CN102668964A - 一种植物工厂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种植物工厂，主要由可变高植物栽培模块单元、按需式营养液自动供给块单元、可调节光源模块照单元、外壳部防护罩、制冷系统等组成。既可用于超市、餐厅自产自销多种植物性食物；亦可应用于高原、沙漠、地下、南北极和空间基地等特殊地带环境条件下，满足特殊环境下长期活动人员的植物性食物连续供给与空气净化需求，还可用于家庭自主生产新鲜蔬菜。本发明结构简单，操作方便，能源利率高。

Description

一种植物工厂

技术领域

本专利涉及一种植物工厂，既可用于超市、餐厅自产自销多种植物性食物；亦可应用于高原、沙漠、地下、南北极和空间基地等特殊环境条件下，满足特殊环境下长期活动人员的植物性食物连续供给与空气净化需求，还可用于家庭自主生产新鲜蔬菜。本专利结构简单，操作方便，能源利率高。 

背景技术

由于人口快速增长、耕地日益减少、资源短缺、环境恶化、农药滥用等问题使得传统粮食作物生产在产量与安全上面临着巨大的挑战。植物工厂利用环境自动控制技术、电子技术、生物技术和新材料等在设施内连续高效生产粮食作物，同时植物工厂不使用农药，培育出作物绿色无污染。植物工厂的这些特征能够有效解决传统农业的上述问题，是当今设施农业发展的终极方向。 

但当前，一方面植物工厂结构系统复杂、维护繁琐，能源消耗过大，营养液供给不方便同时存营养液污染和在一定程度的浪费，这使得作物的生产成本过高；另一方植物工厂规模过大、种植品种单一，这往往造成产品积压，物流成本增加。上述两个方面缺陷限制植物工厂的推广应用。 

将植物工厂系统结构简单化，提高能源利用效率，能够有效降低生产成本；而将植物工厂化、种植品种多样化，能够灵活地实现产销平衡。植物工厂不仅可应用于超市、餐厅自产自销，增加环境的绿色景观；亦可应用于高原、沙漠、地下、南北极和空间基地等特殊环境条件下，满足特殊环境下长期活动人员的植物性食物连续供给、空气净化、心理慰藉等需求；还可用于家庭自主生产新鲜蔬菜。 

发明内容

本发明创造的目的在于提供一种结构简单、操作方便、连续生产多种植物性食物的高效植物工厂。 

为实现上述研究目的，采取的技术方案是：该植物工厂采用半开放式设计，依靠有人环境温湿度、CO2浓度进行连续式生产。它包括可变高植物栽培单元17、按需式营养液自动供给单元26、可调节光照单元27、外部防护罩16。可变高植物栽培单元17由含有多根微孔管栽培模块8的上层栽培板22和下层栽培板23组成。微孔管栽培模块8两端分别用硅胶塞21密封，外部紧密包裹尼龙微滤膜18，其外部上方放置亲水植物培养基质条19，外被反光防水蒸发膜20，固定于微孔管支架25上。上层栽培培板22和下层栽培板23距离LED光板11的高度、微孔管模块8之间的距离可调节，以适应不同粮食作物品种所需要种植高度与种植密度。按需式营养液自动供给单元26由储液箱1、水泵2、液位计12、供液罐3、第二电磁阀13、第一电磁阀14、第三电磁阀15、收集罐9、供液管路28和PLC控制器29组成。可调节光照单元27由LED光板11和换热板10组成。LED光板11由红白两色LED灯组成，各色LED灯开关独立控制，从全关到全开分为五档，根据植物品种的不同需求实现光通量比例为1:1—10:1，同时打开状态的LED可根据植物生长需求调节光照强度。换热板10内部通入冷媒，通过冷媒流动管24与制冷系统7连接对LED灯板11进行冷却散热；换热板10使用微倾角设计，稍低一侧安装冷凝水回收管5，以便收集冷凝水返回 储水箱1。外部防护罩16设有风扇4和和百叶窗6。 

所述的微孔管8，直径为5-100mm。 

所述的尼龙微滤膜18，孔径为0.1-1.0μm。 

所述的亲水植物培养基条19，厚度为1-10mm，宽度为10~100mm，吸水膨胀系数为2200%~1000%。 

所述的供液管路28，直径为5~10mm，由聚氨酯构成。 

附图说明

图1为本发明装置的前视图； 

图2为本发明装置的右视图； 

图3为本发明装置植物栽培微孔管剖面图； 

图4为本发明装置植物栽培微孔管A-A剖面图； 

图中：1.储水箱，2.水泵，3.供水罐，4.风扇，5.冷凝水回收管，6.百叶窗，7.制冷系统，8.微孔管，9.收液罐，10.换热板，11.LED光板，12.液位计；13.第二电磁阀，14.第一电磁阀，15.第三电磁阀，16.外部防护罩，17.可变高植物栽培单元，18.尼龙微滤膜，19.亲水植物培养基条，20.反光防水蒸发膜，21.硅胶塞，22.上层栽培板，23.下层栽培板，24.冷媒流动管，25.微孔管支架，26.按需式营养液自动供给单元，27.可调节光照单元，28.供液管路29.PLC控制器 

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明做进一步说明。 

如图1、图2所示，本发明装置主要由可变高植物栽培单元17、按需式营养液供给单元26、可调节光照单元27组成。首先根据植物品种的株高和种植密度，调整上层栽培培板22和下层栽培板23距离光照单元27的高度以及微孔管模块8之间的距离。而后将微孔管模块8两端分别用硅胶塞21密封，外部紧密包裹尼龙微滤膜18，其外部上方放置亲水植物培养基质条19，外被反光防水蒸发膜20，整理好后如图3、图4所示。随后在亲水植物培养基质条19内植入种子，将微孔管8固定于微孔管支架25上。继而用供液管路28连接微孔管模块8和营养液供给单元26，安装后如图1所示。此时，关闭全部电磁阀，往储水箱1中注入一定体积营养液，PLC控制器29打开水泵2和第一电磁阀14，往供液罐3中注入一定量营养液，达到液位计12设置最高液位时，通过液位计12产生反馈信号给PLC控制器29，关闭水泵2和第一电磁阀14停止加液；而后PLC控制器29打开第二电磁阀13，向植物栽培单元17的各个微孔管8内通入营养液，依靠植物根系吸力从微孔管内吸收营养液，实现无动力按需供水，提供水分和能源利用效率；当供液罐3中的水位降至液位计12设置的最低点时，通过液位计12产生反馈信号给PLC控制器29，关闭第二电磁阀13，打开第一电磁阀14，同时打开水泵2，把储液罐1中营养液注入供液罐3内。当营养液水位达到液位变送器12设置的最高点时，再次通过信号反馈PLC控制器29关闭水泵2和第一电磁阀14停止加液；而后PLC控制器29打开第二电磁阀13，向植物栽培单元17的各个微孔管8内通入营养液。如此循 环，实现植物工厂的营养液的自动供给。通过PLC控制器29定期打开第三电磁阀15从微孔管8放出少许营养液以排出管内可能形成的气泡，由收液罐9收集液体，手动返回储水箱1。根据不同植物品种、不同生长时期，可以调节LED灯板11的红白灯比例以及光照强度，使得植物的光能利用达到最优化。同时根据植物性食物日需求量可以每隔一段时间种植一个微孔管栽培模块8，实现植物性食物的分批次连续式培养（如图2所示）。植物工厂运行过程中，启动外部防护罩16的风扇4，打开百叶窗6用于植物工厂的通风，同时启动制冷系统7通过冷媒流动管24将冷媒通入换热板10对LED灯板11进行冷却散热。换热板10表面形成的冷凝水通过冷凝水回收管5返回储水箱1。 

Claims (5)

1.一种植物工厂，其特征在于包括可变高植物栽培单元（17）、按需式营养液自动供给单元（26）、可调节光照单元（27）、外部防护罩（16）。

2.根据权利要求1所述的一种植物工厂，其特征是可变高植物栽培单元（17）由含有多根微孔管栽培模块（8）的上层栽培板（22）和下层栽培板（23）组成。微孔管栽培模块（8）两端分别用硅胶塞（21）密封，外部紧密包裹尼龙微滤膜（18），其外部上方放置亲水植物培养基质条（19），外被反光防水蒸发膜（20），固定于微孔管支架（25）上。上层栽培板（22）和下层栽培板（23）距离LED光板（11）的高度、微孔管模块（8）之间的距离可调节，以适应不同作物品种所需要种植高度与种植密度，实现光源利用最大化。

3.根据权利要求1所述的一种植物工厂，其特征是按需式营养液自动供给单元（26），它由储液箱（1）通过供液管路（28）依次与水泵（2）、供液罐（3）、第一电磁阀（13）、第二电磁阀（14）经过微孔管栽培模块（8）与第三电磁阀（15）相连接，下方设有收液罐（9）。供液罐（3）内置的液位计（12）、所有的电磁阀通过导线由PLC控制器（29）控制。依据供液罐（3）的液位计（12）的反馈信号通过PLC控制第一电磁阀（14）、第二电磁阀（13）以及水泵（2）的开关实现营养液按需式自动供给，实现营养液利用的最大化。

4.根据权利要求1所述的一种植物工厂，其特征是可调节光照单元（27）由LED光板（11）和换热板（10）组成。LED光板（11）由红白两色LED灯组成，各色LED灯开关独立控制，从全关到全开分为五档，根据植物品种的不同需求实现光通量比例为1:1—10:1，打开状态的LED可根据植物生长需求调节光照强度。换热板（10）内部通入冷媒对LED灯板（11）进行冷却散热；换热板（10）设有微倾角，低端连接冷凝水回收管（5），以便收集冷凝水返回储水箱（1），减少植物蒸腾作用造成水分散失。

5.根据权利要求1所述的一种植物工厂，其特征是外部防护罩（16）上在处设置2-6组风扇（4），风扇（4）相对一侧设有百叶窗（6）用于通风。 

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