一种可控温型拼接育苗基质槽的制作方法

文档序号:11182626阅读:714来源:国知局
一种可控温型拼接育苗基质槽的制造方法与工艺

本发明属于设施种植技术领域,特别涉及一种可控温型拼接育苗基质槽,可常用于设施大棚内槽式种植。



背景技术:

目前我国植物的无土栽培方法主要有基质栽培和营养液栽培。营养液栽培具有设施组成相对复杂、建造成本较高、栽培过程中故障率较高和植物根际环境不够稳定等问题,因此推广面积和普及范围较小。基质栽培可细分为基质袋培、基质槽培、立体盆钵式基质培、立体吊袋式基质培以及立体沟槽式基质培等,其中基质槽培具有结构相对简单、建造容易、成本低廉、设施牢固耐用、根际环境比较稳定等优点,因而成为我国无土栽培生产中首选的栽培模式。但现有的基质槽主要由砖、水泥、混凝土等材料制成,成本较高,且槽体笨重,不方便基质槽的移动。

相变蓄热材料(phasechangematerial,pmc)是利用材料在物相变化过程中吸收或释放大量的热量,而自身温度范围变化较小的特性,进行能量的储存或释放。它具有相变潜热高,储能密度大,相变过程温度变化小,相变过程简单易控等优点,在航空航天、建筑工程、农业生产等领域有着广阔的发展空间和应用前景。其中,低温低温相变材料其相变温度范围为0~100℃,为农业温室大棚有效储能开辟了新的途径,受到国内外很多研究者的关注。

近年来,有关低温相变蓄热材料的研究取得一定的成效,但在新型农用相变蓄热材料的研制方面,目前还没有一种相变潜热高、保温性能好,且价格低廉的相变蓄热材料,因此很有必要开发出一种适合温室大棚需求的低温相变蓄热材料。



技术实现要素:

为了解决上述问题,本发明提供了一种可控温型拼接育苗基质槽,其槽体由塑料制成,成本较低,且槽体轻便;基质槽侧板上嵌入2条ptc加热元件,且侧板的中空结构内还填充有相变溶液,通过相变溶液将环境温度关联起来,增加局部空间的热惯性,保持空间温度场的平缓,达到不影响作物正常生长的同时,降低温控能耗。

本发明具体为一种可控温型拼接育苗基质槽,所述育苗基质槽为长方体,由多个长方体拼接组件连续拼接而成,单个长方体拼接组件长80cm、宽60cm、高25cm;

所述育苗基质槽包括底盘、隔水板和侧板,所述底盘、隔水板和侧板均为塑料材质;所述底盘上还设有一个用于排水的孔及堵塞该孔的塞子,通过打开塞子将所述底盘上的水进行排放;所述隔水板上设有多个排水孔,通过多个排水孔将基质槽内多余的水分排出以保证作物生长环境水分适宜;所述侧板厚2.5cm,侧板上嵌入2条ptc加热元件,所述ptc加热元件两端设有连接电极,所述侧板为中空结构;

所述ptc加热元件为恒温加热,通过调节热敏电阻的居里温度和外加电压使得ptc加热元件的加热温度为30摄氏度;

所述侧板的中空结构内还填充有相变溶液,利用ptc加热元件加热相变溶液;通过调整相变溶液配方,设置相变温度为27摄氏度,过冷温度为10摄氏度,当温度高于27摄氏度时,相变材料融化快速吸收ptc加热元件发热量,当温度低于10摄氏度时相变溶液凝固,开启ptc加热元件进行加热,当温度在27-10摄氏度之间降温时相变溶液不断释放热量,维持空间温度缓慢降低。

进一步的,所述相变溶液的主体相变蓄热材料为十二水磷酸氢二钠,辅助相变蓄热材料为水和尿素,增稠剂为硅酸钠,成核剂为石墨,熔点控制剂为氯化钾,其中,十二水磷酸氢二钠的质量为20g,硅酸钠的质量为0.7g,石墨的质量为0.7g,水为6ml,尿素的质量为10g,氯化钾的质量为1.6g,此时,相变温度为27摄氏度,过冷温度为10摄氏度,利用相变溶液在物相变化中吸收或者释放大量的热量,自身温度变化较小的特性,维持育苗基质槽槽体及槽体周边温度维持在一个稳定的温度区间,不影响作物正常生长。

进一步的,所述ptc加热元件为ptc陶瓷红外辐射加热器,其利用ptc元件或导热板表面迅速发出的热量激发接触其表面的远红外涂料使之辐射出红外线。

进一步的,所述ptc加热元件还连接有pid温控仪,所述pid温控仪包括温度传感器、控制电路和超限报警装置,当温度传感器检测到的环境温度高于设定值时控制电路启动,如温度还在升,当升到设定的超限报警温度点时,启动超限报警装置,当被控制的温度不能得到有效的控制时,通过跳闸的功能停止设备继续运行以防止育苗基质槽的毁坏。

本发明利用相变溶液在物相变化中吸收或者释放大量的热量,自身温度变化较小的特性,维持育苗基质槽槽体及槽体周边温度维持在一个稳定的温度区间,不影响作物正常生长,且温控能耗低。

附图说明

图1为本发明可控温型拼接育苗基质槽的示意图;

图2为本发明单个长方体拼接组件的剖面图;

图3为不同质量硅酸钠+石墨的步冷曲线;

图4为不同比例硅酸钠+石墨的步冷曲线;

图5为不同含量纯水的步冷曲线;

图6为不同含量尿素的步冷曲线;

图7为不同含量kcl对na2hpo4·12h2o熔点的影响。

具体实施方式

下面结合附图对本发明可控温型拼接育苗基质槽的具体实施方式做详细阐述。

如图1所示,本发明一种可控温型拼接育苗基质槽为长方体,由多个长方体拼接组件连续拼接而成,单个长方体拼接组件1长80cm、宽60cm、高25cm。

如图2所示,所述育苗基质槽包括底盘3、隔水板4和侧板2,所述底盘3、隔水板4和侧板2均为塑料材质;所述底盘3上还设有一个用于排水的孔及堵塞该孔的塞子5,通过打开塞子5将所述底盘3上的水进行排放;所述隔水板4上设有多个排水孔,通过多个排水孔将基质槽内多余的水分排出以保证作物生长环境水分适宜;所述侧板2厚2.5cm,侧板2上嵌入2条ptc加热元件,所述ptc加热元件两端设有连接电极,所述侧板2为中空结构。

所述ptc加热元件为恒温加热,通过调节热敏电阻的居里温度和外加电压使得ptc加热元件的加热温度为30摄氏度。

所述侧板2的中空结构内还填充有相变溶液,利用ptc加热元件加热相变溶液;通过调整相变溶液配方,设置相变温度为27摄氏度,过冷温度为10摄氏度,当温度高于27摄氏度时,相变材料融化快速吸收ptc加热元件发热量,当温度低于10摄氏度时相变溶液凝固,开启ptc加热元件进行加热,当温度在27-10摄氏度之间降温时相变溶液不断释放热量,维持空间温度缓慢降低。

本发明选取十二水磷酸氢二钠为主要相变材料,研究了不同质量和不同比例的添加剂对相变蓄热体系的影响,得到优化的低温蓄热体系。

实验所采用的试剂均为分析纯,十二水磷酸氢二钠为主要相变蓄热材料,水和尿素作为辅助相变蓄热材料,硅酸钠作为增稠剂,石墨作为成核剂,氯化钾作为熔点控制剂。

低温恒温槽(sdc-6型),温度范围-5~100℃,控制精度±0.1℃,工作槽容积250×200×150mm3,循环泵流量6l/min,南京舜玛仪器设备有限公司;多路温度测试仪(td-8u型),精度0.1级,分辨率0.1℃,热电偶k型传器感量程-50~1200℃,常州市腾德电子科技有限公司;cf-c型标准恒温水浴,无锡市华南实验仪器有限公司制造,控制精度为±0.1℃,美国ta仪器公司制造的;jj1000型电子天平,量程0~1000g,精度为±0.01g,常熟市双杰测试仪器厂。

称取3份20gna2hpo4·12h2o分别放入试管中作为相变基质材料,并分别加入一定量的水、尿素、氯化钾、增稠剂和成核剂,混合均匀。将td-8u温度测试仪k型传感器插入试样中心位置,用硅胶塞密封试管口,放入70℃恒温水浴锅中加热至试管中晶体全部熔解,观察样品熔解过程,并用多路温度测试仪记录温度变化过程曲线。

从恒温水浴锅中取出熔解完全的样品,在常温空气中放置5min,以防热试管骤冷爆炸。然后,将其放入5℃水浴锅中进行冷却实验,观察样品冷却过程,并用多路温度测试仪记录温度变化过程曲线。

20gna2hpo4·12h2o中加入硅酸钠和石墨的总质量分别0.8g、1.0g、1.2g和1.4g,硅酸钠和石墨比例保持1:1恒定,得出步冷曲线如图3所示。添加总质量为0.8g、1.0g、1.2g和1.4g时,na2hpo4·12h2o复合体系的结晶温度分别为33.5℃、33.5℃,32.5℃、33.0℃,低于单一na2hpo4·12h2o结晶温度35.0℃,因此添加适量的硅酸钠和石墨可以降低na2hpo4·12h2o的结晶温度,但过冷度的变化却与结晶度变化有所不同。当加入总质量为0.8g和1.4g时,na2hpo4·12h2o复合体系的的过冷度基本消除,结晶时间均为26min,当加入1.0g和1.2g混合添加剂时,na2hpo4·12h2o复合体系的的过冷度分别为0.9℃和0.5℃,结晶时间分别为20min和22min。过冷度随着添加量的增加先增大后减小,结晶时间随着添加量的增加先减小后增大,这可能是由于硅酸钠的增稠作用和石墨的导热性能相互作用所致。适量加入硅酸钠和石墨混合添加剂能够很好地消除na2hpo4·12h2o的过冷度,当混合添加剂加入量达到1.2g时,虽然结晶温度较低,但存在过冷度较大,且结晶时间较短,储存能量偏少;当混合添加剂加入量达到1.4g时,其结晶温度较接近作物生长温度,过冷度基本消除,结晶时间较长,可储存较多的能量。综上所述,na2hpo4·12h2o复合体系硅酸钠和石墨混合剂最佳添加量为1.4g。

称取20gna2hpo4·12h2o,分别添加0.9g硅酸钠+0.5g石墨、0.7g硅酸钠+0.7g石墨及0.5g硅酸钠+0.9g石墨,进行熔融冷却实验,得出3个复合体系的步冷曲线如图4所示。不同配比的结晶温度分别为34.0℃、33.0℃、34.5℃,三种配比均低于na2hpo4·12h2o原结晶温度35.0℃,其中20gna2hpo4·12h2o+0.7g硅酸钠+0.7g石墨复合材料的结晶温度33.0℃比原结晶温度低2.0℃,说明不同比例的硅酸钠和石墨均具有降低na2hpo4·12h2o结晶温度的作用,且过冷度基本消除。综上所述,加入0.7g硅酸钠+0.7g石墨的na2hpo4·12h2o复合体系结晶温度最低,过冷度几乎消除。加入三种不同比例添加剂的na2hpo4·12h2o体系的结晶时间分别为26min、26min、28min,随着添加比例的变化,结晶时间没有显著变化。因此,加入0.7g硅酸钠和0.7g石墨,即na2hpo4·12h2o加入硅酸钠和石墨质量比为1:1,na2hpo4·12h2o复合体系各项指标效果最理想,成核增稠效果最佳,可有效的消除na2hpo4·12h2o的过冷和相分离现象。并能够降低na2hpo4·12h2o的结晶温度和增大其导热系数,提高na2hpo4·12h2o的蓄热效果。

20gna2hpo4·12h2o复合蓄热体系分别添加4ml、6ml、8ml、10ml的纯水,进行熔解-冷却实验,如图5所示。随着水添加量的增加,na2hpo4·12h2o复合体系的结晶温度分别为28.0℃、25.5℃、26.0℃、26.1℃,结晶时间分别为16min、24min、12min、20min。na2hpo4·12h2o复合体系以水作为辅助蓄热剂,其最佳添加量6ml,结晶温度适宜,结晶时间最长,储热较多。综上所述,纯水本身作为一种相变材料,加入到na2hpo4·12h2o复合蓄热体系中,可显著改善结晶温度,更加适合作物的生长需要。

20gna2hpo4·12h2o复合蓄热体系分别添4g、6g、8g、10g的尿素,进行熔解-冷却实验,如图6所示。尿素添加量为4g、6g、8g、10g时,na2hpo4·12h2o复合体系的结晶温度分别为27.0℃、20.0℃、12.0℃、18.0℃,结晶时间分别为14min、8min、2min、16min。na2hpo4·12h2o复合体系以尿素作为蓄热助剂,其最佳添加量10g,其次为4g。

称取20gna2hpo4·12h2o中分别加入0.4g、0.8g、1.2g、1.6g、2.0gkcl进行熔解-冷却实验,测出na2hpo4·12h2o结晶温度和过冷度如图7所示。随着kcl添加量的增加,na2hpo4·12h2o与氯化钾复合体系的结晶温度由原来的na2hpo4·12h2o的35.0℃下降为34.0℃、31.5℃、30.0℃、27.0℃和25.0℃,过冷度由原来的3.0℃增加为8.0℃、8.5℃、9.0℃、10.0℃、12.0℃。说明随kcl添加量增加,复合体系的结晶温度呈下降趋势。综合结晶温度和过冷度考虑,kcl添加量为1.6g时较为理想。

硅酸钠和石墨的复合材料是消除na2hpo4·12h2o的过冷现象和相分离的优质添加剂。na2hpo4·12h2o中加入硅酸钠和石墨的质量比为1:1的复合材料结晶温度有所降低,过冷度也显著减弱,结晶时间延长至26min,增加了相变体系的蓄热能量。水和尿素作为辅助蓄热剂效果明显,最佳添加量分别为6ml和10g。kcl加入到na2hpo4·12h2o中可有效降低的相变温度,也增大了其过冷度。氯化钾加入量为1.6g,即质量比8%,此蓄热基质的相变温度为27.0℃,过冷度10.0℃。

最后应该说明的是,结合上述实施例仅说明本发明的技术方案而非对其限制。所属领域的普通技术人员应当理解到,本领域技术人员可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,但这些修改或变更均在申请待批的权利要求保护范围之中。

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