專利名稱：一種植物工廠的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本專利涉及一種植物工廠，既可用于超市、餐廳自產(chǎn)自銷多種植物性食物；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)境下長期活動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。本專利結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，能源利率高。
背景技術(shù)：
由于人口快速增長、耕地日益減少、資源短缺、環(huán)境惡化、農(nóng)藥濫用等問題使得傳統(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，同時植物工廠不使用農(nóng)藥，培育出作物綠色無污染。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、維護繁瑣，能源消耗過大，營養(yǎng)液供給不方便同時存營養(yǎng)液污染和在一定程度的浪費，這使得作物的生產(chǎn)成本過高；另一方植物工廠規(guī)模過大、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，能夠靈活地實現(xiàn)產(chǎn)銷平衡。植物工廠不僅可應(yīng)用于超市、餐廳自產(chǎn)自銷，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)境下長期活動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放式設(shè)計，依靠有人環(huán)境溫濕度、C02濃度進行連續(xù)式生產(chǎn)。它包括在外部防護罩(16)內(nèi)，由PLC控制器(29 )控制的按需式營養(yǎng)液自動供給單元(26 )通過管道連接升降式的可變高植物栽培單元(17)，開關(guān)獨立的紅白兩色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。按需式營養(yǎng)液自動供給單元26由儲液箱1、水泵2、液位計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燈開關(guān)獨立控制，從全關(guān)到全開分為五檔，根據(jù)植物需求實現(xiàn)光通量比例為1:1一10:1,同時打開狀態(tài)的LED可調(diào)節(jié)光照強度；換熱板10內(nèi)部通入冷媒，通過冷媒流動管24與制冷系統(tǒng)7連接對LED燈板11進行冷卻散熱；換熱板10使用微傾角設(shè)計，稍低一側(cè)安裝冷凝水回收管5，以便收集冷凝水返回儲水箱I ;外部防護罩16上設(shè)置2-6組風(fēng)扇4，風(fēng)扇4相對一側(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；13.第二電磁閥，14.第一電磁閥，15.第三電磁閥，16.外部防護罩，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.冷媒流動管，25.微孔管支架，26.按需式營養(yǎng)液自動供給單元，27.可調(diào)節(jié)光照單元，28.供液管路29.PLC控制器
具體實施方式
下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明做進一步說明。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控制的按需式營養(yǎng)液自動供給單元26、開關(guān)獨立的紅白兩色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和營養(yǎng)液供給單元26，安裝后如圖1所示。此時，關(guān)閉全部電磁閥，往儲水箱I中注入一定體積營養(yǎng)液，PLC控制器29打開水泵2和第一電磁閥14,往供液罐3中注入一定量營養(yǎng)液,達到液位計12設(shè)置最高液位時，通過液位計12產(chǎn)生反饋信號給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打開第二電磁閥13，向植物栽培單元17的各個微孔管8內(nèi)通入營養(yǎng)液，依靠植物根系吸力從微孔管內(nèi)吸收營養(yǎng)液，實現(xiàn)無動力按需供水，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12設(shè)置的最低點時，通過液位計12產(chǎn)生反饋信號給PLC控制器29，關(guān)閉第二電磁閥13，打開第一電磁閥14，同時打開水泵2，把儲液罐I中營養(yǎng)液注入供液罐3內(nèi)。當(dāng)營養(yǎng)液水位達到液位變送器12設(shè)置的最高點時，再次通過信號反饋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打開第二電磁閥13,向植物栽培單兀17的各個微孔管8內(nèi)通入營養(yǎng)液。如此循環(huán)，實現(xiàn)植物工廠的營養(yǎng)液的自動供給。通過PLC控制器29定期打開第三電磁閥15從微孔管8放出少許營養(yǎng)液以排出管內(nèi)可能形成的氣泡，由收液罐9收集液體，手動返回儲水箱
I。根據(jù)不同植物品種、不同生長時期，可以調(diào)節(jié)LED燈板11的紅白燈比例以及光照強度，使得植物的光能利用達到最優(yōu)化。同時根據(jù)植物性食物日需求量可以每隔一段時間種植一個微孔管栽培模塊8，實現(xiàn)植物性食物的分批次連續(xù)式培養(yǎng)(如圖2所示)。植物工廠運行過程中，啟動外部防護罩16的風(fēng)扇4，打開百葉窗6用于植物工廠的通風(fēng)，同時啟動制冷系統(tǒng)7通過冷媒流動管24將冷媒通入換熱板10對LED燈板11進行冷卻散熱。換熱板10表面形成的冷凝水通過冷凝水回收管5返回儲水箱I。
權(quán)利要求1.一種植物工廠，其特征包括在外部防護罩(16)內(nèi)，由PLC控制器(29)控制的按需式營養(yǎng)液自動供給單元(26)通過管道連接升降式的可變高植物栽培單元(17)，開關(guān)獨立的紅白兩色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，其特征是按需式營養(yǎng)液自動供給單元(26)，它由儲液箱(I)通過供液管路(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(12)、所有的電磁閥通過導(dǎo)線由PLC控制器(29)控制，依據(jù)供液罐(3)的液位計(12)的反饋信號通過PLC控制第一電磁閥(14)、第二電磁閥(13)以及水泵(2)的開關(guān)實現(xiàn)營養(yǎng)液按需式自動供給。
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燈開關(guān)獨立控制，從全關(guān)到全開分為五檔，根據(jù)植物需求實現(xiàn)光通量比例為1:1一10:1，打開狀態(tài)的LED可調(diào)節(jié)光照強度；換熱板(10)內(nèi)部通入冷媒對LED燈板(11)進行冷卻散熱；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，其特征是外部防護罩(16)上設(shè)置2-6組風(fēng)扇(4),風(fēng)扇(4)相對一側(cè)設(shè)有百葉窗(6)。
專利摘要本實用新型公開了一種植物工廠，主要由可變高植物栽培模塊單元、按需式營養(yǎng)液自動供給塊單元、可調(diào)節(jié)光源模塊照單元、外殼部防護罩、制冷系統(tǒng)等組成。既可用于超市、餐廳自產(chǎn)自銷多種植物性食物；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)境下長期活動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。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，能源利率高。
文檔編號A01G31/06GK202918819SQ2012202291
公開日2013年5月8日 申請日期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 申請人:北京航空航天大學(xué)