CN110150122A - 具有循环供养系统的无土栽培设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开具有循环供养系统的无土栽培设备，属于无土栽培技术领域，包括用于放置栽培盆的栽培槽，栽培槽上下两端分别通过进液管、出液管与液体槽进行循环输送营养液，液体槽上方的进液管上设有水泵和电磁阀，栽培槽上下两端的进液管和出液管上均设有电磁阀，电磁阀均通过连接线连接工控机，工控机外部连接太阳能板，本发明的设备可实现营养液潮汐式灌溉，能耗少，自动化程度高，营养液杂质含量少、浪费率低，灌溉效果优异，可提高植物生长速度和品质。

Description

具有循环供养系统的无土栽培设备

技术领域

本发明属于无土栽培技术领域，特别是涉及一种具有循环供养系统的无土栽培设备。

背景技术

随着耕地面积的减少和人口的增加，无土栽培越来越受到人们的欢迎，目前，无土栽培技术得到广泛应用，无土栽培技术为在一个箱体内装入水和农作物需要的营养液来种植蔬菜、花卉等植物，虽然实现无土栽培但是在栽培过程中营养的浪费会比较大容易增加栽培成本，栽培成本过高会很大程度的限制无土栽培技术的推广和应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可实现营养液潮汐式灌溉，能耗少，自动化程度高，营养液杂质含量少、浪费率低，灌溉效果优异，可提高植物生长速度和品质的具有循环供养系统的无土栽培设备。

为实现上述目的所采取的技术方案为：

具有循环供养系统的无土栽培设备，包括用于放置栽培盆的栽培槽，栽培槽上下两端分别通过进液管、出液管与液体槽进行循环输送营养液，液体槽上方的进液管上设有水泵和电磁阀，栽培槽上下两端的进液管和出液管上均设有电磁阀，电磁阀均通过连接线连接工控机，工控机外部连接太阳能板，利用工控机实现自动化控制各电磁阀的开关实现栽培槽内的营养液自动进液和出液，减少人工操作提高无土栽培的效率和产量，并利于降低无土栽培成本，易于进行大规模推广，并且在工控机外部连接有太阳能板，从长久使用来看，太阳能板可为无土栽培技术节约大量能耗，当光伏发电量不足时再以常规电源补充，有益于节约能源，降低污染。

优选的，无土栽培设备中的栽培槽不少于两个，且栽培槽之间通过连接管实现并联，通过连接管将多个栽培槽之间进行并联，可使营养液在栽培槽之间传输，当然为实现某个栽培槽单独供营养液可在连接管上设置电磁阀，通过并联的方式可大规模的进行无土栽培植物，实现产业化。

优选的，栽培槽槽底面分别连接有低位回液管和高位回液管，低位回液管管顶面与栽培槽槽底面平齐，高位回液管管顶面高于栽培槽槽底面3~6cm，且栽培槽下方的低位回液管和高位回液管相接并与出液管连接，连接处设有电磁阀，当工控机控制水泵抽取营养液，工控机开启进液管出水端的电磁阀，使营养液进入栽培槽内此时栽培槽下方的低位回液管上的电磁阀为关闭状态，出液管为开启状态，栽培槽内的营养液液位不断升高直至高位回液管顶部进行回液至出液管再流至液体槽，使栽培槽内的营养液液位高度保持在3~6cm内，避免营养液注入过多造成浪费及水泵等部件的运作时间，降低注入营养液的能耗，经过一定的时间后，栽培盆内的植物充分吸收营养液后工控机开启低位回液管处的电磁阀，将营养液全部经出液管全部排出栽培槽内实现潮汐供营养液、维持营养液液位高度、排出营养液，该方式可使作物充分吸收营养液但不会造成过多的浪费，还避免了滴灌或漫灌作物根茎顶部的缺点，促使作物根部吸收更多的营养液。

优选的，高位回液管顶端内部连接有加速器，加速器由安置在轴承内圈的风扇组成，风扇朝向向下，且扇叶背面竖直设有弧形阻板，阻板一端角切除，阻板表面开设有矩形流通孔，流通孔底面设有折弯状分流板，分流板表面均设分流孔，通过加速器内的风扇可使没过高位回液管顶部的营养液快速进入高位回液管内并且带动风扇转动，阻板可增大风扇受到的营养液驱动力，并且营养液在经过流通孔时，受到分流板分流和分流孔的干扰使进入高位回液管的营养液表层的水分子与营养液中含有的二氧化碳分子的偶极向量的取向产生变化，实现水分子的极性强于二氧化碳分子的极性，促使营养液中的二氧化碳气体基本释放到空气中，提高栽培盆周围空气中的二氧化碳含量，促进无土栽培作物的光合作用效果增强作物的品质，提高作物的生长速度。

优选的，栽培槽内上部设有与栽培盆侧壁间隙连接的防晒板，栽培槽侧壁设有水质测试笔，为避免营养液蒸发，在栽培槽内设置防晒板来有效避免营养液蒸发，并且可收集蒸发水分子和气体使其集中从栽培盆与防晒板间隙处排出，保证栽培盆四周空气中的水分子含量和气体浓度较高，促进栽培作物的快速生长，还可定期观测水质测试笔来直观了解营养液的水质变化，预防水质变化影响无土栽培的作物经济收益。

优选的，液体槽上方连接有消毒器，消毒器底部分别设有位于液体槽内的消毒吸液管和位于液体槽上方的消毒出液管，消毒吸液管上连接有水泵用于吸取液体槽内的营养液，再利用重力使消毒后的营养液经消毒出液管流出消毒器内部。

优选的，消毒吸液管上部位于消毒器内部且顶面与消毒器底面间距为15-20cm，消毒出液管管口与消毒器内部底面平齐，消毒器底部设有用于吸附杂质的吸附板，顶部设有用于消毒的紫外线消毒灯，消毒器侧面连接有密封门，当营养液输送至消毒器内后紫外线消毒灯对营养液快速消毒并且营养液流至消毒器底部时经吸附板对大颗粒杂质吸附，去除栽培盆生长过程中回流到液体槽中营养液中的大颗粒杂质，避免营养作用受杂质影响，减少营养液更换次数，节约无土栽培营养液的消耗，降低无土栽培成本。

优选的，液体槽内的营养液液面上方设有挡板，挡板中部中空，均设分隔板并且分隔板两侧面间隔交错设有倾斜的阻气板，阻气板朝向向下阻气板与分隔板的夹角α范围在30°~50°，阻气板端部与分隔板的垂直距离L的长度为两分隔板间距半径的1.1-1.3倍，通过挡板内的阻气板，液体槽在平时放置过程中会出现蒸发气体，采用上述结构的阻气板对自然蒸发的营养液的水分子和产生的气体可产生阻挡使其停留在阻气板与分隔板之间形成的空间内，并且当水分子积聚到一定量后水分子凝聚回到液体槽内，当营养液从出液管回流至液体槽内时，阻气板可增大营养液在其表面的停留时间使停留在阻气板与分隔板之间形成的空间内的水分子与气体与回流的营养液进一步接触重新融入营养液内，并且营养液在阻气板表面的停留时间得到延长后原空气中的氧气和二氧化碳气体充分与营养液接触，增加营养液中的二氧化碳含量，在营养液落到阻气板表面时产生的冲击力还可促使营养液中的二氧化碳形成碳酸，使营养液在注入栽培槽时经加速器作用充分释放营养液中的二氧化碳气体。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：1）实现了潮汐供营养液、维持营养液液位高度、排出营养液，该方式可使作物充分吸收营养液但不会造成过多的浪费，避免了滴灌或漫灌作物根茎顶部的缺点，促使作物根部吸收更多的营养液；2）利用工控机实现自动化控制减少人工操作提高无土栽培的效率和产量，利于降低无土栽培成本，易于进行大规模推广，配合太阳能板供电可为无土栽培技术节约大量能耗，当光伏发电量不足时再以常规电源补充，有益于节约能源，降低污染；3）通过消毒器对营养液中的大颗粒杂质去除并对营养液消毒，减少营养液更换次数，节约无土栽培营养液的消耗，降低无土栽培成本；4）可提高栽培盆周围空气中的二氧化碳含量，促进无土栽培作物的光合作用效果增强作物的品质，提高作物的生长速度。

附图说明

图1为本发明具有循环供养系统的无土栽培设备的示意图；

图2为栽培槽内部示意图；

图3为加速器示意图；

图4为阻板示意图；

图5为挡板剖视图；

图6为消毒器剖视图。

附图标记说明：1.栽培槽；101.防晒板；102.栽培盆；2.太阳能板；3.工控机；4.消毒器；4a.消毒吸液管；4b.消毒出液管；4c.吸附板；4d.密封门；4e.紫外线消毒灯；5.水泵；6.液体槽；601.挡板；601a.阻气板；601b.分隔板；7.进液管；8.出液管；801.低位回液管；802.高位回液管；803.加速器；803a.轴承；803b.风扇；9.电磁阀；10营养液；11.水质测试笔；12.阻板；12a.流通孔；12b.分流板；12c.分流孔。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明作进一步详细描述：

实施例1：

如图1、2、3所示的具有循环供养系统的无土栽培设备，包括用于放置栽培盆102的栽培槽1，栽培槽1上下两端分别通过进液管7、出液管8与液体槽6进行循环输送营养液10，液体槽6上方的进液管7上设有水泵5和电磁阀9，栽培槽1上下两端的进液管7和出液管8上均设有电磁阀9，电磁阀9均通过连接线连接工控机3，工控机3外部连接太阳能板2，利用工控机3实现自动化控制各电磁阀9的开关实现栽培槽1内的营养液10自动进液和出液，减少人工操作提高无土栽培的效率和产量，并利于降低无土栽培成本，易于进行大规模推广，并且在工控机3外部连接有太阳能板2，从长久使用来看，太阳能板2可为无土栽培技术节约大量能耗，当光伏发电量不足时再以常规电源补充，有益于节约能源，降低污染。

无土栽培设备中的栽培槽1不少于两个，且栽培槽1之间通过连接管实现并联，通过连接管将多个栽培槽1之间进行并联，可使营养液10在栽培槽1之间传输，当然为实现某个栽培槽1单独供营养液10可在连接管上设置电磁阀9，通过并联的方式可大规模的进行无土栽培植物，实现产业化。

栽培槽1槽底面分别连接有低位回液管801和高位回液管802，低位回液管801管顶面与栽培槽1槽底面平齐，高位回液管802管顶面高于栽培槽1槽底面3~6cm，优选6cm，且栽培槽1下方的低位回液管801和高位回液管802相接并与出液管8连接，连接处设有电磁阀9，当工控机3控制水泵5抽取营养液10，工控机3开启进液管7出水端的电磁阀9，使营养液10进入栽培槽1内此时栽培槽1下方的低位回液管801上的电磁阀9为关闭状态，出液管8为开启状态，栽培槽1内的营养液10液位不断升高直至高位回液管802顶部进行回液至出液管8再流至液体槽6，使栽培槽1内的营养液10液位高度保持在6cm，避免营养液10注入过多造成浪费及水泵5等部件的运作时间，降低注入营养液10的能耗，经过一定的时间后，栽培盆102内的植物充分吸收营养液10后工控机3开启低位回液管801处的电磁阀9，将营养液10全部经出液管8全部排出栽培槽1内实现潮汐供营养液10、维持营养液10液位高度、排出营养液10，该方式可使作物充分吸收营养液10但不会造成过多的浪费，还避免了滴灌或漫灌作物根茎顶部的缺点，促使作物根部吸收更多的营养液10。

栽培槽1内上部设有与栽培盆侧壁102间隙连接的防晒板101，栽培槽1侧壁设有水质测试笔11，为避免营养液10蒸发，在栽培槽1内设置防晒板101来有效避免营养液10蒸发，并且可收集蒸发水分子和气体使其集中从栽培盆102与防晒板101间隙处排出，保证栽培盆102四周空气中的水分子含量和气体浓度较高，促进栽培作物的快速生长，还可定期观测水质测试笔11来直观了解营养液10的水质变化，预防水质变化影响无土栽培的作物经济收益。

实施例2：

如图3、4所示，本实施例在实施例1的基础上进一步优化为：高位回液管802顶端内部连接有加速器803，加速器803由安置在轴承803a内圈的风扇803b组成，风扇803b朝向向下，且扇叶背面竖直设有弧形阻板12，阻板12一端角切除，阻板12表面开设有矩形流通孔12a，流通孔12a底面设有折弯状分流板12b，分流板12b表面均设分流孔12c，通过加速器803内的风扇803b可使没过高位回液管802顶部的营养液10快速进入高位回液管802内并且带动风扇803b转动，阻板12可增大风扇803b受到的营养液10驱动力，并且营养液10在经过流通孔12a时，受到分流板12b分流和分流孔12c的干扰使进入高位回液管802的营养液10表层的水分子与营养液10中含有的二氧化碳分子的偶极向量的取向产生变化，实现水分子的极性强于二氧化碳分子的极性，促使营养液10中的二氧化碳气体基本释放到空气中，提高栽培盆102周围空气中的二氧化碳含量，促进无土栽培作物的光合作用效果增强作物的品质，提高作物的生长速度。

分流板12b采用碳纤维复合材料制备，该复合材料由以下成分及重量份组成：共聚聚丙烯14.5份、碳纤维24份、马来酸酐接枝聚丙烯6份、马来酸酐接枝三元乙丙橡胶7份、烟片胶6份、炭黑0.4份、稀土0.7份、明胶3份，马来酸酐接枝三元乙丙橡胶中含有0.3重量份的（R）-4-甲基亚环己基甲基铜和（S）-4-甲基亚环己基甲基铜，两者质量比为63:0.72，（R）-4-甲基亚环己基甲基铜和（S）-4-甲基亚环己基甲基铜的特殊配比可增加马来酸酐接枝聚丙烯和马来酸酐接枝三元乙丙橡胶的共容性能，使得共聚聚丙烯、碳纤维、烟片胶三元体系具有很好的协同作用，对复合材料的补强效果较明显，同时能使碳纤维有序垂直于复合材料表面，充分发挥碳纤维针状结构的优越性能，提高复合材料的耐冲击性能，且能降低加分流板12b的成型难度，该碳纤维复合材料中各成分的合理配比使得分流板12b兼具优良的强度、韧性以、冲击性、耐腐蚀性能和光老化性能，满足了力学性能要求、老化寿命要求和材料疲劳性能要求。

实施例3：

如图1、6所示，本实施例在实施例1的基础上进一步优化为：液体槽6上方连接有消毒器4，消毒器4底部分别设有位于液体槽6内的消毒吸液管4a和位于液体槽6上方的消毒出液管4b，消毒吸液管4a上连接有水泵5用于吸取液体槽6内的营养液10，再利用重力使消毒后的营养液10经消毒出液管4b流出消毒器4内部，消毒吸液管4a上设有的水泵5为工控机3控制。

消毒吸液管4a上部位于消毒器4内部且顶面与消毒器4底面间距优选为18cm，消毒出液管4b管口与消毒器4内部底面平齐，消毒器4底部设有用于吸附杂质的吸附板4c，顶部设有用于消毒的紫外线消毒灯4e且由工控机3控制，消毒器4侧面连接有密封门4d，当营养液10输送至消毒器4内后紫外线消毒灯4e对营养液10快速消毒并且营养液10流至消毒器4底部时经吸附板4c对大颗粒杂质吸附，去除栽培盆生长过程中回流到液体槽6中营养液中的大颗粒杂质，避免营养作用受杂质影响，减少营养液10更换次数，节约无土栽培营养液10的消耗，降低无土栽培成本。

实施例4：

如图1、5所示，本实施例在实施例1的基础上进一步优化为：液体槽6内的营养液10液面上方设有挡板601，挡板601中部中空，均设分隔板601b并且分隔板601b两侧面间隔交错设有倾斜的阻气板601a，阻气板601a朝向向下阻气板601a与分隔板601b的夹角α范围在30°~50°，优选为38°，阻气板601a端部与分隔板601b的垂直距离L的长度为两分隔板601b间距半径的1.1-1.3倍，通过挡板601内的阻气板601a，液体槽6在平时放置过程中会出现蒸发气体，采用上述结构的阻气板601a对自然蒸发的营养液10的水分子和产生的气体可产生阻挡使其停留在阻气板601a与分隔板601b之间形成的空间内，并且当水分子积聚到一定量后水分子凝聚回到液体槽6内，当营养液10从出液管8回流至液体槽6内时，阻气板601a可增大营养液10在其表面的停留时间使停留在阻气板601a与分隔板601b之间形成的空间内的水分子与气体与回流的营养液10进一步接触重新融入营养液10内，并且营养液10在阻气板601a表面的停留时间得到延长后原空气中的氧气和二氧化碳气体充分与营养液10接触，增加营养液10中的二氧化碳含量，在营养液10落到阻气板601a表面时产生的冲击力还可促使营养液10中的二氧化碳形成碳酸，使营养液10在注入栽培槽1时经加速器803作用充分释放营养液10中的二氧化碳气体。

实施例5：

本发明的具有循环供养系统的无土栽培设备实际使用时，例如进行生菜无土栽培，在液体槽6内放置配置好的生菜栽培用的营养液10，在放置液体槽6之前对营养液10经线检测、调整使其EC、pH值达到预定要求，然后在工控机3内进行设置，例如每天9点（具体时间根据栽培植物而定）开启水泵5抽取液体槽6内的营养液10通过进液管7进入栽培槽1内，栽培槽1下方的低位回液管801上的电磁阀9为关闭状态，出液管8为开启状态，栽培槽1内的营养液10液位不断升高直至高位回液管802顶部进行回液至出液管8再流至液体槽6，使栽培槽1内的营养液10液位高度保持在3~6cm内，避免营养液10注入过多造成浪费及水泵5等部件的运作时间，降低注入营养液10的能耗，经过25min后，栽培盆102内的植物充分吸收营养液10，工控机3开启低位回液管801处的电磁阀9，将营养液10全部经出液管8全部排出栽培槽1，当营养液10回流到液体槽6后工控机3控制消毒吸液管4a上的水泵5启动并开启紫外线消毒灯4e对营养液10进行消毒处理，营养液10消毒完成后进行下一次灌溉过程，即重复上述步骤，生菜的具体灌溉时间及每次灌溉时间的长短根据栽培生菜的季节、气候而定，本发明的装置经测试与现有无土栽培装置相比产生了意想不到的减少营养液10蒸发的效果。

对比试验：

以无土栽培番茄为例，于春季种植番茄；

番茄苗期，每天早上进行1次灌溉，每次15分钟，开花期和结果期每天早晚各一次灌溉，每次20分钟。

实验组：采用本发明的具有循环供养系统的无土栽培设备对番茄进行栽培，栽培具体操作如实施例5所示。

对照组：采用常规无土栽培方式进行栽培番茄。

栽培过程中实验组和对照组所使用的营养液10一致，且栽培条件一致，例如温度、场地等。

经试验结果表明，采用本发明的具有循环供养系统的无土栽培设备所栽培的番茄较常规无土栽培的番茄而言开花期提前3天左右，结果期提前了5天左右，产量提高了约23%，且实验组栽培所得到的番茄个头大，颜色鲜红，酸甜适口，肉肥厚，心室小。

上述实施例的常规操作或常规技术为本领域技术人员所熟知，例如工控机3与电磁阀9的线路连接及控制程序为现有公知技术，本领域技术人员也应知晓，故在此不进行赘述。

以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.具有循环供养系统的无土栽培设备，包括用于放置栽培盆（102）的栽培槽（1），栽培槽（1）上下两端分别通过进液管（7）、出液管（8）与液体槽（6）进行循环输送营养液（10），其特征在于：所述液体槽（6）上方的进液管（7）上设有水泵（5）和电磁阀（9），所述栽培槽（1）上下两端的进液管（7）和出液管（8）上均设有电磁阀（9），所述电磁阀（9）均通过连接线连接工控机（3），工控机（3）外部连接太阳能板（2）。

2.根据权利要求1所述的具有循环供养系统的无土栽培设备，其特征在于：所述无土栽培设备中的栽培槽（1）不少于两个，且栽培槽（1）之间通过连接管实现并联。

3.根据权利要求1所述的具有循环供养系统的无土栽培设备，其特征在于：所述栽培槽（1）槽底面分别连接有低位回液管（801）和高位回液管（802），低位回液管（801）管顶面与栽培槽（1）槽底面平齐，高位回液管（802）管顶面高于栽培槽（1）槽底面3~6cm，且栽培槽（1）下方的低位回液管（801）和高位回液管（802）相接并与出液管（8）连接，连接处设有电磁阀（9）。

4.根据权利要求3所述的具有循环供养系统的无土栽培设备，其特征在于：所述高位回液管（802）顶端内部连接有加速器（803），加速器（803）由安置在轴承（803a）内圈的风扇（803b）组成，风扇（803b）朝向向下，且扇叶背面竖直设有弧形阻板（12），阻板（12）一端角切除，阻板（12）表面开设有矩形流通孔（12a），流通孔（12a）底面设有折弯状分流板（12b），分流板（12b）表面均设分流孔（12c）。

5.根据权利要求1所述的具有循环供养系统的无土栽培设备，其特征在于：所述栽培槽（1）内上部设有与栽培盆侧壁（102）间隙连接的防晒板（101），栽培槽（1）侧壁设有水质测试笔（11）。

6.根据权利要求1所述的具有循环供养系统的无土栽培设备，其特征在于：所述液体槽（6）上方连接有消毒器（4），消毒器（4）底部分别设有位于液体槽（6）内的消毒吸液管（4a）和位于液体槽（6）上方的消毒出液管（4b）。

7.根据权利要求6所述的具有循环供养系统的无土栽培设备，其特征在于：所述消毒吸液管（4a）上部位于消毒器（4）内部且顶面与消毒器（4）底面间距为15-20cm，消毒出液管（4b）管口与消毒器（4）内部底面平齐，消毒器（4）底部设有用于吸附杂质的吸附板（4c），顶部设有用于消毒的紫外线消毒灯（4e），消毒器（4）侧面连接有密封门（4d）。

8.根据权利要求1所述的具有循环供养系统的无土栽培设备，其特征在于：所述液体槽（6）内的营养液（10）液面上方设有挡板（601），所述挡板（601）中部中空，均设分隔板（601b）并且分隔板（601b）两侧面间隔交错设有倾斜的阻气板（601a），阻气板（601a）朝向向下，阻气板（601a）与分隔板（601b）的夹角α范围在30°~50°，阻气板（601a）端部与分隔板（601b）的垂直距离L的长度为两分隔板（601b）间距半径的1.1-1.3倍。