專(zhuān)利名稱：一種植物工廠的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本專(zhuān)利涉及一種植物工廠，既可用于超市、餐廳自產(chǎn)自銷(xiāo)多種植物性食物；亦可應(yīng)用于高原、沙漠、地下、南北極和空間基地等特殊環(huán)境條件下，滿足特殊環(huán)境下長(zhǎng)期活動(dòng)人員的植物性食物連續(xù)供給與空氣凈化需求，還可用于家庭自主生產(chǎn)新鮮蔬菜。本專(zhuān)利結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，能源利率高。
背景技術(shù)：
由于人口快速增長(zhǎng)、耕地日益減少、資源短缺、環(huán)境惡化、農(nóng)藥濫用等問(wèn)題使得傳統(tǒng)糧食作物生產(chǎn)在產(chǎn)量與安全上面臨著巨大的挑戰(zhàn)。植物工廠利用環(huán)境自動(dòng)控制技術(shù)、電子技術(shù)、生物技術(shù)和新材料等在設(shè)施內(nèi)連續(xù)高效生產(chǎn)糧食作物，同時(shí)植物工廠不使用農(nóng)藥，培育出作物綠色無(wú)污染。植物工廠的這些特征能夠有效解決傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的上述問(wèn)題，是當(dāng)今設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展的終極方向。但當(dāng)前，一方面植物工廠結(jié)構(gòu)系統(tǒng)復(fù)雜、維護(hù)繁瑣，能源消耗過(guò)大，營(yíng)養(yǎng)液供給不方便同時(shí)存營(yíng)養(yǎng)液污染和在一定程度的浪費(fèi)，這使得作物的生產(chǎn)成本過(guò)高；另一方植物工廠規(guī)模過(guò)大、種植品種單一，這往往造成產(chǎn)品積壓，物流成本增加。上述兩個(gè)方面缺陷限制植物工廠的推廣應(yīng)用。將植物工廠系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化，提高能源利用效率，能夠有效降低生產(chǎn)成本；而將植物工廠化、種植品種多樣化，能夠靈活地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)銷(xiāo)平衡。植物工廠不僅可應(yīng)用于超市、餐廳自產(chǎn)自銷(xiāo)，增加環(huán)境的綠色景觀；亦可應(yīng)用于高原、沙漠、地下、南北極和空間基地等特殊環(huán)境條件下，滿足特殊環(huán)境下長(zhǎng)期活動(dòng)人員的植物性食物連續(xù)供給、空氣凈化、心理慰藉等需求；還可用于家庭自主生產(chǎn)新鮮蔬菜。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明創(chuàng)造的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、連續(xù)生產(chǎn)多種植物性食物的高效植物工廠。為實(shí)現(xiàn)上述研究目的，采取的技術(shù)方案是:該植物工廠采用半開(kāi)放式設(shè)計(jì)，依靠有人環(huán)境溫濕度、C02濃度進(jìn)行連續(xù)式生產(chǎn)。它包括在外部防護(hù)罩(16)內(nèi)，由PLC控制器(29 )控制的按需式營(yíng)養(yǎng)液自動(dòng)供給單元(26 )通過(guò)管道連接升降式的可變高植物栽培單元(17)，開(kāi)關(guān)獨(dú)立的紅白兩色LED燈組成的可調(diào)節(jié)光照單元(27)放置于升降式的可變高植物栽培單元(17)的垂直正上方?？勺兏咧参镌耘鄦卧?7由含有多根微孔管栽培模塊8的上層栽培板22和下層栽培板23組成。微孔管栽培模塊8兩端分別用硅膠塞21密封，外部緊密包裹尼龍微濾膜18，微孔管栽培模塊8外部上方放置親水植物培養(yǎng)基質(zhì)條19，外部包裹反光防水蒸發(fā)膜20，固定于微孔管支架25上，上層栽培培板22和下層栽培板23距離LED光板11的高度、微孔管模塊8之間的距離可調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同糧食作物品種所需要種植高度與種植密度。按需式營(yíng)養(yǎng)液自動(dòng)供給單元26由儲(chǔ)液箱1、水泵2、液位計(jì)12、供液罐3、第
二電磁閥13、第一電磁閥14、第三電磁閥15、收集罐9、供液管路28和PLC控制器29組成?？烧{(diào)節(jié)光照單元27由LED光板11和換熱板10組成。LED光板11由紅白兩色LED燈組成，各色LED燈開(kāi)關(guān)獨(dú)立控制，從全關(guān)到全開(kāi)分為五檔，根據(jù)植物需求實(shí)現(xiàn)光通量比例為1:1一10:1,同時(shí)打開(kāi)狀態(tài)的LED可調(diào)節(jié)光照強(qiáng)度；換熱板10內(nèi)部通入冷媒，通過(guò)冷媒流動(dòng)管24與制冷系統(tǒng)7連接對(duì)LED燈板11進(jìn)行冷卻散熱；換熱板10使用微傾角設(shè)計(jì)，稍低一側(cè)安裝冷凝水回收管5，以便收集冷凝水返回儲(chǔ)水箱I ;外部防護(hù)罩16上設(shè)置2-6組風(fēng)扇4，風(fēng)扇4相對(duì)一側(cè)設(shè)有百葉窗6用于通風(fēng)。所述的微孔管8,直徑為5-100mm。所述的尼龍微濾膜18，孔徑為0.1-1.0 μ m。所述的親水植物培養(yǎng)基條19，厚度為1-lOmm，寬度為10 100mm，吸水膨脹系數(shù)為
2200% 1000%ο所述的供液管路28，直徑為5 10mm，由聚氨酯構(gòu)成。

圖1為本發(fā)明裝置的前視圖；圖2為本發(fā)明裝置的右視圖；圖3為本發(fā)明裝置植物栽培微孔管剖面圖；圖4為本發(fā)明裝置植物栽培微孔管A-A剖面圖；圖中:1.儲(chǔ)水箱，2.水泵，3.供水罐，4.風(fēng)扇，5.冷凝水回收管，6.百葉窗，7.制冷系統(tǒng)，8.微孔管，9.收液罐，10.換熱板，11.LED光板，12.液位計(jì)；13.第二電磁閥，14.第一電磁閥，15.第三電磁閥，16.外部防護(hù)罩，17.可變高植物栽培單元，18.尼龍微濾膜，19.親水植物培養(yǎng)基條，20.反光防水蒸發(fā)膜,21.娃膠塞,22.上層栽培板,23.下層栽培板,24.冷媒流動(dòng)管，25.微孔管支架，26.按需式營(yíng)養(yǎng)液自動(dòng)供給單元，27.可調(diào)節(jié)光照單元，28.供液管路29.PLC控制器
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。如圖1、圖2所示，本發(fā)明裝置主要由可升降式的可變高植物栽培單元17、由PLC控制器29控制的按需式營(yíng)養(yǎng)液自動(dòng)供給單元26、開(kāi)關(guān)獨(dú)立的紅白兩色LED燈組成的可調(diào)節(jié)光照單元27組成。首先根據(jù)植物品種的株高和種植密度，調(diào)整上層栽培培板22和下層栽培板23距離光照單元27的高度以及微孔管模塊8之間的距離。而后將微孔管模塊8兩端分別用硅膠塞21密封，外部緊密包裹尼龍微濾膜18，外部上方放置親水植物培養(yǎng)基質(zhì)條19，外被反光防水蒸發(fā)膜20，整理好后如圖3、圖4所示。隨后在親水植物培養(yǎng)基質(zhì)條19內(nèi)植入種子，將微孔管8固定于微孔管支架25上。繼而用供液管路28連接微孔管模塊8和營(yíng)養(yǎng)液供給單元26，安裝后如圖1所示。此時(shí)，關(guān)閉全部電磁閥，往儲(chǔ)水箱I中注入一定體積營(yíng)養(yǎng)液，PLC控制器29打開(kāi)水泵2和第一電磁閥14,往供液罐3中注入一定量營(yíng)養(yǎng)液,達(dá)到液位計(jì)12設(shè)置最高液位時(shí)，通過(guò)液位計(jì)12產(chǎn)生反饋信號(hào)給PLC控制器29，關(guān)閉水泵2和第一電磁閥14停止加液；而后PLC控制器29打開(kāi)第二電磁閥13，向植物栽培單元17的各個(gè)微孔管8內(nèi)通入營(yíng)養(yǎng)液，依靠植物根系吸力從微孔管內(nèi)吸收營(yíng)養(yǎng)液，實(shí)現(xiàn)無(wú)動(dòng)力按需供水，提供水分和能源利用效率；當(dāng)供液罐3中的水位降至液位計(jì)12設(shè)置的最低點(diǎn)時(shí)，通過(guò)液位計(jì)12產(chǎn)生反饋信號(hào)給PLC控制器29，關(guān)閉第二電磁閥13，打開(kāi)第一電磁閥14，同時(shí)打開(kāi)水泵2，把儲(chǔ)液罐I中營(yíng)養(yǎng)液注入供液罐3內(nèi)。當(dāng)營(yíng)養(yǎng)液水位達(dá)到液位變送器12設(shè)置的最高點(diǎn)時(shí)，再次通過(guò)信號(hào)反饋PLC控制器29關(guān)閉水泵2和第一電磁閥14停止加液；而后PLC控制器29打開(kāi)第二電磁閥13,向植物栽培單兀17的各個(gè)微孔管8內(nèi)通入營(yíng)養(yǎng)液。如此循環(huán)，實(shí)現(xiàn)植物工廠的營(yíng)養(yǎng)液的自動(dòng)供給。通過(guò)PLC控制器29定期打開(kāi)第三電磁閥15從微孔管8放出少許營(yíng)養(yǎng)液以排出管內(nèi)可能形成的氣泡，由收液罐9收集液體，手動(dòng)返回儲(chǔ)水箱
I。根據(jù)不同植物品種、不同生長(zhǎng)時(shí)期，可以調(diào)節(jié)LED燈板11的紅白燈比例以及光照強(qiáng)度，使得植物的光能利用達(dá)到最優(yōu)化。同時(shí)根據(jù)植物性食物日需求量可以每隔一段時(shí)間種植一個(gè)微孔管栽培模塊8，實(shí)現(xiàn)植物性食物的分批次連續(xù)式培養(yǎng)(如圖2所示)。植物工廠運(yùn)行過(guò)程中，啟動(dòng)外部防護(hù)罩16的風(fēng)扇4，打開(kāi)百葉窗6用于植物工廠的通風(fēng)，同時(shí)啟動(dòng)制冷系統(tǒng)7通過(guò)冷媒流動(dòng)管24將冷媒通入換熱板10對(duì)LED燈板11進(jìn)行冷卻散熱。換熱板10表面形成的冷凝水通過(guò)冷凝水回收管5返回儲(chǔ)水箱I。
權(quán)利要求1.一種植物工廠，其特征包括在外部防護(hù)罩(16)內(nèi)，由PLC控制器(29)控制的按需式營(yíng)養(yǎng)液自動(dòng)供給單元(26)通過(guò)管道連接升降式的可變高植物栽培單元(17)，開(kāi)關(guān)獨(dú)立的紅白兩色LED燈組成的可調(diào)節(jié)光照單元(27)放置于升降式的可變高植物栽培單元(17)的垂直正上方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種植物工廠，其特征是可變高植物栽培單元(17)由含有多根微孔管栽培模塊(8)的上層栽培板(22)和下層栽培板(23)組成，微孔管栽培模塊(8)兩端分別用硅膠塞(21)密封，外部緊密包裹尼龍微濾膜(18)，微孔管栽培模塊(8)外部上方放置親水植物培養(yǎng)基質(zhì)條(19)，外部包裹反光防水蒸發(fā)膜(20)，固定于微孔管支架(25)上，上層栽培板(22)和下層栽培板(23)距離LED光板(11)的高度、微孔管模塊(8)之間的距離可調(diào)節(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種植物工廠，其特征是按需式營(yíng)養(yǎng)液自動(dòng)供給單元(26)，它由儲(chǔ)液箱(I)通過(guò)供液管路(28)依次與水泵(2)、供液罐(3)、第一電磁閥(14)、第二電磁閥(13)經(jīng)過(guò)微孔管栽培模塊(8)與第三電磁閥(15)相連接，下方設(shè)有收液罐(9)，供液罐(3)內(nèi)置的液位計(jì)(12)、所有的電磁閥通過(guò)導(dǎo)線由PLC控制器(29)控制，依據(jù)供液罐(3)的液位計(jì)(12)的反饋信號(hào)通過(guò)PLC控制第一電磁閥(14)、第二電磁閥(13)以及水泵(2)的開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)液按需式自動(dòng)供給。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種植物工廠，其特征是可調(diào)節(jié)光照單元(27)由LED光板(11)和換熱板(10 )組成，LED光板(11)由紅白兩色LED燈組成，各色LED燈開(kāi)關(guān)獨(dú)立控制，從全關(guān)到全開(kāi)分為五檔，根據(jù)植物需求實(shí)現(xiàn)光通量比例為1:1一10:1，打開(kāi)狀態(tài)的LED可調(diào)節(jié)光照強(qiáng)度；換熱板(10)內(nèi)部通入冷媒對(duì)LED燈板(11)進(jìn)行冷卻散熱；換熱板(10)設(shè)有微傾角，低端連接冷凝水回收管(5 )。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種植物工廠，其特征是外部防護(hù)罩(16)上設(shè)置2-6組風(fēng)扇(4),風(fēng)扇(4)相對(duì)一側(cè)設(shè)有百葉窗(6)。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種植物工廠，主要由可變高植物栽培模塊單元、按需式營(yíng)養(yǎng)液自動(dòng)供給塊單元、可調(diào)節(jié)光源模塊照單元、外殼部防護(hù)罩、制冷系統(tǒng)等組成。既可用于超市、餐廳自產(chǎn)自銷(xiāo)多種植物性食物；亦可應(yīng)用于高原、沙漠、地下、南北極和空間基地等特殊地帶環(huán)境條件下，滿足特殊環(huán)境下長(zhǎng)期活動(dòng)人員的植物性食物連續(xù)供給與空氣凈化需求，還可用于家庭自主生產(chǎn)新鮮蔬菜。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，能源利率高。
文檔編號(hào)A01G31/06GK202918819SQ2012202291
公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2012年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月21日
發(fā)明者劉紅, 王敏娟, 付玉明, 劉慧 , 胡恩柱, 張厚凱 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)