CN110604035A - 一种利用空气氮源的作物灌水系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用空气氮源的作物灌水系统，包括：高压放电箱，高压放电箱中安装有放电装置，用于将输入高压放电箱中的空气电离成空气离子；空气箱，与高压放电箱连通，将经过高压放电箱电离后的空气离子通入空气箱中，与空气箱中的新鲜空气混合；水箱，与空气箱连通，一端设置有进水管，另一端设置有出水管，出水管的出口连通灌水装置，用于将空气箱中的气体和水混合后，形成含氮灌溉水。本发明用高压放电装置模拟闪电打雷的放电作用，生成作物能够吸收的离子态含氮化合物，利用该作物灌水系统，能为作物提供含有氮肥的灌溉水。

Description

一种利用空气氮源的作物灌水系统
技术领域
本发明涉及灌溉系统技术领域，特别是一种利用空气氮源的
作物灌水系统。
背景技术
空气中含有氮气78%，氧气21%，氮是空气中最多的元素，但氮气中的氮元素不能直接被植物所利用，需要把这些游离态的氮元素转化为可用的含氮化合物，才能被作物吸收，“雷雨发庄稼”，就是说，打雷给土地送来了宝贵的营养，喂肥了庄稼。具体来说，在电闪雷鸣的时候，由于闪电的催化作用，闪电会使空气中的分子发生电离，电 离后的氮、氧分子具有很强的活化性质，反应生成氮氧化物，溶解于雨水中形成亚硝酸盐和硝酸盐，降落至土壤里与土壤中的矿物质化合形成天然氮肥，据有关测算，全球每年因为闪电形成的氮肥约为４亿吨，主要发生在热带。
虽然雷雨能有效固氮，但是打雷有时节和地域的限制，并且不可控，分布不均，远远不能满足作物对氮肥的需求。目前还是会大量使用化肥来满足作物对氮的需求。2017年，我国合成氨、氮肥和尿素产量分别达到5629.8万吨、3820.5万吨和5337.1万吨，占世界总量的35%以上。过量施用氮肥还对土壤、水体污染严重。长期大量施用氮肥，特别是硫酸铵、氯化铵等会使土壤逐渐酸化。残存在土壤中的硫酸根、氯离子及尿素中的缩二脲等有毒物质会使土壤中的微生物及蚯蚓等逐渐减少。土壤的酸化还加速了土壤中营养元素的淋失，终使土壤板结，丧失耕种价值。
发明内容
鉴于以上问题，本发明公开了一种利用空气氮源的作物灌水系统，用高压放电装置模拟闪电打雷的放电作用，空气中的氮气与氧气在放电条件下发生反应，生成一氧化氮，一氧化氮在常温常压下与氧气反应生成二氧化氮，二氧化氮溶于水，生成作物能够吸收的离子态含氮化合物，利用该作物灌水系统，能为作物提供含有氮肥的灌溉水。
本发明的技术方案如下：
一种利用空气氮源的作物灌水系统，包括：高压放电箱，高压放电箱中安装有放电装置，用于将输入高压放电箱中的空气电离成空气离子；空气箱，与高压放电箱连通，将经过高压放电箱电离后的空气离子通入空气箱中，与空气箱中的新鲜空气混合；
水箱，与空气箱连通，一端设置有进水管，另一端设置有出水管，出水管的出口连通灌水装置，用于将空气箱中的气体和水混合后，形成含氮灌溉水。
该过程为利用空气泵把空气泵入高压放电箱中，放电箱中的放电装置能够模拟雷电进行高压放电，空气中的氮气和氧气发生以下化学反应：
硝酸形成硝酸盐,就是氮肥 。
具体的，放电装置包括放电电极、相对电极和高压电施加部，所述放电电极固定安装在高压放电箱的一侧内壁上，与放电电极相对的一侧安装有相对电极，放电电极与相对电极用通电电路连接，通电电路中安装有高压电施加部。
高压电施加部能够向放电电极施加高压，放电电机和相对电极之间的空气被电离成离子，化学性质活泼的离子能够发生反应，主要产物为一氧化氮。
进一步的，放电电极包括电极底座和针状电极部，所述电极底座固定安装在高压放电箱的一侧内壁上，所述针状电极部的轴线方向与电极底座垂直。
进一步的，相对电极为长条形，位于与放电电极相对的的位置，放电电极的轴线与相对电极的轴线垂直。
进一步的，高压电施加部能够向放电电极施加5kv以上的电压。
进一步的，高压放电箱还包括第一空气输入通道，用安装在第一空气通道中的电子空气泵将空气泵入高压放电箱中，并利用固定安装在第一空气通道中的电磁阀控制空气的流量。
进一步的，空气箱还包括第二空气通道，用安装在第二空气通道中的电子空气泵将空气泵入空气箱中，并用固定安装在第二空气通道中的电磁阀控制空气的流量。
由于空气中氮气的含量远远大于氧气的含量，经过放电箱中的空气离子主要生成产物为NO，NO不溶于水，并且有毒，无法转化为能够被作物吸收的离子态含氮化合物。但是NO在常温常压下就能与氧气发生反应，很容易的生成NO2，因此放电箱中的气体经过空气箱，用空气泵将新鲜空气泵入空气箱中，NO在空气箱中转化为NO2。
从空气箱中输出的其他进入水箱，水箱中还包括进水管，用水泵将灌溉水泵入水箱，水箱的出口安装有出水水管，出水水管与灌水装置连接。在水箱中，NO2溶于水，形成硝酸根离子，硝酸根离子能够被作物吸收，成为含有天然氮肥的灌溉水。
进一步的，高压放电箱与空气箱用第一气体输出通道连通，第一气体输出通道上安装有止回阀，高压放电箱中的电离空气通过第一气体输出通道进入空气箱中。高压放电箱中的气体能输出到空气箱，但是空气箱中的气体不能倒流到高压放电箱。
进一步的，水箱与空气箱用第二气体输出通道连通，第二气体输出通道上安装有止回阀，空气箱中的气体通过第二气体输出通道进入水箱中。
本发明的有效效果为：
本发明能够模拟雷电固氮的现象，将空气中的流离态氮元素转化为作物能够吸收的离子态含氮化合物，能有效降低化肥的使用量，保护土壤环境。并且该过程绿色无污染，装置简单，原料为空气，方便易得，可持续。
附图说明
图1为本发明一种利用空气氮源的作物灌水系统结构示意图。
图中，1.高压放电箱，2.空气箱，3.水箱，4.第一空气输入通道，5.第一气体输出通道，6.第二气体输出通道，7.出水水管，11.电子空气泵，12.电磁阀，13.相对电极，14.通电电路，15.电压施加部，16.放电电极，17.电极底座，21.第二空气输入通道，31.水泵，32.进水管。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外，还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
参考图1，该图为本发明实施例提供的一种利用空气氮源的作物灌水系统结构示意图，该灌水系统中包括高压放电箱1，高压放电箱1中安装有放电装置，用于将输入高压放电箱中的空气电离成空气离子；为了安全，高压放电箱的材质为非导电材料，如塑料，陶瓷等。放电装置包括放电电极10、相对电极13和高压电施加部15，放电电极固定安装在高压放电箱的一侧内壁上，包括电极底座17和针状电极部16，电极底座17固定安装在高压放电箱的一侧内壁上，针状电极部16是细长地形成的针状的金属电极，与放电电极相对的一侧安装有相对电极13，相对电极为长条形，位于与放电电极相对的的位置，放电电极的轴线与相对电极的轴线垂直。长条形的相对电极轴线与针状的放电电极的轴线垂直，能够在放电箱中形成大面积的放电电流，有利于提高空气离子的电离比例。放电电极与相对电极用通电电路连接，通电电路中安装有高压电施加部。也就是说，通电路径具有使电压施加部和相对电极电连接的第一通电路径、以及使电压施加部和放电电极电连接的第二通电路径。
在本实施方式中，电压施加部15以能对放电电极施加5 .0kV左右的高电压，在放电电极的顶端部分产生局部的电晕放电，使该电晕放电进一步发展至高能量的放电。该高能量的放电是间断地产生以自放电电极向周围蔓延的方式被绝缘击穿(完全击穿)而成的放电通路的形态的放电。在放电电极和相对电极之间的空间中，形成放电电流。
高压放电箱1还包括第一空气输入通道4，用安装在第一空气输入通道中的电子空气泵11将空气泵入高压放电箱中，并利用固定安装在第一空气输入通道4中的电磁阀12控制空气的流量。第一空气输入通道4的出口位于高压放电箱1中放电电极10和相对电极13的中间位置，有利于及时将输入的空气电离成空气离子。
由于空气中氮气的含量大大高于氧气，经过高压放电箱1反应后的气体主要为氮气，一氧化氮，少量二氧化氮和氧气，需要进一步将一氧化氮与空气混合，在常温常压下即可生成二氧化氮。因此，高压放电箱1的出口与空气箱连通，将气体输出到空气箱，一氧化氮进一步反应生成二氧化氮。空气箱2还包括第二空气输入通道21，用安装在第二空气输入通道21中的电子空气泵11将新鲜空气泵入空气箱中，并利用固定安装在第二空气输入通道21中的电磁阀12控制空气的流量。
高压放电箱1与空气箱2用第一气体输出通道5连通，第一气体输出通道5上安装有止回阀，高压放电箱中的电离空气通过第一气体输出通道进入空气箱中。高压放电箱中的气体能输出到空气箱，但是空气箱中的气体不能倒流到高压放电箱。
经过空气箱后，气体主要为氮气，氧气和二氧化氮，二氧化氮溶于水，因此将气体输出到水箱3中，使二氧化氮溶于水中形成硝酸根离子。水箱3与空气箱2用第二气体输出通道6连通，第二气体输出通道6上安装有止回阀，空气箱中的气体通过第二气体输出通道6进入水箱中。水箱中还包括进水管32，用水泵31将灌溉水泵入水箱3，水箱的出口安装有出水水管7，出水水管7与灌水装置连接，直接向作物灌水。

Claims (10)

1.一种利用空气氮源的作物灌水系统，其特征在于，包括：
高压放电箱，所述高压放电箱中安装有放电装置，用于将输入高压放电箱中的空气电离成空气离子；
空气箱，与高压放电箱连通，将经过高压放电箱电离后的空气离子通入空气箱中，与空气箱中的空气混合；
水箱，与空气箱连通，一端设置有进水管，另一端设置有出水管，出水管的出口连通灌水装置，用于将空气箱中的气体和水混合后，形成含氮灌溉水。
2.根据权利要求1所述的灌水系统，其特征在于，所述放电装置包括放电电极、相对电极和高压电施加部，所述放电电极固定安装在高压放电箱的一侧内壁上，与放电电极相对的一侧安装有相对电极，放电电极与相对电极用通电电路连接，通电电路中安装有高压电施加部。
3.根据权利要求2所述的灌水系统，其特征在于，所述放电电极包括电极底座和针状电极部，所述电极底座固定安装在高压放电箱的一侧内壁上，所述针状电极部的轴线方向与电极底座垂直。
4.根据权利要求2所述的灌水系统，其特征在于，所述相对电极为长条形，位于与放电电极相对的的位置，放电电极的轴线与相对电极的轴线垂直。
5.根据权利要求2所述的灌水系统，其特征在于，所述高压电施加部能够向放电电极施加5kv以上的电压。
6.根据权利要求1所述的灌水系统，其特征在于，所述高压放电箱还包括第一空气输入通道，用安装在第一空气通道中的电子空气泵将空气泵入高压放电箱中，并利用固定安装在第一空气通道中的电磁阀控制空气的流量。
7.根据权利要求1所述的灌水系统，其特征在于，所述空气箱还包括第二空气通道，用安装在第二空气通道中的电子空气泵将空气泵入空气箱中，并用固定安装在第二空气通道中的电磁阀控制空气的流量。
8.根据权利要求1所述的灌水系统，其特征在于，所述水箱中还包括进水管，用水泵将灌溉水泵入水箱，水箱的出口安装有出水水管，出水水管与灌水装置连接。
9.根据权利要求1所述的灌水系统，其特征在于，所述高压放电箱与空气箱用第一气体输出通道连通，第一气体输出通道上安装有止回阀，高压放电箱中的电离空气通过第一气体输出通道进入空气箱中。
10.根据权利要求1所述的灌水系统，其特征在于，所述水箱与空气箱用第二气体输出通道连通，第二气体输出通道上安装有止回阀，空气箱中的气体通过第二气体输出通道进入水箱中。
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