TWM462511U - 可自動控制之溫室耕種系統 - Google Patents

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TWM462511U
TWM462511U TW102206638U TW102206638U TWM462511U TW M462511 U TWM462511 U TW M462511U TW 102206638 U TW102206638 U TW 102206638U TW 102206638 U TW102206638 U TW 102206638U TW M462511 U TWM462511 U TW M462511U
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greenhouse
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ling-yuan Zeng
Ming-Fu Zhu
ze-zong Chen
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Electric Energy Express Corp
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A40/00—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production
    • Y02A40/10—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production in agriculture
    • Y02A40/25—Greenhouse technology, e.g. cooling systems therefor

Landscapes

  • Cultivation Of Plants (AREA)
  • Greenhouses (AREA)

Description

可自動控制之溫室耕種系統
本創作係關於一種可自動控制之溫室耕種系統，特別是應用於封閉或半封閉溫室，且以燃料電池模組綠能產生溫室植物所需之各項生長環境及條件之控制與耕種系統。
按，傳統農業植栽暴露於自然環境中，致使大量蟲害或外界污染環境影響，植栽之生長環境無法被有效控制，僅能仰賴大自然氣候，對於農民而言無非是一項考驗，再加上傳統農業因植栽生產環境，不易受到控制，植栽寒害或熱病時有所聞，並且，必需使用大量化學肥料及毒性較強之農藥，以增加植栽的生長速度與抑制病、蟲害，於人體食用植栽產物後，將產生較大之健康威脅，因此，新一代的溫室精緻耕種植栽農業，為目前綠色農業科技之趨勢，可以解決上述傳統農業耕種的化學肥料及農藥污染的問題。
然而，習知的溫室植栽，需考慮到植物在乾淨溫室中必需行光合作用(Photosynthesis)之問題，且需模擬植物在戶外的光照、溫度、濕度、給水灌溉與氣候自然變化等環境因素，方能使植栽於溫室中猶如戶外環境一般正常生長，例如：在植物的光合作用化學式為12H2 O+6CO2 →C6 H12 O6 +6O2 +6H2 O，換言之，植物必需藉由適量的水及二氧化碳，方能透過光照與植物本身之葉綠素行光合作用轉化成有機醣類(C6 H12 O6 )、氧氣與水，也就是說植栽即使在溫室中，仍必需有適量的水及適量濃度的二氧化碳，方可以讓植栽如同在大自然環境中行光合作用，以利植栽的正常生長。
因此，習知的溫室植栽需要使用習知市電電力或標榜綠能的太陽電池為電源來產生自然界中的光照環境，以及利用該電源消耗大量電 力轉換產生熱能或供水、灑水、噴霧等溫度、濕度及給水灌溉等環境條件，而需耗損較多之電源電力，對於講究綠能能源的溫室植栽而言，電源電力的耗損無非是一項龐大的費用負擔，並且，習知溫室必需經由植栽所施加的有機肥料，再由自然環境中之微生物自然分解有機物產生二氧化碳，或者由外部直接以氣瓶供應二氧化碳，方能使溫室內植栽具備足夠濃度的二氧化碳進行光合作用的生長激素，致使習知溫室植栽設備，除電力供應與光照外，仍必需分別就上述之溫度、濕度、給水灌溉與二氧化碳等植栽生長及光合作用所需之環境資源予以額外準備及供應，而不易將該光照、溫度、濕度、給水灌溉與二氧化碳等環境資源供應予以統一整合運用，而需分別投資設備成本及耗損大量無謂之電力，造成習知之溫室植栽環境設備複雜，且設備與種植成本均偏高，造成習知溫室植栽農產品價格偏高昂貴，僅能侷限於一小部份之高價消費族群購買，而無法普及至一般平民消費大眾族群，此乃目前綠色溫室植栽技術所極待解決之課題。
在相關之先前專利技術文獻方面，如中華民國專利公報第M442023號「一種植物栽培系統」新型專利案、第I365711號「太陽能溫室」新型專利案、第M423999號「花卉自動照護裝置」新型專利案、第201309190號「綠能節水植生溫室系統」新型專利公開案及第201038190號「具有薄膜太陽能電池的溫室或農業大棚」新型專利公開案，分別揭示利用太陽能電池及蓄電池為主要的電力供應設備，提供溫室中照明所需之電力，以及藉由電力轉換，提供溫度、濕度、給水灌溉等設備的運作所需之電力，在轉換過程中仍需耗損大量無謂之電力，使該太陽能電池之運轉效能減低，如電源電力不足之情況下，仍需投入市電電源輔助供電，並無法達到使溫室植栽真正享有綠能精緻農業耕種之經濟效益。
同樣地，此些先前專利前案技術仍存在如上所述習知溫室植栽系統中，除光照設備可直接由市電電源或太陽能電力投入外，並沒有辦法直接解決如溫度、濕度、給水灌溉及二氧化碳等環境資源供應之問題，仍需分別就溫度、濕度、給水灌溉及二氧化碳供應的設備及資源予以設置與供給，仍存有上述習知溫室植栽系統所產生之設備複雜、種植成本昂貴及需大量耗損轉換電力之問題與缺點。
本創作之主要目的在於提供一種可自動控制之溫室耕種系統，以消除習知溫室植栽系統，該發電裝置僅能供應光照電力資源，而該溫度、濕度、給水灌溉與二氧化碳等設備與資源供應，需另外投資及供應，而導致溫室植栽系統之設備與種植成本昂貴之問題與缺點。
緣此，本創作之可自動控制之溫室耕種系統，係包括至少一個燃料電池模組、環境感測控制模組及複數個環境形成裝置，其中，該燃料電池模組具有複數個輸入端及輸出端，經由該輸入端分別輸入燃料與空氣後，由該輸出端分別輸出電力、熱能、二氧化碳、水等多項環境產物，該環境產物並輸出至該環境感測控制模組中，該環境感測控制模組控制該環境產物之輸出，並具備有複數個感測單元及控制單元，以供感測及反饋控制該照度、溫度、濕度、二氧化碳濃度及水位等多項環境因素及產物輸出，各環境形成裝置設於至少一溫室內部，且分別連結該環境感測控制模組，以輸入環境控制模組輸出之環境產物，而分別形成溫室中所栽種植物所需之光照、溫度、濕度、二氧化碳及給水灌溉等生長環境及條件，以構成一具備燃料電池綠能及溫室自然環境模擬控制之系統。
本創作之可自動控制之溫室耕種系統之功效，係在於藉由該燃料電池模組之輸出端所輸出之電力、熱能、二氧化碳、水等多項環境產物，直接提供給該環境感測控制模組及各環境形成裝置，不需以耗損大量電力轉換，即可提供封閉或半封閉溫室植栽所需之光照、溫度、濕度、二氧化碳及給水灌溉等生長環境及條件，可以大幅降低溫室植栽的設備成本及種植成本，並且，該燃料電池模組之輸出端所輸出之電力、熱能、二氧化碳、水等多項環境產物，係為燃料電池模組之直接產物，不需再以大量電力轉換而得，不浪費任何可用資源，可使該燃料電池模組的無謂電力耗損降至最低，運轉效能大幅提昇，可使溫室植栽享有最佳之綠能精緻農業耕種的經濟效益。
100‧‧‧溫室耕種系統
10‧‧‧燃料電池模組
11‧‧‧第一輸入端
12‧‧‧第二輸入端
13‧‧‧第一輸出端
14‧‧‧第二輸出端
15‧‧‧第三輸出端
16‧‧‧第四輸出端
17‧‧‧第五輸出端
18‧‧‧第五輸出端
19‧‧‧熱水槽
191‧‧‧出水端
192‧‧‧入水端
20‧‧‧環境感測控制模組
21‧‧‧微處理單元
211‧‧‧鍵盤
212‧‧‧顯示器
221‧‧‧光照感測單元
222‧‧‧二氧化碳感測單元
223‧‧‧溫度感測單元
224‧‧‧濕度感測單元
225‧‧‧水位感測單元
221a‧‧‧光照感測訊號
222a‧‧‧二氧化碳感測訊號
223a‧‧‧溫度感測訊號
224a‧‧‧濕度感測訊號
225a‧‧‧水位感測訊號
231‧‧‧電力控制單元
232‧‧‧二氧化碳控制單元
233‧‧‧溫度控制單元
234‧‧‧濕度控制單元
234b‧‧‧蒸氣
235‧‧‧給水灌溉控制單元
30‧‧‧環境形成裝置
31‧‧‧照明燈具
40‧‧‧環境形成裝置
41‧‧‧噴出口
50‧‧‧環境形成裝置
51‧‧‧噴水頭
60‧‧‧環境形成裝置
200‧‧‧燃料
300‧‧‧空氣
400‧‧‧電力
500‧‧‧二氧化碳
600‧‧‧熱氣
700‧‧‧水
800‧‧‧溫室
810‧‧‧植栽容器
820‧‧‧土壤
830‧‧‧植栽作物
840‧‧‧風扇
850‧‧‧二氧化碳回收循環管
231b‧‧‧配電盤
410‧‧‧家庭電器
420‧‧‧電力負載
第一圖為本創作可自動控制之溫室耕種系統第一實施例之系統方塊圖。
第二圖為本創作之環境感測控制模組之方塊圖。
第三圖為本創作之環境感測控制模組之各感測單元設於溫室內之示意圖。
第四圖為本創作可自動控制之溫室耕種系統之較佳應用例圖。
第五圖為本創作可自動控制之溫室耕種系統之第二實施例圖。
第六圖為本創作可自動控制之溫室耕種系統之第三實施例圖。
第七圖為本創作可自動控制之溫室耕種系統之第四實施例圖。
請參閱如第一圖所示，為本創作之可自動控制之溫室耕種系統100之第一實施例，其中，該溫室耕種系統100係包括至少一燃料電池模組10，該燃料電池模組10之型式不限，在本創作中係列舉澳大利亞商Ceramic Fuel Cells(簡稱CFCL)公司所生產之BlueGen系列固態氧化物燃料電池(SOFC,Solid Oxide Fuel Cell)模組為例，該燃料電池模組10具有一第一輸入端11、第二輸入端12及第一輸出端13、第二輸出端14、第三輸出端15、第四輸出端16、一對第五輸出端17及18，該第一輸入端11及第二輸入端12分別輸入燃料200及空氣300，該燃料200可以為含高碳氫的氣體構成，例如：含甲烷氣的天然氣、石油氣、煤氣及沼氣等燃料，該第一輸出端13、第二輸出端14、第三輸出端15、第四輸出端16則分別輸出電力400、二氧化碳500、熱氣600及水700等多項環境產物，該第五輸出端17及18可供水或空氣作熱交換(heat exchange)輸出，該電力400為交流110伏，60Hz之電源，發電效率可達到60%，該第五輸出端17及18可作200公升/天熱水之熱交換操作，例如：該第五輸出端17及18分別連結一熱水槽19之出水端191及入水端192，該入水端192並連結該第四輸出端16，以輸入水700，並對該熱水槽19內部之水700進行熱交換加熱，而形成熱水。
請再配合第二圖及第三圖所示，至少一環境感測控制模組20，其型式不限，在本創作中係列舉包含至少一微處理單元21、光照感測單元221、二氧化碳感測單元222、溫度感測單元223、濕度感測單元224、水位感測單元225、電力控制單元231、二氧化碳控制單元232、溫度控制單元233、濕度控制單元234及給水灌溉控制單元235組成者為例，其中，該微處理單元21具備有光照、二氧化碳、溫度、濕度、水位感測及反饋控制之功能，可預先燒錄儲存溫室植栽之光照、二氧化碳、溫度、濕度及給水灌溉環境控制數值資料。
該光照感測單元221設於一溫室800內(如第三圖所示)，以感測該溫室800內之光照亮度狀態，亦即感測溫室800晝、夜之光照亮度，並將該光照感測訊號221a回傳至該微處理單元21，作為該微處理單元21控制溫室800內部光照亮度的依據；該二氧化碳感測單元222設於溫室800內部，可藉以感測溫室800內部之二氧化碳500之濃度，並將該二氧化碳感測訊號222a回傳至該微處理單元21，作為該微處理單元21控制溫室800內部二氧化碳500濃度之依據。
該溫度感測單元223設於該溫室800內部，可藉以感測溫室800內部之溫度，並將該溫度感測訊號223a回傳至該微處理單元21，作為該微處理單元21控制溫室800內部溫度之依據；該濕度感測單元224設於溫室800內部，可藉以感測溫室800內部之濕度，並將該濕度感測訊號224a回傳至該微處理單元21，作為該微處理單元21控制溫室800內部濕度之依據。
該水位感測單元225設於該溫室800內部之植栽容器810中，以感測該植栽容器810中之灌溉水位，並將該水位感測訊號225a回傳至微處理單元21，作為該微處理單元21控制溫室800內部之植栽容器810之灌溉水位控制依據。
該電力控制單元231連結該微處理單元21及燃料電池模組10之第一輸出端13，以連結輸入該燃料電池模組10之第一輸出端13所輸出之電力400，並由該微處理單元21根據該光照感測單元221之光照感測訊號221a，而予以控制該電力控制單元231輸出電力400之狀態，該電力 控制單元231為數位/類比電力開關所構成，可控制電力400之投入或切斷，以及投入之電流與功率大小。
該二氧化碳控制單元232連結該微處理單元21及該燃料電池模組10之第二輸出端14，以連結輸入該燃料電池模組10之第二輸出端14所輸出之二氧化碳500，並由該微處理單元21根據該二氧化碳感測單元222之二氧化碳感測訊號222a，而予以控制該二氧化碳控制單元232輸出二氧化碳500與否，該二氧化碳控制單元232為一電磁閥及風扇組成，以控制輸出或切斷二氧化碳500。
該溫度控制單元233連結該微處理單元21及該燃料電池模組10之第三輸出端15，以連結輸入該燃料電池模組10之第三輸出端15所輸出之熱氣600，並由該微處理單元21根據該溫度感測單元223之溫度感測訊號223a，而予以控制該溫度控制單元233輸出熱風600與否，該溫度控制單元233為一電磁閥構成，以控制輸出或切斷熱風600。
該濕度控制單元234連結該微處理單元21及該燃料電池模組10之第四輸出端14及第五輸出端17及18所連結之熱水槽19，以連結輸入該燃料電池模組10之第四輸出端16所輸出之水700及第五輸出端17及18所連結之熱水槽19之熱水，並由該微處理單元21根據該濕度感測單元224之濕度感測訊號224a，而予以控制該溫度控制單元234輸出蒸氣234b與否，該濕度控制單元234為一蒸氣產生器所構成，以控制輸出或切斷蒸氣234b。
該給水灌溉控制單元235連結該微處理單元21及該燃料電池模組10之第四輸出端14，以連結輸入該燃料電池模組10之第四輸出端16所輸出之水700，並由該微處理單元21根據該水位感測單元225之水位感測訊號225a，而予以控制該給水灌溉控制單元235輸出水700與否，該給水灌溉控制單元235為一電磁閥所構成，以控制輸出或切斷水700的供應與否。
複數環境形成裝置30、40、50及60，分別設於該溫室800中，該環境形成裝置30設於該溫室800之植栽容器810上方，該環境形成裝置30為一照明燈組，具有複數照明燈具31，且該環境形成裝置30連結 該電力控制單元231，以輸入該電力控制單元231所輸出之電力400，使該環境形成裝置30可以提供溫室800內部光照照明之環境。
該環境形成裝置40設於溫室800之植栽容器810上方，且該環境形成裝置40分別連結該二氧化碳控制單元232、溫度控制單元233及濕度控制單元234，以分別輸入二氧化碳500、熱風600及蒸氣234b，該環境形成裝置40為一中空管，且設有若干噴出口41，以供該二氧化碳500、熱風600或蒸氣234b經該噴出口41噴出，使該環境形成裝置40可以提供溫室800內部之二氧化碳500、溫度及濕度環境。
該環境形成裝置50連結該給水灌溉控制單元235，以輸入水700，該環境形成裝置50為一噴水頭模組，具有複數噴水頭51，以將水700經由該噴水頭51噴灑出來，使該環境形成裝置50提供溫室800之植栽容器810內之給水灌溉及濕度環境。
該環境形成裝置60設於該溫室800之植栽容器810中，且該環境形成裝置60連結該給水灌溉控制單元235，以輸入水700，該環境形成裝置60為一灌溉水管，以提供該植栽容器810內所需之給水灌溉與水位控制環境。
如第四圖所示，為本創作之溫室耕種系統100的較佳應用例，其中，顯示該溫室800之植栽容器810內容置有土壤820，於該土壤820上分別種植有複數植栽作物830，該植栽作物830可以為各種食用青菜或水耕植物，藉由上述之環境形成裝置30、40、50及60分別提供該植栽作物830生長所需之光照、二氧化碳500、溫度、濕度及給水灌溉等環境因素，使該植栽作物830可以具備最佳之環境條件順利生長。
請再配合第五圖所示，為本創作之溫室耕種系統100的第二實施例，其中，顯示該環境感測控制模組20之微處理單元21連結一鍵盤211及顯示器212，且該微處理單元21內部預先燒錄儲存複數種不同植栽作物830之環境控制因素，例如：青江菜、小白菜及萵苣之植栽作物830之環境控制因素，以供使用者藉由該鍵盤211輸入操作選擇對應植栽作物830種類之環境控制因素，並由該顯示器212顯示操作與選擇資訊，而得以對多種不同的植栽作物830進行個別不同光照、二氧化碳500、溫度、濕度及 給水灌溉等環境因素控制。
請再參閱第六圖所示，為本創作之溫室耕種系統100的第三實施，其中，顯示該燃料電池模組10的第一輸出端13與環境感測控制模組20之電力控制單元231間，連結至少一配電盤231b，該配電盤231b可將第一輸出端13所輸出之多餘電力400，提供給家庭電器410與電力負載420。
請再配合第七圖所示，為本創作之溫室耕種系統100的第四實施，其中，顯示該溫室800底部兩側分別設有至少一風扇840與一二氧化碳回收循環管850，該二氧化碳回收循環管850連結該二氧化碳控制單元232，以藉由該風扇840將沈積於溫室800底部之二氧化碳500吹向另一側之二氧化碳回收循環管850，使該二氧化碳500可以被重覆循環利用。
在以上第一圖~第七圖中所示本創作之可自動控制之溫室耕種系統100，其中所揭示的相關說明及圖式，係僅為便於闡明本創作的技術內容及技術手段，所揭示較佳實施例之一隅，並不而限制其範疇，並且，舉凡針對本創作之細部結構修飾或元件之等效替代修飾，皆不脫本創作之創作精神及範疇，其範圍將由以下的申請專利範圍來界定之。
100‧‧‧溫室耕種系統
10‧‧‧燃料電池模組
11‧‧‧第一輸入端
12‧‧‧第二輸入端
13‧‧‧第一輸出端
14‧‧‧第二輸出端
15‧‧‧第三輸出端
16‧‧‧第四輸出端
20‧‧‧環境感測控制模組
234b‧‧‧蒸氣
30‧‧‧環境形成裝置
31‧‧‧照明燈具
40‧‧‧環境形成裝置
41‧‧‧噴出口
50‧‧‧環境形成裝置
51‧‧‧噴水頭
60‧‧‧環境形成裝置
200‧‧‧燃料
300‧‧‧空氣
400‧‧‧電力
500‧‧‧二氧化碳
600‧‧‧熱氣
700‧‧‧水
800‧‧‧溫室
810‧‧‧植栽容器
820‧‧‧土壤
830‧‧‧植栽作物

Claims (13)

  1. 一種可自動控制之溫室耕種系統，係包括：至少一燃料電池模組，該燃料電池模組具有一第一輸入端、第二輸入端及第一輸出端、第二輸出端、第三輸出端、第四輸出端，該第一輸入端及第二輸入端分別輸入燃料及空氣，該第一輸出端、第二輸出端、第三輸出端、第四輸出端分別輸出電力、二氧化碳、熱氣及水等多項環境產物；至少一環境感測控制模組，包含至少一微處理單元、光照感測單元、二氧化碳感測單元、溫度感測單元、濕度感測單元、水位感測單元、電力控制單元、二氧化碳控制單元、溫度控制單元、濕度控制單元及給水灌溉控制單元，該微處理單元具備有光照、二氧化碳、溫度、濕度、水位感測及反饋控制之功能，該光照感測單元、二氧化碳感測單元、溫度感測單元、濕度感測單元設於一溫室內部，且該水位感測單元設於該溫室內部之植栽容器中，以分別感測該溫室內部之光照、二氧化碳、溫度、濕度與給水灌溉水位狀態，並分別產生光照感測訊號、二氧化碳感測訊號、溫度感測訊號、濕度感測訊號及水位感測訊號，以提供給微處理單元作為溫室之光照、二氧化碳、溫度、濕度與給水灌溉水位控制之依據，該電力控制單元、二氧化碳控制單元、溫度控制單元、濕度控制單元及給水灌溉控制單元分別連結該微處理單元及燃料電池模組之第一輸出端、第二輸出端、第三輸出端、第四輸出端，以受微處理器控制輸出電力、二氧化碳、熱氣、蒸氣及水；及複數環境形成裝置，分別設置於室內，各環境形成裝置並分別連結該環境感測控制模組之電力控制單元、二氧化碳控制單元、溫度控制單元、濕度控制單元及給水灌溉控制單元，以分別形成溫室內部之植栽容器內之植栽作物的光照、二氧化碳、溫度、濕度及給水灌溉等環境因素。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之可自動控制之溫室耕種系統，其中，該燃料電池模組並具有一對第五輸出端，該第五輸出端分別連結一熱水槽之出水端及入水端，該入水端並連結該燃料電池模組之第四輸出端，以輸入水，並對該熱水槽內部之水行熱交換加熱形成熱水。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之可自動控制之溫室耕種系統，其中，該環境感測控制模組之微處理單元連結一鍵盤及顯示器。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之可自動控制之溫室耕種系統，其中，該環境感測控制模組之電力控制單元為數位/類比電力開關所構成。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之可自動控制之溫室耕種系統，其中，該環境感測控制模組之二氧化碳控制單元為一電磁閥及風扇組成。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之可自動控制之溫室耕種系統，其中，該環境感測控制模組之溫度控制單元為一電磁閥構成。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之可自動控制之溫室耕種系統，其中，該環境感測控制模組之濕度控制單元為一蒸氣產生器所構成。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之可自動控制之溫室耕種系統，其中，該環境感測控制模組之給水灌溉控制單元為一電磁閥所構成。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之可自動控制之溫室耕種系統，其中，該環境形成裝置為一照明燈組，具有複數照明燈具。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之可自動控制之溫室耕種系統，其中，該環境形成裝置為一中空管，且設有若干噴出口，以供該二氧化碳、熱風或蒸氣經該噴出口噴出。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之可自動控制之溫室耕種系統，其中，該環境形成裝置為一噴水頭模組，具有複數噴水頭，以將水經由該噴水頭噴灑出來，使該環境形成裝置提供溫室之植栽容器內之給水灌溉及濕度環境。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之可自動控制之溫室耕種系統，其中，該環境形成裝置為一灌溉水管，以提供該植栽容器內所需之給水灌溉與水位控制環境。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之可自動控制之溫室耕種系統，其中，該燃料電池模組的第一輸出端與環境感測控制模組之電力控制單元間，連結至少一配電盤。
TW102206638U 2013-04-11 2013-04-11 可自動控制之溫室耕種系統 TWM462511U (zh)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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TWI555468B (zh) * 2013-04-11 2016-11-01 Automatic control of the greenhouse farming system
TWI665958B (zh) * 2015-02-23 2019-07-21 模里西斯商電子智慧全球授權有限公司 高密度無土植物生長系統

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