Устройство для обработки гидропонного питательного раствора
DEVICE FOR PROCESSING OF A HYDROPONIC NUTRITION SOLUTION

Изобретение относится к сельскохозяйственному производству, а именно гидропонному растениеводству, и может использоваться при подготовке гидропонных растворов.
Известно изобретение (см. патент РФ №2193856, кл. C02F 1/48, 2002 г.), предназначенное для обработки электромагнитными полями проточных жидкостей, в частности питательных сред для биологических объектов, с помощью устройства, содержащего генератор высоковольтных импульсов с коммутатором, систему полеобразования, включающую рабочую камеру, систему контроля и регулирования параметров обработки, систему подачи и отвода обрабатываемой жидкости, излучатель, в зоне действия которого установлена проточная кювета.
Однако данное устройство недостаточно эффективно по причине неоднородности получаемого раствора.
Известно устройство для магнитной обработки воды, включающее корпус с входными и выходными патрубками, расположенные на его поверхности друг против друга плоские парные магниты с противоположными полюсами и чередующимся направлением магнитного поля, вдоль корпуса установлены несколько секций постоянных магнитов, обращенных одна к другой разноименными полюсами, причем секции отделены одна от другой немагнитным материалом (Устройство для магнитной обработки жидкости магнитными или электрическими полями, патент РФ №2092446, класс МПК: C02F 1/48, от 10.10.1997 г.).
Недостатком известного устройства является низкий уровень градиента магнитной индукции в рабочих зонах обработки жидкости вследствие применения постоянных магнитов.
Известно также устройство для подготовки гидропонных растворов с использованием ультразвука (патент РФ на полезную модель №44453, кл. A01G 7/04, 2005 г., прототип), состоящее из емкости для размещения питательного раствора для гидропонного выращивания, которая снабжена входными трубопроводами и выходным трубопроводом, подающим раствор растениям, на котором установлен узел обработки питающего раствора, включающий магнитострикционный излучатель.
Однако известное техническое решение недостаточно эффективно из-за своих функциональных ограничений, так как не может обеспечить стабилизацию оптимального значения рН полученных питательных растворов в определенном диапазоне, что отрицательно влияет на качественный рост растений, выращиваемых гидропонным способом.
Техническим результатом является повышение эффективности работы устройства и получение питательного раствора со стабильным оптимальным значением рН.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для обработки гидропонного питательного раствора, состоящем из емкости для размещения питательного раствора с входными трубопроводами и выходным трубопроводом с узлом обработки питательного раствора, согласно изобретению узел обработки питательного раствора выполнен в виде двух корпусов из диамагнитного материала с соосным сквозным отверстием, каждый из которых имеет электромагнитную систему, состоящую из магнитопровода, выполненного в виде ферритовых колец, установленных друг от друга на расстоянии, обеспечивающем исключение перекрытия вращающихся магнитных полей, причем на каждом из ферритовых колец расположены три обмотки с выводами, соединенными по схеме «звезда», обмотки всех колец соединены между собой параллельно и подключены к источнику питания, в качестве которого использован источник переменного трехфазного напряжения в резонансном ультразвуковом диапазоне частот 32÷35 кГц, при этом корпуса с электромагнитными системами заполнены компаундом - эпоксидной смолой. Каждый корпус имеет проточку, в которой размещается электромагнитная система, и разъем для подключения выводов обмотки к источнику питания, а в качестве излучателей использованы ферритовые кольца для создания в магнитопроводе и рабочей зоне устройства вращающегося переменного электромагнитного поля, вызывающего вследствие магнитострикции ультразвуковые волны, воздействующие на раствор.
Обоснование критериев охраноспособности изобретения
Совокупность признаков, содержащихся в независимом пункте формулы изобретения, не известна из уровня техники, что свидетельствует о соответствии заявленного технического решения критерию охраноспособности «новизна». Поскольку применяется электромагнитной системы, электропитание которой осуществляется от источника переменного трехфазного напряжения, создающего переменное напряжение в резонансном ультразвуковом диапазоне частот ферритового кольца 32÷35 кГц, то обеспечивается возможность одновременного комбинированного воздействия ультразвукового и вращающихся магнитных полей на питательный раствор для гидропонного выращивания растений, что позволяет значительно улучшить его характеристики.
По данным научно-технической и патентной литературы не обнаружена совокупность признаков, позволяющая решать задачу, которая ранее не могла быть решена известными техническими решениями. В уровне техники отсутствуют решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками предлагаемого технического решения, что свидетельствует о соответствии технического решения критерию патентоспособности «изобретательский уровень».
Соответствие заявляемого решения критерию патентоспособности «промышленная применимость» обусловлено тем, что предлагаемое техническое решение работоспособно и возможно его использование при гидропонном выращивании растений в агропромышленном комплексе.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид устройства для подготовки питательного раствора для гидропонного выращивания растений; на фиг. 2 - сечение А-А узла для обработки питательного раствора на фиг. 3; на фиг. 3 - узел для обработки питательного раствора; на фиг. 4 - электрическая схема соединения обмоток электромагнитной системы.
На чертежах для большей ясности представлены только те детали, которые необходимы для понимания сущности изобретения, а сопутствующие элементы, хорошо известные специалистам в данной области, не представлены.
Устройство для подготовки гидропонного питательного раствора состоит из смесительной емкости 1 для размещения питательного раствора с входными трубопроводами 2, 3 и выходным трубопроводом 4 с узлом обработки питательного раствора 5 (фиг. 1), который может быть выполнен в виде двух цилиндрических корпусов 6 с проточками 7, расположенными на трубопроводе 4, металлических гаек 8 с резьбой, фиксирующих цилиндрические корпусы на трубопроводе и крепящихся к трубопроводу винтами 9, прижимных диэлектрических шайб 10 и 11, размещенных внутри корпусов четырех ферритовых колец 12, установленных друг от друга на расстоянии, обеспечивающем исключение перекрытия вращающихся магнитных полей. На каждом из ферритовых колец расположены три обмотки 13 с выводами 14, соединенными по схеме «звезда», обмотки соединены между собой параллельно и подключены к источнику переменного трехфазного напряжения, создающего переменное напряжение в резонансном ультразвуковом диапазоне частот 32÷35 кГц.
Устройство для подготовки питательного раствора для гидропонного выращивания растений работает следующим образом.
В смесительную емкость 1 насыпают сухое вещество или смесь веществ, входящих в состав питательного раствора, и по входным трубопроводам 2, 3 подают воду, размешивают, получившийся раствор по трубопроводу 4 поступает через узел обработки 5, где подвергается комбинированному воздействию ультразвукового и вращающихся магнитных полей, к растениям.
При подаче от внешнего генератора трехфазного импульсного напряжения на трехфазную обмотку ферритового преобразователя под воздействием возникающего переменного электрического тока создается вращающееся электромагнитное поле в ферромагнитном кольце, представляющем собой тороидальный сердечник. Переменное магнитное поле в ферритовом кольце вызывает его радиальные механические колебания вследствие магнитострикционного эффекта. Частота колебаний кольца должна быть резонансной для применяемого ферритового кольца. Ультразвуковые механические колебания излучающей поверхности феррита вызывают ультразвуковую волну, проходящую через эпоксидную смолу и материал жидкостного трубопровода в рабочую зону аппарата, и совместно с переменным электромагнитным полем физически воздействует на протекающий раствор.
Усиление эффективности безреагентной обработки питательного раствора происходит за счет одновременного воздействия на питательный раствор высокоградиентного переменного электромагнитного и ультразвукового полей, создаваемых ферритовыми кольцами - излучателями при малом потреблении электроэнергии их электрическими обмотками (несколько ватт).
В результате одновременно с переменным вращающимся магнитным полем на поток питательного раствора воздействуют ультразвуковые колебания, излучаемые внутренней и внешней поверхностями ферритовых колец, что способствует стабилизации оптимального значения рН раствора.
Для подтверждения эффективности заявляемого технического решения были проведены опыты. Питание устройства осуществлялось от источника переменного тока напряжением 14 В, подаваемым на ферритовое кольцо с обмоткой. Сила потребляемого тока составляла 200 мА. Раствор подавался через трубку, проходящую через сквозное отверстие устройства, где подвергался комбинированному воздействию ультразвукового и электромагнитного полей.
4
2
4
4
2
4
2
4
3
2
4
В качестве объекта исследования использовался питательный раствор, представляющий смесь веществ (NH)SO; (NH)HPO; KSO; Са(NO); MgSO с заданной концентрацией и значением рН. Раствор брали из бака лабораторной установки посредством насоса, пропускали через рабочую область устройства и снова сливали в бак, из которого бралась проба для измерения значения рН. Значение рН измерялось при t=18°C с помощью электронного KL 009(1)А рН-метра. Для контроля показаний прибора значение рН проверялось универсальной индикаторной бумагой. Полученные результаты влияния ультразвуковой и электромагнитной обработки на значение рН гидропонного раствора приведены в таблице 1. Как видно из таблицы 1, значение рН гидропонного раствора возрастает от 6 до 6,9 (ΔрН=0,9).
Таким образом, безреагентный способ обработки питательных растворов гидропонных установок с помощью заявляемого устройства позволяет малыми энергетическими затратами добиться оптимального роста растений посредством регулирования значения рН питательного раствора.