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一种管道嵌入式放电等离子体液相固氮装置及其固氮方法

1.发明属于等离子体技术领域，具体涉及一种管道嵌入式放电等离子体液相固氮装置及其固氮方法。
技术背景
2.滴灌技术以其先进的节水、节肥、增产、增效和改善作物品质等优点促进了现代农业的发展。但随着实际生产需要的不断提升以及“水肥一体化”在滴灌系统中的大量普及，为降低成本而使用的水肥生产工艺不可避免地导致流经滴灌系统的液体存在不溶物，微型管道内的物理堆积和化学腐蚀日趋严重，造成大量经济损失。现代科学农科领域展现出了对液态氮肥生产技术的迫切需求。

技术实现要素：

3.本发明主要采用大气压气液放电等离子体技术，提出了一种管道嵌入式放电等离子体液相固氮装置及其固氮方法。旨在通过提供一种实时生产液态氮肥的装置，解决滴灌的实际使用过程中由肥料中不溶物导致的一系列问题。
4.等离子体区域中大量的高能电子可将环境中的氮气、氧气、水等激发、电离，经一系列反应后产生含氮活性基团(rns)、自由基等。其中，以为代表的硝化氮因其可以离子的形式被作物直接吸收并参与氮循环，被称为“土壤速效氮”。等离子体液相固氮不仅有较好的促生长作用，同时能有效避免不可溶的肥料堵塞滴灌导致的一系列问题。
5.本发明的具体技术方案为：
6.一种管道嵌入式放电等离子体液相固氮装置，包括：多放电单元系统、气体管道系统和模块化密封水流腔室系统；
7.多放电单元系统包括多个放电单元，每个放电单元包括高压电极、高压电极固定件和放电单元腔室；高压电极通过高压电极固定件密封设在放电单元腔室内；
8.气体管道系统为一体式，包括主气体管道，主气体管道设有进气口和多个气体管道出口，气体管道出口与放电单元腔室的侧方进气口密封连接；
9.放电单元腔室与模块化密封水流腔室系统密封连接；模块化密封水流腔室系统内设有地电极。
10.具体的，所述的模块化密封水流腔室系统，包括水流腔室和水流腔室上盖板；放电单元腔室密封固定在水流腔室上盖板的圆孔内。
11.所述的地电极通过圆环结构固定在水流腔室中。所述的地电极的圆环与模块化密封水流腔室系统的进水口相扣。
12.本发明中，多个放电单元并列固定，水流依次流经各个放电区域达到多次处理的效果。
13.本发明以空气作为工作气体，空气由外接空气泵经气体管道系统通输送至高压电极末端的气液交接处，放电等离子体在此区域产生，流经次此区域的液体经等离子体处理
后，水中富含大量离子形式的氮氧化物，并由水流腔室另一端流出。
14.该管道嵌入式放电等离子体液相固氮装置的固氮方法，包括以下步骤：
15.步骤1：放电单元的组装。将高压电极固定件放入放电单元高压端，再将高压电极分支穿过高压电极固定件的中心圆孔，向下推至最大程度。按相同方式完成全部放单单元的组装并旋转放电单元腔室，调整至放电单元进气口端与高压电极横杆垂直。
16.步骤2：将气体管道出口分别连接各放电腔室进气口。
17.步骤3：将地电极从水流腔室进水口插入，使其圆环结构与进水口相扣。
18.步骤4：水流腔室的组装。将放电腔室分别插入水流腔室上盖板圆孔中。调整深度后将水流腔室与水流腔室上盖板密封连接。
19.步骤5：水流的处理。将外接水管接入进水口，空气泵接入进气口，打开外接电源。放电等离子体产生在放电单元下方的气液面交界处，水经等离子体处理后从水流腔室另一端流出，即可得到富含氮氧化物的农业灌溉水。
20.本发明的有益效果：
21.(1)水流依次流经多个放电区域，即被多次处理，这可以有效提高液体中氮氧化物含量。
22.(2)各放电单元可拆卸，模块化设计可适用于多种运行环境，同时方便长期使用所要求的检修替换。
23.(3)利用空气作为工作气体，可极大降低运行成本。
24.(4)本发明为滴灌管道嵌入式装置，水流腔室进水口可直接接入普通水管，操作简单，适用于多种工作环境。
附图说明
25.图1为本发明嵌入式放电等离子体液相固氮装置立体示意图；
26.图2为本发明为嵌入式放电等离子体液相固氮装置左视图；
27.图3为本发明为水流腔室侧剖图；
28.图4为本发明为放电单元侧剖图；
29.图中：1.水流腔室；2.水流腔室上盖板；3.进水口；4.主气体管道；5.进气口；6.气体管道出口；7.放电单元腔室；8.高压电极固定件；9.放电单元进气口；10.高压电极；11.地电极。
具体实施方式
30.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
31.如图1到图4所示，管道嵌入式放电等离子体液相固氮装置由多放电单元系统，气体管道系统和模块化密封水流腔室系统组成。
32.多放电单元系统由多个放电单元排列构成。放电单元由放电单元腔室7、高压电极10和高压电极固定件8构成。如图4所示，放电单元腔室7为一体式结构，三个接口可分别用于连接高压电极10，连接气体管道出口6，以及构建放电等离子体区；高压电极10为一体式
设计，采用金属导体材质。高压电极固定件8采用绝缘材质；将放电单元分别连接至高压电极10后需调整放电单元进气口9方向，使其分别与高压电极10横杆垂直。
33.气体管道为一体式设计，同时连接多个放电单元。气体管道系统包括主气体管道4，主气体管道4设有进气口5和多个气体管道出口6，气体管道出口6与放电单元腔室7的侧方进气口9密封连接。
34.如图3所示，模块化密封水流腔室系统由水流腔室1，水流腔室上盖板2和地电极11构成。水流腔室1中间开槽，水流腔室1采用绝缘材质；水流腔室上盖板2有多个孔位；水流腔室上盖板2与水流腔室1可构成闭合水处理腔体；地电极11为一体式嵌入设计，圆环端与水流腔室的进水口3相扣，使之整体固定在水流腔室内部，正对放电单元腔室7下方。
35.嵌入式放电等离子体液相固氮装置，固氮方法步骤如下：
36.步骤1：多放电单元系统。将高压电极固定件8由放电单元腔室7上端嵌入，使得高压电极固定件8上边缘下沿与放电单元腔室7腔室高压端上沿接触，将高压电极从高压电极固定件8中心孔穿过，向下推至最大程度，即完成放电单元腔室7的组装。本实施例中，放电单元腔室7的材料为石英石玻璃；高压电极固定件8的材料为橡胶。高压电极固定件8上方预留孔的直径为2mm。
37.步骤2：将气体管道出气口6连接至放电单元进气口9。本实例中，主气体管道4材料为橡胶，直径为5mm。
38.步骤3：模块化密封水流腔室系统组装。构成密闭水流腔室需要将水流腔室上盖板2嵌入水流腔室1上方。当水流腔室上盖板2嵌入水流腔室1上方时，放电单元腔室7随水流腔室上盖板2下移。将地电极11从水流腔室1的进水口3插入，使其圆环结构与进水口3相扣，转动圆环，使其正对放电单元末端，即完成水流腔室的组装。本实例中，地电极11材料为导体铜；水流腔室1和水流腔室上盖板2的材料为绝缘橡胶；水流腔室上盖板2的预留孔的内径为5-6mm。
39.步骤4：水处理。将外接水管接入进水口3，将空气泵气管接入进气口5，打开外接电源开关。放电等离子体产生在放电单元7的末端。水流经过进水口3进入水流腔室1，流经放电等离子体区域后携带氮氧化物从另一端流出，即得到可直接用于农业滴灌的等离子体活化水。
40.本发明以空气作为工作气体，水流由进水口进入腔体，依次经过多个放电等离子体区域，经处理后的液体携带氮氧化物由水流腔室的另一端流出，进入滴灌系统直接浇灌农作。本发明操作方便，成本低，可制成模块固氮产品推广应用，实现大面积滴灌系统浇灌作业。

技术特征：

1.一种管道嵌入式放电等离子体液相固氮装置，其特点在于，包括：多放电单元系统、气体管道系统和模块化密封水流腔室系统；多放电单元系统包括多个放电单元，每个放电单元包括高压电极(10)、高压电极固定件(8)和放电单元腔室(7)；高压电极(10)通过高压电极固定件(8)密封设在放电单元腔室(7)内；气体管道系统为一体式，包括主气体管道(4)，主气体管道(4)设有进气口(5)和多个气体管道出口(6)，气体管道出口(6)与放电单元腔室(7)的侧方进气口(9)密封连接；放电单元腔室(7)与模块化密封水流腔室系统密封连接；模块化密封水流腔室系统内设有地电极(11)。2.根据权利要求1所述的一种管道嵌入式放电等离子体液相固氮装置，其特点在于，所述的模块化密封水流腔室系统，包括水流腔室(1)和水流腔室上盖板(2)；放电单元腔室(7)密封固定在水流腔室上盖板(2)的圆孔内。3.根据权利要求1所述的一种管道嵌入式放电等离子体液相固氮装置，其特点在于，所述的地电极(11)通过圆环结构固定在水流腔室(1)中。4.根据权利要求3所述的一种管道嵌入式放电等离子体液相固氮装置，其特点在于，所述的地电极(11)的圆环与模块化密封水流腔室系统的进水口(3)相扣。5.根据权利要求1所述的一种管道嵌入式放电等离子体液相固氮装置，其特点在于，多个所述的放电单元并列设置。6.一种管道嵌入式放电等离子体液相固氮方法，其特点在于，采用权利要求1到5任一项装置，将外接水管接入模块化密封水流腔室系统，空气泵接入气体管道系统，打开外接电源；放电等离子体产生在放电单元下方的气液面交界处，水经等离子体处理后从模块化密封水流腔室系统另一端流出，即可得到富含氮氧化物的农业灌溉水。

技术总结

本发明公开了一种管道嵌入式放电等离子体液相固氮装置及其固氮方法，包括多放电单元系统、气体管道系统和模块化密封水流腔室系统；基于大气压气液放电等离子体固氮技术，旨在通过提供能够实时生产液态氮肥的装置，以解决滴灌的实际使用过程中由肥料中不溶物导致的一系列问题。本发明以空气作为工作气体，水流由进水口进入腔体，依次经过多个放电等离子体区域，经处理后的液体携带氮氧化物由水流腔室的另一端流出，进入滴灌系统直接浇灌农作。本发明操作方便，成本低，可制成模块固氮产品推广应用，实现大面积滴灌系统浇灌作业。实现大面积滴灌系统浇灌作业。实现大面积滴灌系统浇灌作业。