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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Hydrokultursystem.
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Bei herkömmlichen Hydrokultursystemen werden Blasenbildungssysteme
verwendet, um der Hydrolösung in den Pflanzbecken Sauerstoff zuzuführen,
was äußerst unwirksam und nachteilig für die Erhaltung und Kontrolle der
Hydrolösung ist, wozu auch die Aufrechterhaltung und Steuerung der
Konzentration des Flüssigdüngers in der Hydrolösung zählen.
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Weitere Nachteile bei diesen Systemen bestehen darin, daß es schwierig ist,
das Wachstum im Gartenbau auf der Grundlage des Bedarfs zu unterdrücken
oder zu fördern, und daß Wasser und Flüssigdünger in großen Mengen
erforderlich sind, um die Zersetzung der Hydrolösung sowie die Entstehung
von verfaulten Wurzeln zu verhindern.
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Die internationale Patentanmeldung WO-A-8 101 940 beschreibt ein Verfahren
zum Züchten von Pflanzen ohne Erde. Bei diesem Veffailren wird dem
Wurzelsystem der Pflanzen eine Nährlösung mittels eines Systems zugeführt,
das so aufgebaut ist, daß der Wert des in der zugeführten Nährstofflösung
gelösten Sauerstoffs konstant gehalten wird.
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Nach diesem Verfahren wird die Nährstofflösung von Hand einem
Versorgungstank zugeführt, der sich in einem geschlossenen System befindet.
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Die Lösung wird dann über ein Sandfilter in einen Tank zur Anreicherung mit
Sauerstoff gepumpt. In diesem wird, falls erforderlich, im wesentlichen reiner
Sauerstoff pulsierend in die Lösung eingespritzt, um die Konzentration des
gelösten Sauerstoffs zu erhöhen. Die aus dem Sauerstoffanreicherungstank
austretende Lösung wird auf ihren Sauerstoffgehalt geprüft und, wenn der
Gehalt als ausreichend ermittelt wird, dem Kulturbett zugeführt, in dem die
Pflanzen gehalten werden.
GEGENSTAND UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung berücksichtigt die eingangs erläuterten Nachteile
herkömmlicher Systeme und zielt auf die Schaffung eines Hydrokultursystems,
bei dem die Qualitätskontrolle der Nährlösung, einschließlich der Steuerung
der Konzentration des darin enthaltenen Flüssigdüngers leicht und zweckmäßig
ausgeführt werden kann, um die Zersetzung der Nährlösung und die
Entstehung von verfaulten Wurzeln zu vermeiden, bei dem ferner das
Wachstum im Gartenbau im Bedarfsfall leicht unterdrückt oder gefördert
werden kann, und bei dem schließlich keine großen Mengen an Wasser oder
Flüssigdünger benötigt werden.
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Ein erster Lösungsansatz der Erfindung geht aus von einem
Hydrokultursystem, das ein Pflanzbecken aufweist, an das ein Hydrolösungsverteiler
angeschlossen ist, welchem Flüssigdünger und Wasser zugeführt werden
können. Dieser erste Lösungsansatz kennzeichnet sich dadurch, daß der
Verteiler eine Vielzahl von Rohren mit halbdurchlässigen Membranwänden
aufweist, die in einem Behälter enthalten sind, um Wasser oder Flüssigdünger
hindurch zu leiten, so daß eine der Komponenten Wasser oder Flüssigdünger
die Rohrwände durchdringt um sich mit der anderen Komponente zu
vermischen und die Nährlösung zu bilden, und daß der Verteiler außerdem
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Das System schließt vorzugsweise eine Steuerung für die Konzentration von
gelöstem Gas ein, welche einen Behälter aufweist, der eine Trennmembran
enthält, die in der Lage ist, nur Gas passieren zu lassen und das
Hindurchdringen von Flüssigkeit zu verhindern, und die den Behälter in einen
Gaskanal und in einem Hydrolösungskanal unterteilt, und eine Einrichtung
zum Umwalzen von Sauerstoff und/oder Kohlensäuregas durch den Gaskanal.
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Ein zweiter Lösungsansatz der Erfindung geht aus von einem
Hydrokultursystem, das ein Pflanzbeeken aufweist, das an eine Steuerung für die
Konzentration von gelöstem Gas angeschlossen ist. Dieser zweite
Lösungsansatz kennzeichnet sich dadurch, daß die Steuerung für die
Konzentration von gelöstem Gas folgende Komponenten aufweist: (a) Einen
Behälter, der eine Trennmembran enthält, die in der Lage ist, nur Gas
passieren zu lassen und das Hindurchdringen von Flüssigkeit zu verhindern,
und die den Behälter in einen Gaskanal und in einen Hydrolösungskanal
unterteilt, (b) eine Einrichtung zum Umwälzen von Sauerstoff und/oder
Kohlensäuregas durch den Gaskanal und (c) eine Einrichtung zum Umwälzen
der Hydrolösung aus dem Pflanzbecken durch den Hydrolösungskanal, derart,
daß in dem Gaskanal das gelöste Gas in der Hydrolösung durch Sauerstoff
und/ oder Kohlensäurelösung ersetzt wird.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungenformen näher erläutert. Es zeigt:
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Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Hydrokultursystems;
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Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Aussehens eines nach der
vorliegenden Erfindung aufgebaut Hydrokultursystems;
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Fig. 3 eine perspektivische, geschnittene Ansicht eines Beispiels eines
Pflanzbeckens nach der vorliegenden Erfindung;
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Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines
Hydrolösungsverteilers nach der vorliegenden Erfindung; und
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Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer
Steuerung für die Konzentration von gelöstem Gas nach der
vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSBEISPIELS DER ERFINDUNG
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Wie Fig. 1 zeigt, besitzt das Hydrokultursystem nach der vorliegenden
Erfindung grundsätzlich eine Struktur, welche folgende Komponenten umfaßt:
(a) Ein Pflanzbecken A, (b) einen Hydrolösungsverteiler B, um eine
Hydrolösung, die eine gewünschte Konzentration an Flüssigdünger enthält,
dem Pflanzbeeken A zuzuführen, (c) eine Steuerung C für die Konzentration
von gelöstem Gas, um die Konzentration an Sauerstoff und an Kohlensäuregas
zu steuern, wobei beide Gase in der Hydrolösung im Pflanzbeeken A gelöst
sind, (d) einen Flüssigdüngersumpf D, der Flüssigdünger aufnimmt, und (e)
ein Wasserbehälter E, der Wasser aufnimmt. Der Flüssigdüngersumpf D und
der Wasserbehälter E sind jeweils mit dem Hydrolösungsverteiler B verbunden
und an diesen angeschlossen sind, wohingegen Gasflaschen F, die getrennt
Sauerstoff und Kohlensäuregas aufnehmen, mit der Steuerung C für die
Konzentration von gelöstem Gas verbunden und an diese angeschlossen sind.
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Mit Ausnahme des Planzbeckens A sind der Hydrolösungsverteiler B, die
Steuerung C für die Konzentration von gelöstem Gas, der Flüssigdüngersumpf
D, der Wasserbehälter E und die Gasflaschen F in einem einzigen Gehäuse
oder Kammer G untergebracht und angeordnet, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist,
wohingegen das Pflanzbecken A je nach Erfordernis innerhalb oder außerhalb
der Kammer angeordnet ist.
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Wie bei den herkömmlichen Verfahren kann das Pflanzbecken A in seiner
Struktur die Form eines großen Wasserbehälters haben, in dem eine
Hydrolösung vorhanden ist und ständige Pflanzenstützbretter angeordnet sind;
wie Fig. 3 zeigt, hat das Pflanzbecken A jedoch vorzugsweise einen Aufbau,
bei dem ein Behälterkörper 1 in Form eines Rohres ausgeführt ist, dessen
einzige Oberseite offen ist, um innerhalb des offenen oberen Teils la des
Behälterkörpers 1 Pflanzen 2 anzuordnen. Durch die Ausführung des
Pflanzbeckens A gemäß Fig. 3 braucht nur eine geringe Menge an
Hydrolösung im Behälterkörper 1 aufgenommen oder umgewälzt zu werden,
was auch zu einem leichteren Umwälzen der Hydrolösung führt und dazu
beiträgt, ein unnötiges Verdampfen der Hydrolösung zu verhindern.
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Der Aufbau des Hydrolösungsverteilers B umfaßt einen Behälter 3 zum
Umwälzen von Wasser (oder Flüssigdünger) sowie halbdurchlässige
Membranrohre 4 zum Umwälzen von Flüssigdünger (oder Wasser). Die
halbdurchlässigen Membranrohre 4 bestehen jeweils aus einem Material mit
Dialysefunktion, beispielsweise aus einer Folie aus Polyvinylalkoholfasern
oder Tetrafluorethylen, und besitzen die Form eines schmalen und hohlen
Rohrs. Es wird eine Vielzahl von halbdurchiässigen Membranrohren 4
verwendet, deren eine stinseitige Öffnung mit einer Einlaß-Stirnverbinder 5a
in Verbindung steht und an diesen angeschlossen ist, während die andere
stirnseitige Öffnung mit einem Auslaß-Stirnverbinder 5b in Verbindung steht
und an diesen angeschlossen ist. Die halbdurchlässigen Membranrohre 4
werden dann in einem Bündel in einem Behälter 3 untergebracht und
angeordnet, wobei die Anschlüsse 51a und 51b des Einlaß-Stirnverbinders 5a
und des Auslaß-Stirnverbinders 5b so angeordnet sind, daß sie über beide
Seiten des Behälters 3 vorstehen. Durch eine Flüssigdüngerleitung 6 steht ein
Flüssigdüngersumpf D mit dem Anschluß 51a für den Einlaß-Stirnverbinder 5a
in Verbindung und ist an diesen angeschlossen, während ein in den Figuren
nicht gezeigter Abwasserbehälter mit dem Anschluß 5 lb für den Auslaß-
Stirnverbinder 5b in Verbindung steht und an diesen angeschlossen ist. Im
Behälter 3 ist nahe des Einlaß-Stirnverbinders 5a der halbdurchlässigen
Membranrohre 4 eine Austrittsöffnung 7a vorhanden, während eine
Eintrittsöffnung 7b nahe des Auslaß-Stirnverbinders 5b vorgesehen ist. Durch
ein Wasserzuleitungsrohr 8 steht der Wasserbehälter E mit der Eintrittsöffnung
7b in Verbindung und ist an diese Öffnung angeschlossen, während ein
Speiserohr 10, das direkt mit dem Pflanzbecken A verbunden ist, über ein
Absperrventil 9a mit der Austrittsöffnung 7a verbunden ist. Das in den
Figuren dargestellte Ausführungsbeispiel ist so ausgebildet, daß Wasser im
Behälter 3 umgewälzt wird, während Flüssigdünger in den halbdurchlässigen
Membranrohren 4 umgewälzt wird; umgekehrt kann Flüssigdünger auch im
Behälter 3 umgewälzt werden, während Wasser in den halbdurchlässigen
Membranrohren 4 umgewälzt wird. In diesem Fall stehen der Wasserbehälter
E und das Pflanzbecken A mit dem Einlaß-Stirnverbinder 5a der
halbdurchlässigen Membranrohre 4 bzw. dem Auslaß-Stirnverbinder 5b in
Verbindung und sind an diese Verbinder angeschlossen, während der
Flüssigdüngersumpf D mit der Eintrittsöffnung 7b des Behälters 3 in
Verbindung steht und an diese Öffnung angeschlossen ist.
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Wenn gleichzeitig mit dem Umwälzen von Flüssigdünger (oder Wasser) in
jedem der halbdurchlässigen Membranrohre 4 Wasser (oder Fiüssigdünger) im
Behälter 3 umgewälzt wird, infiltrieren und diffundieren Flüssigdünger und
Wasser durch die halbdurchlässigen Membranrohre 4 ineinander, die jeweils
als halbdurchlässige Membran nach dem Dialyseprinzip wirksam sind, um
nahe der Austrittsöffnung 7a des Behälters 3 (oder nahe des Auslaß-
Stirnverbinders 5b der halbdurchlässigen Membranrohre 4 vermischt und zu
einer Hydrolösung mit einer gewünschten Konzentration zubereitet zu werden.
Danach wird die Hydrolösung direkt durch das Speiserohr 10 der Innenseite
des Pflanzbeckens A zugeführt. Die Konzentration des Flüssigdüngers wird
entsprechend der Durchflußmenge des Flüssigdüngers und des Wassers
geregelt, die im Behälter 3 und in jedem der halbdurchlässigen Membranrohre
4 umgewälzt werden.
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Die Steuerung C für die Konzentration von gelöstem Gas erfolgt mittels
Trennung eines Gaskanals 13 und eines Hydrolösungskanals 14 durch eine
Trennmembran 12, die nur Gas hindurchtreten läßt und das Hindurchdringen
von Flüssigkeit verhindert. Im Ergebnis wird die Trennmembran 12 zur
Trennung eines Gaskanals 13 und eines Hydrolösungskanals 14 in Form eines
Hohlrohr oder einer flachen Dünnschicht ausgebildet, wobei ein Material
eingesetzt wird, das in der Lage ist, nur Gas hindurchtreten zu lassen und das
Hindurchdringen einer Flüssigkeit zu verhindern, beispielsweise ein
synthetisches Harz, wie Fluorinharz, Silikonharz und Karbonharz, oder ein
anorganisches Material, wie ein metailisches Filmmateriai, wobei der Zustand
des Materials keine Rolle spielt, ganz gleich, ob das Material porös oder
nichtporös oder kristallin oder amorph ist. Die geformte Membran 12 bildet
getrennt den Gaskanal 13 und den Hydrolösungskanal 14, die mit dem
Behälter 11 zusammenwirken, wie in Fig. 5 gezeigt ist. Bei dem in der Figur
dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Trennmembran 12 in Form einer
Vielzahl von schmalen und hohlen Rohren ausgebildet, während innerhalb
eines Behälters 11 eine Gaseinlaßöffnung 13a und eine Gasausiaßöffnung 13b
vorhanden sind, um den Raum zwischen dem Behälter 11 und der
Trennmembran 12 zu einem Gaskanal 13 umzubilden sowie um die Innenseite
der rohrartigen Trennmembran 12 zu einem Hydrolösungskanal 14
umzubilden, dessen Einlaßöffnung 14a und dessen Auslaßöffnung 14b über die
beiden Seiten des Behälters 11 vorstehen. Anschließend werden die
Gasflaschen F für den Sauerstoff und das Kohlensäuregas mit der
Gaseinlaßöffnung 13a des Gaskanals 13 in Verbindung gebracht und an diese
angeschlossen, während ein in den Figuren nicht gezeigter Behälter für
verbrauchtes Gas mit der Gasauslaßöffnung 13b verbunden wird. Ein Rohr 16,
das über eine Flüssigkeitsförderpumpe 15 mit dem Pflanzbecken A verbunden
ist, steht mit der Einlaßöffnung 14a des Hydrolösungskanals 14 in Verbindung
und ist an diese angeschlossen, während ein Speiserohr 10, das über ein
Absperrventil 9b mit dem Pflanzbecken A verbunden ist, direkt mit einer
Auslaßöffnung 14b verbunden ist, um durch den Hydrolösungskanal 14 die
Hydrolösung im Pflanzenbecken A umzuwälzen. Wenn in den Gaskanal 13
Sauerstoff und/oder Kohlensäuregas eingeführt und in diesem umgewälzt
werden müssen, kann nach der entsprechenden Zubereitung der gewünschten
Konzentrationen ein Gemisch aus Sauerstoff und Kohlensäuregas zugeführt
und umgewälzt werden, oder die Gasflaschen F für Sauerstoff und
Kohlensäuregas können mit Hilfe von Steuerventilen 17a und 17b einzeln
geschaltet werden, um auf diese Weise Sauerstoff und Kohlensäuregas getrennt
zuzuführen. Wie bei dem Ausführungsbeispiel in den Figuren gezeigt ist,
lassen sich die Konzentrationen der beiden Gase leichter steuern, wenn man
die Konzentrationen von Sauerstoff und Kohlensäuregas in der Hydrolösung a
in dem Pflanzbecken A unabhängig voneinander steuert.
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Durch Umwälzen der Hydrolösung a in dem Pflanzbecken A sowie in dem
Hydrolösungskanal 14 der Steuerung C für die Konzentraüon von gelöstem
Gas und ferner durch Umwälzen von Sauerstoff und/oder Kohlensäuregas in
dem Gaskanal 13 gelangen die Hydrolösung a und der Sauerstoff und/oder das
Kohlensäuregas durch die Trennmembran 12 hindurch miteinander in Kontakt,
worauf sich das gelöste Gas in der Hydrolösung a und der Sauerstoff und/oder
das Kohlensäuregas in dem Gaskanal 13 durch die Trennwand 12 hindurch
gegenseitig inflltrieren und durchdringen, und zwar auf Grund der
unterschiedlichen Gaspartialdrucke, was zur Folge hat, daß das gelöste Gas in
der Hydrolösung a durch den Sauerstoff und/oder das Kohlensäuregas ersetzt
wird, so daß die Konzentrationen an Sauerstoff und Kohlensäuregas in der
Hydrolösung a in dem Pflanzbecken A unter Kontrolle gehalten werden.
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Bei dem Hydrokultursystem nach der vorliegenden Erfindung kann, wie
bereits ausgeführt, eine Hydrolösung mit einer gewünschten Känzentration an
Flüssigdünger mit Hilfe eines Hydrolösungsverteilers direkt einem
Pflanzbecken zugeführt werden, wobei sich die Konzentration des
Flüssigdüngers in der Hydrolösung leicht und in geeigneter Weise steuern läßt.
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Bei dem Hydrokultursystem nach der vorliegenden Erfindung lassen sich die
Konzentrationen an gelöstem Sauerstoff und an gelöstem Kohlensäuregas leicht
und in geeigneter Weise steuern, so daß das Wachstum in der Pflanzkultur
durch Erhöhung der Konzentration an Sauerstoff oder Kohlensäuregas
gefördert oder unterdrückt werden kann, wodurch eine einfache Steuerung der
pflanzteehnischen Planung ermöglicht wird.
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Als Ergbnis des Einsatzes eines liydrokultursystem nach der vorliegenden
Erfindung läßt sich die Hydrolösung routinemäßig in ihrem Bestzustand halten
und steuern, ohne daß es zur Zersetzung der Hydrolösung oder zur Entstehung
verfaulter Wurzeln kommt; andererseits werden keine große Mengen an
Wasser oder Flüssigdünger gebraucht, um die Zersetzung der Hydroiösung
und die Entstehung verfaulter Wurzeln zu verhindern. Folglich läßt sich ein
auf Hydrokultur basierender Pflanzenanbau leicht in einem Bereich realisieren,
in dem wenig Wasser vorhanden ist.