CN117534181B - 用于促进无土栽培植物生长的等离子体活化水产生装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于促进无土栽培植物生长的等离子体活化水产生装置，包括配气系统、高压电源、反应器、针电极和地电极；反应器顶部盖设密封盖；反应器进水口与水管道相连，出水口与无土栽培植物生长营养槽相连，反应器底端外部设置有地电极；密封盖上层和下层间为气体容纳腔；密封盖上层设置有快速拔插气管接头和快速拔插高压接头，配气系统通过快速拔插气管接头与气体容纳腔连通；高压电源通过快速拔插高压接头与针电极连通；针电极为中空针体，针电极上端固定在密封盖下层中，下端浸入反应器内待处理的水体中，所述控制器分别与反应器进水口和反应器出水口中的阀门通讯连接。本发明结构合理、紧凑，能快速高效的产生等离子体活化水。

Description

用于促进无土栽培植物生长的等离子体活化水产生装置

技术领域

本发明涉及无土栽培等离子体活化水技术，尤其涉及一种用于促进无土栽培植物生长的等离子体活化水产生装置。

背景技术

无土栽培是一种利用营养液在不使用传统土壤的情况下培植植物的技术。与传统的土地种植相比，无土栽培可以减少水资源的浪费、避免化肥和杀虫剂等对环境造成的危害、充分利用场地，实现高效生产。然而，无土栽培仍然面临着一些挑战，例如植物缺乏重要元素和微量元素导致地上部分生长缓慢，影响农业生产效率。因此，需要寻找一种新的技术来解决这些问题。

等离子体活化技术是近年来发展起来的一种新型技术，其可以利用等离子体产生的强氧化作用，将水中的氧溶解在其中并通过等离子体破坏分子原子结构，使元素呈现极化态和活化态，从而提高了水的养分含量和生物利用率，促进植物的生长。等离子体活化水中含有一定浓度的自由基、活性氮与活性氧等物质，这些化学物质可以促进植物组织的新陈代谢和细胞分裂，提高植物的免疫力和抗逆能力，对植物的壮大和生理功能有积极的作用。此外，等离子体活化水还可以提高水的养分含量和生物利用率，提高无土栽培植物的养分吸收能力和生长速度，改善植物质量和产量，最终优化农业生产。同时，等离子体活化水技术还具有无污染、节能、环保等优点，有助于减少化肥和农药等有害物质的使用，提高农业生产的可持续性和经济效益。因此，随着无土栽培技术的逐渐普及和推广，等离子体活化水技术也将在无土栽培领域中得到越来越广泛的应用。如果将等离子体活化水应用于无土栽培植物中，可以有效地提升植物生长速度和养分吸收效率，优化农业生产。Park等人研究了滑动电弧放电产生的等离子体活化水对不同植物生长的影响。结果表明，紫花苜蓿的根长和茎长分别增加到6.2cm和5cm，而对照组为1cm，该条件产生的等离子体活化水对豆角和西瓜植株的生长也有类似的影响。此外，Lindsay等人在使用等离子体活化水种植的萝卜、万寿菊和番茄中也报告了类似的结果。作者观察到，与对照组相比，在等离子体活化水中生长的植物的平均高度有所增加。在生育期15d结束时，等离子体活化水处理的萝卜植株叶片平均长度比对照组长100mm。

然而，发展等离子体活化水无土栽培技术的关键是设计合理连续的等离子体活化水产生装置，传统等离子体活化水产生装置规模小且无法连续性生产，需要关闭电源，再将活化水转移，间歇操作导致活化水产生效率低。因此，需要设计合理的等离子体活化水产生装置用于一体化等离子体活化水无土栽培技术。

发明内容

本发明的目的在于，针对传统等离子体活化装置存在规模小、无法连续性生产等问题，提出一种用于促进无土栽培植物生长的等离子体活化水产生装置，该装置结构合理、紧凑，能快速高效的产生等离子体活化水。利用该装置产生的等离子体活化水无土栽培培育植物，与未处理的水体相比具有显著促进生长的作用。该装置能连续操作，并可根据需求按比例任意扩大生产，能够快速连续的为无土栽培植物提供等离子体活化水。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于促进无土栽培植物生长的等离子体活化水产生装置，包括配气系统、高压电源、反应器、针电极和地电极；

所述反应器顶部盖设密封盖；所述反应器侧壁上设置有反应器进水口、反应器出水口和出气孔，所述反应器进水口与水管道相连，所述出水口与无土栽培植物生长营养槽相连，放电处理一段时间产生的等离子体活化水可直接排入无土栽培植物生长营养槽呈现等离子体活化水无土栽培技术的一体化；所述反应器底端外部设置有地电极；

所述顶部密封盖包括拧紧密封的上层和下层，所述上层和下层间为气体容纳腔；所述反应器顶部盖子具有固定针电极、分配气体及连接高压输出端的作用；所述顶部密封盖上层设置有快速拔插气管接头和快速拔插高压接头，所述配气系统通过快速拔插气管接头与气体容纳腔连通，为反应器提供放电所需的气体，为等离子体的产生提供必要条件；所述高压电源通过快速拔插高压接头与针电极连通；

所述针电极为中空针体，所述针电极上端固定在密封盖下层中，针电极内部与气体容纳腔连通；所述中空针体下端浸入反应器内待处理的水体中

所述控制器分别与反应器进水口和反应器出水口中的阀门通讯连接，所述控制器能控制进水、出水时间。

进一步地，所述反应器下部为石英材质。

进一步地，所述反应器进水口和出气孔位于侧壁上端，所述反应器出水口位于侧壁下端，所述反应器进水口、反应器出水口设置在相对的两个侧壁上。所述反应器出水口能根据处理时间随时排出已经生产的等离子体活化水。

进一步地，所述配气系统包括空气泵和气体流量计，所述空气泵和气体流量计通过管道连接在一起，并通过管道插入快速接头与针电极的中空连通。所述空气泵提供的流速不小于500mL/min可调节气泵控制气体流速的大小，根据反应器体积的大小设置合适的气体流速，所述气体为空气。

进一步地，所述高压电源所输出峰值电压不小于10kV，频率不小于6kHz。本发明气体由统一供气口进入，保证气体均匀分配，避免因气体配比不当或者气体压力不稳定等因素导致的等离子体产生效果不稳定或者失效的问题。

进一步地，所述顶部密封盖上层为304不锈钢材质，设置有快速拔插气管接头和快速拔插高压接头。

进一步地，所述顶部密封盖下层为聚四氟乙烯材质，用于固定针电极4。

进一步地，所述针电极上端固定在密封盖下层中，具体地，所述顶部密封盖下层开有螺纹孔，与针电极上端螺纹吻合，针电极上端旋入顶部密封盖下层的螺纹孔中，在实现两者固定的同时还保证了良好的气密性。

进一步地，所述针电极数量为3-30根，可根据反应器体积大小增加或减少电极根数实现等离子体活化水的高效产生。气体经顶部密封盖上层的快速拔插气管接头进入顶部密封盖气体容纳腔中并分配给每根针电极。相邻针电极间距大于10mm。多根所述针电极垂直呈阵列式镶嵌在顶部密封盖下层中。多根所述针电极在密封盖中由导电金属串联最终与

快速拔插高压接头相连。

进一步的，所述针电极的材质为耐腐蚀的金属或合金，包括但不限于金属钨或304不锈钢。

进一步地，所述针电极套设硅胶管，硅胶管覆盖整个针电极并长于金属针电极5mm，保证放电的稳定进行，方便更换和维护，并减少电极的损耗。

进一步地，所述针电极的长度为小于石英容器的高度，针电极的长度可根据待处理的水体的体积决定。工作时，针电极的长度应保证针电极针部浸入液体至少3cm，针电极产生的等离子体通入水体中，实现水体的迅速活化。

进一步地，所述针电极外径为2-20mm，内径为1-18mm，壁厚为0.5-2mm。优选的外径为2mm，内径为1mm，壁厚为0.5mm。

进一步地，所述地电极为一连接地线的金属片，其大小与反应器3底面相近。

进一步地，所述反应器下方设置有磁力搅拌器，所述反应器内设置有搅拌子，加速水体混合。

进一步地，所述待处理的水为自来水、地下水、河水、湖水或海水。

本发明用于促进无土栽培植物生长的等离子体活化水产生装置，与现有技术相比较具有以下优点：

高效：本发明通过针电极和交流电源驱动，能够快速产生大量的羟基自由基、氧自由基等活性粒子，实现对水体的高效活化作用。同时，本发明针电极的设计使得多根电极同时放电，每根电极都能够更充分地与水体接触，进一步地实现高效的活化效果。

安全环保：本发明所述装置在使用过程中，无需加入任何化学药剂，避免了对水体和环境的污染，同时也确保了水质的安全性和环保性。

经济：本发明所需的材料成本低，操作简便，且无需加热等外部能源支持，因此在经济上具有较大优势。

本发明促进无土栽培植物生长的等离子体活化水产生装置能连续操作，并可根据需求按比例任意扩大生产，能够快速连续的为无土栽培植物提供等离子体活化水。

综上所述，本发明所提供的一种用于促进无土栽培植物生长的等离子体活化水产生装置，可快速有可控的产生等离子体活化水具有广阔的应用前景和商业价值。

附图说明

图1为用于促进无土栽培植物生长的等离子体活化水产生装置的结构示意图。

其中，1-配气系统，2-高压电源，3-反应器，4-针电极，5-地电极，6-进水口，7-出水口，8-出气口，9-密封盖，10-进出水控制器。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明进一步说明：

实施例1

本实施例公开了一种用于促进无土栽培植物生长的等离子体活化水产生装置，如图1所示，包括配气系统1、高压电源2、反应器3、针电极4和地电极5；

所述反应器3用于承装待处理的水体(所述待处理的水为自来水、地下水、河水、湖水或海水)，反应器3下部为石英材质。所述反应器3侧壁上端设置有反应器进水口6和出气孔8，所述反应器3侧壁下端设置有反应器出水口7，且所述反应器进水口6、反应器出水口7设置在相对的两个侧壁上。所述控制器10分别与反应器进水口6和反应器出水口7中的阀门通讯连接，控制进水、出水时间。所述反应器进水口6与水管道相连，所述出水口7与无土栽培植物生长营养槽相连；放电处理一段时间产生的等离子体活化水可直接排入无土栽培植物生长营养槽，呈现等离子体活化水无土栽培技术的一体化。

所述反应器3底端外部设置有地电极5；所述地电极5为一连接地线的金属片，其大小与反应器3底面相近。

所述反应器3顶部盖设密封盖9，所述反应器顶部盖子9具有固定针电极、分配气体及连接高压输出端的作用。所述顶部密封盖9包括拧紧密封的上层和下层，所述上层和下层间为气体容纳腔；所述顶部密封盖9上层为304不锈钢材质，所述顶部密封盖9上层设置有快速拔插气管接头和快速拔插高压接头。

所述配气系统1通过快速拔插气管接头与气体容纳腔连通，为反应器3提供放电所需的气体，为等离子体的产生提供必要条件。所述配气系统1包括空气泵和气体流量计，所述空气泵和气体流量计通过管道连接在一起，并通过管道插入快速接头与针电极4的中空连通。所述空气泵提供的流速不小于500mL/min可调节气泵控制气体流速的大小，根据反应器体积的大小设置合适的气体流速，所述气体为空气。

所述高压电源2通过快速拔插高压接头与针电极4连通。所述高压电源2所输出峰值电压不小于10kV，频率不小于6kHz。本发明顶部密封盖9上的高压电极固定及密封结构使得电极更加牢固、稳定，气体由统一供气口进入，保证气体均匀分配，避免因气体配比不当或者气体压力不稳定等因素导致的等离子体产生效果不稳定或者失效的问题。

所述顶部密封盖9下层为聚四氟乙烯材质，用于固定针电极4。所述针电极4为中空针体，所述针电极4上端固定在密封盖9下层中，具体地，所述顶部密封盖9下层开有螺纹孔，与针电极上端螺纹吻合，针电极上端旋入顶部密封盖9下层的螺纹孔中，在实现两者固定的同时还保证了良好的气密性。针电极4内部与气体容纳腔连通；所述中空针体下端浸入反应器3内待处理的水体中

本实施例中针电极4数量为28根，可根据反应器体积大小增加或减少电极根数实现等离子体活化水的高效产生。气体经顶部密封盖上层的快速拔插气管接头进入顶部密封盖气体容纳腔中并分配给每根针电极。相邻针电极间距大于1cm。多根所述针电极4垂直呈阵列式镶嵌在顶部密封盖9下层中。多根所述针电极4在密封盖中由导电金属串联最终与快速拔插高压接头相连。

所述针电极4的材质为耐腐蚀的金属或合金，包括但不限于金属钨或304不锈钢。所述针电极4外套设硅胶管，能保证放电的稳定进行，方便更换和维护，并减少电极的损耗。

所述针电极4的长度为小于石英容器的高度，针电极4的长度可根据待处理的水体的体积决定。工作时，针电极4的长度应保证针电极针部浸入液体至少3cm，针电极4产生的等离子体通入水体中，实现水体的迅速活化。所述针电极4外径为2mm，内径为1mm，壁厚为0.5mm。

所述反应器3下方设置有磁力搅拌器，所述反应器3内设置有搅拌子，加速水体混合。

所述用于促进无土栽培植物生长的等离子体活化水产生装置，组装步骤如下：

步骤1：将针电极安装在带有螺纹的密封盖下层，并用导电金属线将每根针串联与上层带有快速拔插气管接头和快速拔插高压接头的盖子连接，连接完成后将密封盖上层与下层拧紧，保证气密性，使气体均匀分配，避免因气体配比不当或者气体压力不稳定等因素导致的放电不稳定等问题。

步骤2：将密封盖9上的快速拔插气管和快速拔插高压接头分别与带有流量计的气泵和交流电源的高压输出端相连。

步骤3：将地电极5一个连接地线的金属铁片，置于反应器3石英容器的下方。将反应器3石英容器部分上部支管与待处理水体源连接，设定注水时间；反应器3石英容器部分下部支管与无土栽培植物生长营养槽相连，并设定排水时间。

步骤4：开启气泵，设置气体流量计的气体流速大小，可根据反应器3容器大小及针电极的根数设置在0.5L/min-5L/min范围内可调。

步骤5：检查电路，接通电源，交流电源可提供的电压范围为8kV-30kV，根据针电极的根数及待处理水体的体积在可调范围内调节电压。

完成上述步骤后开始调节交流电源的电压用以产生等离子体，放电过程便是等离子体活化水生产过程。利用该装置产生的等离子体活化石中富含植物生长所需的过氧化氢、硝酸盐和亚硝酸盐等物质。这些物质可以促进无土栽培植物的生长发育。其中，亚硝酸盐可以提高植物的免疫力和抗逆能力；过氧化氢则可以促进植物组织的新陈代谢和细胞分裂；硝酸盐是植物营养元素之一，在等离子体活化水中得到活化处理后更容易被植物吸收和利用，可以促进植物的根系生长和茎叶生长。利用该装置产生的等离子体活化水培育植物种子，发芽期可缩短2-3天，经该装置产生活化水培育的生菜等作物与未处理水体培育出的作物相比表现出更茂盛的叶片，在幼苗期第10天、15天、25天的生长时间里，株高分别提升1.1cm、2.6cm和5.2cm，表明该装置产生的等离子体活化水对无土栽培作物的生长具有明显的促进作用。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (3)

1.一种用于促进无土栽培植物生长的等离子体活化水产生装置，其特征在于，由配气系统（1）、高压电源（2）、反应器（3）、针电极（4）和地电极（5）组成；

所述反应器（3）顶部盖设密封盖（9）；所述反应器（3）侧壁上设置有反应器进水口（6）、反应器出水口（7）和出气口（8），所述反应器进水口（6）与水管道相连，所述出水口（7）与无土栽培植物生长营养槽相连；所述反应器（3）底端外部设置有地电极（5）；所述地电极为一连接地线的金属片，其大小与反应器（3）底面相近；

所述顶部密封盖（9）包括拧紧密封的上层和下层，所述上层和下层间为气体容纳腔；所述顶部密封盖（9）上层设置有快速拔插气管接头和快速拔插高压接头，所述配气系统（1）通过快速拔插气管接头与气体容纳腔连通，所述高压电源（2）通过快速拔插高压接头与针电极（4）连通；

所述针电极（4）为中空针体，所述针电极（4）上端固定在密封盖（9）下层中，针电极（4）内部与气体容纳腔连通；所述中空针体下端浸入反应器（3）内待处理的水体中；

所述顶部密封盖下层开有螺纹孔，与针电极（4）上端螺纹吻合，针电极（4）上端旋入顶部密封盖下层的螺纹孔中，多根所述针电极垂直呈阵列式镶嵌在顶部密封盖下层中，多根所述针电极在密封盖中由导电金属串联最终与快速拔插高压接头相连；所述高压电源所输出峰值电压大于10 kV，频率不小于6 kHz；

进出水控制器（10）分别与反应器进水口（6）和反应器出水口（7）中的阀门通讯连接；

所述顶部密封盖（9）上层为304不锈钢材质；所述顶部密封盖（9）下层为聚四氟乙烯材质；

所述针电极（4）的材质为耐腐蚀的金属或合金，所述针电极（4）外套设硅胶管；

所述反应器（3）下方设置有磁力搅拌器，所述反应器（3）内设置有搅拌子；

所述待处理的水为自来水、地下水、河水、湖水或海水，该装置用于等离子体活化水产生；

所述针电极（4）数量为3-30根；

和/或，相邻针电极（4）间距大于1 cm；

所述反应器下部为石英材质；

所述针电极（4）的长度小于石英容器的高度，工作时，针电极（4）的长度应保证针电极针部浸入液体至少3cm；

和/或，所述针电极（4）外径为2-20 mm，内径为1-18 mm，壁厚为0.5-2 mm。

2.根据权利要求1所述用于促进无土栽培植物生长的等离子体活化水产生装置，其特征在于，所述反应器进水口（6）和出气口（8）位于侧壁上端，所述反应器出水口（7）位于侧壁下端，所述反应器进水口（6）、反应器出水口（7）设置在相对的两个侧壁上。

3.根据权利要求1所述用于促进无土栽培植物生长的等离子体活化水产生装置，其特征在于，所述配气系统（1）包括空气泵和气体流量计，所述空气泵和气体流量计通过管道连接在一起，并通过管道插入快速拔插气管接头与针电极（4）连通。