温室果蔬病害臭氧物理防治系统的制作方法

1.本实用新型涉及的一种温室大棚植保机械果蔬病虫害臭氧防治技术，尤其是一种无需农药即可实现病虫害防治的植保机械、，具体地说是一种大棚温室温室果蔬病害臭氧物理防治系统。
2.

背景技术：

3.臭氧物质，既是强氧化剂同时又是广谱杀菌剂，是氧的同素异形体，是等离子体，由三个氧原子构成，是氧的高能存在形式，它不是稳定的物质，它不可以贮存，只能边生产边使用，理论上臭氧可以杀灭任何病原微生物，但杀灭不同病原菌有不同的杀灭阈值，一旦达到所需阈值杀灭作用瞬间即完成，这是用臭氧代替农药的依据。臭氧的强氧化性是农药杀菌剂所不具备的，使用时会出现很多有益的变化，若忽视了其氧化性连杀菌作用也很难达到，这是用臭氧代替农药的技术难点。臭氧在常温、常压下的半衰期只有20～40分钟便自行还原成氧气，使用后对环境没有任何污染与二次污染、对农作物没有任何残留，即保护了生态环境，又保障了食品安全，这是用臭氧代替农药的意义。
4.臭氧是广谱杀菌剂，与农药有相似之处，理论上与农药的部分作用相同，但是“用臭氧代替农药的概念”却是日本学者们于上世纪90年代首先提出来的，时间过去了30多年，目前国内外尚没有任何可实际使用的同类产品，这即包括首先提出这一概念的日本学者，也包括中国农业科学院蔬菜花卉研究所的一众专家们，始终都没有成功，目前用臭氧代替农药仍仅仅是个概念，因为他们不能保证在杀灭病原微生物的同时保证农作物的安全，几乎所有的研究者在使用臭氧防治病虫害的同时，连农作物一起都杀死了，就是俗称的“烧苗”，农作物还未等到病死就已被烧死了，烧苗问题始终困扰着学术界。本实用新型的技术在于让从臭氧发生器出口流出的高浓度臭氧快速扩散、均匀分布、精确定量，使臭氧浓度始终维持在我们设定的浓度区间内，即下限能有效地杀灭病原微生物，而上限保证不能烧苗，这从理论上保证了用臭氧代替农药的可行性，又从技术上保证了用臭氧代替农药的可靠性。因此，臭氧能否代替农药，不是臭氧的有与无，而是臭氧的量与度，此量是臭氧总量，此度是臭氧浓度，因为浓度是衡量臭氧杀菌效果的唯一指标。
5.工业上使用的臭氧发生器，为了保证臭氧发生量，通常空气气源是要经过预处理的，方法就是冷冻使气源达到露点≤-50℃，去除了气源中的水分能保证空气气源中氧气含量达到21%，从而保证发生器的臭氧发生量。而对于温室种植大棚中的气源常温、高湿，这与达到露点的温、湿度有着天壤之别，达到露点的温、湿度根本不适用种植，用于植保的臭氧量不需要很大，臭氧浓度也不需要很高，经过精确测量，利用棚内常温、高湿的空气作为气源，臭氧发生器随着工作时间的延长其臭氧浓度是增长的，这是我们发现，改变了一般认为气源必须经过预处理及臭氧发生器一定要安装在干燥处的常识。
6.对于同一台臭氧发生器：其臭氧发生量与棚内气源的温度、湿度成反比，因臭氧发生器使用的原料是棚内空气，而温室内一天24小时温、湿度始终都在变化，你在一天不同的时间段开机得到的臭氧发生量、臭氧浓度都是不同的，这是文献上记载的但又被研究者忽视的。以往的研究者们不成功，还有一个关键因素，就是他们都忽视了臭氧首先是强氧化
剂，他们想当然地只把臭氧当杀菌剂在使用，臭氧在农业植保领域的应用其氧化性与杀菌性是同时进行的，不是人为规定的，这是我们的发现。当温室种植棚内是空棚或种植有农作物时，尽管发生器工作的时间相同、发生量也相同，但检测到的臭氧浓度却是不同的，因棚内有机化合物量的不同，所消耗掉的臭氧量不同，因此浓度也不同，这有机化合物是芳香类的物质（即各种植物的气味），臭氧与有机化合物反应后，会消耗掉大量臭氧量，空棚时消耗的最少，苗期时消耗的次之，成株期时消耗的最多，都是变量，经过十几年的试验验证及精确测量，氧化消耗的臭氧量是杀菌需要臭氧量的几倍到十几倍不等，这是我们的发现。对于消耗掉的臭氧量一定要把它补足，使之满足浓度区间的要求，否则就达不到相应的防治效果，而臭氧与有机化合物反应以后的产物是二氧化碳和水，这是我们的发现。这是农作物光合作用所需要的原料，即促进了农作物生长又增加了农作物产量，因此臭氧的使用即是药，又是肥，这又是我们的发现。臭氧使用后虫害没有了，虫的信息素被氧化没有了，虫害自然也没有了，同样是申请人的发现。
7.中国专利zl 2009 1 0029869.8，公开了一种日光温室温室果蔬病害臭氧物理防治系统，该系统长期以来未得到改进，其公开的结构，体积大，不利于生产、包装、运输、安装，只是一个性能样机，不利于产业化。且需从室外不断引入新鲜空气，而且其所公开的臭氧浓度经过几年的验证明显偏高，易发生烧苗，这些均需要在实践中加以改进。


技术实现要素：

8.本实用新型的目的是针对现有的大棚臭氧防治设备不能满足实际使用要求的问题，设计一种温室温室果蔬病害臭氧物理防治系统。
9.本实用新型的技术方案是：
10.一种温室温室果蔬病害臭氧物理防治系统，其特征是它包括：
11.一臭氧发生器（1），该臭氧发生器（1）按大棚空间尺寸长50
×
宽12
×
脊高5.5米计，安装4片3.5g/h臭氧发生片，以保证该规格大棚内的臭氧浓度既能达到有效防治病虫害，又不烧苗的效果；臭氧发生器（1）吊装在离大棚一端8～10米，高度从地面向上4～4.5米处；
12.一臭氧扩散器（2），该臭氧扩散器（2）由风机（4）和锥筒（5）组成，锥筒（5）的大端与风机（4）相连，风机（4）的进风端通过支架（6）与臭氧发生器（1）相连，臭氧发生器（1）和臭氧扩散器同轴安装；臭氧发生器（1）产生的臭氧经风机从锥筒的小端输出，提高风速后送至大棚的另一端并从大棚的下端回流到臭氧发生器的进风端，在大棚内的沿纵向上下形成一个气流环，大棚的上端没有作物，这是高浓度臭氧扩散的通道，含臭氧的空气在输送过程中不断稀释，该气流直到大棚的另一端向下折返回流，此时的臭氧浓度是可以与农作物接触的安全浓度，气流经过若干次循环，回流气流中的臭氧浓度逐渐提高，控制器将温室下部经过作物表面的臭氧量控制在0.05～0.08ppm之间；
13.一控制器（3），该控制器（3）安装在大棚内臭氧发生器附近，人可以操作的位置，它能根据大棚内的温度和湿度，空间及作物品种分别调节臭氧发生器与扩散风机工作时间和停机时刻，使大棚内下部的臭氧浓度均匀地维持在0.05～0.08ppm之间。
14.所述的风机内直径为31.5厘米的外转子风机，锥筒的小端直径是大端直径的90%。
15.所述的锥筒中安装有整流片（7）。
16.所述的整流片（7）的长度靠近锥筒的出口端安装，其长度为10厘米。
17.所述的整流片（7）的数量为4片，它均布在锥筒内表面上，结构呈l形，与锥筒表面连接的底边的宽度为2厘米，高度为8.3厘米。
18.本实用新型的有益效果：
19.通常一种农药只能针对一种或几种病虫害，且有杀菌剂与杀虫剂之分。
20.本实用新型不需要使用农药，仅利用臭氧的强氧化性与广谱杀菌性来防治各种果蔬、各种病虫害。臭氧杀菌的广谱性可以杀灭细菌繁殖体、细菌芽孢、病毒、真菌、原虫及卵囊等，而其氧化性可以氧化棚内有机化合物产生二氧化碳气肥，分解虫害的信息素抑制虫害，一举多得，将本实用新型安装在温室中既是农药、又是农药厂、还是植保机械，它的原料只是棚内免费的空气，动力仅仅是320w、220v单项网电源，使用、操作极其简单。
21.本实用新型结构简单，安装方便，可利用计算机自动控制运行，绿色、低碳、环保，既防治病虫害、又增加产量、即无农药残留之虞、又保障食品安全，更可省去大量的农药及人工，源头控制，真正实现农产品从田头到餐桌的安全，傻瓜机设计，一键完成全部操作。
22.经过十几年的反复验证，本实用新型无论在地域上的东南西北，还是季节上的春夏秋冬，臭氧发生器都能自适应地调控臭氧发生量与臭氧浓度。本实用新型适用的种植品种有：黄瓜、小南瓜、西瓜、甜瓜、草莓、石榴、西红柿、茄子、辣椒、西葫芦瓜、生菜、油麦菜等，包括了水果与蔬菜。使用过的大棚包括独栋棚与连栋棚，原则上一亩地使用一台。适用的地区，最南到海南三亚、福建三明，最西到新疆喀什、甘肃酒泉，最东到浙江建德、上海，最北到辽宁丹东，无论是不同的种植品种、不同的温室结构、不同的季节、还是不同的地域，本实用新型都有着广泛的适应性。
附图说明
23.图1是实用新型相关的结构原理示意图。
24.图2是本实用新型的臭氧扩散器的立体结构示意图。
25.图3是本实用新型的导流片的立体及三视投影图。
26.图4是本实用新型臭氧量检测位置示意图。
具体实施方式
27.下面结合附图和实例对本实用新型作进一步的说明。
28.如图1～4所示。
29.一种温室温室果蔬病害臭氧物理防治系统，如图1所示，它包括：臭氧发生器1、臭氧扩散器2和控制器3，臭氧发生器1按大棚规格尺寸50
×
12
×
5.5米计，安装4片3.5g/h臭氧发生片，以保证该规格空间大棚内的臭氧浓度能达到既防治病虫害，又不烧苗的目的；臭氧发生器1吊装在离大棚一端8～10米，高度从地面向上4～4.5米处；臭氧扩散器2由风机4和锥筒5组成，如图2所示，锥筒5的大端与风机4相连，风机4的进风端通过支架6与臭氧发生器1相连，臭氧发生器1和臭氧扩散器同轴安装；臭氧发生器1产生的臭氧经风机从锥筒的小端输出，提高风速后送至大棚的另一端并从大棚的底部回流到臭氧发生器的进风端，在大棚内沿纵向上下形成一个气流环，含臭氧的气流在输送过程中不断稀释，从而将经过作物表面的臭氧量控制在0.05～0.08ppm之间；所述的风机内直径为31.5厘米，锥筒的小端直径是大端直径的90%。所述的锥筒中安装有整流片7，所述的整流片7的长度靠近锥筒的出口端安
装，其长度为10厘米。所述的整流片7的数量为4片，它均布在锥筒内表面上，结构呈l形，与锥筒表面连接的底边的宽度为2厘米，高度为8.3厘米，如图3所示。控制器3安装在大棚内，它能根据大棚内的长宽高、温度、湿度及作物生长期分别调节臭氧发生器与扩散风机的工作时间和停机时间，使大棚内的臭氧浓度维持在0.05～0.08ppm之间。
30.具体实施时，对于非上述尺寸的独栋棚规格如70
×9×
5.5米，又瘦又长的棚，要求臭氧发生器1与臭氧扩散器2的组合吊装在距温室内一端20米，高度从地面向上4～4.5米处，同时在臭氧扩散器
②
前20米同轴加装一台直径40厘米的接力风机，以助力气流达到棚的最远端。对于连栋棚，面积比较大，可将总面积除以660，得到的整数就是该连栋棚需要安装设备的台数。
31.经过上述设计、安装、使用，实测各位置的臭氧数据如下表所示：
32.下表是温室大棚臭氧浓度检测报告：
[0033][0034]
注：s: 表示监测仪的进气口顺着大风的气流方向 n:表示监测仪的进气口逆着大风机的气
[0035]
流方向（回风）
[0036]
检测位置如图4所示，其位置编号与检测报告中位置编号同。
[0037]
详述如下：
[0038]
臭氧发生器1与臭氧扩散器2的组合吊装在温室内特定的位置与高度，计算机控制器3则安装在上述组合附近人可以方便操作的位置，控制器3一方面通过温、湿度传感器感知周围气源的温度、湿度，另一方面计算机控制器3则依据设置的大棚的体积参数及温、湿度数据对臭氧发生器及大风机的工作与否进行控制，使之棚内下部的臭氧浓度维持在0.05
～0.08ppm我们要求的浓度区间内，这个区间的浓度即低，范围又窄，该区间的下限必须能有效地杀灭棚内病原微生物，而上限则不能烧苗。臭氧发生器1与臭氧扩散器2通过4根长22厘米的支架连接，臭氧扩散器2由一个内直径31.5厘米的外转子风机与一个长32厘米的锥筒相连，锥筒的外口直径比内口小10%，目的是提高扩散风机的风速，锥筒内装有4片整流板，目的是将风能送达温室的最远端。该风机的风量能使气流沿纵向在棚内上下形成一个气流环，我们称之为：气流组织法，该风机的风量我们配了4片3.5g/h臭氧发生片，这样的配置不是任意的，是经过试验验证确定的，使发生的臭氧在棚内尽快的稀释且均匀分布。
[0039]
本实用新型的工作原理是：
[0040]
本实用新型公开了一种实用的利用臭氧防治温室内各种农作物、各种病虫害的植保机械。由于种植棚的空间特别大，在这个大空间内若臭氧浓度分布不均匀，高的地方浓度超过浓度区间上限就烧苗，而低的地方浓度低于区间下限病原菌就杀不死，从而达不到相应的防治效果，本实用新型是通过快速扩散、均匀分布、精确定量来保证使用效果的。本实用新型的使用还与现场安装有很大关系，安装位置不好也会造成烧苗。
[0041]
快速扩散：依据流体力学的原理，把温室大棚空间沿纵向的上下分为两个部分，上部是高浓度臭氧扩散的通道，将臭氧发生器1与臭氧扩散器2的组合吊装在上部特定位置且尽量高的地方，在大风量风机的作用下令高浓度臭氧快速扩散，让该气流一直到达大棚的另一端，在重力和阻力的联合作用下，该气流逐渐向下折返回流，至臭氧发生器1与臭氧扩散器2组合的进气端，该气流在棚的纵向上下形成一个气流环，完成一次循环，这个过程是通过大风量风机强制实现的，快速扩散的目的是保证高浓度臭氧不与农作物接触，防止烧苗。
[0042]
均匀分布：气流经过一次循环后，在大风机不停作用下，棚内气流会不断循环，经过若干次循环后臭氧浓度即被稀释了又均匀分布了，此时与农作物接触的臭氧浓度我们称之为安全浓度，随着时间推移它会逐渐上升，快速扩散与均匀分布的过程我们称之为“气流组织法”。
[0043]
精确定量：在气流的不断循环作用下，棚内下部臭氧浓度持续升高，在气流循环的最远点达到设计浓度时，即设定的浓度区间上限时，计算机系统会自动关断臭氧发生器，令棚内臭氧浓度不再上升（检测数据如附表，该浓度值的检测仪不在本系统内，是另配的高精度检测仪，计算机的定时是一个经过十几年反复验证、修改、逼近的数学模型），此时大风机还必须持续工作一段时间，让刚产生的臭氧进一步扩散均匀，防止烧苗，待大风机延时时间到，计算机再关断大风机，一次植保作业完成。
[0044]
温室温室果蔬病害臭氧物理防治系统需另外配合控制软件使用。该控制软件是一个数学模型，经历了十几年的反复验证与修改，它每次定时解的是四元两次的方程，四元：1、温室空间长宽高；2、当时的温度；3、当时的湿度；4、种植品种及生长期；这四个因素都直接影响臭氧发生量，进而又影响臭氧浓度，而我们感兴趣的是臭氧浓度，因为浓度是判断臭氧杀菌效果的唯一指标，而控制器分别控制的则是臭氧发生器与扩散大风机的工作时间，四元素、发生量、臭氧浓度，我们最终归结为两个不同的工作时间，过程比较复杂。
[0045]
理论上臭氧可以杀灭任何微生物，但杀灭不同病原微生物有不同的浓度阈值，一旦达到所需阈值杀灭作用瞬间即完成。臭氧发生器的特性，同一个臭氧发生器其发生量与气源的温度、湿度成反比。湿度越低发生量越大，而当相对湿度小于45%时，臭氧几乎没有杀
菌效果，这样既不能杀菌还易烧苗，于是本实用新型把相对湿度小于等于50%设定为保护区，在此湿度以下控制程序不允许开机。
[0046]
臭氧杀菌的特点：环境相对湿度越大杀灭效果越好，病害发生的特点：湿度越大发病越严重，两者正好形成互补，越是湿度大，越必须使用臭氧，承上可知，相对湿度越大臭氧发生量越小，因此必须延长臭氧发生器的开机时间，为使臭氧浓度始终在我们设置的浓度区间内，依据长期试验验证申请人把相对湿度从51～99%相对湿度，成株期分为三个不均匀区段，分别选取三个系数：k1=96、k2=120、k3=156，把苗期选取一个系数k4=0.65，把温室长
×
宽
×
高的容积设为v=m
³
，大风机的风量设为q=m
³
/h。在温室大棚中温度变化不明显，依据长期测量观察，一般在2~3℃之间，而湿度变化则从30%在一小时之内变到大于90%。
[0047]
为此，本实用新型规定：成株期有三个工作时间，苗期有两个工作时间：
[0048]
成株期：臭氧发生器有三个不同的工作时间分别为：
[0049]
1、臭氧发生器的工作时间（分钟）：min1=vk1/q
[0050]
2、臭氧发生器的工作时间（分钟）：min2=vk2/q
[0051]
3、臭氧发生器的工作时间（分钟）：min3=vk3/q
[0052]
苗期：臭氧发生器有两个不同的工作时间分别为：
[0053]
１、臭氧发生器的工作时间（分钟）：min1=vk1k4/q
[0054]
２、臭氧发生器的工作时间（分钟）：min2=vk2k4/q
[0055]
上述五个工作时间是长宽高确定后臭氧发生器在不同温、湿度、相同农作物、相同生长期时总的工作时间，大风机的关机时间则是依据臭氧发生器停机后再延时5分钟。因每个用户的温室空间是不同的，所以这五个时间是安装设备时依据设置的容积参数计算后置于控制系统自动控制。
[0056]
此五个工作时间与臭氧浓度的关系类似于飞行器做风洞试验的结果，是经过无数次试验验证的结果，虽然时间长短不同，但是臭氧浓度始终保证落在设定的区间范围内。
[0057]
理论上每次定时都是不同的，因为空间、温度、湿度、种植农作物品种、相同农作物品种的不同生长期都是随机变量，定时是依据当时的随机参数计算、确定的。在控制软件的控制下，无论是地域上的东南西北，还是季节上的春夏秋冬，计算机系统都能自适应调控臭氧发生总量与臭氧浓度，无论参数如何随机变化，计算机系统始终维持臭氧浓度在设定的区间范围内，上述提供的检测报告，就是从开机的同时开始检测，到臭氧发生器自动停机结束检测，因此，系统有着广泛适用性。
[0058]
本实用新型未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。