一种精确反馈控制的微纳米气泡加氧灌溉系统的制作方法

本实用新型涉及微纳米气泡加氧设备技术领域，具体为一种精确反馈控制的微纳米气泡加氧灌溉系统。

背景技术：

目前，在植物生长过程中，灌溉水中溶氧量是影响生长发育速度的重要因子，溶氧充足生长就快，溶氧度低不仅生长慢，而且低至植物所需溶氧的临界值以下，还会出现缺氧烂根，所以在生产上以提高水中溶氧作为农作物灌溉的主体技术，不管是循环方式栽培模式如何多样化，但最终都是为围绕溶氧的提高作为其模式的可行性保障，凡是能让水中溶氧提高的技术措施，都是增进农作物生长与促进发育的增产措施。

所谓微纳米气泡技术就是把空气或者纯氧以极细微的气泡方式溶入水中，以实现水体的超饱和氧状态，达到了常规难以企及的效果，发挥了它的超常规作用。微纳米气泡是直径在数百纳米之间的超微小气泡。微小气泡因受表面张力的作用被自我加压，会急速完全溶解于水中而消失。微纳米气泡表面带电荷而具有静电推斥力，气泡能达到某种程度的长时间蓄存，使纳米泡沫的稳定化存在成为可能。具有带电效果且稳定化的纳米泡沫，仍保持着作为气泡的特性，对生物的细胞水平可产生直接的影响，在工学及生物学上有更大的应用性成为可能。利用微纳米气泡对灌溉水进行曝气处理，可以使溶氧值迅速达到超饱和状态，形成微纳米气泡水用于灌溉。微纳米气泡相对于普通气泡来说，具有比表面积大、水中停留时间长、自身增压溶解、传质效率高、气体溶解率高等优点。使得微纳米气泡水不仅能够提供充足的氧气，并且其特有的带电性、氧化性、杀菌性等使其具有特殊的生物生理活性，促进植物的生长发育。

在传统园艺和农作物灌溉中，一般广泛采用气泵充氧等措施来增加水中溶氧量，但这种注气方式气泡较大，难以使灌溉水中溶氧值迅速增加，而且气泡在土壤中保存的时间短，利用效率低，许多学者也为了增强加氧的持久性，提出利用纯氧微纳米气泡进行加氧灌溉，例如：中国专利CN202823183U公开了灌溉水增氧设备，用于增加灌溉水源的溶氧量，以空气或纯氧为氧源，取得良好的效果。但是该方法只能用于给水源增氧，无法直接接入灌溉管道直接使用，也会使灌溉和营养液中的好氧微生物和一些藻类快速生长，这样会增加灌水器堵塞的风险。中国专利CN103858730B公开了灌溉水微纳米气泡加氧系统，该体统的溶氧浓度是通过流量计间接测得，并不能真实反映灌溉水中的溶氧值。而且产生气泡的微米量级的，在水中的驻存时间小于一小时，对于大面积灌溉可能存在问题：达到灌溉终点时，可能氧气气泡已经逸散殆尽。中国专利CN102765797B公开了一种灌溉水增氧设备，该系统的气泡的能达到微纳米量级，但是单个微纳米气泡发生器的出水量只有1m3/h，大面积灌溉需要多个微纳米气泡发生器，设备成本高；如何设计一种全新的微纳米气泡加氧灌溉系统就显得至关重要。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种精确反馈控制的微纳米气泡加氧灌溉系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种精确反馈控制的微纳米气泡加氧灌溉系统，包括养料加注单元、微纳米气泡发生装置和溶氧浓度检测反馈单元，所述微纳米气泡发生装置右侧与文丘里加料装置固定连接，所述文丘里加料装置上端螺旋安装有压力表一，所述文丘里加料装置右侧固定连接有左旋加气装置和右旋加气装置，所述右旋加气装置位于左旋加气装置右侧，所述右旋加气装置位于左旋加气装置上端分别通过管路连接着单向阀一和单向阀二，所述右旋加气装置位于左旋加气装置内部安装有右旋切割器和左旋切割器，所述右旋加气装置一端通过氧浓度检测仪与旋流器连接，所述氧浓度检测仪与旋流器之间安装有压力表二，所述旋流器底部通过管路连接到灌溉水箱，所述旋流器与灌溉水箱之间安装有总控阀，且位于总控阀端头设有出水管，所述氧浓度检测仪通过电缆连接到控制器，所述控制器通过电缆与电磁阀一和电磁阀二电性连接，所述电磁阀一一端通过管路与单向阀一连接，所述电磁阀一另一端通过管路连接到溶氧浓度检测反馈单元上，所述电磁阀二一端通过管路连接到气液混合泵，所述电磁阀二另一端连接到溶氧浓度检测反馈单元上，所述气液混合泵一端通过管路连接到涡流流量计，所述涡流流量计通过管路与磁化器连接，所述磁化器与文丘里加料装置固定连接，所述气液混合泵另一端通过管路连接到蓄水池上，所述蓄水池与涡流流量计之间回水管上安装有回水控制阀；

其中，所述养料加注单元包括所述旋流器和文丘里加料装置；所述微纳米气泡发生装置包括磁化器、左旋切割器和右旋切割器；所述溶氧浓度检测反馈单元包括制氧机、臭氧发生器、气体流量计一、气体流量计二、电磁阀二、电磁阀一、氧浓度检测仪、手动单向阀一、手动单向阀二和控制器；所述气体流量计二一端与手动单向阀二连接，所述手动单向阀二与臭氧发生器连接，所述气体流量计一与手动单向阀一连接，所述手动单向阀一一端与制氧机连接，所述气体流量计一和气体流量计二与电磁阀二连接；所述气液混合泵和左旋加气头、右旋加气头的进气口连通。

优选地，所述气液混合泵的进气口通过管路分别连接制氧机和臭氧发生器，所述制氧机与气液混合泵之间的管路上依次设置手动单向阀一和气体流量计一，所述臭氧发生器与气液混合泵之间的管路上依次设置手动单向阀二和气体流量计二，且在总气路上设置气体流量电磁阀二。

优选地，所述气液混合泵的进水口与蓄水池相连，且其出水口主水管相连，并在其出水口处设置一条回水管，通过回水控制阀调节回水流量，所述气液混合泵的进气口利用负压作用吸入气体。

优选地，所述左旋切割器和右旋切割器包括左旋加气腔、右旋加气腔、左旋加气头、右旋加气头、左导水锥、右导水锥和切割叶片；所述左旋加气腔内部安装有左旋加气头，所述左旋加气腔内部安装有左导水锥和切割叶片，所述右旋加气腔内部安装有右旋加气头，所述右旋加气腔内部安装有右导水锥和切割叶片。

优选地，所述的磁化器包括外管、左锁紧螺母、右锁紧螺母、非导磁性套管，聚磁片、永磁铁、左密封片、右密封片、定位轴二、定位轴一、导水锥；所述非导磁性套管由两端装有定位轴二和定位轴一，形成一个密封空间，且该套管中的七组以上由永磁铁与聚磁片贴合成一体所构成的一个极性周期变化的磁芯体，在该磁芯体中，每相邻两块永磁铁，所述定位轴二和定位轴一外径与左锁紧螺母和右锁紧螺母内孔过盈配合，左锁紧螺母和右锁紧螺母与磁化器外管内径螺纹配合，将装有磁芯体的非导磁性套管固定在磁化器外管内部，所述磁化器导水锥(31)安装在定位轴二上，所述非导磁性套管与外管间的空腔形成液体流通的旋流通道。

优选地，所述永磁铁为N5钕铁硼磁性材料，所述聚磁片选择纯铁片，厚度为2毫米。

优选地，所述的旋流器圆锥段设置不锈钢底网和不锈钢顶网，且筛孔目数为80-300目，所述不锈钢底网和不锈钢顶网内放置麦饭石颗粒，形成麦饭石堆积层，且当含有微纳米气泡的水通过旋流器的气液切向加入口进入旋流器，且由于旋流器溢流口封闭，水从底流口流出。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型通过、该增氧设备完全改变了设施农业原有增氧装置的弊病，打破了设施农业在灌溉水增氧问题上的瓶颈，从而仅以物理作用就达到了农作物的大量增产增收的效用。

1、本实用新型提出了富氧水、营养液及肥料、矿物质微量元素三位一体的灌溉方法，实现了农作物短期快速加氧施肥，增加矿物质微量元素，吸收水中重金属，集环保、节水、增产、提质多功能于一体。

2、本实用新型采用强磁场、气液混合泵和纳米化螺旋切割部件进行集成的微纳米气泡发生模式，大幅提升了气泡的破碎化程度、水气混合均匀度，灌溉水含氧量高且半衰期长，适合大面积灌溉。可以保证作物根本在较长时间范围内都能够处于溶解氧的较高水平，可以完全满足作物根系对溶解氧的需求。氧气微纳米气泡粒径非常小，可以渗入到土壤或者基质的深层次，保证深层次根系的供氧需要，另外，微纳米气泡小到在30μm以下时，气泡会逐渐缩小，最后破灭，气泡在破灭的过程中会产生一个瞬时的高热量释放，这个现象被称为空化效应，这个能量的释放可以促进作物根部对营养液中成分的吸收，使作物的生长周期缩短或产量提升。

3、本实用新型提出了适宜的微纳米气泡加氧灌溉万法，并结合氧浓度反馈自动控制系统，通过可编程控制器预设参数，实现自动调节不同作物以及作物在不同生育期对加氧浓度、氧源配比，提升了系统对于不同对象的适应性。

4、通过调整麦饭石颗粒的大小和质量控制溶解速度，接触面积大则溶解速率高。同质量的麦饭石，颗粒度大则与气泡液接触的表面积反而小，增减麦饭石颗粒度的大小可以调整溶解速度，接触面积大则溶解速率高；两者互补可很容易地把矿物质的含量控制在0.15-0.3毫克/升。

附图说明

图1为本实用新型一种精确反馈控制的微纳米气泡加氧灌溉系统结构示意图；

图2为本实用新型一种精确反馈控制的微纳米气泡加氧灌溉系统的磁化器结构示意图；

图3为本实用新型一种精确反馈控制的微纳米气泡加氧灌溉系统的螺旋切割器结构示意图；

图4为本实用新型一种精确反馈控制的微纳米气泡加氧灌溉系统的旋流器结构示意图；

图5为图4中的A向截面图。

图中：1、蓄水池；2、回水控制阀；3、气液混合泵；4、涡流流量计；5、磁化器；6、压力表一；7、文丘里加料装置；8、左旋加气装置；9、左旋切割器；10、右旋加气装置；11、右旋切割器；12、氧浓度检测仪；13、旋流器；14、总控阀；15、灌溉水箱；16、压力表二；17、控制器；18、单向阀一；19、电磁阀一；20、气体流量计一；21、手动单向阀一；22、制氧机；23、臭氧发生器；24、手动单向阀二；25、气体流量计二；26、电磁阀二；27、单向阀二；28、出水管；29、回水管；30、微纳米气泡发生装置；31、导水锥；32、外管；33、非导磁性套管；34、永磁铁；35、聚磁片；36、右密封片；37、定位轴一；38、右锁紧螺母；39、定位轴二；40、左密封片；41、左锁紧螺母；42、左旋加气腔；43、左旋加气头；44、左导水锥；45、切割叶片；47、右旋加气腔；48、右旋加气头；49、右导水锥；51、气液切向加入口；52、底流口；53、溢流口；54、不锈钢底网；55、麦饭石堆积层；56、不锈钢顶网；57、溶氧浓度检测反馈单元；58、养料加注单元。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-5，本实用新型提供的一种实施例：一种精确反馈控制的微纳米气泡加氧灌溉系统，包括养料加注单元58、微纳米气泡发生装置30和溶氧浓度检测反馈单元57，其特征在于：所述微纳米气泡发生装置30右侧与文丘里加料装置7固定连接，所述文丘里加料装置7上端螺旋安装有压力表一6，所述文丘里加料装置7右侧固定连接有左旋加气装置8和右旋加气装置10，所述右旋加气装置10位于左旋加气装置8右侧，所述右旋加气装置10位于左旋加气装置8上端分别通过管路连接着单向阀一18和单向阀二27，所述右旋加气装置10位于左旋加气装置8内部安装有右旋切割器11和左旋切割器9，所述右旋加气装置10一端通过氧浓度检测仪12与旋流器13连接，所述氧浓度检测仪12与旋流器13之间安装有压力表二16，所述旋流器13底部通过管路连接到灌溉水箱15，所述旋流器13与灌溉水箱15之间安装有总控阀14，且位于总控阀14端头设有出水管28，所述氧浓度检测仪12通过电缆连接到控制器17，所述控制器17通过电缆与电磁阀一19和电磁阀二26电性连接，所述电磁阀一19一端通过管路与单向阀一18连接，所述电磁阀一19另一端通过管路连接到溶氧浓度检测反馈单元57上，所述电磁阀二26一端通过管路连接到气液混合泵3，所述电磁阀二26另一端连接到溶氧浓度检测反馈单元57上，所述气液混合泵3一端通过管路连接到涡流流量计4，所述涡流流量计4通过管路与磁化器5连接，所述磁化器5与文丘里加料装置7固定连接，所述气液混合泵3另一端通过管路连接到蓄水池1上，所述蓄水池1与涡流流量计4之间回水管29上安装有回水控制阀2，所述养料加注单元58主要所述旋流器13和文丘里加料装置7组成，所述微纳米气泡发生装置30包括磁化器5、左旋切割器9和右旋切割器11，所述溶氧浓度检测反馈单元57包括制氧机22、臭氧发生器23、气体流量计一20、气体流量计二25、电磁阀二26、电磁阀一19、氧浓度检测仪12、手动单向阀一21、手动单向阀二24和控制器17，形成反馈控制系统，所述气体流量计二25一端手动单向阀二24连接，所述手动单向阀二24与臭氧发生器23连接，所述气体流量计一20与手动单向阀一21连接，所述手动单向阀一21一端与制氧机22连接，所述气体流量计一20和气体流量计二25与电磁阀二26连接，所述制氧机22、氧气瓶和臭氧发生器23作为氧气源，以供给微纳米气泡发生装置30，所述气液混合泵3和左旋加气头43、右旋加气头48的进气口，送入主流道水管中，实现气体与液体的均匀混合，所述制氧机22和臭氧发生器23的安全问题，且每次施加时手动打开手动单向阀一21和手动单向阀二24，且不用时保持手动单向阀一21和手动单向阀二24紧闭，所述气液混合泵3的进气口通过管路分别连接制氧机22和臭氧发生器23，所述制氧机22与气液混合泵3之间的管路上依次设置手动单向阀一21和气体流量计一20，所述臭氧发生器23与气液混合泵3之间的管路上依次设置手动单向阀二24和气体流量计二25，且在总气路上设置气体流量电磁阀二26，所述气液混合泵3的进水口与蓄水池1相连，且其出水口主水管相连，并在其出水口处设置一条回水管29，通过回水控制阀2调节回水流量，所述气液混合泵3的进气口利用负压作用吸入气体，所述左旋切割器9和右旋切割器11主要由左旋加气腔42、右旋加气腔47、左旋加气头43、右旋加气头48、左导水锥44、右导水锥49和切割叶片45组成，所述左旋加气腔42内部安装有左旋加气头43，所述左旋加气腔42内部安装有左导水锥44和切割叶片45，所述右旋加气腔47内部安装有右旋加气头48，所述右旋加气腔47内部安装有右导水锥49和切割叶片45、所述的磁化器5主要由外管32、左锁紧螺母38、右锁紧螺母41、非导磁性套管33、聚磁片35、永磁铁34、左密封片40、右密封片36、定位轴二39、定位轴一37、导水锥31组成，所述非导磁性套管33由两端装有定位轴二39和定位轴一37，形成一个密封空间，且该套管中的七组以上由永磁铁34与聚磁片35贴合成一体所构成的一个极性周期变化的磁芯体，在该磁芯体中，每相邻两块永磁铁34，所述定位轴二39和定位轴一37外径与左锁紧螺母38和右锁紧螺母41内孔小过盈配合，左锁紧螺母38和右锁紧螺母41与磁化器5外管32内径螺纹配合，将装有磁芯体的非导磁性套管33固定在磁化器5外管32内部，所述磁化器5导水锥31安装在定位轴二39上，所述非导磁性套管33与外管32间的空腔形成液体流通的旋流通道，所述永磁铁34选择N5钕铁硼磁性材，所述聚磁片35选择纯铁片，厚度为2毫米，所述的旋流器13圆锥段设置不锈钢底网54和不锈钢顶网56，且筛孔目数为80-300目，所述不锈钢底网54和不锈钢顶网56，放置麦饭石颗粒，形成麦饭石堆积层55，且当含有微纳米气泡的水通过旋流器13的气液切向加入口51进入旋流器13，且由于旋流器13溢流口53封闭，富含矿物质元素的含氧水从底流口52流出。

具体使用方式：本实用新型工作中通过灌溉水增氧设备，可用于对农业栽培中的灌溉水进行增氧，达到高效的增氧效果，溶氧浓度检测反馈单元包括制氧机22、臭氧发生器23、气体流量计一20、气体流量计二25、气体流量电磁阀一26、切割器加电磁阀二19、氧浓度检测仪12、手动单向阀一21、手动单向阀二24及控制器17，所述控制器17通过电缆线连接气体流量电磁阀二26、切割器加氧电磁阀一19和氧浓度检测仪，形成反馈控制系统，系统的溶氧浓度可在控制器显示屏上在线实时显示，通过气液混合泵3的进水口与蓄水池1相连，其出水口主水管相连，并在其出水口处设置一条回水管路29，通过回水控制阀2调节回水流量，达到调节主水管流量的目的。

上述灌溉水增氧设备中：

气液混合泵3采用扬程为0.4MPa，流量2.4立方/h，型号32NPD15Z的尼可尼溶气泵；

文丘里加料装置7型号SSQ-200，过水量2立方/h；

制氧机22采用沈阳昌泰的HG5-W-NS医用制氧机，产气量1-5立方/h，纯度93％；

切割器自制，内径DN32,长度300mm，内装3600个螺旋刀片，左右旋各一个；

磁化器5由Φ18×2mmN5钕铁硼永磁体8件，N-N、S-S同极相对，挤压入一端密封焊接，壁厚0.5mm、φ19的不锈钢外壳圆筒内，两相对永磁铁34间夹一块Φ18×2mm的纯铁聚磁片35，另一端密封焊接后构成N-S-N-S-N-S-N或S-N-S-N-S-N-S七个磁极周期排列的磁芯管体，其表面磁场14000～15000Gs；用支架和锁紧螺母，将磁芯管体装进内径φ32mm的磁化器5腔体内中固定。液体流量2m3/h,水流切割线速度1.6m/s；

氧浓度检测仪12采用梅特勒-托利多公司的荧光式在线检测仪，量程为0.00-50.0mg/L；

臭氧发生器23型号SB-20，臭氧产量20g/h。

将装置直接从灌溉水池中引入待处理的灌溉水(清水或营养液均可)，引入的灌溉水依次经过微纳米气泡发生装置，产生的微纳米气泡水直接注入灌溉水箱15，不需要增加溶氧罐循环加氧，然后通过灌溉水箱进行输出至配水管路进行农作物灌溉。这种增氧设备的工作模式属于一种连续流反应器模式。具有结构简单，增氧效率高的优点。

上述实施例的增氧设备中，灌溉水池可以是农业灌溉或无土栽培营养液的循环蓄水池1，配水管路可采用目前农业灌溉中的配水管路，可以是漫灌，也可以是滴灌。

上述实施例的增氧设备产能2立方/小时，氧溶解浓度达25-50mg/L，浓度可调，实现在线检测。最大灌溉面积200亩，在相同灌溉系统的条件下，实现农作物增产10-30％，农产品质量明显提高。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。