CN105454024A - 植物速生装置 - Google Patents
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Abstract
植物速生装置由调光系统、调气系统、调湿系统、调温系统、调肥系统、种植系统六部分构成，是采用调气、调湿、调光、调肥、调温及滴灌技术设计的，以提供植物生长人造优化环境，缩短植物生长周期、提高产量为特征的植物工厂。该封闭式植物工厂可以不受自然环境制约，拥有适合植物快速生长的多种保障装备，例如，所采用的直立圆柱形种植田(16)可以自转，既利于种植于圆柱形种植田(16)侧面的植物能够获得人工光源(2)的垂直光照，还可以借助自转缩短“昼夜”交替的光照周期，加快植物成熟速度。因此，该植物工厂不仅可以用于提高植物生长速度，还可以用于在恶劣环境或在太空中生产植物。其技术属于现代农业生产领域。
Description
1、技术领域
植物速生装置是为植物生长提供优化人造环境，达到缩短植物生长周期、提高产量的目的，采用调气、调湿、调光、调肥、调温及滴灌技术设计的植物工厂。其技术属于现代农业生产领域。
2、背景技术
植物生长离不开光照、水分、肥料、和气体；为植物提供适宜的光照和温度、充足的水分和均衡的养分及气体组分，有利于加速植物生长必需的生化反应和光合作用，达到缩短植物生长周期、提高产量的目的。适宜的光照和温度是植物生长进行生化反应和光合作用的能量来源；当植物进行吸热生化反应时，升温利于促进生长；当植物进行放热生化反应时，降温利于促进生长。充足的水分和均衡的养分及均衡的气体组分是植物生长进行生化反应和光合作用的基本反应物，增加反应物浓度减小生成物浓度可以提高反应速度。因此，调气、调湿、调光、调肥，调温是促进植物生长的有效手段，已成为现代农业的重要技术特征。此外，因为封闭式人造环境可以不受自然环境制约，所以采用调气、调湿、调光、调肥、调温及滴灌技术设计的植物工厂适合在恶劣环境或在太空中生产植物。
3、发明内容
植物速生装置由调光系统、调气系统、调湿系统、调温系统、调肥系统、种植系统六部分构成。调光系统解决植物生长的光照问题，可以根据植物生长需要提供适宜波段的光照强度和光照量，还可以模拟昼夜变化，缩短昼夜变化周期，增加人造光照天数，促进植物以超常速度生长或早熟。调气系统解决植物生长的气体控制问题，可以根据植物生长需要提供适宜组分的气相养分(即气肥)。调湿系统解决植物生长所需的气态水分控制问题。调温系统解决植物生长不同阶段的温度控制问题。调肥系统解决植物生长所需的养分溶液种类与定量控制问题。种植系统可以解决植物生长的基地和垂直光照问题。
种植系统由圆柱形密封仓(15)、直立圆柱形螺旋种植田(16)，海绵体填充物(17)构成。除各系统的控制柜外，装置的其余部分均安置在圆柱形密封仓(15)内。圆柱形螺旋种植田(16)由圆柱形外壳(20)内填装海绵体填充物(17)构成。在圆柱形外壳(20)表面环绕有螺旋形凹槽(21)，凹槽(21)的环形平台有用于插入植物根系的种植孔(22)。在圆柱形螺旋种植田(16)轴线方向可以插入滴灌装置(14)供给水肥溶液。圆柱形螺旋种植田(16)垂直固定于执行齿轮(4)之上，可以与执行齿轮(4)同步转动，并且处于圆柱形密封仓(15)内与外界隔离的人造环境之中。
调光系统由光源控制柜(1)、圆柱形光源(2)、中央齿轮(3)、执行齿轮(4)、电动机(5)构成。光源控制柜(1)通过调制圆柱形光源(2)的光谱和光强，并通过电动机(5)驱动中央齿轮(3)控制对植物的光照角度和光照周期。圆柱形光源(2)位于圆柱形密封仓(15)对称轴位置，并与圆柱形种植田(16)保持平行；中央齿轮(3)与执行齿轮(4)位于圆柱形密封仓(15)底部；电动机(5)驱动中央齿轮(3)转动时，中央齿轮(3)带动周边的执行齿轮(4)转动；固定于执行齿轮(4)之上的圆柱形种植田(16)与执行齿轮(4)同步转动，利于种植于圆柱形种植田(16)侧面的植物都能够获得垂直光照，还可以借助自转模拟昼夜交替的自然环境。
调气系统由气源控制柜(6)、气体循环导气管(7)、气源(8)构成。气源(8)由分别充装各种气体的若干高压储罐构成。气源控制柜(6)按照植物生长不同阶段所需的气体比例调制混合气体，并通过气体循环导气管(7)充入密封仓(15)中循环，满足植物对气肥的需求。
调湿系统由湿度控制器(9)、加湿器(10)、湿度传感器(24)、储水罐(19)构成。加湿器(10)将储水罐(19)中的液态水转换为水蒸汽，通过湿度传感器(17)和湿度控制器(9)调节密封仓(15)中的气相湿度，以满足植物生长需要。
调温系统由温度控制器(11)、地面加热器(12)、温度传感器(18)构成。位于密封仓(15)内部地面的加热器(12)通过温度传感器(18)和温度控制器(11)调节密封仓(15)内气温，以满足植物生长对温度的要求。
调肥系统由液态肥料控制器(13)、肥料仓(23)、滴灌装置(14)构成。肥料控制器(13)将肥料仓(23)中的不同组分根据植物生长需要调配成复合肥料溶液，通过滴灌装置(14)充入构成圆柱形种植田(16)内部的海绵体填充物(17)中，供给植物根系吸收利用。
肥料仓(23)、储水罐(19)、气源(8)、电动机(5)均安置在圆柱形密封仓(15)底部。
各系统的控制柜均安置在圆柱形密封仓(15)外部，便于人工操作。
4、附图说明
图1是植物速生装置结构示意图。
植物速生装置由调光系统、调气系统、调湿系统、调温系统、调肥系统、种植系统六部分构成。调光系统由光源控制柜(1)、圆柱形光源(2)、中央齿轮(3)、执行齿轮(4)、电动机(5)构成。调气系统由气源控制柜(6)、气体循环导气管(7)、及由充装各种气体的高压储罐组成的气源(8)构成。调湿系统由湿度控制柜(9)、加湿器(10)、湿度传感器(24)、储水罐(19)构成。调温系统由温度控制柜(11)、地面加热器(12)、温度传感器(18)构成。调肥系统由液态肥料控制柜(13)、肥料仓(13)、滴灌装置(14)构成。种植系统由圆柱形密封仓(15)、直立圆柱形螺旋种植田(16)，海绵体填充物(17)构成。各系统的控制柜均安置在圆柱形密封仓(15)外部，便于人工操作。
图2是植物速生装置垂直剖面结构图。
圆柱形光源(2)位于圆柱形密封仓(15)对称轴位置，并与直立的圆柱形种植田(16)保持平行；肥料仓(23)、储水罐(19)、气源(8)、电动机(5)、中央齿轮(3)与执行齿轮(4)均位于圆柱形密封仓(15)底部；电动机(5)驱动中央齿轮(3)转动时，中央齿轮(3)带动周边的执行齿轮(4)转动；垂直固定于执行齿轮(4)之上的圆柱形种植田(16)与执行齿轮(4)同步转动，既利于种植于圆柱形种植田(16)侧面的植物都能够获得垂直光照，还可以借助自转模拟昼夜交替的环境。圆柱形光源(2)、气体循环导气管(7)、加湿器(10)、温度传感器(18)、滴灌装置(14)及湿度传感器(24)均安装在圆柱形密封仓(15)内的顶部。
图3是圆柱形螺旋种植田(16)垂直剖面结构图与水平剖面结构图。
圆柱形螺旋种植田(16)由圆柱形螺旋外壳(20)内填装海绵体填充物(17)构成。在圆柱表面环绕有螺旋形凹槽(21)，凹槽(21)的环形平台有用于插入植物根系的种植孔(22)。在圆柱形螺旋种植田(16)轴线方向可以插入滴灌装置(14)供给水肥溶液。
图4是齿轮传动结构俯视图。
电动机(5)驱动中央齿轮(3)转动时，中央齿轮(3)带动周边的执行齿轮(4)转动。
5、具体实施方式
植物速生装置优化实施方案是：采用钢结构有机玻璃板材制作直径约5米高度约3米圆柱形密封仓(15)。采用聚氯乙烯塑料制作直径约1米、高度约2米、厚度约2厘米的圆柱形螺旋种植田(16)外壳(20)。采用脱脂棉絮制作海绵体填充物(17)。将外壳(20)内填装海绵体填充物(17)制成圆柱形螺旋种植田(16)。在外壳(20)的圆柱表面环绕有间距约0.2米、高度约0.2米、深度约为10厘米的螺旋形凹槽(21)，凹槽(21)的环形平台设置用于插入植物根系的若干个直径约5厘米的种植孔(22)。在圆柱形螺旋种植田(16)轴线方向插入管道滴灌装置(14)供给水肥溶液。然后将圆柱形螺旋种植田(16)固定于直径约1.2米执行齿轮(4)之上，再将执行齿轮(4)轮齿与直径约2米的中央齿轮(3)轮齿置于同一水平面啮合
采用光源控制柜(1)通过调制圆柱形光源(2)的光谱和光强，通过电动机(5)驱动中央齿轮(3)控制对植物的光照角度和光照周期。采用发光效率较高的LED(有机电致发光体)制作圆柱形光源(2)。圆柱形光源(2)位于圆柱形密封仓(15)对称轴位置，并与直立的圆柱形种植田(16)保持平行；中央齿轮(3)与执行齿轮(4)位于圆柱形密封仓(15)底部平面；电动机(5)驱动中央齿轮(3)转动时，中央齿轮(3)带动周边的执行齿轮(4)转动；固定于执行齿轮(4)之上的圆柱形种植田(16)与执行齿轮(4)同步转动，使种植于圆柱形种植田(16)侧面的植物都能够获得垂直光照，还可以借助自转缩短(模拟)昼夜交替的周期。
气源(8)由分别充装氧气、二氧化碳等气体的高压储罐构成。气源控制柜(6)按照植物生长不同时段所需的气体种类及相互比例将气源(8)的气体混合后，通过气体循环导气管(7)充入密封仓(15)中循环，满足植物对气肥的需求。
采用位于圆柱形密封仓(15)顶部的加湿器(10)将储水罐(19)中的液态水转换为水蒸汽，通过湿度传感器(24)和湿度控制柜(9)调节密封仓(15)的气相湿度，满足植物生长需要。
采用位于密封仓(15)内部地面的加热器(12)，通过温度传感器(18)和温度控制柜(11)调节密封仓(15)内气温，以满足植物生长对温度的要求。
采用肥料控制器(13)将肥料仓(13)中的不同组分根据植物生长需要调配成复合肥料液体，通过固定在圆柱形密封仓(15)顶部的管道滴灌装置(14)将肥料液体充入圆柱形种植田(16)外壳(20)内的海绵体填充物(17)中，供给植物根系吸收利用。
肥料仓(23)、储水罐(19)、气源(8)、电动机(5)均安置在圆柱形密封仓(15)底部。
各系统的控制柜均安置在圆柱形密封仓(15)外部，便于人工操作。
Claims (8)
1.植物速生装置是采用调气、调湿、调光、调肥、调温及滴灌技术设计的，为植物生长提供优化人造环境，从而提高植物生长速度并缩短植物生长周期的植物工厂，其独有的、与已有技术不同的特征是植物速生装置由调光系统、调气系统、调湿系统、调温系统、调肥系统、种植系统六部分构成。
2.根据权利要求1所述的调光系统，其特征是调光系统由光源控制柜(1)、圆柱形光源(2)、中央齿轮(3)、执行齿轮(4)、电动机(5)构成；光源控制柜(1)通过调制圆柱形光源(2)的光谱和光强，及通过电动机(5)驱动中央齿轮(3)控制对植物的光照角度和光照周期；圆柱形光源(2)位于圆柱形密封仓(15)对称轴位置，并与直立的圆柱形种植田(16)保持平行；中央齿轮(3)与执行齿轮(4)位于圆柱形密封仓(15)底部；电动机(5)驱动中央齿轮(3)转动时，中央齿轮(3)带动周边的执行齿轮(4)转动；固定于执行齿轮(4)之上的圆柱形种植田(16)与执行齿轮(4)同步转动，既利于种植于圆柱形种植田(16)侧面的植物都能够获得垂直光照，还可以借助自转缩短“昼夜”交替的光照周期。
3.根据权利要求1所述的调气系统，其特征是调气系统由气源控制柜(6)、气体循环导气管(7)、气源(8)构成；气源(8)由已充装各种不同气体的若干高压储罐构成；气源控制柜(6)按照植物生长不同阶段必需的气体比例调制混合气体，通过气体循环导气管(7)充入密封仓(15)中循环，满足植物对气肥的需求。
4.根据权利要求1所述的调湿系统，其特征是调湿系统由湿度控制柜(9)、加湿器(10)、湿度传感器(24)、储水罐(19)构成；加湿器(10)将储水罐(19)中的液态水转换为水蒸汽，通过湿度传感器(17)和湿度控制柜(9)调节密封仓(15)中的气相湿度满足植物生长需要。
5.根据权利要求1所述的调温系统，其特征是调温系统由温度控制柜(11)、地面加热器(12)、温度传感器(18)构成；位于密封仓(15)内部地面的加热器(12)通过温度传感器(18)和温度控制柜(11)调节密封仓(15)内气温，以满足植物生长对温度的要求。
6.根据权利要求1所述的调肥系统，其特征是调肥系统由液态肥料控制柜(13)、肥料仓(23)、滴灌装置(14)构成；肥料控制柜(13)将肥料仓(23)中的不同组分根据植物生长需要调配成复合肥料溶液，通过滴灌装置(14)充入圆柱形种植田(16)内部的海绵体填充物(17)中，供给植物根系吸收利用。
7.根据权利要求1所述的种植系统，其特征是种植系统由圆柱形密封仓(15)、直立圆柱形螺旋种植田(16)，海绵体填充物(17)构成；除各系统的控制柜外，植物速生装置的其余部分均安置在圆柱形密封仓(15)内；圆柱形螺旋种植田(16)由圆柱形外壳(20)内填装海绵体填充物(17)构成；在圆柱形外壳(20)表面环绕有螺旋形凹槽(21)，凹槽(21)的环形平台有用于插入植物根系的种植孔(22)；在直立圆柱形螺旋种植田(16)轴线方向可以插入滴灌装置(14)供给水肥溶液；圆柱形螺旋种植田(16)垂直固定于执行齿轮(4)之上，可以与执行齿轮(4)同步转动，并且处于圆柱形密封仓(15)内与外界隔离的人造环境之中。
8.根据权利要求1所述的植物速生装置，其特征是光源控制柜(1)、气源控制柜(6)、湿度控制柜(9)、温度控制柜(11)、肥料控制器(13)均安置在圆柱形密封仓(15)外部。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107926682A (zh) * | 2017-11-27 | 2018-04-20 | 杭州蓝匠光环境科技有限公司 | 一种垂直种植系统 |
| CN110663536A (zh) * | 2019-11-04 | 2020-01-10 | 中国农业科学院都市农业研究所 | 可机械化组装的人工光立体栽培装置、组装装置及方法 |
| CN110663535A (zh) * | 2019-11-04 | 2020-01-10 | 中国农业科学院都市农业研究所 | 一种人工光立体栽培装置 |
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2016
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| CN110663536B (zh) * | 2019-11-04 | 2021-07-30 | 中国农业科学院都市农业研究所 | 可机械化组装的人工光立体栽培装置、组装装置及方法 |
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