УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛИВА КОМНАТНЫХ РАСТЕНИЙ Российский патент 2004 года по МПК A01G27/06 A01G27/02 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к устройствам для полива комнатных растений.

Известно [1] устройство для полива комнатных растений, содержащее подводящий патрубок, накопительную емкость, установленную шарнирно и разделенную перегородкой на две равные части, и две сифонные трубки, выходящие из них, которые служат непосредственно для полива растений. Недостатком данного устройства является невозможность его быстрой перенастройки на другой требуемый расход воды, т.к. доза изначально определяется конструктивными особенностями изделия. Кроме того, с помощью данного устройства можно поливать одно либо два растения.

Известно [2] устройство для полива комнатных растений, включающее резервуар питающей жидкости с капельницей и накопитель дозы, выполненный в виде емкости с размещенной в ней гибкой сифонной трубкой, которая является отводящей и используется для подачи воды к растению. Недостатками указанного устройства, сужающими область его применения, являются сложность конструкции и то, что оно наиболее эффективно при обслуживании всего одного растения, требующего малых доз полива.

Прототипом предлагаемого изобретения является устройство [3] для полива комнатных растений, которое содержит накопительную емкость, сифонные трубки и дозатор жидкости, выполненный в виде конической емкости, большее основание которой обращено к накопительной емкости, а меньшее основание - к подводящему патрубку. Полости дозатора и накопительной емкости сообщены между собой сифонной трубкой. Концы сифонных трубок, выходящие из накопительной емкости, снабжены сосудами-накопителями, а другие концы сифонных трубок установлены в накопительной емкости на разных высотах за счет специальных насадок. Устройство работает следующим образом. Поливная вода из подводящего патрубка поступает в дозатор жидкости, откуда через сифонную трубку заливается в накопительную емкость. Из последней через сифонные трубки и сосуды-накопители вода идет непосредственно к растениям. За счет разных по высоте сифонных трубок, размещенных внутри накопительной емкости, достигается различный расход жидкости. Количество сифонных трубок и сосудов-накопителей соответствует количеству поливаемых растений. Объем накопительной емкости должен быть равен общему расходу воды. Устройство позволяет одновременно поливать несколько (более двух) домашних цветов, однако оно достаточно сложно в изготовлении и в нем трудно варьировать дозы выливаемой жидкости, поскольку необходимо применять удлинительные насадки различной длины.

Общим принципом работы всех описанных поливочных устройств (и прототипа в частности) является накопление тем или иным способом заранее определенного объема (дозы) воды, а потом слив его на растения с помощью сифонных трубок, которые выполняют роль отводных.

Предлагаемое изобретение решает задачу автоматического бесперебойного долговременного капельного полива сразу нескольких домашних растений с возможностью очень простого регулирования суточного расхода воды в достаточно широком диапазоне. Заявляемое устройство особенно удобно использовать для сохранения растений в период длительного отсутствия хозяев.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для полива комнатных растений, содержащем резервуарную и накопительную емкости и сифонные трубки для отвода воды непосредственно к растениям, в качестве сифонных используются гибкие капиллярные трубки длиной от 0,4 до 1,2 м, изготовленные из электропроводов с сечением от 0,50 до 0,12 мм2, которые одновременно выполняют роль дозаторов жидкости. Течение жидкости по такой трубке подчиняется закону Пуазейля [4]:

,

где Vc - объемный расход жидкости через поперечное сечение трубки, м3/с;

R - радиус трубки, м;

L - длина трубки, м;

ΔР - падение давления на участке трубы длиной L, Па;

η - динамическая вязкость жидкости, Па·с (для воды при 20°С эта величина составляет 1,005·10-3 Па·с) [5].

Из уравнения видно, что для конкретной капиллярной трубки (т.е. для фиксированных значений R и L) объемный расход жидкости Vc, т.е. поливочная доза, прямо пропорционально зависит от перепада давления ΔР на ее концах. Изменяя перепад давления, можно регулировать расход воды в достаточно широком диапазоне.

На чертеже показан общий вид предлагаемого устройства для полива комнатных растений (для упрощения показана одна сифонная капиллярная трубка из нескольких (до четырех), входящих в комплект устройства).

В отверстиях накопительной емкости 7 закреплены изогнутые пластмассовые трубки 3 с пропущенными через них гибкими капиллярными трубками 6. Накопительную емкость 7 заполняют поливочной водой до указанной метки. Вода обязательно должна быть чистой и без пузырьков воздуха. Верхнюю резервуарную емкость 5 также полностью заливают чистой водой, навинчивают на горловину специальную пробку 4 с двумя выводными трубочками, которые выступают над плоскостью пробки соответственно на 3-4 и 5-6 мм и внутренним диаметром 6 мм. Быстро перевернув, устанавливают емкость 5 над накопительной емкостью 7. Через короткое время уровень воды в накопительной емкости 7 застабилизируется и будет автоматически поддерживаться в течение всего времени полива. Это происходит следующим образом. Если вода в накопительной емкости 7 касается двух выводных трубочек пробки 4 одновременно, она из резервуарной емкости 5 не выливается, т.к. удерживается атмосферным давлением. Когда уровень воды в накопительной емкости 7 понижается вследствие полива растений через сифонные капиллярные трубки 6, кончик более короткой выводной трубочки перестает касаться поверхности воды, и через эту трубочку атмосферный воздух попадает в резервуарную емкость 5. Вода из нее начинает выливаться в накопительную емкость 7 до тех пор, пока уровень воды не поднимется до кончика короткой выводной трубочки и не перекроет подачу воздуха через нее в резервуарную емкость 5. Описанный процесс периодически повторяется и тем самым автоматически поддерживается заданный уровень воды в накопительной емкости 7 в течение всего времени полива, т.е. пока остается вода в резервуарной емкости 5.

Предлагаемое поливочное устройство запускается в работу следующим образом. Кончик сифонной капиллярной трубки 6 вытягивают на 7-10 см ниже уровня воды в накопительной емкости 7, потом берут его в рот и засасывают воду до появления частых капель 2. Затем, последовательно втягивая кончик капиллярной трубки 6 (т.е. уменьшая его высоту h относительно уровня воды в накопительной емкости 7), постепенно увеличивают до требуемого значения время между каплями, которое определяют по часам с секундной стрелкой или секундомеру. Высота h, показанная на чертеже, определяет величину ΔР в уравнении Пуазейля и соответственно объемный расход воды, т.е. поливочную дозу. Простое втягивание или вытягивание кончика сифонной капиллярной трубки 6 позволяет легко дозировать количество воды, направляемое на полив домашнего растения. Аналогично производится настройка остальных капиллярных трубок 6, если требуется поливать еще несколько цветков.

Подготовленное устройство устанавливается рядом с растениями так, чтобы кончики капиллярных трубок 6 находились над цветочными горшками 1 и капли 2 падали в землю. Желательно, чтобы на устройство не попадали прямые солнечные лучи, которые могут сильно нагреть воду в накопительной емкости 7 и поднять ее уровень. После того как вода в резервуарной емкости 5 закончится, ее следует вновь заполнить чистой водой, установить над накопительной емкостью 7, и устройство будет опять готово к работе.

Проще всего накопительную емкость 7 и резервуарную 5 изготавливать из пластиковых бутылок вместимостью 1,5 л, однако можно использовать и другие типоразмеры. В качестве изогнутых пластмассовых трубок 3 можно применять трубочки для коктейлей. Специальную пробку 4 легко сделать из обычной пластмассовой крышки для пластиковых бутылок. Для этого в ней следует просверлить два отверстия соответствующего диаметра (~5,5 мм) и плотно вставить в них, отрегулировав по высоте, два кусочка электроизолирующей поливинилхлоридной трубки длиной 10-20 мм и наружным диаметром 6 мм.

Гибкие капиллярные трубки значительной длины реальнее всего изготавливать из изоляции электропроводов. Подбор подходящих по сечению проводов осуществлялся по формуле Пуазейля с учетом следующих практических соображений и конструктивных особенностей предлагаемого поливочного устройства.

Перепад давления ΔР составлял от 10 до 60 мм водяного столба (измеряли с помощью линейки), поскольку кончик капиллярной трубки, перемещаемый в указанном интервале h, будет всегда находиться выше края большинства цветочных горшков.

Длина капиллярной трубки L - от 0,40 до 1,20 м. Длину менее 0,4 м не позволяет иметь конструкция устройства, поскольку кончик трубки может вылезти из воды в накопительной емкости 7. Если длина будет более 1,2 м, то такие трубки начинают занимать в накопительной емкости много места, через них уже трудно засасывать воду ртом, а главное, они сложны в изготовлении и дороги.

Для расчетов были выбраны серийно выпускаемые электрические провода со стандартным сечением S 0,75; 0,50; 0,35; 0,20; 0,12 и 0,07 мм2 и пластмассовой электроизоляцией. Ориентировочно принимали внутренний радиус капиллярной трубки R равным радиусу проволоки и рассчитывали его из величины сечения электропровода по

,

где R – радиус капилляра, м;

S – сечение провода, м2.

Результаты вычислений приведены в таблице 1.

При оценке полученных данных считали, что суточный расход воды в пределах от 30 до 100 мл является оптимальным, т.к. этот диапазон удовлетворяет потребности в воде большинства комнатных растений.

Из табл.1 видно, что теоретически рассматриваемые электропровода (кроме сечения 0,75 мм2) позволяют получать суточный расход воды в вышеуказанном диапазоне.

Для изготовления и опробования предлагаемого устройства были использованы гибкие капиллярные трубки, полученные из электроизоляции проводов с сечением 0,50; 0,35; 0,20; 0,12 и 0,07 мм2. Расчетный радиус капиллярной трубки Rp определяли по номинальному сечению провода, фактический радиус Rф измеряли с помощью отсчетного микроскопа МИР-1М на различных участках по всей длине капилляра и данные усредняли. Расчетный суточный расход воды Vp вычисляли по формуле Пуазейля, используя значения Rф, измеренного перепада давления ΔР и длины трубки L. Фактический суточный расход воды Vф в течение первых суток определялся с помощью мерного цилиндра по ГОСТу 1770-74. Исходя из заранее определенного для каждого капилляра числа капель, содержащихся в 1 мл, поливочные устройства были настроены на суточный расход воды приблизительно 40-60 мл/сут. Результаты испытаний приведены в табл.2. Для сравнения здесь же показаны данные исследования капилляра, изготовленного из электропровода с сечением 0,75 мм2.

Из табл.2 видно, что капиллярные трубки, полученные из проводов с сечением 0,75 и 0,07 мм2, непригодны для рассматриваемых целей, поскольку не обеспечивают получение требуемого суточного расхода воды. Испытания обнаружили, что фактический суточный расход воды значительно меньше рассчитанного по формуле Пуазейля. Причину этого явления следует искать в условиях образования капли на кончике капиллярной трубки. На каплю действует сила поверхностного натяжения воды, которая стремится уменьшить площадь ее поверхности, а следовательно, и объем, и очень существенно замедляет скорость каплепадения. Когда кончик трубки, из которого появлялись капли, опустили под воду (при сохранении прежней величины ΔР), то вода из устройства перестала вытекать каплями и ее расход значительно увеличился. Этот опыт подтверждает высказанное предположение. Обнаруженное замедление расхода воды в процессе каплепадения не позволяет использовать в предлагаемом поливочном устройстве капиллярную трубку, полученную из провода с сечением 0,07 мм2, хотя согласно предварительным расчетам (см. табл.1) она обеспечивает наиболее широкие пределы регулирования в заданном диапазоне расхода воды. Кроме того, последующие опыты показали, что такие капилляры достаточно быстро (через несколько суток) забиваются твердыми примесями, которые всегда присутствуют в водопроводной воде. Таким образом, для дальнейших исследований были выбраны электропровода с сечениями 0,50; 0,35; 0,20 и 0,12 мм2.

В табл.3 показаны данные длительных испытаний предлагаемых поливочных устройств на основе капиллярных трубок, изготовленных из электропроводов с сечениями 0,50; 0,35; 0,20 и 0,12 мм2 и длинами от 0,4 до 1,2 м, т.е. во всем интервале заявляемых параметров. Объем резервуарной емкости составлял 1,5 л; количество используемых трубок равнялось трем. Следует указать, что все устройства в начале опытов настраивались на желаемый суточный расход воды в интервале от 50 до 60 мл. Расход воды определялся как среднее из трех значений (по числу используемых трубок).

Из табл.3 видно, что устройства с капиллярными сифонными трубками, изготовленными из электропроводов с сечениями от 0,50 до 0,12 мм и длинами от 0,4 до 1,2 м, обеспечивают бесперебойный равномерный полив домашних растений в течение всего времени, на которое рассчитана по своему объему резервуарная емкость.

Кроме того, в ходе экспериментов было установлено существенное влияние изменения атмосферного давления на суточный расход воды. Если атмосферное давление повышалось, то расход воды уменьшался и наоборот. Вероятно, это связано с условиями формирования капель на кончике трубки.

На примере различных типов электропроводов с сечениями 0,50; 0,35; 0,20 и 0,12 мм2 изучалась возможность регулирования суточного расхода воды за счет изменения величины перепада давления на концах капиллярных трубок ΔР. Времена между падениями нескольких первых капель при настройке поливочных устройств τ определяли по секундомеру. Данные экспериментов представлены в табл.4.

Эти результаты свидетельствуют о возможности регулирования суточного расхода воды в достаточно широких пределах путем простого изменения величины ΔР, т.е. перемещения по высоте h кончика капиллярной трубки, что подтверждает решение ранее поставленной задачи.

Представленные в табл.3 и 4 сведения доказывают соответствие заявляемого изобретения условию “промышленная применимость” по действующему Патентному закону.

Для приблизительной настройки поливочных устройств на требуемые суточные расходы воды в зависимости от сечений проводов в табл.5 приведены соответствующие им времена между падениями капель, определенные опытным путем.

Следует отметить, что указанные времена являются ориентировочными, поскольку количество капель воды в 1 мл не строго постоянная величина, а зависит от внутреннего радиуса кончика конкретной капиллярной трубки, качества среза, угла наклона трубки к горизонту и т.д.

Проведенный анализ научно-технической литературы и патентной документации по ведущим странам мира (СССР, Россия, ФРГ, Великобритания, Франция, Швейцария - М.кл. А 01 G 27/00 и США - Н.кл. 47/48.5) позволил установить, что к моменту подачи настоящей заявки не известны технические решения, по своим существенным признакам полностью идентичные предлагаемому изобретению. Следовательно, оно соответствует условию “новизна” по действующему Патентному закону.

Вышеуказанный анализ также не выявил технических решений, которые бы имели признаки, совпадающие с отличительными признаками заявляемого изобретения. Так, из современного уровня техники не известно использование в поливочных устройствах для домашних растений в качестве сифонных сливных трубок гибких капиллярных трубок длиной от 0,40 до 1,20 м, изготовленных из изоляции электропроводов с сечением от 0,50 до 0,12 мм2, которые одновременно выполняют роль дозаторов воды. Таким образом, предлагаемое техническое решение соответствует условию “изобретательский уровень” по действующему законодательству.

Источники информации

1. Авт. свидетельство СССР №1741671, М. кл. А 01 G 27/00, опубл. 23.06.1992 г., бюллетень №23.

2. Патент РФ №2081559, М. кл. А 01 G 27/00, опубл. 20.06.1997 г., бюллетень №17.

3. Авт. свидетельство СССР №1701191, М. кл. А 01 G 27/00, опубл. 30.12.1991 г., Бюллетень №48.

4. “Политехнический словарь” под редакцией И.И. Артоболевского, М., “Советская энциклопедия”, 1977 г., с.400.

5. “Краткий справочник химика”. /Под редакцией В.А. Рабиновича, Л., “Химия”, 1977 г., с.59.

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Устройство содержит резервуарную и накопительную емкости, расположенные одна над другой, и выходящие из накопительной емкости сифонные сливные трубки, отводящие воду непосредственно к цветочным горшкам. Сифонные трубки представляют собой гибкие капиллярные трубки длиной от 0,40 до 1,20 м, изготовленные из изоляции электропроводов с сечением от 0,50 до 0,12 мм², которые одновременно выполняют роль дозаторов воды. Изменяя по высоте относительно застабилизированного уровня воды в накопительной емкости положение кончика капиллярной трубки, из которого капает вода, можно регулировать время между каплями и, соответственно, суточный расход воды. Устройство позволяет проводить автоматический долговременный капельный полив одновременно нескольких (до четырех) домашних цветков с возможностью простого регулирования суточного расхода воды в интервале от 30 до 100 мл в сутки. Продолжительность полива составляет от трех до тридцати дней в зависимости от количества поливаемых растений, заданного расхода воды и вместимости резервуарной емкости. 1 ил., 5 табл.

Устройство для полива комнатных растений, содержащее резервуарную и накопительную емкости, сифонные трубки для полива растений, отличающееся тем, что в качестве сифонных трубок используются гибкие капиллярные трубки длиной от 0,40 до 1,20 м, изготовленные из изоляции электропроводов с сечением от 0,50 до 0,12 мм², которые одновременно выполняют роль дозаторов воды.