CN102812883A

CN102812883A - 一种利用空气热动力的灌溉装置

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Publication number: CN102812883A
Application number: CN2012101864261A
Authority: CN
Inventors: 徐志强
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-06-04
Filing date: 2012-06-04
Publication date: 2012-12-12

Abstract

一种利用空气热动力的灌溉装置，包括一个安装在室外的密封箱；密封箱的内部空间分为两部分，底部为用于储存水的储水部，储水部上部为充满空气的空气室；密封箱的底部设置有与储水部相连通的通水管；通水管通过一单向阀连接到进水口，通水管同时通过另一单向阀连接到出水口。本发明的灌溉装置利用气温变化所产生的气体热动力来实现吸水和灌溉，既不需要输入外部动力，具有节能环保的意义，而且能够根据白天和夜晚的阳光和气温的变化，自动调整灌溉状态，更好的符合植物生长的需要。

Description

一种利用空气热动力的灌溉装置

技术领域本发明涉及一种用于农业灌溉的灌溉装置。

背景技术灌溉是种植业的基本工作，传统的地表水明渠灌溉方式因极度浪费水资源，已经逐渐被地表滴灌、根部滴灌等新型的灌溉技术所代替。但现有的人工灌溉技术，不管是将水从水源直接泵送到灌溉管网进行灌溉，或者是将水从水池泵送至高处的储水箱，再从储水箱将水通过重力输送向灌溉管网，都离不开动力(电力或燃油发动机等)，这既增加设备投资，也浪费能源。

另外，对于大多数植物，每天的不同时刻对水分的需求是不同的：白天特别是阳光充足时需要更多的水分来进行光合作用，而夜晚或阴天时需要的水分较少，甚至在夜晚保持土壤水分较少还能迫使其根部更好的向土壤深层生长发育。采用人工来控制灌溉，使灌溉的水分符合植物的需要，既麻烦成本又高。

发明内容本发明目的是公开这样一种灌溉装置，它利用气体热动力来实现灌溉，且能自动调整灌溉的水量以符合植物在白天和夜晚的生长需要。

本发明包括一个安装在室外的密封箱；密封箱的内部空间分为两部分，底部为用于储存水的储水部，储水部上部为充满空气的空气室；空气室所在密封箱的箱体，能够通过热传导或热辐射，与箱体内面和外面的空气进行热交换；密封箱的底部设置有与储水部相连通的通水管；通水管通过一单向阀连接到进水口，通水管同时通过另一单向阀连接到出水口。连接进水口的单向阀使水只能从进水口流进，连接出水口的单向阀使水只能向出水口流出。

空气室所在密封箱的箱体的内壁和外壁，能够直接通过热传导或热辐射，与箱体内面和外面的空气进行热交换。使空气室里面的空气温度，随着外界的环境温度升高而升高，随着环境温度降低而降低。为了更好提高空气室的空气温升，可在空气室的箱体外壁，设置有助于吸收热辐射的表层，比如使外壁具有黑色表层，更好的吸收阳光，使空气室在阳光照射下温升更大。或者将空气室的箱体由透明材料构成，并使内壁具有黑色表层，使得阳光能够照射到内壁并容易被内壁所吸收，起到温室效应，温升更大。并可在空气室的箱体内壁，连接有竖立设置的金属散热片。散热片有助于箱体内壁与内部空气进行热交换，也有助于使空气上下传热保持空气室的空气温度上下均匀。

使用时，进水口通过进水管连接到水源，出水口通过送水管连接到灌溉头。密封箱具有双向自动泵的功能：白天气温上升时，密封箱空气室的空气受热膨胀，将储水部的水通过出水口和送水管压向灌溉头，对植物进行灌溉；夜晚气温下降时，空气室空气受冷收缩形成负压，通过进水口和进水管从水源吸水进来补充。白天阳光越强烈，则空气室温升越高，灌溉给植物的水就越多以满足植物旺盛的光合作用需要；而碰到阴天或下雨时，即使是白天，但由于气温没有温升甚至气温下降，则空气室也不会膨胀，不会进行灌溉以免造成水的浪费。

由本发明灌溉装置构成的灌溉系统，利用气温变化所产生的气体热动力来实现吸水和灌溉，既不需要输入外部动力，具有节能环保的意义，而且能够根据白天和夜晚的阳光和气温的变化，自动调整灌溉状态，更好的符合植物生长的需要。本发明适合农业灌溉，更适合园林花园的花卉灌溉。将雨水收集作为水源，则可构成一个免动力的雨水灌溉系统，具有极其显著的节能环保意义。

本发明输送出的水压较低，适合于普通地表灌溉、地表滴灌和根部滴灌等，而不适合于喷洒灌溉，也不适合冬天外面气温低至会冰冻时使用。

附图说明图1是密封箱的结构示意图。图2是本发明的安装使用示意图。

具体实施方式下面根据附图，对本发明的实施例进行说明。

图1中，本发明的密封箱1可以是圆柱形或方型或其他形状，采用塑料等不透气材料制造，且箱体是非弹性的，即在光照和压力下都保持固定形状。密封箱1的内部空间分为两部分，底部为用于储存水的储水部2，储水部2的上部为充满空气的空气室3。空气室3所在的箱体的内壁和外壁，能够直接通过热传导和热辐射，与箱体内部和外面的空气进行热交换，使空气室3里面的空气温度，随着外界的环境温度升高而升高，随着外界的环境温度降低而降低。

密封箱底部设置有与储水部相连通的通水管4；通水管4通过一单向阀5连接到进水口6，通水管4同时通过另一单向阀7连接到出水口8。单向阀5使水只能从进水口流进，单向阀7使水只能向出水口流出。单向阀为现有技术。

使用时，密封箱1安装在室外需要灌溉的植物的附近，并能被太阳光所直接晒射到。进水口6通过进水管9连接到水源10，出水口7通过送水管11连接到灌溉头12。如图2。水源可以是天然水源，或雨水收集池，或人工水源。灌溉头12用于对植物慢慢给水灌溉，可以是一个小孔，或者地表滴灌，或根部滴灌等。灌溉头可以是一个，或是多个组成灌溉网。这些是现有技术。

密封箱1的高度和大小，根据所需灌溉的水量，和灌溉所在地的气温变化幅度而定。这里给出一组设计数据，并以此来说明本发明的工作原理。

设定密封箱1为圆柱体，内直径为400mm，即0.4米，内部高度为800mm，即0.8米，计算出密封箱的内部空间约为100升。安装使用时，先往密封箱内部注入一定量的水，比如20升水。(可先将密封箱倒置，通过进水口6注入水后，再将密封箱翻正过来)。则密封箱底部20升水柱所在部分即为密封箱的储水部2，(20升水柱大约有160mmm即0.16米高度)，储水部2上面，充满空气的80升空间即是密封箱的空气室3。由于密封箱为密封箱体，所以储水部的水只有极少量由于重力而从出水口8流出，空气室3因此形成负压，该负压跟水柱的水压形成平衡，使水无法继续流出，(0.16米高度水柱所产生的水压，相对于大约10米水柱高度的标准大气压强，是很弱的，所以只有约1.6％的极少量的水流出)。之后如果没有温度的变化，则密封箱会保持这种平衡状态。

但由于密封箱安装在室外，室外的气温除了阴天和雨天，每天不同时间存在变化过程。一般在凌晨5点左右环境气温最低，比如是15度，这时密封箱经过长时间散热空气室里面的空气温度基本等于外面的环境气温，即绝对温度值T1＝273+15＝288K(开尔文)；而下午3点左右环境气温最高，比如是25度，由于密封箱外面被阳光所直接晒射，而里面空气室又是密封的，所以这时空气室的空气温度要比外面环境气温高很多，大约在35至40度以上，按35度计算，即绝对温度值T2＝273+35＝308K；也即空气室的空气温度存在从288K到308K的20K的温度变化。根据气体热力学的理论，空气室里面密闭空气的温度T、压强P和体积V有以下关系：P1V1/T1＝P2V2/T2，其中P1、V1为T1＝288K时的压强和体积，P1接近于大气压强，V1约等于初始体积80升，P2、V2为T2＝308K时的压强和体积。由于储水部的水能够通过进水口或出水口流动，所以P1和P2的变化很小，可认为P1近似等于P2，于是可近似有V2＝V1T2/T1＝80×308/288≈86升。也即空气室的气温从凌晨最低15度上升到下午最高35度时，其密闭空气的体积会从80升受热膨胀至约等于86升。膨胀的空气会压迫储水部的水，迫使水慢慢从通水管4、单向阀7、出水口8通过送水管11流向灌溉头12，对植物进行灌溉。流出的水量也即灌溉量理论值为86-80＝6升。实际使用中由于空气不是理想气体，灌溉量会有所差别。

而当下午过后，环境气温开始下降，密封箱反过来向外面空气散热，空气室里面的空气温度也会从最高的35度，重新慢慢下降至凌晨的15度，并由于温度下降而收缩形成负压，由于单向阀7反向关闭而单向阀5打开，所以空气室3的负压将通过通水管4、单向阀5、进水口6通过进水管9从水源10将水吸到储水部2中，补充白天灌溉所流出的水。如果温度重新回到15度，那么吸进的水量刚好等于白天流出的水量。

所以，本发明的密封箱起到一个双向自动泵的功能：白天气温上升时，空气室的空气受热膨胀，将储水部的水通过出水口和送水管压向灌溉头，实现灌溉作用；夜晚气温下降时，空气室空气受冷收缩形成负压，通过进水口和进水管从水源吸水进来补充；白天阳光越强烈，则空气室的温升越高，灌溉给植物的水就越多；而碰到阴天或下雨时，即使是白天，但由于气温没有温升甚至气温下降，则空气室也不会膨胀，不会进行灌溉以免造成水的浪费。

空气室空气的体积变化ΔV＝V1ΔT/T1，主要取决于空气的温度差，而与气温的关系较小，只要气温不会低至使水冰冻，系统都可工作。而灌溉量也可以通过改变空气室的容积和储水部的储水量来调整。而使密封箱的口径较大而高度较小，更能够忽略水柱压强的影响，使工作更接近于理想状态。

由于气温的变化是非常缓慢的，密封箱箱体内外壁跟空气通过热传导和热辐射，基本能满足热交换的需要，即使有点滞后也不影响工作。如果想更好提高空气室的温升，可在空气室的箱体外壁，设置有助于吸收热辐射的表层。比如使外壁具有黑色表层，更好的吸收阳光，使阳光照射下空气室温升更大。或者将空气室的箱体由透明材料构成，并使内壁具有黑色表层，使得阳光能够照射到内壁并容易被内壁所吸收，起到温室效应，温升更大。也可在空气室的箱体内壁，连接有竖立设置的金属散热片13，如图1。散热片有助于箱体内壁与空气进行热交换，也有助于使空气上下传热保持空气室里面的空气温度均匀。

经过改进，能够在同样环境条件下使空气室空气的温差达到30度以上，使上述设计数据的密封箱每天送出的灌溉量在10升左右，提高了效率。

而为了减少储水部2里面的水的水温随气温而变化，可将密封箱储水部2的箱体部分，外部采用遮光层14进行遮光和隔热处理。密封箱1的安装高度，最好是使储水部高度略高于灌溉头的高度。

按照本发明的工作原理，密封箱1为箱体内部与外面不透气的密封箱体，但为了加工和安装的方便，也可将密封箱设计为可拆卸的结构，只要安装后保证其密封性。另外，可在密封箱1上设置有与空气室3相连通的通气管15，通气管15带有可拆卸的密封帽16。在密封箱1安装使用时，可打开密封帽16，通过通气管15向外抽气，使空气室形成负压通过进水口吸入储水部所需要的水。然后再盖好密封帽16，使密封箱保持密封。该方式能够方便于密封箱的安装和启动使用。

Claims

1.一种利用空气热动力的灌溉装置，包括一个安装在室外的密封箱；其特征在于：密封箱的内部空间分为两部分，底部为用于储存水的储水部，储水部上部为充满空气的空气室；密封箱的底部设置有与储水部相连通的通水管；通水管通过一单向阀连接到进水口，通水管同时通过另一单向阀连接到出水口。

2.根据权利要求1所述的一种利用空气热动力的灌溉装置，其特征在于：空气室所在密封箱的箱体，能够通过热传导或热辐射，与箱体内面和外面的空气进行热交换。

3.根据权利要求1所述的一种利用空气热动力的灌溉装置，其特征在于：所述空气室的箱体外壁，设置有有助于吸收太阳光热辐射的表层。

4.根据权利要求1所述的一种利用空气热动力的灌溉装置，其特征在于：所述空气室的箱体由透明材料构成，内壁设置有黑色表层。

5.根据权利要求1或权利要求3或权利要求4所述的一种利用空气热动力的灌溉装置，其特征在于：所述空气室的箱体内壁，连接有竖立设置的金属散热片。

6.根据权利要求1或权利要求3或权利要求4或权利要求5所述的一种利用空气热动力的灌溉装置，其特征在于：所述密封箱上设置有与空气室相连通的通气管，通气管带有可拆卸的密封帽。