一种仿生集水装置

技术领域

本发明涉及土壤保湿技术领域，具体涉及一种仿生集水装置。

背景技术

干旱是一种对人类社会发展影响比较严重的气候灾害。频繁发生的干旱灾害一方面给社会经济，尤其是农作物产业经济带来巨大的损失。另一方面也会造成水资源短缺、荒漠化加剧等诸多生态和环境方面的不利后果。

土壤缺水是引起土壤干旱的主要原因。植物根系如果无法吸收充足的水分去弥补蒸发的消耗，其生命代谢活动将受到严重影响，最终造成植物的根毛自梳，甚至发育停滞直至死亡。现有的抗旱技术包括使用灌溉机械、植物节水栽培技术、培育耐旱植物品种等，但由于缺乏对中国干旱环境的全面认知，且气候干旱是旱灾发生的根本性原因，导致抗旱进程相对较慢、抗旱成果收效不明显。基于此，设计一种能够让使土壤长期保持湿润的装置显得尤为重要，且对提高该装置周围植物存活率、恢复良好生态环境具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：现有的抗旱技术抗旱效果不好，土壤中水分蒸发太快，需要一种效果更好的集水装置来收集水分。

本发明通过下述技术方案实现：

一种仿生集水装置，包括仿生花、中空的仿生茎和聚水盘，所述仿生花与所述仿生茎连接，所述仿生茎位于所述聚水盘的内凹部。

本发明将花朵的结构应用到实际的仿生集水装置中，通过聚水盘和仿生花来收集雨水或露水，对于仿生花上收集的水通过仿生茎流入到聚水盘中，通过增大收集雨水和露水的接触面积从而增加了集水量。

本发明优选一种仿生集水装置，所述仿生花包括仿生花瓣、仿生花萼和仿生花蕾，所述仿生花瓣围合所述仿生花蕾，所述仿生花瓣的底部与所述仿生花萼连接，所述仿生花萼设置有第一通孔，所述仿生花萼与所述仿生茎的一端连接且所述仿生茎与所述第一通孔连通，所述仿生茎的另一端与所述聚水盘的内凹部连接。

进一步地，所述聚水盘的侧面倾斜设置，在倾斜的侧面设置有固定管，所述仿生茎插接在所述固定管中，一方面可以起到固定仿生茎的作用，另一方面仿生茎与聚水盘相通，仿生茎中的水能自由地进入到聚水盘中。

本发明通过设置仿生花瓣和仿生花蕾来扩大与水的接触面积，并通过仿生花萼收集仿生花瓣和仿生花蕾掉落下的雨水或露水，收集的雨水或露水通过仿生花萼上的第一通孔进入到仿生茎中，再由仿生茎进入到聚水盘，另外，聚水盘自身也可以收集雨水或露水，从而实现了更多雨水或露水的收集。

本发明优选一种仿生集水装置，还包括仿生叶，所述聚水盘的侧面设置有通槽，所述仿生叶的一端穿过所述通槽与聚水盘连接，所述仿生叶的另一端向远离所述聚水盘的方向倾斜向上延伸。

进一步地，所述仿生叶呈椭球面型，增大集水面积的同时，亦便于引流雨水。

为了进一步提高水的收集量，在聚水盘的外侧还设置有仿生叶，仿生叶在收集到雨水后，会倾斜向聚水盘流动进入到聚水盘中。

本发明优选一种仿生集水装置，所述仿生花瓣至少2层，每层至少2片花瓣，间隔分布在所述仿生花萼上并围合所述花蕾，里层的仿生花瓣与所述仿生花蕾接触。

进一步地，所述花瓣呈曲面设置且顶部展开，这样便于收集接收更多的雨水和露水。

一种可维持土壤湿度的仿生装置，包括储水浸润装置和仿生集水装置，所述聚水盘底部设置有第二通孔，所述聚水盘与所述储水浸润装置通过中空的仿生树干连接且所述第二通孔与所述仿生树干连通，所述储水浸润装置设置有中空的仿生树根，所述仿生树根的一端与所述储水浸润装置连通，另一端自由延伸。

本发明的仿生集水装置中的水可通过第二通孔从聚水盘中进入到储水浸润装置中进行储存并且通过仿生树根向外浸润。

本发明优选一种可维持土壤湿度的仿生装置，所述储水浸润装置包括蓄水箱和弹性自封机构，所述蓄水箱的顶部与所述仿生树干连接，所述蓄水箱的顶部设置有第三通孔，所述第三通孔与所述仿生树干连通，所述蓄水箱内部设置有所述弹性自封机构连接，所述弹性自封机构在弹力和压力作用下可堵塞或敞开所述第三通孔。

进一步地，所述蓄水箱包括顶板、底板及四块侧板围合而成，顶板设置有所述第三通孔，所述顶板通过第三通孔与仿生树干连通，所述弹性自封机构的一端与底板连接，另一端可与所述第三通孔接触或者分开，当弹性自封机构顶住第三通孔时，蓄水箱密封，防止水蒸发，当外界水的压力较大，弹性自封机构与第三通孔分开时，水可持续流入到蓄水箱中。所述底板上设置有多个仿生树根，蓄水箱中的水可通过仿生树根向外浸润。

进一步地，所述蓄水箱的底板上设置有多个支腿，这样可以将蓄水箱支撑在土壤中，防止下方的仿生树根被压而无法很好地浸润水。

进一步地，所述仿生树根中填充有海绵，海绵可以进一步地起到缓慢浸润的作用，使得蓄水箱中的水使用时间更长。

本发明通过在蓄水箱中设置弹性自封机构，可根据外界水的压力情况实现对蓄水箱的第三通孔的堵塞和敞开，从而控制蓄水箱中水的储存和防止蒸发损失。

本发明优选一种可维持土壤湿度的仿生装置，所述弹性自封机构包括顶销、弹性件和堵水塞，所述弹性件套设在所述顶销的外侧，所述顶销的长度小于所述弹性件的长度，所述堵水塞位于所述弹性件的顶部，所述堵水塞与所述蓄水箱的第三通孔同轴设置。

本发明优选一种可维持土壤湿度的仿生装置，所述弹性件的外侧套设有刚性圆筒，所述刚性圆筒位于所述堵水塞的下方且一端与所述蓄水箱的底部连接。

进一步地，所述堵水塞设置多段收缩部，且其顶面呈球形曲面，这样能更好地密封第三通孔，多段收缩部增加了堵水塞与空气的接触面积，在堵塞第三通孔时，气压对堵水塞的压力更大，更有利于密封第三通孔。

进一步地，所述仿生树根的直径为0.8-1mm。

1mm以下的管体具有毛细管效应，可以缓慢地将水通过管体中浸润至土壤中。

进一步地，所述聚水盘采用金属制成，金属的导热性好，在地面热量散失快的天气条件下，如早春或深秋晚上，由于空气温度降低，空气中的水气达到过饱和，此时水汽遇到温度低的金属仿生集水装置，可实现了水的凝结，形成露水，从而起到收集露水的作用，当产生的量够多时，就会从仿生树干处进入到蓄水箱中。

本发明的工作过程为：

在地面安装本发明，具体需要将仿生树干及以上部分位于地面之上，蓄水箱安装在土壤以下，并且使得仿生树根向土壤中延伸，工作时分为集水状态和密封储水浸润状态。

集水状态：当下雨时，仿生花瓣、仿生叶以及聚水盘均可收集雨水，仿生花瓣和仿生花蕾的雨水流入到仿生花萼，然后从仿生花萼的第一通孔进入到仿生茎中，再由仿生茎进入到聚水盘，同时，仿生叶上的雨水也会进入到聚水盘，聚水盘的水会通过第二通孔流入仿生树干，当仿生树干中收集的雨水的重力大于弹簧弹力以及堵水塞与第三通孔的摩擦力之和时，堵水塞下压打开第三通孔，雨水进入蓄水箱，直至装满整个蓄水箱。蓄水箱中的水会通过仿生树根缓慢浸入土壤中，但由于浸入速度极其缓慢，因此，在持续下雨时，蓄水箱中的水始终能始终保持满载。

密封储水浸润状态：阴天或晴天时，仿生树干中的水逐渐被蒸发，当树干中水的重力小于弹簧弹力时，堵水塞在弹簧的作用下堵住蓄水箱顶板的第三通孔，并在蓄水箱上表面形成密封。此时，蓄水箱中的水只能通过仿生树根极其缓慢地流至土壤中。

当夏天干旱温度升高时，地表以及靠近地表的温度高于地面下，由于干旱未下雨，堵水塞受弹性件弹力作用堵住蓄水箱的第三通孔，实现密封，并且随着气温升高，根据密闭环境中PV＝nRT，温度升高，蓄水箱的密闭环境中气压有略微上升，增加了蓄水箱内外气压差，此时，堵水塞在气压和弹力双重作用下，能更好地密封而不向上散失水分，蓄水箱中的水只能通过下面的仿生树根慢慢浸润至土壤中，持续更长的浸润时间，更好地保持土壤水分和周围植物的水分供给。

本发明具有如下的优点和有益效果：

1、本发明的仿生集水装置利用仿生花、仿生叶将水汇入聚水盘，起到很好的集水作用。

2、本发明维持土壤湿度的仿生装置利用聚水圆盘将雨水引入仿生树干和蓄水箱中，并依托仿生树干中雨水重力的变化，巧妙地实现蓄水箱自密封与自解封功能，节能环保，蓄水箱中的水通过仿生树根将雨水缓慢地浸润至土壤中，使土壤长期湿润，从而达到维持土壤湿度、保护周围植物生存的目的。

3、本发明设置的仿生树根由中空的细软管制成，可将蓄水箱储存的雨水缓慢浸润土壤，使土壤长期保持湿润，便于周围植物的生长。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明仿生集水装置的结构示意图。

图2为本发明仿生花的剖视结构示意图。

图3为本发明仿生装置的结构示意图。

图4为本发明的储水浸润装置的结构示意图。

附图中零部件名称如下：

1-仿生花，1a-仿生花瓣，1b-仿生花萼，1c-仿生花蕾，1d-第一通孔，2-仿生茎，3-仿生叶，4-聚水盘，40-第二通孔，41-通槽，5-固定管，6-仿生树干，7- 蓄水箱，7a-顶板，7b-侧板，7c-底板，8-仿生树根，9-支腿，10-刚性圆筒，11- 顶销，12-弹性件，13-堵水塞。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1和图2所示，一种仿生集水装置，包括仿生花1、中空的仿生茎2和聚水盘4，所述仿生花1包括仿生花瓣1a、仿生花萼1b和仿生花蕾1c，本实施例设置十六片仿生花瓣1a，分为四层，每层四片，间隔分布在仿生花萼1b上，所述仿生花瓣1a的底部与所述仿生花萼1b连接，仿生花瓣1a围合所述仿生花蕾1c，且里层的四片仿生花瓣1a的腰部与所述仿生花蕾1c接触，仿生花萼1b 呈部分椭球状，其中心设置有第一通孔1d，所述仿生花萼1b与所述仿生茎2的一端连接且所述仿生茎2与所述第一通孔1d连通，所述聚水盘4侧壁倾斜设置，倾斜侧面上固定有六个固定管5，仿生茎2的另一端插接在所述固定管5中。所述花瓣呈曲面结构且顶部展开，这样便于收集更多的雨水或者露水。

所述仿生花1整体采用3D打印技术制作。

本发明将花朵的结构应用到实际的仿生集水装置中，通过聚水盘4和仿生花 1来收集雨水或露水，对于仿生花1上收集的水通过仿生茎2流入到聚水盘4中，通过增大收集雨水和露水的接触面积从而增加了集水量。

本发明通过设置仿生花瓣1a和仿生花蕾1c来扩大与水的接触面积，并通过仿生花萼1b收集仿生花瓣1a和仿生花蕾1c掉落下的雨水或露水，收集的雨水或露水通过仿生花萼1b上的第一通孔1d进入到仿生茎2中，再由仿生茎2进入到聚水盘4，另外，聚水盘4自身也可以收集雨水或露水，从而实现了更多雨水或露水的收集。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于，所述仿生集水装置还包括仿生叶3，所述聚水盘4的侧面均匀设置有六个通槽41，所述仿生叶3的一端穿过所述通槽41 与聚水盘4连接，所述仿生叶3的另一端向远离所述聚水盘4的方向倾斜向上延伸。

所述仿生叶3呈椭球面型，增大集水面积的同时，亦便于引流雨水。

实施例3

如图3和图4所示，一种可维持土壤湿度的仿生装置，包括下方的储水浸润装置和上方的仿生集水装置，所述聚水盘4底部设置有第二通孔40，所述聚水盘4通过中空的仿生树干6与所述储水浸润装置连接，所述仿生树干6与第二通孔40连通，所述储水浸润装置包括蓄水箱7和弹性自封机构，所述蓄水箱7包括顶板7a、底板7c及四块侧板7b焊接围合而成，焊缝处密封，顶板7a设置有所述第三通孔，所述顶板7a通过第三通孔与仿生树干6连通，所述蓄水箱7内部设置有弹性自封机构，所述弹性自封机构在弹力和压力作用下可堵塞或敞开所述第三通孔。

所述弹性自封机构包括顶销11、弹性件12和堵水塞13，所述弹性件12套设在所述顶销11的外侧且弹性件12始终处于受压状态，所述顶销11的长度小于所述弹性件12的长度，起到限位支撑的作用，避免堵水塞13行程过大，所述堵水塞13位于所述弹性件12的顶部，所述堵水塞13与所述蓄水箱7的第三通孔同轴设置，受弹性件12的作用被顶到蓄水箱7的顶板7a第三通孔处，所述弹性件12的外侧套设有刚性圆筒10，所述刚性圆筒10位于所述堵水塞13的下方且一端与所述蓄水箱7的底板7c连接，所述刚性圆筒10为刚性材料，起到限位作用，保证弹性件12与第三通孔轴线位置一致，所述弹性件12为弹簧。

当弹性自封机构的堵水塞13顶住第三通孔接触时，蓄水箱7密封，防止水蒸发，当外界水的压力较大，堵水塞13与第三通孔分开时，水可持续流入到蓄水箱7中。所述底板7c上设置有若干个仿生树根8，蓄水箱7中的水可通过仿生树根8向外浸润。

本发明的仿生集水装置中的水可通过第二通孔40从聚水盘4流入到仿生树干6，当仿生树干6中的水量较大能压开堵水塞13时，水能通过蓄水箱7顶板 7a的第三通孔进入到蓄水箱7中，所述蓄水箱7的底板7c上设置有若干个第四通孔，所述仿生树根8通过所述第四通孔与蓄水箱7连通，这样蓄水箱7的水可通过中空的仿生树根8向外浸润。

所述蓄水箱7的侧板7b上设置有八个支腿9，这样可以将蓄水箱7支撑在土壤中，防止下方的仿生树根8被压而无法很好地浸润水，另外也能起到很好的保持整个装置竖直的作用。

本发明通过在蓄水箱7中设置弹性自封机构，可根据外界水的压力情况实现对蓄水箱7的第三通孔的堵塞和敞开，从而控制蓄水箱7中水的储存和防止蒸发损失。

所述堵水塞13设置多段收缩部，且其顶面呈球形曲面，这样能更好地密封第三通孔，多段收缩部增加了堵水塞13与空气的接触面积，在储存水而需要堵塞第三通孔时，气压对堵水塞13的压力更大，更有利于密封第三通孔。

所述仿生树根8的直径为1mm。

1mm及以下的管体具有毛细管效应，可以缓慢地将水通过管体中浸润至土壤中。

所述仿生集水装置所用部件均采用铝合金制成，铝合金质量较轻且导热性好，在地面热量散失快的天气条件下，如早春或深秋晚上，由于空气温度降低，空气中的水汽达到过饱和，此时水汽遇到温度低的金属仿生集水装置，可实现了水的凝结，形成水滴，从而起到收集水的作用，当产生的量够多时，就会从仿生树干6处进入到蓄水箱7中。

本发明的工作过程为：

在地面安装本发明，具体需要将仿生树干6及以上部分位于地面之上，蓄水箱7安装在土壤以下，并且使得仿生树根8向土壤中延伸，工作时分为集水状态和密封储水浸润状态。

集水状态：当下雨时，仿生花瓣1a、仿生叶3以及聚水盘4均可收集雨水，仿生花瓣1a和仿生花蕾1c的雨水流入到仿生花萼1b，然后从仿生花萼1b的第一通孔1d进入到仿生茎2中，再由仿生茎2进入到聚水盘4，同时，仿生叶3 上的雨水也会进入到聚水盘4，聚水盘4的水会通过第二通孔40流入仿生树干6，当仿生树干6中收集的雨水的重力大于弹簧弹力以及堵水塞13与第三通孔的摩擦力之和时，堵水塞13下压打开第三通孔，雨水进入蓄水箱7，直至装满整个蓄水箱7。蓄水箱7中的水会通过仿生树根8缓慢浸入土壤中，但由于浸入速度极其缓慢，因此，在持续下雨时，蓄水箱7中的水始终能始终保持满载。

密封储水浸润状态：阴天或晴天时，仿生树干6中的水逐渐被蒸发，当树干中水的重力小于弹簧弹力时，堵水塞13在弹簧的作用下堵住蓄水箱7顶板7a的第三通孔，并在蓄水箱7上表面形成密封。此时，蓄水箱7中的水只能通过仿生树根8极其缓慢地流至土壤中。

当夏天干旱温度升高时，地表以及靠近地表的温度高于地面下，由于干旱未下雨，堵水塞13在受压状态下堵住蓄水箱7的第三通孔，实现密封，并且随着气温升高，根据密闭环境中PV＝nRT，温度升高，蓄水箱7的密闭环境中气压有略微上升，增加了蓄水箱7内外气压差，此时，堵水塞13在气压和弹力双重作用下，能更好地密封而不向上散失水分，蓄水箱7中的水只能通过下面的仿生树根8慢慢浸润至土壤中，持续更长的浸润时间，更好地保持土壤水分和周围植物的水分供给。

本发明可应用干旱地区，在下雨时可通过仿生树干6和蓄水箱7储存雨水和露水，晴天时可通过仿生树根8将储存的雨水缓慢浸润土壤，使土壤长期保持湿润。

实施例4

本实施例与实施例2的区别在于，所述仿生树根8中填充有海绵，海绵可以进一步地起到缓慢浸润的作用，使得蓄水箱7中的水使用时间更长。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。