CN103609395A - 具有渐宽狭缝输水装置可调滴速的分子能滴灌器 - Google Patents

Abstract

一种具有渐宽狭缝输水装置可调滴速的分子能滴灌器，把厚度在一定范围内的支撑物夹在一块拱形平板状材料与另一块拱形平板材料之间，使两块拱形平板材料之间形成一侧紧贴，另一侧间距稍大的渐宽狭缝，以弹性材料夹紧或以粘合物固定，构成输水装置，使输水装置跨骑于容器边沿，并使狭缝较窄的一侧置于容器内，狭缝较宽大的一侧置于容器外对应的集水装置内，水在渐宽的狭缝内将受到由于固，气、水三相分子对水分子作用力的不对称所引发的毛细力，附着力，推斥力，表面张力等一系列分子力与重力的层递作用，能实现水从容器内向容器外以缓慢速度运行，向目标植物进行节水灌溉的功能，同时在这一过程中还可以通过调整容器内水位变化，对滴灌速度进行调节，以针对不同植物不同生长期需水量差异变化提供相应的供水量。

Description

具有渐宽狭缝输水装置可调滴速的分子能滴灌器

技术领域

本发明涉及一种滴灌器，具体是一种具有渐宽狭缝输水装置可调滴速的分子能滴灌器，能实现水从容器内向容器外以缓慢而且可以进行速度调整地运行，向目标植物进行节水灌溉的功能。

背景技术

人类社会为了生产生活的需要，发明了各种水利灌溉工程，但由于水资源日益紧缺，迫使人们采用更节约的灌溉方式，以色列人斯迈哈.博拉斯父子更是发明了滴灌技术，为人类社会的节水灌溉作出了重大贡献。

滴灌是利用一套专门的设备，把有压力水（可由水泵加压或利用地形落差所产生的压力），经过过滤后，通过各级输水管网到滴头，水自滴头以点滴方式，一滴一滴直接缓慢地滴入作物根际耕作层土壤，水滴滴入土后，借助重力入渗，在滴头下方形成很小的饱和区．并向四周逐渐扩散至作物根系发达区的灌水方法称为滴灌，因滴灌是用少量的水，而且是湿润作物根部活动层的土壤，所以，滴灌又称为局部灌水。

滴灌具有省水、灌溉均匀、节能、土壤和地形的适应性强、增产、省工、方便田间作业等优点。

但滴灌也有它的局限性，具体表现为：

1.滴头堵塞　　使用过程中极易引起滴头的堵塞，主要是由悬浮物（砂和淤泥）、不溶解盐（主要是碳酸盐）、铁锈、其他氧化物和有机物引起，滴头堵塞主要影响灌水的均匀性，严重时可能使整个系统报废。

2.盐分积累　　在干旱地区采用含盐量较高的水灌溉时，盐分会在滴头湿润区域周边产生积累，这些盐分易于被淋洗到作物根系区域，当种子在高浓度盐分区域发芽时，会带来不良后果。

3.影响根物的根系分布　　对于多年生果树来说，滴头位置附近根系密度增加，而非湿润区根系因得不到充足的水分供应其生长会受到影响，尤其是在干旱半干旱地区，根系的分布与滴头位置有很大关系，少灌勤灌的灌水方式会导致树木根系分布变浅，在风力较大的地区可能产生拔根危害。

4．投资成本高，管理技术要求高，要有动力能源要求，水压力的衰减效应使得有效工作面积小，同时滴灌孔容易堵塞的难题至今未能攻克，使得滴灌设备寿命缩短，运行与维护成本剧涨，众多原因令有压滴灌的大面积推广受到极大限制。

参考文献《经济型喷微灌》奕永庆 著 出 版 社：中国水利水电出版社

ＩＳＢＮ：9787508469683出版时间：2009-11-01

最接近的技术方案

发明人谭朝晖于2013年03月05日向中华人民共和国国家知识产权局申请了一项《一种平板叠合结构的抗堵塞毛细滴灌器》发明，专利号：ZL201310069270.3,授权公告号CN 103141361 B，授权公告日2013.09.04,记载并公开了一种平板叠合结构的抗堵塞毛细滴灌器，其权利要求为：1.一种毛细滴灌器，其特征在于，至少一块“n”形光洁硬质平板材料与另一块“n”形光洁硬质平板材料叠合在一起并夹紧固定，平板材料之间形成狭窄缝隙，构成微输水装置，并使微输水装置跨骑在容器边沿，微输水装置的一端浸入容器内的水中，另一端对应放置于容器外的集水装置；2.如权利要求1所述的毛细滴灌器，其特征在于，可在所述至少一块“n”形光洁硬质平板材料的平板表面制作细微的磨痕，也可不作，可在所述另一块“n”形光洁硬质平板材料的平板表面制作细微的磨痕，也可不作；3.如权利要求1所述的毛细滴灌器，其特征在于，可在所述至少一块“n”形光洁硬质平板材料的平板表面制作细微的凹糟，也可不作，可在所述另一块“n”形光洁硬质平板材料的平板表面制作细微的凹糟，也可不作；4. 如权利要求1所述的毛细滴灌器，其特征在于，所述至少一块“n”形光洁硬质平板材料为至少一块“n”浮法平板玻璃，在“n”浮法平板玻璃的表面上制作细微的磨痕或凹糟，分别是毛细痕，运行痕，重力痕，置于平板材料之间形成的狭窄缝隙中，同时使毛细痕一端浸入容器内的水中，重力痕一端对应放置于容器外的的集水装置；5. 如权利要求1所述的毛细滴灌器，其特征在于，一个毛细滴灌器内可以置入一个或多个的微输水装置6. 如权利要求1所述的毛细滴灌器，其特征在于毛细滴灌器的容器有补水口7. 如权利要求1所述的毛细滴灌器，其特征在于，容器与集水装置结合部上沿略低处设置最高水位线。

它的工作原理在于，容器里的水在两块“n”形光洁硬质平板材料叠合处形成的狭窄缝隙内受毛细力的作用向上运行，并沿狭窄缝隙扩散至容器外一端，在重力的作用下，向下运行，此时在容器外一端的水受到重力与狭窄缝隙对它的表面张力作用，只要使狭窄缝隙里的水受到的重力大于表面张力，水就能突破狭窄缝隙的表面张力，滴落至容器外，可以实现水从容器内往容器外运行的目的。

在实际生产运用过程中，也遇到了根据一些不理想的问题，具体表现为：根据权利要求1制成的微输水装置，至少一块“n”形光洁硬质平板材料与另一块“n”形光洁硬质平板材料叠合在一起并夹紧固定，平板材料之间形成狭窄缝隙，显然，这两块平板表面是呈平行状态的，所形成的狭窄缝隙必然也是极其狭窄，虽然水在容器内一侧微输水装置内可以获得较高的毛细上升高度，但在容器外一侧微输水装置内，水的毛细上升力，在狭窄缝隙最下沿气水交界处水的表面张力，恰恰与使水向下运行的重力方向相反，使得水向下运行遇到极大阻力，为达到使水滴落的目的，必须使微输水装置的尺寸做得相当大，以使容器外一侧微输水装置内的水积累足够的重力势能，这将使材料的用量大增，造成极大浪费；根据权利要求2，权利要求3制成的微输水装置，在所述至少一块“n”形光洁硬质平板材料的平板表面制作细微的磨痕，凹糟，是为了解决水向下运行阻力所采取的技术措施，但由于水在运行过程中会发生化学成份的析出，形成水垢，当水垢逐渐吸附于细微磨痕或细微凹糟时，将逐渐加大水向下运行时的阻力，最终使微输水装置失去输水功能，这时就必须对微输水装置进行清洗才可以重新使用，这就大大增加了设备的维护量；根据权利要求4制成的微输水装置，在“n”浮法平板玻璃的表面上制作细微的磨痕或凹糟，虽然可以延长设备寿命，但由于浮法平板玻璃的硬脆易碎特性，要在浮法平板玻璃表面上制作质量稳定的凹糟，成本非常高昂的，使得产品实用性极低，若选择在浮法平板玻璃表面上制作细微的磨痕，由于现有的喷砂，磨砂，化学腐蚀等玻璃表面加工工艺都很难精确控制磨痕质量，所制成滴灌器的滴速均匀性都不理想，不便于统筹使用。

另外，由于毛细滴灌器的输水装置一旦制作完成，它的滴速就被物理结构参数固化，基本无法增加，在一些追求经济效益与用水效率要求较高的农林业中，由于不同植物在不同生长时期需水量差异化很大，滴灌速度无法进行调整，明显无法满足用户的实际需要。

水资源的日益紧缺，生态环境的逐渐恶化，迫使人们必须构建与推广更节约，更高效的水利工程与方法，解决缺水困局。

为此，如果能设计一套无需能源驱动，抗堵塞性能强，可调整滴速以符合植物生长规律，寿命超长的滴灌系统，无疑能为干旱地区生态快速恢复，加强经济建设作出更大贡献。

发明内容

分析滴灌设备运行时的物理现象，我们可以将其归纳成水从水源流经过滤部件，加压部件，管道，最后由管道内微孔向管道外缓慢滴落，落到植物根系附近土壤的一个过程，产生堵塞的一个主要原因，就是因为人们为了追求缓慢的滴速，在管道上制作的微孔直径太小，水里面的沙土，无机盐，微生物等杂质在压力的作用下，卡在微孔中造成堵塞。

     如何使水以人们所需要的缓慢速度从一个载体运行到目的地又不至于发生中断，可以说是滴灌技术的核心内容，如果在这一过程中又能对水运行的速度加以调节，针对不同植物不同生长期需水量差异变化提供相应的供水量将更有意义。

自然界分子间即有引力作用，又有斥力作用，由于液体分子间距小，分子间相互作用较大，当液体与气体，固体接触时，交界处由于介质界面分子对表面层水分子作用力的不对称，可以产生表面张力，润湿，毛细作用一系列特殊物理现象。

当具有狭缝结构的装置插入水中，在固体，水，空气三相接触处的固体表面会形成一个附着层，附着层中的水分子受到固体分子的吸引力比内部水分子的吸引力强，结果附着层中的水分子比内部更密，这时在附着层就出现了水分子相互排斥的作用，附着层里水分子的推斥力使附着层沿固体表面上升，形成浸润现象，在狭缝内，这个部分液体上升引起液面弯曲，呈凹形弯月液面使液体表面变大，与此同时由于表面张力的收缩作用，表面张力的合力作用在凹形弯液面, 凹形弯液面将对液面以内的液体产生附加强表面压强,而这一附加表面压强总是指向弯液体表面的曲率中心,即凹形液面，所产生的附加表面压强p _c与大气压强方向相反，所以p _c是个负值，称为毛细负压，因此所承受的压强比大气压小一个p _c值，也就是说弯液面之下存在一个相当于p _c的真空值，此真空值相当于一个向上的拉力，即毛细力，在毛细力的作用下弯液面就拉着它下面的水柱上升，到一定的高度，即毛细上升力与狭缝内升高的水的重力相等时，即达到平衡，便停了下来，此时弯液面与水面的距离称为毛细上升高度，它是一个负的压力水头，称作毛细压力水头h _c 。

根据水在狭缝中的一系列特殊物理现象，我们可以设计一种将水从容器内向容器外运输的输水模型用于植物灌溉。

图1是输水模型的原理示意图，在一个盛水容器1内设置一个具有狭缝的装置，利用狭缝形成使水上升的毛细通道，同时在毛细通道中的适当位置设置一个引流点5、将毛细上升水体分为下部毛细上升水体3与上部毛细上升水体4，并在引流点5向容器外部引出一个引流通道6，当水在模型内连续流动使水从容器内向容器外输送时，可以作出以下分析：根据流体连续性定律，对于引流点5，任意的一个时刻，流入该点的流体质量等于流出的流体质量，这时，对于引流点5以上的上部毛细上升水体4，由于毛细水体不可以从狭缝上部流入空气中，故可视从引流点5流向上部毛细上升水体4的水的质量S ₄ V ₄ = 0，那么，流体连续性定律在这一模型内可体现为S ₃  V ₃  = S ₆  V ₆ ，即对于引流点5，任意的一个时刻，从下部毛细上升水体3流入引流点5的水的质量S ₃  V ₃ 等于流出引流点5的引流通道6的水的质量 S ₆  V ₆，具体表现为水在装置狭缝内受毛细力作用向上运行，然后在引流点5通过引流通道6受重力作用向容器外连续运行，上述公式中S为通道的等效横截面积，V为通道内水的流速。

  下部毛细水体3在毛细上升通道至引流点5内的流动情况，由于这部分水体的流动相当于层流，可用达西定律分析，下部毛细水体3的流速

，式中K为毛细狭缝的渗透系数，I ₂为水位2到引流点5位置毛细狭缝的水力梯度，h _c 为毛细压力水头，Z ₃为引流点5到水位2的距离，相当于下部毛细水体3的高度，也称位置水头，当模型物理结构不变时，K为常数也同样不变，这时如果容器内水位2上升，由于引流点5位置不变， 则 Z ₃变小，水力梯度绝对值增大，V ₃ 随之增大，反之，若容器内水位2下降，则 Z ₃ 变大，水力梯度

绝对值减小，V ₃随之减小，即在这一模型中，可以通过调整容器内水位2变化，改变位置水头Z ₃，从而改变下部毛细水体3的流速。

 对于引流通道6内水的流动分析，由于引流通道6是从狭缝中引出，为了不至于破坏水在狭缝中的毛细上升现象，其尺寸受限制，在引流通道6中水分子受固体分子的吸引力作用，水分子之间吸引力作用及水与空气界面的表面张力作用，这些力的合力与使水向下运动的重力相抗衡，表现出很大的阻力，使水在引流通道6里的流速V ₆受到极大限制，由于S ₃  V ₃  = S ₆  V ₆，也就强烈地约束了下部毛细水体3在毛细上升通道内至引流点5的毛细上升速度V ₃ ，从而约束水从容器内向容器外运速的速度，所以，改变引流通道6的物理结构，降低水在引流通道6内流动的阻力，使引流通道6内水的流速V ₆ 更直接响应分流点5压力水头变化引发的下部毛细水体3流速V ₃的变化，扩展模型流速调整范围，实现灌溉流速调节具有重大意义。

根据对上述模型的分析，本发明设计一种具有渐宽狭缝输水装置可调滴速的分子能滴灌器，其特征在于，把厚度在0.01mm~2mm范围内的支撑物8夹在一块拱形平板状材料7与另一块拱形平板材料9之间，使两块拱形平板材料之间形成一侧紧贴，另一侧间距稍大的渐宽狭缝，以弹性材料夹紧或以粘合物固定，构成输水装置17，使输水装置17跨骑于容器14边沿，并使狭缝较窄的一侧置于容器内，狭缝较宽大的一侧置于容器外对应的集水装置12内。

图2是输水装置的分解示意图，图3是输水装置的主视图，图4是输水装置的俯视图，图5是分子能滴灌器的结构示意图。

当水从滴灌器入水口13进入分子能滴灌器33内，使容器14内水位控制在自吸水位线15与最高工作水位线16之间时，水将输水装置在容器内一端的部分浸润，在水与输水装置，空气接触的界面，由于固，气、水三相分子对水分子作用力的不对称，在输水装置的毛细狭缝10里的水受毛细作用逐渐上升，由于表面张力的作用，在毛细狭缝10内，会形成一条扁窄的毛细上升水体，不会从狭缝中流出，直至水上升到毛细狭缝上部，毛细上升力与毛细上升水体自身重力平衡，毛细水体停止上升，稳定在一定高度，这时在上部毛细上升水体4侧面，狭缝两壁作为固体界面与水接触，同样形成附着层，附着层的水分子受到固体分子的吸引力比内部水分子的吸引力强，结果造成附着层中的水分子比毛细上升水体内部水分子更密，在附着层就出现了水分子相互排斥的作用，附着层里水分子的推斥力使附着层沿狭缝两壁横向扩张，形成浸润，在狭缝内，这个部分附着层横移引起上部毛细上升水体侧面液面弯曲，呈凹形弯月液面使上部毛细上升水体侧面液体表面变大，由于表面张力的收缩作用，将上部毛细上升水体横向拉动，进入输水装置的重力狭缝11范围，在这一位置，水体下部的渐宽狭缝隙下部由空气充斥，无毛细力的上托作用，水体受重力作用向下运行，至狭缝下沿，受表面张力作用，无法从狭缝流出，同时，由于在上部毛细上升水体侧面，水的横向移动，向下运行，形成一个实际的引流点，从前面的分析可知，这个引流点具有一个毛细水头，这个水头将水不断地从容器输送到引流点，并补充到向下运行的水体中，使下行水体的体积与质量不断累积，受到的重力越来越大，图6是下行水体在斜边重力狭缝下沿处受力分析图，斜边重力狭缝下沿的水受到狭缝两壁固体分子的吸引力，狭缝下沿空气与水接触界面的液体表面张力20，水体自身重力22共同作用，其中，狭缝两壁固体分子的吸引力方向垂直指向两壁内部，力图将水束缚于原位，狭缝下沿空气与水接触界面的液体表面张力20方向指向水体内部，力图缩小界面水体表面积，水体重力22指向地心，力图将水从狭缝中拉出，三者共同作用，产生一个横向合力21，这个横向合力21将水体横向推往更宽的狭缝，在更宽的狭缝中，水体又获得更大的体积与质量，重力进一步加大，同时，由于狭缝渐宽，水体表面积趋于渐大，表面张力形成的附加压强趋于渐小，更多的水份子在重力作用下摆脱狭缝的束缚，聚集在狭缝下沿，形成向下的凸面，在这个凸面内的水分子，摆脱了两壁固体分子的吸引力，横向合力作用更强，加快了横移速度，横移距离越远，狭缝越宽，凸面水体体积质量越大，最终，凸面水体受到的重力大于表面张力，形成水滴向下滴落，如此不断循环，水滴便不断滴落入集水装置内，并通过种植导管18向目标植物19进行灌溉。

图7是渐宽狭缝内水体运行分布情况示意图。

通过渐宽狭缝与重力狭缝下沿斜边结构引导下行水体横向移动到更宽的狭缝，使重力下行水体尽早形成下凸水体23，尽量减少狭缝两壁固体分子吸引力与表面张力对重力下行水体内水分子的作用力，相当于大大减小了重力下行水体在引流通道流动的阻力，加快了重力下行水体的流动速度，同时由于水体内部分子内聚力作用，重力下行水体对引流点水体表现出拉力效应，相当于进一步减小了重力下行水体在引流通道流动的阻力，在前文分析过，水在输水装置内流动时，对于引流点5，任意的一个时刻，从下部毛细上升水体3流入引流点5的水的质量 S ₃  V ₃  等于流出引流点5的引流通道6的水的质量S ₆  V ₆ ，渐宽狭缝与重力狭缝下沿斜边结构的引流通道流速V ₆ 对下部毛细上升水体流速V ₃ 变化的响应是积极的，这样，当改变容器内水位，即可改变引流点位置水头 Z ₃ ，从而改变下部毛细水体3的流速V ₃  引起引流通道6流速V ₆同步变化，实现滴速调节。

显然，也可以通过改变支撑物8的厚度，从而同步改变输水装置的毛细狭缝与重力狭缝的宽度，进而改变毛细狭缝的渗透系数K与重力狭缝的水阻系数，实现滴速调节，但相对来说，这样的滴速调节方式是不大方便的。

自吸水位线15是一个参考水位线，由于渐宽狭缝对水的提升高度受毛细上升高度限制，只要保证工作水位高于自吸水位线15就能保证滴灌器工作状态不发生中断，最高水位线16也是一个参考工作水位，它的位置比容器14与集水装置12结合部上沿略低，只要保证工作水位低于最高工作水位线，就能避免水从集水装置12溢出，造成浪费。

输水装置单位体积很小，所以可以将一个或多个输水装置同时放在同一个分子能滴灌器内，提高设备使用效率。

为了准确方便地对分子能滴灌器内水位进行调整，引入一种水位调整水箱35，图8是水位调整水箱的结构示意图，它由箱体27，截止阀31，浮球阀25，浮球26，配重29，出水口28组成，同时，在箱体27内还设置了自吸水位参照线30与最高水位参照线24，用于提示对应分子能滴灌器内水位工作情况，通过改变配重29的重量使浮球26的浮力作用发生变化，从而准确方便地调整水位调整水箱内的水位。

单个分子能滴灌器的作用是很小的，如果将众多的分子能滴灌器组成系统，便能使分子能滴灌器发挥更大的效用，为更多的植物提供灌溉，用供水管36将高位蓄水池32与各个水位调整水箱35的截止阀31相连，水位调整水箱35的出水口28与安装于同一水平线的各个分子能滴灌器33以连通管34相连，就可以组成分子能滴灌系统，图9是分子能滴灌系统的结构示意图。

分子能滴灌系统工作过程如下：系统刚投入运行时，由于各个水位调整水箱内水位低，水从高位蓄水池32经供水管36，截止阀31，浮球阀25进入水位调整水箱35，水位调整水箱35内水位上升，由于水位调整水箱35的出水口28与安装于同一水平线的各个分子能滴灌器33以连通管34相连，根据连通器原理，在各个分子能滴灌器33内，将获得与水位调整水箱内等高的工作水位，如果通过调整配重29，使工作水位处于自吸水位参照线30与最高水位参照线24之间，水将通过分子能滴灌器内的输水装置与集水装置，并经由种植导管自行向目标植物进行灌溉，根据连通器原理，分子能滴灌系统可以在水平方向不断扩展，而引入水位调整水箱又使其可以在重力方向不断扩展，即分子能滴灌系统的规模可大可小，也可以适应各种地形，而且在这一过程中，用户还可以根据不同植物不同生长期需水量的不同，通过调整配重29而调节分子能滴灌器的滴速，实现水资源与植物生长最高效率结合，以获取最大的经济效益与社会效益。

在以前实施滴灌技术的实践中，虽然可以获得很高的节水效果，但由于设施寿命较短，运行费用较高，塑料材料的大量使用造成二次污染，使得滴灌的推广与生态建设的持续性发展还存在很大的难点，为此，我们可以采用寿命非常长且可回收重复利用的平板玻璃制作输水装置，以耐用性强且可回收重复利用的铝合金材料制作分子能滴灌器，力争一次投资即可百年受益地解决干旱地区的节水种植与生态修复难题。

另外，在有压滴灌技术中，滴灌管或滴灌器堵塞也是暂时未能彻底解决的难题，据现有资料与经验分析，造成滴灌堵塞的原因三个方面，一是水中存在的有机物质，二是水中含有可以析出和沉淀的化学成份，常见的有碳酸钙（石灰质）和铁的氧化物（铁锈），三是水中微生物的繁殖。

在有压滴灌的实践中对于有机物质引起的堵塞一般采用过滤的方法，尽可能把较大的有机物质隔离于滴灌水之前，因而需要使用高品质的过滤系统，而高品质的过滤系统又会引起设备投资成本，运行成本，运行技术要求同时提高，同时，因为过细的过滤层，会引发压力衰减，造成能源效率下降，灌溉面积受限制。

在分子能滴灌系统，首先水从蓄水池开始，缓慢流经水位箱，连通管，直到滴灌容器的过程，就自然形成一个沉淀澄清流程，可以完成较重有机物颗粒与砂石的沉积，同时，由于输水装置的工作原理，水从容器内向容器处运行所受到的驱动力是由固，气、水三相分子对水分子作用力的不对称所引发的毛细力，附着力，推斥力，表面张力等一系列分子力与重力的层递作用，较重的有机物颗粒不受分子力作用，不能进入输水装置，能进入到输水装置的极微小悬浮颗粒物，只会随水滴流出容器外，而不会在输水装置内部滞留，从而社绝了物理堵塞的发生。

在有压滴灌的实践中对于化学成分引起的堵塞常用的化学处理法是氯化处理、加酸处理和硫酸铜处理，但存在的问题在于，一，化学物质使用量的合理化，用量过小无法达到预期目的，造成系统堵塞报废，用量过大产生化学污染，影响作物品质与产量，二，化学物质长期使用对土地的毒性效应，由于添加的化学药物本身在土地中含量极小，由于长期使用某些化学物质，使土地各项活性指标失衡，丧失可耕作性能甚至于生态功能。

在分子能滴灌系统，首先，由于水在输水装置内运行轨迹是垂直于水平面而平行于平板的，水析出和沉淀的化学成份（碳酸盐与铁锈为主）的绝大部分会因重力作用沉淀于系统的容器底部或因质量过轻随灌溉水流出，其次，如果采用表面极为光滑的浮法平板玻璃制作输水装置，则只有极微小的量可以吸附于平板玻璃表面形成极薄水垢，不容易引起堵塞，第三，即便平板表面有极薄水垢形成，由于输水装置的工作原理是依靠分子力作用，水垢本身相当于极细毛细管的大量组合，并不会明显影响毛细力提升水的过程，另外水垢在两平板间形成的渐宽狭缝轻微变窄，狭缝内水体的毛细水头h _c 将增大，相当于引流点5的毛细压力水头也同步增大，狭缝输水性能受到的影响极小，系统的正常工作不会受到影响，从而减少了系统的维护工作量，最后，即便由于时日久远，水垢累积使分子能滴灌器的正常使用受到影响，由于输水装置结构的易拆洗性，只要以少量的酸将平板表面水垢泡洗干净，又可以重复使用，节约了投资也减少了污染。

对于水中微生物的繁殖引发的堵塞问题，可以选择不透光的管道作为供水管，连通管与种植导管，以不透光材料制作滴灌器，使系统内的水处于完全杜绝光线的环境中运行，使微生物无法繁衍，就可以避免生物堵塞的发生。

最佳实施方案

采用浮法平板玻璃与扁薄的不锈钢片支撑物制作输水装置，以铝合金材料制作分子能滴灌器，可以获得使用寿命很长的产品，同时由于水在浮法平板玻璃渐宽狭缝可以获得优秀的的毛细上升高度，在已制成的模型中经过实验表明,在3cm水位变化范围内可实现滴速1.5滴/分钟到20滴/分钟的滴速变化，使每个滴头供水量可以从285ml/天到3800ml/天的范围内根据作物不同生长期需水差异，选择合理的灌溉制度。对作物进行精确灌溉实现水资源高效利用与作物产量优化配比以追求更高经济与生态效益。

另外，由于分子能滴灌系统具有优秀的抗堵塞性能，可以在种植导管与植物根系之间加入导根器以最大程度提高水资源的利用率，图10是导根器的安装示意图，导根器由导水套件37与管体39组成，安装时，将导根器垂直埋入植物毛细根系最发达的土壤层，再将种植导管与导根器相连，由于植物根系不可以离开土壤发育，所以不会穿过空气腔38向滴灌系统生长，避免了根系入侵滴灌系统的问题，这样，由于从滴灌器滴出的水滴直接滴落到植物根系区土壤内部，尽可能减少水的地表无效蒸发，减少含盐水因蒸发引起的盐份累积，破坏土壤活性，提高水资源利用率，便于植物对水的吸收，另外，由于植物根系的趋水发育特点，水在重力作用下向土壤深层渗透，有利于植物根系深扎，避免风力拨根危害。

可以建议用户根据需要选择两种模式的灌溉制度1：以造林，生态修复为目的选择滴速较低的方式以不间断灌溉方式对植物进行灌溉可减少人力资源的投入；2：以林果之类经济作物追求利润量大化选择较高滴速根据作物生产生长特点配合优化的滴灌制度对作物进行间断灌溉。

附图说明

图1是输水模型的原理示意图

图2是输水装置的分解示意图

图3是输水装置的主视图

图4是输水装置的俯视图

图5是分子能滴灌器的结构示意图

图6是下行水体在斜边重力狭缝下沿处受力分析图

图7是渐宽狭缝内水体运行分布情况示意图

图8是水位调整水箱的结构示意图

图9是分子能滴灌系统的结构示意图

图10是导根器的安装示意图

有益效果

1在分子能滴灌器中，由于水从容器内往容器外运行的通道是渐宽狭缝而不是微孔，水从容器内向容器处运行所受到的驱动力是由固，气、水三相分子对水分子作用力的不对称所引发的毛细力，附着力，推斥力，表面张力等一系列分子力与重力的层递作用，狭缝对水的毛细作用力而不是压力，而分子力只对水起作用，对沙土等固体则不起作用，同时可以采用不间断滴灌制度，使盐类物质不断被稀释避免盐份累积，再配合使分子能滴灌系统内的水处于与光隔绝的工作环境，杜绝微生物滋生，这样就使得毛细滴灌器避免了沙土，盐类与微生物堵塞，减少系统维护并获得超长使用寿命，降低年使用成本。

2由于分子能滴灌器的滴速极缓，水将以土壤毛细悬着水形式分布在植物根系附近，无地表径流，蒸发量极小，有利于水资源的高效利用，更省水，同时由于灌溉量与蒸发极小，可以避免盐随水来所引起的土地次生盐碱化。

3可以采用不间断滴灌制度，无需人工干预，更省人工，同时更符合植物生长对水的不间断需求这一生长规律，更有利于提高土地产出。

4可以采用不间断滴灌制度，在植物蒸腾量少的夜晚，水在重力与毛细力作用下向更深层土壤扩散，引导根系向深处发育，避免风力拨根危害。

5水运行的全过程都是借助自然固有力量，无需能源消耗，节能环保，对水质要求不高，无需精密过滤设备，更节省运行费用，在任何地区都可使用。

6原理简明，结构简单可靠，使用者无需特殊培训即可熟练安装与使用设备。

7由于在分子能滴灌系统中，水位分配器与分子能滴灌器之间的联系是通过连通器原理完成的，没有压力式滴灌系统的压力衰减限制，规模建设方面更具优势，同时由于连通管所需承受的水压极微小，可以使用更薄的管道与更便利的管道配件，更节约材料与施工成本。

8分子能滴灌系统适应各种环境条件，寿命超长，可靠性更高，对沙漠化，荒漠化，石漠化地区的生态恢复持久化更具实际意义。

9由于可以采用不间断滴灌制度，无需人工干预，特别适合城市楼顶绿化，以多年生长的果树，灌木替代传统隔热层，美观大方又环保，可降低楼宇夏季制冷能耗，有效解决城市绿地不足与空气净化问题。

10如采用浮法平板玻璃制作输水装置，使用铝合金制作分子能滴灌器的盛水容器，可以使滴灌器的寿命长逾百年，保障被灌溉植物完成至少一个生命周期，确保投资收益与生态收益，同时由于玻璃与铝合金均为可回收循环再用物质，大大减少了环境污染。

滴灌滴速可调节，可以根据植物不同生长期不同需水量的特点选择不同的灌溉制度，提高植物产量，减少土地盐碱化，实现水资源的高效能利用。

11对比最接近的技术方案一种平板叠合结构的抗堵塞毛细滴灌器，由于分子能滴灌系统中平板材料，小件支撑物都是独立成型制作后组合成渐宽狭缝的输水装置，可根据各自生产规范品质稳定地生产，无需像毛细滴灌器为追求稳定滴速而在平板表面制作质量难以稳定的细微磨痕或凹槽并大幅降低生产成本，为毛灌更精确高效地服务于人们生产生活创造扎实的基础条件。

12对比最接近的技术方案一种平板叠合结构的抗堵塞毛细滴灌器，分子能滴灌器的输水装置因为毛细狭缝，重力狭缝的间隙都比毛细滴灌器大得多，狭缝两壁更光洁，抗堵塞性能更强，维护量更少，结构更合理，更易于清洗维护。

13对比最接近的技术方案一种平板叠合结构的抗堵塞毛细滴灌器，分子能滴灌器滴灌滴速可调节，可以根据不同植物不同生长期不同需水量的差异化选择不同的灌溉制度，提高植物产量，减少土地盐碱化，实现水资源的高效能利用。

Claims (2)

1.一种分子能滴灌器，其特征在于，把厚度在0.01mm~2mm范围内的支撑物（8）夹在一块拱形平板状材料（7）与另一块拱形平板材料（9）之间，使两块拱形平板材料之间形成一侧紧贴，另一侧间距稍大的渐宽狭缝，以弹性材料夹紧或以粘合物固定，构成输水装置（17），使输水装置（17）跨骑于容器（14）边沿，并使狭缝较窄的一侧置于容器内，狭缝较宽大的一侧置于容器外对应的集水装置（12）内。

2.如权利要求1所述的分子能滴灌器，其特征在于，所述拱形平板材料为平板玻璃。

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