CN111565562A - 雾培设备 - Google Patents

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Letus Planting Co ltd
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Abstract

公开了雾培设备，该雾培设备包括具有基部和至少两个侧壁的生长床托盘(2)和用于雾化营养液的雾化器(20)，该生长床托盘能够将植物支承物保持在与生长床托盘的基部间隔开的位置处，该雾化器位于生长床托盘的基部处并包括超声换能器(29)和用于保持超声换能器的保持器。还公开了一种使用雾培设备的农作物生产方法，该方法使营养液流入生长床托盘的基部中以至少接触农作物的根部，或者在生长床托盘的基部处提供营养液并雾化营养液，使得雾化的营养液至少接触农作物的根部。

Description

雾培设备
技术领域
本发明涉及雾培(aeroponic)设备(气雾栽培设备)和使用这种雾培设备来使农作物和其它植物生长的方法。
背景技术
诸如水培或雾培的水栽培是在没有土壤的情况下使农作物生长的方法。特别地，雾培提供了农作物快速生长和高密度的益处。
雾培系统通过向悬浮在植物支承物下方的根部喷洒喷洒的、营养丰富的水溶液来为农作物供应水和养分。植物以及在上方延伸的其叶子和冠部由植物支承物支承。雾培系统允许空气接触农作物的冠层和根部，使得农作物利用大量的氧气、二氧化碳、水和养分生长。改进的根部通气性是雾培与水培相比的优点之一。
喷洒的营养液可以通过经由喷射机递送营养液的低压泵在低压系统中产生。通常认为低压系统仅适用于家用或示范性雾培设备，而不适合大型商业雾培系统。
JP H03 1523、CN-A-205727459和CN-A-205584993均公开了家用规模的雾培系统。
KR-A-20130074172公开了一种小规模多级系统，其具有浸入液体中的超声雾化器，并且借助于风扇将气溶胶(aerosol)递送至植物根部。
US-A-5,937,575公开了用于稳定超声波产生的营养雾(即羽状或团状气溶胶)的设备和方法。为了消除对进入空气的湿度和温度的敏感性，雾从生长腔室再循环到产生雾的贮存器中。腔室和贮存器通过形成雾循环回路的雾供应导管和雾返回导管连接。再循环消除了雾气密度对进入空气湿度的依赖性，并稳定了所用养分的量。
CN-A-106508655和CN-A-106577245公开了用于玉竹的雾培栽培方法，其中超声雾化器布置在悬挂在雾培栽培桶基部上方的空间中的设备的田间种植板下方。
US-A-5,136,804公开了一种具有导管装置的设备，该导管装置将产生的雾气引导至生长隔室，该雾气由雾产生器产生，该雾产生器包括用于接纳一定量水的容器以及位于容器内的超声换能器，当接纳在其中时，该超声换能器将浸入水中。
KR-A-2014 0088760公开了一种超声雾化培植系统，其中喷雾营养液可以由雾气导管从雾气产生系统均匀地供应，并且需要更少的超声振动模块。
其它公开还利用超声雾气或雾汽发生器和雾汽或水气供应导管来将雾汽供应到生长腔室，例如，C-A-101803561、CN-A-105594578、CN-A-2011393457、CN-A－204168859、CN-A－102845293、CN-A-202197639和CN-A-102870659。
CN-A-201557432公开了一种具有布置在种植区域上方的温室顶部处的超声波雾化器的喷洒喷嘴的雾培温室。
商业和高密度、高压雾培(HPA)栽培使用高压泵通过喷洒喷嘴递送营养液。高压雾培设施中的喷洒喷嘴通常提供较宽的喷射模式，并沿着加压的馈送管线以规则的间隔放置。根据HPA系统的操作压力，可以将营养液雾化成一定尺寸分布范围内的液滴。由于喷嘴质量的变化和馈送管线的压力下降，在设施级别上控制液滴尺寸非常困难。供应到植物根部的水和养分的量的控制通过喷洒的持续时间来控制。
由HPA系统产生的高速液滴会使精细的根部结构退化，并且产生的细胞碎片会堵塞HPA喷嘴。因此，根部必须与喷嘴充分隔开。根部(特别是在致密的根床中)对水滴的拦截可能使根床周边处的根部不被浇水，因此在HPA系统中，将喷嘴喷射弧设计为重叠，但这会导致成本增加、系统复杂性增加并增加加压馈送管线中的失效点。对相对较宽的喷射角度的需要还意味着HPA系统中的种植床必须相对较高，从而降低了可达到的床密度。
HPA喷嘴特别容易堵塞，这意味着HPA系统需要复杂的水处理和过滤，或者需要使用不含颗粒的淡水。这增加了HPA系统的成本和复杂性。此外，每个HPA喷嘴都倾向于布置成使其随着整个馈送管线(可能连接有大量喷嘴)打开或关闭。因此，通常不可能控制种植区域的特定部分。
因此，需要减少或消除已知系统问题的改进的雾培系统。
发明内容
本发明的目的是解决该需求。
因此，本发明在第一方面提供了雾培设备，该雾培设备包括具有基部和至少两个侧壁的托盘(即，生长床托盘)和用于雾化营养液的雾化器，该生长床托盘适于将植物支承物保持在与生长床托盘的基部间隔开的位置处(以形成根部空间)，该雾化器位于生长床托盘的基部处并包括超声换能器和用于将超声换能器固定就位的固定部分。
这是有利的，因为使用具有超声换能器的雾化器允许针对生长床托盘内的农作物的年龄、种类和健康状况控制液滴的大小和液滴的速度，并适应和/或控制液滴的大小、气溶胶(雾汽)的密度、或气溶胶(雾汽)的应用的持续时间。超声雾化器的使用还可以允许更浅的生长床，以提高雾培农场内垂直空间的使用的效率，从而提高单位面积的产量。
超声换能器可以位于生长床托盘的基部处。产生的雾汽可能会随着蠕动流(侧向和竖直)散布在溶液表面和植物支承物之间的空间中(即，在使用中作物根部在其中所悬挂的根部空间中)，允许生长床托盘的基部与HPA系统相比更靠近植物支承物。由于不是通过高压系统产生雾汽，因此可以大大减少或避免根部损坏和喷嘴堵塞，从而减少了设施停机时间。
在一个较佳实施例中，一个或多个超声换能器可安装在生长床托盘的基部下方(即，可以是下安装的)。该下安装的一个或多个超声换能器可以被保持在保持器中，使得超声换能器与生长床托盘的基部接触(并且较佳地被压紧抵靠)。通常，这种布置提供了在使用中在超声换能器和营养液之间存在例如塑料或金属材料的单层(通常是相对薄的单层)。较佳地，例如塑料或金属材料的单层提供了良好的声学传输特性。
下安装非常有利，特别是在具有多个超声换能器的商业设施中，因为它允许在不关闭生长床中所有超声换能器/部件的情况下改善对故障超声换能器和/或其它部件的接近和移除。此外，超声换能器的下安装固定部分有助于热消散。这样可以减少散发到根部空间的热量，这可能会对植物的根部生长产生负面影响。而且，下安装显著减少或消除了根部碎屑与超声换能器的相互作用，延长了超声换能器的寿命，并导致所需清洁少得多，从而提高了操作效率并降低了成本。
超声换能器可以安装在可以永久地附连到生长床托盘的保持器中。较佳地，保持器具有擦干净的表面/界面。较佳地，超声换能器可从保持器移除(例如，可被拧入/压紧到适当位置)，而无需从生长床托盘移除保持器。
该设备还可以包括一个或多个雾化器护罩，以在使用中将换能器与植物根部屏蔽开并以其它方式保护换能器。一个或多个雾化器罩可形成在生长床托盘的基部中。
保持器和/或固定部分可以使得在使用中换能器和营养液之间的界面由塑料材料(即营养液的界面：塑料)或金属材料(即营养液的界面：金属材料)形成。固定部分可以通过机械和/或粘合固定来提供，例如，以下一种或多种：螺纹孔、粘合剂、螺纹钉、螺栓或塑料固定部分。
较佳地，在使用中，农作物的根部将悬挂在根部空间中。营养液可以作为在空气中的营养液气溶胶接触作物的根部。
在本发明的雾培设备的操作期间可以使用的任何排水/淹水循环中的不同时间，作物的部分根部可以浸入营养液中，但是根部通常不总是被浸没。即使部分根部被浸没，其余的根部也与设备产生的气溶胶接触。可以定期浸入营养液中的根部的体积通常取决于作物类型和作物生长所花费的时间(其与植物的大小有关)。然而，在雾培操作期间，通常只有一小部分的根部空间(按根部空间的体积计)会被营养液占据。在本发明的雾培设备的操作期间，植物在其生命的第一部分中雾培地生长，雾培条件促进了生长率。在生长的后期阶段，农作物的直根可能会进入主要水体(即营养液)，这可能会提供附加的优势，包括增加农作物对水分胁迫的抵抗力，而其余的根部获得了雾培环境的好处。
通常，微型蔬菜(microgreens)(通常在采摘前生长超过5-10天)使其小的根部体积定期地在营养液中(以体积计＜10％，通常＜5％)。绿叶蔬菜(例如豌豆苗、通常在采摘前生长4周的生菜)可能会定期地使其根部体积的较大部分在营养液中，例如，以体积计＜50％，以体积计＜40％。生长时间更长的绿叶绿色作物，例如罗勒(可能生长超过三个月，并定期修剪)，以及果类和根用作物可能会定期将其根部体积的很大一部分浸入营养液中(例如，以体积计＜70％)。因此，在使用中，定期将作物根部体积的70％或更少浸入液体(例如营养液)中，通常可以将作物根部体积的50％或更少浸入液体(例如营养液)中，更通常地可将作物根部体积的20％或更少浸入液体(例如营养液)中，并且最通常地可将作物根部体积的10％或更少(例如5％或更少)浸入液体(例如营养液)中。
在该设备中，调节超声换能器的频率可改变液滴尺寸。调节电压会改变液滴的产生速度。作用在水体上的各个超声换能器产生可预测的液滴尺寸分布。
在使用中，营养液液滴作为雾汽/气溶胶从水表面散发，并以蠕动流在所有方向上穿过该床散布。该设备可以提供液滴尺寸的控制，通常产生直径在1至100μm之间的范围内的液滴。
固定部分可以包括粘合剂，可选地包括环氧树脂粘合剂和/或另一种合适的粘合剂。
较佳地，固定部分在声学传输的。
在一个实施例中，可以使用粘合剂将超声换能器粘附到生长床托盘的基部，因此雾化器将包括换能器和包括粘合剂的固定部分。在该实施例中，较佳的是，在生长床托盘的基部处的粘附有换能器的位置至少部分地是声学传输的。
固定部分可包括保持器，可选地是可从与生长床托盘分离保持器。
超声换能器较佳也是可以与保持器分离的。
保持器通常会被声学设计的。保持器可以包括由透声的材料(例如，声透镜)形成的部分。
为了实现对液滴尺寸或增加的雾汽/气溶胶流量的更多控制，该设备可以包括至少两个超声换能器。在这种情况下，一个或每个超声换能器可以具有预定或不同的谐振频率。预定的谐振频率将较佳在千赫兹至兆赫兹的范围内，并且可以是200kHz至100MHz，其中在较高的频率下产生的气溶胶中的液滴尺寸较小。
较佳地，每个生长床托盘包括多个超声换能器。这是有利的，因为在使用中它改善了气溶胶向根部的均匀供应。每个生长床托盘可包括2至48个超声换能器，较佳4至36个超声换能器，更较佳6至24个超声换能器。
较佳地，在存在多个超声换能器的情况下，每个超声换能器可以是可独立控制的。这在商业设施中是有利的，因为它能够更好地控制设备各部分的生长条件。
该设备还可包括一个或多个风扇，以使空气循环并进一步改善气溶胶向根部的均匀供应。
超声换能器的示例可以具有大约600kHz、1.7MHz、2.4MHz和/或3MHz的谐振频率。
通常，该超声换能器或每个超声换能器可以是压电换能器。
方便地，该设备还可以包括液体端口。液体端口可以用作液体入口，以允许营养液流入生长床托盘的基部，并且还可以用作液体出口，以允许液体从生长床托盘的基部流出。相反，可以有液体入口和液体出口。
生长床托盘的基部可以成形为形成至少一个贮槽以收集营养液，并且其中雾化器位于贮槽处或在贮槽中。这会是有利的，因为在使用中它允许相对少量的营养液覆盖雾化器。
然而，较佳地，生长床托盘的基部基本上是平坦的，以减少植物物质或其它有机物质和/或死水的不希望的滞留。生长床托盘的基部可以倾斜(即具有梯度，通常是浅梯度)以改善营养液的排出和清洁。
通常，液体端口/入口可连接到入口管道，该入口管道连接到贮存器，该贮存器用于保存营养液。该设备通常还将包括用于将营养液从贮存器泵送到液体端口/入口的泵。因此，该设备还可以包括一个或多个入口管道、贮存器以及可选地至少一个泵。该设备还可包括一个或多个阀、一个或多个过滤器和/或营养计量系统。
营养液可以是水产养殖的副产品(即在水箱中饲养诸如蜗牛、鱼类、小龙虾或虾之类水生动物)。
生长床托盘较佳地适于通过位于生长床托盘的侧壁上的一个或多个支承件来保持与生长床托盘的基部间隔开的植物支承物。生长床托盘可以适于通过机械固定来保持与生长床托盘的基部间隔开的植物支承物，和/或一个或多个支承件可以通过生长床托盘的一个或多个侧壁的形状形成。
生长床托盘可以是模块化的。因此，一个或多个侧壁可以是可分离的。该设备还可以包括生长床托盘附件，以将两个或更多个生长床托盘附连在一起。附连在一起的生长床托盘或多个生长床托盘可以形成设备的生长床。
用于商业操作的模块化的、超声驱动的雾培生长床系统是非常有利的，因为它允许有效地且以先前实现的更大规模使用雾培生产农作物。在使用中，该设备可以使得生长床托盘、植物支承物和/或生长床(即，包括至少一个生长床托盘和至少一个植物支承物的组合)可以被手动地或通过自动系统提升和/或围绕设施移动。
利用一个或多个传感器监控生长条件和农作物是有用的。传感器可以是湿气(例如相对湿度)、光、氧气、pH、温度、二氧化碳和/或根部密度传感器(例如，检测通过根床的光透射的传感器)。因此，该设备还可以包括一个或多个传感器固定部，用于将传感器固定在生长床托盘中。该设备还可以包括一个或多个传感器。传感器可以包括一个或多个传感器、例如，以测量或确定重量/质量、表面张力、温度、粘度、水位、营养液的密度、湿气(例如蒸气压力和/或相对湿度)、光、氧气、pH、气体成分、声音强度、(营养液或气相的)压力、二氧化碳和/或根部密度。特别有用的传感器包括水位、(气体和/或营养液的)温度和相对湿度。一个或多个传感器可以固定到传感器固定部。该设备当然还可以具有与其相关联的一个或多个相同的传感器，以便测量和/或确定周围环境的条件和特性。
该设备可以包括一个或多个照明配件，其位于一个或多个生长床托盘的上方、侧部处和/或下方，使得在安装照明物时可以提供照明度。
该设备还可以包括植物支承物。植物支承物可以包括植物支承托盘和/或纤维材料(例如可以包括一个或多个纤维垫)。其它可能合适的植物支承物包括塞子和/或盆子。植物支承通常将是可移除的。
植物支承托盘可以是塑料材料的。植物支承托盘可包括用于支承植物的支承部分(和/或用于植物盆的支承件)。这样的支承部分可以包括例如在植物支承托盘的基部中(并且由植物支承托盘的基部限定的)的多个孔。如果每个植物支承托盘被成形为使得植物支承托盘可堆叠以用于存储，则是有利的。
因此，在使用中，该设备可以包括植物支承物和覆盖雾化器的营养液。一旦农作物被种植，该设备就可以包括植物支承物中的农作物、位于植物支承物与生长床托盘的基部之间的空间(即，根部空间，通常是空气空间)中的农作物的根部。
本发明的很大的优点是它提供了改进的雾培效率和操作效率。特别地，将雾化器安装在生长床托盘的基部具有很大的操作优势，因为它减少了设备的停机时间和设备清洁的需要。此外，本发明的设备(和方法)提高了灌溉控制的精度以帮助节水。
因此，在第二方面，本发明提供了一种用于农作物生产的方法，该方法包括：a)提供根据第一方面的雾培设备，b)在与生长床托盘的基部间隔开的位置处提供植物支承物，c)在植物支承物中提供农作物，以及两个中的任一个：i)使营养液流入生长床托盘的基部中以至少接触农作物的根部，和/或ii)在生长床托盘的基部处提供营养液并雾化营养液，使得雾化的营养液至少接触农作物的根部。
较佳地，雾化营养液包括雾化营养液以提供预定和/或可控制的液滴尺寸分布。液滴尺寸分布可包括具有在1至100μm，较佳5至80μm范围内的直径的液滴。液滴尺寸可以通过多种方法来测量，例如，使用光学显微镜来确定液滴的尺寸分布。
在一个实施例中，该方法还可以包括：提供一个或多个根部密度传感器，以确定根床的密度，以及以预定的谐振频率雾化营养液，以产生对应于根床密度的最佳液滴尺寸分布的可预测的(和可控制的)液滴尺寸分布。
营养液可以是水产养殖的副产品(即在水箱中饲养诸如蜗牛、鱼类、小龙虾或虾之类水生动物)。
有利地，与已知的设备和方法相比，本发明的设备和方法提高了农作物的产量。
可能适用于本发明的设备和方法的作物包括(但不限于)沙拉作物(例如婴儿莴苣、芝麻菜、西洋菜)、香草(例如罗勒，香菜)、葱、根用蔬菜(用于例如胡萝卜、萝卜、芥末)、果类作物(例如辣椒、草莓、西红柿)和微型蔬菜(例如萝卜、豌豆、向日葵、韭菜)。
在本说明书中，雾汽是指气体(例如空气)中的液体(例如水溶液)液滴的气溶胶。
附图说明
现在将参考以下附图描述本发明的实施例，附图中：
图1a是根据本发明的两个托盘生长床的设备的立体图，图1b是侧视图，并且图1c是图1b的A-A向截面图。
图2a示出了根据本发明的一个托盘生长床的设备的立体图，图2b是侧视图，并且图2c是图2b的B-B向截面图。
图3示出了根据本发明的设备的示意图。
图4示出了根据本发明的另一实施例的生长床(单个生长床托盘)的立体图。
图5示出了包括两个连接在一起的生长床托盘的生长床的局部分解立体图。
图6a示出了植物支承托盘形式的植物支承物的立体图，该植物支承托盘适于与图4和图5所示的生长床一起使用。
图6b示出了堆叠存放的如图6a所示的十个植物支承托盘的立体图。
图7示出了根据本发明的准备就绪的雾培设备的立体图，该设备包括三个生长床的支架布置，每个生长床具有一个生长床托盘和五个植物支承托盘。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的两个托盘生长床2的设备。该生长床2具有两个生长床托盘4、6：第一生长床托盘4和第二生长床托盘6，它们在连接部14处通过基部连接器16和侧部连接器18连接在一起。每个生长床托盘具有侧壁8、端壁10和基部22。基部22具有轮廓以形成用于收集营养液(未示出)的贮槽24和用于位于贮槽24中的雾化器20的雾化器端口12，因此雾化器在使用时方便地被营养液覆盖。如图1c中的细节所示，雾化器20包括具有雾化器保持器下部30和雾化器保持器上部28的雾化器保持器以及包括压电盘的超声换能器29。雾化器保持器28、29、30在雾化器端口12的外部表面上的雾化器界面32处可拆卸地固定到生长床托盘的基部。
超声换能器29可以具有在千赫兹至兆赫兹范围内的谐振频率，其中所产生的气溶胶/雾汽的液滴尺寸随着频率的升高而变小。
每个生长床托盘在侧壁8上具有支承物(未示出)，以保持与生长床托盘2的基部22间隔开的植物支承物(未示出)，从而形成根部空间26。
图2示出了根据本发明的设备的第二实施例，其包括单个生长床托盘102，该生长床托盘102具有侧壁108、没有端壁(以便如需要可更容易地连接至另一个生长床托盘)，保持雾化器120的六个雾化器端口112，这些雾化器端口112分布在生长床托盘的基部122上，各自具有由雾化器保持器保持的下安装的超声换能器129。雾化器各自包括雾化器保持器下部130和雾化器保持器上部128，以及包括压电盘的超声换能器129。雾化器保持器128、129、130在雾化器端口112的外部表面上的雾化器界面132处可拆卸地固定到生长床托盘的基部。
超声换能器129可以具有在千赫兹至兆赫兹范围(例如200kHz至100MHz)内的谐振频率，其中所产生的气溶胶/雾汽的液滴尺寸随着频率的升高而变小。
生长床托盘102在侧壁108上具有支承物(未示出)，以保持与基部122间隔开的植物支承物(未示出)，从而形成根部空间126。
图3是根据本发明的设备的示意图。单个生长床托盘202的生长床具有侧壁210，侧壁210具有支承物237，支承物237将植物支承垫236保持在生长床托盘的基部上方以形成根床空间226。营养液234浸没保持超声换能器230的雾化器保持器232。当雾化器激活时，雾化器将产生营养液234的雾汽，其散布在整个根床空间226中。
营养液234通过入口238从贮存器248供应，并通过第一导管246、低压泵244和第二导管242供应。多余的营养液通过出口240移除。
图4示出了根据本发明的另一个实施例的生长床的视图，该生长床包括具有侧壁308、端壁310、分布在生长床托盘的基部322上方的多个雾化器护罩320的单个生长床托盘302，每个雾化器护罩320具有安装在雾化器护罩320下方的超声换能器(未示出)。雾化器护罩320使换能器免受植物根部的侵害，并另外在使用中保护它们。生长床托盘302的基部322另外是基本平坦的，甚至为了易于清洁，在生长床托盘302内部没有锐角。生长床托盘302包括用于营养液/废液的入口和出口的液体端口312，以及控制面板352。
图5示出了根据本发明的实施例的雾培设备，其包括具有两个生长床托盘的生长床402。通过移除它们之间的侧壁410并使用附连固定件(未示出)，两个生长床托盘可连接在一起。多个雾化器护罩420分布在生长床托盘的基部422上，每个雾化器护罩420具有安装在雾化器护罩420下方的超声换能器(未示出)。雾化器护罩420使换能器免受植物根部的侵害，并另外在使用中保护超声换能器。生长床托盘的基部422另外基本上是平坦的，甚至为了易于清洁而没有锐角。生长床托盘各自包括控制面板452。
超声换能器被安装在生长床托盘的基部下方(即，下安装)，并且可以被保持在保持器中，使得超声换能器与生长床托盘的基部接触(并且较佳地被压紧抵靠)。
通常，这种布置提供了在使用中在超声换能器和营养液之间存在例如塑料或金属材料的单层(通常是相对薄的单层)。例如塑料或金属材料的单层提供了良好的声学传输特性。
超声换能器可以安装在可以永久地附连到生长床托盘的保持器中。保持器通常具有擦干净的表面/界面，并且超声换能器可从保持器移除(例如，可以在不移除保持器的情况下拧入/压紧到适当位置)。
图6a示出了与图4和图5所示的生长床托盘一起使用的呈植物支承托盘62形式的植物支承物。植物支承托盘62由塑料材料制成，并且包括用作农作物的支承物的具有孔66的基部64。植物支承托盘62包括高的侧壁68、70和低的侧壁72、74。高的侧壁68、70的顶部被成形为允许与其它植物支承托盘方便地堆叠。
图6b示出了堆叠以用于存储的根据图6a的多个植物支承托盘62。
图7示出了准备使用的根据本发明的雾培设备的立体图。该设备包括具有三个生长床503、504、505的支架式布置501，每个生长床具有生长床托盘502和五个植物支承托盘62。将生长床503、504、505支承在架设的支架507上。每个生长床503、504、505可以由控制面板552单独控制。通常，可能会有附加的软件控制系统以操作农业设施。
根据本发明的雾培设备通常用于温室和垂直农作物生产，特别是用于商业温室和垂直农场。在实践中，该设备可以包括由一个或多个生长床托盘形成的中空生长床，每个生长床/生长床托盘可以具有前端、后端、成轮廓的基部和敞开的上表面。生长床托盘的基部可在生长床托盘/生长床的基部中包括一个或多个贮槽或取决于床宽度的梯度/锥度，用于在特定位置收集/引导含水的营养液。
通常，每个超声换能器可以被独立地控制。
该设备可以在生长床结构中具有标准化的接口，用于引入传感器和附加的模块化设备。生长床的端部可以是可拆卸的，并且可以使用固定附件可分离地固定到另一个生长床。生长床端部可以包括用于将多个床附连在一起形成连续系统的T型部段，封闭内部区域并包含用于管道/管路附连的接口的端部部段。
该设备通常包括至少一个端口，该至少一个端口可以是营养液的入口、出口或入口和出口两者。可以通过管道/管路/导管从营养液贮存器中提供溶液，并通过相对低压的泵的重力来驱动溶液。水线上方可能还有其它流体入口和出口，用于使用气态和视觉感测设备并供应气体(例如，空气、氧气和/或二氧化碳)。
在使用中，植物支承介质可以布置成跨过生长床托盘/生长床以支承生长中的植物并减少湿气的损失。植物支承物可以是纤维的。植物支承物通常将支承农作物，使得它们的叶子、冠部和果实在植物支承物上方，并且根部悬挂在下方，在该处根部可以接触由雾化器产生的雾汽。这是有用的，因为它允许用于采摘、监控或以其它方式养护农作物植物的设备的空间。植物支承介质的附加优点是减少或防止气溶胶/雾汽(以及因此湿气)从根部空间逸出，因为保持设备内的湿度控制非常重要，尤其是在根部空间的湿度上。该设备可以因此具有允许收割、监控或其他养护装置移动或定位的导轨或其它机构。
该设备可以包括用于将照明物悬挂在生长床/生长床托盘上方的照明固定部，并且在使用中还可以包括附连到照明固定部的照明物。
该设备可以具有用于将雾化器附连在生长床托盘的基部处的附连部分，并且可以包括超声换能器和用于保持超声换能器的声学设计的保持器。超声换能器通常将包括一个或多个压电装置。保持器通常将由声学上合适的材料(即具有合适的声学特性的材料)制成，并且将具有合适的形状因数，以有效散布超声产生的雾汽。保持器和/或超声换能器可以与生长床/生长床托盘以及彼此可分离以进行维护。
雾化器、照明物、可能存在的传感器和其它通电的装置也将具有用于连接到电源的电连接器。
雾培设备允许一种用于垂直水培或雾培温室作物生产的方法，该方法包括经由管道和泵将生长床连接到营养液贮存器，并且如果期望的话，可以不仅允许使用雾培生产，也可以使用水培生产。
雾培方法可以包括将来自贮存器的营养液以足够的量通过管道泵入生长床中，以使槽(即，一个或多个生长床托盘)具有足够的营养液以充分有效地操作，此时营养液水平保持在用于激活超声换能器的最佳水平处。在雾化期间，通常将部分地填充槽。更多的营养液会导致能量在其到达产生气溶胶的表面之前消散掉。每个换能器可以因此具有焦点，在该焦点处中雾化最有效。
超声换能器以预定的频率和功率激活，以控制液滴尺寸以确保将营养液最有效地沉积到植物根部上。这取决于根部的生长阶段和根床的密度。例如，较小的液滴可用于密集的床和较老的植物，较大的液滴尺寸用于较小的床和较年轻的植物。
次较佳的水培方法可包括调节生长床托盘中植物支承物的高度，以减少生长床托盘生长床基部与支承物之间的距离。然而，通常，生长床托盘会填充有营养液，以便将植物根部浸入营养液中(当存在时)。可以将营养液从贮存器泵入生长床托盘/生长床中，使该床充满，这时水位可保持在用于植物水培生长的最佳水平。
本发明的设备是特别有利的，因为它使用户能够对液滴雾化进行更大的控制，从而产生利用气溶胶的特性散布的可预测的液滴尺寸分布。本发明允许通过调节和控制驱动频率来利用一个或多个超声换能器控制液滴尺寸。此外，可以通过操纵换能器的驱动电路来控制液滴的流速(速度)和散布(速率)。这由驱动电压/电流控制。因此，通常，可以通过使一个或多个超声换能器在保持器中来实现这种控制。各个换能器的压电盘特性用于选择在激活时产生合适大小和/或速度的液滴的换能器。可以这样布置换能器，使得在生长床内的水柱的预定部段被激发到雾化成液滴形式的点。换能器安装在保持器中，该保持器可以以最小的能量消散通过生长床的基部传导在雾化器内产生的振动。保持器较佳还提供保护性外壳、压电材料的压缩(尤其是均匀压缩)、用作散热器的材料以及将换能器保持在适当位置的结构支承物。
通过激活具有预定液滴尺寸的超声换能器，通过超声雾化，该设备允许产生受控尺寸和性能的营养液的液滴。
营养液可以使用溶解在水中的适当营养物来制备，或者可以是源自其它工艺的营养液，比如鱼类养殖，特别是养耕共生。养耕共生和本发明的雾培/水培法的组合可能是有利的。
可能适用于本发明的设备和方法的作物包括(但不限于)沙拉作物(例如婴儿莴苣、芝麻菜、西洋菜)、香草(例如罗勒，香菜)、葱、根类蔬菜(用于例如胡萝卜、萝卜、芥末)、果类作物(例如辣椒、草莓、西红柿)和微型蔬菜(例如萝卜、豌豆、向日葵、韭菜)。
示例
示例1至8
在试验中，使用如图7所示的根据本发明的雾培设备将使许多农作物植物生长了长达19天。
用于试验的条件以及使用本发明的雾培设备的生长速度和产量的结果列于表1。农作物有香菜，茴香、韭菜，豌豆(斯泰尔(Style))、萝卜(里奥哈(Riojia))、萝卜(桑格利亚(Sangria))、红甘蓝和向日葵。
Figure BDA0002463366360000161
表1.在根据本发明的雾培条件下的示例

Claims (32)

1.雾培设备，包括：
具有基部和至少两个侧壁的生长床托盘，
所述生长床托盘适于将植物支承物保持在与所述生长床托盘的所述基部间隔开的位置处，以及
用于雾化营养液的雾化器，所述雾化器位于所述生长床托盘的所述基部处，并包括超声换能器和用于将所述超声换能器固定就位的固定部分。
2.如权利要求1所述的雾培设备，其特征在于，所述固定部分包括粘合剂，可选地为环氧树脂粘合剂。
3.如权利要求1或权利要求2所述的雾培设备，其特征在于，所述固定部分包括保持器，可选地，所述保持器能与所述生长床托盘分离。
4.如权利要求4所述的雾培设备，其特征在于，所述超声换能器能与所述保持器分离。
5.如权利要求3或4所述的雾培设备，其特征在于，所述保持器包围所述超声换能器。
6.如前述权利要求中的任一项所述的雾培设备，其特征在于，所述一个或多个超声换能器安装在所述生长床托盘的所述基部下方。
7.如权利要求6所述的雾培设备，其特征在于，所述一个或多个超声换能器被保持在所述保持器中，使得所述一个或多个超声换能器与所述生长床托盘的所述基部接触并且较佳地被压紧抵靠所述生长床托盘的所述基部。
8.如前述权利要求中的任一项所述的雾培设备，其特征在于，还包括一个或多个雾化器护罩，以在使用中保护所述超声换能器或每个超声换能器。
9.如前述权利要求中的任一项所述的雾培设备，其特征在于，包括至少两个超声换能器。
10.如前述权利要求中的任一项所述的雾培设备，其特征在于，所述生长床托盘或每个生长床托盘包括2至48个超声换能器，较佳地4至36个超声换能器，更佳地6至24个超声换能器。
11.如权利要求9或权利要求10所述的雾培设备，其特征在于，每个超声换能器能够被独立地控制。
12.如前述权利要求中的任一项所述的雾培设备，其特征在于，所述超声换能器或每个超声换能器是压电换能器。
13.如前述权利要求中的任一项所述的雾培设备，其特征在于，所述超声换能器或每个超声换能器具有谐振频率，较佳在千赫兹或兆赫兹范围内，并且更佳地在200kHz至100MHz范围内。
14.如前述权利要求中的任一项所述的雾培设备，其特征在于，还包括至少一个液体端口，可选地，其中，所述液体端口包括用于允许营养液流入所述生长床托盘的所述基部中的液体入口。
15.如前述权利要求中的任一项所述的雾培设备，其特征在于，所述雾化器位于所述生长床托盘的所述基部处。
16.如权利要求14或权利要求15所述的雾培设备，其特征在于，所述液体端口能连接到与贮存器连接的入口管道，所述贮存器用于保持营养液。
17.如权利要求16所述的雾培设备，其特征在于，还包括用于将营养液从所述贮存器泵送到所述液体端口的泵。
18.如权利要求14至17中的任一项所述的雾培设备，其特征在于，所述营养液是水产养殖的副产物。
19.如前述权利要求中的任一项所述的雾培设备，其特征在于，可选地通过一个或多个支承件，所述生长床托盘适于保持与所述生长床托盘的所述基部间隔开的植物支承物，可选地所述一个或多个支承件位于所述生长床托盘的所述侧壁上。
20.如前述权利要求中的任一项所述的雾培设备，其特征在于，所述侧壁中的一个或多个是可分离的。
21.如前述权利要求中的任一项所述的雾培设备，其特征在于，还包括将两个或更多个生长床托盘附连在一起的生长床托盘附件。
22.如前述权利要求中的任一项所述的雾培设备，其特征在于，包括生长床，所述生长床包括多个生长床托盘。
23.如前述权利要求中的任一项所述的雾培设备，其特征在于，还包括用于将传感器固定在所述生长床托盘中的一个或多个传感器固定部，可选地还包括固定到所述传感器固定部的选自湿气、光、pH、温度、二氧化碳、氧气、红外线、超声波传感器的一个或多个传感器。
24.如前述权利要求中的任一项所述的雾培设备，其特征在于，还包括至少一个植物支承物。
25.如权利要求21所述的雾培设备，其特征在于，所述植物支承物包括植物支承托盘。
26.如前述权利要求中的任一项所述的雾培设备，其特征在于，包括至少一个植物支承物和覆盖所述雾化器的营养液。
27.如权利要求26所述的雾培设备，其特征在于，还包括在所述植物支承物中的农作物，在使用中，所述农作物的根部位于所述植物支承物与所述生长床托盘的所述基部之间的根部空间中。
28.一种农作物生产方法，所述方法包括：
a)提供如权利要求1至27中的任一项所述的雾培设备，
b)在与所述生长床托盘的所述基部间隔开的所述位置处提供植物支承物，
c)在所述植物支承物中提供农作物，以及
c)两个中的任一个：
i)使营养液流入所述生长床托盘的所述基部中以通过浸没至少接触所述农作物的根部，和/或
ii)在所述生长床托盘的所述基部处提供营养液并雾化所述营养液，使得雾化的气溶胶营养液至少接触所述农作物的所述根部，可选地在所述根部空间中。
29.如权利要求28所述的方法，其特征在于，雾化所述营养液包括雾化所述营养液以提供受控的液滴尺寸分布。
30.如权利要求29所述的方法，其特征在于，所述液滴尺寸分布包括具有在1至100μm范围内的直径的液滴。
31.如权利要求28至30中的任一项所述的方法，其特征在于，还包括提供根部密度传感器，确定根床的密度，雾化所述营养液以提供对应于所述根床密度的预先确定的最佳液滴尺寸分布的受控的液滴尺寸分布。
32.如权利要求28至31中的任一项所述的方法，其特征在于，所述营养液包括水产养殖的副产物。
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