CN106572641B - 水栽托盘和水栽系统 - Google Patents

Abstract

本发明的托盘(10)用于水栽。该托盘具有第一端和第二端，它们具有限定在其间的纵轴线。在第一端处提供入口(20)，以用于接收营养物，且在第二端处提供出口(30)，以用于排出营养物溶液。包括与托盘的纵轴线正交地延伸的桨叶组件(40)的堤防系统布置在托盘的第一端与第二端之间。桨叶组件适于分隔托盘以限定隔间，且阻碍营养物溶液从第一端到第二端的顺流。桨叶组件能够调节，以便调整各隔间中营养物溶液的深度，以使得能够最佳地灌溉在各隔间中培养的植物。为了完善水栽系统，本发明的托盘连接至用于保持营养物溶液的至少一个储存器。储存器包括导管，该导管与托盘的入口或与托盘的出口流动连通。将保持在储存器中的营养物溶液通过入口供应至托盘，并将托盘中的营养物溶液通过出口排出到储存器中。

Description

水栽托盘和水栽系统

技术领域

本发明涉及一种水栽托盘。更具体而言，本发明涉及一种能调节托盘内营养物溶液的深度的托盘。

背景技术

水栽法是在无土壤的情况下使用营养物溶液培养植物的方法。植物一般从土壤中得到的营养物被溶解到溶液中。通常将植物悬浮或培养在惰性介质，例如珍珠岩或砂砾中，该惰性介质提供根部锚定且作用为营养物溶液的临时储存。

灌注和排水系统(flood and drain system)是常见的水栽系统。它是在连续的循环中操作的系统，该连续的循环主要由两个阶段构成，即灌注阶段和排水阶段。在灌注阶段期间，营养物溶液被输送到所培养的植物的根部。在预定时间段之后，排水阶段开始并排出营养物溶液。排水阶段使空气能够到达根部。营养物溶液通常在下一灌注阶段期间被再循环并输送到根部，且该循环继续。

另一方面，营养膜技术使营养物溶液的浅流被不断地供应到所培养的植物。因此，营养物溶液始终被输送到所培养的植物的根部，且营养物溶液通常在系统中再循环，以用于营养物溶液的持续输送。

US 2010/0269409 A1涉及一种水栽组件，其包含开放托盘，该开放托盘具有比第二端高的第一端。第一储存器配置在托盘的第一端附近且第二储存器配置在托盘的第二端附近。在操作中，营养物溶液借助于泵而供应到托盘。一旦该泵关闭，则溶液被排回储存器中。

US 2013/0074408 A1涉及一种在水栽灌溉系统中使用的灌注控制阀。该阀具有由挠性橡胶隔膜分隔的入口和出口，并当营养物溶液被泵送到培养室中时使用供给压力来操作以关闭出口。一旦泵停止，则营养物溶液由于反压而自动排出。

现有的水栽系统(诸如上面引用的US 2010/0269409 A1和US 2013/0074408 A1)不能定制化以适应所培养的植物的灌溉要求。与植物的类型或其培养阶段无关，系统中培养的所有植物将接收相同的灌溉处理。因此，用户将不能在单个系统中培养不同类型的植物或不同培养阶段的植物。由于这些现有的系统在任何给定时间仅允许特定的灌注深度或灌注时间，故将要求用户提供不同的系统来培养不同类型的植物或不同培养阶段的植物，且这将涉及更大的成本和空间要求以及时间和努力。

这些现有的水栽系统当用在灌注和排水系统中时要求泵在将营养物溶液供应至所培养植物的整个持续时间期间操作。将要求恒定的功率供应来操作该泵。泵的频繁使用将使得定期的维修或损坏零件的替换成为必要。这尤其对于商业农场而言是不合乎需要的，在商业农场中所涉及的相关成本将是相当大的。

另一方面，在营养膜技术中使用的现有水栽系统不允许调节被输送至所培养植物的营养物溶液流的深度。营养物溶液的流通常极浅且因此营养物溶液仅被输送到接触水栽系统基部的较长根部的根部末梢。这导致用于所培养植物的生长的营养物和水的吸收不充足。

本发明因此旨在缓和现有技术的问题中的一些或全部。

发明内容

依照本发明的第一方面，提供用于在水栽中使用的托盘。该托盘具有第一端和第二端，它们具有限定在其间的纵轴线。入口提供在第一端处以用于接收营养物，且出口提供在第二端处以用于排出营养物溶液。堤防系统(levee system)配置在托盘的第一端和第二端之间，该堤防系统包括与托盘的纵轴线正交地延伸的桨叶组件。该桨叶组件适于分隔托盘以限定隔间，且阻碍营养物溶液从第一端到第二端的顺流。桨叶组件能够调整，以便调节各隔间中营养物溶液的深度，以实现在各隔间中培养的植物的最佳灌溉。

本发明的托盘使得能够在单个托盘中同时灌溉具有不同灌溉要求的不同组别的植物。托盘中的各隔间可含有具有相同灌溉要求的一组植物。桨叶组件实现用于各隔间的营养物溶液的不同深度。因此，本发明的单个托盘可具有多个隔间，这些隔间独立于彼此且具有用于不同植物组别的营养物溶液的个别深度，且这提供了在最小空间中培养不同植物的解决方案。

通过桨叶组件阻碍营养物溶液的顺流，与现有水栽系统(其中泵将必须贯穿使用循环中处于运转)相比，可在循环中更早地停止用于生成压力以驱动去往托盘的营养物溶液的流动的泵。当泵关闭时，截留在本发明的托盘中，尤其在上游隔间处的营养物溶液将逐渐地流到下游隔间，且通过出口离开。在营养物溶液离开托盘之前，所有隔间将会以预定时间间隔达到营养物溶液的预定深度。

在实施方式中，托盘的第一端可升高超过该托盘的第二端。因此，重力将营养物溶液的流动从托盘的一端引导到另一端。

在另一实施方式中，堤防系统可包括多个桨叶组件。

在另一实施方式中，桨叶组件可与托盘分开地提供。这为用户提供了根据所培养的植物的要求来设置隔间的数量和各隔间的营养物溶液深度的灵活性。

在不同的实施方式中，各桨叶组件可包括从轴径向地延伸的一组叶片。叶片可沿轴的整个长度连续地或间断地延伸。该叶片可具有一致的或不一致的尺度。桨叶组件还可包含具有一致或不一致尺寸的叶片。

在实施方式中，桨叶组件平行于彼此地对齐。

依照本发明的第二方面，提供一种水栽系统，其包括依照本发明第一方面的托盘和用于保持营养物溶液的储存器。该储存器包括与托盘的入口和出口流动连通的导管。该系统中的营养物溶液的再循环是可能的，因为托盘的入口接收来自储存器的营养物溶液，且营养物溶液通过出口从托盘排出至储存器。在此种系统中，存在更少的浪费，因为营养物溶液可在该系统中再循环。

依照本发明的第三方面，提供一种水栽系统，其包括依照本发明的第一方面的托盘和用于保持营养物溶液的第一和第二储存器。第一储存器包括与托盘的入口流动连通的导管，而第二储存器包含与托盘的出口流动连通的导管。托盘的入口接收来自第一储存器的营养物溶液，且营养物溶液通过出口从托盘排出至第二储存器。

在本发明的第二和第三方面的另一实施方式中，储存器还可包括泵，该泵用于生成压力以驱动去往托盘的营养物溶液的流动。在使用本发明托盘的灌注和排水系统中，不需要泵在灌注阶段的整个持续时间中操作。泵可在灌注阶段期间间歇地操作，或仅在灌注阶段的开始操作。

当用在营养膜技术中时，本发明的托盘允许对调整输送至所培养的植物的根部的营养物溶液流的深度。更大深度的营养物溶液流使得更多的根能够浸在流中，以便更充足地吸收用于所培养的植物的生长的营养物和水分。

本发明的植物培养容器的额外优点将在接下来的篇幅中得以详细说明。

附图说明

通过参考附图作出的实施方式的以下描述来说明而不限制本发明，在附图中：

图1显示了根据本发明的托盘的透视图。

图2显示了根据本发明的托盘的俯视图。

图3显示了根据本发明的托盘的侧视图。

图4显示了从托盘脱离的桨叶组件。

图5显示了桨叶组件与托盘的机械接头之间的相互作用的放大视图。

图6显示了在根据本发明的实施方式的托盘中的灌注阶段的作业顺序。

图7显示了在根据本发明的实施方式的托盘中的排水阶段的作业顺序。

图8显示出在根据本发明的实施方式的托盘中的桨叶组件的布置。

图9显示了在根据本发明的实施方式的托盘中的桨叶组件的不同位置。

图10显示了在根据本发明的实施方式的托盘中的桨叶组件的不同位置。

图11显示了在根据本发明的实施方式的托盘中的桨叶组件的不同位置。

图12显示了在根据本发明的实施方式的托盘中的桨叶组件的不同位置。

具体实施方式

不同类型的植物和不同培养阶段的植物具有不同的灌溉要求。本发明使得能够在同一水栽托盘内、在(根据各隔间中植物的要求提供最佳灌溉的)单独的隔间中同时培养一组不同组别的植物。这节省空间且是成本有效的。

在灌注和排水系统中，在灌注阶段期间利用营养物溶液来灌溉植物根部，从而使营养物和水可被根部吸收，而排水阶段允许空气到达根部。

在营养膜技术中，营养物溶液的流不断地被供应到植物根部。

取决于水栽系统的类型，例如在灌注和排水系统中，本发明的托盘10使得能够显著地降低用于将营养物溶液供应到植物的泵的操作时间，而这有效地维持水栽系统以更长的期间。

本发明的托盘10当用在营养膜技术中时使营养物溶液不仅能够输送到长的根部，而且还能够输送到长度未到达托盘基部的短的根部。

本发明的托盘10主要包括入口20、出口30和堤防系统。托盘10优选地用于在具有惰性介质(例如珍珠岩或砂砾)的单独的盆或网盆中培养植物，该惰性介质提供根锚且作用为营养物溶液的临时储存。用于水栽系统的盆一般包含底部处的孔以用于允许流体排出或空气通风。网盆一般包含网壁，尤其在底部处，其使得根部可生长超过壁。

托盘10通常可以是具有任何合适的形状和尺寸的敞顶式或闭顶式容器。例如，托盘可沿其纵轴线具有狭窄的宽度，使得托盘类似于沟槽。对于闭顶式容器，顶部包括接收孔，以用于保持从此种容器的顶部悬垂的植物盆或网盆。如图1所示，托盘10包括侧壁11、基部12和敞开的顶部。托盘10可遍及其高度均匀地定形，或其可具有锥形的构造。托盘10的锥形构造可朝其基部12或顶部逐渐变细、即，向下或向上逐渐变细。托盘10可由任何合适的材料制成，例如聚氯乙烯(PVC)。托盘10的所有构件可由相同类型的材料或不同类型的材料制成。

沿托盘10的纵轴线，优选地在托盘10的相反端部，即，在第一端和第二端处提供入口20和出口30。入口20和出口30可以是在基部12处提供的简单开口，其允许流体穿过其。开口的周缘还可包括凸起的唇缘(raise lip)，其朝托盘10的内部或朝托盘10的外部凸起。该凸起的唇缘可作用为适配器，以用于连接至与分开提供的营养物溶液储存器流动地连通的导管。

堤防系统包括桨叶组件40，该桨叶组件40与托盘10的纵轴线正交地放置。桨叶组件40可与托盘10分开地提供。桨叶组件40配置在托盘10的第一端和第二端之间。从第一端到第二端，托盘10被桨叶组件40分隔以限定隔间。隔间可具有图8中所示的相等尺寸或图9和10中所示的不等尺寸。桨叶组件40阻碍流体从托盘10的第一端到第二端的顺流。

托盘10内可存在多个桨叶组件40。当提供多个桨叶组件40时，它们可平行于彼此地对齐。桨叶组件40可延伸至托盘10的侧壁11。桨叶组件40可以是延伸至侧壁11的单个构造的单元、组装以形成延伸至侧壁11的单元的分开的构造物、或随机地配置在托盘10内的多个构造物。

桨叶组件40可分开提供并安装在托盘10上或与托盘10一体地提供。优选地，桨叶组件40和托盘10为分开的构造且桨叶组件40可以以关于其位置的多种组合的形式安装在托盘10的基部12上，例如图8-10中。可采用任何合适的安装方法。

托盘10的基部12还可包括支承条60。支承条60优选地从第一端到第二端布置在营养物溶液的流动方向上，且因此不会阻碍营养物溶液在托盘10中的流动。如图2所示，支承条60布置在与托盘10的纵轴线平行的方向上。支承条60用作用于所培养的植物的升高的平台。所培养的植物的盆可搁置在该平台上，且因此将不会直接搁置在托盘10的基部12上。这防止灌注和排水系统中的排水阶段期间的残余营养物溶液的干扰。残余营养物溶液不会与植物盆接触，且这允许空气通过孔来进入盆，从而使得能够在盆内通气。

支承条60可通过机械接头50与桨叶组件40联锁。机械接头50可与桨叶组件40的联锁部分的周缘形状互补。例如，如图5所示，机械接头50可以是固持夹，该固持夹包括具有夹紧指(gripping finger)52的槽51，该夹紧指52可在联锁过程期间略微偏转，以在槽51中捕获桨叶组件40。为了使桨叶组件40从机械接头50脱离，在从槽51拉离桨叶组件40时，夹紧指52略微偏转，从而释放桨叶组件40。

各桨叶组件40可包含从轴42径向地延伸的一组叶片41。叶片41可沿轴42连续地延伸，或间断地延伸以分配用于与支承条60联锁的夹紧部分。该夹紧部分可以是杆，该杆当与支承条60的机械接头50联锁时提供旋转。叶片41的形状和构造匹配与其邻接的托盘10的基部12的表面构造，使得在当安装在托盘10上时能够容纳叶片41。桨叶组件40和侧壁11提供隔间的轮廓，从而限定托盘10内单独的区段。

各组件的叶片41可具有一致或不一致的尺度。各桨叶组件40还可包含具有一致或不一致尺寸的叶片41。优选地，桨叶组件40包括一组不一致尺寸的叶片41。当安装在托盘10上时，不同尺寸的叶片41的定向对使用中的桨叶组件40提供可变的高度分布。高度表示使用中的桨叶组件40的垂直度量。为了实现更大的高度，桨叶组件40的最长的叶片41a可旋转至竖立定向，如图7所示。如图8中可见，处于竖立定向的较短的叶片41b将提供较低的高度。

桨叶组件40的高度对应于隔间中营养物溶液的预定深度，并且在流入流体溢流至下一隔间之前，流入流体将连续地填充隔间直到它达到该预定深度。填充各隔间的时段取决于将隔间填充至其预定深度所需的流体体积。桨叶组件40的位置和高度能够调节，以便根据各隔间中培养的植物的灌溉要求来限定隔间的尺寸。

为了形成完整的水栽系统，可将本发明的托盘10连接至用于保持营养物溶液的至少一个储存器。储存器还包括与托盘10的入口20或托盘10的出口30流动连通的导管。将保持在储存器中的营养物溶液通过入口20供应至托盘10，且将托盘10中的营养物溶液通过出口30排入储存器中。

在具有仅一个储存器的水栽系统中，托盘10接收来自储存器的营养物溶液并将营养物溶液排回至该储存器。营养物溶液将在该系统中再循环以多个循环。

在具有两个储存器的水栽系统中，托盘10接收来自第一储存器的营养物溶液，并将营养物溶液排出至第二储存器。第二储存器可以是废水罐。在此种系统中，须将新鲜的营养物溶液批料定期地提供至第一储存器。

取决于储存器相对于托盘10的位置，可需要泵来将营养物溶液汲取至托盘10。如果储存器位于比托盘10高的水平处，则重力生成自然压力，该自然压力驱动去往托盘10的营养物溶液的流动。然而，如果储存器置于托盘10下方或相同水平上，则将需要泵来形成压差，以迫使营养物溶液流入托盘10中。

在使用前，用户将需要确定所需隔间的数量和营养物溶液的深度、以及各隔间中培养的植物所需的营养物溶液供应时段。当安装至托盘10时，所选的桨叶组件40将具有与邻近的上游隔间的营养物溶液的预定深度对应的高度。在上游隔间被营养物溶液以预定时间间隔填充至预定深度之前，桨叶组件40延缓下游隔间被营养物溶液填充。桨叶组件40的高度取决于叶片41的长度。可将多个桨叶组件40安装在托盘10上来限定多个隔间。托盘10可包括具有不同高度的桨叶组件40，从而提供使得营养物溶液能够填充至不同深度的隔间。

一旦确定了隔间的数量、各隔间的营养物溶液深度和营养物溶液供应时段，则可选择适当的数量和构造的桨叶组件40，并在叶片41处于适当定向的情况下将其安装在托盘10内的适当位置处。

如图5所示，桨叶组件40的夹紧部分被推入支承条60上的固持夹的槽51中。之后，夹紧组件和固持夹被联锁在一起。可将桨叶组件40的叶片41调节至竖立位置，以提供与邻近的上游隔间的营养物溶液的预定深度对应的高度。夹紧组件和固持夹的联锁提供了紧配合，该紧配合使叶片41能够为固定的。此外，叶片41的和与其邻接的托盘10的基部12的表面构造匹配的形状和构造保证了桨叶组件40在托盘10上的位置。

当在使用中时，托盘10的入口20和出口30分别连接至含有营养物溶液的储存器和废水罐，或入口20和出口30二者连接至含有营养物溶液的储存器。优选地，入口20和出口30二者连接至储存器，以便营养物溶液再循环至托盘10。取决于连接至托盘10入口20的储存器的位置，营养物溶液可或者自然地流入托盘10中，或者被泵送至托盘10中。

灌注和排水系统

在灌注阶段期间，流入的营养物溶液从托盘10的第一端流到第二端。由于桨叶组件40阻挡了营养物溶液朝下游隔间的流动，故上游隔间将更快地填满。因此，包括出口30的托盘10的第二端在初期灌注阶段期间与托盘10的第一端相比将具有相对更低的营养物溶液水平。流出的营养物溶液的流量优选地比流入的营养物溶液低，由此避免营养物溶液从托盘10快速排出。

如图6a所示，一旦溶液的深度达到桨叶组件40的高度，则溶液溢流至下一下游隔间。重复相同的过程且营养物溶液最终填充下游的隔间，如图6b-6d所示。

最终，营养物溶液的水平在托盘10的所有隔间中将为同等的，如图6e所示。在该阶段下，流入的营养物溶液的流量可等于流出的营养物溶液的流量。

为了启动排水阶段，手动地或通过自动定时控制来停止流入营养物溶液。一旦关闭入口20，则在营养物溶液通过出口30排出时，上游隔间中的营养物溶液朝第二端流动。如图7a至7d所示，上游隔间中营养物溶液水平开始降低，随后下游隔间的营养物溶液水平以连续的顺序降低。

围在托盘10内的营养物溶液将朝在排水阶段期间打开的出口30逐渐地流动。类似于灌注阶段，桨叶组件40的竖立叶片41阻隔营养物溶液流到下游隔间，并因此延缓各个隔间中营养物溶液水平的迅速下降。

营养膜技术

在营养膜技术中，营养物溶液供应时段是不相关的，因为营养物溶液将不断地供应到所培养的植物。

在常规的营养膜技术中，不可调节在水栽托盘中流动的营养物溶液流的深度。

在本发明的托盘10中，桨叶组件40的存在使得托盘10能够被隔间化，且能够根据各隔间中培养的植物的需求来调节营养物溶液流的深度。

图11和12显示了从托盘10的顶部悬垂的所培养的植物。根部朝托盘10的基部12生长。在托盘10内流动的营养物溶液的深度包含托盘10高度的至少一半，且这在现有的营养膜技术中通常是不可能的。

营养物溶液的深度取决于桨叶组件40的总高度。如果需要更高深度的营养物溶液，则可将最长叶片41a调节至竖立位置，以提供与邻接的上游隔间的营养物溶液的预定深度对应的高度。

图11至12还显示出关于用在营养膜技术中使用的本发明的托盘中的桨叶组件的位置和叶片的定向的多种组合。这实现了托盘10的可重复使用性，其可定制化以匹配每次所培养的植物的灌溉要求。

在本文中作出的所有方向声明、例如正面/前面、背面/后面、顶部、底部、侧向、向内、向外，是与植物培养容器在使用时的定向相对的。

对本领域技术人员将是显而易见的是，可在不脱离本发明的范围或基本特征的情况下容易地以其他具体形式生产本发明。因此，当前的实施方式被认为仅是例示性而非限制性的，本发明的范围由权利要求而非前述说明来表明，并且在范围内的所有改变因此旨在包含在其中。

Claims (15)

1.一种水栽托盘(10)，所述水栽托盘包括：

第一端和第二端，它们具有限定在其间的纵轴线；

入口(20)，其提供在所述第一端处，以用于接收营养物溶液；

出口(30)，其提供在所述第二端处，以用于排出营养物溶液；和

堤防系统，其包括桨叶组件(40)，所述桨叶组件(40)与所述水栽托盘的纵轴线正交地延伸且配置在所述第一端与所述第二端之间，所述桨叶组件适于分隔所述水栽托盘以限定隔间，且阻碍营养物溶液从所述第一端到所述第二端的顺流，所述桨叶组件能够调节，以便调整各隔间中营养物溶液的深度，从而实现在各隔间中所培养的植物的最佳灌溉。

2.根据权利要求1所述的水栽托盘(10)，其中，所述第一端被升高超过所述第二端。

3.根据前述权利要求中的任一项所述的水栽托盘(10)，其中，所述堤防系统包括多个桨叶组件(40)。

4.根据权利要求1或2所述的水栽托盘(10)，其中，与所述水栽托盘分开地提供所述桨叶组件(40)。

5.根据权利要求1或2所述的水栽托盘(10)，其中，各桨叶组件(40)包括从轴(42)径向地延伸的一组叶片(41)。

6.根据权利要求5所述的水栽托盘(10)，其中，所述叶片(41)沿所述轴(42)的整个长度连续地或间断地延伸。

7.根据权利要求6所述的水栽托盘(10)，其中，所述叶片(41)具有一致的尺度。

8.根据权利要求6所述的水栽托盘(10)，其中，所述叶片(41)具有不一致的尺度。

9.根据权利要求6所述的水栽托盘(10)，其中，各桨叶组件(40)包含具有一致尺寸的叶片(41)。

10.根据权利要求6所述的水栽托盘(10)，其中，各桨叶组件(40)包含具有不一致尺寸的叶片(41)。

11.根据前述权利要求1-2和6-10中的任一项所述的水栽托盘(10)，其中，所述桨叶组件(40)平行于彼此地对齐。

12.一种水栽系统，其包括：

根据权利要求1至11中的任一项所述的水栽托盘(10)；和

储存器，其用于保持营养物溶液，所述储存器还包括

与所述水栽托盘的所述入口(20)流动连通的导管；和

与所述水栽托盘的所述出口(30)流动连通的导管，

其中，所述水栽托盘的所述入口接收来自所述储存器的营养物溶液，且该营养物溶液通过所述出口从所述水栽托盘排出至所述储存器，从而利用所述水栽系统实现营养物溶液的再循环。

13.根据权利要求12所述的水栽系统，其中，所述储存器还包括泵，所述泵用于生成压力以驱动去往所述水栽托盘的营养物溶液的流动。

14.一种水栽系统，包括：

根据权利要求1至11中的任一项所述的水栽托盘(10)；

第一储存器，其用于保持营养物溶液，所述第一储存器还包括

与所述水栽托盘的所述入口(20)流动连通的导管；和

第二储存器，其用于保持营养物溶液，所述第二储存器还包括

与所述水栽托盘的所述出口(30)流动连通的导管，

其中，所述水栽托盘的所述入口接收来自所述第一储存器的营养物溶液且该营养物溶液通过所述出口从所述水栽托盘排出至所述第二储存器。

15.根据权利要求14所述的水栽系统，其中，所述第一储存器还包括泵，所述泵用于生成压力以驱动去往所述水栽托盘的营养物溶液的流动。

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