CN107072158B - 垂直水培塔阵列固定系统 - Google Patents

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Abstract

本文提供一种用于使生物体诸如植物和真菌在水培塔102阵列上生长的模块化水培塔阵列固定系统100，所述系统允许插入单个塔和将单个塔从所述阵列移除。本文还提供用于使用模块化水培塔阵列固定系统100来生产生物体诸如植物和真菌的方法。

Description

垂直水培塔阵列固定系统
相关申请的交叉引用
本申请要求2014年11月19日提交的美国临时申请号62/081,733的权益和优先权，所述申请的整个内容以引用的方式并入本文以用于任何目的。
发明背景
传统的水培法主要聚焦于水平生产技术并且受大部分的空间限制。垂直的水培应用要么不切实际、操作昂贵要么无效率。这些应用经常利用一些类型的生长介质，所述这些类型的生长介质在饱和时是较重，从而在用植物根填充时引起堵塞和/或需要大量的维护。此外，常规技术使得难以允许店内展示活体、生长的蔬菜并且并不有助于将“自摘”蔬菜和草本植物销售给客户。
发明概要
本公开的实施方案包括一种水培塔阵列固定系统，其包括：两个或更多个中空水培塔，其中每个中空水培塔具有前面、敞开的第一端和敞开的第二端；在每个水培塔的前面中形成的狭槽，所述狭槽具有等于所述水培塔的前面的宽度的仅一部分的宽度；以及介质材料，所述介质材料可插入每个中空水培塔中；上支架，其中至少两个上支架开口在所述上支架的底部表面中形成、大致对应于所述两个或更多个水培塔的形状和宽度；以及下支架，其中至少两个下支架开口在所述下支架的底部表面中形成、大致对应于所述两个或更多个水培塔的形状和宽度；其中将所述两个或更多个中空水培塔中的至少一个的所述第一端插入所述上支架的所述至少两个上支架开口中的一个中；并且其中将所述中空水培塔中的所述第二端插入所述下支架的所述至少两个下支架开口中的一个中。
另一个实施方案可包括一种用于在水培塔阵列固定系统上生产生物体的方法，所述方法包括：提供两个或更多个中空水培塔，其中所述两个或更多个中空水培塔具有前面、敞开的第一端和敞开的第二端；提供在每个水培塔的所述前表面中形成的狭槽；提供介质材料；将所述介质材料插入每个中空水培塔中；提供上支架，其中至少两个上支架开口在所述上支架的底部表面中形成、大致对应于所述两个或更多个水培塔的形状和宽度；以及提供下支架，其中至少两个下支架开口在所述下支架的底部表面中形成、大致对应于所述两个或更多个水培塔的形状和宽度；将所述两个或更多个中空水培塔中的至少一个的所述第一端插入所述上支架的所述至少两个上支架开口中的一个中；并且将所述中空水培塔中的所述第二端插入所述下支架的所述至少两个下支架开口中的一个中；将一种或多种生物体通过在每个水培塔的所述前表面中形成的所述狭槽插入所述介质材料中；以及使一种或多种生物体在所述介质材料上生长。
结合示例性和说明性而非限制范围的系统、工具和方法来描述和说明下面的实施方案及其各个方面。
附图简述
附图并入本文并形成说明书的一部分，其说明一些但不是仅有的或排他的示例性实施方案和/或特征。本文所公开的实施方案和附图应被认为是说明性的而不是限制性的。
图1是示出水培塔阵列固定系统的前面的实例的透视图。
图2是示出模块化水培塔阵列固定系统的水培塔的实例的近距离视图。
图3a是示出模块化水培塔阵列固定系统的下支架的实例的透视图。
图3b是示出与模块化水培塔阵列固定系统的下支架分离的横件的实例的透视图。
图4是示出模块化水培塔阵列固定系统的上支架的实例的透视图。
图5是示出上支架与灌溉构件关联的实例的近距离视图。
图6是示出下支架与贮存器关联的实例的近距离视图。
图7是示出耦接到壁结构的模块化水培塔阵列固定系统的实例的透视图。
图8提供用于在模块化水培塔阵列固定系统上生产生物体的流程图。
具体实施方式
本公开的实施方案包括用于在模块化地耦接在阵列中以根据需要允许将单个水培塔从所述阵列移除的水培塔中使生物体发芽、生长和/或收获的各种设备、系统和方法，所述生物体包括但不限于各种形式的植物(包括但不限于蕨类植物、裸子植物和被子植物)，诸如一年生和多年生观赏植物、蔬菜(包括叶状绿色植物、芸薹、土豆)和真菌(包括但不限于担子菌和子囊菌)。所述设备和系统允许两个或更多个水培塔的阵列附接到垂直表面，包括但不限于结构(诸如住宅、办公室、仓库和附属建筑物)的外壁。
本文描述的系统允许将水培塔放置在阵列中并且容易地被用户移除，从而使其成为用户友好的灌溉构件并且使塔附接到结构，同时使用所整合的灌溉和收集系统来灌溉和收集来自塔的流出物。
图1提供本公开100的示例性模块化水培塔阵列系统的前透视图。如图1所示，模块化水培塔阵列系统包括两个或更多个水培塔102，至少一个上支架104；至少一个下支架106；贮存器108以及灌溉构件110，所述灌溉构件110用来将水和营养物从贮存器108输送至两个或更多个水培塔102的顶部。
如将在图2中进一步详细所论述和所示，每个水培塔102是中空的，具有狭槽112的伸长结构，所述狭槽112纵长上沿塔102的前面从水培塔102的第一端114到水培塔102的第二端116形成。每个塔102可由金属(诸如钢或铝)或其他材料(诸如但不限于木材、合成聚合物(诸如尼龙、塑料(诸如高密度聚乙烯'HDPE'))或混凝土)构成。在图1所示的示例性系统100中，示出八(8)个水培塔102，但在系统中可使用任意数量的两个或更多个水培塔102。因此，当这个描述性实例具有八个水培塔102时，应理解，一旦本领域中技术人员理解了本系统的原理，如将由他们所理解，这一类描述可适用于具有其他数量的水培塔的任何此类系统。
如图1中进一步所示，模块化水培塔阵列100的实施方案由上支架104和下支架106组成。如将关于图4进一步详细论述，上支架104是中空的、具有伸长结构并且包括开口(图1中未示出)，所述开口沿上支架104的下表面切割、切割成稍微大于对应的水培塔102的横截面尺寸和形状，从而允许上支架104在水培塔102的顶部上滑移。
如将在图3a中进一步详细所论述，下支架106也是中空的、具有伸长结构并且包括开口，所述开口沿下支架106的上表面切割，当两个支架对准时与上支架104的开口相对设置。在实施方案中，下支架106的每个端部可与盖118配合，其中排出配件(图1中未示出)可操作地耦接到盖118以允许过量的流出物(诸如水和/或营养物)从下支架106排出。下支架106在排出配件被安装时用作沟系统，从而允许流出物(诸如水和营养物溶液)被收集或排走。
如图1所示，提供贮存器108以捕获和储存穿过水培塔102和穿过下支架106的过量的水或营养物。在图1中还示出灌溉构件110(诸如泵)，所述灌溉构件110可操作地耦接到能够递送水和营养物溶液(诸如但不限于包含氮、磷、钾、铁、镁和锌的溶液)的管、软管或其他管道。灌溉构件110允许将水和/或营养物溶液通过沿水培塔102的顶部穿过灌溉构件110(诸如管)从贮存器108输送至水培塔102的第一端114。可通过多种发射器(包括但不限于滴式发射器、喷洒器和微喷射发射器)将水或营养物溶液从灌溉构件110发射至水培塔102的第一端。
在实施方案中，泵通过灌溉构件110将水和/或营养物溶液从贮存器108移动至水培塔102的顶部或第一端，从而将营养物溶液分布到插入生长腔室中的介质材料(图1中未示出)中。水和/或营养物溶液被允许通过介质和生长在介质中的植物或真菌的根向下滴落。营养物溶液中的一些从水培塔102的壁向下滴流，并且由与塔102的壁接触的根或菌丝捕获。过量的营养物溶液排出到塔102的中空生长腔室的底部(在所述底部中所述过量的营养物溶液被排出到下支架106中)并且随后排出到贮存器108中。
如将在图5中所论述，灌溉构件110可通过将灌溉管线附接到上支架104的顶部而被容易地隐藏在上支架104中，并且发射器允许水向下滴落到插入的塔102的顶部上。
在另一个实施方案中，可将贮存器108中的水或过量的溶液泵送至存储罐(图1中未示出)中。所述存储罐可保持/储存水和营养物溶液以供将来在水培塔阵列系统100中使用。
图2提供单一水培塔102的近距离视图。如图2中所示，水培塔102包括前面以及敞开的顶部部分和敞开的底部部分。水培塔102的中空形状在水培塔102的中空空腔中产生生长腔室202，在所述生长腔室202中插入介质材料以提供生物体(诸如植物或蘑菇)能够在其上建立根或根茎并且生长的稳定的表面/平台。虽然图1和图2中所示的伸长的水培塔102的形状大致为正方形或矩形，但是如由本领域技术人员将理解，多种形状可用来产生所示出的水培和本文所述的生长腔室，包括但不限于大致正方形、矩形、圆形、椭圆形、八边形、五边形和三角形。
如图2中进一步所示，水培塔102具有在纵向上沿塔102的前面形成的狭槽112。狭槽112还允许将生物体(诸如植物和真菌)沿结构的长度容易地插入介质中并且从被插入生长腔室202中的介质中生长出来。
本公开的介质材料可以是由多种材料(包括塑料(诸如聚酯基质材料))组成的单件式介质，所述单件式介质被切割成允许将所述材料容易地插入每个水培塔102的生长腔室202中的直径。在另一个实施方案中介质材料可以硅树脂粘结剂涂覆。在一个实施方案中，可将单件式介质材料切割成具有生长腔室202的直径的宽度的条带。介质材料的单个条带可然后被折叠并且在每个水培塔102的生长腔室202的顶部被牵拉到这个生长腔室202中，其中籽苗或真菌夹带在处于介质材料的两半部分之间并且对应于穿过水培塔102的正面的长度的狭槽112的位置的折层中。当将介质牵拉到生长腔室202中时，更多的籽苗被添加并且当介质进入生长腔室202时，籽苗的嫩芽水平地延伸出去并且从这个狭槽112向下行进。可将多个介质插入物添加至生长腔室202，直到介质涵盖生长腔室202的整个长度。
多种介质材料可与本公开的系统一起使用。可在本公开的系统中使用的介质的实例可包括但不限于具纤维的非织造基质介质材料、粒状材料、聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫、塑料筛网、岩棉、椰子纤维、蛭石以及有机质土壤(诸如盆栽土壤)。
在本公开的实施方案中，本公开的介质材料可以若干种方法加以更改以服务多种范围的功能。可将介质从松开或展开端到紧固或折叠端切割成楔形，从而使楔形空间保留在插入物的后面以允许堆肥、替代的植物介质、施肥物质或一些类型的土壤改良剂或添加剂保持在处于楔形介质插入物与生长腔室202的后面和侧壁之间的空间中。这种更改允许使用有规律的灌溉水以及由堆肥或其他添加剂供应的植物或真菌营养物而进行基于堆肥的水培生长。也可将介质材料的顶部、侧面和拐角切割成圆形或以一定角度切割以减少生物固体积聚、藻类生长或以通过介质增强水分布，这取决于应用。多种插入物也可在生长腔室202中使用从而允许多个年龄组的植物和真菌并入每个生长腔室202中。也通常将蠕虫整合到生长腔室中并且尽管可取决于应用而使用具有更小或更大筛网大小的介质，但是介质被设计成具有恰当的筛网大小以接纳所述蠕虫通过介质的移动。
将植物、籽苗或真菌组织放置在系统的每个生长腔室202中介质的两半部分之间，并且植物或生物体的上部部分通过每个水培塔102的狭槽112突出。
在另外的实施方案中，将介质材料折叠成一半，附接到手柄的具有扁平钩的牵拉钩允许借助于狭槽112将介质插入物牵拉到生长腔室202中或从生长腔室202牵拉出去，并且牵拉钩手柄在每个水培塔102的生长腔室202中从狭槽112延伸。在另外的实施方案中，钩也可附接到允许自动“牵拉”介质插入物的气动或液压装置。
图3a提供水培阵列系统的下支架106的透视图。如图3a所示，下支架106是具有下支架开口302的伸长的中空结构，所述下支架开口302沿下支架106的上表面被切割、与水培塔102的横截面尺寸具有相同的形状并且稍微大于水培塔102的横截面尺寸，其中所述形状可包括但不限于大致正方形、矩形、圆形、椭圆形、八边形、五边形和三角形。在本公开的实施方案中，在下支架106内侧放置横件304，所述横件304向下穿过下支架106的长度。
图3b提供与下支架106分离的横件304的透视图。如图3b中所示，横件304通常由长度大致等于下支架106、通过支撑件(其被称为蝴蝶结形件308)插入的一段管306组成，所述蝴蝶结形件308将管306远离下支架106的底部而保持在特定高度处，其中示例性抬高的高度可以是三英寸。横件304可由金属(诸如铝或钢)以及塑料或木材制成，并且当将水培塔102插入下支架106中的对应的下支架开口302中时，允许每个水培塔102停靠在管306上并且牢固地保持在横件304上。这允许每个水培塔102在下支架106的底部上方维持抬高，从而允许水和营养物容易地从每个水培塔102排出并且进入下支架106中，在所述下支架106中水或营养物溶液能够行进并且排出到贮存器108中。
图4提供当与水培塔阵列系统分离时上支架104的透视图。如先前关于图1所论述和如图4所示，上支架104是具有上支架开口402的伸长的中空结构，所述上支架开口402沿上支架104的下表面被切割、与水培塔102的横截面尺寸具有相同的形状并且稍微大于水培塔102的横截面尺寸，其中所述形状可包括但不限于大致正方形、矩形、圆形、椭圆形、八边形、五边形和三角形。
图5提供示出上支架104与灌溉构件关联500的实例的近距离视图。如图5中所示，能够输送和递送水和营养物溶液的灌溉构件110从贮存器108伸展至水培塔102的第一端114的顶部。灌溉构件110可以可操作地诸如通过吊杆或夹具(图5中未示出)耦接到上支架104，从而允许灌溉构件110在水培塔102的第一端114上方维持抬高。将水或营养物通过灌溉构件110从贮存器108泵送至水培塔102的顶部。水或营养物溶液可然后由多种发射器502(包括滴式发射器、喷洒器和微喷射发射器)通过上支架104的底部中的上支架开口402从灌溉构件110发射到被插入生长腔室202中的介质材料中。水和营养物溶液然后被允许通过介质和生长在介质中的植物的根向下滴落。
图6提供示出下支架与贮存器关联600的的实例的近距离视图。如图6中所示，将每个水培塔102的第二端116放置在位于下支架106的顶部部分中的下支架开口302中。每个水培塔102停靠在穿过下支架106的长度的横件304上，从而允许每个水培塔102牢固地保持在横件304上。
如图6中进一步所示，每个水培塔102在下支架106的底部上方维持抬高，从而允许水和营养物容易地从每个水培塔102排出并且进入下支架106中，在所述下支架106中水或营养物溶液能够行进并且排出到贮存器108中。
图7是示出耦接到壁结构的模块化水培塔阵列固定系统700的实例的透视图。如图7所示，在实施方案中，可将本文描述的水培塔阵列固定系统安装或耦接到壁结构。在这个实施方案中，下支架106可操作地耦接到结构的壁(诸如内壁或外壁)。多种方法可用来可操作地将下支架106耦接到壁，所述多种方法在本领域中是已知的，包括但不限于通过将下支架106用螺栓栓至壁来可操作地将每个下支架106耦接到外壁。上支架104可然后使用用来可操作地将下支架106耦接到壁的相同或类似方法可操作地耦接到壁或抵靠着壁被支撑。
用于将所述系统附接或安装到结构的另外的方法可包括但不限于卡扣到处于结构上的地点中的销钉、夹具(包括z形夹具)和建筑学锚固件以及各种形式的粘合剂，这取决于建筑法规和期望的使用。
每个水培塔102然后通过将第一水培塔102的第一端114插入上支架104中的开口中而被插入所述系统中。水培塔102的第二端116然后向内摆动并且被放置在下支架106中的对应的开口中。水培塔102的底部停靠在穿过下支架106的长度的横件上并且位于其上。
为了移除单个水培塔102，将水培塔102的第二端116垂直地提升直到将所述第二端116从下支架106清除出去。水培塔102的第二端116然后向外摆动并且下降，从而允许水培塔102的第一端114从上支架104退出和释放。以此方式，可将单个水培塔102快速且容易地放置在模块化水培阵列系统100中并且从系统100移除。
本文所描述的系统还可由多种其他构件支撑而无需将所述系统耦接到壁结构。这些多种其他构件可包括将由本领域技术人员理解的各种类型的台架和支具。
图8提供用于在水培塔阵列固定系统中生产生物体的方法800的流程图。在步骤802中，将单件式或单条带式介质材料放置或插入每个水培塔的中空的生长腔室中，其中水培塔包括具有穿过表面长度的狭槽的表面以及敞开的第一端和的第二端。在步骤804中，将水培塔的敞开的第一端插入具有开口的上支架中，所述开口处于上支架的底部表面中、大致对应于每个水培塔的直径和形状。然后将每个水培塔的第二端插入下支架中，所述下支架也具有被切割到上支架的顶部表面中、大致对应于每个水培塔的宽度和形状的开口。每个水培塔停靠于在内部穿过下支架长度的横件的顶部上并且牢固在其上。在步骤806中，将一种或多种植物或真菌通过穿过每个水培塔前表面的长度的狭槽插入介质材料中。在步骤808中，介质材料中的植物或真菌然后生长并且可如所希望的被收获。可将水和营养物泵送至每个水培塔的顶部并且发射到介质材料中并且允许通过植物可按需更新营养物的介质向下滴落。然后可将任何残余的营养物收集在下支架中并且然后排放到位于水培塔阵列固定系统的基部处的贮存器中，在所述贮存器中营养物可任何被循环返回至植物或真菌。
水培塔阵列固定系统为用户提供按需将单一水培塔从所述系统快速移除，从而使得在不损害位于其他水培塔中的其他植物的情况下，将成熟的植物移除以用于收获或将死去的植物移除，同时还允许用户快速且容易地识别害虫或疾病、将所述害虫或疾病从所述系统分离和移除的能力。
本发明的上述描述是为了说明和描述而呈现的。不应认为上述描述是排他性的或将本发明限制于所公开的明确形式，并且根据以上的教义有可能进行其他修改和改变。所述实施方案被选择或描述，是为了更好地解释本发明的原理及其实际应用，以便由此使本领域技术人员能够更好地以适于具体应用的各种实施方案和各种变化形式使用本发明。所附权利要求旨在解释为包括本发明的其他替代实施方案，除非被现有技术限制。

Claims (25)

1.一种水培塔阵列固定系统，其包括：
两个或更多个中空水培塔，其中所述两个或更多个中空水培塔具有前表面、敞开的第一端和敞开的第二端；
在每个水培塔的所述前表面中形成的狭槽，所述狭槽具有等于所述前表面的宽度的仅一部分的宽度；以及
介质材料，所述介质材料可插入每个中空水培塔中；
上支架，其中至少两个上支架开口在所述上支架的底部表面中形成、大致对应于所述两个或更多个水培塔的形状和宽度；以及
中空下支架，其中至少两个下支架开口在所述中空下支架的底部表面中形成、大致对应于所述两个或更多个水培塔的形状和宽度；
其中将所述两个或更多个中空水培塔中的至少一个的所述第一端插入所述上支架的所述至少两个上支架开口中的一个中；
其中将所述两个或更多个中空水培塔中的至少一个的所述第二端插入所述中空下支架的所述至少两个下支架开口中的一个中；
所述系统还包括横件，其中所述横件横穿所述中空下支架的内部；并且
其中所述横件使所述水培塔从所述中空下支架的下表面抬高。
2.如权利要求1所述的系统，其还包括：
贮存器；以及
灌溉构件，其中所述灌溉构件从所述贮存器输送水和营养物。
3.如权利要求2所述的系统，其中所述灌溉构件包括：
至少一个泵；
管道，所述管道能够从所述贮存器输送水或液体营养物，其中所述管道耦接到所述至少一个泵；以及
至少一个发射器；
其中所述泵通过所述管道从所述贮存器输送水或液体营养物并且通过所述至少一个发射器将所述水或液体营养物递送至所述介质材料。
4.如权利要求1所述的系统，其中所述中空下支架耦接到壁结构。
5.如权利要求4所述的系统，其中所述上支架耦接到壁结构。
6.如权利要求1所述的系统，其中所述介质材料由塑料制成。
7.如权利要求6所述的系统，其中所述介质材料由聚乙烯塑料制成。
8.如权利要求7所述的系统，其中所述介质材料以硅树脂粘结剂涂覆。
9.如权利要求1所述的系统，其中所述水培塔允许将一种或多种生物体通过在每个水培塔的所述前表面中形成的所述狭槽插入所述介质材料中，其中所述生物体为植物或真菌。
10.如权利要求3所述的系统，其中所述发射器为滴式发射器、喷洒器或微喷射发射器。
11.如权利要求1所述的系统，其中所述水培塔的水平横截面形状为正方形、矩形、圆形、椭圆形、八边形、五边形或三角形。
12.如权利要求1所述的系统，其中所述介质材料为：粒状介质、聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫、塑料筛网、岩棉、椰子纤维、芯吸条带、培养袋或蛭石。
13.一种用于在水培塔阵列固定系统上生产生物体的方法，所述方法包括：
提供两个或更多个中空水培塔，其中所述两个或更多个中空水培塔具有前表面、敞开的第一端和敞开的第二端；
提供在每个水培塔的所述前表面中形成的狭槽，所述狭槽具有等于所述前表面的宽度的仅一部分的宽度；以及
提供介质材料；
将所述介质材料插入每个中空水培塔中；
提供上支架，其中至少两个上支架开口在所述上支架的底部表面中形成、大致对应于所述两个或更多个水培塔的形状和宽度；以及
提供中空下支架，其中至少两个下支架开口在所述中空下支架的底部表面中形成、大致对应于所述两个或更多个水培塔的形状和宽度；
将所述两个或更多个中空水培塔中的至少一个的所述第一端插入所述上支架的所述至少两个上支架开口中的一个中；以及
将所述两个或更多个中空水培塔中的至少一个的所述第二端插入所述中空下支架的所述至少两个下支架开口中的一个中；
提供横件，其中所述横件横穿所述中空下支架的内部并且其中所述横件使所述水培塔从所述中空下支架的下表面抬高；
将一种或多种生物体通过在每个水培塔的所述前表面中形成的所述狭槽插入所述介质材料中；以及
使一种或多种生物体在所述介质材料上生长。
14.如权利要求13所述的方法，其还包括：
提供贮存器；以及
提供灌溉构件，其中所述灌溉构件从所述贮存器输送水和营养物。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述灌溉构件包括：
提供至少一个泵；
提供能够从所述贮存器输送水或液体营养物的管道，其中所述管道耦接到所述至少一个泵；以及
提供至少一个发射器；
其中所述泵通过所述管道从所述贮存器输送水或液体营养物并且通过所述至少一个发射器将所述水或液体营养物递送至所述介质材料。
16.如权利要求13所述的方法，其中所述中空下支架耦接到壁结构。
17.如权利要求13所述的方法，其中所述上支架耦接到壁结构。
18.如权利要求13所述的方法，其中所述介质材料由塑料制成。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述介质材料由聚乙烯塑料制成。
20.如权利要求19所述的方法，其中所述介质材料以硅树脂粘结剂涂覆。
21.如权利要求13所述的方法，其中所述生物体为植物或真菌。
22.如权利要求15所述的方法，其中所述发射器为滴式发射器、喷洒器或微喷射发射器。
23.如权利要求13所述的方法，其中所述水培塔的水平横截面形状为正方形、矩形、圆形、椭圆形、八边形、五边形或三角形。
24.如权利要求13所述的方法，其中所述介质材料为：粒状介质、聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫、塑料筛网、岩棉、椰子纤维、芯吸条带、培养袋或蛭石。
25.如权利要求13所述的方法，其还包括将至少一个所述水培塔从所述水培塔阵列固定系统移除，所述方法包括：
从所述中空下支架垂直地提升所述水培塔的所述第二端；
使所述水培塔向外摆动；以及
使所述水培塔下降以从所述上支架退出和释放。
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