CN102149273B - 植物栽培组件 - Google Patents
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Abstract
一种用于在栽培室中栽培植物的设备和方法，包括悬挂构件，该悬挂构件具有竖直定向的大致平面型构造。至少一个支架布置在该悬挂构件上，以支撑栽培植物。营养物配送系统具有用于向所述悬挂构件配送营养物以及使任何未用营养物再循环的导管。
Description
关于联邦政府赞助研究或开发的声明
不适用
技术领域
本发明总体涉及在气候可控设施中栽培植物的领域。更具体地，本发明涉及一种在栽培室中栽培植物的方法。
背景技术
秧苗的栽培、发芽和锻炼的商业过程通常出现在大型温室中。在此过程中，个体秧苗在沿浅箱(flat)散布的小塑料衬垫中生长。这些浅箱本身以均一高度遍及温室地分布在各种架或长凳上。在栽培过程中，这种布置结构产生许多缺陷，包括：阻碍光线、相邻植物之间有空气死区，并且浅箱的透光性差。另外，对植物的照料需要额外的体力劳动来移动这些衬垫以及从衬垫上移走植物。
诸如由Kertz的美国专利No.5,511,340公开的栽培室展示了一种用于通过在悬挂板上竖直地布置和栽培秧苗来提高生产率的温室结构，该美国专利在此通过引用的方式并入。
存在着在可控环境中长时期地栽培植物的需求。例如，需要栽培系统在可控环境中长时期地栽培牲畜饲料作物、谷物和粮食作物。此外，随着人口持续增长和城区扩展，对粮食作物的需求将增加。此外，也需要解决已发育到超过幼苗或幼芽阶段的植物的空间需求，并且不需要从所述设施中移走已发芽的秧苗以进行重新栽培。另外，还需要如下一种栽培系统：其允许私人房主在高密度的城区栽培植物，以培育新鲜果蔬。
由此，需要一种新的竖直栽培设备来使栽培室的竖直布置结构的益处最大化。
发明内容
一种用于在栽培室中栽培植物的设备和方法，其包括悬挂构件，该悬挂构件具有竖直定向的大致平面型构造。在该悬挂构件上布置有至少一个支架，以支撑栽培植物。营养物配送系统具有用于向所述悬挂构件配送营养物以及使任何未用(unused)营养物再循环的导管。
在又一实施例中，一种用于在栽培室中支撑栽培容器的设备包括支撑骨架，该支撑骨架适于被竖直支撑在栽培室中，该骨架包括至少一个张拉式(tensile)支撑构件以及用于支撑栽培容器的一个或多个搁架。
在另外的实施例中，一种用于向植物分配营养物的营养物分配系统包括与泵连通的导管。该泵与营养物的供应源连通，并且该导管具有多个喷嘴，以在植物沿轨道移动通过该栽培室时将营养物喷射到这些植物上。贮液器收集未用营养物并且与该供应源连通。另外，该贮液器在栽培室中的轨道之下延伸一定距离，以捕集所流失和滴落的过多营养物，用于使它再循环通过该系统。
上文相当宽泛地概括了本发明的特征和技术优点，以便可以更好地理解下文的本发明详细描述。稍后将对形成本发明权利要求主题的、本发明的其他特征和优点进行描述。本领域的技术人员应当理解的是，所公开的构思和具体实施例可容易地作为修改或设计用于实现本发明相同目的的其他结构的基础。此外，本领域的技术人员还应当认识到，这些等同构造并未偏离如所附权利要求中阐明的本发明的精神和范围。
因而，此处描述的实施例包括旨在解决与某些现有装置相关的各种缺点的、特征及优点的组合。对本领域的技术人员俩说，通过阅读以下对优选实施例的详细描述并且通过参照附图，上述各种特性以及其它特征将易于显而易见。
附图说明
为了详细描述本发明的优选实施例，现在将对附图进行参照，在附图中：
图1A示出了用于栽培室的栽培板的正视图；
图1B是图1A所示的栽培板的细节1B处的截面图；
图2示出了用于栽培室的成熟或盆栽植物的栽培板的正视图；
图2a示出了用于栽培室的成熟或盆栽植物的栽培板的侧视图；
图3示出了用于植物的骨架支撑件的正视图；
图4示出了图3的具有植物筐的骨架支撑件的正视图；
图5示出了图4的骨架支撑件的侧视图；
图6是栽培室的示意性顶视图；
图7示出了用于栽培室的水循环系统的内联正视图；并且
图8是用于栽培室的水循环系统的斜侧视图。
具体实施方式
以下讨论致力于本发明的各个实施例。尽管这些实施例中的一个和多个可能是优选的，但所公开的实施例不应理解为或以其它方式用作限制包括权利要求在内的本公开的范围。此外，本领域的技术人员将会理解，以下描述具有广泛的适应性，并且对任何实施例的讨论仅意味着该实施例的示例，而非旨在暗示包括权利要求在内的本公开的范围限于该实施例。
首先参照图1，示出了植物栽培组件的植物栽培设备10的一个实施例。该植物栽培设备10包括平板12，该平板12附接有用于将植物支撑在植物介质中的多个植物保持器20。该板12可以是能够支撑栽培介质和植物重量的任何材料。在实施例中，板12的材料是半透明或可透光的，例如半透明聚合物或塑料。为了使光传播穿过栽培室或温室，板12的材料是基本半透明的，从而使植物接收光而生长。
在可替代实施例中，板12包括无材料的区域，例如切口14。这些切口14被构造为在不妨碍植物生长或损害该板12的结构完整性的情况下使光和气体能够最大程度地通向植物。
另外，优选该板12由可透气的材料制成。为本领域的技术人员所公知的诸如聚乙烯、聚丙烯、ABS塑料、聚丙烯酸酯塑料等合成聚合物是可透气且半透明的。
在实施例中，植物栽培设备10具有在大约三英尺至大约六英尺之间、优选在大约三英尺至大约四英尺之间的宽度Ws。在另外的实施例中，该植物栽培设备可具有在大约四英尺至大约十二英尺之间的长度Ls，优选具有大约十英尺至大约十一英尺的长度。可以想到的是，根据用户、植物、目的以及构建该板12所用的材料，植物栽培设备10可具有其他尺寸。
另外，张力重垂(weight)16布置在栽培板12的下缘处且并入该下缘中。张力重垂16可包括被构造为向板12施加轻微张力并使植物栽培设备10保持在大致竖直的平面构造中的棒、杆或其它刚性线性材料。
在一实施例中，板12和保持器20由生物聚合物(例如石油基聚合物材料的有机、可再生替代物)构成。纤维素、淀粉、大豆塑料和压制的泥炭是能够构造为用于支撑所述栽培植物的板12和保持器20的生物聚合物。在优选实施例中，板10和保持器12由纤维素构成。来自植物和微生物源的纤维素可被包括牛、山羊、绵羊等在内的牛科动物及猪食用。通过种植如燕麦、大麦、苜蓿和冰草属等的重要牲畜饲料作物或饲料补充物，能将板10和保持器20完整无损地喂给动物。由于能将整个板10和保持器20喂给动物，并且将不再必须从植物栽培设备10收割植物，所以这代表了一种劳动力节省措施。
在图1B的横截面图中示出的其他实施例中，板12可分层并且具有用于支撑该板12的由聚合材料制成的内芯板11以及用于支持植物生长的由可替代材料制成的可移除内和/或外覆盖板13。例如，内芯板11可由编织丙纶丝构成，而内和/或外覆盖板13可由纤维素构成。
在特定实施例中，将种子结合(integrate)到该板12和/或保持器20的表面中。为了将种子结合到或嵌入该板12的竖直表面25中或保持器20中，所述材料必须是松弛编织的或具有松弛基质材料。该松弛基质使栽培植物的根能够将该植物固定在板12和/或保持器20的材料中。通过将种子结合到该材料的表面中，能够将它作为整体快速地取下并喂给牲畜。另外，在种子发芽时，板12和保持器20充当用于保护种子的装置。谷物特别受益于将种子结合到板12和/或保持器20中，因为它们往往是草状的并且能够在短时间内生长得很稠密。另外，谷物是牲畜最主要的主食。在另外的应用中，可将结合有种子的植物栽培设备10销售给能够将所述板布设在花园中的私人客户。
另外，植物栽培设备10包括用于将栽培介质中的栽培植物支撑在支撑板12的竖直表面25上的装置。非限制性地，该植物支撑结构或植物保持器20可以是囊、袋、勺或类似结构，其布置在板12上，适于保持栽培介质。植物保持器20可类似于在Kertz的美国专利No.5,511,340中描述的栽培单元。植物保持器20优选由不透水但允许气体交换的材料例如聚合物、塑料或其它材料构成。尽管用于构建该植物保持器20的材料不可透水，但植物保持器20构造为允许水穿过栽培介质。在可替代实施例中，该支撑结构或植物保持器20是可透液体和气体的，例如网或编织材料。
在实施例中，植物保持器20可具有在大约一英寸至大约一英尺之间的宽度wp。植物保持器20可具有在大约两英寸至大约两英尺之间的长度lp。此尺寸范围是示例性的，因为根据在植物栽培设备10上栽培的植物，植物保持器20的尺寸是可变的。在另外的实施例中，多排植物保持器20之间以距离dr隔开。距离dr足以允许所述植物在无干扰的情况下从保持器20竖直生长。
植物保持器20的尺寸被设定得足以保持幼苗，而在另外的实施例中，植物保持器20大得足以保持较小植物。尽管优选栽培微型蔬菜、豆科植物、草本植物、香料和其它小型蔬菜，但可以设想到的是，植物栽培设备10能够支撑成熟植物。
在理论上无限制的情况下，通过将栽培介质的含水量增加到饱和点，能够完全防止植物根层处的气体交换。此情形对于栽培植物的过程是不利的，因此，优选形成将过多的水从栽培介质中排出的装置。因而，保持器20包括用于去除过多水的排水孔21。
植物栽培设备10由悬挂装置30竖直地支撑。悬挂装置30包括悬挂构件32和板附接构件34。悬挂构件32可以是钩、环或扣子，以竖直支撑植物栽培设备10的重量，而板附接构件34可包括夹子、杆或棒。悬挂构件30可通过各种装置附于植物栽培设备10。在一实施例中，将板12的上端在36处折叠并热密封，以形成用于接收杆或棒38的环，该杆或棒38在端部38A与端部38C之间将板12联接到棒38。悬挂构件32穿过上述环中的开口并且联接到棒38的中心点38B。
现在参照图2，示出了植物栽培设备的另一实施例。植物栽培设备40包括具有植物保持器20的平板12，该植物保持器20构造为植物容器支撑件42，该植物容器支撑件42具有袋44。该袋44用于容纳和保持带有植物的、诸如由GrodanHydroponics生产的岩棉生长立方体46。岩棉是具有高保水性和透气性的纤维矿棉。生长立方体46可以在大约两英寸至大约六英寸之间。在实施例中，植物栽培设备40能支撑大约80至大约120个岩棉立方体46。
袋44由与板12相同的材料构成并且能够抵靠栽培板12折平。在特定实施例中，袋44利用粘合剂附于板12并且抵靠该板以T形构造折平。袋侧面44A垂直对折，而袋底部44B横向对折，使得外表面44C与竖直板12的表面48齐平。在图2A所示的实施例中，该袋展开，以提供用于岩棉立方体46的袋44。
现在参照图3，示出了用于保持植物的骨架支撑件50形式的植物栽培设备。骨架支撑板50包括框架52，该框架52具有通过上支撑棒56联接的竖直延伸承重支架54以及多个搁架58。竖直延伸承重支架54可以是适于对载荷进行张拉式支撑的任何结构和材料。绳、线、链、杆或棒是非限制性的示例结构。合适的材料包括金属、塑料、合金以及使用其组合的合成物。在另外的实施例中，竖直承重支架54可以是刚性材料。
搁架58构造为形成水平搁板，用于放置被支撑在骨架支撑件50上的栽培植物。搁架58通过紧固件59联接到竖直承重支架54并且与地面平行地布置在搁架58之间。紧固件59可包括螺钉、螺栓、铆钉、焊接或任何其它如本领域技术人员所知的用于将搁架58附于竖直承重支架54的手段。在另外的实施例中，搁架58和竖直承重支架54可成型为单一实体。在实施例中，搁架58可另外由位于竖直承重支架54之间的至少一个辅助承重支架55支撑。
水平搁板或搁架58包含至少一个衬垫或基部57，用于支撑盆栽植物。在另外的实施例中，该基部57包括用于保持栽培介质和植物的盆。根据所栽培的植物的类型和成熟植物的期望尺寸，水平搁架58的数量是可变的。骨架50的尺寸与植物栽培设备10类似，以便装在栽培室中。在另外的实施例中，悬挂骨架支撑件50在栽培室中能介于植物栽培设备10与30之间。
骨架支撑件50由悬挂装置60竖直支撑。悬挂装置60包括悬挂构件62和板附接构件64。悬挂构件62可以是钩、环或扣子，以竖直支撑该支撑件50的重量，而板附接构件64可包括夹子或其它将悬挂构件62连接到框架52的连接件66。在一实施例中，悬挂构件62连接到上支撑棒56。
如图4和图5所示，布置在竖直承重支架54之间的搁架72设计用于对筐70进行支撑，以保持小的盆栽。筐70可构造为沿着盆的边缘、基部、盆侧面或其组合对盆进行支撑。在另外的实施例中，筐70包括周向支架以及竖直支撑件。筐70由线或其它材料制成并且构造为保持用于植物的盆。所述盆的直径在大约两英寸至大约六英寸之间，优选该直径在大约两英寸与大约四英寸之间，并且最优选该直径在大约三英寸至大约四英寸之间。如图5所示，筐70相对于骨架74以倾斜角θb定位。倾斜离开竖直定向的骨架74为栽培植物提供了额外的生长、发芽和分枝空间。该角度θb在相对于竖直方向为大约45度至相对于竖直方向为大约一度之间，优选相对于竖直方向在大约10度至大约30度之间。在可替代实施例中，可以想到的是，角度θb能根据所栽培的植物种类而变动或变化。
现在参照图6，示出了用于使栽培板、例如植物栽培设备10、40、50和74循环的栽培室80，该栽培室80与美国专利5,511,340中公开的类似。栽培室80包括蛇形轨道82，植物栽培设备10、40、50和74的悬挂装置30和60可拆装地连接到该蛇形轨道82上。该轨道移动以便可移动地支撑植物栽培设备10、40、50和74。在一实施例中，该悬挂设备是诸如在美国专利5,511,340所示的栽培室中的移动搁架。栽培室80可以是温室或具有大致半透明壁和顶部的其它建筑物。栽培室80可包括生长灯，用于在冬天继续运行或在仓库状结构中实施。另外，加热、通风和空气调节系统使空气循环通过该栽培室并且为植物栽培设备10、40、50和74上栽培的植物维持理想的生长温度范围。
在循环期间，有必要以可控的间隔为植物栽培设备10、40、50和74提供水、肥料、营养物和其它化学品。在实施例中，如图7和图8所示，营养物分配组件90用于向植物栽培设备10、40、50和74提供液体营养物。对于在栽培室中为栽培板提供液体营养物而言，安装在顶棚上的大型喷淋系统是有效的，然而这些喷淋系统使所喷射的大多数液体沿着排水孔向下而流失。喷雾或起雾系统、例如在美国专利5,511,340中公开的由Mentone，California的Baumac International生产的System 1000MicroMist系统可用于将栽培室中的湿度维持在大约70％或以上。
应当理解，植物栽培设备10、40、50和74可从诸如树枝、房屋遮阳蓬和其它室外结构等的任何构件悬垂。该悬挂设备可以是固定结构，例如温室中的顶棚桁架。栽培室80可用于栽培植物的任何植物栽培设备，包括本文之前描述过的那些植物栽培设备，这些植物栽培设备可移动地循环通过栽培室以便使它们暴露于光。
如图7和图8所示，植物栽培组件包括营养物分配组件90，其中，植物栽培设备10、40、50和74在分配导管或分配环92之下但在固定贮液器94之上穿过。环92具有布置在贮液器94中的流体表面95之下的第一端部96A和第二端部96B。环92布置在植物栽培设备10、40、50和74以及悬挂设备30、60周围。在可替代实施例中，环92可布置为半环或仅部分布置在植物栽培设备10、40、50和74的循环路径周围。第一端部96A可联接到泵98并且与固定贮液器94流体连通。泵98以足以从布置在环92上的喷嘴100产生喷射的压力通过分配环92泵送水和营养物。该环的第二端部96B是构造为保持整个环92的流体压力的结构。在实施例中，第二端部96B可包括用于通过分配环92泵送流体的、另外的泵。
贮液器94包括第一端部94A和第二端部94B，为了其功能，贮液器94的第一端部94A比第二端部94B更深。在第一端部94A处，所述环端部96A和96B彼此更近。贮液器94的第二端部94B长且浅，作为当栽培板沿着栽培室80的轨道82持续移动通过该栽培室80时从这些栽培板收集过多滴落液体的装置。在另外的实施例中，贮液器的第二端部94B沿轨道82的路径延伸，以延长一段距离。在特定实施例中，该距离在大约12英尺至大约100英尺之间。在这些情形中，第二端部94B保持朝着第一端部94A倾斜，从而水将向下流入贮液器94的较深端部94A中。
尽管已示出并描述了本发明的优选实施例，但在不偏离本发明的精神和教导的情况下，本领域的技术人员能够对本发明作出修改。此处描述的实施例和提供的实例仅是示例性的，而非旨在进行限制。此处公开的本发明的许多变形和修改都是可能的，并且处于本发明的范围内。因此，保护范围不受上文给出的描述所限制，而是仅由下文的权利要求限制，此范围包括权利要求的主题的所有等同物。
Claims (19)
1.一种用于在具有可移动轨道的栽培室中栽培植物的设备，所述设备包括：
悬挂构件，所述悬挂构件具有竖直定向的大致平面型构造，并且所述悬挂构件具有至少一个表面，所述悬挂构件适于连接到所述可移动轨道，以从所述可移动轨道竖直悬挂；
多个水平植物支撑件，所述水平植物支撑件以不同的竖直高度布置在所述悬挂构件上，以在所述至少一个表面上支撑栽培植物；以及
营养物配送系统，所述营养物配送系统具有：
导管，所述导管形成环，所述悬挂构件通过所述环行进，以将液体营养物喷射到所述植物上；
容器，所述容器用于在所述悬挂构件行进通过所述环时捕集未用的营养物；以及
再循环导管，所述再循环导管用于再循环任何未用的营养物。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述悬挂构件包括可折叠支撑板。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述支撑板包括多个半透明材料层。
4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述支撑板由生物聚合物制成，所述生物聚合物选自纤维素、淀粉、大豆、泥炭衍生物及其组合。
5.根据权利要求2所述的设备，其中，所述支撑板包括布置在所述至少一个表面上的至少一个层，其中，所述至少一个层是可移除外层。
6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述栽培植物被直接结合到所述层的所述表面中。
7.根据权利要求5所述的设备，其中，所述支撑板和/或至少一个可移除层能够被牲畜食用。
8.根据权利要求1所述的设备，其中，支撑构件包括支撑骨架，支撑所述植物的所述支撑骨架支撑在所述悬挂构件的相反侧，以支撑所栽培的盆栽植物。
9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述植物支撑件布置在所述悬挂构件的相反侧上，且包括布置在所述悬挂构件上的一个或多个植物保持器。
10.根据权利要求1所述的设备，其中，所述植物支撑件能够被食用。
11.根据权利要求1所述的设备，其中，所述悬挂构件还包括：
支撑骨架，所述支撑骨架适于被竖直支撑在所述栽培室中，所述支撑骨架包括至少一个张拉式支撑构件；并且
所述植物支撑件包括一个或多个搁架，以支撑植物栽培容器。
12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述支撑骨架是刚性材料或柔性材料。
13.根据权利要求11所述的设备，其中，所述搁架在两端处联接到张拉性的第一材料。
14.根据权利要求1所述的设备，所述设备包括：
配送导管，所述配送导管与泵连通，所述泵与营养物的供应源连通；
所述配送导管具有多个喷嘴，以将所述营养物喷射到植物上；
所述容器具有贮液器，用于收集未用营养物；并且
所述容器与所述营养物的供应源连通。
15.根据权利要求14所述的设备，还包括：
闭合回路，所述闭合回路用于使至少一个支撑构件循环通过所述栽培室；
所述营养物配送系统具有导管环，所述导管环具有喷射器，以将液体营养物喷射到至少一个支撑构件上，所述闭合回路穿过所述导管环；以及
所述容器捕集从所述悬挂支撑构件上滴落的过多营养物，以使过多的营养物再循环。
16.根据权利要求11所述的设备，其中，所述植物支撑件布置在所述张拉式支撑构件的两侧上。
17.根据权利要求1所述的设备，其中，所述悬挂构件还具有上支撑棒，其构造为竖直地支撑所述悬挂构件的重量；
两个竖直承重支架，所述竖直承重支架的端部连接至所述上支撑棒；
多个水平植物支撑件，所述水平植物支撑件在不同的竖直高度处和所述悬挂构件的相反两侧上于所述两个竖直承重支架之间延伸；
紧固件，所述紧固件将所述水平植物支撑件连接至所述承重支架；以及
多个基部，所述基部布置在所述水平植物支撑件上，且适于容纳栽培植物。
18.根据权利要求17所述的设备，其中，所述支撑构件包括多个水平搁架，所述水平搁架设置在所述悬挂构件上，以支撑栽培植物。
19.根据权利要求1所述的设备，其中，所述可移动轨道为闭合回路，用于支撑和使得多个悬挂构件循环通过所述栽培室。
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