一種簡易灌溉裝置制造方法
【專利摘要】一種簡易灌溉裝置，包括一個安裝在室外的灌溉箱；其特征在于灌溉箱包括下部用于儲存水的儲水箱，和上部充滿空氣的空氣室；灌溉箱的頂部設(shè)置有進(jìn)水口，進(jìn)水口帶有可打開的密封蓋；灌溉箱的底部設(shè)置有出水口，出水口通過輸水管連接到灌溉頭。本發(fā)明利用氣溫變化所產(chǎn)生的氣體熱動力來實現(xiàn)灌溉，不需要輸入外部動力，具有節(jié)能環(huán)保的意義，而且能夠根據(jù)白天和夜晚的陽光和氣溫的變化，自動調(diào)整灌溉狀態(tài)，更好的符合植物生長的需要。本發(fā)明一次加水多日灌溉，適合園林庭院的花卉灌溉，和城市景觀的綠化的灌溉。
【專利說明】一種簡易灌溉裝置
[0001]【技術(shù)領(lǐng)域】本發(fā)明涉及一種用于農(nóng)業(yè)灌溉的灌溉裝置。
[0002]【背景技術(shù)】園林庭院和城市綠化的一些植物需要每天進(jìn)行澆水灌溉，目前一般由人工采用水泵或水車進(jìn)行灑水，所灑的水只有少部分被植物及時吸收，大部分被流失或蒸發(fā)，浪費水資源。而如果采用地表滴灌或根部滴灌等新型灌溉技術(shù)，則需要安裝水泵和布設(shè)電力線路，既增加設(shè)備投資，也浪費能源。
[0003]另外，對于大多數(shù)植物，每天的不同時刻對水分的需求是不同的:白天特別是陽光充足時需要更多的水分來進(jìn)行光合作用，而夜晚或陰天時需要的水分較少，甚至在夜晚保持土壤水分較少還能迫使其根部更好的向土壤深層生長發(fā)育。采用人工來控制灌溉，使灌溉的水分符合植物的需要，既麻煩成本又高。
[0004]
【發(fā)明內(nèi)容】
本發(fā)明目的是公開這樣一種灌溉裝置，它利用氣體熱動力來實現(xiàn)灌溉，且能自動調(diào)整灌溉的水量以符合植物在白天和夜晚的生長需要。
[0005]本發(fā)明包括一個安裝在室外的灌溉箱；灌溉箱包括兩部分，下部為用于儲存水的儲水箱，上部為充滿空氣的空氣室；灌溉箱的頂部設(shè)置有進(jìn)水口，進(jìn)水口帶有可打開的密封蓋；灌溉箱的底部設(shè)置有出水口，出水口通過輸水管連接到灌溉頭；空氣室里面的空氣與空氣室外面的空氣通過空氣室的箱體進(jìn)行熱傳遞，其里面的空氣溫度隨著空氣室外面的環(huán)境溫度變化而變化，產(chǎn)生熱脹冷縮，并因空氣熱脹冷縮而產(chǎn)生空氣熱動力。
[0006]作為改進(jìn)，灌溉箱還設(shè)置有進(jìn)氣管，進(jìn)氣管通過一個單向氣閥連接到進(jìn)氣口。作為另一改進(jìn)，灌溉箱底部的出水口與灌溉頭之間，連接有單向閥。
[0007]空氣室通過熱傳遞使內(nèi)外面的空氣進(jìn)行熱交換，使空氣室里面的空氣溫度，隨外界環(huán)境溫度升高而升高，隨環(huán)境溫度降低而降低。為了更好提高空氣室的空氣溫升，可在空氣室的箱體外壁，設(shè)置有助于吸熱的表層，比如使外壁具有黑色表層，更好的吸收陽光，使空氣室在陽光照射下溫升更大?；蛘邔⒖諝馐业南潴w由透明材料構(gòu)成，并使內(nèi)壁具有黑色表層，使得陽光能夠照射到內(nèi)壁并容易被內(nèi)壁所吸收，起到溫室效應(yīng)，溫升更大。并可在空氣室的箱體內(nèi)壁，連接有豎立設(shè)置的金屬散熱片。散熱片有助于箱體內(nèi)壁與內(nèi)部空氣進(jìn)行熱交換，也有助于使空氣上下傳熱保持空氣室的空氣溫度上下均勻。
[0008]使用時打開密封蓋通過進(jìn)水口往灌溉箱里面加水，使水儲存于儲水箱，出水口通過輸水管連接到灌溉頭?？諝馐移鸬诫p向自動泵的功能:白天氣溫上升時，空氣室的空氣受熱膨脹，將儲水箱的水通過出水口壓向灌溉頭，對植物進(jìn)行灌溉；夜晚氣溫下降時，空氣室空氣受冷收縮形成負(fù)壓，從灌溉頭(或改進(jìn)后的進(jìn)氣口)吸入空氣進(jìn)來補(bǔ)充。一次加水多日工作，直至儲水箱水不足進(jìn)行補(bǔ)充。白天陽光越強(qiáng)烈，則空氣室溫升越高，灌溉給植物的水就越多以滿足植物旺盛的光合作用需要；而碰到陰天或下雨時，即使是白天，但由于氣溫沒有溫升甚至氣溫下降，則空氣室也不會膨脹，不會進(jìn)行灌溉以免造成水的浪費。
[0009]本發(fā)明的灌溉裝置，利用氣溫變化所產(chǎn)生的氣體熱動力來實現(xiàn)灌溉，既不需要輸入外部動力，具有節(jié)能環(huán)保的意義，而且能夠根據(jù)白天和夜晚的陽光和氣溫的變化，自動調(diào)整灌溉狀態(tài)，更好的符合植物生長的需要。本發(fā)明可一次加水多日灌溉，適合園林庭院的花卉灌溉，和城市景觀的綠化的灌溉。[0010]本發(fā)明輸送出的水壓較低，適合于普通地表灌溉、地表滴灌和根部滴灌等，而不適合于噴灑灌溉，也不適合冬天外面氣溫低至?xí)鶅鰰r使用。
[0011]【專利附圖】

【附圖說明】圖1是本發(fā)明的工作原理示意圖。圖2是改進(jìn)后的原理示意圖。
[0012]【具體實施方式】下面根據(jù)附圖，對本發(fā)明的實施例進(jìn)行說明。
[0013]圖1中，本發(fā)明的灌溉箱I可以是圓柱形或方型或其他形狀，采用塑料等不透氣材料制造，且箱體是非彈性的，即在光照和壓力下都保持固定形狀。灌溉箱I安裝在室外需要灌溉的植物的附近，并能被太陽光所直接曬射到。灌溉箱I的內(nèi)部空間分為兩部分，下部為用于儲存水的儲水箱2，儲水箱2的上部為充滿空氣的空氣室3。空氣室3所在的箱體的內(nèi)壁和外壁，能夠直接通過熱傳導(dǎo)和熱輻射，與箱體內(nèi)部和外面的空氣進(jìn)行熱交換，使空氣室3里面的空氣溫度，隨著外界的環(huán) 境溫度升高而升高，隨著外界的環(huán)境溫度降低而降低。
[0014]灌溉箱I的頂部設(shè)置有進(jìn)水口 4，進(jìn)水口 4帶有可打開的密封蓋5。灌溉箱的底部設(shè)置有出水口 6 ;出水口 6通過輸水管7連接到灌溉頭8。灌溉頭8用于對植物慢慢給水灌溉，可以是普通地表灌溉，或者地表滴灌，或根部滴灌等。灌溉頭可以是一個，或是多個組成灌溉網(wǎng)。這些是現(xiàn)有技術(shù)。
[0015]灌溉箱I的高度和大小，根據(jù)所需灌溉的水量，和灌溉所在地的氣溫變化幅度而定。下面給出一組設(shè)計數(shù)據(jù)，并以此來說明本發(fā)明的工作原理。
[0016]設(shè)定灌溉箱I為圓柱體，內(nèi)直徑為500mm，即0.5米，內(nèi)部高度為500mm，即0.5米，計算出灌溉箱的內(nèi)部空間容積大約為100升。安裝使用時，先打開密封蓋5，通過進(jìn)水口 4往灌溉箱內(nèi)部加入一定量的水，比如20升水。則灌溉箱底部20升水柱所在部分即為灌溉箱的儲水箱2，(20升水柱大約有100_即0.1米高度)，儲水箱2上面，充滿空氣的80升空間即是灌溉箱的空氣室3。之后蓋好進(jìn)水口 4的密封蓋5，由于灌溉箱為密封箱體，所以儲水箱的水只有極少量由于重力而從出水口 6流出，空氣室3因此形成負(fù)壓，該負(fù)壓跟水柱重力的水壓形成平衡，使水無法繼續(xù)流出，(0.1米高度水柱所產(chǎn)生的水壓，只相當(dāng)于大約10米水柱高度的標(biāo)準(zhǔn)大氣壓強(qiáng)的1%，所以只有極少量的水流出)。之后如果沒有溫度和外力的變化，則灌溉箱會保持這種平衡狀態(tài)。
[0017]但由于灌溉箱安裝在室外，室外的氣溫除了陰天和雨天，每天在不同時間段存在變化過程。一般在凌晨5點左右環(huán)境氣溫最低，比如是15度，這時空氣室經(jīng)過長時間的散熱里面的空氣溫度基本等于外面的環(huán)境氣溫，即絕對溫度值Tl = 273+15 = 288K(開爾文);而下午3點左右環(huán)境氣溫最高，比如是25度，由于空氣室外面被陽光所直接曬射，而里面又是密封的，所以這時空氣室里面的空氣溫度要比外面環(huán)境氣溫高很多，大約在35至40度以上，按35度計算，即絕對溫度值Τ2 = 273+35 = 308Κ ;也即空氣室的空氣溫度存在從288Κ到308Κ的20Κ的溫度變化。根據(jù)氣體熱力學(xué)的理論，空氣室里面密閉空氣的溫度Τ、壓強(qiáng)P和體積V有以下關(guān)系:P1V1/T1 = P2V2/T2，其中P1、Vl為Tl = 288K時的壓強(qiáng)和體積，Pl接近于大氣壓強(qiáng)，Vl約等于初始體積80升，P2、V2為T2 = 308K時的壓強(qiáng)和體積。由于儲水箱的水能夠通過出水口向外流動，所以Pl和P2的變化很小，可認(rèn)為Pl近似等于P2，于是上述公式可近似有V2 = V1T2/T1 = 80X308/288 ≈ 86升。也即空氣室的氣溫從凌晨最低15度上升到下午最高35度時，其密閉空氣的體積會從80升受熱膨脹至約等于86升。膨脹的空氣會壓迫儲水部的水，迫使水慢慢從出水口 6流出，通過輸水管7流向灌溉頭8，對植物進(jìn)行灌溉。流出的水量也即灌溉量理論值為86-80 = 6升。實際使用中由于空氣不是理想氣體，灌溉量會有所差別。
[0018]而當(dāng)下午過后，環(huán)境氣溫開始下降，灌溉箱反過來向外面空氣散熱，空氣室里面的空氣溫度也會從最高的35度，重新慢慢下降至凌晨的15度，并由于溫度下降而收縮形成負(fù)壓，反過來通過灌溉頭8和出水口 6吸入空氣進(jìn)行補(bǔ)充，直至重新形成平衡狀態(tài)。之后在第2天隨著氣溫升高又開始另一次灌溉。只要儲水箱里面的水及時得到補(bǔ)充，該裝置便可一直工作。
[0019]所以，本發(fā)明的灌溉箱起到一個雙向自動泵的功能:白天氣溫上升時，空氣室的空氣受熱膨脹，將儲水箱的水通過出水口和輸水管壓向灌溉頭，實現(xiàn)灌溉作用；夜晚氣溫下降時，空氣室空氣受冷收縮形成負(fù)壓，通過進(jìn)水口和灌溉頭吸入氣體進(jìn)來補(bǔ)充；白天陽光越強(qiáng)烈，則空氣室的溫升越高，灌溉給植物的水就越多；而碰到陰天或下雨時，即使是白天，但由于氣溫沒有溫升甚至氣溫下降，則空氣室也不會膨脹，不會進(jìn)行灌溉以免造成水的浪費。
[0020]空氣室空氣的體積變化M = Vl Λ T/T1，主要取決于空氣的溫度差，而與氣溫的關(guān)系較小，只要氣溫不會低至使水冰凍，系統(tǒng)都可工作。而灌溉量也可以通過改變空氣室的容積和儲水箱的儲水量來調(diào)整。而使灌溉箱的口徑較大而高度較小，更能夠忽略水柱壓強(qiáng)的影響，使工作更接近于理想狀態(tài)。
[0021 ] 按照上述實施例，灌溉箱在晚上吸入空氣時需要通過出水口和灌溉頭，如果灌溉頭是采用根部滴灌，顯然這種方式吸氣不順暢。所以，作為一種改進(jìn)，如圖2，灌溉箱I還設(shè)置有進(jìn)氣管10，進(jìn)氣管10可以設(shè)置在灌溉箱底部與儲水箱相連通，進(jìn)氣管10另一端通過一個單向氣閥11連接到進(jìn)氣口 12。單向氣閥11的作用是當(dāng)白天灌溉箱往外壓出水時，單向氣閥11關(guān)閉，只有晚上灌溉箱負(fù)壓需要吸入空氣時，單向氣閥11才打開通過進(jìn)氣口 12吸入空氣，給灌溉箱構(gòu)成另一順暢的吸氣通道。在某種情況下，比如灌溉頭8的安裝高度在儲水箱2的水面之上，即儲水箱的水不會因為重力 而直接流向灌溉頭，則進(jìn)氣管10也可設(shè)置在灌溉箱頂部與空氣室直接連通，或者可將進(jìn)氣管10、單向氣閥11、進(jìn)氣口 12與進(jìn)水口4和密封蓋5設(shè)計為一體化結(jié)構(gòu)。在圖2中，灌溉箱的出水口 6與灌溉頭8之間，連接有單向閥9。在晚上灌溉箱負(fù)壓吸入空氣時，單向閥9關(guān)閉，不讓灌溉頭吸入空氣以保護(hù)灌溉頭，只有白天灌溉箱產(chǎn)生灌溉工作時，單向閥9才打開，將水通過輸水管7送到灌溉頭8進(jìn)行灌溉。
[0022]由于氣溫的變化是非常緩慢的，空氣室箱體內(nèi)外壁跟空氣通過熱傳導(dǎo)和熱輻射，基本能滿足熱交換的需要，即使有點滯后也不影響工作。如果想更好提高空氣室的溫升，可在空氣室的箱體外壁，設(shè)置有助于吸收熱輻射的表層。比如使外壁具有黑色表層，更好的吸收陽光，使陽光照射下空氣室溫升更大?；蛘邔⒖諝馐业南潴w由透明材料構(gòu)成，并使內(nèi)壁具有黑色表層，使得陽光能夠照射到內(nèi)壁并容易被內(nèi)壁所吸收，起到溫室效應(yīng)，溫升更大。也可在空氣室的箱體內(nèi)壁，連接有豎立設(shè)置的金屬散熱片。散熱片有助于箱體內(nèi)壁與空氣進(jìn)行熱交換，也有助于使空氣上下傳熱保持空氣室里面的空氣溫度均勻。
[0023]經(jīng)過改進(jìn)，能夠在同樣環(huán)境條件下使空氣室空氣的溫差達(dá)到30度以上，使上述設(shè)計數(shù)據(jù)的灌溉箱每天送出的灌溉量在10升左右，提高工作效率。
[0024]按照工作原理，灌溉箱為箱體內(nèi)部與外面不透氣的密封箱體，但為了加工和安裝方便，也可將灌溉箱設(shè)計為可拆卸的結(jié)構(gòu)，只要安裝后保證其密封性。
【權(quán)利要求】
1.一種簡易灌溉裝置，包括一個安裝在室外的灌溉箱；其特征在于:灌溉箱包括兩部分，下部為用于儲存水的儲水箱，上部為充滿空氣的空氣室，儲水箱與空氣室相聯(lián)通；灌溉箱的頂部設(shè)置有進(jìn)水口，進(jìn)水口帶有可打開的密封蓋；灌溉箱的底部設(shè)置有出水口，出水口通過輸水管連接到灌溉頭；空氣室里面的空氣與空氣室外面的空氣通過空氣室的箱體進(jìn)行熱傳遞，其里面的空氣溫度隨著空氣室外面的環(huán)境溫度變化而變化，產(chǎn)生熱脹冷縮，并因空氣熱脹冷縮而產(chǎn)生空氣熱動力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種簡易灌溉裝置，其特征在于:灌溉箱還設(shè)置有進(jìn)氣管，進(jìn)氣管通過一個單向氣閥連接到進(jìn)氣口。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種簡易灌溉裝置，其特征在于:灌溉箱底部的出水口與灌溉頭之間，連接有單向閥。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3所述的一種簡易灌溉裝置，其特征在于:所述空氣室的箱體外壁，設(shè)置有有助于吸收太陽光熱福射的表層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4所述的一種簡易灌溉裝置，其特征在于:所述空氣室的箱體由透明材料構(gòu)成，內(nèi)壁設(shè)置有黑色表層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5所述的一種簡易灌溉裝置，其特征在于:所述空氣室的箱體內(nèi)壁，連接有豎立設(shè)置的金屬散熱片。
【文檔編號】A01G25/02GK103444494SQ201310189727
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年5月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月4日
【發(fā)明者】徐志強(qiáng), 王丹琳 申請人:徐志強(qiáng)