CN105123489B - 一种模块化资源集约利用型育菜机及其使用方法 - Google Patents

一种模块化资源集约利用型育菜机及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于家庭农业技术领域，具体公开一种模块化资源集约利用型育菜机，主要由营养液洗气制冷增氧装置和垂直叠放的若干个栽培模块构成。垂直叠放的若干个栽培模块形成一个整体，由营养液洗气制冷增氧装置为其提供营养液和气体。本发明模块化资源集约利用型育菜机结构精简、安全，各个栽培模块相对独立，叠放使用时又形成一个整体，满足家庭种植的多种需求；人工光源产生的热量直接散到栽培模块外，且可利用营养液洗气制冷增氧装置通气降温迅速降低种植温度，改善植物生长环境；所用的营养液温度降低后溶氧量增加，为植物根系提供更富含氧气的环境；气泵在曝气增氧的同时提供营养液循环以及气体流动所需的动力，减少能耗。

Description

一种模块化资源集约利用型育菜机及其使用方法
技术领域
本发明属于家庭农业技术领域，具体涉及一种模块化资源集约利用型育菜机及其使用方法。
背景技术
随着城市化进程的不断加快，人们对高品质蔬菜的需求与有限的绿色健康蔬菜的供给间的矛盾愈发明显。随着水培技术的不断发展，越来越多的城市居民希望在家中生产无污染的蔬菜。一大批家庭用水培育菜机应运而生，但现有产品在主要功能与相关执行机构方面的设计缺乏创新，同质化现象严重，且其中相当一部分并不能满足植物生长对环境的需求，此外，几乎所有育菜机都在设计中未考虑其作为家庭电器所必须的节能高效这一特点，往往能耗较高，内部结构不尽合理。
发明内容
针对现有家庭育菜机存在的缺陷，本发明旨在提供一种模块化资源集约利用型育菜机及其使用方法。
本发明的模块化资源集约利用型育菜机，主要由营养液洗气制冷增氧装置和垂直叠放的若干个栽培模块构成；
所述栽培模块为以栽培槽为底、以人工光源为顶，并在一侧开门的箱体，箱体侧壁对应人工光源长边的位置设有缝隙，栽培模块敷设有一截气/液输送管路、一截营养液回流管路、一段供电线；气/液输送管路上连接有通往栽培槽内的气/液释放管路，为栽培槽提供营养液或气体；栽培槽上架有定植板，定植板设有通气孔；栽培槽内预设营养液的液位，超过液位的营养液流入营养液回流管路；供电线为人工光源提供电能；
所述垂直叠放的若干个栽培模块，顶层栽培模块的气/液输送管路和营养液回流管路顶端封闭，相邻栽培模块的气/液输送管路相连、营养液回流管路相连，形成整一条气/液输送管路、整一条营养液回流管路；相邻栽培模块的供电线相连成的一个整体；
所述营养液洗气制冷增氧装置由主营养液池、副营养液池和连接两者的营养液池连接管构成；主营养液池为密闭容器，顶部和底部分别设有可密封注液口和可密封排液口，分别用以注入和排出营养液；主营养液池装有制冷组件和曝气组件，分别用来对主营养液池内的营养液制冷和曝气增氧；主营养液池被营养液淹没的下部和不被营养液淹没的上部分别联通到气/液输送管路，且上部与气/液输送管路连接处设有供气阀；主营养液池被营养液淹没的下部通过营养液池连接管连接到副营养液池，且与营养液池连接管连接处装有液体止逆阀；所述曝气组件由气泵和通气管组成，通气管的上端连接气泵，下端通到主营养液池内营养液液面下，通气管上设有通向主营养液池内不被营养液淹没部分的支线，支线上装有气体止逆阀；副营养液池连接营养液回流管路，营养液回流管路连接各个栽培模块上栽培槽的端口均高于连接副营养液池的一端，副营养液池顶部有开口与大气相通。
其中，所述若干个栽培模块，各个栽培模块的长、宽规格相统一，各个栽培模块按照其内所种植物的需求分别设置适合的高度。
其中，所述若干个为一个或一个以上。
其中，所述栽培模块敷设有一截气/液输送管路、一截营养液回流管路，优选为在栽培模块的气/液输送管路和营养液回流管路的顶端装上止水接头，底端装上与止水接头配套的通水接头。以此实现顶层栽培模块的气/液输送管路和营养液回流管路顶端封闭，相邻栽培模块的气/液输送管路相连、营养液回流管路相连，形成整一条气/液输送管路、整一条营养液回流管路，其原理为：当栽培模块处于顶层时，气/液输送管路和营养液回流管路的顶端由止水接头封闭；当栽培模块上方叠放有另一栽培模块时，其气/液输送管路和营养液回流管路顶端的止水接头与上方栽培模块气/液输送管路和营养液回流管路底端的通水接头相接，形成通路。
其中，所述栽培模块，在每个栽培模块的供电线两端设有接头。
其中，所述人工光源由导光板和装于导光板长边的LED灯条构成。可在一条长边装LED灯条，也可在两条长边都装上LED灯条。
其中，所述缝隙，优选其宽度为3-15mm。
其中，所述栽培模块，其箱体侧壁与门的主体由透明材料构成，顶部与人工光源相接处由金属材料构成。
其中，所述栽培模块，门的门轴和门柱以不透明材料隔出两个管线敷设空间，将供电线敷设在一个敷设空间内，将气/液输送管路和营养液回流管路敷设在另一敷设空间内。
其中，所述制冷组件可装在主营养液池内部，也可装在主营养液池外壁。
其中，所述制冷组件可选用半导体制冷组件、压缩机制冷组件等能实现制冷的组件。
其中，所述供气阀为任意可控制开关的阀门，优选为电磁阀以便于进行自动控制。
其中，所述模块化资源集约利用型育菜机还包括控制系统。
本发明还提供所述模块化资源集约利用型育菜机的使用方法，具体步骤如下：
在栽培槽内的定植板上进行水培种植，根据种植需求进行如下操作：
a需要补光时，打开人工光源，补光完成后关闭；
b需通气降温时，打开供气阀，开启制冷组件使主营养液池内的营养液降温，再开启气泵泵入气体；完成通气降温后关闭气泵；
c需进行营养液循环时，关闭供气阀，开启气泵泵入气体；完成营养液循环后关闭制冷组件和气泵。
其中，步骤b的工作原理如下：打开供气阀，开启制冷组件使主营养液池内的营养液降温，再开启气泵泵入气体，此时气体止逆阀处于关闭状态，泵入的气体在被冷营养液冷却的同时增大了主营养液池内的气压，被冷却后的气体先后通过气/液输送管路、气/液释放管路进入栽培槽，气体在气压梯度下经定植板上的通气孔向上进入栽培区域，最后经过人工光源长边，通过栽培模块箱体侧壁的缝隙散入大气，整个过程中被营养液冷却的空气带走了栽培区域以及人工光源中的热量，达到降温的效果；完成通气降温后关闭制冷组件和气泵。
其中，步骤c的工作原理如下：关闭供气阀，开启气泵泵入气体，此时气体止逆阀处于关闭状态，泵入的气体在使营养液曝气增氧的同时增大了主营养液池内的压力，液体止逆阀在压力下关闭，曝气增氧后的营养液通过气/液输送管路、气/液释放管路被压入栽培槽；栽培槽内营养液超过预设液位后在重力的作用下通过营养液回流管路流入副营养液池；副营养液池内的营养液被营养液池连接管导向主营养液池，但液体止逆阀维持关闭状态，直到副营养液池内的营养液增加至其形成的液压大于主营养液池内液压时，液体止逆阀自动打开，副营养液池内的营养液流回主营养液池，形成营养液循环；完成营养液循环后关闭制冷组件和气泵，主营养液池内压力大于外界时气体止逆阀自动打开卸压。
其中，步骤c优选为在开启气泵前，先开启制冷组件使主营养液池内的营养液降温，在完成营养液循环后关闭制冷组件。这样供给到栽培槽的营养液为降温后的营养液，
所述泵入气体，气体为空气或有助于种植的气体，如氧气、二氧化碳等。
本发明还提供所述模块化资源集约利用型育菜机在家庭水培种植中的应用。
所述家庭水培种植指家庭水培种植蔬菜和/或花卉，尤其是蔬菜。
本发明模块化资源集约利用型育菜机的优点如下：
1、各个栽培模块相对独立，在某栽培模块出故障时只要卸下该模块维修即可，不影响其它栽培模块的使用。
2、各个栽培模块的长、宽规格相统一，气/液输送管路和营养液回流管路采用止水接头和配套的通水接头，供电线两端设有接头，使得对多个栽培模块进行组装的过程简单，进行简单叠放后连接上下栽培模块的供电线接头就完成了相邻栽培模块相应管线之间的连接。
3、用户可根据对不同植物品种的高度，或者家庭种植条件的需求，自主选择多个不同高度的栽培模块进行组合，满足所有人的不同需求，减少潜在用户顾虑，扩大消费受众数量。
4、采用以由导光板和装于导光板长边的LED灯条构成的人工光源，产生的热量少，且集中在长边，而栽培模块的箱体侧壁对应人工光源长边的位置设有缝隙，使得人工光源的热量无需经过栽培区域，直接散到栽培模块外。
5、气泵可作为气力泵，在曝气增氧的同时提供营养液循环以及气体流动所需的动力，降低设备制造、运行成本，减少能耗与养护费用。
6、增加营养液制冷功能，大幅降低营养液温度至植物生长最适宜的15-18℃，这一功能充分利用液体的导热系数(0.54W/mK)大大高于空气(0.024W/mK)的性质，改变已有产品采用空气作为单一降温媒介的现状，采用营养液作为介质直接与制冷组件进行热交换，使用很少的能量即可将营养液降至较低温度。由于营养液温度较低，其饱和溶解氧浓度较未进行降温的营养液显著提高，更有利于氧气的溶入，进行通气增氧的效率更高，能够为植物提供更加富含氧气的营养液，改善根际环境；而提供给栽培槽的营养液温度较低，能带走栽培区域和人工光源产生的热量，改善生长环境。
7、在通风降温时，先降低营养液温度，再将热空气导入进行洗气，很大程度上扩大了空气与冷源的接触面，提高空气降温效率。
8、栽培模块箱体侧壁和门主体采用透明材料，增大了对环境光照的利用，减少能耗。栽培模块箱体侧壁和门顶部与人工光源相接初以金属材料构成，便于将人工光源产生的热量导入到大气中。
9、门轴和门柱以不透明材料隔出两个管线敷设空间，减少由于光照引起的管路和供电线的老化，同时减少了管路内部藻类的生长，且完成了水、电分离，安全系数高。
10、栽培模块为以栽培槽为底、以人工光源为顶，结构精简。
附图说明
图1为本发明实施例1中模块化资源集约利用型育菜机的结构示意图。
图2为本发明实施例1中模块化资源集约利用型育菜机的栽培模块箱体内部结构示意图。
图3为本发明实施例1中模块化资源集约利用型育菜机的营养液洗气制冷增氧装置结构示意图。
图4为本发明实施例1中模块化资源集约利用型育菜机的敷设空间的位置示意图。
其中，箭头示意气流方向，1为栽培模块，2为栽培槽，3为人工光源，4为气/液释放管路，5为气/液输送管路，6为营养液回流管路，7为营养液洗气制冷增氧装置，8为缝隙，9为导光板，10为通气孔，11为定植板，12为LED灯条，13为主营养液池，14为气泵，15为副营养液池，16为液体止逆阀，17为气体止逆阀，18为可密封注液口，19为开口，20为可密封排液口，21为供气阀，22为制冷组件，23为敷设空间，24为供电线，25为接头，26为止水接头，27为通水接头，28为营养液池连接管。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1本发明的模块化资源集约利用型育菜机
本发明的模块化资源集约利用型育菜机如图1所示，主要由营养液洗气制冷增氧装置7和垂直叠放的3个栽培模块1构成。栽培模块1内部结构图如图2所示，营养液洗气制冷增氧装置7的结构示意图如图3所示，栽培模块内管线的敷设空间的位置示意图如图4所示。
所述栽培模块1为以栽培槽2为底、以人工光源3为顶，并在一侧开门的箱体，箱体侧壁对应人工光源长边的位置设有缝隙8，栽培模块敷设有一截气/液输送管路5、一截营养液回流管路6、一段供电线24；气/液输送管路5上连接有通往栽培槽2内的气/液释放管路4，为栽培槽2提供营养液或气体；栽培槽2上架有定植板11，定植板11设有通气孔10；栽培槽2内预设营养液的液位，超过液位的营养液流入营养液回流管路6；供电线24为人工光源3提供电能；
3个栽培模块，各个栽培模块的长、宽规格相统一，本实施设为120厘米×50厘米。各个栽培模块按照其内所种植物的需求分别设置适合的高度，本实施例具体为底层种芹菜，设为高30厘米；中层种生菜，设为高20厘米；顶层种豆苗，设为高15厘米。
各个栽培模块的气/液输送管路5和营养液回流管路6的顶端都装上止水接头26，底端装上与止水接头26配套的通水接头27。各个栽培模块1上的供电线24，两端都设有接头25。顶层栽培模块1的气/液输送管路5和营养液回流管路6的顶端由止水接头26封闭；底层和中层的栽培模块1上方叠放有另一栽培模块1时，其气/液输送管路5和营养液回流管路6顶端的止水接头26与上方栽培模块1的气/液输送管路5和营养液回流管路6底端的通水接头27相接，形成通路，相邻栽培模块1的供电线24通过接头25相连。这样一来3个栽培模块1垂直叠放，顶层栽培模块1的气/液输送管路5和营养液回流管路6顶端封闭，相邻栽培模块1的气/液输送管路5相连、营养液回流管路6相连，形成整一条气/液输送管路5、整一条营养液回流管路6；相邻栽培模块的供电线24相连成的一个整体。
人工光源3由导光板9和装于导光板9长边的LED灯条12构成。可在一条长边装LED灯条12，也可在两条长边都装上LED灯条12，本实施例仅在一条长边装LED灯条12。
栽培模块1的箱体侧壁与门的主体由透明硬塑料构成，顶部与人工光源相接处由宽2厘米的铝合金条构成。缝隙8的粗0.5厘米，开在铝合金条上。
栽培模块1的门的门轴和门柱以不透明材料隔出两个管线敷设空间23，将供电线24敷设在一个敷设空间23内，将气/液输送管路5和营养液回流管路6敷设在另一敷设空间内23。
所述营养液洗气制冷增氧装置7由主营养液池13、副营养液池15和营养液池连接管28构成；主营养液池13为密闭容器，顶部和底部分别设有可密封注液口18和可密封排液口20，分别用以注入和排出营养液；主营养液池13装有制冷组件22和曝气组件，分别用来对主营养液池内的营养液制冷和曝气增氧；主营养液池13被营养液淹没的下部和不被营养液淹没的上部分别联通到气/液输送管路5，且上部与气/液输送管路5连接处设有供气阀21；主营养液池13被营养液淹没的下部通过营养液池连接管28连接到副营养液池15，且与营养液池连接管28连接处装有液体止逆阀16；所述曝气组件由气泵14和通气管组成，通气管的上端连接气泵14，下端通到主营养液池内营养液液面下，通气管上设有通向主营养液池内不被营养液淹没部分的支线，支线上装有气体止逆阀17；副营养液池15连接营养液回流管路6，营养液回流管路6连接各个栽培模块1上栽培槽2的端口均高于连接副营养液池15的一端，副营养液池顶部有开口19与大气相通。
本实施例的制冷组件22装在主营养液池13内部，为压缩机制冷组件。
供气阀21为电磁阀以便于进行自动控制。
本实施例的模块化资源集约利用型育菜机还包括控制系统，用以控制人工光源3、气泵14和供气阀21的开关。
实施例2使用本发明模块化资源集约利用型育菜机
使用本发明实施例1的模块化资源集约利用型育菜机，具体步骤如下：
经主营养液池13的可密封注液口18、副营养液池15顶部开口19处和/或栽培槽2往模块化资源集约利用型育菜机内注入营养液，需要时可通过主营养液池13的可密封排液口20排出多余营养液，最终达到如下要求：
1)主营养液池13内的营养液淹没其下部连接栽培槽2和连接副营养液池15的营养液池连接管28的端口，同时淹没通气管的下端；
2)栽培槽2内营养液达到预设的液位；
达到上述要求后密封主营养液池13的可密封注液口18和可密封排液口20，在栽培槽2上进行水培种植，具体为底层种植芹菜，中层种植生菜，顶层种植豆苗。按种植需求进行如下操作：
a需要补光时，打开相应栽培模块1内的人工光源3，补光完成后关闭；
b当无需进行营养液循环，但植株生长环境温度高于30℃时，进行通气降温，打开供气阀21，开启制冷组件22使主营养液池内的营养液降温至15-18℃，再开启气泵14泵入气体；完成通气降温后关闭制冷组件22和气泵14；
c需进行营养液循环时，关闭供气阀21，如营养液温度高于22℃，则先开启制冷组件22使主营养液池内的营养液降温，否则无需开启制冷组件22。之后开启气泵14泵入气体；完成营养液循环后关闭制冷组件22和气泵14。
其中，步骤b的工作原理如下：打开供气阀21，开启制冷组件22使主营养液池13内的营养液降温，再开启气泵14泵入气体，此时气体止逆阀17处于关闭状态，泵入的气体在被冷营养液冷却的同时增大了主营养液池13内的气压，被冷却后的气体先后通过气/液输送管路5、气/液释放管路28进入栽培槽2，气体在气压梯度下经定植板11上的通气孔10向上进入栽培区域，最后经过人工光源3长边，通过栽培模块1箱体侧壁的缝隙8散入大气，整个过程中被营养液冷却的空气带走了栽培区域以及人工光源中的热量，达到降温的效果，具体气流线路见图2的箭头所指；完成通气降温后关闭制冷组件22和气泵14。
其中，步骤c的工作原理如下：关闭供气阀21，开启气泵14泵入气体，此时气体止逆阀17处于关闭状态，泵入的气体在使营养液曝气增氧的同时增大了主营养液池13内的压力，液体止逆阀16在压力下关闭，曝气增氧后的营养液通过气/液输送管路5、气/液释放管路28被压入栽培槽2；栽培槽2内营养液超过预设液位后在重力的作用下通过营养液回流管路6流入副营养液池15；副营养液池15内的营养液被营养液池连接管28导向主营养液池13，但液体止逆阀16维持关闭状态，直到副营养液池15内的营养液增加至所形成的液压大于主营养液池13内液压时，液体止逆阀16自动打开，副营养液池15内的营养液流回主营养液池13，形成营养液循环；完成营养液循环后关闭制冷组件22和气泵14，此时主营养液池13内压力大于外界气体止逆阀17自动打开卸压。
泵入的气体为空气。
在水培过程中如需更换营养液，可开启主营养液池13的可密封排液口20排出营养液，再经主营养液池13的可密封注液口18、副营养液池15顶部开口19处和/或栽培槽2往模块化资源集约利用型育菜机内注入营养液。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种模块化资源集约利用型育菜机，其特征在于，主要由营养液洗气制冷增氧装置和垂直叠放的若干个栽培模块构成；
所述栽培模块为以栽培槽为底、以人工光源为顶，并在一侧开门的箱体，箱体侧壁对应人工光源长边的位置设有缝隙，栽培模块敷设有一截气/液输送管路、一截营养液回流管路、一段供电线；气/液输送管路上连接有通往栽培槽内的气/液释放管路，为栽培槽提供营养液或气体；栽培槽上架有定植板，定植板设有通气孔；栽培槽内预设营养液的液位，超过液位的营养液流入营养液回流管路；供电线为人工光源提供电能；
所述垂直叠放的若干个栽培模块，顶层栽培模块的气/液输送管路和营养液回流管路顶端封闭，相邻栽培模块的气/液输送管路相连、营养液回流管路相连，形成整一条气/液输送管路、整一条营养液回流管路；相邻栽培模块的供电线相连成的一个整体；
所述营养液洗气制冷增氧装置由主营养液池、副营养液池和连接两者的营养液池连接管构成；主营养液池为密闭容器，顶部和底部分别设有可密封注液口和可密封排液口；主营养液池装有制冷组件和曝气组件；主营养液池被营养液淹没的下部和不被营养液淹没的上部分别联通到气/液输送管路，且上部与气/液输送管路连接处设有供气阀；主营养液池被营养液淹没的下部通过营养液池连接管连接到副营养液池，且与营养液池连接管连接处装有液体止逆阀；所述曝气组件由气泵和通气管组成，通气管的上端连接气泵，下端通到主营养液池内营养液液面下，通气管上设有通向主营养液池内不被营养液淹没部分的支线，支线上装有气体止逆阀；副营养液池连接营养液回流管路，营养液回流管路连接各个栽培模块上栽培槽的端口均高于连接副营养液池的一端，副营养液池顶部有开口与大气相通。
2.如权利要求1所述的模块化资源集约利用型育菜机，其特征在于，所述若干个栽培模块，各个栽培模块的长、宽规格相统一，各个栽培模块按照其内所种植物的需求分别设置适合的高度。
3.如权利要求2所述的模块化资源集约利用型育菜机，其特征在于，在栽培模块的气/液输送管路和营养液回流管路的顶端装上止水接头，底端装上与止水接头配套的通水接头。
4.如权利要求3所述的模块化资源集约利用型育菜机，其特征在于，栽培模块的供电线两端设有接头。
5.如权利要求1所述的模块化资源集约利用型育菜机，其特征在于，所述人工光源由导光板和装于导光板长边的LED灯条构成。
6.如权利要求1所述的模块化资源集约利用型育菜机，其特征在于，所述栽培模块，其箱体侧壁与门的主体由透明材料构成，顶部与人工光源相接处由金属材料构成，门的门轴和门柱以不透明材料隔出两个管线敷设空间，将供电线敷设在一个敷设空间内，将气/液输送管路和营养液回流管路敷设在另一敷设空间内。
7.如权利要求1-6任一项所述的模块化资源集约利用型育菜机，其特征在于，所述模块化资源集约利用型育菜机还包括控制系统。
8.权利要求1‐7任一项所述模块化资源集约利用型育菜机的使用方法，其特征在于，具体为在栽培槽内的定植板上进行水培种植，根据种植需求进行如下操作：
a需要补光时，打开人工光源，补光完成后关闭；
b需通气降温时，打开供气阀，开启制冷组件使主营养液池内的营养液降温，再开启气泵泵入气体；完成通气降温后关闭气泵；
c需进行营养液循环时，关闭供气阀，开启气泵泵入气体；完成营养液循环后关闭制冷组件和气泵。
9.如权利要求8所述使用方法，其特征在于，步骤c在开启气泵前，先开启制冷组件使主营养液池内的营养液降温，在完成营养液循环后关闭制冷组件。
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Assignee: Guangzhou Zhili Agriculture Co.,Ltd.

Assignor: INSTITUTE OF ENVIRONMENT AND SUSTAINABLE DEVELOPMENT IN AGRICULTURE, CHINESE ACADEMY OF AGRICULTURAL SCIENCES

Contract record no.: X2023980032334

Denomination of invention: A modular resource intensive utilization type vegetable growing machine and its use method

Granted publication date: 20180626

License type: Common License

Record date: 20230222