CN104094805A - 可自动控制的温室耕种系统 - Google Patents
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Abstract
一种可自动控制的温室耕种系统，包括至少一个燃料电池模块、环境感测控制模块及数个环境形成装置，其中，燃料电池模块具有数个输入端及输出端，经由该输入端分别输入燃料与空气后，由输出端分别输出电力、热能、二氧化碳、水等多项环境产物，该环境产物并输出至环境感测控制模块中，环境感测控制模块控制环境产物的输出，并具备有数个感测单元及控制单元，以供感测及反馈控制该照度、温度、湿度、二氧化碳浓度及水位等多项环境因素及产物输出，各环境形成装置设于至少一温室内部，且分别连结环境感测控制模块，以输入环境控制模块输出的环境产物，而分别形成温室中所栽种植物所需的光照、温度、湿度、二氧化碳及给水灌溉等生长环境及条件。
Description
技术领域
本发明是关于一种可自动控制的温室耕种系统，特别是应用于封闭或半封闭温室，且以燃料电池模块绿能产生温室植物所需的各项生长环境及条件的控制与耕种系统。
背景技术
传统农业植栽暴露于自然环境中，致使大量虫害或外界污染环境影响，植栽的生长环境无法被有效控制，仅能仰赖大自然气候，对于农民而言无非是一项考验，再加上传统农业因植栽生产环境，不易受到控制，植栽寒害或热病时有所闻，并且，必需使用大量化学肥料及毒性较强的农药，以增加植栽的生长速度与抑制病、虫害，于人体食用植栽产物后，将产生较大的健康威胁，因此，新一代的温室精致耕种植栽农业，为目前绿色农业科技的趋势，可以解决上述传统农业耕种的化学肥料及农药污染的问题。
然而，现有的温室植栽，需考虑到植物在干净温室中必需行光合作用(Photosynthesis)的问题，且需模拟植物在户外的光照、温度、湿度、给水灌溉与气候自然变化等环境因素，方能使植栽于温室中犹如户外环境一般正常生长，例如：在植物的光合作用化学式为12H2O+6CO2→C6H12O6+6O2+6H2O，换言之，植物必需借由适量的水及二氧化碳，方能透过光照与植物本身的叶绿素行光合作用转化成有机醣类(C6H12O6)、氧气与水，也就是说植栽即使在温室中，仍必需有适量的水及适量浓度的二氧化碳，方可以让植栽如同在大自然环境中行光合作用，以利植栽的正常生长。同时，如果调整光线照射的时间、开关顺序，所用的光线频谱(例如：蓝光等)、二氧化碳浓度及施加时段与温度控制，将可提高植栽作物的收成量，某些植栽作物的收成量可达超过30％，这是一般非温室耕作方式所无法达到的。
因此，现有的温室植栽需要使用现有市电电力或标榜绿能的太阳电池为电源来产生自然界中的光照环境，以及利用该电源消耗大量电力转换产生热能或供水、洒水、喷雾等温度、湿度及给水灌溉等环境条件，而需耗损较多的电源电力，对于讲究绿能能源的温室植栽而言，电源电力的耗损无非是一项庞大的费用负担，并且，现有温室必需经由植栽所施加的有机肥料，再由自然环境中的微生物自然分解有机物产生二氧化碳，或者由外部直接以气瓶供应二氧化碳，方能使温室内植栽具备足够浓度的二氧化碳进行光合作用的生长激素，致使现有温室植栽设备，除电力供应与光照外，仍必需分别就上述的温度、湿度、给水灌溉与二氧化碳等植栽生长及光合作用所需的环境资源予以额外准备及供应，而不易将该光照、温度、湿度、给水灌溉与二氧化碳等环境资源供应予以统一整合运用，而需分别投资设备成本及耗损大量无谓的电力，造成现有的温室植栽环境设备复杂，且设备与种植成本均偏高，造成现有温室植栽农产品价格偏高昂贵，仅能局限于一小部份的高价消费族群购买，而无法普及至一般平民消费大众族群，此乃目前绿色温室植栽技术所极待解决的课题。
在相关的先前专利技术文献方面，如台湾专利公报第M442023号「一种植物栽培系统」新型专利案、第1365711号「太阳能温室」发明专利案、第M423999号「花卉自动照护装置」新型专利案、第201309190号「绿能节水植生温室系统」发明专利公开案及第201038190号「具有薄膜太阳能电池的温室或农业大棚」发明专利公开案，分别揭示利用太阳能电池及蓄电池为主要的电力供应设备，提供温室中照明所需的电力，以及借由电力转换，提供温度、湿度、给水灌溉等设备的运作所需的电力，在转换过程中仍需耗损大量无谓的电力，使该太阳能电池的运转效能减低，如电源电力不足的情况下，仍需投入市电电源辅助供电，并无法达到使温室植栽真正享有绿能精致农业耕种的经济效益。
同样地，此些先前专利前案技术仍存在如上所述现有温室植栽系统中，除光照设备可直接由市电电源或太阳能电力投入外，并没有办法直接解决如温度、湿度、给水灌溉及二氧化碳等环境资源供应的问题，仍需分别就温度、湿度、给水灌溉及二氧化碳供应的设备及资源予以设置与供给，仍存有上述现有温室植栽系统所产生的设备复杂、种植成本昂贵及需大量耗损转换电力的问题与缺点。
发明内容
本发明所要解决的主要技术问题在于，克服现有技术存在的上述缺陷，而提供一种可自动控制的温室耕种系统，以消除现有温室植栽系统，该发电装置仅能供应光照电力资源，而该温度、湿度、给水灌溉与二氧化碳等设备与资源供应，需另外投资及供应，而导致温室植栽系统的设备与种植成本昂贵的问题与缺点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种可自动控制的温室耕种系统，包括至少一个燃料电池模块、环境感测控制模块及数个环境形成装置，其中，该燃料电池模块特别是指固态氧化物燃料电池(SOFC，Solid Oxide Fuel Cell)，该燃料电池模块具有数个输入端及输出端，经由该输入端分别输入燃料与空气后，由该输出端分别输出电力、热能、二氧化碳、水等多项环境产物，该环境产物并输出至该环境感测控制模块中，该环境感测控制模块控制该环境产物的输出，并具备有数个感测单元及控制单元，以供感测及反馈控制该照度、温度、湿度、二氧化碳浓度及水位等多项环境因素及产物输出，各环境形成装置设于至少一温室内部，且分别连结该环境感测控制模块，以输入环境控制模块输出的环境产物，而分别形成温室中所栽种植物所需的光照、温度、湿度、二氧化碳及给水灌溉等生长环境及条件，以构成一具备燃料电池绿能及温室自然环境仿真控制的系统。
本发明的可自动控制的温室耕种系统的功效，在于借由该燃料电池模块的输出端所输出的电力、热能、二氧化碳、水等多项环境产物，直接提供给该环境感测控制模块及各环境形成装置，不需以耗损大量电力转换，即可提供封闭或半封闭温室植栽所需的光照、温度、湿度、二氧化碳及给水灌溉等生长环境及条件，可以大幅降低温室植栽的设备成本及种植成本，并且，该燃料电池模块的输出端所输出的电力、热能、二氧化碳、水等多项环境产物，为燃料电池模块的直接产物，不需再以大量电力转换而得，不浪费任何可用资源，可使该燃料电池模块的无谓电力耗损降至最低，运转效能大幅提升，可使温室植栽享有最佳的绿能精致农业耕种的经济效益。
本发明的有益效果是，以消除现有温室植栽系统，该发电装置仅能供应光照电力资源，而该温度、湿度、给水灌溉与二氧化碳等设备与资源供应，需另外投资及供应，而导致温室植栽系统的设备与种植成本昂贵的问题与缺点。
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为本发明可自动控制的温室耕种系统第一实施例的系统方块图。
图2为本发明的环境感测控制模块的方块图。
图3为本发明的环境感测控制模块的各感测单元设于温室内的示意图。
图4为本发明可自动控制的温室耕种系统的较佳应用例图。
图5为本发明可自动控制的温室耕种系统的第二实施例图。
图6为本发明可自动控制的温室耕种系统的第三实施例图。
图7为本发明可自动控制的温室耕种系统的第四实施例图。
图中标号说明：
100 温室耕种系统 10 燃料电池模块
11 第一输入端 12 第二输入端
13 第一输出端 14 第二输出端
15 第三输出端 16 第四输出端
17 第五输出端 18 第五输出端
19 热液槽 191 液体输出端
192 液体输入端 20 环境感测控制模块
21 微处理单元 211 键盘
212 显示器 221 光照感测单元
222 二氧化碳感测单元 223 温度感测单元
224 湿度感测单元 225 水位感测单元
221a 光照感测讯号 222a 二氧化碳感测讯号
223a 温度感测讯号 224a 湿度感测讯号
225a 水位感测讯号 231 电力控制单元
232 二氧化碳控制单元 233 温度控制单元
234 湿度控制单元 234b 蒸气
235 给水灌溉控制单元 30 环境形成装置
31 照明灯具 40 环境形成装置
41 喷出口 50 环境形成装置
51 喷水头 60 环境形成装置
200 燃料 300 空气
400 电力 500 二氧化碳
600 热气 700 水
800 温室 810 植栽容器
820 土壤 830 植栽作物
840 风扇 850 二氧化碳回收循环管
231b 配电盘 410 家庭电器
420 电力负载
具体实施方式
请参阅如图1所示，为本发明的可自动控制的温室耕种系统100的第一实施例，其中，该温室耕种系统100包括至少一燃料电池模块10，该燃料电池模块10的型式不限，在本发明中是列举澳大利亚商CeramicFuel Cells(简称CFCL)公司所生产的Blue Gen系列固态氧化物燃料电池(SOFC，Sol id Oxide Fuel Cell)模块为例，该燃料电池模块10具有一第一输入端11、第二输入端12及第一输出端13、第二输出端14、第三输出端15、第四输出端16、一对第五输出端17及18，该第一输入端11及第二输入端12分别输入燃料200及空气300，该燃料200可以为含高碳氢的气体构成，例如：含甲烷气的天然气、石油气、煤气及沼气等燃料，该第一输出端13、第二输出端14、第三输出端15、第四输出端16则分别输出电力400、二氧化碳500、热气600及水700等多项环境产物，该第五输出端17及18可供水或空气作热交换(heat exchange)输出，该电力400为交流110伏，60Hz的电源，发电效率可达到60％，该第五输出端17及18可作200公升／天热水的热交换操作，例如：该第五输出端17及18分别连结一热液槽19的液体输出端191及液体输入端192，该液体输入端192并连结该第四输出端16，以输入如水700的液体，并对该热液槽19内部的水700进行液体热交换加热，而形成如热水的热液体，而此热液体并非一定是热水，也可以是其它使用于耕作的特殊液体，以提供该液体的热交换作用。
请再配合图2及图3所示，至少一环境感测控制模块20，其型式不限，在本发明中是列举包含至少一微处理单元21、光照感测单元221、二氧化碳感测单元222、温度感测单元223、湿度感测单元224、水位感测单元225、电力控制单元231、二氧化碳控制单元232、温度控制单元233、湿度控制单元234及给水灌溉控制单元235组成者为例，其中，该微处理单元21具备有光照、二氧化碳、温度、湿度、水位感测及反馈控制的功能，可预先烧录储存温室植栽的光照、二氧化碳、温度、湿度及给水灌溉环境控制数值数据。
该光照感测单元221设于一温室800内(如图3所示)，以感测该温室800内的光照亮度状态，亦即感测温室800昼、夜的光照亮度，并将该光照感测讯号221a回传至该微处理单元21，作为该微处理单元21控制温室800内部光照亮度的依据；该二氧化碳感测单元222设于温室800内部，可借以感测温室800内部的二氧化碳500的浓度，并将该二氧化碳感测讯号222a回传至该微处理单元21，作为该微处理单元21控制温室800内部二氧化碳500浓度的依据。
该温度感测单元223设于该温室800内部，可借以感测温室800内部的温度，并将该温度感测讯号223a回传至该微处理单元21，作为该微处理单元21控制温室800内部温度的依据；该湿度感测单元224设于温室800内部，可借以感测温室800内部的湿度，并将该湿度感测讯号224a回传至该微处理单元21，作为该微处理单元21控制温室800内部湿度的依据。
该水位感测单元225设于该温室800内部的植栽容器810中，以感测该植栽容器810中的灌溉水位，并将该水位感测讯号225a回传至微处理单元21，作为该微处理单元21控制温室800内部的植栽容器810的灌溉水位控制依据。
该电力控制单元231连结该微处理单元21及燃料电池模块10的第一输出端13，以连结输入该燃料电池模块10的第一输出端13所输出的电力400，并由该微处理单元21根据该光照感测单元221的光照感测讯号221a，而予以控制该电力控制单元231输出电力400的状态，该电力控制单元231为数字／模拟电力开关所构成，可控制电力400的投入或切断，以及投入的电流与功率大小。
该二氧化碳控制单元232连结该微处理单元21及该燃料电池模块10的第二输出端14，以连结输入该燃料电池模块10的第二输出端14所输出的二氧化碳500，并由该微处理单元21根据该二氧化碳感测单元222的二氧化碳感测讯号222a，而予以控制该二氧化碳控制单元232输出二氧化碳500与否，该二氧化碳控制单元232为一电磁阀及风扇组成，以控制输出或切断二氧化碳500。
该温度控制单元233连结该微处理单元21及该燃料电池模块10的第三输出端15，以连结输入该燃料电池模块10的第三输出端15所输出的热气600，并由该微处理单元21根据该温度感测单元223的温度感测讯号223a，而予以控制该温度控制单元233输出热风600与否，该温度控制单元233为一电磁阀构成，以控制输出或切断热风600。
该湿度控制单元234连结该微处理单元21及该燃料电池模块10的第四输出端14及第五输出端17及18所连结的热液槽19，以连结输入该燃料电池模块10的第四输出端16所输出的水700液体及第五输出端17及18所连结的热液槽19的热水热液体，由该微处理单元21根据该湿度感测单元224的湿度感测讯号224a，而予以控制该温度控制单元234输出蒸气234b与否，该湿度控制单元234为一蒸气产生器所构成，以控制输出或切断蒸气234b。
该给水灌溉控制单元235连结该微处理单元21及该燃料电池模块10的第四输出端14，以连结输入该燃料电池模块10的第四输出端16所输出的水700，并由该微处理单元21根据该水位感测单元225的水位感测讯号225a，而予以控制该给水灌溉控制单元235输出水700与否，该给水灌溉控制单元235为一电磁阀所构成，以控制输出或切断水700的供应与否。
数个环境形成装置30、40、50及60，分别设于该温室800中，该环境形成装置30设于该温室800的植栽容器810上方，该环境形成装置30为一照明灯组，具有数个照明灯具31，且该环境形成装置30连结该电力控制单元231，以输入该电力控制单元231所输出的电力400，使该环境形成装置30可以提供温室800内部光照照明的环境。
该环境形成装置40设于温室800的植栽容器810上方，且该环境形成装置40分别连结该二氧化碳控制单元232、温度控制单元233及湿度控制单元234，以分别输入二氧化碳500、热风600及蒸气234b，该环境形成装置40为一中空管，且设有若干喷出口41，以供该二氧化碳500、热风600或蒸气234b经该喷出口41喷出，使该环境形成装置40可以提供温室800内部的二氧化碳500、温度及湿度环境。
该环境形成装置50连结该给水灌溉控制单元235，以输入水700，该环境形成装置50为一喷水头模块，具有数个喷水头51，以将水700经由该喷水头51喷洒出来，使该环境形成装置50提供温室800的植栽容器810内的给水灌溉及湿度环境。
该环境形成装置60设于该温室800的植栽容器810中，且该环境形成装置60连结该给水灌溉控制单元235，以输入水700，该环境形成装置60为一灌溉水管，以提供该植栽容器810内所需的给水灌溉与水位控制环境。
上述图1中的燃料电池模块10不仅仅是单一个数量的应用，可以根据该温室800的实际空间大小与用电量需求，予以将数个燃料电池模块10间作串联或并联连结应用，以提升温室800所需使用的用电功率。
如图4所示，为本发明的温室耕种系统100的较佳应用例，其中，显示该温室800的植栽容器810内容置有土壤820，于该土壤820上分别种植有数个植栽作物830，该植栽作物830可以为各种食用青菜或水耕植物，借由上述的环境形成装置30、40、50及60分别提供该植栽作物830生长所需的光照、二氧化碳500、温度、湿度及给水灌溉等环境因素，使该植栽作物830可以具备最佳的环境条件顺利生长。
请再配合图5所示，为本发明的温室耕种系统100的第二实施例，其中，显示该环境感测控制模块20的微处理单元21连结一键盘211及显示器212，且该微处理单元21内部预先烧录储存数个种不同植栽作物830的环境控制因素，例如：青江菜、小白菜及莴苣的植栽作物830的环境控制因素，以供使用者借由该键盘211输入操作选择对应植栽作物830种类的环境控制因素，并由该显示器212显示操作与选择信息，而得以对多种不同的植栽作物830进行个别不同光照、二氧化碳500、温度、湿度及给水灌溉等环境因素控制。
请再参阅图6所示，为本发明的温室耕种系统100的第三实施，其中，显示该燃料电池模块10的第一输出端13与环境感测控制模块20的电力控制单元231间，连结至少一配电盘231b，该配电盘231b可将第一输出端13所输出的多余电力400，提供给家庭电器410与电力负载420。
请再配合图7所示，为本发明的温室耕种系统100的第四实施，其中，显示该温室800底部两侧分别设有至少一风扇840与一二氧化碳回收循环管850，该二氧化碳回收循环管850连结该二氧化碳控制单元232，以借由该风扇840将沈积于温室800底部的二氧化碳500吹向另一侧的二氧化碳回收循环管850，使该二氧化碳500可以被重复循环利用。
上述图4及图7中所示本发明的可自动控制的温室耕种系统100应用于温室800的方式，虽仅显示燃料电池模块10及环境感测控制模块20控制单层的环境形成装置30、40、50及60对单一植栽容器810内的植栽作物830进行光照、二氧化碳、温度、湿度与水灌溉的环境形成与控制架构，但也可以同理应用于多个燃料电池模块10及环境感测控制模块20控制数个多层垂直排列的环境形成装置30、40、50及60及多层垂直排列的植栽容器810内的植栽作物830进行光照、二氧化碳、温度、湿度与水灌溉的多层环境形成与控制架构。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (13)
1.一种可自动控制的温室耕种系统，其特征在于，包括：
至少一燃料电池模块，该燃料电池模块具有一第一输入端、第二输入端及第一输出端、第二输出端、第三输出端、第四输出端，该第一输入端及第二输入端分别输入燃料及空气，该第一输出端、第二输出端、第三输出端、第四输出端分别输出电力、二氧化碳、热气及水等多项环境产物；
至少一环境感测控制模块，包含至少一微处理单元、光照感测单元、二氧化碳感测单元、温度感测单元、湿度感测单元、水位感测单元、电力控制单元、二氧化碳控制单元、温度控制单元、湿度控制单元及给水灌溉控制单元，该微处理单元具备有光照、二氧化碳、温度、湿度、水位感测及反馈控制的功能，该光照感测单元、二氧化碳感测单元、温度感测单元、湿度感测单元设于一温室内部，且该水位感测单元设于该温室内部的植栽容器中，以分别感测该温室内部的光照、二氧化碳、温度、湿度与给水灌溉水位状态，并分别产生光照感测讯号、二氧化碳感测讯号、温度感测讯号、湿度感测讯号及水位感测讯号，以提供给微处理单元作为温室的光照、二氧化碳、温度、湿度与给水灌溉水位控制的依据，该电力控制单元、二氧化碳控制单元、温度控制单元、湿度控制单元及给水灌溉控制单元分别连结该微处理单元及燃料电池模块的第一输出端、第二输出端、第三输出端、第四输出端，以受微处理器控制输出电力、二氧化碳、热气、蒸气及水；及
数个环境形成装置，分别设置于室内，各环境形成装置并分别连结该环境感测控制模块的电力控制单元、二氧化碳控制单元、温度控制单元、湿度控制单元及给水灌溉控制单元，以分别形成温室内部的植栽容器内的植栽作物的光照、二氧化碳、温度、湿度及给水灌溉等环境因素。
2.根据权利要求1所述的可自动控制的温室耕种系统，其特征在于，所述燃料电池模块并具有一对第五输出端，该第五输出端分别连结一热液槽的液体输出端及液体输入端，该液体输入端并连结该燃料电池模块的第四输出端，以输入液体，并对该热液槽内部的液体行热交换加热形成热液体。
3.根据权利要求1所述的可自动控制的温室耕种系统，其特征在于，所述环境感测控制模块的微处理单元连结一键盘及显示器。
4.根据权利要求1所述的可自动控制的温室耕种系统，其特征在于，所述环境感测控制模块的电力控制单元为数字／模拟电力开关所构成。
5.根据权利要求1所述的可自动控制的温室耕种系统，其特征在于，所述环境感测控制模块的二氧化碳控制单元为一电磁阀及风扇组成。
6.根据权利要求1所述的可自动控制的温室耕种系统，其特征在于，所述环境感测控制模块的温度控制单元为一电磁阀构成。
7.根据权利要求1所述的可自动控制的温室耕种系统，其特征在于，所述环境感测控制模块的湿度控制单元为一蒸气产生器所构成。
8.根据权利要求1所述的可自动控制的温室耕种系统，其特征在于，所述环境感测控制模块的给水灌溉控制单元为一电磁阀所构成。
9.根据权利要求1所述的可自动控制的温室耕种系统，其特征在于，所述环境形成装置为一照明灯组，具有数个照明灯具。
10.根据权利要求1所述的可自动控制的温室耕种系统，其特征在于，所述环境形成装置为一中空管，且设有若干喷出口，以供该二氧化碳、热风或蒸气经该喷出口喷出。
11.根据权利要求1所述的可自动控制的温室耕种系统，其特征在于，所述环境形成装置为一喷水头模块，具有数个喷水头，以将水经由该喷水头喷洒出来，使该环境形成装置提供温室的植栽容器内的给水灌溉及湿度环境。
12.根据权利要求1所述的可自动控制的温室耕种系统，其特征在于，所述环境形成装置为一灌溉水管，以提供该植栽容器内所需的给水灌溉与水位控制环境。
13.根据权利要求1所述的可自动控制的温室耕种系统，其特征在于，所述燃料电池模块的第一输出端与环境感测控制模块的电力控制单元间，连结至少一配电盘。
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |