CN103444494A

CN103444494A - 一种简易灌溉装置

Info

Publication number: CN103444494A
Application number: CN2013101897274A
Authority: CN
Inventors: 徐志强; 王丹琳
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-06-04
Filing date: 2013-05-10
Publication date: 2013-12-18

Abstract

一种简易灌溉装置，包括一个安装在室外的灌溉箱；其特征在于灌溉箱包括下部用于储存水的储水箱，和上部充满空气的空气室；灌溉箱的顶部设置有进水口，进水口带有可打开的密封盖；灌溉箱的底部设置有出水口，出水口通过输水管连接到灌溉头。本发明利用气温变化所产生的气体热动力来实现灌溉，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。本发明一次加水多日灌溉，适合园林庭院的花卉灌溉，和城市景观的绿化的灌溉。

Description

一种简易灌溉装置

技术领域本发明涉及一种用于农业灌溉的灌溉装置。

背景技术园林庭院和城市绿化的一些植物需要每天进行浇水灌溉，目前一般由人工采用水泵或水车进行洒水，所洒的水只有少部分被植物及时吸收，大部分被流失或蒸发，浪费水资源。而如果采用地表滴灌或根部滴灌等新型灌溉技术，则需要安装水泵和布设电力线路，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灌溉箱；灌溉箱包括两部分，下部为用于储存水的储水箱，上部为充满空气的空气室；灌溉箱的顶部设置有进水口，进水口带有可打开的密封盖；灌溉箱的底部设置有出水口，出水口通过输水管连接到灌溉头；空气室里面的空气与空气室外面的空气通过空气室的箱体进行热传递，其里面的空气温度随着空气室外面的环境温度变化而变化，产生热胀冷缩，并因空气热胀冷缩而产生空气热动力。

作为改进，灌溉箱还设置有进气管，进气管通过一个单向气阀连接到进气口。作为另一改进，灌溉箱底部的出水口与灌溉头之间，连接有单向阀。

空气室通过热传递使内外面的空气进行热交换，使空气室里面的空气温度，随外界环境温度升高而升高，随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，设置有助于吸热的表层，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。

使用时打开密封盖通过进水口往灌溉箱里面加水，使水储存于储水箱，出水口通过输水管连接到灌溉头。空气室起到双向自动泵的功能：白天气温上升时，空气室的空气受热膨胀，将储水箱的水通过出水口压向灌溉头，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，从灌溉头(或改进后的进气口)吸入空气进来补充。一次加水多日工作，直至储水箱水不足进行补充。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。

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。本发明可一次加水多日灌溉，适合园林庭院的花卉灌溉，和城市景观的绿化的灌溉。

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是本发明的工作原理示意图。图2是改进后的原理示意图。

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，本发明的灌溉箱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。灌溉箱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。灌溉箱1的内部空间分为两部分，下部为用于储存水的储水箱2，储水箱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。

灌溉箱1的顶部设置有进水口4，进水口4带有可打开的密封盖5。灌溉箱的底部设置有出水口6；出水口6通过输水管7连接到灌溉头8。灌溉头8用于对植物慢慢给水灌溉，可以是普通地表灌溉，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。

灌溉箱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。下面给出一组设计数据，并以此来说明本发明的工作原理。

设定灌溉箱1为圆柱体，内直径为500mm，即0.5米，内部高度为500mm，即0.5米，计算出灌溉箱的内部空间容积大约为100升。安装使用时，先打开密封盖5，通过进水口4往灌溉箱内部加入一定量的水，比如20升水。则灌溉箱底部20升水柱所在部分即为灌溉箱的储水箱2，(20升水柱大约有100mmm即0.1米高度)，储水箱2上面，充满空气的80升空间即是灌溉箱的空气室3。之后盖好进水口4的密封盖5，由于灌溉箱为密封箱体，所以储水箱的水只有极少量由于重力而从出水口6流出，空气室3因此形成负压，该负压跟水柱重力的水压形成平衡，使水无法继续流出，(0.1米高度水柱所产生的水压，只相当于大约10米水柱高度的标准大气压强的1％，所以只有极少量的水流出)。之后如果没有温度和外力的变化，则灌溉箱会保持这种平衡状态。

但由于灌溉箱安装在室外，室外的气温除了阴天和雨天，每天在不同时间段存在变化过程。一般在凌晨5点左右环境气温最低，比如是15度，这时空气室经过长时间的散热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，由于空气室外面被阳光所直接晒射，而里面又是密封的，所以这时空气室里面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。由于储水箱的水能够通过出水口向外流动，所以P1和P2的变化很小，可认为P1近似等于P2，于是上述公式可近似有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，迫使水慢慢从出水口6流出，通过输水管7流向灌溉头8，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，灌溉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，反过来通过灌溉头8和出水口6吸入空气进行补充，直至重新形成平衡状态。之后在第2天随着气温升高又开始另一次灌溉。只要储水箱里面的水及时得到补充，该装置便可一直工作。

所以，本发明的灌溉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，将储水箱的水通过出水口和输水管压向灌溉头，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，通过进水口和灌溉头吸入气体进来补充；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箱的储水量来调整。而使灌溉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。

按照上述实施例，灌溉箱在晚上吸入空气时需要通过出水口和灌溉头，如果灌溉头是采用根部滴灌，显然这种方式吸气不顺畅。所以，作为一种改进，如图2，灌溉箱1还设置有进气管10，进气管10可以设置在灌溉箱底部与储水箱相连通，进气管10另一端通过一个单向气阀11连接到进气口12。单向气阀11的作用是当白天灌溉箱往外压出水时，单向气阀11关闭，只有晚上灌溉箱负压需要吸入空气时，单向气阀11才打开通过进气口12吸入空气，给灌溉箱构成另一顺畅的吸气通道。在某种情况下，比如灌溉头8的安装高度在储水箱2的水面之上，即储水箱的水不会因为重力而直接流向灌溉头，则进气管10也可设置在灌溉箱顶部与空气室直接连通，或者可将进气管10、单向气阀11、进气口12与进水口4和密封盖5设计为一体化结构。在图2中，灌溉箱的出水口6与灌溉头8之间，连接有单向阀9。在晚上灌溉箱负压吸入空气时，单向阀9关闭，不让灌溉头吸入空气以保护灌溉头，只有白天灌溉箱产生灌溉工作时，单向阀9才打开，将水通过输水管7送到灌溉头8进行灌溉。

由于气温的变化是非常缓慢的，空气室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。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，使上述设计数据的灌溉箱每天送出的灌溉量在10升左右，提高工作效率。

按照工作原理，灌溉箱为箱体内部与外面不透气的密封箱体，但为了加工和安装方便，也可将灌溉箱设计为可拆卸的结构，只要安装后保证其密封性。

Claims

1.一种简易灌溉装置，包括一个安装在室外的灌溉箱；其特征在于：灌溉箱包括两部分，下部为用于储存水的储水箱，上部为充满空气的空气室，储水箱与空气室相联通；灌溉箱的顶部设置有进水口，进水口带有可打开的密封盖；灌溉箱的底部设置有出水口，出水口通过输水管连接到灌溉头；空气室里面的空气与空气室外面的空气通过空气室的箱体进行热传递，其里面的空气温度随着空气室外面的环境温度变化而变化，产生热胀冷缩，并因空气热胀冷缩而产生空气热动力。

2.根据权利要求1所述的一种简易灌溉装置，其特征在于：灌溉箱还设置有进气管，进气管通过一个单向气阀连接到进气口。

3.根据权利要求2所述的一种简易灌溉装置，其特征在于：灌溉箱底部的出水口与灌溉头之间，连接有单向阀。

4.根据权利要求1至3所述的一种简易灌溉装置，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。

5.根据权利要求1至4所述的一种简易灌溉装置，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。

6.根据权利要求1至5所述的一种简易灌溉装置，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。