Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ УВЛАЖНЕНИЯ ВОЗДУХА

Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано при создании регулируемого и оптимального микроклимата электрически заряженной, мелко распыленной водой в комплексах вегетационных систем, используемых для умножения урожайности сельскохозяйственных культур в открытом грунте (без укрытий от солнца), а также в закрытом грунте (теплицах). Изобретение необходимо для вегетативного размножения зелеными черенками ценных для людей растений, при выращивании культур грибов или виноградных улиток. Возможно применение изобретения для повышения эффективности пылеулавливания в запыленных технических зонах, в горнодобывающей промышленности, в медицине, а также в области кондиционирования воздуха, т.е. там, где требуется дозированное, рациональное и направленное использование факела распыленных осадков воды в виде тумана.

Не принимаем для рассмотрения распыление воды пьезоэлектрическими элементами, которые практично работают на дистиллированной (кипяченой) воде и хороши в домашних условиях при увлажнении воздуха.

Известны всевозможные конструкции распыливающих устройств для жидкости (Дитякина Ю.Ф. и др. Распыливание жидкостей. - М.: Машиностроение, - 1977 - С.5). Это форсунки различного типа: струйные, центробежные, акустические, с вращающимся диском и др., хорошо работающие при большом избыточном давлении воды или смеси воды и сжатого воздуха.

Недостатком известных конструкций распылителей является то, что при их длительном использовании на выходных отверстиях сопел, имеющихся дисках или дефлекторах откладываются соли, ухудшающие качество распыления воды. Всем перечисленным типам распылителей присущ большой расход распыляемой жидкости, что является неприемлемым для создания улучшенного микроклимата вокруг растений. Их невозможно применять длительно, в течение всей высокопродуктивной вегетации, обеспечиваемой при оптимальном микроклимате для растений, определяемом по главному критерию - относительной влажности воздуха е% от 82% до 94%, при воздушном увлажнении почвы, например, как это делает природная роса в теплую летнюю ночь.

Известен электроороситель (А.С. СССР №1369818). Устройство содержит трубу, закрытую с одного конца, сопла с пересекающимися осями в плоскости, перпендикулярной оси трубы, штуцер для подачи воды, индуцирующий электрод, выполненный в сечении треугольным и установленный между осями сопел. Индуцирующий электрод электрически соединен с высоковольтным источником питания. Вода под давлением подается через штуцер в трубу. При вытекании струй воды с большой скоростью из сопел с пересекающимися осями происходит распыление воды путем соударения струй, и образуются водяные завесы в плоскости, проходящей через ось трубы. При подаче на индуцирующий электрод напряжения от заземленного высоковольтного источника питания происходит электризация воды индукционным способом. Вся распыленная вода электрически заряжается и направляется к противоположному потенциалу, индуцируемому на поверхности земли.

Электроороситель имеет следующие недостатки:

- технически сложно выполнить одинаковые сопла с симметрично пересекающимися осями при сверлении трубы под острыми углами;

- невозможность получения равноценных по силе пересекающихся потоков представленных на рисунке сопел;

- неэффективно электростатическое применение длинного треугольного в сечении индуцирующего электрода, установленного между парными соплами, для создания электрозаряда на мелких каплях распыляемой воды, т.к. каждая пара следующих сопел для электрода является последовательным элементом в условной электрической цепи, что делит подведенный потенциал по количеству пар сопел;

- большие расходы воды, выходящей через сопла, не сдерживающие взаимное истечение, при пересечении струй под острым углом;

- нерационально и вредно длительно использовать сплошную водяную завесу с большим расходом воды над обрабатываемой площадью.

Привлекают внимание распылители, выполненные со встречными струями, разбивающимися при соударении и сдерживающими друг друга, что обеспечивает самоочищение сопел.

Известны встречно-струйные форсунки (патент RU 2338368 С1. Опубл. 20.11.2008). Форсунки имеют соударяющиеся струи секторного типа распыления. Конструкция форсунок обеспечивает минимальный расход воды (6÷12 л/час при давлении воды в трубах 1÷4 бар), т.к. встречные потоки сдерживают друг друга при небольшом зазоре ~0,5 мм между торцами соосных выходных отверстий равного диаметра 0,5÷0,8 мм. При работе форсунок основная масса воды распыляется до состояния тумана, имея минимальную гравитацию, плавает у поверхности земли. У секторных форсунок оси выходных отверстий расположены под углом 170÷179° друг к другу, что позволяет направить туман на сегмент круга большего радиуса. При давлении 1÷4 бар в трубопроводе получают степень диспергирования воды, близкую к природному тяжелому туману. Расход воды на порядок ниже, чем у любых других типов распылителей, что является основным, ценным критерием при длительном регулировании микроклимата для растений. Но часть воды теряется при распылении в виде мелких фракций без гравитации, возносящихся вверх из зоны создаваемого микроклимата. Указанные форсунки представлены для полноты картины патентуемого объекта.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому изобретению является устройство для увлажнения газа по А.С. СССР №397718. Это устройство содержит распылители, установленные соосно, выходные отверстия которых направлены навстречу одно другому. Диаметр выходных отверстий корпусов распылителей от 1 до 5 мм, расстояние между торцами выходных отверстий корпусов распылителей 15÷20 мм. Корпуса распылителей присоединены к распределительному трубопроводу при помощи вставок из диэлектрического материала. Распылители соединены с источником электропитания.

По сути, данное устройство - электрокипятильник, выбрасывающий из своих распылительных корпусов клубы пара воды с большим расходом. К принципиальным недостаткам устройства следует отнести малый и ненаправленный радиус распыла воды и неполяризующие свойства источника электропитания, который не сообщает статический заряд частицам воды для притяжения их к поверхности растений, поэтому большая часть паров улетает из зоны распыления.

Таким образом, ни в одном техническом средстве и в современных теплицах не решена проблема оптимального расхода (и распыла) воды. При использовании традиционных форсунок излишняя вода ложится на широкие транспортные проходы, затем, испаряясь, дополнительно увлажняет и без того влажный воздух закрытого грунта, что провоцирует развитие патогенной микрофлоры.

Задачей изобретения является обеспечение минимальных расходов мелкодисперсного распыления обычной водопроводной воды, имеющей взвеси, фракции ила и растворенные соли, при увеличении радиуса распыления. Другой задачей изобретения является создание секторного устройства для увлажнения воздуха (увлажнителя) с большим радиусом распыла, но минимальным расходом воды, благодаря тупым углам встречной атаки равносильных потоков, выходящих из близко расположенных сопел, с малыми отверстиями, при возможном повороте направления электризованного факела тумана.

Решение поставленных задач особенно необходимо для получения равномерного облака тумана над квадратной площадью открытого грунта вегетационной системы по патенту (RU 2 338 368 С1. Опубл. 20.11.2008).

Технические и биологические результаты изобретения достигаются:

- усилением направленного потока факела тумана, по радиусу от места электризации, более чем в 6 раз;

- значительным уменьшением расхода воды за счет сдерживания самих себя соударяющихся потоков, выходящих под тупым углом, из регулируемых, близко расположенных сопел, с выходными отверстиями малого диаметра;

- регулированием угла взаимной, симметричной атаки равносильных потоков воды из сопел с помощью направляющих пазов, сферы фиксирующего резьбового упора и конических углублений пробок, поджимающих сопла друг к другу;

- обеспечением равномерности покрытия туманом контролируемой площади за счет возможности поворота увлажнителя, при необходимости на 360 град.,

- снижением себестоимости из-за значительного сокращения количества цветного металла, используемого только для небольших сопел - жиклеров;

- обеспечением индуцирующего электрода для одного распылителя;

- обеспечением гарантированной, высоковольтной изоляции электрода, подведенного к единичной зоне распыления воды, в условиях повышенной влажности окружающей среды;

- созданием электрозаряда на мелких частицах распыляемой воды, увлажняющих воздух вокруг растений, что обеспечивает направленное стимулирование развития растений, получающих от тумана электрический заряд той или другой полярности.

Указанные технические результаты достигаются тем, что в устройство для увлажнения воздуха, содержащее распределительный трубопровод, снабженный вставкой из диэлектрического материала, в которой установлены распылители, выходные отверстия которых направлены навстречу друг другу, а входные сообщены с распределительным трубопроводом, введен индуцирующий электрод. Вставка изготовлена с прорезью, выполненной с возможностью обеспечения выхода распыляемого потока наружу. В прорезь выведены выходные отверстия распылителей, при этом распылители установлены с возможностью изменения и фиксации угла пересечения их осей. Индуцирующий конец электрода выведен в прорезь к выходным отверстиям распылителей.

Входные отверстия распылителей сообщены с распределительным трубопроводом, например, последовательно через пропилы у входных отверстий корпусов распылителей, сквозное и отводные отверстия вставки.

В сквозном отверстии, перпендикулярном прорези вставки, находятся распылители.

Для обеспечения подвижности при плоском повороте корпусов распылителей вставка от прорези имеет направляющие пазы.

Для равноценного отжима выходных концов корпусов распылителей вставка снабжена фиксирующим резьбовым упором, имеющим сферическую упорную поверхность. Упор размещен со стороны резьбового отверстия, соединяющего вставку с распределительным трубопроводом.

Для обеспечения необходимого поворота корпусов распылителей их внешний контур имеет сферическую форму.

Для гидравлического уплотнения и для возможности поворота корпуса распылителей снабжены резиновыми уплотнительными кольцами.

Для лучшего сдерживания взаимных истечений выходящих струй из распылителей угол пересечения осей распылителей составляет 150÷179°.

Выходные отверстия распылителей гидравлически равносильны между собой, а диаметры их не более 1 мм.

Для того, чтобы конструкция увлажнителя обеспечивала минимальный расход воды (6÷12 л/час при давлении воды в распределительной трубе 1÷4 бар), а встречные потоки сдерживали друг друга, расстояние между центрами выходных отверстий распылителей должно быть не более 1,5 мм.

Выходные концы распылителей поджаты к упору, например, с помощью пробок из термостойкого диэлектрика, поджимающие торцы которых выполнены с углублением конической формы под углом 70÷100°.

Индуцирующий электрод имеет два конца. Его индуцирующий острый конец подведен снизу вставки к выходным отверстиям распылителей под углом 10÷45°. К противоположному концу электрода подсоединен высоковольтный провод. Соединение высоковольтного провода и электрода закрыто сверху изолятором конической формы, что препятствует попаданию осадков тумана.

Для обеспечения любого поворота увлажнителя относительно вертикальной оси вход распределительного трубопровода снабжен накидной гайкой с резиновой прокладкой.

С предложенным увлажнителем открывается возможность выращивать растения благодаря оптимальному микроклимату. При эксплуатации увлажнителей в жаркие часы 80% распыленной воды потребляется на увлажнение, охлаждение приземного воздуха, остальные 20% обволакивают поверхность листьев и стеблей растений, а также ложатся на почву. Легкие фракции воды не поднимаются вверх и не сдуваются ветром, они притягиваются к растениям. Поэтому для выращивания растений не потребляется излишнее количество воды. Из-за незначительных осадков воды растение можно держать под покровом наэлектризованных частиц практически весь световой день, что повышает биоэлектрическую активность растений и мобилизует все их физиологические возможности. Это вскрывает всю потенциальную урожайность растений и повышает их урожайность в несколько раз. Обуславливается аэрация почвы, а главное, с помощью мелких фракций воды увлажняется окружающий растения воздух, при этом обеспечивается полное использование энергии и спектра лучей солнца в жаркие часы, что определяет ускоренную, здоровую вегетацию и необыкновенно высокие урожаи.

Необходимость в воде для растений сокращается более чем в 20 раз по отношению к капельному, самому экономичному поливу (при нем значительная часть воды под действием гравитации уходит в нижние слои почвы далеко от корней выращиваемых растений).

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где

Фиг.1 - вид на увлажнитель спереди.

Фиг.2 - сечение по А-А.

Фиг.3 - сечение по Б-Б.

Вода подается через накидную гайку 1 в распределительную трубу 2 и вставку 3 из диэлектрика с внешней прорезью 4, отводными отверстиями 5 и направляющими пазами 6. Далее, пройдя через пропилы 7 распылителей, поступает в сами противостоящие корпуса распылителей 8. Первоначально, при регулировке, обеспечивают симметричный поджим корпусов распылителей 8 к упору 9 с помощью пробок 10 с конусообразным углублением 11. Поворот и симметричные положения распылителей 8 обеспечивает фиксирующий упор 9, конусообразные углубления 11 пробок 10 и направляющие пазы 6 вставки 3. Гидравлические уплотнения обеспечены: кольцами 12, прокладками 13, 14, 15 и 16. Индуцирующий электрод 17 круглого сечения, плотно вставленный во вставку 3, закрыт снизу изолятором 18. Индуцирующий электрод 17 имеет индуцирующий конец 19 заостренной формы, при этом его противоположный конец имеет отверстие 20 для подсоединения провода 21 от заземленного высоковольтного источника 22 (вырабатывающего энергию при вращении вала с турбиной поворотной колонны).

Устройство работает следующим образом. Вода через накидную гайку попадает во вход распределительного трубопровода, подходит к его выходу, на котором закреплена вставка из диэлектрика с прорезью, пазами и отверстиями для разделения потока воды навстречу друг другу, поступает в противоположно расположенные корпуса распылителей и разгоняется в их конфузорной части с выходными цилиндрическими отверстиями длиной и диаметром - не более 1 мм. На выходе близко расположенные соударяющиеся струи разбивают и сдерживают расход друг друга (т.к. отверстия находятся рядом, друг напротив друга, а их оси расположены под углом 150÷179°). Они секторным, плоским веером устремляются наружу от вставки из диэлектрика. При этом частицам воды сообщается большая выходная скорость, используемая на сильный выброс плоского веера воды, рассыпающегося на факел тумана длиной не менее 3 метров.

Для большего дробления мелких частиц воды (~110 мк) и притяжения их вниз, к грунту, используется высоковольтный источник (не менее 5 кВ). Одну из клемм высоковольтного источника, той или другой полярности, заземляют, а другую подводят с помощью водостойкого провода (МГТФ), заостренный конец которого - индуцирующий электрод, располагают в зоне распыления воды. При этом мелкие частицы воды дополнительно делятся, стремясь получить единичный заряд, а молекулы ее уравновешиваются и структурируются. Они притягиваются ко всем поверхностям растений, передают электрозаряд и, тем самым, значительно активизируют клетки растений и отток их ассимилянтов для определенной жизнедеятельности (укоренение, развитие вегетативной массы, завязывание, набухание и созревание плодов).

Увлажнитель позволяет:

1. Применять его в действии длительно, в течение всей продуктивной вегетации, обеспечиваемой при оптимальном микроклимате для растений.

2. Обеспечивать реальные возможности направленно стимулировать развитие растений с помощью электрически заряженного тумана той или другой полярности.

3. Исключать потери заряженных паров воды благодаря их притяжению к противоположному потенциалу, индуцируемому на растениях.

4. Использовать воду требуемой температуры (40÷95°С) благодаря мелкодисперсному распылению с минимальными осадками на почву.

5. Обеспечивать рациональное и направленное распыление теплой воды.

6. Использовать теплотворные свойства воды и для охлаждения воздуха.

7. Сокращать расход воды для культивируемых растений более чем в 20 раз (в сравнении с капельным поливом).

В предлагаемом увлажнителе используется обычная водопроводная вода (имеющая взвеси, фракции ила и растворенные соли) при давлении в трубе 2÷4 бар, при этом достигается качественное дробление ее до состояния тяжелого, природного тумана, который выбрасывается в определенном направлении на значительное расстояние от увлажнителя. Вода полностью используется растениями, даже ее пары, будучи ионами, с большим электрическим зарядом не поднимаются вверх, а притягиваются к зеленым поверхностям противоположно заряженных растений. Другие виды распылителей и увлажнителей не способны длительно обеспечивать наилучший микроклимат для растений благодаря минимально расходуемой воде и электроэнергии.

Главное отличие предлагаемого увлажнителя от любых других разбрызгивателей, форсунок, аэрозольных распылителей, электрооросителей и прочее в том, что он обеспечивает воздушную ирригацию осадками тумана, при этом часть распыла притягивается к поверхности растений, не дренируется почвой (как при капельном поливе), но активно и благотворно увлажняет приземный воздух и не выносится из зоны улучшенного микроклимата, даже в жарких районах Земли. При похолодании и заморозках возможно длительно распылять горячую воду с помощью увлажнителей, создавая улучшенный микроклимат для различных растений, выращиваемых грибов и полезных микроорганизмов почвы. Все это обеспечивается с небольшими энергозатратами, при давлении 2÷4 бар в водопроводе обычной водой.

С помощью увлажнителя обеспечивается эффективное пылеулавливание с рациональным использованием электрически заряженных частиц воды в технических зонах, например, горнодобывающей промышленности.