片温差发电片12)和只有SAWH的装置。其中，TEPG为温差发电片12，SAWH为大气集水，相当于本实用新型装置中的复合吸湿材料层14。

在夜晚将三个装置放在户外，如图7，只有TEPG的装置温差发电片12冷热端温差为2.03℃，平均电压为63mV，混合SAWH&TEPG装置冷热端温差为3.21℃，平均电压为95mV，温差提高了1.58倍，电压提高了1.51倍。

在白天，将装置分别放在功率为1000W/m²的太阳光模拟器下如图8，只有TEPG的装置冷热端温差为12.66℃，平均电压为595mV，混合SAWH&TEPG装置冷热端温差为16.79℃，平均电压为478mV，温差提高了1.33倍，电压提高了1.25倍。由于大气集水模块的存在使温差发电模块电压提高为原来的138％。

在夜晚，如图9，只有SAWH装置中吸附材料平均温度为20.4℃，最大吸附量为0.726g，混合SAWH&TEPG装置中吸附材料平均温度为16.1℃，最大吸附量为0.994g/g，吸附材料温度降低了4.3℃，吸附量增加了0.268g。

在白天，如图10只有SAWH装置中吸附材料最高温度为69.6℃，最大脱附量为0.65g，混合SAWH&TEPG装置中吸附材料最高温度为73.9℃，最大脱附量为0.889g/g，吸附材料温度升高了4.3℃，脱附量增加了0.239g。由此可见无论是白天还是夜晚温差发电也对大气集水具有促进作用，由于温差发电模块的存在使吸附剂的产水量提高至原来的137％。本装置和本方法采用具有再生温度低、热导率高、吸附性能优异的ACF/PVA/LiCl复合吸湿材料适配温差发电片12，保证双重协同优化作用的实现，采用具有高吸收率与发射率的吸收涂层，实现双功能转化，即白天高效光热转化与夜晚的辐射降温，保证24小时温差发电，采用高透光率，轻便并具有刚度的亚克力板组成装置，保证植物的正常光合作用，提供合适的生长环境，采用太阳能发电与温差发电相结合的自供应能量循环系统，实现装置的自供能。本装置和本方法采用控制顶盖7、日光灯6开闭，保障植物最佳生长环境和提高集水效率。本装置和本方法采用导热硅胶使涂层-温差发电-吸湿材料无隙接合，降低接触热阻提高热导率，进而提高能量传递效率。

本实用新型相比于传统大气集水与温差发电，提供了更多的水分和电量，达到了综合实现每天11.72kg/m²的产水量，以及1.02kW·h/m²的产电量。基于水蒸气吸附诱导能量利用，相比传统大气集水只能在白天脱附，夜晚吸附水蒸气，实现了全天候大气取水和24小时持续温差发电；采用高透光率的亚克力板与日光灯6的双重作用，提高植物光合作用效率，变为原来的1.5倍。基于大气集水原理，本装置解决了城市农业灌溉成本高的问题，降低了城市农业灌溉成本，若本装置推广应用于城市农业生产取代1％传统的农业灌溉装置，每年可以节约3828.4万吨淡水。基于装置可移动，便捷特点，解决了城市农业生产成本高的问题，可推广应用于屋顶种植。基于温差发电和太阳能发电联合作用，实现了装置的自供能，并每年可额外提供213.75亿kW·h电量，相当于节省684.7万吨标准煤。

以上实施例不局限于该实施例自身的技术方案，实施例之间可以相互结合成新的实施例。以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而并非对其进行限制，凡未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种植物灌溉装置，其特征在于，包括：

壳体，所述壳体的内腔用于种植植物，所述壳体为透明材质，所述壳体的顶盖支持开合；

动力装置，所述动力装置安装在所述顶盖上，所述动力装置用于控制所述顶盖的开合；

日光灯，所述日光灯安装在所述壳体的内腔的内壁上；

水电协同装置，所述水电协同装置安装在所述壳体的内腔中且安装在所述壳体的内腔的顶部，所述水电协同装置设置在所述壳体的顶盖下方；

光伏板，所述光伏板安装在所述壳体的外壁上；

控制面板，所述控制面板分别与所述日光灯和所述动力装置电性连接；

蓄电池，所述蓄电池安装在所述壳体的外侧壁上，所述水电协同装置转化的电能和所述光伏板转化的电能储存在所述蓄电池中，所述蓄电池分别与所述日光灯、所述控制面板和所述动力装置连接；

所述水电协同装置包括：自所述壳体的腔体顶部至所述壳体的腔体底部方向，依次设置的双功能涂层、温差发电片、铜板和复合吸湿材料层；

所述双功能涂层附着在所述温差发电片的顶部表面上，所述双功能涂层的材质为碳纳米管；

所述温差发电片与所述蓄电池连接，所述温差发电片安装在所述铜板的一侧表面上；

所述铜板的另一侧表面安装所述复合吸湿材料层；

所述复合吸湿材料层的材质为ACF/PVA/LiCl复合吸湿材料，其中，ACF层为所述复合吸湿材料层中的支撑层，PVA层为活性分离层，LiCl为吸附剂；

所述动力装置包括：

固定板，所述固定板安装在所述壳体的顶部；

步进电机，所述步进电机安装在所述固定板上，所述步进电机的输出端设置齿轮，所述顶盖滑动安装在所述壳体的顶部，所述顶盖的上表面设置齿条，所述齿条与所述齿轮啮合，所述步进电机通过所述齿轮带动所述顶盖水平移动。

2.根据权利要求1所述的植物灌溉装置，其特征在于，所述动力装置的数量与所述顶盖的数量相等。

3.根据权利要求2所述的植物灌溉装置，其特征在于，所述顶盖的数量为两个，当两个所述顶盖从密封所述壳体的状态转向两个所述壳体的内腔与外界连通状态时，两个所述步进电机带动同侧的顶盖水平移动，两个所述顶盖的移动方向相反。

4.根据权利要求1所述的植物灌溉装置，其特征在于，所述水电协同装置设置在所述壳体腔体内的水平面的中心位置。

5.根据权利要求1所述的植物灌溉装置，其特征在于，所述顶盖为透明材质。