CN111194689A - 一种垂直农业用滚塑装置和系统 - Google Patents

Abstract

提供一种栽种系统，其包括滚塑底盘，所述滚塑底盘限定了:(i)“内部”，使/可以使植物定位在其中；以及(ii)外部，其至少部分地限定围绕所述内部的周边。底盘通常包括堆叠元件，其使得一个底盘能够与另一个相堆叠。所公开的栽种系统通常还包括：(i)用于将液体输送到底盘中的构件；(ii)用于将液体从底盘排出的构件；以及(iii)用于支撑植物的构件，其有利于植物在底盘内生长。

Description

一种垂直农业用滚塑装置和系统

技术领域

本发明涉及一种用于垂直农业应用的滚塑装置和系统。

背景技术

室内农业的栽种环境起到多种功能，包括支撑植物、允许养分输送、形成害虫的屏障。并且，室内农业的栽种环境不应阻挡光线照射到植物上。室内农业的栽种环境通常还设有排放路径，用于排出供给植物的、超出植物能够立即使用的量的可控液体流。

垂直农业环境，或者栽种系统，还要求这些系统提供物理支撑，以允许构建多个植物层。该多个层通常还需要使用人工照明，并且栽种系统需要支持人工光源和给光源通电的电力馈电。

对于小规模经营，或者对于单层构造而言，工业上通常使用PVC管和铝沟槽来制造底盘，所述底盘限定任何特定栽种系统的大部分构造。这些构造被设计成用于使营养液沿管道/沟槽流动。植物由管壁或由辅助培养基(通常为聚苯乙烯泡沫或塑料)支撑，使得根系悬在管道/沟槽的本体之中并吸取养分。这种类型的构造需要钻许多孔并安装许多管道/沟槽。施工过程非常费力，可将安装贴切地称为一门艺术。这些类型的系统不是组装的，而是就地精制而成。

对于大规模经营而言，典型的构造可能涉及建造大的池子，其通过补充营养液而定期更新。在这种情况下，池子的周边(通常为水泥)为营养液提供结构支撑，然后聚苯乙烯泡沫“筏”漂浮在水面上，允许植物将根系通过聚苯乙烯泡沫中的孔伸入营养液中。

这些方法都不能有效地形成规模以用于大规模垂直农业中。垂直农业需要许多植物生长层/层次以及结构来保持垂直间隔的植物。小规模经营可能是可行的，但是需要大量的人力来组装传统组件，这是因为尤其是用于植物的每个开口通常都必须单独地精制。

需要一种大量生产的装置/系统，其行使作为一个整体的垂直农场栽种系统所需的许多功能。理想的装置/系统应是成本低、重量轻、组装简单；适合于在现场构建；便于清洗；便于运输至其易于组装的垂直农场施工现场。本发明实现了这些目的以及其他目的。

发明内容

根据本发明实施例，提供一种栽种系统，其包括滚塑底盘，所述滚塑底盘限定了:(i)内部，使/可以使植物定位在其中；以及(ii)外部，其至少部分地限定围绕所述内部的周边。底盘通常包括堆叠元件，其使得一个底盘能够与另一个相堆叠。所公开的栽种系统通常还包括：(i)用于将液体输送到底盘中的构件；(ii)用于将液体从底盘中排出的构件；以及(iii)植物支撑构件，该构件有利于植物在底盘内生长。

所公开的栽种系统可进一步包括用于在植物平面下方的底盘内盛装液体的构件，该构件任选地围绕滚塑底盘的整个周边延伸，使得在正常操作中，液体只有通过液体排放构件才能排出底盘。正常操作通常包括滚塑底盘中水的体积小于由滚塑底盘和植物生长的平面所界定的体积时的所有操作。

滚塑底盘可以有利地采用双壁设计。所述双壁设计可以完全包围至少一个基本与环境密封隔绝的空腔。

所述用于将液体输送到底盘中的构件可包括由滚塑底盘的外表面限定的中空空间。用于将液体排入底盘中的构件可包括由滚塑底盘的外表面限定的中空空间。滚塑底盘的壁厚可以在0.1"以上。

所述植物支撑构件可以采用一个或多个成型在底盘中的凸缘的形式。在其他实施例中，植物支撑构件可以采用成型在底盘中的台阶的形式。在又一些实施例中，植物支撑构件可以采用成型在底盘中的突起的形式。更进一步地，植物支撑构件还可以采用多个成型在底盘中的元件的形式。在实施例中，植物支撑构件包括至少一个附接到底盘上的元件。所述至少一个元件可通过粘合剂附接。作为选择地(或附加地)，所述至少一个元件可通过滑入底盘上的凹槽或通道中来附接。该附接的元件的摩擦系数可以比底盘的低。所述至少一个元件也可通过机械紧固件来附接。在又一些实施例中，植物支撑构件可以将植物定位在底盘的内部部分中，其中植物可以至少部分地在底盘的内部中生长。

所述堆叠元件可由一个底盘上的公突起和配对底盘上的母凹坑组成。堆叠元件也可由从一个底盘突出的销钉和配对底盘上的凹孔组成。在实施例中，堆叠元件沿底盘的一个边缘延伸达大约该边缘的50％。堆叠元件可包括至少一个功能部件，其通过去除底盘的材料而形成。所述至少一个功能部件可通过去除底盘的材料以限定孔而形成，配对底盘的销钉的构造和尺寸适合于穿过该孔。

所述堆叠元件可由钩、网(维可牢尼龙搭扣，Velcro)元件组成。堆叠元件可进一步包括机械紧固件，用于将两个底盘固定在一起。

所述用于将液体输送到底盘中的构件可由空心区组成，该空心区由底盘的外壁形成。该空心区可由从底盘的外部延伸到底盘的内部中的孔组成。该液体输送构件可包括管道元件。管道元件可就地旋焊到底盘中。管道元件可包括适用于输送液体的管道。管道元件也可以包括连接到液体输送系统的构件。管道元件还可以包括用于调整液体输送构件的输出的构件。所述调整可设计成用于从输送构件产生基本层流。所述调整也可设计成用于从输送构件产生湍流。所述调整还可设计成用于从输送构件产生喷雾。所述喷雾可以非常的细小，从而称为雾化。

管道元件可包括法兰，所述法兰旋焊到由底盘的外壁形成的空心区中。管道元件可进一步包括附接至法兰的附加管道部件。

液体输送构件可由以下部分组成:(i)空心区，其由底盘的外壁形成；(ii)一段管道，其贯穿所述空心区；(iii)管道配件，其连接至所述管道的输入端；以及(iv)喷嘴，其连接至所述管道的输出端。所述管道可充填所述空心区的横截面积的一半以上。所述管道可适当地粘结在所述空心区中。可在所述管道周围对所述空心区进行密封以防止水/营养液流经空心区，该空心区处于由所述管道的外部和所述空心区的内部限定的区域中。

液体输送构件可由以下部分组成:(i)空心区，其由底盘的外壁形成；(ii)法兰，其旋焊到所述空心区中；(iii)一段管道，其贯穿所述空心区并机械地附接到所述法兰上；(iv)管道配件，其连接至所述管道的输入端；以及(v)喷嘴，其连接至所述管道的输出端。

液体输送构件可由以下部分组成：(i)空心区，其由底盘的外壁形成；(ii)法兰，其旋焊到所述空心区中；(iii)一段管道，其贯穿所述空心区并机械地附接到所述法兰上；(iv)管道配件，其连接至所述法兰的输入端；以及(v)喷嘴，其连接至所述管道的输出端。

所述用于将液体从底盘中排出的构件可由空心区组成，该空心区由底盘的外壁形成。该空心区可由从底盘的外部延伸到底盘的内部中的孔组成。该液体排放构件可包括管道元件。管道元件可就地旋焊到底盘中。管道元件可包括适用于输送液体的管道。管道元件也可以包括连接到液体排放系统的构件。在实施例中，管道元件包括法兰，其旋焊到由底盘的外壁形成的空心区中。管道元件可进一步包括附接至所述法兰的附加管道部件。

该液体输送构件由以下部分组成：(i)空心区，其由底盘的外壁形成；(ii)一段管道，其贯穿所述空心区；以及(iii)管道配件，其连接至所述管道的输出端。

所公开的栽种系统可进一步包括用于防止大物体进入管道内的筛选构件。可以设置捕集器以防止气体在上游流入管道内。

所公开的栽种系统可进一步包括电光源支撑构件。电光源支撑构件可由至少一个凸缘组成，该凸缘成形为与电光源的至少一个表面配合。电光源支撑构件可由位于垂直农业用滚塑盆内的至少一个凹坑组成，该凹坑成形为与机械连接器配合。机械连接器可成型在电光源之中。机械连接器可贯穿电光源中的孔或狭槽。机械连接器可以采用螺丝、有倒钩的配件或膨胀配件的形式。

所述电光源支撑构件可由空心区组成，该空心区的尺寸设置成至能够至少配合181度的电光源，并定位成将电光源附接到底盘上。所述电光源支撑构件可进一步由光源的电气连接组成。

所公开的栽种系统可包括所述底盘的至少一个表面，其成形为将光能反射到至少一个电光源的目标植物上，其中，由于所述表面的存在，增加了从所述至少一个电光源传递到该至少一个电光源的目标植物上的光能的量。所述至少一个表面可以是基本平坦的或基本弯曲的。所述至少一个表面可呈现超过30％的反射率。所述至少一个表面可具有不同于所述底盘的其余部分的颜色。所述至少一个表面可通过刷油漆来实现不同的颜色。

所述至少一个表面可进一步包括：(i)基本平坦的表面，其基本上与所述电光源的轴线平行；(ii)该基本平坦的表面基本上沿所述电光源的整个长度延伸；(iii)所述基本平坦的表面在光源尺寸的1x至5x之间，所述光源尺寸是沿垂直于电光源的与所述基本平坦的表面平行的轴线的轴线测得的；以及(iv)所述基本平坦的表面具有大于30％的光反射率。光的反射率可以在所有白光之上，也可以针对400-500nm波长，或600-700nm波长。

所述底盘可包括至少一个加固功能部件，例如孔或挂架。所述至少一个加固功能部件也可用作排液管。所述至少一个加强部件还可用作堆叠元件，用于将一个底盘定位或紧固到另一个底盘上。

所述栽种系统可包括多个孔。所述多个孔可以位于底盘中，它们都向共用收集构件中排放。所述收集构件可包含沟槽。所述栽种系统可包括两组这样的孔。这两组孔可限定两条平行管路，各管路都向它们各自的共用收集构件中排放。共用收集构件可延伸以收集从多个底盘中排出的液体。

所述栽种系统可进一步包括结构元件，其允许底盘用叉车或托盘搬运车搬运。所述结构元件可包括至少一对空腔，所述空腔的尺寸和形状适于与叉车叉或托盘搬运车叉配合。底盘有利地设计成在运输期间允许紧密包装。紧密包装可以称为嵌套，其中，一个底盘至少部分地位于下一个底盘内。底盘紧密包装可通过以不同于操作期间使用的方向堆叠底盘来实现。

本文所公开的液体输送构件和液体排放构件可共用至少一个元件。所述至少一个共用元件可以是液体流动的空心区或管道。该至少一个共用元件可包括喷嘴活瓣，在排液期间液体从该喷嘴活瓣上方流过，在液体输送期间液体从其中流过。来自输送泵的压力可使所述共用元件的部件机械地重新调整，从而实现不同的功能。

所述至少一个元件可进一步包括：(i)空心区或管道；(ii)铰接的喷嘴活瓣，其容纳在所述空心区或管道内；(iii)用于所述喷嘴活瓣抵靠的表面；以及(iv)所述喷嘴活瓣的至少一部分，其为允许液体流过该喷嘴活瓣的孔口。所述栽种系统可进一步包括设置在所述铰接的喷嘴活瓣和所述表面之间的柔性垫圈。所述喷嘴活瓣的为孔口的那部分可有利地延伸到该喷嘴活瓣的支座平面之外(例如，在上方)。所述延伸到所述支座平面之外可为至少5mm。所述喷嘴活瓣的为孔口的至少一部分可形成多个孔口。所述孔口的尺寸可设置为将从其中压出的液体雾化。

所述滚塑底盘可为单壁设计。

可在同一模腔中成型两个底盘，然后将它们彼此分割开。栽种托盘可在相同的模腔中成型，并可与底盘分割开。所述栽种托盘可成型有多个凹坑。可按照结合具有多个开口的栽种托盘而得到的标高对所述多个凹坑进行切除。所述多个开口数量可超过30个。当投影到种子所处的平面上时，所述开口的面积可达2到20平方英寸。

所述用于将液体从所述底盘排出的构件可包括开在底盘中的孔，其允许液体流入位于双壁底盘内的至少一个空腔中。

所述栽种系统可以整体或部分地由PET、聚乙烯(PE)、高密度PE(HDPE)和/或聚丙烯(PP)制成。

所公开的栽种系统可有利地制造成使得一人便可举起底盘的重量。底盘的重量可以低于50lbs。在可选的实施方式中，底盘的重量使得两人便可将其拿起。在这些可选实施例中，底盘的重量低于100lbs。

从至少一个底盘中排出的液体可被引导至较低高度处的底盘中。

所公开的栽种系统可进一步包括至少一个栽种托盘，在所述栽种托盘中，植物在培养基上生长。栽种托盘能够有利地从底盘中的至少一个开口中滑出，而不引起栽种托盘与水平面超过5度的倾斜。所述至少一个开口的高度通常足以使得具有成熟高度的植物能够脱离底盘而不接触底盘。多个栽种托盘通常能够同时装配在底盘内。通常，栽种托盘中至少有一个托盘是不可能直接从该底盘中移除而不触动另一栽种托盘的植物和根系或不触动该底盘。底盘中的单个位置可具有足够的尺寸，以便在移除栽种托盘时避免具有成熟高度的植物的叶子接触到底盘。成熟植物高度可为至少4”的量级。

所述多个栽种托盘可为三个托盘。当从卸载的方向看时，底盘中的用于有效移除托盘的单个位置可以基本上位于该底盘的中心。通过首先移除中心的托盘，然后移除侧边上的一个，再移除另一个，从而可将这三个托盘卸载。

根据本发明，通常能够一次性提升多个堆叠的底盘并通过叉车搬运。优选地，能够一次性提升至少6个堆叠的底盘并通过叉车搬运。优选地，能够一次性提升一叠30"高的底盘并通过叉车搬运。

根据本发明，电光源可以位于由双壁滚塑底盘限定的空腔内。第二接合元件可以集成在堆叠的两个底盘之间，该接合元件可包括与底盘中的堆叠元件配合的机械元件。电光源支撑构件可位于接合元件内。电光源支撑构件可包括在一个接合元件上的凸缘和用于将螺丝附接到另一接合件上的平面。电光源支撑构件可包括在一个接合件上的凸缘和用于将有倒钩的连接器附接到另一接合件上的凹坑。

根据下面的详细描述，特别是当结合附图阅读时，所公开的栽种系统的其他特征、功能和有益效果将变得显而易见。

附图说明

为了帮助本领域技术人员制造和使用本发明的装置、系统和方法，参考以下附图，其中：

图1为根据本发明的垂直农业用滚塑盆的示意图；

图2为根据本发明的垂直农业用滚塑盆的示意图；

图3为根据本发明的垂直农业用滚塑盆的示意图；

图4为根据本发明的垂直农业用滚塑盆的示意图；

图5为根据本发明的垂直农业用滚塑盆的示意图；

图6为根据本发明的垂直农业用滚塑盆的示意图；

图7为根据本发明的垂直农业用滚塑盆的示意图；

图8为根据本发明的垂直农业用滚塑盆的示意图；

图9为根据本发明的喷嘴组件的示意图；

图10为根据本发明的喷嘴组件的示意图；

图11为根据本发明的垂直农业用滚塑盆的示意图；

图12为根据本发明的光源功能部件的示意图；

图13为根据本发明的垂直农业用滚塑盆的示意图；

图14为根据本发明的垂直农业用滚塑盆的示意图；

图15为根据本发明的垂直农业用滚塑盆模具的示意图；

图16为根据本发明的垂直农业用滚塑盆的示意图；

图17为根据本发明的垂直农业用滚塑盆组件的示意图；

图18为根据本发明的垂直农业用滚塑盆组件的示意图；

图19为根据本发明的垂直农业用滚塑盆组件的示意图；

图20为根据本发明的垂直农业用滚塑盆组件的示意图；

图21为根据本发明的垂直农业用滚塑盆组件的示意图；以及

图22为根据本发明的垂直农业用滚塑盆的示意图。

具体实施方式

根据本发明，提供一种垂直农业用滚塑盆以及相关的系统，其包含和/或满足了许多垂直农业中所需的功能，为简单、高效、有效的设计。

如在本文中所使用的，“滚塑成型”是一种制造塑料部件的方法，“滚塑的”是指整体或部分地使用滚塑成型技术制造的部件或组件。滚塑成型用于制造大的塑料部件，如儿童游戏屋、滑梯以及皮划艇。滚塑部件的双壁结构可提供强度和其他特征。

根据本发明，如图1所示，垂直组件10包括一个或多个垂直农业用滚塑盆12，其进一步包括一个或多个结构/结构功能部件，该结构/结构功能部件起到支撑将在其上生长的植物的作用。所公开的结构和/或结构功能部件可直接支撑植物，或者，这种结构/结构功能部件可起到支撑一个或多个支撑植物的辅助器件的作用。用于支撑植物的辅助器件可以采用栽种托盘的形式，该栽种托盘包含和/或支撑植物生长的培养基。栽种托盘支撑方式为凸缘14或其他结构功能部件，其成型在垂直农业用滚塑盆所在一侧或由垂直农业用滚塑盆支撑。在实施方式中，凸缘(或一系列凸缘)可形成为台阶或突起或一系列小凸缘。这些凸缘通常形成为支撑矩形栽种托盘的相对侧，还可以形成为支撑矩形单元/托盘的三个或四个侧面。例如，凸缘可形成或限定为支撑具有任意数量侧面的多边形栽种托盘的任意数量的侧面。

如上所述，凸缘可以由一个或多个分离元件构成，所述元件附接至垂直农业用滚塑盆12。相对于用于形成垂直农业用滚塑盆12的材料，所述分离元件可具有较低的摩擦系数，使得能够沿支撑构件容易地移动栽种托盘或其他植物支撑构件。

垂直农业用滚塑盆12通常包括一个或多个结构16，其盛装和/或运送营养液以输送给植物。在本发明实施例中，营养液的输送可有利地经由一个或多个侧壁来实现，所述侧壁限定适于盛装和运送所述流体的内部体积或区域。所述内部体积/区域可有利地一直延伸至植物支撑平面，从而有效地将营养液输送到所需位置处并防止液体从垂直农业用滚塑盆中溅出或喷出。

在本发明的实施例中，如图2所示，内部体积/区域18可以沿着垂直农业用滚塑盆结构的整个周边或沿其一部分限定在垂直农业用滚塑盆的侧壁20中。为了高效存储和输送，内部体积/区域18的尺寸和位置设置成有利于收集并在垂直农业用滚塑盆12内盛装液体。

所公开的垂直农业用滚塑盆12的一种构造是使侧壁20沿垂直农业用滚塑盆12的两侧面20盛装液体，如图3所示。这使得能够沿未盛装液体的方向将多个垂直农业用滚塑盆嵌套在一起，并使得流入一个垂直农业用滚塑盆的液体能够补充其附近的植物的营养。该构造即可以受益于待构建的整圈垂直农业用滚塑盆，又可以有益于在以线性方式构建/布置的多个垂直农业用滚塑盆的两端构建屏障。图3进一步示出了包括至少3个侧壁的垂直农业用滚塑盆12。

优选的构造为使由侧壁限定的内部体积/区域18在每个垂直农业用滚塑盆12内盛满液体，即通过上述内部体积/区域18完成全部液体运送。这种实施方式通常会沿垂直农业用滚塑盆12的整个周边，即沿根据本发明公开的垂直农业用滚塑盆12的矩形实施方式的全部四个侧面20在侧壁20内限定出运输流体的内部体积/区域18。

所公开的垂直农业用滚塑盆12有利地包括结构，其用于将营养液输送到由垂直农业用滚塑盆限定的内部体积/区域中，然后再从内部体积/区域18输送至例如支撑在栽种托盘上的植物/植物根系。在实施例中，内部体积/区域18的入口可包括成型在垂直农业用滚塑盆12中的中空空间/开口22，但还可以包括管件，该管件插在成型的中空空间之中，可以充填大部分的中空空间(见图1)。该管道配件可以包括用于附接到营养液输送源的配件。

附加的管道元件可以与本发明相关联，例如，内部管道，其整体或部分地定位在内部体积/区域18内，用于将营养液运送至期望位置。在这类实施方式中，内置管道可以更好地控制营养液流经垂直农业用滚塑盆12。在本发明其他实施例中，可设置一个或多个输出器件，其在营养液流出内部体积/区域18时调整和/或控制其流动，例如，从中形成湍流、层流乃至雾化流。该输出器件可以采用喷嘴的形式，所述喷嘴起到调整出射流以雾化营养液的作用。

雾化流为喷雾或薄雾从孔口射出的形式，并能够使液体微粒大致地雾化在空气中，这对于本领域技术人员来说是公知的。

如图4和图5所示，中空的内部体积/区域24成型在垂直农业用滚塑盆的侧壁20中。在这种实施方式中，双壁构造的垂直农业用滚塑盆的外壁限定了本发明的用于盛装和运送营养液的内部体积/区域。

所公开的垂直农业用滚塑盆12可包括便于排出营养液，即使营养液从垂直农业用滚塑盆中流出的结构和/或功能部件。在实施例中，出于这个目的，可将中空空间26成型在垂直农业用滚塑盆12中。该中空空间还可以包括管道配件，该管道配件由排液管施工中典型的管道元件组成。该排出功能可包括用于防止较大材料进入排放道的结构和/或功能部件、向下倾斜的管道、存水弯、和/或延伸成使外排营养液汇入较大液流之中的管道，所述较大液流包括从多个垂直农业用滚塑盆12排出的营养液。

所公开的垂直农业用滚塑盆12通常包括允许多个垂直农业用滚塑盆12彼此堆叠，以形成至少两个垂直农业用滚塑盆的垂直堆叠的功能部件。所公开的堆叠功能部件可以成型为使得垂直农业用滚塑盆彼此直接堆叠，或者可以成型为使得中间“结合件”元件能够安装在两个垂直农业用滚塑盆12之间。这些堆叠功能部件使得多个垂直农业用滚塑盆能够堆叠成单个竖直堆叠，例如，使20个垂直农业用滚塑盆定位在一个垂直堆叠中，因此，垂直农业用滚塑盆的材料和形状通常会设计成用于支撑远大于其自身重量的重量。

垂直农业用滚塑盆12通常包括用于保持电光源的功能部件。这些光源保持功能部件可以使得灯泡/灯具能够用紧固件直接固定到垂直农业用滚塑盆12上，或使得这些灯泡/灯具能够直接卡入到位。所述光源保持功能部件还可以包括有利于引导由电灯泡或电光源灯具产生的光能以增加到达植物的光能的量和/或特性的形状。

垂直农业用滚塑盆12通常包括加固元件，其成型在垂直农业用滚塑盆的主体之中。这些加固元件可以包括“挂架”或通孔。这些加固元件可以有利地限定塑料成型的区域垂直于一个平面，从而有助于其加固。这些挂架或孔的施工对于滚塑部件制造领域的技术人员来说是公知的。在垂直农业用滚塑盆12中，这些加固元件可以用于和/或起到多个目的的作用。例如，它们可以用作使植物将根系通过其伸入营养液中的孔。它们还可以用作使营养液通过其排出的排放口。它们也可以用作使营养液通过其输送到垂直农业用滚塑盆12中的中空空间。

参照图6和7，示意性地示出了多个形成在本发明的垂直农业用滚塑盆组件100中的孔102。特别参照图6，其中示出了拱形件104，其成型在垂直农业用滚塑盆100中以获得强度。在该实施例中，孔102也被用作排放口，图中所示为向沿多个垂直农业用滚塑盆的长度延伸的沟槽中排放。在图6中，示出了两列各自向两个沟槽106中的一个中排放的孔102。图7示出了多个孔102，其位于单个列中，如上文所述。沟槽106的位置与孔102极为贴近，使得孔102至少部分地向沟槽106中排放。此外，沟槽106可容纳多个垂直农业用滚塑盆100。

在优选实施例中，营养液输送和营养液排出可以共用物理元件。这可以包括单个管道元件，用于交替地使营养液流入和流出垂直农业用滚塑盆12、100。可以采用泵来迫使营养液通过管路元件向上流入垂直农业用滚塑盆12、100中。可以关掉泵，以便营养液能够利用重力从垂直农业用滚塑盆12、100中排出。或者，可采用泵以比重力更快的速率从垂直农业用滚塑盆12、100中抽出营养液。所述管道元件可以包括结合排放和流调整元件两者的功能部件。来自营养液输送泵的压力的存在与否能够使机械元件移动到不同的位置以在排放功能和流调整功能之间变换功能。

在本发明的实施例中，如图8所示，组件150包括至少两个相对彼此定位的垂直农业用滚塑盆152和至少一个光源154。光源154可以相对垂直农业用滚塑盆152的开口定位。该至少两个垂直农业用滚塑盆152可堆叠在相邻的垂直农业用滚塑盆152之上。垂直农业用滚塑盆152进一步包括止回阀200，其可至少部分地有助于垂直农业用滚塑盆200的排放。止回阀200可至少部分地旋转，以在一旦达到预定的压力阈值时能够释放液体。

在本发明的实施例中，如图9和10所示，垂直农业用滚塑盆12、100、152可包括至少一个止回阀(例如喷嘴组件)200，其进一步包括喷嘴部分202和喷嘴活瓣部分204。喷嘴部分202可与喷嘴活瓣部分204基本上平齐，或者可以在喷嘴活瓣部分的平面上方延伸一段距离，这使得即使在垂直农业用滚塑盆12、100、152集液时，喷嘴部分202也能够向空气中均匀地喷射。喷嘴部分可具有多个孔口206。

当向管道加压时，流体(箭头所示)将喷嘴活瓣204推入“关闭”位置，这使得流体对喷嘴活瓣204施压，并能够迫使流体通过喷嘴部分202的孔口(或多个孔口)。在实施方式中，流体通过喷嘴部分202雾化成喷雾。

如图10所示，在关闭泵的情况下，喷嘴活瓣204在其自身的重量或收集在上方的垂直农业用滚塑盆12、100、152中的流体的重量作用下枢转，这使得能够将水从垂直农业用滚塑盆12、100、152排入排水管路之中。

在实施例中，喷嘴活瓣204的尺寸设置成使得当一定压力的流体(例如，小于5psi)没有向喷嘴活瓣204的底部施加向上的力时，其在自身重量作用下总是向下枢转。

在一个实施例中，如图11所示，垂直农业用滚塑盆300还包括孔304，其可钻设在垂直农业用滚塑盆底盘300的一个壁302之中，以使得营养液能够排入滚塑盆底盘300的壁302之间的内部空间之中。这样通常会将营养液移至较暗的空间，这是因为垂直农业用滚塑盆的壁通常是不透明的，以保护营养液免受光的影响。与营养液相互作用的光能越少，在营养液中生长的藻类的生长速率越慢。

在优选实施例中，电光源为LED灯。用于保持LED灯的结构可包括凸缘、凹槽、孔和/或凹坑，LED灯中的机械元件可以倚靠或附接至其上。具体而言，如图12所示，LED保持结构400可包括与LED灯404的外周边的一部分相匹配的轮廓402。在这个实例中，LED灯可以延伸，使得当LED灯设置在垂直农业用滚塑盆中时，其完全由该垂直农业用滚塑盆支撑。

在优选实施例中，垂直农业用滚塑盆还包括机械元件406，其控制和/或引导来自LED灯的光能，从而使得与没有包含这些元件时相比，会有更多的光能到达该LED灯的目标植物。这些机械元件可以由具有足够高的反射率(通常超过30％)的平面或曲面构成，以便增加传到植物上的光能的总量。在一个实施例中，如图12所示，机械元件406使光(如虚线箭头所示)对准在优选方向上。

该反射率可调谐成对于特定波长有效。例如，反射率可通过使用蓝色油漆来实现，因此在400-500nm的蓝区具有较高的反射率，但在该区域外具有较低的反射率。对特定波长有效的反射率可使得传递的光能能够为植物带来附加的功能，并且使得它们能够以特定的方式在特定方向上生长。例如，蓝光可以增加植物的上胚轴长度，而且通过将更多的蓝光导向栽种区域的边缘来促使那里的植物具有更长的上胚轴以便能够更好地与垂直农业用滚塑盆内的其他植物竞争光能，从而使得该垂直农业用滚塑盆更有效。

LED灯安装机构400可以包括有倒钩或螺纹的元件，该元件配合在成型在垂直农业用滚塑盆的凹坑或螺纹插件之中。在一个实施例中，倒钩的形状成型在包括LED灯的远端的塑料“密封端帽”之中。该倒钩的形状可以配合至垂直农业用滚塑盆中的凹坑中，有效地将灯具附接到垂直农业用滚塑盆上。

所公开的垂直农业用滚塑盆的优选实施例包括膨胀连接器，其通过LED灯中的孔放置在垂直农业用滚塑盆中的凹坑或孔中。当膨胀连接器被接合时，通常通过拧紧螺丝使螺丝远端上的塑料或橡胶元件膨胀，这样膨胀元件便将LED灯固定到垂直农业用滚塑盆上。

在优选实施例中，垂直农业用滚塑盆12、100、152包括公销钉和母凹坑，以使得垂直农业用滚塑盆能够定位在彼此之上并且按设计方式支撑。这些销钉和凹坑可通过机械紧固件(例如螺栓)来加固，所述机械紧固件进一步将垂直农业用滚塑盆相互紧固。

在另一个实施例中，第二部件，也称为结合件，可位于两个垂直农业用滚塑盆12、100、152之间。这些接合件可具有销钉，其在两个方向上延伸以位于可拆卸地定位在一起的垂直农业用滚塑盆两者的凹坑中。这些销钉和凹坑可通过机械紧固件(例如螺栓)来加固，该机械紧固件进一步将垂直农业用滚塑盆相互紧固。通常优选使用接合件，这是因为其使得在模具以及在运输构件中，垂直农业用滚塑盆12、100、152的占用空间变得更小。通过不在垂直农业用滚塑盆12、100、152中设置销钉，使得垂直农业用滚塑盆12、100、152的高度降低了至少销钉的尺寸。

在另一个优选实施例中，如图13所示，组件500示出了多个垂直农业用滚塑盆12、100、152，使得定位在第二层次或较高高度上的那些垂直农业用滚塑盆12、100、152向下游垂直农业用滚塑盆12、100、152中朝下方排放。可以通过连接或未连接的方法502来完成排放，包括使用管道、软管、管子等，这使得能够进行可缩放的堆叠并对每个垂直农业用滚塑盆12、100、152采用相同的管道连接。垂直农业用滚塑盆的尺寸通常设置成使得足够的体积/营养液能够从上方的垂直农业用滚塑盆12、100、152(例如数量通常可达20个)流入其中。

在另一优选实施例中，如图14和15所示，植物由栽种托盘604支撑，栽种托盘604可以相对于垂直农业用滚塑盆602定位。栽种托盘604可以与垂直农业用滚塑盆602同时成形，这有助于确保栽种托盘604和垂直农业用滚塑盆602的尺寸相同、由相同的材料制成，并且会在所有的温度下继续配合。在某些实施方式中，可以使用单壁垂直农业用滚塑盆602，这通常比双壁的垂直农业用滚塑盆强度低，但会为大多数应用提供足够的强度。

栽种托盘604可包括具有一系列凹坑的大致平坦的表面。在制造过程中，这些凹坑的一部分(或凹坑的全部)可以在二次操作(例如冲压、激光切割或阿维锯切割)中移除。所得到的孔可以起到使植物的根系通过其伸入到盛有营养液的垂直农业用滚塑盆602的截面中。

如图15所示，一种构造单壁垂直农业用滚塑盆602和栽种托盘604的替代方式为构建一次各成型两个的模具。这与在同一模具中同时成型栽种托盘604和垂直农业用滚塑盆602相比，通常需要更大的垂直农业用滚塑盆602用模具，但其增加了能够成型比垂直农业用滚塑盆602多的栽种托盘604的特征，期望能够与操作中损坏或丢失栽种托盘604的情况保持一致。

在另一优选实施例中，如图16所示，组件700包括多个位于至少一个垂直农业用滚塑盆702内的栽种托盘704A-C。例如，若三个托盘704位于图16所示的方向上的垂直农业用滚塑盆702中，则托盘704A-C可以按1、2、3的顺序依次加载。图16示出了堆叠功能部件706(示出为在各个角落里的较大的机械结构)能够如何阻止托盘704A-C直接滑出垂直农业用滚塑盆702。使堆叠功能部件706沿该方向延伸是有益的，这是因为它有助于减小机器的总占地面积，而不会减小栽种面积。

堆叠功能部件706的尺寸通常需要足够大以支撑许多相互堆叠的垂直农业用滚塑盆702。虽然必须达到这种大的尺寸，但增大了垂直农业用滚塑盆702的总周长，会减少用于栽种的面积的百分比(％)，并降低采用垂直农业用滚塑盆702的农场的总体效能。就堆叠元件能够包括在沿栽种区域周边的小面积内而言，效能得到了优化。

当需要移除栽种托盘704A-C时，其上将会有叶片在平面上方生长，而根系在下方生长。防止根系接触叶片是有益的，这是因为根部可能含有某些物质，其会对叶片造成污染，从而引起健康风险，降低产品的适销性或需要增加成本的洗涤步骤。

出于这个原因，通常首先移除托盘704B，然后将托盘704C向左滑动(进入托盘704B空出的位置)，然后移除。同样，将托盘704A向右滑动，然后移除。该设计的结果是，堆叠部件706在卸载平面内可以非常大，这大大提高了强度，降低了整体占地面积。

在优选实施例中，如图17-21所示，垂直农业用滚塑盆12、100、152、702可包括连接器和堆叠功能部件，其使得能够用叉车一次搬运多个垂直农业用滚塑盆12、100、152、702。该实施例可由一个人站在地面上完成电气连接和管道连接，避免使用梯子、升降器或其他需要更多时间并增加人身安全风险的器件。

目前，地面上的人可以完成地面手伸范围内的全部垂直农业用滚塑盆12、100、152、702的连接(其可以一次多达3个垂直农业用滚塑盆)。然后，可以使用叉车来提升那些垂直农业用滚塑盆12、100、152、702，将其放置在下一组垂直农业用滚塑盆的顶部上，继续进行。

在图19-21中，外弧线802表示营养液供应管路，中弧线804表示营养液排放管路。与营养液供应/排放管路相邻的弯曲的内弧线806示出了LED光源的电连接。

应当指出的是，可以在不使用梯子或升降器的情况下构建垂直农业用滚塑盆12、100、152、702的堆叠。当为垂直农业用滚塑盆12、100、702加载植物，这时便可以使用升降器或梯子，以及在进行其他周期任务如清洁时也可使用。但是对于垂直农场的施工而言，通常不使用梯子或升降器。

在优选实施例中，LED位于垂直农业用滚塑盆12、100、152、702内，这要求垂直农业用滚塑盆具有大致透明的表面(通常超过50％的透过率)，以便LED的光能从其中透过。LED光源在成型过程中放置，供应电力的导体的路径通过连接器或其自身穿过垂直农业用滚塑盆或垂直农业用滚塑盆模具的壁。

在优选实施例中，垂直农业用滚塑盆12、100、152、702包括空腔，所述空腔的尺寸和位置的设置方式与典型托盘的尺寸和形状一致，这将使得典型叉车和托盘搬运车能够搬运垂直农业用滚塑盆12、100、152、702。

在优选实施例中，垂直农业用滚塑盆12、100、152、702能够以比在操作期间使用的堆叠尺寸更紧凑的方式来运输，这可以包括将一个滚塑盆倒立地堆叠在另一个上。其还可以包括嵌套垂直农业用滚塑盆，使得一个滚塑盆至少部分地位于另一个内。若使用接合件来连接两个垂直农业用滚塑盆，则这种嵌套技术特别有效。优选在不同于典型操作的方向上堆叠，例如，可将它们彼此倒立堆叠。

虽然术语平面用于描述植物生长的表面，但本领域技术人员应当意识到，它不是数学平面。随着生长，植物必然在其生长的介质内造成凹陷。为此，无论何时使用术语“平面”来描述植物生长的地方，其都可以替换为“大致平坦的”乃至“弯曲的”或波状外形的乃至大致锥形截面或大致球形截面。

在又一个实施例中，如图22所示，任何一个先前描述的垂直农业用滚塑盆12、100、152、702都可以进一步包括光源902，其位置与盛液盘904极为贴近。

虽然已经参考本发明的实施例对本发明进行了描述，但是本发明不受这些实施例的限制。相反，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以进行各种修改、增强和/或改进。

Claims (20)

1.一种栽种系统，其特征在于，包括：

滚塑底盘，所述滚塑底盘限定了:(i)内部，其构造和尺寸适合用于植物定位，以及(ii)外部，其至少部分地限定围绕所述内部的周边；

其中，所述滚塑底盘包括：(i)一个或多个支撑结构，所述支撑结构至少部分地定位在所述滚塑底盘的所述内部中，所述支撑结构便于在所述滚塑底盘的所述内部中支撑植物；(ii)一个或多个结构功能部件，其构造和尺寸适合用于接合与配对底盘相关联的配合结构功能部件，以便于对所述滚塑底盘和所述配对底盘进行堆叠；以及(iii)至少一个装盛元件，用于在所述滚塑底盘的所述内部中盛放液体。

2.根据权利要求1所述的栽种系统，其特征在于，进一步包括：(i)输送元件，用于将液体输送到所述滚塑底盘的所述内部；以及(ii)排放功能部件，其构造和尺寸适合用于使液体能够从所述滚塑底盘的所述内部排出。

3.根据权利要求2所述的栽种系统，其特征在于，所述装盛元件围绕所述滚塑底盘的周边延伸，使得，在正常操作中，除了通过所述排放元件之外，没有液体流出所述滚塑底盘。

4.根据权利要求3所述的栽种系统，其特征在于，所述正常操作包括在所述滚塑底盘的所述内部中的液体小于由所述滚塑底盘和支撑植物生长的平面所界定的体积时的操作。

5.根据权利要求1所述的栽种系统，其特征在于,所述滚塑底盘为双壁结构。

6.根据权利要求5所述的栽种系统，其特征在于,所述双壁结构封闭至少一个空腔，所述空腔与外部环境密封隔绝。

7.根据权利要求2所述的栽种系统，其特征在于,所述输送元件至少部分地由所述滚塑底盘的所述外部所限定的中空空间限定。

8.根据权利要求2所述的栽种系统，其特征在于,所述排放功能部件至少部分地由所述滚塑底盘的所述外部所限定的中空空间限定。

9.根据权利要求1所述的栽种系统，其特征在于，所述滚塑底盘限定了厚度至少为0.1英寸的壁。

10.根据权利要求1所述的栽种系统，其特征在于，所述一个或多个支撑结构包括成型在所述滚塑底盘中的凸缘。

11.根据权利要求1所述的栽种系统，其特征在于，所述一个或多个支撑结构为成型在所述滚塑底盘中的台阶。

12.根据权利要求1所述的栽种系统，其特征在于，所述一个或多个支撑结构包括成型在所述滚塑底盘中的突起。

13.根据权利要求1所述的栽种系统，其特征在于，所述一个或多个支撑结构包括多个成型在所述滚塑底盘中的支撑元件。

14.如权利要求1所述的栽种系统，其特征在于，所述一个或多个支撑结构包括至少一个支撑元件，所述支撑元件附接到所述滚塑底盘上。

15.根据权利要求14所述的栽种系统，其特征在于，所述至少一个支撑元件通过粘合剂附接到所述滚塑底盘上。

16.根据权利要求14所述的栽种系统，其特征在于，所述至少一个支撑元件通过滑入所述滚塑底盘上形成的凹槽或通道中而附接到所述滚塑底盘上。

17.根据权利要求14所述的栽种系统，其特征在于，所述至少一个支撑元件的特征在于摩擦系数小于所述滚塑底盘的摩擦系数。

18.根据权利要求14所述的栽种系统，其特征在于，所述至少一个支撑元件通过机械紧固件附接到所述滚塑底盘上。

19.如权利要求1所述的栽种系统，其特征在于，所述一个或多个结构功能部件包括在所述滚塑底盘上形成的公突起，所述公突起适于接合所述配对底盘上形成的配合的母凹坑。

20.根据权利要求1所述的栽种系统，其特征在于，所述一个或多个结构功能部件包括从所述滚塑底盘突出的销钉，所述销钉适于接合所述配合底盘上形成的配合的凹孔。

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