CN107105616B - 用于制备和施用叶面喷剂的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于施用叶面喷剂的装置，更具体地但非排他地，涉及一种用于施用富碳叶面喷剂的设备。设备(1)包括用于给设备供水(3)的供应装置(2)。供应装置(2)是水箱(4)的形式，水箱(4)具有从水箱穿过反渗透水过滤单元(12)、泵(6)和阀(7)延伸的管(5)。溶质容器(8)用于容纳钠离子(Na+)和碳酸氢根离子(HCO3‑)的电解溶液形式的溶质(9)，该电解溶液通过混合碳酸氢钠和来自供应装置(2)的水而形成。组合部(10)经阀(19)、管(17)和泵(18)连接到离子交换部(15)。预备液是使经稀释的电解溶液(11)穿过离子交换柱(15)的产物。这时预备液主要包含带负电的碳酸氢根阴离子(HCO3‑)，并且可以经泵(27)、管(28)，最后经微型喷雾器(29)施用于植物(26)的叶。

Description

用于制备和施用叶面喷剂的设备
技术领域
本发明涉及一种用于施用叶面喷剂的设备，更具体地但非排他地，涉及一种用于施用富碳叶面喷剂的设备。
背景技术
众所周知，大气中二氧化碳(CO2)浓度对于植物生长和光合作用不是最理想的。农民在封闭式温室中种植植物，常常增加其中的CO2的浓度，以提供更接近用于植物生长的最佳浓度。气态CO2具有与制备有关的高成本，并且由于全球二氧化碳征税和限制，农民可能被禁止在温室中使用CO2。
世界知识产权组织(“WIPO”)公布文本第WO2004/040981号描述了用于提高植物环境中的CO2浓度的方法以及用于处理植物以增加其中的CO2浓度的溶液。该方法包括将碳酸氢盐或碳酸盐溶液施用于植物环境的步骤，更具体而言，将碳酸氢盐或碳酸盐溶液施用于植物的根和/或叶。所述方法可以包括在施用前通过在流通式(flow through)电解模块中预处理碳酸氢盐或碳酸盐溶液来预活化该溶液的步骤，用于提高碳酸氢根离子形式的CO2为植物的即时可用性。该碳酸氢盐或碳酸盐溶液由稀重碳酸和/或碳酸和/或由它们的各种对应碳酸氢盐和/或碳酸盐制备，并且还可以含有少量的各种有机酸，例如甲酸、乙酸、丙酸或类似酸和/或它们的对应盐。
WIPO公布文本第WO2008/038165号公开了用于给植物提供营养物质的方法、含有这样的营养物质的营养供给液以及用于获得该营养供给液的过程和组分。特别地，该发明提供了用于施用到植物的叶面部的营养供给液，特别是稀无机酸溶液，其中该营养供给液包括具有充分小以至于快速穿过植物表皮的分子的营养物质。
(前述申请在下文中共同称为“现有技术”)。
现有技术的问题在于，所述方法包括电化学活化碳酸溶液的步骤，并且这样的电化学处理留下可能对环境有害的不希望的副产物。现有技术的另外的问题在于，其没有公开用于制备和施用这样的碳酸溶液的设备。
发明目的
因此，本发明的目的是提供一种用于制备和施用叶面喷剂的设备，该设备至少部分地减轻与现有技术有关的一些问题。
发明内容
根据本发明，提供一种用于制备和施用叶面喷剂的设备，其包括：
-供应装置，其用于供水；
-溶质容器，其用于容纳溶质；
-组合部，其用于将溶质与来自供应装置的水组合以形成电解溶液；以及
-离子交换部，其用于从电解溶液中除去离子以形成预备液。
该设备可以包括用于从供应装置的水中除去杂质或不希望的元素的水净化部。该净化部可以是水过滤器或反渗透(RO)单元，具体为流通式RO单元。
该设备可以包括用于容纳预备液的预备液容器。可以对预备液容器密封和/或加压。
该设备还可以包括用于将预备液的叶面喷剂施用于植物的施用装置。施用装置可以包括用于将预备液施用于植物的叶的泵、管、喷雾器、微型喷雾器、弥雾机和/或烟雾机。
该设备可以包括用于至少控制组合部的控制单元。该控制单元可以是电子控制单元。
该设备可以包括用于再生或装载离子交换部的再生部或装载部。再生部可以包括容器和泵。该容器可以容纳经稀释的盐酸水溶液。
供应装置可以包括水容器、管和泵。可替代地，可以设置加压供水系统形式的供应装置，例如市政供水管道。供应装置和水压和流速可以由控制单元控制。
溶质可以是碳酸氢钠或碳酸氢钠水溶液。碳酸氢钠水溶液的浓度可以在4.0g/l和40.0g/l之间。
组合部可以用来自供应装置的水稀释溶质以形成电解溶液。
电解溶液可以通过混合碳酸氢钠和水形成钠离子(Na+)和碳酸氢根离子(HCO3-)的电解溶液而形成。
组合部可以包括混合容器和测量装置，其中测量装置测量待组合形成预定浓度的电解溶液的水和溶质的量。测量装置可以连接到控制单元并由控制单元控制，其中可以测量水和电解溶液的流速来确定电解溶液相对于水的浓度。
电解溶液的溶质相对于水的预定浓度可以在100mg/l和800mg/l之间。
离子交换部可以是包括阳离子交换的离子交换柱。
离子交换柱可以从电解溶液中部分地除去或吸收Na+离子以形成预备液。
预备液还可以包括营养液，该营养液包括可以通过植物的叶被吸收的营养物质。
预备液可以含有表面活性剂。该表面活性剂可以为润湿剂。
根据本发明的第二方面，提供一种预备液，其包括：
-水；和
-溶解于水中的碳酸氢根离子；
-碳酸氢根离子相对于溶解在水中的其它离子的比例在100和800mg/l之间。
预备液还可以包括营养液，该营养液包括可以通过植物的叶被吸收的营养物质。
预备液可以含有表面活性剂。该表面活性剂可以为润湿剂。
根据本发明的第三方面，提供一种用于制备用于叶面施用的溶液的方法，其包括：
-将碳酸氢钠与水混合以形成电解溶液；
-从电解溶液中除去钠离子；以及
-提供溶液用于叶面施用。
除去钠离子的步骤可以使用离子交换柱进行。
所述方法可以包括用如上所述的设备制备预备液的步骤。
所述方法还可以包括存储预备液的步骤。该溶液可以存储在密封的容器中，并且可以在压力下。
根据本发明的第四方面，提供一种用于向植物的叶施用预备液的方法，其包括：
-使用如上所述的设备根据如上所述的方法制备预备液；以及
-通过使用如下方法用预备液喷植物而向植物的叶施用预备液：
用农用飞机进行的作物喷粉或空中施用；
使用便携式喷雾器向植物手动施用所述溶液。
附图说明
下面仅通过非限制性示例并参照附图描述本发明的实施方式，在附图中：
图1是用于制备叶面喷剂并将叶面喷剂施用于植物的设备的示意图。
具体实施方式
参照附图，通过附图标记1总体表示用于制备和施用叶面喷剂的设备，在附图中类似的特征用类似的附图标记表示。
设备1包括用于将水3供应给该设备的供应装置2。在该示例中，供应装置2是水箱4的形式，该水箱4具有从该水箱穿过反渗透水过滤单元12、泵6和阀7而延伸的管5。可替代地，可以设置加压供水系统形式的供应装置，例如市政供水管道。供应装置和水压和流速可以由控制单元控制。
溶质容器8用于装钠离子(Na+)和碳酸氢根离子(HCO3-)的电解溶液形式的溶质9，该电解溶液是通过将碳酸氢钠与来自供应装置2的水3混合形成的。溶质9的碳酸氢钠相对于水的浓度可以在1.0g/l和8.0g/l之间。通常将溶质9预混为浓度为约4.0g/l。设备包括组合部10，其经泵6和阀7连接到供应装置2，并且经泵13和阀14连接到溶质容器8。组合部10将溶质9与来自供应装置2的水组合，形成经稀释的电解溶液11。经稀释的电解溶液的优选浓度为400-800mg/l，其是通过将9份水与1份电解溶液混合得到的。1/10稀释可以使用文丘里阀实现，或者通过使用剂量泵，可以得到不同的稀释因子。
组合部10还经阀19、管17和泵18连接到离子交换部15。阀19是三通换向阀，其允许经稀释的电解溶液11流向柱15或允许来自再生部20的经稀释的盐酸溶液21流向泵18。
离子交换部为其中有阳离子树脂颗粒16的离子交换柱15的形式。在柱15的下端，管17在泵18和柱15之间延伸。在柱15的上端，管22将柱15的输出连接到预备液容器24，离子交换部增加电解溶液中碳酸氢根离子的可利用性以形成预备液。预备液容器24被密封，可以被加压，并且装预备液15。为了防止溶解的阴离子反应以及从溶液中释放出来，保持预备液密封或在压力下是重要的。预备液是使经稀释的电解溶液11穿过离子交换柱15的产物。柱15从溶液11中除去带正电荷的钠离子(Na+)。这时预备液增加带负电的碳酸氢根离子(HCO3-)的可利用性，并且可以经泵27、管28，最后经微型喷雾器施用于植物26的叶。替代微型喷雾器、弥雾机或烟雾机，可以使用它们的组合将预备液施用于植物16的叶30。
设备1包括电子控制单元(ECU)31，该电子控制单元31连接到并且可以致动至少泵6、阀7、泵13、阀14、泵18、阀19、阀23和泵27。ECU 31通常可编程为调度泵和阀的操作。此外，ECU 31可以包括传感器(未示出)，例如用于监测容器(4、8、20和24)中的液面，或者用于测量预备液25或管22中仍存在的钠阳离子(Na+)的量。ECU 31可以为可编程的逻辑控制器(PLC)、微型控制器、致动器和/或通信装置的形式，或者包括它们。设备1还可以包括装营养液33的营养容器34。营养液还可以包含表面活性剂，允许更好地润湿植物30。营养液可以在施用预备液之前加入预备液25中，并且由ECU 31通过阀35控制营养液。在此阶段，可以使用与ECU 31连接的、用于测量预备液的pH或导电性的传感器。
使用中，ECU 31例如被编程为在白天每天向植物施用4次预备液35。如果设备1通过在箱4中提供水3、在溶质容器8中提供预混的溶质9、在再生容器中提供稀盐酸溶液来准备，通过打开阀6和14并且使用泵7和12来开始操作。在该阶段，水3与溶质9的比率可以通过以不同速率泵送水3和溶质9来控制。在组合部10中组合水3与溶质9，直到组合容器充满经稀释的电解溶液11。
ECU开动泵18，将经稀释的电解溶液11泵送通过离子交换柱15。在柱15中，钠阳离子(Na+)被柱15中的树脂颗粒16吸收。溶液11需要缓慢流经颗粒16，以保证对钠阳离子的最大吸收。将预备液存储于预备液容器24中直到预备液的量足够用于施用。一旦容器24具有足够的溶液25，开动泵27以使预备液25流经管28和喷雾器29到达植物26的叶30。
当施用完预备液，ECU将重复制备适量新的预备液25的过程。如果在前一次施用与新预备液的制备之间过去了足够的时间，则ECU将立即开动泵27以向植物26施用新预备液25。可替代地，如果没有过去足够的时间，那么ECU 31可能延迟施用，直到预定的时间已经过去。在本示例中，在白天约每3小时向植物施用溶液25一次。
当植物已经接受至少4次预备液的施用，每3小时一次，可以再生离子交换柱。为此，ECU 31开动阀19以允许来自容器20的液流，而阻止来自组合部10的液流。此外，阀23被开动为阻止流向容器24，而引导流经管32，该管32通常通向排水管或其它废物处理机构。如果水源2足够大，例如在水源为水闸的形式的情况下，管23可能通回该水源。ECU 31开动泵18，该泵18将经稀释的盐酸溶液21泵送通过离子交换柱15。盐酸溶液取代被颗粒16吸收的钠阳离子，形成无害的氯化钠(NaCl)或食盐溶液。该溶液应该仍是酸性的，并且不应该施用于植物或者泵送回水源，除非水源足够大使得该溶液没有实质影响，或者将该溶液充分中和。这时再生柱15，并且在晚上不使用该设备。在次日重复上述过程，以允许在整个季节将预备液连续施用于植物。
可以想到的，本发明将提供一种用于制备和施用叶面喷剂以提高植物中碳的摄取用于进行光合作用的设备。
本发明不限于本文所述的具体细节。例如，可以使用烟雾机或弥雾机代替使用微型喷雾器。预备液也可以存储或装瓶并且手动施用或通过作物喷粉来使用。

Claims (30)

1.一种用于制备和施用碳酸氢根离子叶面喷剂的设备(1)，包括：
-供应装置(2)，其用于供水；
-溶质容器(8)，其用于容纳溶质(9)；
-组合部(10)，其用于将溶质与来自供应装置的水组合以形成电解溶液(11)，其中，电解溶液(11)包括阳离子和碳酸氢根离子；以及
-具有阳离子交换的离子交换柱(15)，其用于交换来自电解溶液的离子以形成预备液(25)；
其中，离子交换柱(15)从电解溶液中至少部分地除去阳离子以形成具有较高碳酸氢根离子浓度的预备液，
其特征在于：
设备包括用于容纳预备液(25)的预备液容器(24)，并且
对预备液容器(24)加压以在压力下容纳预备液(25)来进行施用。
2.根据权利要求1所述的用于制备和施用碳酸氢根离子叶面喷剂的设备，其中，设备包括用于从供应装置(2)的水中除去杂质的水净化部(12)。
3.根据权利要求2所述的用于制备和施用碳酸氢根离子叶面喷剂的设备，其中，水净化部包括水过滤器。
4.根据权利要求2所述的用于制备和施用碳酸氢根离子叶面喷剂的设备，其中，水净化部包括反渗透单元。
5.根据权利要求4所述的用于制备和施用碳酸氢根离子叶面喷剂的设备，其中，反渗透单元为流通式反渗透单元。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的用于制备和施用碳酸氢根离子叶面喷剂的设备，其中，预备液容器是密封的。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的用于制备和施用碳酸氢根离子叶面喷剂的设备，其中，设备包括用于将预备液的叶面喷剂施用于植物的施用装置。
8.根据权利要求7所述的用于制备和施用碳酸氢根离子叶面喷剂的设备，其中，施用装置包括从用于将预备液施用于植物的叶的泵、管、喷雾器、弥雾机和烟雾机组成的组选择的至少一个元件。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的用于制备和施用碳酸氢根离子叶面喷剂的设备，其中，设备包括用于至少控制组合部的控制单元。
10.根据权利要求9所述的用于制备和施用碳酸氢根离子叶面喷剂的设备，其中，控制单元是电子控制单元。
11.根据权利要求1至5中任一项所述的用于制备和施用碳酸氢根离子叶面喷剂的设备，其中，设备包括用于再生离子交换柱的再生部。
12.根据权利要求1至5中任一项所述的用于制备和施用碳酸氢根离子叶面喷剂的设备，其中，设备包括用于装载离子交换柱的装载部。
13.根据权利要求11所述的用于制备和施用碳酸氢根离子叶面喷剂的设备，其中，再生部包括容器和泵。
14.根据权利要求13所述的用于制备和施用碳酸氢根离子叶面喷剂的设备，其中，再生部的容器容纳经稀释的盐酸水溶液(20)。
15.根据权利要求1至5中任一项所述的用于制备和施用碳酸氢根离子叶面喷剂的设备，其中，供应装置包括水容器、管和泵。
16.根据权利要求1至5中任一项所述的用于制备和施用碳酸氢根离子叶面喷剂的设备，其中，供应装置被设置为加压供水系统形式。
17.根据权利要求16所述的用于制备和施用碳酸氢根离子叶面喷剂的设备，其中，加压供水系统为市政供水管道。
18.根据权利要求9所述的用于制备和施用碳酸氢根离子叶面喷剂的设备，其中，供应装置和水压和流速由控制单元控制。
19.根据权利要求1至5中任一项所述的用于制备和施用碳酸氢根离子叶面喷剂的设备，其中，溶质为碳酸氢钠。
20.根据权利要求1至5中任一项所述的用于制备和施用碳酸氢根离子叶面喷剂的设备，其中，溶质为碳酸氢钠水溶液。
21.根据权利要求20所述的用于制备和施用碳酸氢根离子叶面喷剂的设备，其中，碳酸氢钠水溶液的浓度在4.0g/l和40.0g/l之间。
22.根据权利要求1至5中任一项所述的用于制备和施用碳酸氢根离子叶面喷剂的设备，其中，通过混合碳酸氢钠和水以形成钠离子(Na+)和碳酸氢根离子(HCO3-)的电解溶液而形成电解溶液。
23.根据权利要求1至5中任一项所述的用于制备和施用碳酸氢根离子叶面喷剂的设备，其中，组合部包括混合容器和测量装置，其中测量装置测量待组合形成预定浓度的电解溶液的水和溶质的量。
24.根据权利要求23所述的用于制备和施用碳酸氢根离子叶面喷剂的设备，其中，设备包括用于至少控制组合部的控制单元，测量装置连接到控制单元并由控制单元控制，并且测量水和电解溶液的流速来确定电解溶液相对于水的浓度。
25.根据权利要求23所述的用于制备和施用碳酸氢根离子叶面喷剂的设备，其中，电解溶液的溶质相对于水的预定浓度在100mg/l和800mg/l之间。
26.根据权利要求24所述的用于制备和施用碳酸氢根离子叶面喷剂的设备，其中，电解溶液的溶质相对于水的预定浓度在100mg/l和800mg/l之间。
27.根据权利要求1所述的用于制备和施用碳酸氢根离子叶面喷剂的设备，其中，离子交换柱(15)从电解溶液中至少部分地除去钠离子(Na+)，以形成预备液。
28.根据权利要求1至5中任一项所述的用于制备和施用碳酸氢根离子叶面喷剂的设备，其中，设备包括用于容纳具有营养物质的营养液(33)的营养容器(34)，所述营养物质能够通过植物的叶被吸收。
29.根据权利要求28所述的用于制备和施用碳酸氢根离子叶面喷剂的设备，其中，预备液含有表面活性剂。
30.根据权利要求29所述的用于制备和施用碳酸氢根离子叶面喷剂的设备，其中，表面活性剂为润湿剂。
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