CN206219313U - 一种用于喷洒灌溉设备的防垢活水装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于喷洒灌溉设备的防垢活水装置，包括供电箱(1)、脉冲发生器(2‑1)、交流发生器(2‑2)以及导磁环(4)，供电箱(1)与脉冲发生器(2‑1)相连；脉冲发生器(2‑1)与交流发生器(2‑2)相连；该交流发生器(2‑2)用于输出交流电信号，并通过缠绕在导磁环(4)上的线圈与导磁环(4)相连；导磁环(4)套设在喷洒灌溉设备的输水管道上，用于向该输水管道内引入交变电磁场。本实用新型通过对其关键组件的结构及其设置方式、电磁场产生方式、能量传输方式等进行改进，与现有技术相比能够在低成本的情况下有效解决农业灌溉用水输运管道易结垢的问题，并且其水质活化的功能，能够有效的提高作物产量。

Description

一种用于喷洒灌溉设备的防垢活水装置

技术领域

本实用新型属于农业灌溉用水的活化处理技术领域，更具体地，涉及一种用于喷洒灌溉设备的防垢活水装置，该装置尤其适用于对大规模喷洒灌溉设备进行防垢活水处理。

背景技术

在如今的农业灌溉系统中，由于新型农业的兴起，分散经营逐渐向规模化发展，即在成片集中的土地上采用先进的农业生产技术，运用高效的农业机械进行耕作。因此，大规模的喷洒灌溉设备成为了必须的部分。由于灌溉用水大多采用地下水或者河流水等自然水，水硬度较高且内含较多杂质。在设备灌溉运行的时候，由于存在水压的差异，极易在输水管道以及喷洒出口处结垢，进而堵塞管道或喷水口。但由于设备较大，喷水口较多，给清理检测带来了困难，也增加人力物力成本。

另一方面，水是一种极性分子，而分子与分子之间又存在着氢键相连，当多个分子连接在一起是就会形成大的组合体。对于生长的农田作物来说，当水的组合体越大(即水的活性越低)，其对于水以及水中的矿物质吸收越困难。特别是灌溉用的地下水，其存在的组合体状态更大，因此需要将其变成小分子团水，以提高水的活性促进农作物的生长。

此外，水中还可以容纳一定量溶解的矿物质。当溶解的矿物质浓度达到最高值时，则该最高值对应的水溶液是饱和的；若水中的矿物质浓度比这一最高值少，则水溶液是不饱和的，不会形成水垢；若水中的矿物质的浓度大于该最高值，则该水溶液处于过饱和状态，它会开始形成水垢(过饱和状态是种亚稳定状态，当环境条件发生波动时，溶解的过多的矿物质就会析出，从而形成水垢)。例如，当水溶液被加热或遇到压力下降时，水的溶解度会降低，当发生这种情况时，水垢将开始在管道表面形成。由于农业灌溉用水往往富含矿物质，因此输运这些水溶液的管道在压力下降的地方往往会累积水垢，例如大型的灌溉喷洒设备中的阀门处就极易结垢。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型的目的在于提供一种用于喷洒灌溉设备的防垢活水装置，其中通过对其关键组件的结构及其设置方式、电磁场产生方式、能量传输方式等进行改进，与现有技术相比能够在低成本的情况下有效解决农业灌溉用水输运管道易结垢的问题，并且其水质活化的功能，能够有效的提高作物产量。

为实现上述目的，按照本实用新型提供了一种用于喷洒灌溉设备的防垢活水装置，其特征在于，包括供电箱(1)、脉冲发生器(2-1)、交流发生器(2-2)以及导磁环(4)，其中，

所述供电箱(1)与所述脉冲发生器(2-1)相连，用于向该脉冲发生器(2-1)提供直流电源；

所述脉冲发生器(2-1)与所述交流发生器(2-2)相连，该脉冲发生器(2-1)用于在所述直流电源的作用下向所述交流发生器(2-2)输出方波电压；该交流发生器(2-2)用于输出交流电信号，所述方波电压用于切换该交流发生器(2-2)的导通状态或关断状态；

所述交流发生器(2-2)通过线圈与所述导磁环(4)相连，所述线圈缠绕在所述导磁环(4)上；并且该线圈与所述交流发生器(2-2)相连形成电流回路，用于传输该交流发生器(2-2)输出的所述交流电信号；

所述导磁环(4)套设在喷洒灌溉设备的输水管道上，用于向该输水管道内引入交变电磁场，从而产生防垢活水的作用。

作为本实用新型的进一步优选，所述交流发生器(2-2)输出的所述交流电信号的频率为100KHz～1000KHz。

作为本实用新型的进一步优选，所述导磁环(4)为多个，这些导磁环(4)均套设在所述输水管道上；并且，平均每200米长度的所述输水管道对应不少于一个所述导磁环(4)。

作为本实用新型的进一步优选，所述用于喷洒灌溉设备的防垢活水装置还包括电动机(3)，该电动机(3)设置在所述输水管道上，用于对该输水管道内输送的水溶液提供压力。

作为本实用新型的进一步优选，所述导磁环(4)为铁氧体环，该铁氧体环为四边形环、五边形环、六边形环和圆形环中的任意一种。

作为本实用新型的进一步优选，所述供电箱(1)为太阳能发电装置、或风能发电装置。

作为本实用新型的进一步优选，记所述导磁环(4)的个数为N，则，

当N＝1时，所述输水管道在该输水管道长度的1/2位置处安装有所述导磁环(4)；

当N＝2时，所述输水管道在该输水管道长度的1/3以及2/3位置处分别安装有所述导磁环(4)；

当N≥3时，所述输水管道在该输水管道长度的1/(N+1)，2/(N+1)，……，以及N/(N+1)位置处分别安装有所述导磁环(4)。

通过本实用新型所构思的以上技术方案，通过直流电源(经市电转换得到或可直接采用铅蓄电池，也可采用灌溉系统用电、太阳能发电、风能发电)供电，利用随机脉冲方波生成器控制交流信号生成器进而产生特定变化的电信号，该电信号可以利用变压器的原理通过磁环耦合至大型喷洒灌溉设备的水管中。本实用新型中的防垢活水装置在现有的大规模喷洒灌溉中从未使用过，相对于传统农业灌溉系统具有以下有益效果：

本实用新型中大规模喷洒灌溉设备的防垢活水装置所采用的技术方法属于纯物理原理，不用添加任何制剂或任何反渗透类材料，不会带来任何的二次污染以及对农作物的消极危害。在防止水垢结成的同时，也能使得自然水中的钠、磷等矿物质元素融在用于灌溉农作物的水里，随水流喷洒到农作物的表面或进入土壤中，进而促进农作物的生长。相对于化学防垢，还具有成本低，效率高，使用简单，重复使用，时效长久等优势。

本实用新型中的防垢活水装置可应用于大规模喷洒灌溉设备，将交流信号产生模块(即对应交流发生器)产生的信号通过电磁信号转换模块(对应于缠绕在导磁环上的线圈)将交流电信号转变为磁信号，并通过闭合的导磁环(如铁氧体磁芯圆环)传输磁信号；也就是说，本实用新型中的防垢活水装置包括交流信号耦合装置，即包括耦合电感线圈，磁芯铁氧体圆环，电感线圈绕在铁氧体上，铁氧体套装在大规模喷洒灌溉设备上的输水管道上。通过电磁感应定律将交流信号产生器所产生的交流信号耦合到水管内。由于闭合的铁氧体绕在大规模灌溉设备的输水管之上，交变的磁信号将由电磁感应定律在水管中产生感应电势并作用于水体。交变的电势可以降低水中杂质凝絮成块进而防止堵塞喷洒灌溉设备喷头，较之常规定期清洗喷头可以大大降低人力物力成本。此外，本实用新型中所采用的电磁信号所产生的磁电效应能让水“磁化”，由普通水变成“小分子团”水，提高水的活力，更加有利于庄稼和植物生长。

本实用新型中所述的大规模喷洒灌溉设备的防垢活水装置，其电源供电来源多样，既可以通过AC-DC转换器将市电转化为系统供电，也可以在田地间利用太阳能，风能经过电源管理系统给装置供电。

在本实用新型中可以根据适用的农田大小，大规模喷洒灌溉设备的长度，水管的直径等条件调节防垢活水装置系统的频率，电信号幅值等信号参数。

在本实用新型中通过设备的固定的安装位置以及固定的安装方向能够在多台安装的情况下增强其期望效果。当需要安装多台设备的情况下(多台设备仅需要提供单独的电磁波发生装置，即单独的导磁环；其他组件，如供电箱、脉冲发生器、交流发生器等既可以单独设置，也可以共用)，则推荐安装位置为：一套设备则安装在管道中部1/2处；二台设备则安装在管道1/3和2/3处(共计2个位置)；N套设备则安装在管道的1/(N+1)、2/(N+1)、……、N/(N+1)处(共计N个位置)。

本实用新型中用于喷洒灌溉设备的防垢活水装置是利用变压器原理，采用例如闭合的铁氧体作为导磁环，绕置在喷洒灌溉设备上。本实用新型中的交流发生器，可产生特定频率的交流电信号；将通过与套设在输水管道内的导磁环相配合，可将电信号转化为磁信号(线圈即应对电磁信号转换器；导磁环如闭合铁氧体磁芯，则用于传输磁信号)，形成通过电磁信号的转换进行能量转换的耦合系统。该能量耦合可以基于交流电场产生交流磁场，也可以基于交流磁场产生交流电场，还可以利用交流电磁场的多次转换，将外界电能传入管道内部的水中。本实用新型中用于喷洒灌溉设备的防垢活水装置，其电源(即对应供电箱)有多种选择来源，可以是灌溉系统用电、太阳能发电、风能发电。

本实用新型电磁波的传播距离较远，以频率为100K～1000KHz的交流电信号为例，有效电磁波的传播距离约为300m～3000m，因此，灌溉系统中的输水管道(该输水管道可直接用于灌溉)每200米安装至少一个(更优选为1个)电磁波发生装置即可(如果需要多个电磁波发生装置，则可以单独设置多个缠绕有线圈的导磁环；供电箱、脉冲发生器、交流发生器等其他组件既可以单独设置，也可以共用)；当然，根据交流电信号所使用的具体频率，电磁波发生装置的安装密度可灵活调整。此外，为了提高活水效率，也可以适当提高电磁波发生装置的安装密度，选择安装包括有多个导磁环的防垢活水装置。

本实用新型中的防垢活水装置能够防止农业大型灌溉系统设备在长期使用过程中水垢的结成，弥补了使用化学物品会对农作物的生长产生副作用的缺陷，并且具有提高水活性、促进农作物生长等方面的积极影响。

附图说明

图1是本实用新型用于喷洒灌溉设备的防垢活水装置的整体结构示意图；

图2是本实用新型用于喷洒灌溉设备的防垢活水装置中电磁场激发组件的结构示意图；

图3是本实用新型用于喷洒灌溉设备的防垢活水装置的微观作用原理示意图；

图4A是本实用新型用于喷洒灌溉设备的防垢活水装置所采用的电磁感应原理的立体示意图，图4B是电磁感应原理的剖示图。

图中各附图标记如下：1为供电箱(交、直流多路输出)；2为信号板；2-1为脉冲发生器；2-2为交流发生器；3为电动机；4为导磁环；5为水中离子；6为交流电信号；7为微小晶体；8为磁场线示意；9为电场线示意。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本实用新型提供的防垢活水装置适用于安装在大规模的喷洒灌溉设备，如图1所示，包括与用于系统供电直流电源，用于产生特定交流电信号的产生模块，用于将电信号转化为磁信号的电磁信号转换模块以及用于传输磁信号的闭合铁氧体磁芯。其灌溉用水大多取自河水、湖水或井水等，此类水中含有各种矿物质溶解在里面，主要是钙和镁盐。在某些情况下，这些矿物质可以以形成大块的晶体形式附着在管道表面或者阀门处。

本实用新型中的防垢活水装置利用电信号直流与交流的转换，自激振荡原理以及电磁感应定律使流动的水体中存在交变的电场与磁场，使存在于自然水(湖水，河水或井水等)中的大量的阳离子(钙、镁离子等)，阴离子(碳酸离子、碳酸氢离子等)由于迅速变化的交变电磁场的存在，其运动状态与水流方向相同或相反。这种彼此的移动增加了离子之间的接触机会，易形成电荷集群，而该集群是松散的集合离子，由一层薄薄的水分子包围形成水合物，进而析出形成微小晶体随水流出，如图3所示。

本实用新型还具有提高农田灌溉用水活性的效果。自然界的水是一种极性分子，而分子与分子之间又存在着氢键相连，当多个分子连接在一起是就会形成大的组合体。对于生长的农田作物来说，当水的组合体越大(即水的活性越低)，其对于水以及水中的矿物质吸收越困难。本实用新型所提供的农田灌溉洒水设备的防垢活水装置能够有效的提高水的活性。其耦合到水管水中的高频电磁信号能够向水分子提供足够的能量使组合态的水分子之间的氢键断裂，进而减小水组合体形态的体积，进而提高水的活性，促进农作物的生长。

以下为具体实施例：

实施例1

如图1所示，为本实用新型中可应用于大规模喷洒灌溉设备的防垢活水装置的安装结构图。图中供电箱1为整个系统的供电系统，分别输出电压可调的直流电(也可额外提供交流市电，该交流市电可用于向电动机3供电)。其中直流输出连接到信号板2，使其正常工作；交流市电输出连接到电动机3，用于将自然水(湖水，河水，井水)输送到喷洒灌溉设备的水管中。用作信号耦合部分的导磁环4套在灌溉喷洒设备的输水管道上，用于将信号板产生的交流电磁信号耦合到水管内。由于不同面积，不同规模农田所需要的灌溉喷洒设备的规模，输水管道的长度不同(例如新疆等西部地区的大面积棉田，其横向宽度可能达到数百米，因此需要安装1-2台装置以更好的达到防垢活水的效果(图1所示即为2台装置对应的情况，供电箱可共用)。所应用的装置数目可根据实际的输水管道长度以及装置所选用交流电信号的频率进行选择。而对于导磁环4的选择也将根据管径的大小进行变化。例如，当管径较大时，可选用导磁性能更好的铁氧体材料，以增强其使用效果。

如图2所示，为本实用新型信号板部分的原理结构图。本信号板主要包括两个部分：脉冲发生器2-1和交流发生器2-2。其中脉冲发生器2-1利用单片机或者电路原理产生具有一定占空比与周期的方波脉冲信号。该脉冲信号传输至交流信号发生器2-2中的开关管，作为后者的控制信号实现开关管的开通与关断。同时，开关管的打开与关断将控制着交流信号的产生。图中交流发生器2-2还包括绕在导磁环4上的线圈。其作用除了作为类似于变压器的原端将电信号转换为导磁环4里的磁信号外，还具有充当电感的效果，与交流信号发生器2-2内的电容元器件共同作用产生特定频率的交流信号。并且可以通过改变线圈的匝数或电容的容值对交流信号的频率进行相应的调整，其调整或选择的范围可到达100KHz～1000KHz。

由于输水管道中的电场可以传输到很远的地方，则这两个磁场也会沿着管道和水体传递到很远的地方，如图4A、图4B所示。影响本实用新型装置的主要因素是管道内部的磁场，而水就在这个磁场中。显然，磁场的方向与电场(以及水中的带电离子)的方向是垂直的，因此，带电离子在这个同心圆磁场中受到较大的洛仑兹力作用。因此本实用新型装置同时还具有传输距离远的优点。

由于导磁环起到直接向输水管道内引入交变电磁场的作用，因此，以导磁环的位置为基准，一台设备则安装在管道中部1/2处；二台设备则安装在管道1/3和2/3处；N套设备则安装在管道的1/(N+1)、2/(N+1)、……、N/(N+1)处。

本实用新型中所采用的脉冲发生器2-1、交流发生器2-2均可采用市面上出售的常用脉冲信号发生器、交流信号发生器。例如，脉冲发生器2-1可以采用随机脉冲方波生成器(利用随机频率脉冲方波产生电路)，也可以采用固定频率固定占空比方波脉冲产生电路。交流发生器2-2输出的交流电信号(如，正弦振荡电流信号或者三角波、方波信号，这些信号可以是阻尼信号)在单位时间内也可以是由随机个数的振荡交流信号组成，且该交流信号的频率特定且可调，其范围在100KHz～1000KHz。由于脉冲发生器2-1产生的方波将会控制交流发生器2-2的开关(即，导通状态或关断状态，此时，交流发生器可包括开关电路以及振荡电路)，因此交流发生器2-2输出的交流电信号在方波的作用下并不是连续的(即，通过间断性的充放电过程以及自激振荡过程可产生随机/固定时间间隔、特定振荡频率的振荡交流信号)。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于喷洒灌溉设备的防垢活水装置，其特征在于，包括供电箱(1)、脉冲发生器(2-1)、交流发生器(2-2)以及导磁环(4)，其中，

所述供电箱(1)与所述脉冲发生器(2-1)相连，用于向该脉冲发生器(2-1)提供直流电源；

所述脉冲发生器(2-1)与所述交流发生器(2-2)相连，该脉冲发生器(2-1)用于在所述直流电源的作用下向所述交流发生器(2-2)输出方波电压；该交流发生器(2-2)用于输出交流电信号，所述方波电压用于切换该交流发生器(2-2)的导通状态或关断状态；

所述交流发生器(2-2)通过线圈与所述导磁环(4)相连，所述线圈缠绕在所述导磁环(4)上；并且该线圈与所述交流发生器(2-2)相连形成电流回路，用于传输该交流发生器(2-2)输出的所述交流电信号；

所述导磁环(4)套设在喷洒灌溉设备的输水管道上，用于向该输水管道内引入交变电磁场，从而产生防垢活水的作用。

2.如权利要求1所述用于喷洒灌溉设备的防垢活水装置，其特征在于，所述交流发生器(2-2)输出的所述交流电信号的频率为100KHz～1000KHz。

3.如权利要求1所述用于喷洒灌溉设备的防垢活水装置，其特征在于，所述导磁环(4)为多个，这些导磁环(4)均套设在所述输水管道上；并且，平均每200米长度的所述输水管道对应不少于一个所述导磁环(4)。

4.如权利要求1所述用于喷洒灌溉设备的防垢活水装置，其特征在于，所述用于喷洒灌溉设备的防垢活水装置还包括电动机(3)，该电动机(3)设置在所述输水管道上，用于对该输水管道内输送的水溶液提供压力。

5.如权利要求1所述用于喷洒灌溉设备的防垢活水装置，其特征在于，所述导磁环(4)为铁氧体环，该铁氧体环为四边形环、五边形环、六边形环和圆形环中的任意一种。

6.如权利要求1所述用于喷洒灌溉设备的防垢活水装置，其特征在于，所述供电箱(1)为太阳能发电装置、或风能发电装置。

7.如权利要求1所述用于喷洒灌溉设备的防垢活水装置，其特征在于，记所述导磁环(4)的个数为N，则，

当N＝1时，所述输水管道在该输水管道长度的1/2位置处安装有所述导磁环(4)；

当N＝2时，所述输水管道在该输水管道长度的1/3以及2/3位置处分别安装有所述导磁环(4)；

当N≥3时，所述输水管道在该输水管道长度的1/(N+1)，2/(N+1)，……，以及N/(N+1)位置处分别安装有所述导磁环(4)。