CN106489707A - 一种室内微纳米气泡水培装置 - Google Patents

一种室内微纳米气泡水培装置 Download PDF

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陈小文
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Abstract

本发明属于农业工程栽培设备领域,特别涉及一种室内微纳米气泡水培装置。本发明的栽培柜为多层立体半密闭结构,底部开设的通气孔,结合通气排风扇可以有效进行室内和栽培柜内空气的交换,充分利用家庭内部环境;折叠门在种植叶菜时可以关闭,在种植芽菜时可以折叠下来放于栽培槽上;微纳米气泡发生器可以通过曝气产生微纳米级别的水气泡,有效增大营养液中的溶氧量,同时产生的微纳米气泡水具有特殊的物理性质,能够有效改善种植作物的品质。本发明将微纳米气泡技术和可控的栽培环境有效结合,充分利用家庭室内环境、可提升种植品质、管理简单、节约能耗,并且具有多种栽培功能。

Description

一种室内微纳米气泡水培装置
技术领域
[0001] 本发明属于农业工程栽培设备领域,特别涉及一种室内微纳米气泡水培装置。
背景技术
[0002] 随着城市化进程和经济的快速发展,都市农业和家庭园艺得到了迅速的发展。久居城市中的人们越来越渴望田园生活,渴望回归大自然,同时对食品质量安全也提出了更高的要求。随着我国农业技术的快速发展以及城市居民对家庭农业的强烈要求,开展针对城市居民室内种植设备的优化设计研究具有一定的必要性。
[0003]目前对高效、安全设施蔬菜栽培技术的需求越来越迫切。微纳米气泡水是近年日本开发的一项较新技术。微纳米气泡水是一种通过特定装置,使气体以微米或纳米级直径的气泡溶解于水中形成的“溶液”。初步研究表明,由于气泡直径极其微小,致使水的物理化学特性发生了一定的改变,加之提高了目标气体的溶解度,可对生物的生理产生影响,充氧微纳米气泡水由于其可以拥有较高的溶解氧浓度,且气泡分布均匀,保持时间较长,特别适合用于增氧灌溉,可以预想该技术在设施蔬菜栽培领域具有良好的应用前景。因此在设施蔬菜栽培领域具有应用的探索价值。
[0004] 水培又称水耕栽培,是指植物根系直接与营养液接触,栽培植物直接从溶液中吸取营养,相应根系须根发达。其显著特点是能够稳定地供给植物根系充足的养分,并能很好地支持固定根系。但是这种栽培方式存在植物根部供养不足问题,严重时会导致根部死亡。
[0005]目前,室内水培装置未将微纳米气泡增氧技术和智能化蔬菜栽培设备完美地结合在一起,多采用普通增氧技术,而普通的大气泡由于不能稳定存在于液体中,很快便会破裂,因此对增氧效果及种植品质的提高无显著效果。另外,现在微纳米气泡技术大都是在大田作物及大规模的设施种植中使用,针对的是对灌溉用水进行曝气增氧,未发现针对营养液的曝气效果的研究,也没有将其应用到家庭智能化水培装置中。目前,多数智能栽培设备栽培模式单一,无法同时提供多种栽培模式,同时家庭水培营养液的管理多采用人为手动进行EC值、PH值的调节,管理极不方便;家庭智能种植装置虽然智能化程度已经很高,能够做到对植物生长环境的精确控制,为了与外界环境隔绝,多采用有隔热作用的传统材料,同时利用多种设备建造一个全新的生长环境,未能充分利用家庭室内的适宜环境,因此能耗成本较大。
发明内容
[0006] 针对上述技术问题,本发明的目的是提供一种将微纳米气泡技术和可控的栽培环境有效结合,充分利用家庭室内环境、提升种植品质、管理简单、节约能耗,并且具有多种栽培功能的室内微纳米气泡水培装置。
[0007] 为了实现上述目的,本发明提供了如下技术方案:
[0008] 本发明提供一种室内微纳米气泡水培装置,该装置包括柜体、营养液自动循环补给系统和装置环境控制系统。
[0009] 所述柜体包括栽培柜I和设备柜8,栽培柜I设置在设备柜8上方,并与设备柜8相互连通;栽培柜I通过隔板分隔为多个栽培层,每个栽培层内均设置有栽培槽2和定植板3;栽培柜I的最底层栽培层的前侧设置有折叠门5,其它栽培层的前侧设置有双开门4。
[0010] 所述营养液自动循环补给系统包括微纳米气泡发生器15、储液箱16、管道栗25、第一微型浓缩营养液容器28和第二微型浓缩营养液容器29。
[0011] 所述微纳米气泡发生器15、储液箱16、第一微型浓缩营养液容器28和第二微型浓缩营养液容器29放置在设备柜8内。
[0012] 所述储液箱16上设置有两个出液端和两个回流端;储液箱16的第一出液端与上水管道9连接;微纳米气泡发生器15的进水端和出水端分别通过微纳米气泡发生器进水管20和微纳米气泡发生器出水管21与储液箱16的第二出液端和第二回流端连接;第一微型浓缩营养液容器28和第二微型浓缩营养液容器29的出液端分别通过第一浓缩营养液管道32和第二浓缩营养液管道33与上水管道9连接;上水管道9分别与栽培柜I的每个栽培层的栽培槽2的进液端连接;每个栽培层的栽培槽2的回流端通过回流管道2 3与储液箱16的第一回流端连接。
[0013] 所述管道栗25设置在储液箱16的第一出液端的管道上。
[0014] 每个栽培层的栽培槽2的进液端和回流端的管道上均设置有栽培层电磁阀10。
[0015] 所述第一浓缩营养液管道32和第二浓缩营养液管道33上分别设置有第一电磁阀26和第二电磁阀27;所述第一浓缩营养液管道32和第二浓缩营养液管道33与上水管道9的连接处均设置有一个文丘里管30。
[0016] 所述装置环境控制系统包括控制器12、温湿度传感器14、通气排风扇13、光照传感器17、LED灯19、触摸显示屏11和EC传感器31。
[0017] 控制器12分别与各栽培层电磁阀10、微纳米曝气发生器15、管道栗25、第一电磁阀26、第二电磁阀27、温湿度传感器14、通气排风扇13、光照传感器17、LED灯19触摸显示屏11和EC传感器31连接。
[0018] 所述栽培柜I的侧壁为散射玻璃18。
[0019] 所述栽培柜I设有三个栽培层。
[0020] 所述折叠门5为塑料板材,折叠门5包括门板和两个分别固接在门板左右两端内侧的折叠支架22;折叠支架22包括相互铰接的第一端和第二端,折叠支架22的第一端固接在门板上,折叠支架22的第二端垂直固接在栽培柜I的最底层栽培层的前侧;折叠支架22的第一端和第二端之间能够360度旋转,使得折叠门5能够向栽培柜I的最底层栽培层内或者向栽培柜I外侧双向折叠;所述折叠门5通过卡扣结构在折叠门5呈关闭状态时与栽培柜I固定。
[0021] 所述折叠门5的门板上均匀开设多条宽度为2mm的缝隙。
[0022] 所述设备柜8的底板上均匀开设有多个通气孔24。
[0023]当栽培柜I的最底层栽培层种植芽苗菜时,将所述最底层栽培层内的定植板3移除,折叠门5向栽培柜I的最底层栽培层内折叠,并水平放置于栽培槽2上。
[0024] 所述触摸显示屏11和控制器12安装在设备柜8外侧,控制器12采用PLC控制器,触摸显示屏11位于控制器12的上方;所述光照传感器17设置在栽培柜I内侧壁的中部;所述温湿度传感器14设置在栽培柜I内后壁中部;所述LED灯19分别设置在栽培柜I的顶部下表面和各层栽培层隔板下表面;所述通气排风扇13设置在栽培柜I内后壁上部;EC传感器31设置在上水管道9上。
[0025] 所述回流管道23在每个栽培层的栽培槽2的回流端竖直向上延伸一定高度。
[0026] 所述光照传感器17的感光面面向栽培柜I内,其余各面使用遮光材料进行遮挡。
[0027]与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
[0028] 本发明的栽培柜为多层立体半密闭结构,既能充分利用家居室内空间,又可以防止灰尘虫害污染。底部开设的通气孔,结合通气排风扇可以有效进行室内和栽培柜内空气的交换,充分利用家庭内部环境,保证两者内部的温湿度和二氧化碳浓度相一致,相比于密闭式植物工厂节约了大量的制造成本;折叠门在种植叶菜时可以关闭,用于防虫害等;在种植芽菜时可以折叠下来放于栽培槽上,种子撒播其上便可以用于种植芽苗菜,实现一物两用,操作简便。两组营养液回流管道,可以使栽培模式更加灵活,通过关闭和开启相应层数支管上的电磁阀可以选择种植的层数;微纳米气泡发生器可以通过曝气产生微纳米级别的水气泡,有效增大营养液中的溶氧量,同时产生的微纳米气泡水具有特殊的物理性质,能够有效改善种植作物的品质;栽培柜中的LED补光灯、排气扇、温湿度传感器和显示屏,能够使植物生长于相对较优的环境中,为种植品质的提升提供了又一层保障。
[0029] 本发明将微纳米气泡技术和可控的栽培环境有效结合,充分利用家庭室内环境、可提升种植品质、管理简单、节约能耗,并且具有多种栽培功能。
附图说明
[0030]图1为本发明室内微纳米气泡水培装置的结构示意图;
[0031]图2为本发明室内微纳米气泡水培装置的正视图;
[0032]图3为折置门5的结构不意图;
[0033]图4为折叠支架22的结构示意图;
[0034]图5为营养液自动循环补给系统;
[0035]图6为控制系统流程框图。
[0036] 其中的附图标记为:
[0037] I栽培柜 2栽培槽
[0038] 3定植板 4双开门
[0039] 5折叠门 6活扣
[0040] 7挂钩 8设备柜
[0041] 9上水管道 10栽培层电磁阀
[0042] 11触摸显示屏 12控制器
[0043] 13通气排风扇 14温湿度传感器
[0044] 15微纳米气泡发生器 16储液箱
[0045] 17光照传感器 18散射玻璃
[0046] 19 LED灯 20微纳米气泡发生器进水管
[0047] 21微纳米气泡发生器出水管 22折叠支架
[0048] 23回流管道 24通气孔
[0049] 25管道栗 26第一电磁阀
[0050] 27第二电磁阀 28第一微型浓缩营养液容器
[0051] 29第二微型浓缩营养液容器 30文丘里管
[0052] 31 EC传感器 32第一浓缩营养液管道
[0053] 33第二浓缩营养液管道
具体实施方式
[0054]下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。
[0055] 根据本发明的一个实施例,室内微纳米气泡水培装置包括柜体、营养液自动循环补给系统和装置环境控制系统。
[0056] 如图1和图2所示,柜体包括栽培柜I和设备柜8,栽培柜I设置在设备柜8上方,并与设备柜8相互连通。栽培柜I的侧壁为散射玻璃18,散射玻璃18可以显著提高透光率并能使透过装置内部的光的均匀度大大提高。栽培柜I通过隔板分隔为多个栽培层,每个栽培层内均设置有栽培槽2和定植板3,栽培槽2为长方体结构并水平放置在栽培柜各栽培层,用于储存栽培过程中植物根系及营养液;定植板3水平放置在栽培槽2上面,用于植株的定植。栽培柜I的最底层栽培层的前侧设置有折叠门5,其它栽培层的前侧设置有双开门4,方便种植采收。最底层可以种植芽苗菜,其它栽培层主要以种植叶菜为主。
[0057] 优选地,栽培柜I设有三个栽培层。
[0058]如图3所示,所述折叠门5优选为塑料板材。折叠门5包括门板和两个分别固接在门板左右两端内侧的折叠支架22;如图4所示,折叠支架22包括相互铰接的第一端和第二端,折叠支架22的第一端固接在门板上,折叠支架22的第二端垂直固接在栽培柜I的最底层栽培层的前侧。
[0059] 折叠支架22的第一端和第二端之间能够360度旋转,使得折叠门5能够向栽培柜I的最底层栽培层内或者向栽培柜I外侧双向折叠。所述折叠门5的门板上均匀开设多条宽度为2_的缝隙,折叠门5呈关闭状态时可以有效防止虫害进入栽培柜I的最底层栽培层。
[0060] 所述折叠门5通过卡扣结构在折叠门5呈关闭状态时与栽培柜I固定。折叠门5的门板的左右两端的外侧分别设置有活扣6,通过与栽培柜I上设置的挂钩7配合,使折叠门5在关闭状态时与栽培柜I固定。
[0061]当栽培柜I的最底层栽培层种植芽苗菜时,将所述最底层栽培层内的定植板3移除,折叠门5向栽培柜I的最底层栽培层内折叠,并水平放置于栽培槽2上。
[0062] 所述设备柜8的底板上均匀开设有多个通气孔24。
[0063]如图5所示,所述营养液自动循环补给系统包括微纳米气泡发生器15、储液箱16、管道栗25、第一微型浓缩营养液容器28和第二微型浓缩营养液容器29。
[0064] 所述微纳米气泡发生器15、储液箱16、第一微型浓缩营养液容器28和第二微型浓缩营养液容器29放置在设备柜8内。
[0065] 所述储液箱16上设置有两个出液端和两个回流端。储液箱16的第一出液端与上水管道9连接;微纳米气泡发生器15的进水端和出水端分别通过微纳米气泡发生器进水管20和微纳米气泡发生器出水管21与储液箱16的第二出液端和第二回流端连接。第一微型浓缩营养液容器28和第二微型浓缩营养液容器29的出液端分别通过第一浓缩营养液管道32和第二浓缩营养液管道33与上水管道9连接。上水管道9分别与栽培柜I的每个栽培层的栽培槽2的进液端连接;每个栽培层的栽培槽2的回流端通过回流管道2 3与储液箱16的第一回流端连接。
[0066] 所述管道栗25设置在储液箱16的第一出液端的管道上。
[0067] 每个栽培层的栽培槽2的进液端和回流端的管道上均设置有栽培层电磁阀10。优选地,最顶层栽培层的栽培槽2的回流端的管道上可不安装栽培层电磁阀10。
[0068] 所述第一浓缩营养液管道32和第二浓缩营养液管道33上分别设置有第一电磁阀26和第二电磁阀27。进一步地,所述第一浓缩营养液管道32和第二浓缩营养液管道33与上水管道9的连接处均设置有一个文丘里管30。
[0069] 优选地,回流管道23在每个栽培层的栽培槽2的回流端竖直向上延伸一定高度,使栽培槽2内的营养液具有一定深度,当栽培槽2内营养液的深度高于回流管道23的延伸高度,营养液就会通过回流管道23流回储液箱16。
[0070] 如图6所示,装置环境控制系统包括控制器12、温湿度传感器14、通气排风扇13、光照传感器17、LED灯19、触摸显示屏11和EC传感器31。
[0071]其中,
[0072] 所述触摸显示屏11和控制器12安装在设备柜8外侧,控制器12采用PLC控制器,触摸显示屏11位于控制器12的上方。
[0073] 所述光照传感器17设置在栽培柜I内侧壁的中部,光照传感器17的感光面面向栽培柜I内,其余各面使用遮光材料进行遮挡,以免装置内部的人工光对其造成干扰。
[0074] 所述温湿度传感器14设置在栽培柜I内后壁中部。
[0075] 所述LED灯19分别设置在栽培柜I的顶部下表面和各层栽培层隔板下表面。
[0076] 所述通气排风扇13设置在栽培柜I内后壁上部,当通气排风扇13启动时,气体由设备柜8底部通气孔24进入柜体内部,原柜体内部的气体通过通气排风扇13排出。
[0077] EC传感器31设置在上水管道9上,用于监测营养液循环的过程中的营养液EC值。
[0078] 控制器12分别与各栽培层电磁阀10、微纳米曝气发生器15、管道栗25、第一电磁阀26、第二电磁阀27、温湿度传感器14、通气排风扇13、光照传感器17、LED灯19触摸显示屏11和EC传感器31连接。
[0079] 本发明的工作过程如下:
[0080] 本发明室内微纳米气泡水培装置设有两种栽培模式,一种是灵活栽培模式,用户可选择三个栽培层中的任意一层或两层进行种植,此时只需点击触摸显示屏11上的相应按键控制相应层的环境参数;另一种是常规栽培模式,即三层同时种植,该模式只需点击显示屏11上的常规按键,控制器12便可以对整个装置内部环境参数进行调控。
[0081]由于本发明装置属于半密闭结构,家庭室内温湿度多数情况下是适合植物生长的,因此栽培过程中装置内部的温湿度主要由室内温湿度决定,但为了更精准的控制,控制程序中设置有适合植物生长的温湿度的限定值,温湿度传感器14采集的温湿度信息通过控制器12及内部程序处理后通过开启或关闭通气排风扇13进行温湿度调控,同时能够将温湿度信息实时显示在触摸显示屏11上;
[0082] 光照环境通过LED灯19补光和散射玻璃18的应用进行调控。栽培过程中光照传感器17采集的光照强度经控制器处理后可以对装置内部的光环境进行实时控制,分为白天模式和夜间模式。由于装置采用散射玻璃18材料,透光率及光照均匀度显著提高,因此白天模式当光照传感器17测量的室内自然光的光照强度能够达到满足植物当前生长阶段所需的设定值时,LED灯19不开启,反之当光照传感器17测量的光强低于设定值时,LED灯19开启,夜间模式是自晚上六点开始持续进行补光4小时,至晚上10点LED灯19关闭。
[0083]营养液输送循环管道同栽培模式一致分为两种模式,灵活栽培模式时控制器会自动根据用户选择的栽培层通过控制相应栽培层的栽培槽2的栽培层电磁阀10来控制营养液的输送和循环,未选择的栽培层的栽培槽2内便不会有营养液存留,便于该层栽培槽2清洗,同时提高装置内营养液的循环效率。常规模式时各支管的栽培层电磁阀1在营养液循环过程中同时开启和关闭。
[0084]营养液的输送循环和微纳米曝气工作及营养液补给是同时进行的。营养液开始曝气循环时,管道栗25及相应种植模式下相应栽培层的栽培槽2的进液端的栽培层电磁阀10、微纳米曝气发生器15、以及EC传感器31同时开启,曝气循环时长为设定的固定值,时间到即立刻关闭。微纳米气泡发生器15工作时,首先将储液箱16中的营养液通过微纳米气泡发生器进水管20陆续抽入微纳米气泡发生器15进行高压处理,然后再经微纳米气泡发生器出水管21输送回储液箱16中进行曝气,曝气后的营养液再由管道栗25输送到各指定层的栽培槽2中。若营养液在循环过程中由EC传感器31所检测到的EC数值低于设定值,营养液系统中第一电磁阀26、第二电磁阀27立刻同时打开,由于此时管道栗25也处于开启状态,管道内会产生部分负压,此时管道内的文丘里管30就可以将浓缩营养液容器中的浓缩营养液输送至管道中对营养液进行补充,当EC传感器31所测数值达到设定值时,电磁阀便立即关闭,其中,第一微型浓缩营养液容器28和第二微型浓缩营养液容器29中分别盛放两种不同的浓缩营养液。
[0085]由于微纳米气泡在营养液中的稳定度较高,液体中可较长时间的保持高溶氧量,因此曝气频率相比于传统增氧方法,即营养液循环法和普通增氧栗增氧,可以有效减小营养液的循环频率,因此可以大大减少耗电量。

Claims (10)

1.一种室内微纳米气泡水培装置,其特征在于:该装置包括柜体、营养液自动循环补给 系统和装置环境控制系统;所述柜体包括栽培柜(1)和设备柜(8),栽培柜(1)设置在设备柜(8)上方,并与设备柜 ⑶相互连通;栽培柜(1)通过隔板分隔为多个栽培层,每个栽培层内均设置有栽培槽⑵和 定植板(3);栽培柜⑴的最底层栽培层的前侧设置有折叠门(5),其它栽培层的前侧设置有 双开门⑷;所述营养液自动循环补给系统包括微纳米气泡发生器(15)、储液箱(16)、管道栗(25)、 第一微型浓缩营养液容器(28)和第二微型浓缩营养液容器(29);所述微纳米气泡发生器(15)、储液箱(16)、第一微型浓缩营养液容器(28)和第二微型 浓缩营养液容器(29)放置在设备柜(8)内;所述储液箱(16)上设置有两个出液端和两个回流端;储液箱(16)的第一出液端与上水 管道(9)连接;微纳米气泡发生器(15)的进水端和出水端分别通过微纳米气泡发生器进水 管(20)和微纳米气泡发生器出水管(21)与储液箱(16)的第二出液端和第二回流端连接;第 一微型浓缩营养液容器(28)和第二微型浓缩营养液容器(29)的出液端分别通过第一浓缩 营养液管道(32)和第二浓缩营养液管道(33)与上水管道(9)连接;上水管道(9)分别与栽培 柜(1)的每个栽培层的栽培槽(2)的进液端连接;每个栽培层的栽培槽(2)的回流端通过回 流管道(23)与储液箱(16)的第一回流端连接;所述管道栗(25)设置在储液箱(16)的第一出液端的管道上;每个栽培层的栽培槽⑵的进液端和回流端的管道上均设置有栽培层电磁阀(10);所述第一浓缩营养液管道(32)和第二浓缩营养液管道(33)上分别设置有第一电磁阀 (26)和第二电磁阀(27);所述第一浓缩营养液管道(32)和第二浓缩营养液管道(33)与上水 管道⑶的连接处均设置有一个文丘里管(30);所述装置环境控制系统包括控制器(12)、温湿度传感器(14)、通气排风扇(13)、光照传 感器(17)、LED灯(19)、触摸显示屏(11)和EC传感器(31);控制器(12)分别与各栽培层电磁阀(10)、微纳米曝气发生器(15)、管道栗(25)、第一电 磁阀(26)、第二电磁阀(27)、温湿度传感器(14)、通气排风扇(13)、光照传感器(17)、LED灯 (19)触摸显示屏(11)和EC传感器(31)连接。
2.根据权利要求1所述的室内微纳米气泡水培装置,其特征在于:所述栽培柜(1)的侧 壁为散射玻璃(18)。
3.根据权利要求1所述的室内微纳米气泡水培装置,其特征在于:所述栽培柜(1)设有 三个栽培层。
4.根据权利要求1所述的室内微纳米气泡水培装置,其特征在于:所述折叠门(5)为塑 料板材,折叠门⑶包括门板和两个分别固接在门板左右两端内侧的折叠支架(22);折叠支 架(22)包括相互铰接的第一端和第二端,折叠支架(22)的第一端固接在门板上,折叠支架 (22)的第二端垂直固接在栽培柜(1)的最底层栽培层的前侧;折叠支架(22)的第一端和第 二端之间能够360度旋转,使得折叠门(5)能够向栽培柜(1)的最底层栽培层内或者向栽培 柜⑴外侧双向折叠;所述折叠门⑶通过卡扣结构在折叠门⑶呈关闭状态时与栽培柜(1) 固定。
5.根据权利要求1所述的室内微纳米气泡水培装置,其特征在于:所述折叠门(5)的门板上均匀开设多条宽度为2mm的缝隙。
6.根据权利要求1所述的室内微纳米气泡水培装置,其特征在于:所述设备柜(8)的底 板上均匀开设有多个通气孔(24)。
7.根据权利要求1所述的室内微纳米气泡水培装置,其特征在于:当栽培柜(1)的最底 层栽培层种植芽苗菜时,将所述最底层栽培层内的定植板⑶移除,折叠门⑶向栽培柜(1) 的最底层栽培层内折叠,并水平放置于栽培槽(2)上。
8.根据权利要求1所述的室内微纳米气泡水培装置,其特征在于:所述触摸显示屏(11) 和控制器(12)安装在设备柜(8)外侧,控制器(12)采用PLC控制器,触摸显示屏(11)位于控 制器(12)的上方;所述光照传感器(17)设置在栽培柜(1)内侧壁的中部;所述温湿度传感器 (14)设置在栽培柜(1)内后壁中部;所述LED灯(19)分别设置在栽培柜(1)的顶部下表面和 各层栽培层隔板下表面;所述通气排风扇(13)设置在栽培柜(1)内后壁上部;EC传感器(31) 设置在上水管道⑶上。
9.根据权利要求1所述的室内微纳米气泡水培装置,其特征在于:所述回流管道(23)在 每个栽培层的栽培槽(2)的回流端竖直向上延伸一定高度。
10.根据权利要求1所述的室内微纳米气泡水培装置,其特征在于:所述光照传感器 (17)的感光面面向栽培柜⑴内,其余各面使用遮光材料进行遮挡。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108541575A (zh) * 2018-04-03 2018-09-18 蚌埠市圆周率电子科技有限公司 一种含有微气泡装置的无土栽培装置
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