一种植物灌溉装置

本技术涉及植物灌溉领域，尤其涉及一种植物灌溉装置。

背景技术：

1、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。

2、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。

3、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。

4、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。

技术实现思路

1、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：

2、一种植物灌溉装置，包括：

3、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；

4、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；

5、日光灯，所述日光灯安装在所述壳体的内腔的内壁上；

6、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；

7、光伏板，所述光伏板安装在所述壳体的外壁上；

8、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；

9、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。

10、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；

11、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；

12、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；

13、所述铜板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。

15、优选的，所述动力装置包括：

16、固定板，所述固定板安装在所述壳体的顶部；

17、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。

18、优选的，所述动力装置的数量与所述顶盖的数量相等。

19、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。

20、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。

21、优选的，所述顶盖为透明材质。

22、一种如上述的植物灌溉装置的浇灌方法，包括：

23、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；

24、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；

25、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；

26、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。

27、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。

28、优选的，所述方法还包括：

29、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。

30、上述技术方案，与现有技术相比至少具有如下有益效果：

31、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。

32、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。

33、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。

34、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。

35、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。

36、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。

37、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。