CN109661934A - 一种特殊环境下自治蔬菜保障舱 - Google Patents

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Abstract

本发明专利提出一种特殊环境下自治蔬菜保障舱,主要将自然光导入舱室内进行植物栽培,并且到达采用一种长效基质可以使得植物连续栽培,从而在极端环境下种植叶菜类蔬菜,不仅保障相关人员的蔬菜供给,操作简单便捷还能以适当劳作强度增强体魄,而绿色植物也给人带来心理慰藉。设计出一种自然光集光装置,圆台形自然光集光罩表面涂有反光层,通过自然光亮度调节器及其上光度调节旋钮可控导入光照强度,获得叶菜类蔬菜冠部适宜的光照强度,确保其正常生长。

Description

一种特殊环境下自治蔬菜保障舱
技术领域
本发明涉及一种特殊环境下自治蔬菜保障舱,能为相关人员在岛礁、高原、沙漠和极地等特殊环境下提供充足的蔬菜保障及精神慰藉。
背景技术
由于极端环境(如岛礁、沙漠、高原和极地等)土壤贫瘠,气候恶劣,淡水资源匮乏,很难进行蔬菜栽培,不仅补给蔬菜保存困难,补给方式还单一且易受环境影响,导致蔬菜供给是一大难题。如岛礁上光照强度超强且持续时间长,长年高温高湿,同时伴有台风、暴雨等恶劣气候条件,使得驻岛官兵或科研人员长期面临新鲜蔬菜供给匮乏的问题。为了能保障极端环境下蔬菜供给,类似自治保障舱室研究逐渐出现,但仅局限于温室,易受外界干扰。
自然光是取之不尽用之不竭的能源,在极端环境能源供给困乏的情况下,如何将自然光导入舱室内进行植物栽培的研究较少。在特殊条件下,建立密闭舱室,营造一个适宜植物生长的条件至关重要;此外,不同环境下的舱室模块也各不相同。舱室内栽培的蔬菜不仅可以提供部分新鲜蔬菜,还可以建立分批种植制度达到持续供给;此外,还可以陶冶情操,为生活增加一种乐趣。
随着国家战略需求以及对极端环境下科考研究的增加,建立适合栽培植物的保障舱室,为相关人员提供蔬菜保障,即保证了食物的丰富度,又为驻守人员带来精神慰藉,更是解决了在高原、极地以及沙漠等特殊环境下的蔬菜补给难题。
发明内容
本发明的目的在于,提出一种便于组装、生产操作便捷、可长期生产叶菜类蔬菜的特殊环境自治蔬菜保障舱。该特殊环境自治蔬菜保障舱,既具有密闭性可以阻挡外部恶劣环境,又能收集冷凝水节省淡水源,还具有采集自然光导入室内为植物提供能源的功能。为实现上述目的,本发明采用如下技术方案。
为了达到以上目的,本发明所采取的技术方案是:
本发明装置主要包括外壳模块(3)、自然光引入定向分配模块(1)、植物栽培模块(2)、冷凝水回收模块(41)、原位冷源利用模块(39)、气体循环调节模块(42)。
其中所述特殊环境下自治蔬菜保障舱外壳模块(3),通过特殊材料包裹及地面加固,具有抗台风、抗暴雨、抗腐蚀等特性。
其中所述特殊环境下自治蔬菜保障舱自然光定向分配模块(1)包括集光器(8)、一级分光器(9)、二级分光器(10)、光纤(11)、自然光集光罩(36)、自然光亮度调节器(37)。集光器(8)位于外壳顶部,采集自然光,通过光纤(11)、一级分光器(9)和二级分光器(10)分配到植物栽培模块中的各个栽培架及其每一层,到达把室外自然光引入室内栽培叶菜类菜的目的。所述光纤(11)也是由多根光导纤维组成的光缆,在光纤的末端连接着和自然光集光罩(36)达到让光聚集目的,通过自然光亮度调节器(37)及其上光度调节旋钮(38)可控导入光照强度,获得叶菜类蔬菜冠部适宜的光照强度,确保其正常生长;圆台形自然光集光罩(36)表面涂有反光层。
其中所述的特殊环境下自治蔬菜保障舱植物栽培模块(2)由栽培架(5)、栽培槽(6)、长效基质(40)、湿度传感器(24)、电磁阀Ⅰ(25)、栽培槽供水管(19)和水泵(18)组成。栽培架(5)有3-12层,每层都有栽培槽(6),其高度方便人员操作,主要适应不同叶菜类蔬菜所需的种植高度和光照。栽培槽(6)内含有长效基质(40)、温度传感器(21)、湿度传感器(24),所述的长效基质(40)可以持续提供植物所需营养,后期只需补给清水;而湿度传感器(24)主要是检测长效基质(40)水分变化,通过电磁阀Ⅰ(25)控制水泵(18)通过栽培槽供水管(19)运输来自动调节水的补给。
其中所述的特殊环境下自治蔬菜保障舱冷凝水回收模块(41)包括冷凝水回收管道(17)、冷凝水回收阀门(22)、冷凝水箱(16),收集植物蒸腾作用产生的冷凝水通过连有冷凝水回收阀门(22)的冷凝水回收管道(17),导入冷凝水箱(16)。
其中所述的特殊环境下自治蔬菜保障舱原位冷源利用模块(39)包括温度传感器(21)、冷媒收集塔(20)、冷媒流入管(13)、电磁阀Ⅲ(33)、冷媒流入管阀门(14)、热交换器(12)和冷媒热交换后流出管(15),当温度传感器(21)检测到保障舱内温度增高时,电磁阀Ⅲ(33)使得流入管阀门(14)打开,冷媒从冷媒收集塔(20)经冷媒流入管(13)流入舱内,经过热交换器(12)后由冷媒热交换后流出管(15)将热量带出舱外,完成温度调节。可根据不同极端环境地区的气候特点使用相应的原位冷源利用技术起到降温作用;如对于岛礁下开发利用海水的热交换降温技术,对于高寒环境(高原和极地)下开发室外冷空气热交换器技术,对于沙漠环境下开发利用地源热泵制冷技术等。
其中所述的特殊环境下自治蔬菜保障舱气体循环模块(42)还包括气体流入口(27)、二氧化碳传感器(31)、轴流风机(29)、时控开关(30)、气体流动管(26)、电磁阀Ⅱ(32)、气体流出口(28)。时控开关(30)控制的轴流风机(29)会周期性将气体从气体流入口(27)经通过气体流通管(26)从气体流出口(28)流出,达到将室内气体混匀效果。当二氧化碳传感器(31)检测到舱室内二氧化碳浓度过高或过低时,电磁阀Ⅱ(32)开启,使得外接空气与舱室内连通,达到换气调节作用。
本发明的有益效果如下:
本发明可以在极端环境下种植叶菜类蔬菜,不仅保障相关人员的蔬菜供给,还能以适当劳作强度增强体魄,而绿色植物也给人带来心理慰藉。
本发明主要采用自然光引入定向分配技术,将自然光导入室内用于植物栽培,解决了部分能源匮乏问题。
本发明中可通过光调节器来调节光纤中光的通透率,从而调节光照强度,保证了植物可具有最适的光照强度。
本发明中可根据不同极端环境地区的气候特点使用相应的原位冷源利用技术起到降温作用,可以满足更多环境的需求。
附图说明
图1为本发明一种特殊环境下自治蔬菜保障舱的主视剖视示意图;
图2为本发明一种特殊环境下自治蔬菜保障舱的俯视剖视示意图;
图3为本发明一种特殊环境下自治蔬菜保障舱的侧视剖视示意图;
图4为本发明自然光集光装置示主视剖视示意图;
图5为本发明自然光集光装置示俯视剖视示意图;
图6为本发明自然光集光装置侧视剖视示意图。
其中,1-自然光引入定向分配模块;2-植物栽培模块;3-外壳模块;4-PLC控制箱;5-栽培架;6-栽培槽;7-自然光灯;8-集光器;9-一级分光器;10-二级分光器;11-光纤;12-热交换器;13-冷媒流入管;14-冷媒流入管阀门(手动阀门I);15-冷媒热交换后流出管;16-冷凝水箱;17-冷凝水回收管道;18-水泵;19-栽培架供水管;20-冷媒收集塔;21-温度传感器;22-冷凝水回收阀门(手动阀门II);23-栽培槽供水管;24-湿度传感器;25-电磁阀I(控液电磁阀)26-气体流动管;27-气体流入口;28-气体流出口;29-轴流风机;30-时控开关;31-二氧化碳传感器;32-电磁阀II(控气电磁阀);33-电磁阀III(根据温度传感器控制冷媒流动);34-电线(连接PLC控制箱与各电磁阀);35-手动阀门III(冷凝水箱上液阀门);36-自然光灯罩;37-自然光亮度调节器;38-光度调节旋钮;39-原位冷源利用模块;40-长效基质;41-冷凝水回收模块;42-气体循环调节模块。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。
如图1、2、3、4、5、6所示,为本发明提出的蔬菜保障舱装置,包括集外壳模块(3)、自然光引入定向分配模块(1)、植物栽培模块(2)、冷凝水回收模块、原位冷源利用模块(39)、气体循环调节模块(42)。当种植植物时,先启动自然光引入定向分配模块(1)的光照系统,通过舱室顶部集光器(8)采集自然光,由光纤(11)到达一级分光器(9)、二级分光器(10),再由自然光集光罩(36)和自然光亮度调节器(37)可以调节输送自然光的强弱以合理分配光照,完成植物供光。
集装箱改造的外壳模块(3)可根据不同的极端地理环境,做出改造。如,在岛礁具有抗台风、抗暴雨、抗高温暴晒等;在高寒环境(极地或者高原),具有一定保温性、抗高寒、抗暴风等。
栽培架(5)分三层,每个层放置栽培槽(6);随后,在栽培槽(6)里放置长效基质(40),加入该基质后,后续不需施肥仅需要补水即可完成蔬菜的正常生长。不同栽培架(5)可以实行蔬菜多批种植制度,从而使得蔬菜收获具有连续性。在槽中放置感知水分的湿度传感器(24)、当检测到槽内长效基质(40)水分不足时,开启电磁阀Ⅰ(25)自动补液,通过水泵(18)将冷凝水箱(16)中水通过栽培槽供水管(19)进行植物供水。湿度传感器(24)检测到基质内水分足量时,也会关闭电磁阀Ⅰ(25)。
温度传感器(21)检测到舱室内温度高于设定范围时,原位冷源利用模块(39)中冷媒收集塔(20)开始启动,冷媒经冷媒流入管(13)、热交换器(12)、冷媒热交换后流出管(15)循环后,将热量带出舱室,达到降温处理。在热交换器(12)周围存在底部带孔的冷凝罩,植物蒸腾作用的水汽在热交换处遇冷后,沿冷凝罩流下,经孔连接的管道汇入冷凝水箱(16)。
为了确保舱室内气体流动性,气体循环模块(42)中时控开关(30)控制的轴流风机(29)会周期性的通过气体流通管(26)将室内气体混匀。当二氧化碳传感器(31)检测到舱室内二氧化碳浓度过高时,电磁阀Ⅱ(32)开启,使得外接空气与舱室内连通,达到换气调节作用,检测到二氧化碳浓度正常时,关闭调节电磁阀Ⅱ(32)。
所述栽培槽(6)长宽为1m×0.5m。
所述栽培架(5)长宽高为1m×0.5m×2m。
所述栽培槽供水管(19)、冷媒流入管(13)和冷媒热交换后流出管(15),孔径均为0.5-1cm,材料均为聚氨基甲酸酯。

Claims (5)

1.一种特殊环境下自治蔬菜保障舱,其特征在于包括外壳模块(3),内含自然光引入定向分配模块(1)、植物栽培模块(2)、冷凝水回收模块(41)、原位冷源利用模块(39)、气体循环调节模块(42)。
2.根据权利要求1所述的一种特殊环境下自治蔬菜保障舱,其特征是所述外壳模块(3)主要是由集装箱或类似箱体改造而成,通过抗高温、抗低温和抗腐蚀材料包裹及地面加固,具有抗台风、抗暴雨、抗暴晒、抗腐蚀等特性。外壳模块(3)顶部放置有集光器(8);所述自然光引入定向分配模块(1)可将自然光引入定向分配到保障舱室内的植物栽培模块(2),保证栽培架(5)上每层植物的能源供给;所述植物栽培模块(2)含有栽培架(5)、栽培槽(6)、长效基质(40);所述原位冷源利用模块(39)是根据不同极端环境地区的气候特点可使用相应的原位冷源利用技术起到降温作用到达降温效果。所述的气体循环调节模块(42)主要保持二氧化碳浓度处于最佳。从而实现在极端环境(高原、极地以及沙漠等特殊环境)建立适合栽培植物的保障舱室,为相关人员提供蔬菜保障,保证食物充足,以及为驻守人员带来精神慰藉。
3.根据权利要求1所述的一种特殊环境下自治蔬菜保障舱,其特征是自然光定向分配模块(1)包括集光器(8)、一级分光器(9)、二级分光器(10)、光纤(11)、自然光集光罩(36)、自然光亮度调节器(37)。集光器(8)位于外壳顶部,采集自然光,通过光纤(11)、一级分光器(9)和二级分光器(10)分配到植物栽培模块中的各个栽培架及其每一层,到达把室外自然光引入室内栽培叶菜类蔬菜的目的。所述光纤(11)也是由多根光导纤维组成的光缆,其两端分别连接着集光器(8)和自然光集光罩(36)达到让光聚集目的,通过自然光亮度调节器(37)及其上光度调节旋钮(38)可控导入光照强度,获得叶菜类蔬菜冠部适宜的光照强度,确保其正常生长;圆台形自然光集光罩(36)表面涂有反光层。
4.根据权利要求1所述的一种特殊环境下自治蔬菜保障舱,其特征是冷凝水回收模块(41)包括冷凝水回收管道(17)、冷凝水回收阀门(22)、冷凝水箱(16),收集植物蒸腾作用产生的冷凝水通过连有冷凝水回收阀门(22)的冷凝水回收管道(17),导入冷凝水箱(16)。
5.根据权利要求1所述的一种特殊环境下自治蔬菜保障舱,其特征是原位冷源利用模块(39)包括温度传感器(21)、冷媒收集塔(20)、冷媒流入管(13)、电磁阀Ⅲ(33)、冷媒流入管阀门(14)、热交换器(12)和冷媒热交换后流出管(15),当温度传感器(21)检测到保障舱内温度增高时,电磁阀Ⅲ(33)使得流入管阀门(14)打开,冷媒从冷媒收集塔(20)经冷媒流入管(13)流入舱内,经过热交换器(12)后由冷媒热交换后流出管(15)将热量带出舱外,完成温度调节。可根据不同极端环境地区的气候特点使用相应的原位冷源利用技术起到降温作用;如对于岛礁下开发利用海水的热交换降温技术,对于高寒环境(高原和极地)下开发室外冷空气热交换器技术,对于沙漠环境下开发利用地源热泵制冷技术等。
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