专利名称：一种控水阀管、控水头和微灌器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种微灌装置，具体地讲是一种控水阀管、控水头和微灌器。
背景技术：
当今农业灌溉最为节水的是微灌，如滴灌和渗灌，其供水速度可以低至每小时3-5升水。但通过大量试验发现，很多植物苗大日需水量不过几百毫升甚至几十毫升，显然滴灌和渗灌也存在着惊人的浪费。其原因在于滴渗头的出水孔径一般都在1-0.5毫米以上，在这种孔径情况下，毛细管发挥其控制水流的作用十分有限，所以，滴渗头出水速度依然太快。
为了解决这一问题，本申请人设计出一种定量控水阀管，其包括外包层和设置于外包层内的内芯，所述的内芯由起毛细作用的多孔介质或毛细管束构成。通过大量实验证明，该多孔控水头出水端孔径，具备一定的控水能力，即控水头内的毛细管可承受一定范围的正压力或负压力而不使水流出或水体倒流，只有当其接触土壤后，土壤的毛细力才会将控水头内的水引出。因此，本实用新型在节水农业灌溉中的应用前景是非常广大的，其不仅实现了独立小水源的全自动供水和长时间灌溉的零能耗，而且为野外贮水、搬运、施工和种植提供了极为便利的条件，使独立小水源灌溉这一新的灌溉方式得以低成本广泛应用。另一方面，即使在无须能源的情况下，也能实现水体由低处到高处的自动扩散，完全相当于微型水泵的作用，而且是无耗能的。这也是人类社会第一次实现无耗能定量自动灌溉。
但是，上述实用新型在实际应用上还存在问题，当孔径变小后，对水质要求就变高，而且是孔径越小这种趋势越明显。如果水质不好，长时间使用微孔就容易堵塞。本申请人发现对微孔造成堵塞的原因是两方面一是水体中原有的微小颗粒堵塞，另一是水体长时间放置后，水中微生物繁殖造成的。一旦有较大杂质通过微孔，就会被卡在微孔上；或由于搭桥的作用，几个较大杂质一同留在微孔上，而且随着时间推移，更多的杂质会逐渐堆积在上面，孔隙变得更小，许多原本可以通过的杂质也不能通过了，形成“多余堵塞”，使水流量锐减。如果预先做深度水处理，则意味着该系统正常运行需要较高资金投入，会阻碍这一技术在农林业的广泛使用。
本申请人在实验中发现，水中杂质(包括微生物)颗粒大小和形状各异、千差万别，没有大小和形状完全相同的颗粒，即使有相近的颗粒，颗粒自身的长宽高也各不相同，其在水流中沿水流方向的倾角也是千差万别，所以其在水流方向的投影也不相同，如果能利用颗粒形状大小角度的微小变化，将其分别固定在相互空间距离较大的不同位置上，而这个空间又是足以使水和其中杂质顺利通过，那么这种结构就可以在一定水量下(杂质量一定，颗粒大小分布一定)起到防堵作用，同时，也可节省因处理水质而进行的高投入
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种控水阀管、控水头和微灌器，可防止或减少水中杂质堵塞控水阀管、控水头和微灌器。
通过实验发现，将亲水线束成的控水阀管结构最有利于实现本实用新型目标。这种亲水线束成的控水阀管结构中，亲水线走向与水流走向一致，亲水线之间的空间形成孔隙，其进水端的孔隙较大，以使大多数杂质顺利进入控水阀管；出水端孔隙应最小，以保证控水阀管的控水能力。控水阀管中的亲水线之间的平均间隙沿水流方向逐渐变小，即任意相邻两条亲水线间的距离都是呈进水端向出水端逐渐缩小的趋势，比如，可以将亲水线束成圆锥体结构，使其中的任意相邻两条亲水线相互之间形成一个夹角，当夹角足够小时，在水流切线方向相邻亲水线距离微小变化，就会在流水方向产生很大位移。如当夹角为1度时，从亲水线间距离10UM变化到距离8UM，中间会有约115UM长的空间，而这个空间与横向相邻的其它亲水线间形成的空间是相通的，这个空间足以通过水流及若干更小杂质到横向其它空间。也就是说在两条亲水线间距离为10UM和距离为8UM处分别被杂质卡住，也并不意味着此处形成的毛细孔被堵塞，水流和其中的杂质可以绕过这两卡点之间115UM的空隙流到相邻亲水线形成的空隙，并继续前行。这样原本被堵在一个平面上的杂质便依据其大小、水中角度被错开固定在不同截面，较小的杂质也会从其错开的空隙间顺利流过，不会形成“多余堵塞”。另外，即使若干束亲水线任意平行放置在一起，其中也会有一些亲水线自然形成由一端向另一端逐渐变小的现象，若水流也沿这个方向运动，这些亲水线也会起到错开固定杂质的作用，只是总体程度会弱一些。
基于上述原理，本实用新型可以采用如下的技术方案来实现本实用新型的目的。
一种控水阀管，包括外壳和贯穿于外壳的内芯，所述的外壳设有进水端和出水端，所述内芯由一束亲水线构成，亲水线至少由进水端延伸到出水端，至少部分内芯中亲水线之间的平均间隙沿水流方向逐渐变小。
外壳上各横截面的口径由进水端向出水端逐渐呈线性变小，外壳内的亲水线之间的平均间隙沿水流方向逐渐变小。
本实用新型中控水阀管的外壳可为锥形结构，较佳为圆锥形结构；所述锥形外壳的锥形角为大于0度至30度。控水阀管的外壳还可为螺旋形结构；无论外壳的结构如何，只要所述外壳上各横截面的口径由进水端向出水端逐渐呈线性变小即可。角度的变化对出水速度产生影响，在其它条件不变的情况下，角度越小出水速度越慢。
本实用新型中，所述任意两条相邻亲水线间的距离由进水端向出水端逐渐减小，到出水端部时其距离达到最小，形成的孔隙也是控水孔隙，它决定了该控水阀管的控水能力，并且是决定出水量的关键因素。本实用新型中该出水端处各条亲水线形成的控水孔隙的最大孔径范围为1-50微米。
本实用新型中所述亲水线可延伸到出水端外，该其延伸到控水阀管出水端外的亲水线，由于其亲水性，使控水阀管内的水会在其表面辅开，当其与土壤接触后，由于土壤也是亲水物质，水就会在土壤中扩散出去，达到供水的目的。
本实用新型还提供一种控水头，包括有过滤腔体，过滤腔体上设有进水口和至少一个出水口，所述进水口设有过滤膜，所述出水口上连接有至少一个控水阀管，所述控水阀管包括外壳和贯穿于外壳的内芯，所述的外壳设有进水端和出水端，所述内芯由一束亲水线构成，亲水线至少由进水端延伸到出水端，至少部分内芯中亲水线之间的平均间隙沿水流方向逐渐变小。
所述出水口上连接有二个或两个以上控水阀管。
所述过滤膜的过滤精度数值小于控水阀管控水孔隙，也就是出水端的最大孔隙。
所述过滤膜可设置多层。
本实用新型还提供一种微灌器，包括有贮水容器知连接于贮水容器并与贮水容器的内腔连通的控水阀管，所述控水阀管包括外壳和贯穿于外壳的内芯，所述的外壳设有进水端和出水端，所述内芯由一束亲水线构成，亲水线至少由进水端延伸到出水端，至少部分内芯中亲水线之间的平均间隙沿水流方向逐渐变小。
在所述贮水容器和控水阀管之间，还可设有过滤腔体，过滤腔体设有进水口和出水口，所述进水口与贮水容器连通，进水口端设有过滤膜，所述出水口与控水阀管连通。
根据上述方案，本实用新型的效果是显著的，具有以下有益的技术效果1.本实用新型的控水阀管可以大幅度提高容纳杂质的能力，在相同水质下使用寿命更长。
2.在控水头这一结构中，控水阀管中的毛细管受到了更进一步的保护，能够堵塞毛细管的绝大多数杂质都被过水面积更大的过滤膜分担了，从而使整个控水头的使用寿命较之单独使用控水阀管又能延长数倍乃至数十倍。
3.本实用新型的微灌器可以成为真正意义上的独立小水源灌溉装置，只要将微灌器中加足水，无需人工管理就可以保证控水阀管在几十天乃至几百天的时间里自动释放水分而不会被水中的杂质堵塞，真正解决沙漠荒山造林中植物的供水问题。
图1本实用新型控水阀管的结构示意图；图2本实用新型控水阀管出水端部分放大示意图；图3本实用新型控水阀管内亲水线的结构示意图；图4本实用新型控水阀管内亲水线的另一结构示意图；图5本实用新型控水阀管内亲水线的再一结构示意图。
图6本实用新型控水阀管的另一结构示意图；图7本实用新型控水头的结构示意图；图8本实用新型控水头的另一结构示意图；图9本实用新型控水头的再一结构示意图；图10本实用新型微灌器的结构示意图；图11本实用新型微灌器的另一结构示意图；图12本实用新型微灌器的再一结构示意图。
具体实施方式
实施例1如图1、2所示，本实用新型提供了一种控水阀管1，包括外壳12和设置于外壳12内的内芯11，所述的外壳12设有进水端121和出水端122，所述内芯11由一束亲水线构成，亲水线至少由进水端121延伸到出水端122，至少部分内芯11中亲水线之间的平均间隙沿水流方向逐渐变小。
本实用新型的控水阀管可以连接于贮水容器构成微灌器。这样一来，只需将该带控水阀管的微灌器埋入土壤，而不必铺设供水管道就可向植物根系均匀送水，然后定期更换贮水容器或定期向贮水容器补充水份即可。
且外壳12上各横截面的口径由进水端121向出水端122逐渐呈线性变小，以使外壳12内的亲水线之间的平均间隙沿水流方向逐渐变小。
本实用新型中，由于所述外壳12上各横截面的口径由进水端121向出水端122逐渐呈线性变小，且所述内芯11由一束亲水线构成，因此，控水阀管内任意相邻两条亲水线间的距离都是呈进水端121向出水端122逐渐缩小的趋势，相互之间形成一个夹角，当夹角足够小时，如夹角在大于0度至30度范围内(本实施例可选择在1度左右)，在水流切线方向相邻亲水线距离微小变化，就会在流水方向产生很大位移。这样，当含有杂质的水流过该控水阀管时，原本可能被堵在一个平面上的杂质便依据其大小和其在水中角度而被错开，并固定在不同截面，较小的杂质也会从其错开的空隙间顺利流过，不会形成“多余堵塞”。
进一步，如图1所示，本实用新型中控水阀管1的外壳12可为锥形结构，较佳为圆锥形结构；作为本实用新型的另一种实施方式，外壳12还可为螺旋形结构等；无论外壳12的结构如何，只要所述外壳12上各横截面的口径由进水端121向出水端122逐渐呈线性变小，即不出现截面口径突然变小的情况即可。
下面以在圆锥形外壳中设置的一束亲水线为例进行说明。
如图3所示，图中A-G代表亲水线a-g代表杂质。
水流从宽端(进水端)流向窄端(出水端)。
杂质a最先被卡在亲水线C、D、G之间。
杂质b被卡在亲水线A、B、C之间。
杂质f被卡在两根亲水线D、E之间，其不稳定，在一定条件下还有可能下移；也有可能固定住，其它杂质逐步堆积其上，产生搭桥。
杂质d从亲水线A、B、C之间流入被杂质b阻挡，杂质d则顺流从亲水线B、C之间流入到亲水线B、C、G之间，由于水流的变化又从亲水线B、C之间流入杂质b的下方的亲水线A、B、C之间，并被卡在杂质b下方的位置。
杂质e从亲水线D、F之间流入并被卡在亲水线D、E、F之间。
杂质c从亲水线D、E之间流入亲水线D、E、G之间，被杂质f阻挡，又通过亲水线C、G之间流入到亲水线B、C、G之间并被卡住。
杂质g附着在亲水线A上，随着其它杂质在杂质g上产生搭桥，有可能逐渐堵塞ABC之间在g点位置上的通道，但其与杂质b之间还有空间。
可以看出这七颗杂质如果铺积在一个平面上，就有可能将其下方通路阻塞。而在这种防堵结构中，它们因自身特有的大小和形状被自动的、立体的分散开，使得相互之间有很多空隙，水和较小杂质均可自由通过。以杂质c处为例，水流从其上流过来并不能被其阻断，在其旁边可以有亲水线B、C之间、亲水线C、G之间、亲水线B、G之间都可通过。
本实用新型中，所述任意两条相邻亲水线间的距离由进水端21向出水端22逐渐减小，到出水端部22时其距离达到最小，形成的孔隙也是控水孔，它决定了该控水阀管的控水能力，并且是决定出水量的关键因素。本实用新型中，该出水端22处各条亲水线形成的孔隙的最大孔径范围为1-50微米，所述出水端22处各条亲水线形成的孔隙的最大孔径范围优选为5-30微米。这样，该控水阀管不仅可以提供植物可吸取的水份，也可以更为有效地减少压力变化对水流量的影响。
在本实用新型中最大孔径的测定可以参照国家标准。以亲水线束为内芯的控水阀管的最大孔径等于该亲水线束在出水端各条亲水线之间形成的最大孔隙；而该控水阀管在土壤中释水时，其它较小孔径也发挥一定作用。
进一步，本实用新型中所述亲水线可延伸到出水端122外部，使控水阀管内的水会在其表面铺开，由于其亲水性，当其与土壤接触后，水就会在土壤中扩散出去，达到更好的供水目的。
实施例2本实施例与实施例1的原理和结构基本相同，其区别在于如图6所示，控水阀管1的外壳12可为圆柱形结构，亲水线延伸出进水端121之外(图中未示出)，所述该进水端121之外的亲水线间的平均间隙沿水流方向逐渐变小。在本实施例中，由于延伸出进水端121之外的亲水线，沿水流方向的平均间隙逐渐变小，因此，当水流过时同样可以达到如实施例相同的效果。
实施例3如图7所示，本实用新型还提供一种控水头，包括有过滤腔体2，过滤腔体2上设有进水口21和至少一个出水口22，进水口21的口径大于出水口22的口径，所述进水口21设有过滤元件23，所述出水口22上连接有至少一个前述的控水阀管1，所述控水阀管1包括外壳12和贯穿于外壳12的内芯11，所述的外壳12设有进水端121和出水端122，所述内芯11由一束亲水线构成，亲水线至少由进水端121延伸到出水端122，至少部分内芯11中亲水线之间的平均间隙沿水流方向逐渐变小。
在实际应用中，为了防止水质的原因而使控水阀管1被堵塞，因此，在控水阀管1的前端，再设置一过滤装置，以便更好地达到本实用新型的目的。
进一步，如图8所示，所述过滤腔体2的出水口22为两个或两个以(图中设有三个)，以连接多个控水阀管1。
作为本实施例的另一种实施方式，如图9所示，过滤腔体2的出水口22与控水阀管1之间还连接有水管3；所述水管3上连接有二个或两个以上控水阀管1。
本实施例中，如图所示，所述过滤元件23为过滤膜；且所述过滤膜可设置多层，以提高过滤效果。
本实用新型中，所述过滤膜的过滤精度数值可小于控水阀管1出水端122的亲水线之间的平均间隙或控水阀管出水端的控水孔隙。按照人们通常的想法过滤膜的过滤孔隙太小很难使水通过；尤其是过滤膜孔隙小于控水阀管的最大孔径，那么过滤膜的毛细力就会大于控水阀管的毛细力，因此控水阀管也就无法自动将水由进水口通过过滤膜吸引到出水口，靠毛细力自动灌溉也就无法实现。但是，本实施例中，过滤精度数值是指过滤膜能够通过的最大杂质尺寸，而通过深度过滤就可以实现在较大孔隙的过滤膜中通过层层过滤获得较小的过滤精度数值，如毛毡等过滤材料，其过滤孔隙远远大于其过滤精度数值；即使用表面过滤膜材料，过滤膜孔隙小于控水阀管的控水孔隙，由于过滤膜是完全浸泡在水中，其上没有气液交界面形成的表面张力，也就不存在毛细力，因此虽然孔隙很小，只要过滤膜两侧的压强不同，水就会流动。控水阀管1出水端122的亲水线延伸出该出水端122之外并于土壤接触，由于土壤及亲水线的吸水作用，使过滤膜出水侧的压强小于其进水侧的压强，因此，也可以使水较容易地流过过滤膜。再者，控水阀管出水量是很少的，因此虽然过滤膜面积很小，过水量很低，却也能满足控水阀管的需要。经实验发现，控水阀管与过滤膜的最佳孔隙配合为控水阀管孔隙在5微米-30微米之间；过滤膜的孔隙在0.1微米-5微米之间或过滤精度在5微米以下。
实施例4如图10、11所示，一种微灌器，包括有贮水容器4和连接于贮水容器4并与贮水容器4的内腔连通的前述控水阀管1，所述控水阀管1包括外壳12和贯穿于外壳12的内芯11，所述的外壳12设有进水端121和出水端122，所述内芯11由一束亲水线构成，亲水线至少由进水端121延伸到出水端122，至少部分内芯11中亲水线之间的平均间隙沿水流方向逐渐变小。
本实施例中，如图10所示，为贮水容器4与一圆锥形控水阀管结合的使用情况；图11则为贮水容器4与一圆柱形控水阀管结合使用的情况。
如图所示，所述微灌器上还设有注水口41，注水后将注水口41封闭。该微灌器可以埋设在植物的根部进行渗灌。由于该微灌器中采用前述的控水阀管1，因此可以防止控水阀管1在使用过程中发生堵塞。
进一步，如图12所示，在所述贮水容器4和控水阀管1之间，还可设有前述的过滤腔体2，以提高其过滤效果，过滤腔体2设有进水口21和出水口22，进水口21的口径大于出水口22的口径，所述进水口21与贮水容器4连通，进水口21端设有过滤元件23，所述出水口22与控水阀管1连通。
本实施例的其它效果与实施例1相同，在此不再赘述。
权利要求1.一种控水阀管，包括外壳和贯穿于外壳的内芯，其特征在于，所述的外壳设有进水端和出水端，外壳上各横截面的口径由进水端向出水端逐渐变小，所述内芯由一束亲水线构成，亲水线至少由进水端延伸到出水端，至少部分内芯中亲水线之间的平均间隙沿水流方向逐渐变小。
2.如权利要求1所述的控水阀管，其特征在于，该出水端处各条亲水线形成的控水孔隙的最大孔径范围为1-100微米。
3.一种控水头，其特征在于，包括有过滤腔体，过滤腔体上设有进水口和至少一个出水口，所述进水口设有过滤膜，所述出水口上连接有至少一个控水阀管，所述控水阀管包括外壳和贯穿于外壳的内芯，所述的外壳设有进水端和出水端，外壳上各横截面的口径由进水端向出水端逐渐变小，所述内芯由一束亲水线构成，亲水线至少由进水端延伸到出水端，至少部分内芯中亲水线之间的平均间隙沿水流方向逐渐变小。
4.如权利要求3所述的控水头，其特征在于，所述过滤膜的过滤精度数值小于控水阀管出水端最大控水孔隙数值。
5.如权利要求3所述的控水头，其特征在于，当出水端处各条亲水线形成的控水孔隙的最大孔径范围在1-50微米时，过滤膜的孔隙在0.1微米-5微米之间。
6.一种微灌器，包括有贮水容器和连接于贮水容器并与贮水容器的内腔连通的控水阀管，所述控水阀管包括外壳和贯穿于外壳的内芯，其特征在于所述的外壳设有进水端和出水端，外壳上各横截面的口径由进水端向出水端逐渐变小，所述内芯由一束亲水线构成，亲水线至少由进水端延伸到出水端，至少部分内芯中亲水线之间的平均间隙沿水流方向逐渐变小。
7.如权利要求6所述的微灌器，其特征在于，在所述贮水容器和控水阀管之间，还可设有过滤腔体，过滤腔体设有进水口和出水口，所述进水口与贮水容器连通，进水口端设有过滤膜，所述出水口与控水阀管连通。
8.如权利要求7所述的微灌器，其特征在于，所述过滤膜的过滤精度数值小于控水阀管出水端最大控水孔隙数值。
9.如权利要求7所述的微灌器，其特征在于，当出水端处各条亲水线形成的控水孔隙的最大孔径范围在1-50微米时，过滤膜的孔隙在0.1微米-5微米之间。
专利摘要本实用新型为一种控水阀管、控水头和微灌器。控水阀管包括外壳和设置于外壳内的内芯，外壳设有进水端和出水端，内芯由一束亲水线构成，亲水线至少由进水端延伸到出水端，至少部分内芯中亲水线间的平均间隙沿水流方向逐渐变小。控水头包括有过滤腔体，过滤腔体上设有进水口和至少一个出水口，所述进水口设有过滤膜，所述出水口上连接有至少一个控水阀管。微灌器包括有贮水容器和连接于贮水容器并与贮水容器的内腔连通的控水阀管，在所述贮水容器和控水阀管之间，还可设有过滤腔体。本实用新型能够有效的延长控水阀管的使用寿命，使无耗能的自动灌溉技术具有真正的实用价值。
文档编号A01G25/02GK2812559SQ2005200189
公开日2006年9月6日 申请日期2005年5月18日 优先权日2005年5月18日
发明者诸钧 申请人:诸钧