TW201641005A - 植物栽培裝置 - Google Patents

Abstract

一種植物栽培裝置，包括箱體、照明模組、致冷晶片、 第一散熱模組以及第二散熱模組。箱體具有頂蓋與植栽空間。頂蓋具有彼此隔離的第一空間與第二空間，第一空間連通外部環境，第二空間連通該植栽空間。照明模組設置於頂蓋且位於第一空間並提供光源至植栽空間。致冷晶片設置於頂蓋且具冷端與熱端，熱端位於第一空間，冷端位於第二空間。第一散熱模組設置於第一空間且熱連接熱端與照明模組。第二散熱模組設置於第二空間且熱連接冷端與植栽空間。

Description

植物栽培裝置

本發明是有關於一種植物栽培裝置。

傳統植物的耕作方式，主要係以土耕為主，隨著時代的演進，人類對於如何對植物施以合宜且足夠的養分(肥料)已有長久之進步，不但可有效促進植物生長、縮短生長期，更可藉以提升農作物之產能。然而，傳統之土耕方式，仍受限於土地面積，所以整體產量亦相對受到限制，加上颱風、暴雨尚有乾旱、寒害等與氣候變化有關的天然災害，都會直接影響農作物之收成，甚至造成無法預估的損失。

以致於，現今對於高經濟價值的農作物培植方式，多係採用設施栽培為主，主要利用相關設備控制光照、水、氣等農作物所賴以生長之能量來源，以期能獲得穩定、品質較高的收穫物，藉以提高穫物的產值。目前雖已有極具技術水準的植物生長栽培設施，但其對於植物生長條件之控制，仍係以控制光照、灌溉方式為主，關於控制植物生長溫度條件之技術則較少被揭露。

舉例來說，當以發光二極體(LED)作為光照來源時， 其所伴隨而生的散熱問題會因此影響到栽培環境的溫度，因此如何在以LED提供便利且容易控制的光照裝置之餘，還能進一歩地控制植物生長溫度，營造出較符合植物生長條件之適溫環境，仍為相關人員所亟欲解決之課題。

本發明提供一種植物栽培裝置，其藉由致冷晶片而同時對植物栽培的環境溫度與照明模組進行溫度控制。

本發明的植物栽培裝置，包括箱體、照明模組、致冷晶片、第一散熱模組以及第二散熱模組。箱體具有頂蓋與植栽空間。頂蓋具有彼此隔離的第一空間與第二空間。第一空間連通外部環境，第二空間連通植栽空間。照明模組設置於頂蓋且位於第一空間，照明模組提供光源至植栽空間。致冷晶片設置於頂蓋。致冷晶片具冷端與熱端，熱端位於第一空間，冷端位於第二空間。第一散熱模組設置於第一空間且熱連接熱端，其中第一散熱模組產生氣流經由照明模組而傳出外部環境，以對照明模組散熱。第二散熱模組設置於第二空間且熱連接冷端，其中第二散熱模組產生氣流傳至植栽空間，以對植栽空間冷卻。

在本發明的一實施例中，上述的照明模組產生第一溫度，而植栽空間受光源照射後產生第二溫度，致冷晶片的冷端產生第三溫度，而熱端產生第四溫度，且第四溫度低於第一溫度，第三溫度低於第二溫度。

在本發明的一實施例中，上述的第四溫度為35℃至40℃。

在本發明的一實施例中，上述的第一散熱模組與第二散熱模組分別包括風扇與散熱鰭片組。風扇具有入口，散熱鰭片具有出口，且第一散熱模組與第二散熱模組的散熱鰭片組分別連接至致冷晶片的冷端與熱端。在第一散熱模組中，入口連接外部環境，照明模組相鄰於出口。在第二散熱模組中，入口與出口連接植栽空間。

在本發明的一實施例中，上述的箱體包括本體，而頂蓋包括主板、側板與頂板。主板與本體結合而形成上述的植栽空間。側板環繞主板且連接在頂板與主板之間。

在本發明的一實施例中，上述的頂蓋還包括隔板，而主板具有凹陷，隔板組裝於凹陷而將頂蓋分離出上述的第一空間與第二空間，第一散熱模組與第二散熱模組分設於隔板的相對兩表面。

在本發明的一實施例中，上述的照明模組設置在主板未具上述的凹陷的部分，以經過主板的透光部提供光源至植栽空間。

在本發明的一實施例中，上述的照明模組包括至少一支撐件，設置於上述的主板上；基板，設置於支撐件上；以及至少一發光單元，設置於基板且面對上述主板的透光部。基板與透光部之間保持第一距離(D1)。

在本發明的一實施例中，上述的隔板與透光部共平面，第一散熱模組的散熱鰭片組相對於隔板具有第二距離(D2)，且 D1≦2/3(D2)。

在本發明的一實施例中，上述的隔板與透光部共平面，第一散熱模組的散熱鰭片組相對於隔板具有第二距離(D2)，且D1≦1/2(D2)。

在本發明的一實施例中，上述的基板相對於第一散熱模組的散熱鰭片組保持第三距離(D3)。

在本發明的一實施例中，當上述的風扇的轉速為3000rpm至3500rpm時，第三距離(D3)小於或等於5公分。

在本發明的一實施例中，上述的發光單元為發光二極體。

在本發明的一實施例中，上述的致冷晶片適於受驅動反轉冷端與熱端，以使熱端位於第二空間。

基於上述，藉由在頂蓋處設置彼此分離的第一空間與第二空間，並讓致冷晶片位於兩空間的交界處，而使第一散熱模組與第二散熱模組分別熱連接致冷晶片的冷端與熱端。如此，藉由控制致冷晶片的溫度差特性，便能使冷端與熱端的溫度分別小於植栽空間與照明模組的溫度，而讓植栽空間與照明模組均能有效地利用致冷晶片而達到散熱的效果。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

100‧‧‧植物栽培裝置

110‧‧‧箱體

112‧‧‧本體

114‧‧‧頂蓋

114a‧‧‧主板

114b‧‧‧隔板

114c‧‧‧側板

114d‧‧‧頂板

115a、115b、115c、115d、115e‧‧‧柵狀開口

116‧‧‧培養槽

117‧‧‧導流板

120‧‧‧照明模組

122‧‧‧支撐件

124‧‧‧基板

126‧‧‧發光單元

130‧‧‧第一散熱模組

132、142‧‧‧風扇

134、144‧‧‧散熱鰭片組

140‧‧‧第二散熱模組

150‧‧‧致冷晶片

A1‧‧‧凹陷

A2、A3‧‧‧平台

A21、A31‧‧‧透光部

B1‧‧‧底部

B2‧‧‧側部

D1‧‧‧第一距離

D2‧‧‧第二距離

D3‧‧‧第三距離

E1、E3‧‧‧入口

E2、E4‧‧‧出口

F1、F2‧‧‧氣流

P1‧‧‧第一空間

P2‧‧‧第二空間

S1‧‧‧熱端

S2‧‧‧冷端

V1‧‧‧植栽空間

I-I’‧‧‧剖面標示

圖1是依據本發明一實施例的一種植物栽培裝置的爆炸圖。

圖2是以另一視角繪示圖1植物栽培裝置的部分構件示意圖。

圖3與圖4分別以不同視角繪示頂蓋114的爆炸圖。

圖5是圖1的植物栽培裝置沿I-I’線的局部剖視圖。

圖1是依據本發明一實施例的一種植物栽培裝置的爆炸圖。圖2是以另一視角繪示圖1的植物栽培裝置的部分構件示意圖。請同時參考圖1與圖2，在本實施例中，植物栽培裝置100包括箱體110、照明模組120、第一散熱模組130以及第二散熱模組140。更進一步地說，箱體110包括本體112、頂蓋114與培養槽116，其中本體112與頂蓋114結合而形成植栽空間V1，培養槽116配置於植栽空間V1(本體112的底部)，土壤或欲栽種的植物即可放置於培養槽116中，在此並未限定植物的栽種方式。

在本實施例中，相關環境(溫度、空氣、水)控制構件、電路驅動及控制構件等，均設置於頂蓋114，以統一由控制模組(未繪示)進行驅動，而達到對植栽空間V1內的植物的生長環境控制。即，本案相關環境控制構件均電性連接至控制模組，以利使用者藉由露出於頂蓋114外部的按鍵或開關等進行操控。

圖3與圖4分別以不同視角繪示頂蓋114的爆炸圖。請同時參考圖2至圖4，在本實施例中，頂蓋114包括主板114a、隔板114b、側板114c以及頂板114d，主板114a用以與本體112 結合而形成植栽空間V1且作為頂蓋114的主結構，以承載前述相關控制構件。側板114c環繞地設置於主板114a的周緣，且側板114c連接在主板114a與頂板114d之間而形成容置前述相關控制構件的空間。

如圖3所示，主板114a是呈中央低陷而兩側相對高起的地形輪廓，進一歩地說，主板114a區分為位於中央處的凹陷A1以及位於其相對兩側的平台A2、A3，其中凹陷A1是朝頂蓋114下方的植栽空間V1延伸，照明模組120分置於平台A2、A3上，且平台A2、A3各具有透光部A21、A31，以讓照明模組120所產生的光線穿過透光部A21、A31而傳送至植栽空間V1。

第一散熱模組130與第二散熱模組140分別設置在隔板114b的相對兩側而呈上、下配置，而隔板114b組裝於主板114a的凹陷A1處，以將前述頂板114d、側板114c與主板114a所形成的空間進一歩地分隔為彼此分離的第一空間P1與第二空間P2，如圖1、圖3所示。據此，第一散熱模組130與照明模組120位於第一空間P1，而第二散熱模組140位於第二空間P2。再者，第一空間P1經由側板114c的柵狀開口115b及頂板114d的柵狀開口115a而與外部環境連通，第二空間P2則經由柵狀開口115c、115d、115e而與植栽空間V1連通，因此讓第一空間P1與第二空間P2維持彼此獨立且互不干擾的狀態。

在此需說明的是，為求畫面簡潔而讓構件容易辨識，因此上述柵狀開口以虛線框線標示其範圍，而再以局部放大圖予以 繪示。

圖5是圖1的植物栽培裝置沿I-I’線的局部剖視圖。請同時參考圖3至圖5，在本實施例中，照明模組120包括支撐件122、基板124與多個發光單元126，其中支撐件122設置於主板114a的透光部A21(或A31)上，基板124架設於支撐件122上並與前述控制模組電性連接，發光單元126為發光二極體，其封裝在基板124上且面對透光部A21(或A31)。在此，基板124包含發光二極體所封裝的電路板，及用以對其進行散熱的散熱鰭片。

發光單元126提供光線經由透光部A21(或A31)傳送至植栽空間V1以作為植物生長所需光照來源，然此舉卻也同時對植栽空間V1產生加溫的效應，無論是光輻射或是發光單元126本身產生的熱量因結構或空氣的傳遞，均會造成植栽空間V1的溫度上升，而產生不利於植物生長的環境。在本實施例中，照明模組120會產生第一溫度，而經過光照射的植栽空間V1會產生第二溫度。

據此，本實施例的植物栽培裝置100還包括致冷晶片150，其嵌置於隔板114b而實質上位於第一空間P1與第二空間P2的交界處，並讓第一散熱模組130熱連接至致冷晶片150位於第一空間P1的熱端S1，第二散熱模組140熱連接至致冷晶片150位於第二空間P2的冷端S2。致冷晶片150、第一散熱模組130與第二散熱模組140分別與前述的控制模組電性連接以受驅動。

如本發明圖1至圖4所示，植物栽培裝置100包括四個 第一散熱模組130與四個第二散熱模組140，由於第一散熱模組130與第二散熱模組140的個別結構組成相同，以下僅以圖5所示作為代表進行說明。

在本實施例中，第一散熱模組130包括風扇132與散熱鰭片組134，風扇132具有入口E1，且入口E1正對於頂板114d的柵狀開口115b，散熱鰭片組134熱連接至致冷晶片150的熱端S1且具有出口E2，照明模組120位於出口E2與側板114c的柵狀開口115a之間。此外，頂板114d上還設置有多個導流板117，以在頂板114d與主板114a、側板114c結合之後，導流板117能與隔板114b上的第一散熱模組130分別對應。

在此，四個第一散熱模組130中風扇132的入口E1均正對於頂板114d的柵狀開口115b，但本發明並不以此為限。

類似地，第二散熱模組140包括風扇142與散熱鰭片組144，風扇142具有入口E3，散熱鰭片組144熱連接致冷晶片150的冷端S2且具有出口E4，其中入口E3正對於主板114a的柵狀開口115c、出口E4正對於主板114a的柵狀開口115d、115e，而使第二散熱模組140得以連通於植栽空間V1。

在此，因應各個第二散熱模組140的不同位置，主板114a在其凹陷A1的底部B1與側部B2形成前述的柵狀開口115c、115d、115e，但本發明並不以此為限。

基於上述配置，當致冷晶片150啟動時，其冷端S2會產生第三溫度，而其熱端S1產生會產生第四溫度。如此一來，在第 二空間P2中，第二散熱模組140的風扇142便能經由主板114a位於底部B1的柵狀開口115c將植栽空間V1內的氣體(空氣)吸進入口E3，並經由風扇142吹向散熱鰭片組144而與冷端S2產生熱交換後，將氣體(空氣)從出口E4經由主板114a位於側部B2的柵狀開口115d(與位於底部B1的柵狀開口115e)再次吹入植栽空間V1，而完成第二空間P2與植栽空間V1的熱交換循環，如氣流F2所示。

另一方面，在第一空間P1中，第一散熱模組130的風扇132經由柵狀開口115a將外部環境的氣體(空氣)吸進入口E1，並經由風扇132吹向散熱鰭片組134而與熱端S1產生熱交換後，再將氣體(空氣)從出口E2吹向照明模組120，而後再經由側板114c的柵狀開口115b吹出頂蓋114而傳入外部環境，以完成第一空間P1與外部環境的熱交換循環，如氣流F1所示。

藉此，設計者便能依據植物生長所需之溫度而控制致冷晶片150的溫度差，而進一歩地使冷端S2的第三溫度小於前述植栽空間V1的第二溫度，而讓熱端S1的第四溫度小於前述照明模組120的第一溫度，以達到同時對照明模組120與植栽空間V1進行散熱的效果。

舉例來說，藉由材質與輸入電流(電壓)等控制手段而將致冷晶片150於熱端S1處的第四溫度T4控制於35℃至40℃的範圍內，因此氣流流經第一散熱模組130的散熱鰭片組134後，其溫度仍會小於照明模組120之發光二極體126所產生的第一溫 度，故對照明模組120仍能產生散熱效果，而讓散熱後的照明模組120能維持約為50℃以下的溫度。對應地，此時致冷晶片150在冷端S2所產生的第三溫度(以致冷晶片所產生之溫度差△T是67度為例，此時第三溫度約為-32℃)自然會小於植栽空間V1經照明模組120光線照射後而升高的第二溫度，進而可望將植栽空間V1的溫度控制於適合植物生長(如15℃至25℃)的範圍。

在另一未繪示的實施例中，致冷晶片還能藉由反向驅動(即，以逆電流或負電壓的方式)而使其冷端與熱端的特性反轉，亦即，讓熱端是處於與植栽空間V1連通的第二空間P2，此時熱端便能協助植栽空間V1進行升溫，當植物栽培裝置是處於寒冷地區時，此舉有助於讓植栽空間V1仍能維持植物適合生長的溫度條件。

此外，請再參考圖5，在第一空間P1中，隔板114b與透光部A21、A31實質上共平面，而照明模組120的基板124與透光部A21、A31之間保持第一距離(D1)，第一散熱模組130的散熱鰭片組134相對於隔板114b具有第二距離(D2)，且(D1)≦2/3(D2)。此舉讓照明模組120的主要發熱源，即發光單元126與基板124皆能位於從散熱鰭片組134流出之氣流F1的路徑上，而達到對照明模組120較佳的散熱效果。在另一未繪示的實施例中，所述第一距離(D1)與第二距離(D2)的關係亦可為(D1)≦1/2(D2)，其端賴第一散熱模組130與照明模組120之間的結構搭配而定。換句話說，本實施例的照明模組120中，發光單元 126與基板124是相對於主板114a的透光部A21、A31而呈懸空結構，即是讓從散熱鰭片組134流出的氣流F1能與所述發熱源進行充分的熱交換。再者，本實施例的第一散熱模組130中，照明模組120的基板124相對於第一散熱模組130的散熱鰭片組134也保持第三距離(D3)，且當風扇132的轉速為3000rpm至3500rpm時，第三距離(D3)小於或等於5公分，即，第三距離(D3)需隨著風扇132的轉速而對應設置。此舉也有助於從散熱鰭片組134流出的氣流F1能包覆照明模組120的發光單元126與基板124，而據以提高對照明模組120的散熱效率。

綜上所述，在本發明的上述實施例中，藉由致冷晶片的特性，而讓兩組散熱模組分別熱連接於致冷晶片的冷端與熱端，而具以對植物栽培裝置的箱內植栽空間以及照明模組進行散熱。如此一來，便能在以照明模組對植栽空間的植物進行光照之外，還能因前述的散熱模組與致冷晶片的搭配而避免植栽空間溫度過高，及照明模組的散熱問題。換句話說，植物栽培裝置藉由分隔出兩個彼此分離的空間，而分別以致冷晶片的冷端與熱端在所述兩個空間對不同標的進行散熱，因此能有效地提高致冷晶片的利用率。再者，當植物栽培裝置處於寒冷環境中，還可將其致冷晶片予以反向驅動，而讓熱端對植栽空間進行加熱，以維持植物生長的較佳溫度。據此，植物栽培裝置能因上述結構配置而具備較大的適用範圍。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本 發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

115a、115b、115c、115d‧‧‧柵狀開口

120‧‧‧照明模組

122‧‧‧支撐件

124‧‧‧基板

126‧‧‧發光單元

130‧‧‧第一散熱模組

132、142‧‧‧風扇

134、144‧‧‧散熱鰭片組

140‧‧‧第二散熱模組

150‧‧‧致冷晶片

D1‧‧‧第一距離

D2‧‧‧第二距離

D3‧‧‧第三距離

E1、E3‧‧‧入口

E2、E4‧‧‧出口

F1、F2‧‧‧氣流

P1‧‧‧第一空間

P2‧‧‧第二空間

S1‧‧‧熱端

S2‧‧‧冷端

V1‧‧‧植栽空間

A21‧‧‧透光部

114b‧‧‧隔板

Claims (14)

1. 一種植物栽培裝置，包括：一箱體，具有一頂蓋與一植栽空間，該頂蓋具有彼此隔離的一第一空間與一第二空間，該第一空間連通外部環境，該第二空間連通該植栽空間；一照明模組，設置於該頂蓋且位於該第一空間，該照明模組提供光源至該植栽空間；一致冷晶片，設置於該頂蓋，該致冷晶片具一冷端與一熱端，該熱端位於該第一空間，該冷端位於該第二空間；一第一散熱模組，設置於該第一空間且熱連接該熱端，其中該第一散熱模組產生氣流經由該照明模組而傳出該頂蓋，以對該照明模組散熱；以及一第二散熱模組，設置於該第二空間且熱連接該冷端，其中該第二散熱模組產生氣流傳至該植栽空間，以對該植栽空間散熱。
2. 如申請專利範圍第1項所述的植物栽培裝置，其中該照明模組產生一第一溫度，而該植栽空間受光源照射後產生一第二溫度，該致冷晶片的該冷端產生一第三溫度，而該熱端產生一第四溫度，且該第四溫度低於該第一溫度，該第三溫度低於該第二溫度。
3. 如申請專利範圍第2項所述的植物栽培裝置，其中該第四溫度為35℃至40℃。
4. 如申請專利範圍第1項所述的植物栽培裝置，其中該第一散熱模組與該第二散熱模組分別包括一風扇與一散熱鰭片組，該風扇具有一入口，該散熱鰭片組具有一出口，且該些散熱鰭片組分別熱連接至該冷端與該熱端，在該第一散熱模組中，該入口連接外部環境，該照明模組相鄰於該出口，而在該第二散熱模組中，該入口與該出口連接該植栽空間。
5. 如申請專利範圍第1項所述的植物栽培裝置，其中該箱體包括一本體，該頂蓋包括一主板、一側板與一頂板，該主板與該本體結合而形成該植栽空間，該側板環繞該主板且連接在該頂板與該主板之間。
6. 如申請專利範圍第5項所述的植物栽培裝置，其中該頂蓋還包括一隔板，而該主板具有一凹陷，該隔板組裝於該凹陷而將該頂蓋分離出該第一空間與該第二空間，該第一散熱模組與該第二散熱模組分設於該隔板的相對兩表面。
7. 如申請專利範圍第6項所述的植物栽培裝置，其中該照明模組設置在該主板未具有該凹陷的部分，以經過該主板的一透光部提供光源至該植栽空間。
8. 如申請專利範圍第7項所述的植物栽培裝置，其中該照明模組包括：至少一支撐件，設置於該主板上；一基板，設置於該支撐件上；以及 至少一發光單元，設置於該基板且面對該主板的該透光部，其中該基板與該透光部之間保持一第一距離(D1)。
9. 如申請專利範圍第8項所述的植物栽培裝置，其中該隔板與該透光部共平面，該第一散熱模組的該散熱鰭片組相對於該隔板具有一第二距離(D2)，且(D1)≦2/3(D2)。
10. 如申請專利範圍第8項所述的植物栽培裝置，其中該隔板與該透光部共平面，該第一散熱模組的該散熱鰭片組相對於該隔板具有一第二距離(D2)，且(D1)≦1/2(D2)。
11. 如申請專利範圍第8項所述的植物栽培裝置，其中該基板相對於該第一散熱模組的該散熱鰭片組保持一第三距離(D3)。
12. 如申請專利範圍第11項所述的植物栽培裝置，其中當該風扇的轉速為3000rpm至3500rpm時，該第三距離(D3)小於或等於5公分。
13. 如申請專利範圍第8項所述的植物栽培裝置，其中該發光單元為發光二極體。
14. 如申請專利範圍第1項所述的植物栽培裝置，其中該致冷晶片適於受驅動反轉該冷端與該熱端，以使該熱端位於該第二空間。