CN105409754B - 一种自动补水的超声波雾气产生装置 - Google Patents

一种自动补水的超声波雾气产生装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种自动补水的超声波雾气产生装置，所述装置包括：雾化室3、水泵14、水位控制装置、控制装置容纳腔8；所述水泵14一端通过出水管15与雾化室3相连，另一端连接进水管11，且水泵14与水位控制装置电相连；所述雾化室3底部设置有雾化头1，顶部设置有出雾管接口5和风扇7，所述雾化头1和风扇7分别与控制装置容纳腔8电连接；所述雾化室内侧壁设置有水位感应探头16，所述水位感应探头16与水位控制装置电连接；所述水位控制装置与控制装置容纳腔8电连接。所述装置具有自动补水功能，可永久保持固定水位，提供超声波雾化器所需要的水位。

Description

一种自动补水的超声波雾气产生装置
技术领域
本发明涉及无土栽培领域，涉及一种雾气产生装置，具体地，涉及一种自动补水的超声波雾气产生装置。
背景技术
无土栽培中包含水培、雾(气)培、基质栽培等，传统方法以水培为主，在耗水量方面，消耗较大。气雾栽培技术在无土栽培领域是比较先进的技术，它具有空间优势，生产优势及品质优势。气雾栽培技术的进一步完善与提高基本可以实现在全球任何地方都可以进行雾培农业生产，对于水资源匮乏的区域，气雾培是最省水的农业生产模式，它只需要传统耕种用水量的1-5％，是当前最节水的农业模式。
传统气雾培使用压力式喷头与离心风扇产生雾气，其雾气颗粒直径太大，不利于植物根部吸收。而超声波雾化产生器可产生较小直径的雾气颗粒，利于植物根部吸收。但使用薄膜式超声波雾气产生装置必须保持固定水位，使其装置达到最佳的雾气产生效率。
现有气雾栽培系统结构存在如下不足：(1)雾化量不可控制；(2)雾气循环流动性差，雾气利用率低；(3)气雾栽培系统结构复杂，空间利用率低，运用场所受限。专利CN202524857U中，公开了一种超声波雾化栽培装置，采用了超声波雾化装置进行气雾栽培，但该方案仍然存在一些不足之处：超声波雾化器雾化量相对固定、不能调节；需要动力泵持续工作保持雾化器工作水位，产生较长时间噪音并减少泵的寿命；水槽中营养液消耗完后，不能自动补充营养液；该栽培装置为单层结构，利用空间不充分。专利CN203748375U中公开了一种隔离式给雾的植物培育箱，采用了超声波雾化产生装置进行气雾栽培，并可以调节供给植物的气雾量，但该方案仍然存在一些不足之处：营养液通过加压装置接触雾化器进行雾化，雾化效率较低；不能自动补充营养液；气雾产生装置位置固定，雾气栽培结构对空间利用不够充分。专利CN102687663B中，公开了一种空间桁架式雾化栽培器，采用了可调节雾化量的超声波雾化装置，并通过浮球阀控制水位，进行多层气雾栽培。该方案存在的不足之处如下：超声波雾化装置产生的雾气由分布在各层的轴流风扇接力传输雾气，造成种植设备结构较为复杂；该装置由浮球开关控制进水口开闭实现水位控制，需要自动进水时还需要连接进水管道，运用场所受限；此装置占用空间较大，采用此装置进行气雾栽培需要根据场地条件进行改造，综合成本较高。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的在于提供一种自动补水的超声波雾气产生装置，可应用于雾(气)培中，大幅度减少用水量，用水量仅为水培方法的1/10。其装置具有自动补水功能，可永久保持固定水位，提供超声波雾化器所需要的水位。另外，其装置为模块化设计，安装方便灵活，同时具有吸水功能，可以自动补水，互相搭配。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种自动补水的超声波雾气产生装置，所述装置包括：雾化室3、水泵14、水位控制装置、控制装置容纳腔8；所述水泵14一端通过出水管15与雾化室3相连，另一端连接进水管11，且水泵14与水位控制装置电相连；所述雾化室3底部设置有雾化头1，顶部设置有出雾管接口5和风扇7，所述雾化头1和风扇7分别与控制装置容纳腔8电连接；所述雾化室内侧壁设置有水位感应探头16，所述水位感应探头16与水位控制装置电连接；所述水位控制装置与控制装置容纳腔8电连接。
优选地，所述雾化头1为高频超声波雾化头，频率可达1.7MHz；雾化头1顶部设置有低水位保护探头2和若干均匀分布的雾化片；更优选地，所述雾化片为3各，其总雾化量可达每小时1200mL。
优选地，所述水位感应探头16包括若干子探头，所述子探头沿雾化室内侧壁竖直方向依次设置。
更优选地，所述子探头为3个，最下方的子探头置于雾化室3内最底部；中间的子探头位于雾化片上方，且与雾化片的垂直距离为20-30mm；最上方的子探头与中间的子探头垂直距离为25-35mm。
优选地，所述水位控制装置包括水位控制开关10和水位控制器9；所述水泵14设置于水泵盒13内，避免水泵14暴露于由雾化产生的高湿环境中；水泵14为微型自吸水泵。微型自吸泵具有自吸功能，可根据与储水池的相对位置，选择相应规格的自吸泵，所选择的自吸泵在单位时间内的实际流量需要大于雾化头1的单位时间的雾化量，以保证雾化头1的工作水位。
优选地，所述控制装置容纳腔8内设置有雾化控制装置和电源盒。
优选地，所述风扇7为轴流防水风扇。
优选地，所述出水管15通过安装于雾化室3外侧壁的防水接头17与雾化室3连通。以保证雾化室雾气及液体不会外溢。
由于需要长时间接触高浓度营养液，进水管11和出水管15选择化学性质稳定、耐酸碱腐蚀的材料。
优选地，所述出雾管接口5与雾化室3接触的一端设置有防水垫片4，出雾管接口5另一端连接出雾管6。
优选地，所述雾化室3顶部设置有可分离的上盖板，所述上盖板通过螺丝固定，并由密封条密封于雾化室3顶部。
本发明还提供了一种自动补水的超声波雾气产生装置的工作方法，所述工作方法包括如下步骤：
开启装置，选择自动进水模式；
水位感应探头16未检测到溶液时，水位控制装置控制水泵14自动开启，通过进水管11将溶液从外置的储水池12中吸上来，再通过出水管15泵入雾化室3内；
泵入的溶液液位超过雾化头1设定的位置时，超声波雾化头1自动开启，将溶液雾化，并由风扇7产生的风压将雾气通过出雾管接头5输出；
当雾化室3内水位达到水位感应探头16设定的最高水位时，泵14自动停止工作；
当雾化室3内溶液逐步雾化后输出，液位降至一定位置时，水位控制器9控制水泵14自动开启，向雾化室3内补充溶液，直到雾化室3内液位达到水位感应探头16设定的最高水位时，水泵14自动停止工作；以此反复循环。
所述气雾产生装置为模块化装置，体积小，其核心元件(雾化室3、水泵14)可置于长280mm、宽90mm、高145mm的盒子内，可灵活地置于所需气雾栽培的种植系统中，通过在出雾管接口5上连接软管出雾管6将雾气输出到植物根部。
所述气雾产生装置中，用于固定的螺丝、螺帽、风扇罩网均采用不锈钢材料，防止在高湿环境中生锈腐蚀。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明的装置可实现自动吸水与补水，维持固定水位；并通过模块化，可以安装在其他植物栽培系统中。
2、营养液经过本装置雾化后，其电导率(EC)和pH较雾化前没有发生明显变化，不会影响到达植物根部的营养液浓度和pH。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的自动补水的超声波雾气产生装置；其中，1、雾化头；2、低水位保护探头；3、雾化室；4、防水垫片；5、出雾管接口；6、出雾管；7、防水风扇；8、控制装置容纳腔；9、水位控制器；11、进水管；12、储水池；13、水泵盒；14、水泵；15、出水管；16、水位感应探头；17、防水接头；
图2为3种浓度营养液通过本装置雾化前后的电导率EC比较；
图3为3种浓度营养液通过本装置雾化前后的电导率EC变化量；
图4为3种浓度营养液通过本装置雾化前后的pH比较；
图5为3种浓度营养液通过本装置雾化前后的pH变化量。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
如图1所示，一种自动补水的超声波雾气产生装置，所述装置包括：雾化室3、水泵14、水位控制装置、控制装置容纳腔8；所述水泵14一端通过出水管15与雾化室3相连，另一端连接进水管11，且水泵14与水位控制装置电相连；所述雾化室3底部设置有雾化头1，顶部设置有出雾管接口5和风扇7，所述雾化头1和风扇7分别与控制装置容纳腔8电连接；所述雾化室内侧壁设置有水位感应探头16，所述水位感应探头16与水位控制装置电连接；所述水位控制装置与控制装置容纳腔8电连接。
所述雾化头1为高频超声波雾化头，频率可达1.7MHz；雾化头1顶部设置有低水位保护探头2和3个均匀分布的雾化片。
所述水位感应探头16包括3个子探头，所述子探头沿雾化室内侧壁竖直方向依次设置。最下方的子探头置于雾化室3内最底部；中间的子探头位于雾化片上方，且与雾化片的垂直距离为20-30mm；最上方的子探头与中间的子探头垂直距离为25-35mm。
所述水位控制装置包括水位控制开关10和水位控制器9；所述水泵14为微型自吸水泵。
所述水泵14设置于水泵盒13内。
所述出水管15通过安装于雾化室3外侧壁的防水接头17与雾化室3连通。
所述出雾管接口5与雾化室3接触的一端设置有防水垫片4，出雾管接口5另一端连接出雾管6。
所述雾化室3顶部设置有可分离的上盖板，所述上盖板通过螺丝固定，并由密封条密封于雾化室3顶部。
所述自动补水的超声波雾气产生装置的工作方法包括如下步骤：
开启装置，选择自动进水模式；
水位感应探头16未检测到溶液时，水位控制装置控制水泵14自动开启，通过进水管11将溶液从外置的储水池12中吸上来，再通过出水管15泵入雾化室3内；
泵入的溶液液位超过雾化头1设定的位置时，超声波雾化头1自动开启，将溶液雾化，并由风扇7产生的风压将雾气通过出雾管接头5输出；
当雾化室3内水位达到水位感应探头16设定的最高水位时，水泵14自动停止工作；
当雾化室3内溶液逐步雾化后输出，液位降至一定位置时，水位控制器9控制水泵14自动开启，向雾化室3内补充溶液，直到雾化室3内液位达到水位感应探头16设定的最高水位时，水泵14自动停止工作；以此反复循环。
所述自动补水的超声波雾气产生装置的具体工作过程如下：如图1所示，所述雾气产生装置由位于雾化室3内的高频超声波雾化头产生，其频率可达1.7MHz。超声波雾化头表面有3个均匀分布的雾化片，其总雾化量可达每小时1200mL。雾化头1表面还有1个低水位保护探头2。当水位低于雾化头1工作所需水位时，雾化头自动停止工作，以保护雾化片及电路不会干烧。当雾化室3水位重新达到雾化头1工作水位时，雾化头1自动开始工作。雾化头1固定于雾化室3前端，其上方设有口径32mm的出雾管接口5，可连接口径32mm的出雾管6，出雾管可以是硬管或软管。出雾管接口5固定于雾化室盖板上，接触面采用防水垫圈4防止水珠及雾气漏出。雾化室3上方安装有风扇7，向雾化室3内鼓风，将雾化头1产生的雾气通过出雾管6输出。雾化头电源线(图中虚线)由雾化室上方盖板开口引出，并与风扇7的电源线并联接入控制装置容纳腔8。风扇7为轴流防水风扇，可调速，通过控制风扇转速控制其风量，从而控制雾气输出量。雾化室上盖板可打开，通过螺丝固定，并由密封条密封。
雾化室3内后端设有水位感应探头16，水位感应探头16由位于不同高度的3个子探头组成，子探头连接到外置的水位控制器9。水位控制器9有自动控制模式和手动控制模式，通过水位控制器开关10控制。水位控制器9控制位于水泵盒13内的微型自吸泵。首次开启雾化装置时，选择自动进水模式。位于雾化室内的水位感应探头16未检测到水，水位控制器9会控制微型自吸泵自动开启抽水，通过进水管11将溶液从外置的储水池12中吸上来，并通过出水管15打入雾化室3内，当水位超过雾化头1上的低水位保护探头2时，超声波雾化头自动开启，将溶液雾化，并由风扇7产生的风压将雾气通过出雾管6输出到植物根部。当雾化室3内水位达到水位感应探头16中最上方的子探头时，微型自吸泵自动停止工作。当雾化室3内营养液逐步雾化后输出，水位降至水位感应探头16中位于中间的探头时，水位控制器9控制微型自吸泵自动开启，向雾化室3内补充溶液，直到雾化室3内水位达到水位感应探头16中最上方的子探头时，微型自吸泵自动停止工作。通过水位感应探头16，水位控制器9控制微型自吸泵开启或关闭，保持雾化室内水位在雾化头1的最佳工作范围内，即距离雾化头1表面25mm-45mm。因此，水位感应探头16中的最上方的子探头和中间的子探头之间的垂直距离为20mm，中间的子探头与雾化头1表面的雾化片的垂直距离为25mm。水位感应探头16中位于最下方的子探头为公共探头，需要始终置于水面下方，置于雾化室3内最底部。微型自吸泵具有自吸功能，可根据与储水池的相对位置，选择相应规格的自吸泵，所选择的自吸泵在单位时间内的实际流量需要大于雾化头1的单位时间的雾化量，以保证雾化头1的工作水位。微型自吸泵位于水泵盒13内，避免暴露于由雾化产生的高湿环境中。出水管15通过安装于雾化室3上的防水接头17进入，以保证雾化室雾气及液体不会外溢。因为需要长时间接触高浓度营养液，进水管11和出水管15选择化学性质稳定、耐酸碱腐蚀的材料。
将营养液经过本装置雾化后，其电导率(EC)和pH较雾化前没有发生明显变化，不会影响到达植物根部的营养液浓度和pH。如图2～图5所示，分别测试了3种浓度的营养液(A、B、C)，电导率为1000us/cm、2000us/cm、和4000us/cm，其通过本装置雾化后电导率分别升高了1.0％，0.6％和降低了2.2％；pH分别升高了5.5％、3.6％和3.6％。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (7)

1.一种自动补水的超声波雾气产生装置，其特征在于，所述自动补水的超声波雾气产生装置包括：雾化室(3)、水泵(14)、水位控制装置、控制装置容纳腔(8)；所述水泵(14)一端通过出水管(15)与雾化室(3)相连，另一端连接进水管(11)，且水泵(14)与水位控制装置电相连；所述雾化室(3)底部设置有雾化头(1)，顶部设置有出雾管接口(5)和风扇(7)，所述雾化头(1)和风扇(7)分别与控制装置容纳腔(8)电连接；所述雾化室内侧壁设置有水位感应探头(16)，所述水位感应探头(16)与水位控制装置电连接；所述水位控制装置与控制装置容纳腔(8)电连接；
所述水位感应探头(16)包括位于不同高度的若干子探头，所述子探头沿雾化室内侧壁竖直方向依次设置；所述子探头为3个，最下方的子探头置于雾化室(3)内最底部；中间的子探头位于雾化片上方，且与雾化片的垂直距离为20-30mm；最上方的子探头与中间的子探头垂直距离为25-35mm；
所述水泵(14)为微型自吸水泵；
所述雾化头(1)顶部设置有低水位保护探头(2)和若干均匀分布的雾化片。
2.如权利要求1所述的自动补水的超声波雾气产生装置，其特征在于，所述水位控制装置包括水位控制开关(10)和水位控制器(9)；所述水泵(14)设置于水泵盒(13)内。
3.如权利要求1所述的自动补水的超声波雾气产生装置，其特征在于，所述控制装置容纳腔(8)内设置有雾气控制装置和电源盒。
4.如权利要求1所述的自动补水的超声波雾气产生装置，其特征在于，所述出水管(15)通过安装于雾化室(3)外侧壁的防水接头(17)与雾化室(3)连通。
5.如权利要求1所述的自动补水的超声波雾气产生装置，其特征在于，所述出雾管接口(5)与雾化室(3)接触的一端设置有防水垫片(4)，出雾管接口(5)另一端连接出雾管(6)。
6.如权利要求1所述的自动补水的超声波雾气产生装置，其特征在于，所述雾化室(3)顶部设置有可分离的上盖板，所述上盖板通过螺丝固定，并由密封条密封于雾化室(3)顶部。
7.一种如权利要求1所述的自动补水的超声波雾气产生装置的工作方法，其特征在于，所述工作方法包括如下步骤：
开启装置，选择自动进水模式；
水位感应探头(16)未检测到溶液时，水位控制装置控制水泵(14)自动开启，通过进水管(11)将溶液从外置的储水池(12)中吸上来，再通过出水管(15)泵入雾化室(3)内；
泵入的溶液液位超过雾化头(1)设定的位置时，超声波雾化头(1)自动开启，将溶液雾化，并由风扇(7)产生的风压将雾气通过出雾管接头(5)输出；
当雾化室(3)内水位达到水位感应探头(16)设定的最高水位时，水泵(14)自动停止工作；
当雾化室(3)内溶液逐步雾化后输出，液位降至一定位置时，水位控制器(9)控制水泵(14)自动开启，向雾化室(3)内补充溶液，直到雾化室(3)内液位达到水位感应探头(16)设定的最高水位时，水泵(14)自动停止工作；以此反复循环。
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