Система регулирования микроклимата сельскохозяйственных полей
Владельцы патента RU 2621264:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный аграрный университет" (RU)
Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к системе регулирования микроклимата сельскохозяйственных полей. Система состоит из расположенного вдоль границы водоема, на берегах которого установлены пластины с жалюзи с возможностью поворота вокруг вертикальной оси и наклонной вертикальной плоскости. Система содержит водопроводную трубу с мелкодисперсными распылителями и насос, сообщенный с гелиатором, имеющим накопитель заряда. Система имеет дополнительный гелиатор, выполненный в виде многоярусной системы из привязанных друг с другом зачерненных баллонов, расположенных в виде нескольких установленных один над другим ярусов, на которых расположена система заземленных проводов-эмиттеров, коронирующих в электрическом поле земли. Каждый баллон имеет воздухопровод, сообщенный через штуцер с манометром с насосом, работающим в гидрорежиме и в режиме компрессора, а эмиттеры электронов сообщены с накопителем заряда. Достигаемый технический результат заключается в повышении эффективности регулирования микроклимата сельскохозяйственных полей в период длительной засухи. 2 ил.
Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к микроклимату сельскохозяйственных угодий (полей).
Известно устройство для создания восходящего потока воздуха в атмосфере на основе нагреваемых солнцем поверхностей, отличающееся тем, что нагреваемые солнцем поверхности являются поверхностями, которые выполнены в виде многоярусной системы привязанных аэростатов с зачерненными баллонами, расположенными на нескольких уровнях(см. патент №2462026, кл. A01G 15/00, 2012 г.).
Известна система микроклимата полей, содержащая из расположенного вдоль границы водоема, на берегах которого установлены пластины с жалюзи, с возможностью поворота вокруг вертикальной оси и наклонной вертикальной плоскости, состоящей из водопроводной трубы с мелкодисперсными распылителями, сообщенная с ветроэнергетической установкой и гелиатором (см. патент 2529725, кл. A01G 15/00, A01G 13/08, F03D 9/00, F03D 9/00).
Техническим результатом является повышение эффективности регулирования микроклимата сельскохозяйственных полей в период длительной засухи.
Технический результат достигается тем, что в системе регулирования микроклимата сельскохозяйственных полей, содержащей из расположенных вдоль границы водоема, на берегах которого установлены пластины с жалюзи с возможностью поворота вокруг вертикальной оси и наклонной вертикальной плоскости, состоящей из водопроводной трубы с мелкодисперсными распылителями и насосом, сообщенного с гелиатором, имеющего накопитель заряда, отличающейся тем, что имеет дополнительный гелиатор, выполненный в виде многоярусной системы из привязанных друг к другу зачерненных баллонов, расположенных в виде нескольких установленных один над другим ярусов на которых расположена система заземленных проводов-эмиттеров электронов, коронирующих в электрическом поле Земли, при этом каждый баллон имеет воздухопровод, сообщенный через штуцер с манометром с насосом, работающим в гидрорежиме и в режиме компрессора, а провода эмиттеров электронов, сообщены с накопителем заряда.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид системы регулирования микроклимата с.х. поля; на фиг. 2 изображен баллон с системой проводов-эмиттеров электронов.
Система регулирования микроклимата сельскохозяйственных полей состоит из расположенных на северном и южном берегах поля и установленных на осях 1 пластины жалюзи 2, при этом в нижней части осей 1 смонтированы шарниры 3, обеспечивающие пластинам жалюзи возможность поворота вокруг вертикальной оси и наклона в вертикальной плоскости. По продольной оси второго водоема может быть проложена водопроводная труба 4 с мелкодисперсными распылителями 5, смонтированная на стойках 6. Водопроводная труба 4 подключена к насосу 7, приводимому в действие за счет электроэнергии, вырабатываемой гелиатором 8. Дно водоема может иметь противофильтрационное покрытие 9. Также к насосу 7 и гелиатору 8 с накопителем заряда 10 подключен дополнительный гелиатор, выполненный в виде многоярусной системы, привязанных зачерненных баллонов 11, выполненных в виде торов (фиг. 2) из зачерненной металлизированной пленки и расположенных ярусами, на которых закреплены заземленные эммитеры электронов, выполненные в виде тонких проводов 12 (спиц), стягивающие внутренние края баллонов и коронирующие в электрическом поле Земли, при этом каждый баллон 11 имеет воздухопровод 13, сообщенный через штуцер 14 с манометром 15 и насосом 7, работающим в гидрорежиме и в режиме компрессора, а провода 12 (спицы), выполняющие роль эмиттеров электронов, сообщены через провода с накопителем заряда 10. В случае реконструкции дополнительного гелиатора система имеет заземлитель 16 с выключателем 17.
Предлагаемая система регулирования микроклимата сельскохозяйственных полей работает следующим образом.
Размещенный на границе поля, со стороны наиболее вероятного проникновения суховея, водоем 9, оборудованный жалюзи 2, позволяет осуществить зимнее снегозадержание на поверхности водоема с накоплением воды весной и последующей защитой ее от испарения до начала суховея, а при возникновении суховея произвести снижение его скорости и температуры, увеличить влажность воздуха установкой жалюзи на обоих берегах водоема под заданным углом к направлению ветра. При этом использование распылителей воды 5 позволит обеспечить более эффективное увлажнение воздуха на высоте до 5-6 м, а привод их от солнечных батарей исключит затраты энергоресурсов на производство электроэнергии. При возникновении более длительного и сильного суховея подключают дополнительный гелиатор, в случаях поверхность баллонов 11 нагревается солнцем в малооблачную погоду, когда требуется создание восходящих потоков в атмосфере для создания осадков. Баллоны имеют свойство при различных температурах окружающей среды спускать воздух, для контроля за этим процессом предусмотрены штуцер 14 с манометром 15. Баллоны отдают тепло окружающему воздуху путем конвекции, которая в 400 раз более эффективна, чем инфракрасное излучение, и в 500000 раз, чем молекулярная теплопроводность. В результате в каждом ярусе образуются тепловые поверхности. Воздух поднимается вверх, постепенно охлаждаясь за счет расширения и турбулентного перемешивания на периферии с окружающим воздухом, причем нагретый факел сжимается к оси симметрии. Расстояние между ярусами подбирается так, чтобы воздух, не успев остыть до температуры окружающей среды, достиг следующего яруса. Процесс подогрева повторяется на всех ярусах вплоть до верхнего. Вдоль оси установки формируется восходящий поток нагретого, в контролируемых условиях, воздуха в виде гибкого столба необходимой высоты. Преодоление нисходящих потоков воздуха в атмосфере регулируется автоматически, а если скорость восходящего потока замедляется нисходящим, то происходит более интенсивный его прогрев на соответствующих ярусах.
Внутри каждого яруса имеется система заземленных проводов-эмиттеров, сквозь которую проходит восходящий поток, уносящий вверх отрицательный объемный заряд, эмитированный в процессе коронного разряда в постоянном электрическом поле Земли, причем направление движения совпадает с направлением движения зарядов в электрическом поле. Разность потенциалов между ионосферой и поверхностью Земли составляет 300-400 кВ, а на уровне первых 3 км электрическое поле составляет около 100-130 В/м. Это означает, что, начиная с высоты 300 метров, разность потенциалов между заземленными эмиттерами и атмосферой составит 30 и более кВ. При таком поле коронный разряд на тонких проводниках, а тем более на их остриях идет интенсивно. Электроны за время 10-4-10-6 сек прилипают к нейтральным молекулам или микрочастицам и образуют эффективные заряженные центры конденсации. Для накопления заряда спицы 15, выполняющие роль эмиттеров электронов, сообщены через провода с накопителем заряда 10, например, аккумулятором, который необходим для работы насоса.
Для начала конденсации в атмосфере воздуха требуется, чтобы водяной пар находился при температуре не выше точки росы, а для эффективной конденсации требуется хотя бы небольшое перенасыщение и наличие в воздухе центров (ионы, аэрозоли и т.п.), которые являются центрами конденсация. Именно при небольших перенасыщениях имеет значение знак заряда: на отрицательных ионах конденсация идет на несколько порядков эффективнее, чем на положительных (Дж. Вильсон. «Камера Вильсона». Москва, «Иностранная литература», 1954; А.И. Русанов. «К термодинамике нуклеации на заряженных центрах». ДАН СССР, 1978, т. 238, №4, с. 831-834).
Образование облаков в естественных условиях происходит при подъеме восходящими потоками приземного воздуха, всегда содержащего водяной пар, и его охлаждение (1°С на 100 метров при адиабатическом расширении) вплоть до достижения точки росы. При конденсации выделяется скрытая теплота конденсации, равная 2498 Дж/г, а поскольку теплоемкость кубометра воздуха составляет около 1255 Дж/градус, то конденсация 1 г воды поднимает его температуру примерно на 2 градуса. Этот дополнительный нагрев при конденсации приводит к самоподдерживающемуся усилению восходящих потоков воздуха и, при достаточной начальной температуре, влажности воздуха и наличию центров конденсации, к образованию мощных кучевых облаков вертикального развития с выпадением осадков («Атмосфера. Справочник». Под ред. Ю.С. Седунова. Ленинград, Гидрометеоиздат, 1991 г.).
Полная солнечная энергия, идущая на нагрев, пропорциональна числу ярусов и в данном случае составляет 5 МВт с учетом наземного слоя, т.е. на столб восходящего потока воздуха площадью 1 м2 приходится 15-20 кВт (для сравнения - в солнечном метеотроне - 1-2 кВт). Кроме того, существует трудно оцениваемый вклад в подогрев восходящего потока воздуха от нагрева проводников, эмиттеров, тепловыделения энергии сродства электронов к молекулам кислорода и воды при обогащении восходящего потока отрицательными ионами, скрытой теплоты конденсации.
Система регулирования микроклимата сельскохозяйственных полей, состоящая из расположенного вдоль границы водоема, на берегах которого установлены пластины с жалюзи с возможностью поворота вокруг вертикальной оси и наклонной вертикальной плоскости, содержащая водопроводную трубу с мелкодисперсными распылителями и насос, сообщенный с гелиатором, имеющим накопитель заряда, отличающаяся тем, что имеет дополнительный гелиатор, выполненный в виде многоярусной системы из привязанных друг с другом зачерненных баллонов, расположенных в виде нескольких установленных один над другим ярусов, на которых расположена система заземленных проводов-эмиттеров, коронирующих в электрическом поле земли, при этом каждый баллон имеет воздухопровод, сообщенный через штуцер с манометром с насосом, работающим в гидрорежиме и в режиме компрессора, а эмиттеры электронов сообщены с накопителем заряда.
