專利名稱：一種利用空氣熱動力實現自動灌溉的方法
技術領域：
本發明涉及ー種用于農業灌溉的灌溉方法。
背景技術：
現有的人工灌溉技木，不管是將水從水源直接泵送到灌溉管網進行灌溉，或是將水從水源泵至高處的儲水箱，再從儲水箱通過重力輸送向灌溉管網，都離不開動力(電カ或發動機等)，這既增加設備投資，也浪費能源。另外，對于大多數植物，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，甚至在夜晚保持土壌水分較少還能迫使其根部更好的向土壤深層生長發育。采用人エ來控制灌溉，使灌溉的水分符合植物的需要，既麻煩成本又高。發明內容本發明目的是公開這樣ー種灌溉方法，它利用氣體熱動カ來實現灌溉，且能自動調整灌溉的水量以符合植物在白天和夜晚的生長需要。 本發明的方法是在室外設置一個密封的空氣室，通過熱傳遞空氣室內的空氣溫度能夠隨室外環境氣溫而變化；設置一個儲水的儲水箱，儲水箱頂部與空氣室相連通，儲水箱的底部連接有導水管；當環境氣溫上升時，空氣室里面空氣受熱膨脹，迫使儲水箱里面的水由導水管流向送水管和灌溉頭進行灌溉；當環境氣溫下降時，空氣室里面空氣冷卻收縮形成負壓，迫使儲水箱通過導水管和進水管從水源進行吸水。為了確保水的單向流動，在導水管與送水管之間連接有一單向閥，使水只能從導水管向送水管流出；在導水管與進水管之間連接有另ー單向閥，使水只能從進水管向導水管流迸。當然，單向閥也可以改為電磁閥進行控制。空氣室通過箱體內外壁的熱傳導和熱福射，來實現內面空氣與外面環境的熱傳遞，使里面的空氣溫度隨外面的環境溫度升高而升高，隨環境溫度降低而降低。而為了提高空氣室的空氣溫升，可在空氣室的箱體外壁，設置有助于吸熱的表層，比如使外壁具有黒色表層，更好的吸收陽光使空氣室在陽光照射下溫升更大。或者將空氣室箱體由透明材料構成，并使內壁具有黒色表層，使陽光能夠照射到內壁并容易被內壁吸收，起到溫室效應，溫升更大。并可在空氣室箱體內壁，連接有豎立設置的金屬散熱片。散熱片有助于箱體內壁與內部空氣進行熱交換，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。使用時，進水管連接到水源，送水管連接到灌溉頭。空氣室與儲水箱構成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，將儲水箱的水通過導水管和送水管壓向灌溉頭，對植物進行灌溉；夜晚氣溫下降時，空氣室空氣受冷收縮形成負壓，通過導水管和進水管從水源吸水進來補充。白天陽光越強烈，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；而碰到陰天或下雨吋，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，不會進行灌溉以免造成水的浪費。本發明的方法利用氣溫變化所產生的氣體熱動カ來實現吸水和灌溉，既不需要輸入外部動力，具有節能環保的意義，而且能夠根據白天和夜晚的陽光和氣溫的變化，自動調整灌溉狀態，更好的符合植物生長的需要。將雨水收集作為水源，則可構成一個免動力的雨水灌溉系統，具有極其顯著的節能環保意義。本發明適合農業灌溉，更適合園林花園的綠化和花卉灌溉。
本發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會冰凍時使用。
圖I是本發明工作原理圖。圖2是空氣室和密封箱的結構示意圖。
具體實施方式
下面根據附圖，對本發明的實施例進行說明。圖I中，空氣室I、儲水箱2可以是圓柱形或其他形狀，采用不透氣材料如塑料制造，箱體是非彈性的，在光照和壓カ下都保持固定形狀。儲水箱2頂部通過導氣管3與空氣室I相連通。使用時空氣室安裝在室外需要灌溉的植物的附近，井能被太陽光所直射到。空氣室的內壁和外壁，能夠慢慢地通過熱傳導和熱輻射，與內面和外面的空氣進行熱交換，使空氣室里面的空氣溫度，隨著空氣室外界的環境溫度升高而升高，隨著外界的環境溫度降低而降低。儲水箱2底部設置有導水管4 ;導水管4通過ー單向閥5連接到進水口 6，通水管4同時通過另ー單向閥7連接到出水ロ 8。單向閥5使水只能從進水口流進，單向閥7使水 只能向出水口流出。單向閥為現有技術。進水口 6通過進水管9連接到水源10，出水ロ 7通過送水管11連接到灌溉頭12。水源可以是天然水源，或雨水收集池，或人工水源。灌溉頭12用于對植物慢慢給水灌溉，可以是ー個小孔，或者地表滴灌，或根部滴灌等。灌溉頭可以是ー個，或是多個組成灌溉網。這些是現有技木。空氣室和儲水箱的大小，根據所需灌溉的水量，和灌溉所在地的氣溫變化幅度而定。這里給出ー組設計數據，并以此來說明本發明的工作原理。設定空氣室I內部容積為100升。設定儲水箱2為圓柱體，內直徑為500mm，即O. 5米，內部高度為150mm，即O. 15米，即儲水箱的內部容積約為30升。安裝使用時，先往儲水箱內部預置注入一定量的水，比如20升水。(可以在未連接導氣管3和導水管4前，通過導氣管或通過導水管注入水后，再連接好導氣管和導水管)。20升水在儲水箱大約占有IOOmmm即O. I米水柱的高度。由于儲水箱和空氣室都是密封體，所以儲水箱的水只有極少量由于重力而從出水ロ 8流出，之后空氣室因此形成負壓，該負壓跟水柱的水壓形成平衡，使水無法繼續流出，(O. I米高度水柱所產生的水壓，只相當于大約10米水柱高度的標準大氣壓強的I %，所以大約只有I %的極少量的水流出)。之后如果沒有其他外力的作用，則儲水箱會保持這種平衡狀態。但由于空氣室I安裝在室外，室外的氣溫除了陰天和雨天，每天在不同時間存在變化過程。一般在凌晨5點左右環境氣溫最低，比如是15度，這時經過長時間散熱空氣室里面的空氣溫度基本等于外面的環境氣溫15度，即絕對溫度值Tl = 273+15 = 288K (開爾文)；而下午3點左右環境氣溫最高，比如是25度，由于空氣室外面被陽光所直接曬射，而里面空氣室又是密封的，所以這時空氣室的空氣溫度要比外面環境氣溫高很多，大約在35至40度以上，按35度計算，即絕對溫度值T2 = 273+35 = 308K ;也即空氣室的空氣溫度存在從288K到308K的20K的溫度變化。根據氣體熱力學的理論，空氣室里面密閉空氣的溫度T、壓強P和體積V有以下關系P1V1/T1 = P2V2/T2，其中P1、V1為Tl = 288K時的壓強和體積，Pl接近于大氣壓強，Vl約等于初始體積80升，P2、V2為T2 = 308K時的壓強和體積。由于儲水箱的水能夠通過進水口或出水ロ流動，所以Pl和P2的變化很小，可認為Pl近似等于P2，于是可近似有V2 = V1T2/T1 = 100X308/288 ^ 107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100升受熱膨脹至約等于107升。膨脹的空氣會通過導氣管流向儲水箱，壓迫儲水箱的水，迫使水慢慢從導水管4、單向閥7、出水ロ 8通過送水管11流向灌溉頭12，對植物進行灌溉。流出的水量也即灌溉量理論值為107-100 = 7升。實際使用中由于空氣不是理想氣體，灌溉量會有所差別。而當下午過后，環境氣溫開始下降，空氣室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壓，通過導氣管將儲水箱里面的空氣重新吸回來，由于單向閥7反向關閉而單向閥5打開，所以儲水箱的負壓將通過導水管4、單向閥5、進水口 6通過進水管9從水源10將水吸到儲水箱里面，補充白天灌溉所流出的水。如果溫度重新回到15度，那么吸進的水量剛好等于白天流出的水量。所以，本發明的空氣室和儲水箱結合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，將儲水箱的水通過送水管壓向灌溉頭，實現灌溉作用；夜晚氣 溫下降吋，空氣室空氣受冷收縮形成負壓，使儲水箱通過進水管從水源吸水進來補充；白天陽光越強烈，則空氣室的溫升越高，灌溉給植物的水就越多；而碰到陰天或下雨吋，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，不會進行灌溉以免造成水的浪費。空氣室空氣的體積變化M = Vl Λ T/T1，主要取決空氣室容積和空氣的溫差，與絕對氣溫關系較小，只要氣溫不會低至使水冰凍，系統都可工作。灌溉量可以通過改變空氣室容積和儲水箱儲水量來調整。而使儲水箱的口徑較大而高度較小，更能忽略自身水柱壓強的影響，使工作更接近于理想狀態。由于氣溫的變化是非常緩慢的，空氣室箱體內外壁跟空氣通過熱傳導和熱輻射，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，設置有助于吸收熱輻射的表層。比如使外壁具有黒色表層，更好的吸收陽光，使陽光照射下空氣室溫升更大。或者將空氣室的箱體由透明材料構成，并使內壁具有黒色表層，使得陽光能夠照射到內壁并容易被內壁所吸收，起到溫室效應，溫升更大。也可在空氣室的箱體內壁，連接有豎立設置的金屬散熱片13，如圖2。散熱片有助于箱體內壁與空氣進行熱交換，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。經過改進，能夠在同樣環境條件下使空氣室空氣的溫差達到30度以上，使上述設計數據的密封箱每天送出的灌溉量在10升左右，提高了效率。而為了減少儲水箱里面的水的水溫隨氣溫而變化，可將儲水箱2的箱體外部，采用遮光層14進行遮光和隔熱處理，如圖2。儲水箱的安裝高度，最好是使里面的儲水的高度略高于灌溉頭的高度。按照本發明的工作原理，空氣室和儲水箱為不透氣的密封體，但為了加工和安裝的方便，也可設計為可拆卸的結構，只要安裝后保證其密封性。另外，可在儲水箱2頂部設置有通氣管15，通氣管15帶有可拆卸的密封帽16。在儲水箱安裝使用需要預置注入一定量的水時，可打開密封帽16，通過通氣管15向外抽氣，使儲水箱形成負壓通過進水口吸入所需要的預置的水。然后再蓋好密封帽16，使儲水箱保持密封。該方式能夠方便于系統的安裝和啟動使用。
權利要求
1.一種利用空氣熱動力實現自動灌溉的方法，其特征在于在室外設置一個密封的空氣室，通過熱傳遞空氣室內的空氣溫度能夠隨室外環境氣溫而變化；設置一個儲水的儲水箱，儲水箱頂部與空氣室相連通，儲水箱的底部連接有導水管；當環境氣溫上升時，空氣室里面空氣受熱膨脹，迫使儲水箱里面的水通過導水管流向灌溉頭進行灌溉；當環境氣溫下降時，空氣室里面空氣冷卻收縮形成負壓，迫使儲水箱通過導水管從水源進行吸水。
2.根據權利要求I所述的一種利用空氣熱動力實現自動灌溉的方法，其特征在于在導水管與灌溉頭之間設置有一單向閥，使水只能從導水管流向灌溉頭；在導水管與水源之間設置有另一單向閥，使水只能從水源流向導水管。
3.根據權利要求I所述的一種利用空氣熱動力實現自動灌溉的方法，其特征在于所述空氣室的外壁，設置有有助于吸收太陽光熱輻射的表層。
4.根據權利要求I所述的一種利用空氣熱動力實現自動灌溉的方法，其特征在于所述空氣室的箱體由透明材料構成，內壁設置有黑色表層。
5.根據權利要求I或權利要求3或權利要求4所述的一種利用空氣熱動力實現自動灌溉的方法，其特征在于所述空氣室的箱體內壁，連接有豎立設置的金屬散熱片。
6.根據權利要求I或權利要求3或權利要求4或權利要求5所述的一種利用空氣熱動力實現自動灌溉的方法，其特征在于所述空氣室設置有通氣管，通氣管帶有可拆卸的密封帽。
全文摘要
一種利用空氣熱動力實現自動灌溉的方法，通過使一個密封空氣室內的空氣溫度隨環境氣溫變化，并與儲水的儲水箱相連通；當白天氣溫上升時，空氣室空氣受熱膨脹，迫使儲水箱的水流向灌溉頭進行灌溉；當晚上氣溫下降時，空氣室空氣冷卻收縮形成負壓，迫使儲水箱從外部水源進行吸水。本發明既不需要輸入外部動力，具有節能環保的意義，而且能夠根據白天和夜晚的陽光和氣溫的變化，自動調整灌溉狀態，更好的符合植物生長的需要。
文檔編號A01G27/02GK102812887SQ201210186419
公開日2012年12月12日 申請日期2012年6月4日 優先權日2012年6月4日
發明者徐志強 申請人:徐志強