WO2019203695A1 - Устройство для культивирования растений - Google Patents

Устройство для культивирования растений Download PDF

Info

Publication number
WO2019203695A1
WO2019203695A1 PCT/RU2019/050043 RU2019050043W WO2019203695A1 WO 2019203695 A1 WO2019203695 A1 WO 2019203695A1 RU 2019050043 W RU2019050043 W RU 2019050043W WO 2019203695 A1 WO2019203695 A1 WO 2019203695A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
plants
microorganisms
module
plant
controller
Prior art date
Application number
PCT/RU2019/050043
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Алексей Сергеевич КОВНЕРЧУК
Александр Викторович БАСОВ
Original Assignee
ЦИГВИНЦЕВ, Илья Вячеславович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ЦИГВИНЦЕВ, Илья Вячеславович filed Critical ЦИГВИНЦЕВ, Илья Вячеславович
Publication of WO2019203695A1 publication Critical patent/WO2019203695A1/ru

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G31/00—Soilless cultivation, e.g. hydroponics
    • A01G31/02—Special apparatus therefor
    • A01G31/06—Hydroponic culture on racks or in stacked containers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P60/00—Technologies relating to agriculture, livestock or agroalimentary industries
    • Y02P60/20—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions in agriculture, e.g. CO2
    • Y02P60/21—Dinitrogen oxide [N2O], e.g. using aquaponics, hydroponics or efficiency measures

Definitions

  • the invention relates to the field of hydroponic and aeroponic automated cultivation of plants of various morphological structures and can be used in everyday life, as well as in enterprises of the food and agricultural industries.
  • a device for cultivating plants comprising a housing, inside of which there is a lighting module, a filtration module, and a plant growing module equipped with means for hydroponically feeding substances into the root zone [US2014259920, publication date: September 18, 2014, MIC: A01G 1/00].
  • a device for cultivating plants comprising a housing, inside of which there is a controller, a lighting module, a ventilation module, and a plant growing module equipped with means for the aeroponic supply of substances to the root zone [WO2017 207508, publication date: 07.12. 2017, MIC: A01G 31/06].
  • a plant cultivation device comprising a housing, in the upper part of which there is a plant growing chamber with a dimming glass, with a lighting module and an ultrasonic plant height sensor located inside the chamber, and a controller, a ventilation module, and a plant growing module located in the body, including a means of aeroponic supply of substances to the root zone [US2018007845, publication date: 01/11/2018, IPC: A01G 31/00].
  • the disadvantage of the prototype and the known technical solutions is the unbalanced growth and development of plants due to insufficient care of plants at each stage of their growth, which can be manifested in the absence of qualitative changes in the structure of plant cells, or in the slow formation of inflorescences and fruits, due to which, to a large extent decreases the efficiency of plant cultivation.
  • the technical problem to which the invention is directed is to increase the efficiency of plant cultivation.
  • the technical result is to ensure balanced growth and development of plants.
  • the invention consists in the following.
  • a plant cultivation device comprises a plant growing chamber, a lighting module controlled by a controller, a ventilation module, a plant growing module, and means for monitoring the stage of plant growth controlled by the controller.
  • the device comprises a controller-controlled means for humidifying air flows, a means for differentiating air flows, and a means for introducing microorganisms.
  • the plant growing chamber is a cavity inside the device in which the system of plant shoots is located and favorable conditions for their growth and development are created.
  • the growing chamber can be of any shape and size, providing the possibility of placing plants, as well as their further growth and development.
  • a means of humidifying the air flow provides the ability to change the humidity and temperature of the air inside the plant growing chamber by adding fine particles of liquid to it.
  • the means for humidifying the air flows may include a feed unit and a spray unit.
  • the fluid supply unit can be a submersible pump located in a container with liquid, or a pipeline that is connected to a public water supply.
  • the fluid atomization unit may be nozzles or atomizers that may be located inside the plant growing chamber.
  • the humidifier can be equipped with a heat exchange unit, which provides the ability to organize evaporative cooling and increase the efficiency of changes in humidity and the temperature of the air inside the growth chamber, for example, the heat exchange unit may be a perforated plate or heat exchanger, which is equipped with fans that blow off the liquid from their surface.
  • the air flow humidifier can be integrated into the ventilation module.
  • the ventilation module provides the possibility of organizing the supply and exhaust ventilation of the plant growing chamber.
  • the ventilation module may contain climate control elements that provide the ability to control air parameters inside the plant growing chamber and outside the device.
  • climate control elements can be temperature, humidity or air velocity sensors, as well as air content sensors, light sensors, etc.
  • climate control elements can be installed inside the ventilation module and / or inside the plant growing chamber and / or outside the device .
  • the ventilation module may include an air circulation circuit inside the plant growing chamber and an air exchange circuit with the external environment.
  • the air circulation circuit inside the growth chamber and the air exchange circuit with the external environment can be connected by means of air ducts, and a system of controlled valves, valves or dampers can be used to change the amount of air entering the growth chamber.
  • the air circulation circuit inside the plant growing chamber may include a circulation circuit fan, a plant feeding unit for carbon dioxide and a duct system connected to the growing chamber.
  • the air exchange circuit with the external environment may include a fan of the air exchange circuit, as well as an air purification unit, which may contain elements of ionization and air filtration, providing the ability to clean the air leaving the outside.
  • a means of differentiating air flows makes it possible to simulate natural wind flows within the chamber cultivation by changing the speed and direction of air flow.
  • the means for differentiating air flows can receive data from climate control elements.
  • the means for differentiating air streams may include forcing and directing nodes.
  • the pumping unit may be a compressor and a receiver, or a fan, or the fans of the ventilation module can be used as the pumping unit.
  • the guide assembly can be an air duct of any shape and size, connected to a plant growing chamber and provided at the end with a deflector with a controlled damper. At the same time, the controllable deflector can have a telescopic flexible design to enable air flows to certain parts of plants. Also, as a guide unit, an air circulation circuit inside the growth chamber of the ventilation module can be used.
  • the plant growing module provides the ability to place the root system of plants and bring nutrients to the root system.
  • the plant growing module may comprise a node for placing the root system of the plants, a node for preparing the nutrient solution, and a node for bringing the nutrient solution to the root system of the plants.
  • the site of placement of the root system of plants can be perforated cup-shaped holes of any shape and size, selected in accordance with the size of the roots of plants.
  • the nutrient solution preparation unit can be one or more interconnected containers, which at the junction can contain a system of valves, gate valves, dampers or pumps.
  • the nutrient solution preparation unit may contain elements for monitoring the state of the nutrient solution, which may be sensors of salts, minerals, acidity, temperature, density, level, etc.
  • the node for supplying the nutrient solution may contain aeroponic and / or hydroponic nutrient solution elements equipped with nutrient solution pump.
  • the means of introducing microorganisms provides the possibility of the content and further growth and development of microorganisms necessary at each stage of growth and development of the plant and their introduction to plants.
  • the microorganism introduction agent can be integrated into the plant growing module.
  • the microorganism introducer may comprise a metering unit, which enables the introduction of a specific volume and / or type of microorganism. In this case, the metering unit may be a damper, gate valve, valve or pump.
  • the microorganism introducer may comprise a microorganism dilution assembly and a microorganism delivery assembly to the plant.
  • the microorganism dilution unit can be one or several open or closed containers of any shape and size, inside of which favorable conditions for the active life of microorganisms are created.
  • a node for supplying microorganisms to a plant can be a pipeline of any shape and size in cross section, providing a connection of the node for breeding microorganisms with the cavity in which the nutrient solution, the root system or other parts of the plant are located, for example, with the cavity of the plant growing chamber or with the root placement unit plant systems of the plant growing module.
  • microorganisms mycorrhiza, trichoderma, etc. can be selected.
  • the tool for monitoring the stage of plant growth provides the ability to control the dynamics of growth and development of plants in the chamber of plant growth by assessing their physical condition.
  • the plant growth stage tracer may contain optical and sound controls.
  • the optical control elements can be a video camera, a photosensor, ultraviolet or infrared sensors, etc.
  • the sound control elements can be ultrasonic distance sensors of various ranges.
  • Plant Growth Stage Tracker May Be installed anywhere in the chamber for growing plants, provided that the plants are within its radius of action.
  • the lighting module provides the ability to create the necessary lighting conditions for the growth and development of plants inside the growing chamber.
  • the lighting module can be a panel equipped with LED lamps of various spectra, for example, LEDs of ultraviolet, blue, green, yellow, orange, red, infrared and white colors, which allow differentiation of the spectrum and light intensity to make changes in the morphological structure of plants.
  • the lighting module can have any shape and size and can be installed anywhere on the device, provided that the light rays reach the plants in an amount sufficient to undergo the photosynthesis process.
  • the lighting module can be movably fixed by any known means, for example, by means of hinges, drives or groove systems.
  • the controller provides the ability to process information from the electronic components of the device, and the interaction of electronic components with each other to ensure the growth and development of plants in the growing chamber.
  • the controller can be represented by a combination of integrated circuits, chips and microprocessors.
  • the housing may have any shape and size, providing the possibility of placing inside it a growing chamber and other structural elements of the device.
  • the housing may contain upper and lower technological compartments located around the camera growing plants.
  • a ventilation module can be located in the upper technological compartment, and a module for growing plants in the lower technological compartment.
  • the housing outside may contain holes that allow air to be drawn in and out by the ventilation module, as well as air that can be heated by the lighting module.
  • the housing may comprise a door provided with glass with Auto-dimming function, which provides the ability to protect plants from direct sunlight.
  • the housing may contain input devices that provide the ability to change and select programs for growing plants.
  • input devices can be represented by keys, rheostats, potentiometers or a touch panel.
  • the device can be equipped with batteries, providing the possibility of its autonomous operation.
  • the batteries may be a battery and / or solar cell.
  • the structural elements of the device can be made of any structural materials, for example, metal, plastic or composite materials.
  • the invention has a previously unknown set of essential features, characterized in that the device contains:
  • a means of moistening air flows providing the ability to change humidity and air temperature inside the device, which creates favorable climatic conditions for the active growth and development of plants.
  • microorganisms which provides the opportunity for the development and transfer of beneficial microorganisms to the root zone of plants, which makes it possible to increase the efficiency of plant consumption of nutrients and water, as well as reduce the risk of pathogens at the initial stage of plant development.
  • the set of essential features provides the ability to select the most effective modes of operation of the device depending from the physical state of plants at each stage of plant development, which ensures the achievement of a technical result, which consists in ensuring balanced growth and development of plants, thereby increasing the efficiency of their cultivation.
  • the set of essential features of the device leads to an unobvious technical effect, which consists in ensuring balanced growth and development of the plant. This is due to the means of introducing microorganisms, which constantly supplies plants (root system, stem, leaves) with useful microorganisms in the required volume, and if the device detects a lag, or vice versa, outstrips the growth and / or development of the plant, the device regulates the type and volume of microorganisms supplied to the plant, respectively accelerating or slowing down the growth and / or development of the plant.
  • Figure 1 Device for the cultivation of plants, axonometric view.
  • Figure 2 Device for cultivating plants, the door is removed for clarity, axonometric view
  • Fig.Z The internal space of the device for cultivating plants, front view.
  • Figure 4 The ventilation module with integrated means of differentiation and means of humidification of air flows, axonometric view.
  • Figure 5 Module growing plants with an integrated means of introducing microorganisms, axonometric view.
  • the device for cultivating plants comprises a housing 1, made in the form of a cabinet with a door 2, which contains a touch panel 3 of the control inside which the controller is located, and tinted glass 4. Moreover, the housing 1 externally has an air inlet 5, an exhaust air outlet 6 and an outlet 7 of warm air and is divided into three compartments: the upper technological compartment 8, the lower technological compartment 9 and the chamber 10 for growing plants.
  • an ultrasonic sensor 11 Inside the chamber 10 for growing plants is an ultrasonic sensor 11, an HD camera 12, climate control sensors 13, side and ceiling lighting modules 14, an inlet 15 and an air outlet 16 in the side walls, as well as openings for planting the plants in the bottom.
  • the upper technological compartment 8 contains a ventilation module 17, and the lower technological compartment 9 contains a plant growing module 18.
  • the ventilation module 17 contains an integrated means of humidifying the air flows, operating on the principle of evaporative cooling and containing a liquid tray, a pump, nozzles and a heat exchanger (not shown in the drawing), carbon dioxide mixing means 20, a circulation fan 21, an air exchange fan 22 , an ionization element 23, a temperature lowering valve 24, a temperature increasing valve 25 and a carbon filter 26.
  • the ventilation module 17 contains a flow differentiating means integrated therein ov air (not shown in the drawing), which operates due to the fans 21 and 22, and uses air inlet 15 and air outlet 16 as deflectors.
  • the module 18 growing plants contains cups 27 and 28 of root support, equipped with means of aeroponic and hydroponic supply of the nutrient solution, a system of 29 valves, elements 30 for monitoring the state of the nutrient solution, including sensors for salts, nitrates, acidity and temperature of the nutrient solution, tank 31 with the nutrient solution and capacity 32 with liquids.
  • the microorganism injection device consists of containers 33 and 34, inside of which are the bacteria of mycorrhiza and trichoderma, with containers 33 and 34 provided with shutters (not shown in the drawings).
  • the invention works as follows.
  • the door 2 of the plant cultivation device is opened, the nutrient solution is poured into the tank 31 and the containers 32 with liquids are installed Colonies of microorganisms are placed in the containers 33. Plants (not shown in the drawings) are placed inside the chamber 10 for growing plants and the roots are placed in bowls 27 and 28.
  • the door 2 is closed and data on the type of planted plants are entered into the controller by means of a touch panel 3. The controller selects the necessary program for caring for plants at all stages of their growth.
  • Module 18 growing plants receives a command from the controller to prepare the nutrient solution by mixing in the tank 31 liquids from tanks 32 through a system of 29 valves.
  • Elements 30 monitoring the state of the nutrient solution record changes in the content of minerals, salts, as well as acidity and temperature of the nutrient solution and transmit them to the controller, which, when it reaches the required values, stops the mixing of liquids in the tank 31.
  • Means aeroponic and hydroponic supply of the nutrient solution sprays the nutrient solution on plant roots.
  • the controller registers the physical state of the plants through the HD camera 12 and makes adjustments to the composition and intensity of spraying the nutrient solution on the roots of the plants relative to the physical state of the plants.
  • mycorrhiza from the tank 33 enters the tank 31 and, together with the nutrient solution, moves to the roots of the plants, increasing the amount of nutrients absorbed by the plants.
  • the controller registers a sufficient level of mycorrhiza in the tank due to the nutrient solution control elements 30 and closes the container 33.
  • the controller opens the container 34 and the trichoderma enters the tank 31 and, together with the nutrient solution, moves to the roots of the plants, protecting the plants.
  • the controller overlaps the capacity 34.
  • the ventilation module 17 receives a command from the controller to activate the fan 21 of the circulation circuit and air begins to flow into the housing 1 through the inlet 5 and into the growing chamber 10 through the inlet 15, and due to the valves 24 and 25, the temperature inside the chamber rises and falls.
  • the controller registers a change in temperature and humidity inside the chamber 10 by means of climate control sensors 13.
  • the controller gives a command to activate the pump of the means for humidifying the air flows, which spray liquid onto the surface of the heat exchanger by means of nozzles, from the surface of which it enters the circulation circuit, lowering the temperature and increasing the humidity inside growing chambers 10 to create favorable conditions for the growth and development of the cultivated plant species.
  • the controller gives the command to activate the fan 22 of the air exchange circuit, as a result of which the air through the air outlet 16 from the growing chamber 10 passes through the ionization element 23, a carbon filter 26 and, free of pollen and unpleasant odors, gets out through the outlet 7 in the housing 1.
  • the controller by means of climate control sensors 13 detects a drop in the level of carbon dioxide necessary for the effective passage of photosynthesis for in plant cells, and gives the command to activate means 20 for mixing carbon dioxide into the chamber 10 and the required level of carbon dioxide is restored.
  • the controller registers the height of the plants by means of an ultrasonic sensor, as a result of which it receives data on the sufficient development of the plant stem.
  • the controller instructs fans 21 and 22, and they begin to intermittently rotate at different frequencies, simulating wind flows, as a result of which the plants begin to sway and their stem is strengthened, and the efficiency of nutrient absorption by plants increases.
  • the controller receives data from the ultrasonic sensor 11 of the HD camera 12 and the climate control sensors 13, including the light sensor, about the current physical condition of the plants and instructs the side and ceiling lighting modules 14 to activate the LEDs required at this stage of plant growth of the light spectrum, forming the necessary luminous flux and composition of light to accelerate the plant's growing vegetative mass, as well as increase the height and thickness of the stem. Moreover, to exclude the possibility of heating the air inside the chamber 10 of growing plants and changing climatic conditions, warm air from the ceiling lighting modules 14 is discharged through the outlet 7 of warm air. The controller detects low light plants 35 and changes the position of the lighting module, after which the required level of illumination of the plant 35 is restored.
  • the controller detects changes in the physical state of the plants by means of an ultrasonic sensor 11 and an HD camera 12, and constantly makes adjustments to the operation of the side and ceiling lighting modules 14, the ventilation module 17, and the plant growing module 18. In this case, the controller registers the lag or advancing growth and / or development of individual parts of plants and compares the dynamics of growth and development of the plants themselves. If the values of these parameters deviate from the set values, the controller, depending on the readings of the ultrasonic sensor 11, the HD camera 12, the climate control sensors 13, as well as the nutrient solution status monitoring elements 30, makes adjustments to the operation of the humidification means 19 and the means for differentiating air flows and means for introducing microorganisms. When forming and ripening fruits in plants, the controller sends a signal to the touch panel 3 about the need for harvesting.

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
  • Hydroponics (AREA)
  • Greenhouses (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области гидропонного и аэропонного автоматизированного культивирования растений различного морфологического строения и может быть применено в быту, а также на предприятиях пищевой и сельскохозяйственной промышленности. Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является обеспечение сбалансированного роста и развития растений. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для культивирования растений содержит камеру выращивания растений, управляемые контроллером модуль освещения, модуль вентиляции, модуль выращивания растений и средство отслеживания стадии роста растений и отличается тем, что содержит управляемые контроллером средство увлажнения потоков воздуха, средство дифференцирования потоков воздуха и средство введения микроорганизмов.

Description

Устройство для культивирования растений
Изобретение относится к области гидропонного и аэропонного автоматизированного культивирования растений различного морфологического строения и может быть применено в быту, а также на предприятиях пищевой и сельскохозяйственной промышленности.
Известно устройство для культивирования растений, содержащее корпус, внутри которого расположен модуль освещения, модуль фильтрации и модуль выращивания растений, снабженный средством гидропонной подачи веществ в корневую зону [US2014259920, дата публикации: 18.09.2014 г., МИК: A01G 1/00] .
Известно устройство для культивирования растений, содержащее корпус, внутри которого расположен контроллер, модуль освещения, модуль вентиляции и модуль выращивания растений, снабженный средством аэропонной подачи веществ в корневую зону [WO2017 207508, дата публикации: 07.12. 2017 г., МИК: A01G 31/06].
В качестве прототипа выбрано устройство для культивирования растений, содержащее корпус, в верхней части которого расположена камера выращивания растений с затемняющимся стеклом, при этом внутри камеры расположен модуль освещения и ультразвуковой датчик высоты растения, а в корпусе расположен контроллер, модуль вентиляции и модуль выращивания растений, включающий средство аэропонной подачи веществ в корневую зону [US2018007845, дата публикации: 11.01.2018 г., МПК: A01G 31/00].
Недостатком прототипа и известных технических решений является несбалансированный рост и развитие растений из-за недостаточного ухода за растениями на каждой стадии их роста, что может проявляться в отсутствии качественных изменений в строении клеток растений, либо в медленном формировании соцветий и плодов, вследствие чего в значительной степени снижается эффективность культивирования растений. Технической проблемой, на решение которой направлено изобретение, является повышение эффективности культивирования растений.
Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является обеспечение сбалансированного роста и развития растений.
Сущность изобретения заключается в следующем.
Устройство для культивирования растений содержит камеру выращивания растений, управляемые контроллером модуль освещения, модуль вентиляции, модуль выращивания растений и средство отслеживания стадии роста растений. В отличие от прототипа устройство содержит управляемые контроллером средство увлажнения потоков воздуха, средство дифференцирования потоков воздуха и средство введения микроорганизмов .
Камера выращивания растений представляет собой полость внутри устройства, в которой расположена система побегов растений и созданы благоприятные условия для их роста и развития. Камера выращивания может иметь любую форму и размер, обеспечивающие возможность размещения растений, а также их дальнейшего роста и развития.
Средство увлажнения потоков воздуха обеспечивает возможность изменения влажности и температуры воздуха внутри камеры выращивания растений путем добавления в нее мелкодисперсных частиц жидкости. Средство увлажнения потоков воздуха может содержать узел подачи и узел распыления жидкости. Узел подачи жидкости может представлять собой погружной насос, находящийся в емкости с жидкостью, либо трубопровод, который подключен к коммунальному водопроводу. Узел распыления жидкости может представлять собой форсунки или распылители, которые могут быть расположены внутри камеры выращивания растений.
Средство увлажнения может быть снабжено узлом теплообмена, который обеспечивает возможность организации испарительного охлаждения и повышения эффективности изменения влажности и температуры воздуха внутри камеры выращивания, например узел теплообмена может представлять собой перфорированную пластину или теплообменник, которые снабжены вентиляторами, сдувающими жидкость с их поверхности. Средство увлажнения потоков воздуха может быть интегрировано в модуль вентиляции.
Модуль вентиляции обеспечивает возможность организации приточно-вытяжного вентилирования камеры выращивания растений. Модуль вентиляции может содержать элементы климат-контроля, обеспечивающие возможность контроля параметров воздуха внутри камеры выращивания растений и снаружи устройства. Элементы климат-контроля могут представлять собой датчики температуры, влажности или скорости воздуха, а также датчики содержания веществ в воздухе, датчики освещенности и др. Элементы климат-контроля могут быть установлены внутри модуля вентиляции и/или внутри камеры выращивания растений и/или снаружи устройства.
Модуль вентиляции может содержать контур циркуляции воздуха внутри камеры выращивания растений и контур воздухообмена с внешней средой. Контур циркуляции воздуха внутри камеры выращивания и контур воздухообмена с внешней средой могут быть соединены посредством воздуховодов, при этом для изменения количества воздуха, поступающего в камеру выращивания, может быть применена система управляемых клапанов, задвижек или заслонок. Контур циркуляции воздуха внутри камеры выращивания растений может содержать вентилятор контура циркуляции, узел подкормки растений углекислым газом и систему воздуховодов, соединенных с камерой выращивания. Контур воздухообмена с внешней средой может содержать вентилятор контура воздухообмена, а также узел очистки воздуха, который может содержать элементы ионизации и фильтрации воздуха, обеспечивающие возможность очистки воздуха, выходящего наружу.
Средство дифференцирования потоков воздуха обеспечивает возможность имитации естественных потоков ветра внутри камеры выращивания путем изменения скорости и направления потоков воздуха. Средство дифференцирования потоков воздуха может получать данные от элементов климат-контроля. Средство дифференцирования потоков воздуха может содержать нагнетающий и направляющий узлы. Нагнетающий узел может представлять собой компрессор и ресивер, либо вентилятор, либо в качестве нагнетающего узла могут быть использованы вентиляторы модуля вентиляции. Направляющий узел может представлять собой воздуховод любой формы и размера, соединенный с камерой выращивания растений и снабженный на конце дефлектором с управляемой заслонкой. При этом управляемый дефлектор может иметь телескопическую гибкую конструкцию для обеспечения возможности подведения потоков воздуха к определенным частям растений. Также в качестве направляющего узла может быть использован контур циркуляции воздуха внутри камеры выращивания модуля вентиляции.
Модуль выращивания растений обеспечивает возможность размещения корневой системы растений и подведения к корневой системе питательных веществ. Модуль выращивания растений может содержать узел размещения корневой системы растений, узел подготовки питательного раствора и узел подведения питательного раствора к корневой системе растений. Узел размещения корневой системы растений может представлять собой перфорированные чашеобразные лунки любой формы и размера, подобранные в соответствии с размерами корней растений. Узел подготовки питательного раствора может представлять собой одну или несколько соединенных между собой емкостей, которые в месте соединения могут содержать систему клапанов, задвижек, заслонок или насосов. Также узел подготовки питательного раствора может содержать элементы контроля состояния питательного раствора, которые могут представлять собой датчики солей, минералов, кислотности, температуры, плотности, уровня, и др. Узел подведения питательного раствора может содержать элементы аэропонной и/или гидропонной подачи питательного раствора, снабженные насосом подачи питательного раствора. Средство введения микроорганизмов обеспечивает возможность содержания и дальнейшего роста и развития микроорганизмов, необходимых на каждой стадии роста и развития растения и их подведения к растениям. Средство введения микроорганизмов может быть интегрировано в модуль выращивания растений. Средство введения микроорганизмов может содержать узел дозирования, обеспечивающий возможность введения определенного объема и/или вида микроорганизмов. При этом узел дозирования может представлять собой заслонку, задвижку, клапан или насос.
Средство введения микроорганизмов может содержать узел разведения микроорганизмов и узел подведения микроорганизмов к растению. Узел разведения микроорганизмов может представлять собой одну или несколько открытых или закрытых емкостей любых форм и размеров, внутри которых созданы благоприятные условия для активной жизнедеятельности микроорганизмов. Узел подведения микроорганизмов к растению может представлять собой трубопровод любой формы и размеров в поперечном сечении, обеспечивающий соединение узла разведения микроорганизмов с полостью, в которой находится питательный раствор, корневая система или другие части растения, например, с полостью камеры выращивания растений или с узлом размещения корневой системы растений модуля выращивания растений. В качестве микроорганизмов может быть выбрана микориза, трихо дерма, и др.
Средство отслеживания стадии роста растений обеспечивает возможность контроля динамики роста и развития растений в камере выращивания растений путем оценки их физического состояния. Средство отслеживания стадии роста растений может содержать элементы оптического и звукового контроля. Элементы оптического контроля могут представлять собой видеокамеру, фотодатчик, ультрафиолетовый либо инфракрасный датчики и др. Элементы звукового контроля могут представлять собой ультразвуковые датчики расстояния различного диапазона. Средство отслеживания стадии роста растений может быть установлено в любом месте камеры выращивания растений при условии того, что растения будут находиться в радиусе его действия.
Модуль освещения обеспечивает возможность создания внутри камеры выращивания необходимых световых условий для роста и развития растений. Модуль освещения может представлять собой панель, снабженную светодиодными лампами различного спектра, например светодиодами ультрафиолетового, синего, зеленого, желтого, оранжевого, красного, инфракрасного и белого цветов, обеспечивающими возможность дифференцирования спектра и интенсивности света для внесения изменений в морфологическое строение растений. Модуль освещения может иметь любую форму и размер и может быть установлен в любом месте устройства при условии обеспечения попадания световых лучей на растения в количестве достаточном для прохождения процесса фотосинтеза. Модуль освещения может быть подвижно закреплен любыми известными способами, например, при помощи шарниров, приводов или систем пазов.
Контроллер обеспечивает возможность обработки информации, поступающей от электронных компонентов устройства, и взаимодействия электронных компонентов между собой для обеспечения роста и развития растений в камере выращивания. Контроллер может быть представлен совокупностью интегральных микросхем, чипов и микропроцессоров.
Корпус может иметь любую форму и размер, обеспечивающие возможность размещения внутри него камеры выращивания и остальных конструктивных элементов устройства. Корпус может содержать верхний и нижний технологический отсеки, расположенные вокруг камеры выращивания растений. При этом в верхнем технологическом отсеке может быть расположен модуль вентиляции, а в нижнем-модуль для выращивания растений. Корпус снаружи может содержать отверстия, обеспечивающие возможность забора и вывода воздуха модулем вентиляции, а также обеспечивающие возможность выхода воздуха, нагреваемого модулем освещения. Корпус может содержать дверь, снабженную стеклом с функцией автозатемнения, обеспечивающей возможность защиты растения от воздействия прямых солнечных лучей.
Корпус может содержать устройства ввода, обеспечивающие возможность изменения и выбора программ выращивания растений. При этом устройства ввода могут быть представлены клавишами, реостатами, потенциометрами или сенсорной панелью.
Устройство может быть снабжено элементами питания, обеспечивающими возможность его автономной работы. Элементы питания могут представлять собой аккумуляторную и/или солнечную батареи.
Конструктивные элементы устройства могут быть изготовлены из любых конструкционных материалов, например из металла, пластика или композиционных материалов.
Изобретение обладает неизвестной ранее совокупностью существенных признаков, отличающейся тем, что устройство содержит:
— средство дифференцирования потоков воздуха, обеспечивающее возможность изменения скорости и направления потоков воздуха и воздействия на растения с различной интенсивностью, благодаря чему укрепляется стебель повышается эффективность поступления питательных веществ к листьям, цветам и плодам растений.
— средство увлажнения потоков воздуха, обеспечивающее возможность изменения влажности и температуры воздуха внутри устройства, благодаря чему создаются благоприятные климатические условия для активного роста и развития растений.
— средство введения микроорганизмов, обеспечивающее возможность развития и переноса полезных микроорганизмов в корневую зону растений, благодаря чему обеспечивается возможность повышения эффективности потребления растением питательных веществ и воды, а также снижения риска возникновения патогенов на начальной стадии развития растения.
Совокупность существенных признаков обеспечивает возможность подбора наиболее эффективных режимов работы устройства в зависимости от физического состояния растений на каждом этапе развития растений благодаря чему обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в обеспечении сбалансированного роста и развития растений, тем самым повышается эффективность их культивирования.
Наличие новых отличительных существенных признаков свидетельствует о соответствии изобретения критерию патентоспособности «новизна».
Совокупность существенных признаков устройства ведет к достижению неочевидного технического эффекта, заключающегося в обеспечении сбалансированного роста и развития растения. Это происходит за счет средства введения микроорганизмов, которое постоянно снабжает растения (корневую систему, стебель, листья) полезными микроорганизмами в необходимом объеме и в случае регистрации устройством отставания или наоборот - опережения роста и/или развития растения, устройство регулирует вид и объем микроорганизмов, подаваемых к растению, соответственно ускоряя либо замедляя рост и/или развитие растения. Также это происходит за счет средства дифференцирования потоков воздуха, которое способствует укреплению стебля растения и стимулирует растение на поглощение питательных веществ за счет воздействия на него ветряных потоков разной скорости и направления, которые при этом могут быть сфокусированы на менее развитых или наоборот - на более развитых частях растений. При этом благодаря динамичному изменению температуры и влажности ветряных потоков обеспечивается возможность создания разных климатических зон для разных растений, имеющих отставание или опережение роста и развития, восстанавливая баланс между этими показателями для одновременного плодоношения. Таким образом достигается неожиданный технический эффект, заключающийся в обеспечении сбалансированного роста растений, что свидетельствует о соответствии изобретения критерию патентоспособности «изобретательский уровень». Изобретение может быть выполнено из известных материалов с помощью известных средств, что свидетельствует о соответствии изобретения критерию патентоспособности «промышленная применимость» .
Изобретение поясняется следующими чертежами.
Фиг.1 - Устройство для культивирования растений, аксонометрический вид.
Фиг.2 - Устройство для культивирования растений, дверь снята для наглядности, аксонометрический вид
Фиг.З- Внутреннее пространство устройства для культивирования растений, вид спереди.
Фиг.4 - Модуль вентиляции с интегрированным средством дифференцирования и средством увлажнения потоков воздуха, аксонометрический вид.
Фиг.5 - Модуль выращивания растений с интегрированным средством введения микроорганизмов, аксонометрический вид.
Устройство для культивирования растений содержит корпус 1, выполненный в виде шкафа с дверцей 2, которая содержит сенсорную панель 3 управления, внутри которой расположен контроллер, и тонированное стекло 4. При этом корпус 1 снаружи имеет вход 5 воздуха, выход 6 отработанного очищенного воздуха и выход 7 теплого воздуха и разделен на три отсека: верхний технологический отсек 8, нижний технологический отсек 9 и камеру 10 для выращивания растений.
Внутри камеры 10 для выращивания растений находится ультразвуковой датчик 11, HD-камера 12, датчики 13 климат-контроля, боковые и потолочные модули 14 освещения, вход 15 и выход 16 воздуха в боковых стенках, а также отверстия для посадки растений в дне.
Верхний технологический отсек 8 содержит модуль 17 вентиляции, а нижний технологический отсек 9 содержит модуль 18 выращивания растений. Модуль 17 вентиляции содержит интегрированное средство 19 увлажнения потоков воздуха, работающее по принципу испарительного охлаждения и содержащее внутри поддон с жидкостью, насос, форсунки и теплообменник (не показаны на чертеже), средство 20 подмешивания углекислого газа, вентилятор 21 контура циркуляции, вентилятор 22 контура воздухообмена, элемент 23 ионизации, клапан 24 понижения температуры, клапан 25 повышения температуры и угольный фильтр 26. При этом модуль 17 вентиляции содержит интегрированное в него средство дифференцирования потоков воздуха (не показано на чертеже), которое функционирует за счет вентиляторов 21 и 22, а в качестве дефлекторов использует вход 15 и выход 16 воздуха.
Модуль 18 выращивания растений содержит чаши 27 и 28 поддержки корней, оснащенные средством аэропонной и гидропонной подачи питательного раствора, систему 29 клапанов, элементы 30 контроля состояния питательного раствора, включающие датчики солей, нитратов, кислотности и температуры питательного раствора, бак 31 с питательным раствором и емкости 32 с жидкостями. Средство введения микроорганизмов состоит из емкостей 33 и 34, внутри которых размещены бактерии микориза и трихо дерма, при этом емкости 33 и 34 снабжены заслонками (не показаны на чертежах).
Изобретение работает следующим образом.
Дверцу 2 устройства для культивирования растений открывают, заливают питательный раствор в бак 31 и устанавливают емкости 32 с жидкостями Колонии микроорганизмов помещают в емкости 33. Растения (не показаны на чертежах) помещают внутрь камеры 10 для выращивания растений и размещают корни в чашах 27 и 28. Дверцу 2 закрывают и посредством сенсорной панели 3 управления вносят в контроллер данные о виде посаженных растений. Контроллер подбирает необходимую программу для ухода за растениями на всех стадиях их роста.
Модуль 18 выращивания растений получает команду от контроллера на подготовку питательного раствора путем подмешивания в бак 31 жидкостей из емкостей 32 посредством системы 29 клапанов. Элементы 30 контроля состояния питательного раствора регистрируют изменения содержания минералов, солей, а также кислотности и температуры питательного раствора и передают их контроллеру, который, при достижении необходимых значений, останавливает подмешивание жидкостей в бак 31. Средство аэропонной и гидропонной подачи питательного раствора распыляет питательный раствор на корни растений. При этом контроллер регистрирует физическое состояние растений посредством HD-камеры 12 и вносит корректировки в состав и интенсивность распыления питательного раствора на корни растений относительно физического состояния растений. При этом микориза из емкости 33 попадает в бак 31 и вместе с питательным раствором перемещается к корням растений, повышая количество поглощаемых растениями питательных веществ. Контроллер регистрирует достаточный уровень микоризы в баке за счет элементов 30 контроля состояния питательного раствора и перекрывает емкость 33. Для снижения риска возникновения патогенов у растений контроллер открывает емкость 34 и триходерма попадает в бак 31 и вместе с питательным раствором перемещается к корням растений, защищая растения. При регистрировании достаточного объема трихо дермы, контроллер перекрывает емкость 34.
Модуль 17 вентиляции получает команду от контроллера на активацию вентилятора 21 контура циркуляции и воздух начинает поступать внутрь корпуса 1 через вход 5 и внутрь камеры 10 выращивания через вход 15, а за счет клапанов 24 и 25 происходит повышение и понижение температуры внутри камеры. При этом контроллер регистрирует изменение температуры и влажности внутри камеры 10 посредством датчиков 13 климат-контроля. В случае понижения влажности контроллер отдает команду на активацию насоса средства 19 увлажнения потоков воздуха, который посредством форсунок разбрызгивает жидкость на поверхность теплообменника, с поверхности которого она попадает в контур циркуляции, понижая температуру и повышая влажность внутри камеры 10 выращивания для создания благоприятных условий роста и развития выращиваемого вида растения. В случае превышения значений температуры и/или влажности, контроллер дает команду на активацию вентилятора 22 контура воздухообмена, в результате чего воздух через выход 16 воздуха из камеры 10 выращивания проходит через элемент 23 ионизации, угольный фильтр 26 и, очищенный от пыльцы и неприятных запахов, попадает наружу через выход 7 в корпусе 1. В результате вентилирования камеры выращивания 10 контроллер посредством датчиков 13 климат-контроля регистрирует падение уровня углекислого газа, необходимого для эффективного прохождения фотосинтеза в клетках растений, и отдает команду на активацию средства 20 подмешивания углекислого газа внутрь камеры 10 и необходимый уровень углекислого газа восстанавливается.
Контроллер регистрирует высоту растений посредством ультразвукового датчика, в результате чего он получает данные о достаточном развитии стебля растений. Контроллер отдает команду вентиляторам 21 и 22, и они начинают прерывисто вращаться с разной частотой, имитируя потоки ветра, в результате чего растения начинают раскачиваться и происходит укрепление их стебля, а эффективность поглощения питательных веществ растениями повышается.
Контроллер получает данные от ультразвукового датчика 11 HD- камеры 12 и датчиков 13 климат-контроля, включающим датчик освещенности, о текущем физическом состоянии растений и отдает команду боковым и потолочным модулям 14 освещения на активацию светодиодов необходимого на данном этапе роста растений светового спектра, формируя необходимый световой поток и состав света для ускорения набора растением вегетативной массы, а также увеличения высоты и толщины стебля. При этом для исключения возможности нагрева воздуха внутри камеры 10 выращивания растений и изменения климатических условий, теплый воздух от потолочных модулей 14 освещения отводится через выход 7 теплого воздуха. Контроллер регистрирует недостаточную освещенность растения 35 и изменяет положение модуля освещения, после чего необходимый уровень освещенности растения 35 восстанавливается.
Контроллер регистрирует изменения физического состояния растений посредством ультразвукового датчика 11 и HD-камеры 12, и постоянно вносит корректировку в работу боковых и потолочных модулей 14 освещения, модуля 17 вентиляции и модуля 18 выращивания растений. При этом контроллер регистрирует отставание или опережение роста и/или развития отдельных частей растений и сравнивает динамику роста и развития самих растений. В случае отклонения значений этих параметров от заданных контроллер, в зависимости от показаний ультразвукового датчика 11, HD-камеры 12, датчиков 13 климат-контроля, а также элементов 30 контроля состояния питательного раствора, вносит корректировки в работу средства 19 увлажнения, средства дифференцирования потоков воздуха и средства введения микроорганизмов. При формировании и созревании плодов у растений контроллер подает сигнал на сенсорную панель 3 о необходимости сбора урожая.
Таким образом достигается технический результат, заключающийся в обеспечении сбалансированного роста и развития растений, тем самым повышается эффективность их культивирования.

Claims

Формула изобретения
1. Устройство для культивирования растений, содержащее камеру выращивания растений, управляемые контроллером модуль освещения, модуль вентиляции, модуль выращивания растений и средство отслеживания стадии роста растений, отличающееся тем, что дополнительно содержит управляемые контроллером средство увлажнения потоков воздуха, средство дифференцирования потоков воздуха и средство введения микроорганизмов.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство увлажнения содержит узел подачи и узел распыления жидкости.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство увлажнения потоков воздуха снабжено узлом теплообмена для организации испарительного охлаждения.
4. Устройство по п.З, отличающееся тем, что средство увлажнения интегрировано в модуль вентиляции.
5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство дифференцирования потоков воздуха содержит нагнетающий и направляющий узлы.
6. Устройство по и.5, отличающееся тем, что направляющий узел соединен с камерой выращивания растений и снабжен на конце дефлектором с управляемой заслонкой.
7. Устройство по и. 1, отличающееся тем, что средство введения микроорганизмов интегрировано в модуль выращивания растений.
8. Устройство по и .1, отличающееся тем, что средство введения микроорганизмов содержит узел дозирования, обеспечивающий возможность введения определенного объема и/или вида микроорганизмов.
9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство введения микроорганизмов содержит узел разведения микроорганизмов и узел подведения микроорганизмов.
10. Устройство по и.9, отличающееся тем, что узел разведения микроорганизмов представляет собой одну и/или несколько емкостей.
PCT/RU2019/050043 2018-04-18 2019-04-15 Устройство для культивирования растений WO2019203695A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018114287 2018-04-18
RU2018114287A RU2676316C1 (ru) 2018-04-18 2018-04-18 Устройство для культивирования растений

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019203695A1 true WO2019203695A1 (ru) 2019-10-24

Family

ID=64753697

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2019/050043 WO2019203695A1 (ru) 2018-04-18 2019-04-15 Устройство для культивирования растений

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2676316C1 (ru)
WO (1) WO2019203695A1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022146321A1 (en) * 2020-12-31 2022-07-07 Vahaa Dikey Tarim Cozumleri Ve Teknoloji Anonim Sirketi An agricultural unit
CN114980730A (zh) * 2019-11-26 2022-08-30 豪蒂科有限公司 闭环、加压和无菌、受控微环境栽培

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030005626A1 (en) * 2001-07-05 2003-01-09 Ccs Inc. Plant cultivator and control system therefor
RU2298911C1 (ru) * 2005-09-29 2007-05-20 Федеральное образовательное учреждение высшего профессионального образования Красноярский Государственный аграрный университет Вегетационная камера
US20180007845A1 (en) * 2015-04-09 2018-01-11 Growx Inc. Systems, methods, and devices for aeroponic plant growth

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9565812B2 (en) * 2013-03-14 2017-02-14 Crop One Holidings, Inc. LED light timing in a high growth, high density, closed environment system
ITUA20163962A1 (it) * 2016-05-31 2017-12-01 Fabio Monteleone Dispositivo completamente automatico per la coltivazione aeroponica

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030005626A1 (en) * 2001-07-05 2003-01-09 Ccs Inc. Plant cultivator and control system therefor
RU2298911C1 (ru) * 2005-09-29 2007-05-20 Федеральное образовательное учреждение высшего профессионального образования Красноярский Государственный аграрный университет Вегетационная камера
US20180007845A1 (en) * 2015-04-09 2018-01-11 Growx Inc. Systems, methods, and devices for aeroponic plant growth

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ANONYMOUS: "The role of mycorrhiza in plant life", 26 October 2017 (2017-10-26), XP055645508, Retrieved from the Internet <URL:https://helpiks.org/2-10090.html> *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114980730A (zh) * 2019-11-26 2022-08-30 豪蒂科有限公司 闭环、加压和无菌、受控微环境栽培
CN114980730B (zh) * 2019-11-26 2024-03-22 豪蒂科有限公司 闭环、加压和无菌、受控微环境栽培
WO2022146321A1 (en) * 2020-12-31 2022-07-07 Vahaa Dikey Tarim Cozumleri Ve Teknoloji Anonim Sirketi An agricultural unit

Also Published As

Publication number Publication date
RU2676316C1 (ru) 2018-12-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104798627B (zh) 植物生长环境的自动控制装置
CA2914557C (en) Semi-automated crop production system
CN108419564B (zh) 一种智能种植箱
CN105104158A (zh) 智能水培蔬菜种植柜
CN205018017U (zh) 智能水培蔬菜种植柜
TW201633900A (zh) 高密度無土植物生長系統及方法
CN204929893U (zh) 一种芽苗菜培育装置
RU2676316C1 (ru) Устройство для культивирования растений
RU188785U1 (ru) Устройство для культивирования растений
KR101259674B1 (ko) 유닛화된 농작물 재배용 부스를 이용한 식물 재배 시스템
US20220192105A1 (en) Hvac system for hydroponic farm
CN111296129A (zh) 一种智能植物加代育种舱
CN105165591A (zh) 一种柜式芽苗菜培育装置
KR102450980B1 (ko) 식물재배기
EA036252B1 (ru) Устройство для культивирования растений
CN108401883B (zh) 一种种植箱
CN108286737B (zh) 一种生态型空气净化器
CN105485820A (zh) 一种具有深紫外线发射器的智能旋喷式加湿设备
RU209770U1 (ru) Устройство для автоматического культивирования растений
CN212910967U (zh) 一种智能植物加代育种舱
CN204929900U (zh) 一种柜式芽苗菜培育装置
CN212116433U (zh) 一种温室半封闭系统
CN208446301U (zh) 一种智能组合型种植保鲜装置
US20230017136A1 (en) Automatic plant cultivation device
CN108401890B (zh) 一种智能组合型种植保鲜装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19787877

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19787877

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1