CN103155820A - 一种窗户农场 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种室内小型栽培使用的、设置有无源垂直灌溉系统的，在垂直循环种植架上设置有种植皿的窗户农场。窗户农场是一种都市新生活方式，作为一种真实版的开心农场，不仅能够体验亲手种植与收获有机蔬果的乐趣，也是一种生态时尚的室内空间装饰。

Description

一种窗户农场

技术领域：

本发明涉及一种都市农业设施，特别是一种室内小型栽培使用的、设置有无源垂直灌溉系统的窗户农场。 

背景技术：

家庭菜园是一种都市新新生活方式，作为一种真实版的开心农场，不仅能够体验亲手种植与收获有机蔬果的乐趣，也是一种生态时尚的室内空间装饰。 

窗户农场是一种简单易行的家庭菜园，为了充分利用窗户的自然光照种植蔬菜，我们需要使用多层种植皿，而多层种植皿则需要垂直灌溉。 

常见的垂直灌溉方式是使用气泵或水泵垂直灌溉，使用泵需要外接电源和输水管线，不美观、不方便、浪费能源、还有较大噪音。 

常见的窗户农场固定吊装在窗户前，安装较不方便。特别是当窗户是整面的落地窗时，更不方便安装。因为种植的作物需要管理，固定式窗户农场不能设置太高，难以利用有效层高和大尺寸窗户的采光面积。 

常见的毛细灌溉利用毛细管插入浸润液体中，使管内液面上升，高于管外，其上升高度h=2*表面张力系数/（液体密度*重力加速度g*液面半径R）。其扬程难以达到普通室内层高。 

常见的毛细灌溉管容易被沉积堵塞。 

液体静压力的特性是：在密闭容器内，施加于静止液体的压力可以等值地传递到液体各点。从而可使力放大，可使力缩小，也可以改变力的方向。 

液体和固体壁面接触时，固体壁面将受到液体静压力的作用，当固体壁面为弹性壁面时，液体压力在曲面某方向上的总作用力F 则与 p A_x 和弹性壁面的弹 性模量成正比， 其中A_x 为壁曲面在该方向的投影面积。 

发明内容：

为了解决上述问题，利用室内空间种植蔬菜，特别是窗户农场。本发明公开了一种室内小型栽培使用的、设置有无源垂直灌溉系统的，在垂直循环种植架上设置有种植皿的窗户农场。 

本发明解决问题所采用的技术方案是这样的， 

一种窗户农场，其特征在于： 

窗户农场包括导轨链垂直循环架和种植模块，所述种植模块包括滴灌系统和种植皿。 

所述导轨链垂直循环架由支架、导轨、滚轮、导轨链条、运动输出机构和仿生分形枝构成。受导轨约束，在链轮驱动下，链条沿导轨给定的轨迹运动。 

所述导轨是封闭的可循环导轨。一个简单的可循环导轨是由2条直轨和2条曲线导轨组合的跑道式可循环导轨。 

所述导轨链条是一种延长销轴的滚子链，在延长销轴两端装有滚轮，通过滚轮与导轨精确配合，保证链条自身有和导轨几何形状相同的轨迹。 

所述运动输出机构在是在导轨链上等距或不等距相间设置的若干安装有运动输出支点的特殊链节。 

可选的，导轨链垂直循环架还包括结构加强的特殊链节和特殊滚轮。 

所述导轨链垂直循环架是手动驱动循环的。所述手动驱动是直接拨动运动输出支点使导轨链条沿导轨循环。 

所述导轨连接有支架，包括落地支架、立面支架和顶部支架。所述支架与导固定连接或通过转轴连接。所述导轨通过支架与建筑固定连接或活动连接。 

所述支架是固定式支架或伸缩折叠支架。 

所述落地支架末端设置有脚座、固定调节脚、关节调节脚、万向调节脚、固定预埋脚或者滚轮。 

所述立面支架和顶部支架末端设置有安装座或者真空吸盘。所述安装座设置有安装孔、螺栓连接件、焊接连接件、挂件或者榫卯啮合件。所述真空吸盘可使支架与玻璃活动连接。 

在导轨链运动输出支点采用可调节悬臂连接有仿生分形枝。 

所述仿生分形枝采用树枝式相错分形结构，各分支互不遮挡阳光。仿生分形枝各分支末端设置有轴承，并通过轴承360°旋转连接有挂件或紧固件，由各挂件或紧固件连接种植皿。所述轴承设置在种植皿重心上部，种植皿利用重力在沿导轨运动的过程中始终保持垂直状态，若干种植皿由仿生分形枝纵向排列连接在导轨链垂直循环架上， 

所述的可调节悬臂连接是在仿生分形枝的中间重心处由运动输出支点支撑仿生分形枝而形成的两个悬臂结构，且悬臂上设置有可沿悬臂移动的配重块。两边悬臂分别连接有若干数量、形状等同或不等同的分支，连接种植皿并种植作物后的两边悬臂以运动输出支点保持大致的重力平衡。当随作物生长悬臂两端失去平衡时，可通过移动配重块使其恢复平衡。 

所述滴灌系统包括灌溉动力系统、施肥药装置、过滤设施、输配水管网、流量控制阀、滴嘴、安全保护及量测控制伺服器。 

所述输配水管网包括上行输水管和种植皿输配水管网。 

亲手灌溉是一种乐趣。优选的，一种简易的灌溉动力系统是设置有手动泵、上行输水管和弹性水囊的DIY灌溉动力系统。 

弹性水囊设置有刚性外壳，刚性外壳连接在仿生分形枝上、支架上或者放置在地面。 

可选的，弹性水囊由刚性外壳连接在仿生分形枝上，仿生分形枝的轴承设置在弹性水囊重心上部，弹性水囊利用重力在沿导轨运动的过程中始终保持垂直状态。 

可选的，弹性水囊是与导轨链垂直循环系统分离的固定装置，设置在导轨链垂直循环架的落地支架上或放置在地面。 

所述弹性水囊是由弹性体制作的水密容器。优选的，一种弹性水囊是橡胶囊。 

所述上行输水管是在塑料软管内纵向填充设置有一组毛细吸湿纤维束，或者在塑料软管内设置有内径 0. 5 ～ 5mm的毛细管，管内松散、均匀地纵向填充数百根毛细吸湿纤维。 

一种牵引填充法是分别将具有很好吸湿性、耐溶剂性和良好机械性能的多 种不同纤维材料填充在毛细管内，填充物两端各截去一段，以保证填充质量均一性。在此过程中，应避免纤维束缠绕、弯曲，使纤维在毛细管中呈纵向平行排列。这样的填充方法使得纤维材料在管内形成了许多同轴的狭窄的通道，减小了管内的死体积。 

为减少石灰石及镁的沉淀物沉积在纤维的微通道上，上行输水管的纤维填充率设置为 15 ～ 25%。 

为减少石灰石及镁的沉淀物沉积在纤维的微通道上，优选的，在上行输水管与弹性水囊连接处设置有可拆卸的过滤段，过滤段是长度100 ～ 300mm、纤维填充率50% ～ 70%的管，过滤段插入弹性水囊内。 

上行输水管通过三通连接手动泵，手动泵设置有插入弹性水囊内的抽水管。 

优选的，在上行输水管内还设置有另外一根直径较小的次级直流上行输水管，直流上行输水管也贯通过滤段，直流上行输水管经三通连接手动泵。 

所述手动泵是手动气泵或手压水泵。 

所述手动泵是往复泵、柱塞泵、活塞泵、蠕动泵、射流泵、真空泵、软管泵或摆动泵。 

优选的，所述的手动泵设置为“O”形把手结构的蠕动泵，并设置有握力计量器，在为灌溉植物的同时进行锻炼，缓解疲劳，强壮肌肉，增强血液循环。 

DIY灌溉动力系统使用连接弹性水囊的内置毛细吸湿纤维上行输水管为种植皿提供持续灌溉，同时使用手动泵为种植皿提供补充灌溉。 

弹性水囊和手动泵提供的压力有助于减少纤维微通道的沉积堵塞。 

在导轨外设置有卡套，上行输水管由卡套沿导轨上行，连接设置在导轨链垂直循环架上方的若干首部滴嘴。 

所有种植皿均分别纵向排列设置在各首部滴嘴下方的垂线上 

所述的种植皿是一种设置有种植基的容器，所述种植基是水培液、固态无土种植基或土壤，所述种植基直接盛放或者由种植基容器包装后再盛放在种植皿内，当种植基是水培液时，种植基容器是不渗漏的水密容器。 

种植皿设置有植株固定结构，以防止种植皿运动时植株掉落。所述植株固定结包括定植孔、根系固定结构和果蔬安全网。 

种植皿是开口结构或封口结构的，当种植皿是封口结构时，所述封口设置有定植孔。当种植皿内还设有种植基容器时，种植基容器是开口结构或封口结构的，当种植基容器是封口结构时，定植孔设置在种植基容器的封口。 

根系固定结构设置在种植皿或种植基容器内，应适配其外部容器的内径，不宜过小。根系固定结构是无毒的塑料网格体，在网格体中部设置有纵向贯通的主根孔，主根孔设置在定植孔下方。 

可选的，种植皿外还罩设有果蔬安全网。 

可选的，同一组垂直循环传输装置连接的种植皿设置为相同或不同的材质、 形状和色彩，一种种植皿是经改装的废弃液体包装，一种种植皿是经改装和防渗漏处理的小型废弃工业制品。 

所述种植皿是透光或不透光的，当种植皿材质设置为透光材料时，种植基由不透光容器包装后再盛放在种植皿内。以免植物根系被日光照射。 

优选的，一种不透光容器是具有保温功能的EPS泡沫容器。 

可选的，当种植皿材质设置为透光材料时，在种植皿上粘贴有彩色透光膜，通过选择不同色彩的透光膜以改善植物生长的光环境。一种彩色透光膜是点状透光膜，所述点状透光膜是以一定间距排列粘贴在种植皿上的色点。 

种植皿均设置有种植皿输配水管网，所述种植皿输配水管网包括直流式滴灌管网和分流式滴灌管网。 

一种简易的直流式滴灌管网是在种植皿顶部设置有灌溉开口，在种植皿底部设置有滴嘴，种植皿底部滴嘴上部还设置有过滤网。种植皿底部滴嘴位于下一组种植皿顶部设置的灌溉开口的上方，滴灌进行时，滴灌液由上级种植皿底部滴嘴滴入，渗透种植基与过滤网，并由种植皿底部滴嘴滴入下级种植皿。 

一种简易的分流式滴灌管网是在种植皿顶部设置的灌溉开口下还设置有三通输水管，所述三通输水管上端连接灌溉开口，一个下端直接连接种植皿底部滴嘴，另一下端连接三通滴嘴，所述三通滴嘴设置在种植基之上端。滴灌进行时，部分滴灌液沿三通管直接滴入下一组种植皿，部分滴灌液由三通滴嘴滴入并渗透种植基与过滤网，由种植皿底部滴嘴滴入下一组种植皿。 

当种植基是水培液时，优选使用分流式滴灌管网，包括分流补充式管网和分流循环式管网。所述分流补充式管网是通过滴灌补充水培液容器内被植物吸收和蒸腾损失的营养液，所述分流循环式管网在水培液容器下还设置有滴嘴，营养液一面通过滴灌补充，一面沿水培液容器下滴嘴滴出进入输配水管网，形成 循环。 

所述直流式滴灌管网和分流式滴灌管网还设置有储液皿。所述直流式滴灌管网的储液皿设置在灌溉开口之下，种植基之上。所述分流式滴灌管网的储液皿设置在灌溉开口之下，三通输水管之上。 

量测传感控制器设置在种植皿内，并与量测控制伺服器遥控连接。 

首部滴嘴、三通滴嘴和种植皿底部滴嘴均设置有流量控制阀。优选的，首部滴嘴的流量控制阀通过量测控制伺服器遥控控制。 

考虑到风和种植皿垂直循环运动时对滴灌的影响，在灌溉开口口部以及种植皿底部滴嘴还分别设置有磁吸装置，所述磁吸装置相互磁吸浮锚式连接。 

考虑到植物生长对滴灌的影响，种植皿设置有和灌溉开口错开的植物限位发育开口。一种开口错开的设计是设置灌溉开口平行与地平面，设置植物限位发育开口垂直于地平面或与地平面成45°角，以免植物生长影响滴灌。 

优选的，植株固定结构包括的定植孔和果蔬安全网也作为植物发育限位装置。 

在纵向排列设置的种植皿的下端设置有灌溉液回收漏斗，灌溉液回收漏斗插入在弹性胶囊内。 

本发明的有益效果是： 

窗户农场利用建筑采光立面种植作物，让农业得以减少对耕地面积的绝对依赖，缓解耕地不足的压力。 

窗户农场是一种休闲方式和生活态度，窗户农场让农业变得有趣和时尚，吸引更多的年轻人从事农业。 

DIY灌溉动力系统使用连接弹性水囊的内置毛细吸湿纤维上行输水管为种植皿提供持续灌溉，同时使用握力器式的手动泵为种植皿提供补充灌溉。适合 将种植作为休闲兴趣，偶尔忘记灌溉也不影响作物生长。包含大直径颗粒的营养液由泵抽送，不堵塞毛细管。 

窗户农场简便易行，具有良好的兼容性和可扩展性。 

附图说明：

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。 

图1 是本发明结构示意图； 

图2 是本发明种植皿结构示意图； 

图中：1、导轨链垂直循环架； 2、滴灌系统；3、种植皿；4、上行输水管；5、仿生分形枝；6、轴承；7、弹性水囊；8、手动泵；9、落地支架；10、顶部支架；11、滴嘴； 12、植物限位发育开口；13、储液皿；14、灌溉开口；15、磁吸装置； 

具体实施方式：

如图所示： 

一种窗户农场，其特征在于： 

窗户农场包括导轨链垂直循环架1和种植模块，所述种植模块包括滴灌系统2和种植皿3。 

所述导轨链垂直循环架由支架、导轨、滚轮、导轨链条、运动输出机构和仿生分形枝5构成。受导轨约束，在链轮驱动下，链条沿导轨给定的轨迹运动。 

实施例中，窗户农场设置在酒店、写字楼的大堂窗户内立面，既是农业设施，也是室内景观，时尚实用。 

实施例中，在住宅室内窗户前或者阳台上设置有小型窗户农场。 

实施例中，办公空间在室内窗户前设置有小型窗户农场，或者通过提供人工光源在室内任意空间设置有小型窗户农场作为生态空间分隔装置。 

实施例中，弹性水囊7设置有刚性外壳，刚性外壳由轴承6连接在仿生分形枝5上。 

所述弹性水囊7是橡胶囊。 

所述上行输水管是在塑料软管内纵向填充设置有一组毛细吸湿纤维束，上行输水管的纤维填充率设置为 22%， 

在上行输水管与弹性水囊连接处设置有可拆卸的过滤段，过滤段是长度200mm、纤维填充率60%管，过滤段插入弹性水囊内。可更换的过滤段避免了滴灌液里大直径颗粒堵塞上行输水管毛细吸湿纤维束。 

当刚性外壳连接在仿生分形枝上，且导轨链旋转时，断开上行输水管与过滤段的连接，弹性水囊随导轨链旋转。 

弹性水囊持续给液体施加静压力，可提升毛细吸湿纤维束液面上升高度。 

上行输水管通过三通连接手动泵，手动泵设置有插入弹性水囊内的抽水管， 

优选的，在上行输水管内还设置有另外一根直径较小的次级直流上行输水管，直流上行输水管经三通连接手动泵，包含大直径颗粒的营养液由泵抽送经直流上行输水管输送，不堵塞毛细管。 

所述手动泵是手动气泵或手压水泵， 

所述手动泵是往复泵、柱塞泵、活塞泵、蠕动泵、射流泵、真空泵、软管泵或摆动泵， 

优选的，所述的手动泵设置为“O”形把手结构的蠕动泵，并设置有握力计量器，在为灌溉植物的同时进行锻炼，缓解疲劳，强壮肌肉，增强血液循环， 

在导轨外设置有卡套，上行输水管由卡套沿导轨上行，连接设置在导轨链垂直循环架上方的若干首部滴嘴。 

以上实施例仅用以说明本发明而非限制本发明所描述的技术方案；因此，虽然本说明书参照上述实施例对本发明已经做了详细说明，但本领域的一般技术人员可以理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围之中。 

Claims (4)

1.    一种窗户农场，其特征在于：

窗户农场包括导轨链垂直循环架和种植模块，所述种植模块包括滴灌系统和种植皿，

所述滴灌系统包括灌溉动力系统、施肥药装置、过滤设施、输配水管网、流量控制阀、滴嘴、安全保护及量测控制伺服器，所述输配水管网包括上行输水管和种植皿输配水管网，

   优选的，窗户农场的灌溉动力系统是设置有手动泵、上行输水管和弹性水囊的DIY灌溉动力系统。

2.根据权利要求1所述的一种窗户农场，其特征在于：

弹性水囊设置有刚性外壳，刚性外壳连接在仿生分形枝上、支架上或者放置在地面，

所述弹性水囊是由弹性体制作的水密容器，优选的，一种弹性水囊是橡胶囊，

所述上行输水管是在塑料软管内纵向填充设置有一组毛细吸湿纤维束，或者在塑料软管内设置有内径 0. 5 ～ 5mm的毛细管，管内松散、均匀地纵向填充数百根毛细吸湿纤维，

上行输水管的纤维填充率设置为 15 ～ 25%，

在上行输水管与弹性水囊连接处设置有可拆卸的过滤段，过滤段是长度100 ～ 300mm、纤维填充率50% ～ 70%的管，过滤段插入弹性水囊内，

上行输水管通过三通连接手动泵，手动泵设置有插入弹性水囊内的抽水管，

优选的，在上行输水管内还设置有另外一根直径较小的次级直流上行输水管，直流上行输水管也贯通过滤段，直流上行输水管经三通连接手动泵，

所述手动泵是手动气泵或手压水泵，

所述手动泵是往复泵、柱塞泵、活塞泵、蠕动泵、射流泵、真空泵、软管泵或摆动泵，

优选的，所述的手动泵设置为“O”形把手结构的蠕动泵，并设置有握力计量器，在为灌溉植物的同时进行锻炼，缓解疲劳，强壮肌肉，增强血液循环，

在导轨外设置有卡套，上行输水管由卡套沿导轨上行，连接设置在导轨链垂直循环架上方的若干首部滴嘴。

3.根据权利要求1所述的一种窗户农场，其特征在于：

所述导轨链垂直循环架由支架、导轨、滚轮、导轨链条、运动输出机构和仿生分形枝构成，受导轨约束，在链轮驱动下，链条沿导轨给定的轨迹运动，

所述导轨连接有支架，包括落地支架、立面支架和顶部支架，所述支架与导固定连接或通过转轴连接，所述导轨通过支架与建筑固定连接或活动连接，

所述支架是固定式支架或伸缩折叠支架，

所述落地支架末端设置有脚座、固定调节脚、关节调节脚、万向调节脚、固定预埋脚或者滚轮，

所述立面支架和顶部支架末端设置有安装座或者真空吸盘，所述安装座设置有安装孔、螺栓连接件、焊接连接件、挂件或者榫卯啮合件，所述真空吸盘可使支架与玻璃活动连接，

在导轨链运动输出支点采用可调节悬臂连接有仿生分形枝，

所述仿生分形枝采用树枝式相错分形结构，各分支互不遮挡阳光，仿生分形枝各分支末端设置有轴承，并通过轴承360°旋转连接有挂件或紧固件，由各挂件或紧固件连接种植皿，所述轴承设置在种植皿重心上部，种植皿利用重力在沿导轨运动的过程中始终保持垂直状态，若干种植皿由仿生分形枝纵向排列连接在导轨链垂直循环架上， 

所述的可调节悬臂连接是在仿生分形枝的中间重心处由运动输出支点支撑仿生分形枝而形成的两个悬臂结构，且悬臂上设置有可沿悬臂移动的配重块，两边悬臂分别连接有若干数量、形状等同或不等同的分支，连接种植皿并种植作物后的两边悬臂以运动输出支点保持大致的重力平衡，当随作物生长悬臂两端失去平衡时，可通过移动配重块使其恢复平衡。

4.根据权利要求1所述的一种窗户农场，其特征在于：

所述的种植皿是一种设置有种植基的容器，所述种植基是水培液、固态无土种植基或土壤，所述种植基直接盛放或者由种植基容器包装后再盛放在种植皿内，当种植基是水培液时，种植基容器是不渗漏的水密容器，

种植皿设置有植株固定结构，以防止种植皿运动时植株掉落，所述植株固定结包括定植孔、根系固定结构和果蔬安全网，

种植皿是开口结构或封口结构的，当种植皿是封口结构时，所述封口设置有定植孔，当种植皿内还设有种植基容器时，种植基容器是开口结构或封口结构的，当种植基容器是封口结构时，定植孔设置在种植基容器的封口，

根系固定结构设置在种植皿或种植基容器内，应适配其外部容器的内径，不宜过小，根系固定结构是无毒的塑料网格体，在网格体中部设置有纵向贯通的主根孔，主根孔设置在定植孔下方，

可选的，种植皿外还罩设有果蔬安全网，

可选的，同一组垂直循环传输装置连接的种植皿设置为相同或不同的材质、形状和色彩，一种种植皿是经改装的废弃液体包装，一种种植皿是经改装和防渗漏处理的小型废弃工业制品，

所述种植皿是透光或不透光的，当种植皿材质设置为透光材料时，种植基由不透光容器包装后再盛放在种植皿内，以免植物根系被日光照射，

优选的，一种不透光容器是具有保温功能的EPS泡沫容器，

可选的，当种植皿材质设置为透光材料时，在种植皿上粘贴有彩色透光膜，通过选择不同色彩的透光膜以改善植物生长的光环境，一种彩色透光膜是点状透光膜，所述点状透光膜是以一定间距排列粘贴在种植皿上的色点，

种植皿均设置有种植皿输配水管网，所述种植皿输配水管网包括直流式滴灌管网和分流式滴灌管网，

一种简易的直流式滴灌管网是在种植皿顶部设置有灌溉开口，在种植皿底部设置有滴嘴，种植皿底部滴嘴上部还设置有过滤网，种植皿底部滴嘴位于下一组种植皿顶部设置的灌溉开口的上方，滴灌进行时，滴灌液由上级种植皿底部滴嘴滴入，渗透种植基与过滤网，并由种植皿底部滴嘴滴入下级种植皿，

一种简易的分流式滴灌管网是在种植皿顶部设置的灌溉开口下还设置有三通输水管，所述三通输水管上端连接灌溉开口，一个下端直接连接种植皿底部滴嘴，另一下端连接三通滴嘴，所述三通滴嘴设置在种植基之上端，滴灌进行时，部分滴灌液沿三通管直接滴入下一组种植皿，部分滴灌液由三通滴嘴滴入并渗透种植基与过滤网，由种植皿底部滴嘴滴入下一组种植皿，

当种植基是水培液时，优选使用分流式滴灌管网，包括分流补充式管网和分流循环式管网，所述分流补充式管网是通过滴灌补充水培液容器内被植物吸收和蒸腾损失的营养液，所述分流循环式管网在水培液容器下还设置有滴嘴，营养液一面通过滴灌补充，一面沿水培液容器下滴嘴滴出进入输配水管网，形成循环，

所述直流式滴灌管网和分流式滴灌管网还设置有储液皿，所述直流式滴灌管网的储液皿设置在灌溉开口之下，种植基之上，所述分流式滴灌管网的储液皿设置在灌溉开口之下，三通输水管之上，

量测传感控制器设置在种植皿内，并与量测控制伺服器遥控连接，

首部滴嘴、三通滴嘴和种植皿底部滴嘴均设置有流量控制阀，优选的，首部滴嘴的流量控制阀通过量测控制伺服器遥控控制，

考虑到风和种植皿垂直循环运动时对滴灌的影响，在灌溉开口口部以及种植皿底部滴嘴还分别设置有磁吸装置，所述磁吸装置相互磁吸浮锚式连接，

考虑到植物生长对滴灌的影响，种植皿设置有和灌溉开口错开的植物限位发育开口，一种开口错开的设计是设置灌溉开口平行与地平面，设置植物限位发育开口垂直于地平面或与地平面成45°角，以免植物生长影响滴灌，

优选的，植株固定结构包括的定植孔和果蔬安全网也作为植物发育限位装置，

在纵向排列设置的种植皿的下端设置有灌溉液回收漏斗，灌溉液回收漏斗插入在弹性胶囊内。

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