CN115454167B - 一种原状土壤温度原位控制装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种原状土壤温度原位控制装置，属于土壤温度控制技术领域，其包括外筒、内筒、输气管、叶片组、冷风机以及热风机。外筒套设在内筒外，内筒用于盛放土壤和植株，输气管插设在内筒上，且输气管一直延伸至内筒的底壁并将内筒的底壁贯穿。叶片组将内筒与外筒之间的间隙分隔为多条螺旋通道，冷风机与输气管连通，热风机与多条螺旋通道均连通。在种植植株时，土壤层较厚，单通过螺旋通道来对土壤的温度进行调控效率较慢，本实施例设置输气管后，由于输气管靠近中部位置，且靠近植株的根系，输气管在进行输气的同时也具有一定的热量调节功能，从而令土壤的温度调控更加快捷均匀。

Description

一种原状土壤温度原位控制装置

技术领域

本发明涉及土壤温度控制技术领域，具体而言，涉及一种原状土壤温度原位控制装置。

背景技术

全球变化导致的区域环境温度变化，对脆弱性和敏感性地区的植物生长及其群落结构变化造成了深刻的影响。

在青藏高原地区，温度是影响植物生长的主要因素。现有的控温装置在对土壤的温度进行调控时，由于植物周围的土壤层较厚，导致土壤温度调节不均匀，这种情况易对植物造成伤害。

发明内容

本发明公开了一种原状土壤温度原位控制装置，以改善上述的问题。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

基于上述的目的，本发明公开了一种原状土壤温度原位控制装置，包括：

外筒；

内筒，所述内筒位于所述外筒内，所述内筒的周壁与所述外筒的周壁间隔设置并形成间隙，所述内筒的底壁与所述外筒的底壁间隔设置并形成空腔；

输气管，所述输气管穿设于所述内筒，且所述输气管道的一端延伸至与所述空腔连通；

叶片组，所述叶片组包括多条螺旋叶片，多条所述螺旋叶片沿所述内筒的周向间隔设置，且所述螺旋叶片沿所述内筒的长度方向呈螺旋状，所述螺旋叶片的一侧抵接于所述内筒，所述螺旋叶片的另一侧抵接于所述外筒，以将所述间隙分隔为多条螺旋通道；

冷风机，所述冷风机安装于所述输气管背离所述空腔的一端；以及

热风机，所述热风机安装于所述外筒，且所述热风机朝向所述间隙设置。

可选地：所述输气管包括第一支管和第一挡板，所述第一支管与所述输气管连通，所述第一挡板位于所述第一支管与所述输气管的连接处，且所述第一挡板与所述输气管转动连接，转动所述第一挡板以使所述输气管和所述第一支管中的一者被封闭。

可选地：所述输气管还包括第一气囊，所述第一气囊安装于所述第一支管内，且所述第一气囊与所述第一挡板抵接。

可选地：所述输气管背离所述空腔的一端朝下设置。

可选地：所述内筒上设置有导气结构，所述导气结构呈环状，所述导气结构内设置有第一导气通道和第二导气通道，所述第一导气通道和所述第二导气通道均呈环状，且第一导气通道的直径大于所述第二导气通道的直径，所述第二导气通道与所述间隙连通，所述第一导气通道上设置有缺口，所述热风机安装于所述缺口处，所述第一导气通道与所述第二导气通道之间设置有多个连接孔。

可选地：所述连接孔被分为多组，多组所述连接孔沿所述第一导气通道的周向间隔设置，且每组内连接孔的数量沿背离所述缺口的方向逐渐增多，多个所述连接孔沿所述缺口对称设置。

可选地：所述导气结构还包括连接管、第二支管和第二挡板，所述连接管与所述导气结构连接，且所述连接管与所述缺口连通，所述热风机安装于所述连接管背离所述缺口的一端，所述第二支管与所述连接管连通，所述第二挡板位于所述第二支管与所述连接管的连接处，且所述第二挡板与所述连接管转动连接，转动所述第二挡板以使所述连接管和所述第二支管中的一者被封闭。

可选地：所述导气结构还包括第二气囊，所述第二气囊安装于所述连接管内，且所述第二气囊与所述第二挡板抵接。

可选地：所述热风机位于所述导气结构的下方。

可选地：所述输气管呈倒U型。

与现有技术相比，本发明实现的有益效果是：

本发明公开的原状土壤温度原位控制装置分别设置有冷风机和热风机，当土壤温度偏高时，冷风机工作，冷风机将冷风从输出管送入，再从螺旋通道送出。在此过程中，冷气先沿输气管汇聚于内筒的底壁与外筒底壁之间的空腔内，之后冷气再沿螺旋通道逐渐上升。由于热气的密度较小，在无外力作用时，其具有上浮的趋势，也就是说冷气在一般情况下具有下沉的趋势。通过冷气上升的方式来将空腔以及螺旋通道内的热气排出，能够有效避免因热气排出不全以及热气附着在内筒外壁而导致的散热效率降低的情况出现，且当热气排完后，冷气对土壤的降温更加均匀。当土壤温度偏低时，热风机工作，热风沿螺旋通道向下输送，热风在热风机的压力作用下对螺旋通道内的冷气形成向下的压力，此时螺旋通道内的冷气全部被推至空腔内，再沿输气管被排出。热气采用从上往下输送的方式能够有效的将螺旋通道内的冷气全部排出，从而保证热气对土壤加热的均匀性。

此外，在种植植株时，土壤层较厚，单通过螺旋通道来对土壤的温度进行调控效率较慢，本实施例设置输气管后，由于输气管靠近中部位置，且靠近植株的根系，输气管在进行输气的同时也具有一定的热量调节功能，从而令土壤的温度调控更加快捷。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例公开的原状土壤温度原位控制装置的示意图；

图2示出了本发明实施例公开的空腔和间隙的示意图；

图3示出了本发明实施例公开的输气管的示意图；

图4示出了本发明实施例公开的导气结构在第一视角的剖视图；

图5示出了本发明实施例公开的导气结构在第二视角的剖视图；

图6示出了本发明实施例公开的连接管的示意图。

图中：

110-外筒，111-空腔，112-间隙，120-内筒，130-叶片组，131-螺旋叶片，132-螺旋通道，140-输气管，141-第一支管，142-第一挡板，143-第一气囊，150-冷风机，160-热风机，170-导气结构，171-第一导气通道，172-第二导气通道，173-缺口，174-连接孔，175-连接管，176-第二支管，177-第二挡板，178-第二气囊。

具体实施方式

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中公开的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

实施例：

参阅图1，本发明实施例公开了一种原状土壤温度原位控制装置，其包括外筒110、内筒120、输气管140、叶片组130、冷风机150以及热风机160。外筒110套设在内筒120外，内筒120用于盛放土壤和植株，输气管140插设在内筒120上，且输气管140一直延伸至内筒120的底壁并将内筒120的底壁贯穿。叶片组130将内筒120与外筒110之间的间隙112分隔为多条螺旋通道132，冷风机150与输气管140连通，热风机160与多条螺旋通道132均连通。

本实施例公开的原状土壤温度原位控制装置分别设置有冷风机150和热风机160，当土壤温度偏高时，冷风机150工作，冷风机150将冷风从输出管送入，再从螺旋通道132送出。在此过程中，冷气先沿输气管140汇聚于内筒120的底壁与外筒110底壁之间的空腔111内，之后冷气再沿螺旋通道132逐渐上升。由于热气的密度较小，在无外力作用时，其具有上浮的趋势，也就是说冷气在一般情况下具有下沉的趋势。通过冷气上升的方式来将空腔111以及螺旋通道132内的热气排出，能够有效避免因热气排出不全以及热气附着在内筒120外壁而导致的散热效率降低的情况出现，且当热气排完后，冷气对土壤的降温更加均匀。当土壤温度偏低时，热风机160工作，热风沿螺旋通道132向下输送，热风在热风机160的压力作用下对螺旋通道132内的冷气形成向下的压力，此时螺旋通道132内的冷气全部被推至空腔111内，再沿输气管140被排出。热气采用从上往下输送的方式能够有效的将螺旋通道132内的冷气全部排出，从而保证热气对土壤加热的均匀性。

此外，在种植植株时，土壤层较厚，仅通过螺旋通道132来对土壤的温度进行调控效率较慢，本实施例设置输气管140后，由于输气管140靠近中部位置，且靠近植株的根系，输气管140在进行输气的同时也具有一定的热量调节功能，从而令土壤的温度调控更加快捷。

参阅图1和图2，内筒120位于外筒110内，内筒120的周壁与外筒110的周壁间隔设置并形成间隙112，内筒120的底壁与外筒110的底壁间隔设置并形成空腔111。

叶片组130包括多条螺旋叶片131，多条螺旋叶片131沿内筒120的周向间隔设置，且螺旋叶片131沿内筒120的长度方向呈螺旋状。螺旋叶片131的一侧抵接于内筒120，螺旋叶片131的另一侧抵接于外筒110，以将间隙112分隔为多条螺旋通道132。螺旋通道132的底部通过空腔111与输气管140连通，螺旋通道132的另一端延伸至内筒120与外筒110的顶部。设置多条通道可以令热气或者冷气在间隙112内流动时更加的均匀。

参阅图1和图3，输气管140呈倒U型，输气管140的一端位于外筒110外，冷风机150安装于输气管140位于外筒110外的一端，输气管140的另一端延伸进内筒120内，并继续向下延伸，直至贯穿内筒120的底壁并与空腔111连通。在输气管140上还设置有第一支管141、第一挡板142和第一气囊143。第一支管141与输气管140连通，第一挡板142位于第一支管141与输气管140的连接处，且第一挡板142与输气管140转动连接，转动第一挡板142以使输气管140和第一支管141中的一者被封闭。第一气囊143安装于第一支管141内，且第一气囊143与第一挡板142抵接。输气管140背离空腔111的一端朝向设置，第一支管141也向下倾斜。

参阅图1，当输气管140和第一支管141内的温度较低时，第一气囊143呈收缩状态，此时第一气囊143具有拉动第一挡板142沿逆时针方向转动的趋势，而在第一挡板142沿逆时针方向转动时，会将第一支管141封闭，此时气体只能沿输气管140流动。当输气管140和第一支管141内的温度较高时，第一气囊143呈张开状态，此时气囊具有推动第一挡板142沿顺时针方向转动的趋势，而在第一挡板142沿顺时针方向转动时，会将输气管140连接冷风机150的部分封闭，此时气体只能沿第一支管141流动。具体地，当土壤温度偏高，需要对土壤进行降温时，打开冷风机150，冷风机150会吹动第一挡板142沿逆时针方向转动，从而将第一支管141封闭，且冷风机150启动一段时间后，第一气囊143温度随之降低，此时第一挡板142在第一气囊143的拉力作用下紧紧贴附在第一支管141口处将第一支管141封闭。当降温完成后，关闭冷风机150，之后第一气囊143温度开始恢复，当第一气囊143恢复至常温状态时，其大小刚好能够推动第一挡板142沿顺时针方向转动一定的角度，之后第一挡板142可以在其自身重力的作用下继续沿顺时针方向转动并将输气管140连接冷风机150的部分封闭。

参阅图1和图4，在外筒110和内筒120的顶部设置有导气结构170。导气结构170呈环形，其刚好罩设在间隙112的上方，将间隙112完全覆盖。导气结构170内设置有第一导气通道171和第二导气通道172。第一导气通道171和第二导气通道172均呈环状，第一导气通道171和第二导气通道172同轴设置，且第一导气通道171的直径大于第二导气通道172的直径。第二导气通道172与间隙112连通，第一导气通道171上设置有用于与外部进行连通的缺口173，第一导气通道171与第二导气通道172之间设置有多个连接孔174，第一导气通道171和第二导气通道172通过这些连接孔174连通。当土壤需要降温时，冷气沿间隙112上升后进入到第二导气通道172内，再沿连接孔174进入到第一导气通道171内，之后再沿缺口173被排出。当土壤需要加热时，热气沿缺口173进入到第一导气通道171内，再沿连接孔174进入到第二导气通道172内，之后进入到螺旋通道132内。

为了减小消耗，本实施例仅在第一导气通道171上设置一个缺口173，即只需一个热风机160即可完成土壤的加热。但是多条螺旋通道132是呈环状排列的，热气仅从一个位置进入到间隙112内，可能导致间隙112在背离热风机160的一侧温度远低于靠近热风机160的一侧，因此，本实施例在导气结构170上粉笔设置第一导气通道171和第二导气通道172，且第二导气通道172与第一导气通道171之间通过多个连接孔174连通，以使第一导气通道171内的热气在进入第二导气通道172时更加的均匀，从而保证热气在间隙112内分布的更加均匀。

热气在从缺口173进入到第一导气通道171内时，由于热气充足且在热风机160的加持下具有较快的速度，因此此时的热气具有较大的压力；而热气在沿第一导气通道171从两侧汇聚到第一导气通道171的另一端时，由于热气会沿途中的连接孔174进入到第二导气通道172内，因此热气的压力会逐渐减小。基于这种情况，本实施例对连接孔174的排布进行设置，以保证热气在第二导气通道172内分布的更加均匀。具体地，参阅图5，本实施例将连接孔174分为多组，多组连接孔174沿第一导气通道171的周向间隔设置，且每组内连接孔174的数量沿背离缺口173的方向逐渐增多，多个连接孔174沿缺口173对称设置。对于第一导气通道171靠近缺口173的一端，其内热气具有较大的压力，但是此时连接孔174较少；对于第一导气通道171背离缺口173的一端，其内的热气的压力较小，但是此时连接孔174较多，从而保证热气从第二导气通道172的四周进入到第二导气通道172的速度基本相同，从而保证热气在第二导气通道172以及间隙112内的分布均匀性。

参阅图5，本实施例中，在与缺口173直接相对的位置上均为设置有连接孔174，这样可以避免热气从而缺口173处进入到第一导气通道171时与连接孔174形成对冲，从而避免热气从该处进入到第二导气通道172内的速度远大于其他位置。

参阅图1和图6，导气结构170上还设置有用于排气的连接管175、第二支管176、第二挡板177和第二气囊178。连接管175与导气结构170连接，且连接管175与缺口173连通。热风机160安装于连接管175背离缺口173的一端，第二支管176与连接管175连通，第二挡板177位于第二支管176与连接管175的连接处，且第二挡板177与连接管175转动连接，转动第二挡板177以使连接管175和第二支管176中的一者被封闭。第二气囊178安装于连接管175内，且第二气囊178与第二挡板177抵接。连接管175背离导气结构170的一端朝下设置，第二支管176也向下倾斜。

参阅图4，当连接管175和第二支管176内的温度较低时，第二气囊178呈收缩状态，此时第二气囊178具有拉动第二挡板177沿逆时针方向转动的趋势，而在第二挡板177沿逆时针方向转动时，会将连接管175连接热风机160的部分封闭，此时气体只能沿第二支管176流动。当连接管175和第二支管176内的温度较高时，第二气囊178呈张开状态，此时气囊具有推动第二挡板177沿顺时针方向转动的趋势，而在第二挡板177沿顺时针方向转动时，会将第二支管176封闭，此时气体只能沿连接管175流动。具体地，当土壤温度偏低，需要对土壤进行加热时，打开热风机160，热风机160会吹动第二挡板177沿顺时针方向转动，从而将第二支管176封闭，且热风机160启动一段时间后，第二气囊178温度随之升高，此时第二挡板177在第二气囊178的推力作用下紧紧贴附在第二支管176口处将第二支管176封闭。当加热完成后，关闭热风机160，之后第二气囊178温度开始恢复，当第二气囊178恢复至常温状态时，其大小刚好能够拉动第二挡板177沿逆时针方向转动一定的角度，之后第二挡板177可以在其自身重力的作用下继续沿逆时针方向转动并将连接管175连接热风机160的部分封闭。

综上，本实施例公开的原状土壤温度原位控制装置是这样工作的：

正常状态下，第一气囊143的大小令第一挡板142将输气管140连接冷风机150的部分封闭，第二气囊178的大小令第二挡板177将连接管175连接热风机160的部分封闭。

当土壤温度偏高时，冷风机150工作，冷风机150吹动第一挡板142沿逆时针方向转动并将第一支管141封闭。之后冷气沿输气管140进入空腔111内，然后再沿螺旋通道132慢慢向上将热气排出。排出的热气以及上升的冷气会进入到第二导气通道172内，再沿连接孔174进入到第一导气通道171。之后这些气体沿缺口173进入到连接管175内，并从第二支管176排出。

当土壤温度偏低时，热风机160工作，热风机160吹动第二挡板177沿顺时针方向转动并将第二支管176封闭。之后热气沿连接管175进入到第一导气通道171内，并通过连接孔174进入到第二导气通道172内。热气进入第二导气通道172后，会落入间隙112内，随着热风机160的热风持续输入，热风会沿螺旋通道132向下流动并将螺旋通道132内的冷气推入空腔111以及输气管140内。进入输气管140的冷气以及后续而来的热气会沿输气管140进入第二支管176并被排出。

在本实施例中，原状土壤温度原位控制装置还可以包括控制器和温度传感器，令温度传感器、冷风机150和热风机160均与控制器电连接。温度传感器设置于土壤内用于实时检测土壤的温度，并将这一温度数据传递给控制器。

当控制器收到的温度数据高于预设的高温时，控制器控制冷风机150启动；

当控制器收到的温度数据达到预设的正常温度范围时，控制器控制冷风机150停止工作；

当控制器收到的温度数据低于预设的低温时，控制器控制热风机160启动；

当控制器收到的温度数据达到预设的正常温度范围时，控制器控制热风机160停止工作。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种原状土壤温度原位控制装置，其特征在于，包括：

外筒；

内筒，所述内筒位于所述外筒内，所述内筒的周壁与所述外筒的周壁间隔设置并形成间隙，所述内筒的底壁与所述外筒的底壁间隔设置并形成空腔；

输气管，所述输气管穿设于所述内筒，且所述输气管道的一端延伸至与所述空腔连通；

叶片组，所述叶片组包括多条螺旋叶片，多条所述螺旋叶片沿所述内筒的周向间隔设置，且所述螺旋叶片沿所述内筒的长度方向呈螺旋状，所述螺旋叶片的一侧抵接于所述内筒，所述螺旋叶片的另一侧抵接于所述外筒，以将所述间隙分隔为多条螺旋通道；

冷风机，所述冷风机安装于所述输气管背离所述空腔的一端；以及

热风机，所述热风机安装于所述外筒，且所述热风机朝向所述间隙设置；

所述输气管包括第一支管和第一挡板，所述第一支管与所述输气管连通，所述第一挡板位于所述第一支管与所述输气管的连接处，且所述第一挡板与所述输气管转动连接，转动所述第一挡板以使所述输气管和所述第一支管中的一者被封闭，所述输气管还包括第一气囊，所述第一气囊安装于所述第一支管内，且所述第一气囊与所述第一挡板抵接；

所述内筒上设置有导气结构，所述导气结构呈环状，所述导气结构内设置有第一导气通道和第二导气通道，所述第一导气通道和所述第二导气通道均呈环状，且第一导气通道的直径大于所述第二导气通道的直径，所述第二导气通道与所述间隙连通，所述第一导气通道上设置有缺口，所述热风机安装于所述缺口处，所述第一导气通道与所述第二导气通道之间设置有多个连接孔；

所述导气结构还包括连接管、第二支管和第二挡板，所述连接管与所述导气结构连接，且所述连接管与所述缺口连通，所述热风机安装于所述连接管背离所述缺口的一端，所述第二支管与所述连接管连通，所述第二挡板位于所述第二支管与所述连接管的连接处，且所述第二挡板与所述连接管转动连接，转动所述第二挡板以使所述连接管和所述第二支管中的一者被封闭，所述导气结构还包括第二气囊，所述第二气囊安装于所述连接管内，且所述第二气囊与所述第二挡板抵接。

2.根据权利要求1所述的原状土壤温度原位控制装置，其特征在于，所述输气管背离所述空腔的一端朝下设置。

3.根据权利要求1所述的原状土壤温度原位控制装置，其特征在于，所述连接孔被分为多组，多组所述连接孔沿所述第一导气通道的周向间隔设置，且每组内连接孔的数量沿背离所述缺口的方向逐渐增多，多个所述连接孔沿所述缺口对称设置。

4.根据权利要求3所述的原状土壤温度原位控制装置，其特征在于，所述热风机位于所述导气结构的下方。

5.根据权利要求1所述的原状土壤温度原位控制装置，其特征在于，所述输气管呈倒U型。