CN107637500B - 植物无土栽培系统及其流体循环装置和循环控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供植物无土栽培系统及其流体循环装置和流体循环控制方法，其中用于植物无土栽培的流体循环装置，包括水箱、水泵、至少一层第一管道结构，所述第一管道结构包括流体输入输出管道，所述流体输入输出管道上设置有阀门，所述流体输入输出管道通过所述水泵与所述水箱流体连通，所述第一管道结构还布置有第一流体输出管道，所述第一流体输出管道与所述流体输入输出管道上设置有所述阀门的部分并联，所述第一流体输出管道上设置有单向阀。本发明还提供了包括所述流体循环装置的植物无土栽培系统。此外还提供了一种用于植物无土栽培的流体循环控制方法。上述装置、系统和方法能够实现对植物无土栽培系统中的液体流动的精确控制。

Description

植物无土栽培系统及其流体循环装置和循环控制方法

技术领域

本发明涉及一种植物无土栽培系统及其流体循环装置和循环控制方法，属于无土栽培技术领域。

背景技术

随着科技的进步，采用无土栽培技术培养植物和农作物的技术已经越来越趋于成熟，应用也越来越广泛。

然而，目前的无土栽培系统中，尤其是在具有多层流体循环装置的栽培系统中，由于管道布置、重力、流体压力等方面的因素，容易导致向不同高度的载有植物的托盘中注入水的时间以及水流出的时间差别比较大，不容易实现注水和排水的有效合理控制。

因此，需要一种能够对流体注入和排出提供更加有效控制的流体循环装置和流体循环控制方法。

发明内容

本发明提供一种植物无土栽培系统及其流体循环装置和循环控制方法，能够对植物无土栽培系统中流体注入和排出进行更加有效地控制。

一种用于植物无土栽培的流体循环装置，包括水箱、水泵、至少一层第一管道结构，所述第一管道结构包括流体输入输出管道，所述流体输入输出管道上设置有阀门，所述流体输入输出管道通过所述水泵与所述水箱流体连通，所述第一管道结构还布置有第一流体输出管道，所述第一流体输出管道与所述流体输入输出管道上设置有所述阀门的部分并联，所述第一流体输出管道上设置有单向阀。

优选地，所述装置还包括至少一层第二管道结构，所述第二管道结构包括流体输入输出管道，所述流体输入输出管道上设置有阀门，所述流体输入输出管道通过所述水泵与所述水箱流体连通，所有的管道结构上下放置并且相互间隔开。

优选地，所述装置具有至少三层管道结构，其中最顶层为第二管道结构，其余层为第一管道结构；或者最底层为第二管道结构，其余层为第一管道结构；或者最顶层和最底层均为第二管道结构，其余层为第一管道结构。

优选地，所述第一管道结构和第二管道结构还分别都包括第二流体输出管道，所有的第二流体输出管道均与所述水箱流体连通。

优选地，最底层管道结构的流体输入输出管道与开孔连接的一端设置有一分支，所述分支上设置有电磁阀。

优选地，每层管道结构的流体输入输出管道的一端与开孔连接，另一端均连接到公共流体管道上，所述公共流体管道与所述水泵连接。

优选地，在所述用于植物无土栽培的流体循环装置中，液体是一直循环的、周期性循环的或者不定期循环流动的。

优选地，所述装置还包括设置位于每层管道结构上的相应的托盘组件，所述托盘组件具有分别与所述流体输入输出管道连接的开孔和与所述第二流体输出管道连接的溢水孔。

优选地，所述托盘组件中的至少一个进一步设置有加热装置和气泵，如果所述托盘组件中的至少一个位于所述第一管道结构上，则所述托盘组件所在的所述第一管道结构还包括球阀，所述球阀设置在所述第一流体输出管道上与所述流体输入输出管道并联部分以外的部分。

优选地，在所述管道结构上方可以布置有搁架，所述托盘组件被放置在所述搁架上。

优选地，在所述托盘组件的底面下方或者在所述托盘组件的上方还可以设置有光照系统。

本发明还提供了一种植物无土栽培系统，所述系统包括至少一个如上述任一项所述的用于植物无土栽培的流体循环装置。

优选地，所述植物无土栽培系统包括位于上部的栽培区和位于下部的功能部件区，所述水箱和所述水泵位于所述功能部件区，所述管道结构和所述托盘组件位于所述栽培区，每层管道结构上方可以布置有搁架，所述托盘组件放置在所述搁架上。

优选地，所述植物无土栽培系统还包括监测系统和控制系统。

优选地，用于所述植物无土栽培系统的容器是一个立柜。

本发明还提供了一种采用植物无土栽培的流体循环装置的流体循环控制方法，包括如下步骤：

S11：布置至少一层第一管道结构，所述第一管道结构包括至少一个流体输入输出管道，所述流体输入输出管道上设置有阀门，将所述流体输入输出管道通过水泵与水箱流体连通；

所述第一管道结构还布置有第一流体输出管道，将所述第一流体输出管道与所述流体输入输出管道上设置有所述阀门的部分并联，在所述第一流体输出管道上设置单向阀。

优选地，该方法还包括如下步骤：

S12：布置至少一层第二管道结构，所述第二管道结构包括流体输入输出管道，所述流体输入输出管道上设置有阀门，所述流体输入输出管道通过所述水泵与所述水箱流体连通，所有的管道结构上下放置并且相互间隔开。

优选地，该方法还包括如下步骤：

S13：设置每个流体输入输出管道上所述阀门打开的大小，使得每个所述阀门打开的大小由最顶层到最底层依次减小。

优选地，该方法还包括如下步骤：

S14：布置至少三层管道结构，其中最顶层为第二管道结构，其余层为第一管道结构；或者最底层为第二管道结构，其余层为第一管道结构；或者最顶层和最底层均为第二管道结构，其余层为第一管道结构。

优选地，该方法还包括如下步骤：

S15：所述第一管道结构和第二管道结构还分别都布置第二流体输出管道，所有的第二流体输出管道均与所述水箱流体连通。

优选地，该方法还包括如下步骤：

S16：还为每层管道结构布置相应的托盘组件，所述托盘组件具有分别与所述流体输入输出管道连接的开孔和与所述第二流体输出管道连接的溢水孔，将所述托盘组件的开孔与该层管道结构的流体输入输出管道连接，并且将所述托盘组件的溢水孔与该层管道结构的第二流体输出管道连接，将溢水孔在托盘组件内向上延伸的孔壁顶部的高度设置成高于开孔。

优选地，该方法还包括如下步骤：

S17：为所述托盘组件中的至少一个进一步设置加热装置和气泵，如果所述托盘组件中的至少一个位于所述第一管道结构上，则所述托盘组件所在的所述第一管道结构还设置有球阀，所述球阀设置在所述第一流体输出管道上与所述流体输入输出管道并联部分以外的部分。

优选地，该方法还包括如下步骤：

S18：在所述管道结构上方可以布置有搁架，所述托盘组件被放置在所述搁架上。

优选地，一种采用植物无土栽培的流体循环装置的流体循环控制方法该方法，包括步骤S11至步骤S16，并且还包括如下步骤：

S21：打开水泵，

水箱中的液体由水泵泵送流入每层管道结构的每个流体输入输出管道，经由开孔流入托盘组件；

如果托盘组件中的水位到达托盘组件的溢水孔的孔壁顶部的高度，液体从溢水孔流入第二流体输出管道，流回至水箱；

S22：关闭水泵；

每层管道结构的托盘组件中的液体从开孔经流体输入输出管道或者同时经流体输入输出管道和第一流体输出管道流回水箱，

S23：重复步骤S21至S22。

优选地，一种采用植物无土栽培的流体循环装置的流体循环控制方法该方法，包括步骤S11至步骤S17，并且还包括如下步骤：

S21’：使水泵处于开启状态，水箱中的液体由水泵泵送流入每层管道结构的每个流体输入输出管道；如果托盘组件中的水位到达所述托盘组件的溢水孔的孔壁顶部的高度，液体从溢水孔经第二流体输入输出管道流回水箱；

S22’：然后不论所述水泵仍处于开启或关闭状态，关闭至少一个管道结构的球阀，使液体在所述至少一个管道结构的托盘组件中停留一段时间，然后在所述水泵处于关闭状态下，打开所述球阀，所述至少一个管道结构的托盘组件中的液体从开孔经流体输入输出管道或者同时经流体输入输出管道和第一流体输出管道流回水箱；

S23’：重新使水泵处于开启状态，重复上述步骤S21’至S22’。

优选地，一种采用植物无土栽培的流体循环装置的流体循环控制方法该方法，包括步骤S11至S16，并且还包括如下步骤：

S19：按照上述步骤S11至S16布置两组以上这样的流体循环装置，其中所有的所述流体循环装置共用一个水箱并共用一个水泵，每个流体循环装置分别与一个总阀门连接后再与所述水泵连接；

S21”：使总阀门和水泵都处于打开状态，水箱中的液体由水泵泵送流入每个流体循环装置的每层管道结构的流体输入输出管道；如果托盘组件中的水位到达托盘组件的溢水孔的孔壁顶部的高度，液体从溢水孔经第二流体输出管道流回水箱；

S22”：关闭水泵，保持总阀门开启，该流体循环装置内的液体从开孔经流体输入输出管道或者同时经流体输入输出管道和第一流体输出管道流回水箱；

S23”：重复S21”至S22”；

S24”：若至少一个流体循环装置的总阀门处于关闭状态，水泵处于开启状态，若该流体循环装置内有液体，则液体在该流体循环装置的每层管道结构和托盘组件中停留，且此时水箱中的液体不再由水泵泵送流入至少一个流体循环装置的每层管道结构。

附图说明

下面将结合附图借助于示例性实施方案更详细地解释本发明，其中：

图1a至图1d分别是根据本发明的不同管道结构的简化示意图；

图2a、图2b、图3a和图3b分别是根据本发明的另外的实施方案的用于植物无土栽培的流体循环装置的简化示意图；

图4是根据本发明的包含用于植物无土栽培的流体循环装置的系统的简化示意图；

图5a和图5b分别是根据本发明的一个实施方案的用于植物无土栽培的流体循环装置的侧视图和正视图；

图6a和图6b是根据本发明的具有托盘组件的用于植物无土栽培的流体循环装置的侧视图和正视图；

图7a和7b是根据本发明的植物无土栽培系统的内部空间的侧视图和正视图；

图8a和图8b是根据本发明的植物无土栽培系统的容器的立体图和内部结构图；

图9是根据本发明的流体循环控制方法的实施方案的流程图；

图10是根据本发明的流体循环控制方法的另一实施方案的流程图。

具体实施方式

下面结合附图进一步描述本发明的各个实施方案。在所有附图中，相同或相似的标号表示相同或相似的元件或具有相同或相似功能的元件。应理解，下面结合附图描述的实施方案仅是示例性的，旨在用于解释本发明，而不意在限制本发明。

参考图1a至图1d，在一个实施方案中，本发明的植物无土栽培的流体循环装置包括水箱(未示出)、水泵(未示出)、至少一层第一管道结构(如图1a所示)，该第一管道结构包括至少一个流体输入输出管道101，流体输入输出管道101上设置有阀门102，所有的流体输入输出管道101均通过水泵与水箱流体连通，第一管道结构还布置有第一流体输出管道103，第一流体输出管道103与流体输入输出管道101上设置有阀门102的部分并联，第一流体输出管道103上设置有单向阀104。

在一个实施例中，流体循环装置包括水箱、水泵、至少一层第一管道结构(如图1b所示)，该第一管道结构在图1a的管道结构的基础上，还包括一个球阀112，该球阀112设置在第一流体输出管道上与流体输入输出管道上并联部分以外的部分。

在一个实施例中，流体循环装置包括水箱、水泵、至少一层第一管道结构和至少一层第二管道结构，其中，第二管道结构如图1c和图1d所示，包括流体输入输出管道101，该流体输入输出管道上设置有阀门102，流体输入输出管道101通过水泵与水箱流体连通。优选地，第二管道结构上设置有球阀112。所有的管道结构上下放置并且相互间隔开。可替换地，这两层管道结构的位置可以互换。

参考图2a、图2b、图3a和图3b，示出了本发明的流体循环装置的另一些实施例，其中流体循环装置包括四层结构，其中最顶层和最底层为第二管道结构，其余层为第一管道结构(如图2a和图2b所示)。可替换地，流体循环装置的最顶层可以采用第二管道结构，其余层采用第一管道结构(如图3a所示)。可替换地，流体循环装置的最底层可以采用第二管道结构，而其余层采用第一管道结构(如图3b所示)。应当理解的是，可以根据需要设置管道结构的层数，层数不限于四层，而是可以为一层、二层、三层、四层或者多于四层。各个层可以采用相同的或者不同的管道结构，或者第一管道结构和第二管道结构的各种组合。应当注意的是，附图仅是示例性的，每层管道结构中均可以布置球阀112(如图2b所示)。

在一个实施例中，所有的流体输入输出管道101的一端可以均连接到公共流体管道106上，公共流体管道106通过总阀门107与水泵连接。应当注意的是，总阀门107不是必要的，公共流体管道106也可以直接与水泵连接。

在一个实施例中，进一步地，流体循环装置的每层管道结构还包括至少一个第二流体输出管道110，所有的第二流体输出管道110均与水箱流体连通。

在另一个实施例中，所有的第二流体输出管道110均与公共流体输出管道111连接，公共流体输出管道111将液体排入水箱。

如图2a、2b和图3b所示，最底层管道结构的流体输入输出管道的末端设置有阀门108。在流体输入输出管道的阀门102和阀门108之间，流体输入输出管道101上设置有一分支，该分支用于连接托盘上的开孔105。阀门108优选为电磁阀，其设置的目的是为了便于液体迅速流出。所有的第二流体输出管道110的一端用于连接托盘上的溢水孔109。单向阀104被设置为允许从开孔105流出托盘组件的液体中的一部分流动通过该单向阀104。

在该流体循环装置中，流体可以是一直循环的、周期性循环的或不定期循环的。这可以采用控制水泵的方式实现。例如，水泵处于一直打开的状态时，液体可以一直循环。周期性或者不定期地反复打开、关闭水泵，就可以实现对液体的循环时间的控制。也可以采用其他控制方式(例如总阀门)实现。总阀门107优选为电磁阀，其打开和关闭的时间是可以进行设置和更改的。

图5a和图5b分别示出了用于植物无土栽培的流体循环装置的一个实施方案的侧视图和正视图。其中示出了位于管道结构下方的水箱，水箱下面设置有便于装置整体移动的部件，例如滑轮。

参考图6a和图6b，本发明还提供的流体循环装置还可以包括托盘组件301，每层管道结构分别与相应的托盘组件连接，托盘组件具有与流体输入输出管道101连接的开孔105和与第二流体输出管道110连接的溢水孔109。溢水孔109在托盘组件内向上延伸的高度高于开孔105。开孔105既用于进水又用于排水，而溢水孔109用于溢出多余的水。托盘组件301的底面不是平面，可以分成至少两部分302和303。

每层的流体输入输出管道的一端与开孔105连接，另一端可以直接与水泵连接；或者可替换地，另一端可以都与总阀门107连接后再与水泵连接；或者可替换地，另一端可以均连接到公共流体管道106上，公共流体管道106通过总阀门107再与水泵连接。

为了满足不同植物不同生长时期的不同需求，托盘组件中的至少一个还包括加热装置和气泵。加热装置可以使托盘组件中的液体保持一定的温度，气泵用于向托盘组件中的液体中泵入气体。在该至少一个托盘组件的上方可以设置有盖体，以便保持一定的温度和湿度，从而利于植物发芽。盖体在不需要的时候，是可以移除的。这样的托盘组件与图1b所示的第一管道结构和/或与图1d所示的第二管道结构配合使用，当液体充满该托盘组件后，将管道结构中的球阀112设置成关闭状态，则该托盘组件中的液体不再进行循环，且其他有液体循环的托盘组件的进水量仍近似相等。

参考图7a和图7b，本发明提供了一种植物无土栽培系统，该系统包括至少一个上述的用于植物无土栽培的流体循环装置。优选地，植物无土栽培系统也可以包括壳体，用于植物无土栽培的流体循环装置容纳在壳体中。为了给每层提供更均匀的光照，在一个实施例中，在托盘组件底面下方或者托盘组件的上方还可以设置有光照系统703。具体地，以四层结构为例，如果每个托盘组件都需要光照，则可以在除最底层外的所有其他托盘组件的底面安装光照系统703，该光照系统可以为处于其下方的托盘组件中的植物提供照明。在容器内部的顶壁上也可以安装有光照系统703，从而为最顶层托盘组件中的植物提供照明。如果任一层托盘组件中的植物不需要光照，则可以不打开或者不设置相应的光照系统703。光照系统703和下层托盘组件之间的距离是可调节的。

参考图8a和图8b，该容器优选为一个立柜，立柜包括四个侧壁和一个顶壁。该容器包括上部的栽培区701和下部的功能部件区702。图8b为图8a的容器移去部分侧壁后的内部结构图。可以看出该容器中容纳上面的一个用于植物无土栽培的流体循环装置。其中容器功能部件区702中可以容纳水箱、营养物槽803、进水系统等，栽培区701中可以容纳搁架802、托盘组件、管道结构等。容器中还安装有监测系统和控制系统。容器顶部具有风扇801，用于将容器内的空气抽出，有利于容器内的空气循环。风扇的数目优选为一个。

在一个实施例中，该容器可以是一个透光的立柜，容器栽培区701部分的侧壁可以由透明材料制成，例如玻璃、塑料、树脂等，这样光线可以进入容器。功能部件区702为不透明部件，该不透明部件例如可以采用在透明材料上涂覆不透明涂层的方式制成，也可以采用不透明物质制成。容器内各层管道结构中的托盘组件下面可以设置光照系统703，也可以不设置或者不使用光照系统703。这样的容器可以作为植物的发芽区、幼苗区、生长区和/或收获区使用。

在一个实施例中，该容器可以是一个不透光的立柜，容器的侧壁采用不透明物质制成。这样的容器可以作为植物幼苗区、生长区和/或收货区使用。可以理解的是，容器内各层管道结构中的托盘组件下面可以设置光照系统703，也可以不设置光照系统703。容器内可以设置加热器，特别是可以为需要加热的托盘组件设置加热器和气泵。

在一个实施例中，在每层管道结构的上方可以布置有搁架802，以便将托盘组件放置在每层搁架802上。搁架802可以与容器的壳体或者容器内的支柱固定连接。培养基质可以直接放置在托盘组件内，或者先放置在子托盘中，再将子托盘放置在托盘组件内。搁架数目是可变的，例如为1至8层，优选为3至6层，更优选为4层，搁架之间的间距是可调的。

该植物无土栽培系统还包括进水系统，进水系统向水箱输送水，水箱与至少一个营养物槽相连接，营养物槽向水箱输送营养素从而在水箱中形成营养液。营养物槽的数量为2至5个，优选为3个。这些营养物槽中包括至少一个装有能够调节营养液的pH值的物质的槽。

在一个实施例中，如图4所示，本发明还提供了一种植物无土栽培系统，该系统包括两个以上的用于植物无土栽培的流体循环装置。其中所有的流体循环装置共用一个水箱114并共用一个水泵113，每个流体循环装置分别与总阀门107连接后再与水泵113连接。

应当认识到，循环系统的结构层数和连接关系不限于上面的形式，而是可以根据实际的需要而变化。层数可以增加或减少，各个管道和阀体之间的连接只要满足上面连接方式所产生的流体连通效果即可，管道可以是一体的，也可以是多条管道相互连接的。各种变形和替换方案均包括在本发明的范围内。

参考图9，本发明还提供了一种用于植物无土栽培的流体循环控制方法，包括如下步骤：

S11：布置至少一层第一管道结构，第一管道结构包括至少一个流体输入输出管道，流体输入输出管道上设置有阀门，将流体输入输出管道通过水泵与水箱流体连通；

第一管道结构还布置有第一流体输出管道，将第一流体输出管道与流体输入输出管道上设置有阀门的部分并联，在第一流体输出管道上设置单向阀。

在一个实施例中，该方法包括上述步骤S11，还包括如下步骤：

S12：布置至少一层第二管道结构，第二管道结构包括流体输入输出管道，流体输入输出管道上设置有阀门，流体输入输出管道通过水泵与水箱流体连通，所有的管道结构上下放置并且相互间隔开。

优选地，如果想要使液体从水箱上升到达每层管道结构的托盘组件的相同水位的时间基本相等，则还可以包括步骤：

S13：设置每个流体输入输出管道上阀门打开的大小，使得每个阀门打开的大小由最顶层到最顶层依次减小。

在一个实施例中，该方法还包括如下步骤：

S14：布置至少三层管道结构，其中最顶层为第二管道结构，其余层为第一管道结构；或者最底层为第二管道结构，其余层为第一管道结构；或者最顶层和最底层均为第二管道结构，其余层为第一管道结构。

进一步地，还可以包括步骤：

S15：第一管道结构和第二管道结构还分别都布置至少一个第二流体输出管道，使所有的第二流体输出管道均与水箱流体连通。

进一步地，还可以包括步骤：

S16：为每层管道结构布置相应的托盘组件，托盘组件具有分别与流体输入输出管道连接的开孔和与第二流体输出管道连接的溢水孔，将托盘组件的开孔与该层管道结构的流体输入输出管道连接，并且将溢水孔与该层管道结构的第二流体输出管道连接，将溢水孔在托盘组件内向上延伸的孔壁的顶部的高度设置成高于开孔。

各个管道结构中的阀门都可以被单独控制，可以设置阀门打开或者关闭的状态，也可以控制阀门打开的大小，以满足不同应用的需要。

进一步地，还可以包括步骤：

S17：为托盘组件中的至少一个进一步设置加热装置和气泵，如果托盘组件中的至少一个位于第一管道结构上，则托盘组件所在的第一管道结构还设置有球阀，球阀设置在第一流体输出管道上与流体输入输出管道并联部分以外的部分。

进一步地，还可以包括步骤：

S18：在每层管道结构的上方布置搁架，将托盘组件放置在每层搁架上。

应当注意的是，步骤S11就可以是实现一种流体循环装置的布置。后续步骤为可选步骤，通过步骤S11与后续步骤中的一个或多个的组合能够实现更加优选的流体循环装置的布置。

下面以四层管道结构为例进行说明。假设所有层的阀门102的类型均相同，将最顶层的阀门102设置在完全打开的状态，调整下面的各个层的阀门102打开的角度，将最底层的阀门102开到最小。使得液体从水箱上升到达每层托盘组件的相同水位的时间基本相等，此处的“基本相等”应理解为时间差值在0至20秒的允许范围内。

应当理解的是，每层阀门打开的具体大小与阀门型号、水泵的性能、管道的长度和各层的高度等因素有关，具体数值是可以根据实际情况采用计算、试验的方式确定或调整的。各层流体输入输出管道的阀门可以选择相同型号，也可以选择不同型号。但是不论哪种类型，都应当满足每层阀门打开的大小依次变化，即满足液体在单位时间内流过各个阀门的体积是依次变化的。

当液体从托盘组件中排出时，为了使得液体尽快排空，因此在管道结构中设置单向阀103，从而使得液体快速流回水箱。各层之间的回水时间也可以基本相等，此处的“基本相等”应理解为时间差值在20至40秒的允许范围内。在一个优选实施方式中，可以为最底层增加一个阀门108(如图2b所示)，在关闭水泵的同时或之后，打开阀门108，以便使液体从阀门108加速排回至水箱。

如果想要液体周期性/不定期循环，还可以通过但是不限于以下几种实施例实现：

在一个实施例中，如果多个管道结构通过公共流体管道106与水泵相连。参照图10，则方法包括步骤S11至步骤S16(在图10中，步骤S11至步骤S16用步骤S10“布置管道和托盘”表示)，并且还包括如下步骤：

S21：打开水泵，

水箱中的液体由水泵泵送流入每层管道结构的每个流体输入输出管道，经由开孔流入托盘组件；

如果托盘组件中的水位到达托盘组件的溢水孔的孔壁顶部的高度，液体从溢水孔流入第二流体输出管道，流回至水箱；

S22：关闭水泵；

每层管道结构的托盘组件中的液体从开孔经流体输入输出管道或者同时经流体输入输出管道和第一流体输出管道流回水箱；

S23：重复上述步骤S21至S22。

上述方法可以实现对液体的循环控制。优选地，总阀门每次打开使得液体上升充满各层的时间为3至5分钟。该方法能够使植物与营养液保持一定时间的相对静止，更有利于营养的吸收，同时也节省能源，延长了循环装置的使用寿命。

在具有阀门108的情况下，在上水时关闭阀门108，在排水时打开阀门108。

在一个实施例中，如果多个管道结构通过公共流体管道106与水泵相连，每个管道结构都具有一个球阀112。则一种采用植物无土栽培的流体循环装置的流体循环控制方法，该方法包括步骤S11至步骤S17，并且还包括如下步骤：

S21’：使水泵处于开启状态，水箱中的液体由水泵泵送流入每层管道结构的每个流体输入输出管道；如果托盘组件中的水位到达托盘组件的溢水孔的孔壁顶部的高度，液体从溢水孔经第二流体输入输出管道流回水箱；

S22’：然后不论水泵仍处于开启或关闭状态，关闭至少一个管道结构的球阀，使液体在至少一个管道结构的托盘组件中停留一段时间，然后在水泵处于关闭状态下，打开球阀，至少一个管道结构的托盘组件中的液体从开孔经流体输入输出管道或者同时经流体输入输出管道和第一流体输出管道流回水箱；

S23’：重新使水泵处于开启状态，重复上述步骤S21’至S22’。

在一个实施例中，一种采用植物无土栽培的流体循环装置的流体循环控制方法，该方法包括步骤S11至S16，并且还包括如下步骤：

S19：按照上述步骤S11至S16布置两组以上这样的流体循环装置，其中所有的流体循环装置共用一个水箱并共用一个水泵，每个流体循环装置与各自的总阀门连接后再与水泵连接；

S21”：使总阀门和水泵都处于打开状态，水箱中的液体由水泵泵送流入每个流体循环装置的每层管道结构的流体输入输出管道；如果托盘组件中的水位到达托盘组件的溢水孔的孔壁顶部的高度，液体从溢水孔经第二流体输出管道流回水箱；

S22”：关闭水泵，保持总阀门开启，该流体循环装置内的液体从开孔经流体输入输出管道或者同时经流体输入输出管道和第一流体输出管道流回水箱；

S23”：重复S21”至S22”；

S24”：若至少一个流体循环装置的总阀门处于关闭状态，水泵处于开启状态，若该流体循环装置内有液体，则液体在该流体循环装置的每层管道结构和托盘组件中停留，且此时水箱中的液体不再由水泵泵送流入至少一个流体循环装置的每层管道结构。

采用上述控制方法可以使液体从水箱上升到达每层管道结构的托盘组件的相同水位的时间基本相等。由于每层管道结构的高度不同，管道长度不同，同时，液体从水箱中上升到达每层管道结构时，液体的压力不同，多种原因导致液体到达较高处或者较远处所用的时间相对较多。以具有上下布置的多层管道结构为例。液体到达最底层的时间最短，由于液体压力也最大，因此，液体填满最底层的托盘组件所用的时间最少。反之，液体填满最顶层的托盘组件所用的时间最多。中间各层的时间各不相同。因此，通过对阀门的状态进行设置，可以调节液体的流速，使得液体充满各个托盘组件的时间具有一致性和同步性。而使用单向阀可以使得液体更快地排出。

同时，采用上述方法，液体可以在循环系统中一直反复流动，保证植物所需的营养。利用溢水孔排水，能够将水位控制在合理高度，更有利于植物生长。

在一个实施例中，在监测系统和控制系统的作用下，当水箱中营养物含量不足时，营养物槽开始向水箱输送营养物从而在水箱中形成满足需要的营养液。在水箱中ph值不满足要求时，能够调节营养液的pH值的物质的槽打开，从而调节水箱中液体的ph值。

所提及的贯穿该说明书的“一个实施方案(或一个实施例)”意味着针对所述实施方案所描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施方案中。由此，贯穿该说明书的在各个位置中出现的短语“在一个实施方案中”未必全指的是相同的实施方案。而且，在一个或多个实施方案中，具体的多个特征、结构或特性可被结合到任何合适的组合和/或子组合中。另外，应理解的是，此处所提供的附图是用于对本领域普通技术人员进行解释的目的的，所述附图未必按比例画出。

所示的本发明的实施方案的上述说明，包括在摘要中所描述的，不意在是排他性的，或者是对所公开的准确形式的限制。相反，本发明的具体实施方案以及实施方案都是出于示例目的，在不偏离本发明的较宽泛的精神和范围的情况下，可以做出各种等同修改。事实上，应理解的是，具体的参数值、范围等都是为了解释目的，根据本发明的教导在其它实施方案和实施方案中也可使用其它值。可依据上述详细说明对本发明的实施方案进行这些修改。在权利要求中使用的术语不应被解释为将本发明限制于在说明书和权利要求中所公开的具体实施方案。相反，本发明的范围将由权利要求完全决定，权利要求将根据对权利要求诠释的法律原则而被解释。相应地，本说明书和附图应被认为是示例性的而非限制性的。

Claims (26)

1.一种用于植物无土栽培的流体循环装置，其特征在于：包括水箱、水泵、至少一层第一管道结构，所述第一管道结构包括流体输入输出管道，所述流体输入输出管道上设置有阀门，所述流体输入输出管道通过所述水泵与所述水箱流体连通，所述第一管道结构还布置有第一流体输出管道，所述第一流体输出管道与所述流体输入输出管道上设置有所述阀门的部分并联，所述第一流体输出管道上设置有单向阀，所述装置还包括设置位于每层管道结构上的相应的托盘组件，所述托盘组件具有与所述流体输入输出管道连接的开孔，所述单向阀被设置为允许从所述开孔流出托盘组件的液体中的一部分流动通过所述单向阀。

2.根据权利要求1所述的用于植物无土栽培的流体循环装置，其特征在于，所述装置还包括至少一层第二管道结构，所述第二管道结构包括流体输入输出管道，所述流体输入输出管道上设置有阀门，所述流体输入输出管道通过所述水泵与所述水箱流体连通，所有的管道结构上下放置并且相互间隔开。

3.根据权利要求2所述的用于植物无土栽培的流体循环装置，其特征在于，所述装置具有至少三层管道结构，其中最顶层为第二管道结构，其余层为第一管道结构；或者最底层为第二管道结构，其余层为第一管道结构；或者最顶层和最底层均为第二管道结构，其余层为第一管道结构。

4.根据权利要求1至3的任一项所述的用于植物无土栽培的流体循环装置，其特征在于，所述第一管道结构和第二管道结构还分别都包括第二流体输出管道，所有的第二流体输出管道均与所述水箱流体连通。

5.根据权利要求3所述的用于植物无土栽培的流体循环装置，其特征在于，最底层管道结构的流体输入输出管道与开孔连接的一端设置有一分支，所述分支上设置有电磁阀。

6.根据权利要求1至3的任一项所述的用于植物无土栽培的流体循环装置，其特征在于，每层管道结构的流体输入输出管道的一端与开孔连接，另一端均连接到公共流体管道上，所述公共流体管道与所述水泵连接。

7.根据权利要求1至3的任一项所述的用于植物无土栽培的流体循环装置，其特征在于，在所述用于植物无土栽培的流体循环装置中，液体是一直循环的、周期性循环的或者不定期循环流动的。

8.根据权利要求4所述的用于植物无土栽培的流体循环装置，其特征在于，所述托盘组件还具有与所述第二流体输出管道连接的溢水孔。

9.根据权利要求8所述的用于植物无土栽培的流体循环装置，其特征在于，所述托盘组件中的至少一个进一步设置有加热装置和气泵，如果所述托盘组件中的至少一个位于所述第一管道结构上，则所述第一管道结构还包括球阀，所述球阀设置在所述第一流体输出管道与所述流体输入输出管道上并联部分以外的部分。

10.根据权利要求8所述的用于植物无土栽培的流体循环装置，其特征在于，在所述管道结构上方布置有搁架，所述托盘组件被放置在所述搁架上。

11.根据权利要求8所述的用于植物无土栽培的流体循环装置，其特征在于，在所述托盘组件的底面下方或者在所述托盘组件的上方还设置有光照系统。

12.一种植物无土栽培系统，其特征在于，所述植物无土栽培系统包括至少一个如权利要求1至11的任一项所述的用于植物无土栽培的流体循环装置。

13.根据权利要求12所述的植物无土栽培系统，其特征在于，所述植物无土栽培系统包括位于上部的栽培区和位于下部的功能部件区，所述水箱和所述水泵位于所述功能部件区，所述管道结构和所述托盘组件位于所述栽培区，每层管道结构上方布置有搁架，所述托盘组件放置在所述搁架上。

14.根据权利要求12或13所述的植物无土栽培系统，其特征在于，所述植物无土栽培系统还包括监测系统和控制系统。

15.根据权利要求12或13所述的植物无土栽培系统，其特征在于，用于所述植物无土栽培系统的容器是一个立柜。

16.一种用于植物无土栽培的流体循环控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

布置至少一层第一管道结构，所述第一管道结构包括至少一个流体输入输出管道，所述流体输入输出管道上设置有阀门，将所述流体输入输出管道通过水泵与水箱流体连通；

所述第一管道结构还布置有第一流体输出管道，将所述第一流体输出管道与所述流体输入输出管道上设置有所述阀门的部分并联，在所述第一流体输出管道上设置单向阀；

所述方法还包括如下步骤：还为每层管道结构布置相应的托盘组件，所述托盘组件具有与所述流体输入输出管道连接的开孔，将所述托盘组件的开孔与该层管道结构的流体输入输出管道连接，将所述单向阀设置为允许从所述开孔流出托盘组件的液体中的一部分流动通过所述单向阀。

17.根据权利要求16所述的用于植物无土栽培的流体循环控制方法，其特征在于，还包括如下步骤：布置至少一层第二管道结构，所述第二管道结构包括流体输入输出管道，所述流体输入输出管道上设置有阀门，所述流体输入输出管道通过所述水泵与所述水箱流体连通，所有的管道结构上下放置并且相互间隔开。

18.根据权利要求17所述的用于植物无土栽培的流体循环控制方法，其特征在于，还包括如下步骤：设置每个流体输入输出管道上所述阀门打开的大小，使得每个所述阀门打开的大小由最顶层到最底层依次减小。

19.根据权利要求16或17所述的用于植物无土栽培的流体循环控制方法，其特征在于，所述方法还包括如下步骤：布置至少三层管道结构，其中最顶层为第二管道结构，其余层为第一管道结构；或者最底层为第二管道结构，其余层为第一管道结构；或者最顶层和最底层均为第二管道结构，其余层为第一管道结构。

20.根据权利要求17所述的用于植物无土栽培的流体循环控制方法，其特征在于，所述方法还包括如下步骤：所述第一管道结构和第二管道结构还分别都布置有第二流体输出管道，所有的第二流体输出管道均与所述水箱流体连通。

21.根据权利要求20所述的用于植物无土栽培的流体循环控制方法，其特征在于，所述方法还包括如下步骤：所述托盘组件还具有与所述第二流体输出管道连接的溢水孔，将所述托盘组件的溢水孔与该层管道结构的第二流体输出管道连接，将溢水孔在托盘组件内向上延伸的孔壁顶部的高度设置成高于所述开孔。

22.根据权利要求21所述的用于植物无土栽培的流体循环控制方法，其特征在于，所述方法还包括如下步骤：为所述托盘组件中的至少一个进一步设置加热装置和气泵，如果所述托盘组件中的至少一个位于所述第一管道结构上，则所述托盘组件所在的所述第一管道结构还设置有球阀，所述球阀设置在所述第一流体输出管道上与所述流体输入输出管道并联部分以外的部分。

23.根据权利要求21所述的用于植物无土栽培的流体循环控制方法，其特征在于，所述方法还包括如下步骤：在所述管道结构上方布置有搁架，所述托盘组件被放置在所述搁架上。

24.一种采用植物无土栽培的流体循环装置的流体循环控制方法，其特征在于，该方法包括根据权利要求16至21所述的方法中的步骤，并且还包括如下步骤：

S21：打开水泵，

水箱中的液体由水泵泵送流入每层管道结构的每个流体输入输出管道，经由开孔流入托盘组件；

如果托盘组件中的水位到达托盘组件的溢水孔的孔壁顶部的高度，液体从溢水孔流入第二流体输出管道，流回至水箱；

S22：关闭水泵，

每层管道结构的托盘组件中的液体从开孔经流体输入输出管道或者同时经流体输入输出管道和第一流体输出管道流回水箱，

S23：重复上述步骤S21至S22。

25.一种采用植物无土栽培的流体循环装置的流体循环控制方法，其特征在于，该方法包括根据权利要求16至22所述的方法中的步骤，并且还包括如下步骤：S21’：使水泵处于开启状态，水箱中的液体由水泵泵送流入每层管道结构的每个流体输入输出管道；如果托盘组件中的水位到达所述托盘组件的溢水孔的孔壁顶部的高度，液体从溢水孔经第二流体输入输出管道流回水箱；

S22’：然后不论所述水泵仍处于开启或关闭状态，关闭至少一个管道结构的球阀，使液体在所述至少一个管道结构的托盘组件中停留一段时间，然后在所述水泵处于关闭状态下，打开所述球阀，所述至少一个管道结构的托盘组件中的液体从开孔经流体输入输出管道或者同时经流体输入输出管道和第一流体输出管道流回水箱；

S23’：重新使水泵处于开启状态，重复上述步骤S21’至S22’。

26.一种采用植物无土栽培的流体循环装置的流体循环控制方法，其特征在于，该方法包括根据权利要求16至21所述的方法中的步骤，并且还包括如下步骤：

S19：按照根据权利要求16至21所述的方法中的步骤布置两组以上这样的流体循环装置，其中所有的所述流体循环装置共用一个水箱并共用一个水泵，每个流体循环装置分别与一个总阀门连接后再与所述水泵连接；

S21”：使总阀门和水泵都处于打开状态，水箱中的液体由水泵泵送流入每个流体循环装置的每层管道结构的流体输入输出管道；如果托盘组件中的水位到达托盘组件的溢水孔的孔壁顶部的高度，液体从溢水孔经第二流体输出管道流回水箱；

S22”：关闭水泵，保持总阀门开启，该流体循环装置内的液体从开孔经流体输入输出管道或者同时经流体输入输出管道和第一流体输出管道流回水箱；

S23”：重复上述步骤S21”至S22”；

S24”：若至少一个流体循环装置的总阀门处于关闭状态，水泵处于开启状态，若该流体循环装置内有液体，则液体在该流体循环装置的每层管道结构和托盘组件中停留，且此时水箱中的液体不再由水泵泵送流入至少一个流体循环装置的每层管道结构。

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