專利名稱：無土栽培用營養液循環裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種液體循環裝置，特別是涉及一種無土栽培用營養液循環裝置。
背景技術：
近年來，無土栽培技術正逐漸進入工業化應用階段，并在諸如蔬菜和花卉生產等領域中逐漸占據主流地位。然而，現有大型工業化無土栽培裝置的自身結構設計過于復雜(如使用單片機、 傳感器、探頭等)，成本過高，大大限制了無土栽培技術在科研及民用領域的推廣，因此，研制出一種模塊化、自動化、操作簡單方便、成本低廉、培養液配置規范、具有較高的營養液化學穩定能力及長期免維護特性的中小型無土栽培裝置，是非常迫切的。目前，已有一些類似專利針對此類問題提出了一系列技術解決方案，但所述專利僅考慮如何補足植物的水分需要量，對植物的養分需要量卻完全不加以考慮，這在科研領域無疑是非常不可取的，即使應用在民用領域，也無法營造植物長期發育過程中所必須的養分含量適中、通氣狀況良好的根際環境。另外，在植物的水培養過程中，所述專利均需通過人工方式、定時頻繁地換水，費時費力，造成了巨大的人力支出及資源浪費，并無法自動、穩定地維持植物的根際環境，這樣，在進行諸如重金屬脅迫、有毒有害物質富集等的植物水培實驗中，相關污染物質的處理成本也會大大增加。上述缺陷嚴重限制了無土栽培技術在科研及民用領域的推廣和應用。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種成本較低、使用簡便的無土栽培用營養液循環裝置。為解決上述技術問題，本發明提供了一種無土栽培用營養液循環裝置，它包括上端設有第一加液口的母液貯罐，母液貯罐的下端接有上下疊置的補償室和回流罐，母液貯罐和補償室之間留有操作間隙，豎直布置的第一常壓管貫穿補償室將母液貯罐和回流罐連通，豎直布置的第二常壓管將母液貯罐和補償室連通，第一常壓管、第二常壓管位于操作間隙處的管體上接有同時控制兩管通斷的截止閥；第一常壓管的上端位于母液貯罐內的下部，第一常壓管的下端位于回流罐內的上部，第二常壓管的上端位于母液貯罐內的上部，第二常壓管的下端位于補償室內的下部；補償室的下部分別設置與其內腔相通的入水閥和溢流管，溢流管的上端位于補償室內的上部，溢流管的下端伸出補償室與大氣相通，補償室內設有倒置的U形虹吸管，它包括豎直布置的第一管、第二管，虹吸管的上端位于補償室內的上部且低于溢流管的上端，第一管穿過補償室伸進回流罐內且第一管的下端位于回流罐內的上部，第一管的下端通過止水閥接有浮球，第二管的下端位于補償室內的下部且低于第二常壓管的下端；回流罐的下部通過與其內腔相通的循環泵接有出水閥，定時器與循環泵電連接，回流罐的側壁上設有第二加液口 ；第一常壓管的管口開口尺寸小于入水閥的入水口開口尺寸，入水閥的入水口開口尺寸小于虹吸管的管口開口尺寸，入水閥的入水口開口尺寸和出水閥的出水口開口尺寸相同。為簡潔說明問題起見，以下對本發明所述無土栽培用營養液循環裝置均簡稱為本
>J-U ρ α裝直。采用以上的技術方案后，本裝置內僅有三個液體容器(母液貯罐、補償室、回流罐)、四個管道(第一常壓管、第二常壓管、溢流管、虹吸管)、四個閥門(截止閥、入水閥、止水閥、出水閥)、浮球、循環泵、定時器這些零部件，以致本裝置的成本較低。下面通過簡單介紹使用本裝置讓營養液得到循環的具體步驟，來描述本裝置使用簡便的優點I)分別在母液貯罐、回流罐、補償室內充入相應濃度的營養液，通過管線使出水閥連接無土栽培裝置內的苗床的入水口，通過管線使入水閥連接苗床的出水口，并通過定時器設定循環泵的工作時間；2)定時器開啟循環泵使其持續地抽吸，向苗床泵入回流罐內的營養液，補充苗床內的植物經消耗、吸收的缺失水位，回流罐所流失的營養液采用虹吸管、止水閥、浮球，通過補償室內的營養液不斷得到補充，保證回流罐內的恒定液位；3)當補償室內的液面高度低于第二管的下端時，虹吸管自動斷開，第二常壓管的水密狀態解除，母液貯罐內的高濃度營養液在大氣壓強及重力作用下經第一常壓管流入回流罐，對回流罐內所流失的營養液進行補充；4)當苗床的缺失水位得到補充后，來自苗床的低濃度回流營養液(經植物生長消耗后，苗床內營養液的營養物質的有效含量和溶氧量均較低)由完全打開的入水閥不斷流回補償室，補償室內的液面得到提升，并封住第二常壓管的下端，讓第二常壓管再次處于水密狀態，使母液貯罐對回流罐的營養液補充停止；當補償室內的液面逐漸上升至虹吸管的上端時，虹吸管又自動接通，將來自苗床的低濃度回流營養液導入回流罐內，并與之前從母液忙罐內流入的高濃度營養液混合均勻，維持營養液內各營養成分含量的相對穩定；5)循環泵在定時器的作用下繼續抽吸，使回流罐內的液面繼續降低，因來自苗床并流入補償室內的低濃度回流營養液的流量小于經虹吸管流出補償室且進入回流罐的營養液的流量，故虹吸管再次接通后補償室內的液面會逐漸下降；重復2)至4)的步驟，使苗床內的營養液繼續得到循環更新；待定時器斷電后，營養液的循環停止，補償室內的營養液液面將維持在最高允許液面和最低允許液面之間。這樣，可達到為苗床連續而定時地自動補充營養液的目的，使營養液在苗床和本裝置之間自動循環運行，苗床內營養液的營養物質及其有效含量可得到保證，且營養液的循環過程無需人工操作，省時省力，以致本裝置使用簡便。所述回流罐的下側設有與定時器電連接的加氧頭。這樣，可對回流罐內的營養液實施定時加氧，及時補充營養液內的氧氣含量。所述補償室的體積小于回流罐的體積。
圖I是本發明的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖并通過實施方式來進一步說明本發明。參見圖I :為進一步清楚而明確地說明問題起見，在圖I中通過若干虛線和相應件號來表達相應液體容器內相應營養液的對應液面，分別具體描述如下a為母液貯罐2內營養液(以下均簡稱母液)的初始液面(即最高允許液面)，a’ 為母液貯罐2內母液的最低允許液面，b為補償室6內營養液的最高允許液面，b’為補償室 6內營養液的最低允許液面(即最低警戒液面)，c為回流罐11內營養液的初始液面(即最聞允許液面)。圖I中未不出所述的母液和相應的營養液。本裝置的結構為上端設有第一加液口 I的母液貯罐2的下端通過連接筒17接有上下疊置的補償室6和回流罐11，母液貯罐2和補償室6之間留有操作間隙，豎直布置的第一常壓管3貫穿補償室6將母液貯罐2和回流罐11連通，豎直布置的第二常壓管4將母液貯罐2和補償室 6連通，第一常壓管3、第二常壓管4分別與母液貯罐2和補償室6密封配合，第一常壓管3、 第二常壓管4位于操作間隙處的管體上接有同時控制兩管通斷的截止閥5，補償室6的體積小于回流罐11的體積，這樣，本裝置正常運轉時，回流罐11的可用體積大于補償室6的可用體積。第一常壓管3的上端位于母液貯罐2內的下部，第一常壓管3的下端位于回流罐 11內的上部，第二常壓管4的上端位于母液貯罐2內的上部，第二常壓管4的下端位于補償室6內的下部。補償室6的下部分別設置與其內腔相通的入水閥8和溢流管7，溢流管7的上端位于補償室6內的上部，溢流管7的下端伸出補償室6與大氣相通，補償室6內設有倒置的U 形虹吸管15，它包括豎直布置的第一管15a、第二管15b，虹吸管15的上端位于補償室6內的上部且低于溢流管7的上端，第一管15a穿過補償室6伸進回流罐11內且第一管15a的下端位于回流罐11內的上部，第一管15a的下端通過止水閥9接有浮球10,第二管15b的下端位于補償室6內的下部且低于第二常壓管4的下端。回流罐11的下部通過與其內腔相通的循環泵12接有出水閥13，定時器14與循環泵12電連接，回流罐11的側壁上部設有第二加液口 11a，回流罐11的下側設有與定時器 14電連接的加氧頭16。第一常壓管3的管口開口尺寸小于入水閥8的入水口開口尺寸，入水閥8的入水口開口尺寸小于虹吸管15的管口開口尺寸，入水閥8的入水口開口尺寸和出水閥13的出水口開口尺寸相同。所述的截止閥5、入水閥8、止水閥9、出水閥13、浮球10、循環泵12、定時器14、加氧頭16均為市售品。定時器14的生產廠家為慈溪市科德電器廠,型號為科德TW-268, 地址為浙江省寧波市慈溪市橫河鎮東畈村，郵編為315318，電話為0574-63105198， 63191919。
使用過程中，母液貯罐2內母液的初始液面a要低于第二常壓管4的上端；母液貯罐2內母液的最低允許液面a’與第一常壓管3的上端平齊；對于補償室6內營養液的最高允許液面b而言，其高于虹吸管15的上端，其與溢流管7的上端平齊；對于補償室6內營養液的最低允許液面b’而言，其與第二常壓管4的下端平齊，其高于第二管15b的下端；回流罐11內營養液的初始液面c由止水閥9、浮球10共同決定。初次向本裝置內加入營養液的具體步驟為I)、通過第二加液口 Ila向回流罐11內充入事先配好的測試用完全營養液(如改良的Horgland氏標準液)，使其初始液面c與浮球10的球心所在平面平齊；2)、由入水閥8向補償室6內充入步驟I)中同樣的測試用完全營養液，直至達到補償室6內營養液的最低允許液面b’ ；3)、關閉截止閥5，開啟位于母液貯罐2上端的第一加液口 1，向母液貯罐2內加入適量步驟I)中同樣的測試用完全營養液，母液貯罐2內母液的初始液面a要低于第二常壓管4的上端、高于第一常壓管3的上端；4)、由無土栽培裝置內的苗床的入水口向苗床內加入步驟I)中同樣的測試用完全營養液，直至苗床的出水口出現溢流，使苗床充滿所述的營養液(附圖中未示出所述的苗床、苗床的入水口、苗床的出水口)；5)、關閉第一加液口 1，開啟截止閥5，將出水閥13連接苗床的入水口、入水閥8連接苗床的出水口；6)、打開入水閥8、出水閥13，開啟循環泵12，持續地向苗床泵入回流罐11內的營
養液；7)、來自苗床的回流營養液由入水閥8流入補償室6內時，關閉循環泵12，使本裝置與苗床之間的營養液循環停止，此時補償室6內的液面介于最低允許液面b’和最高允許液面b之間；8)、按照實際需要(如喜好時間、適宜工作頻率等)，設定定時器14，對其一天中的具體開啟時間、每次開啟后的時間間隔進行設置。使用本裝置讓營養液在本裝置和苗床之間得到循環的具體步驟為I)、定時器14至設定時間后接通電路，啟動本裝置和苗床之間的營養液循環過程，即開啟循環泵12，營養液由循環泵12抽出，經出水閥13流向苗床，并由加氧頭16補充回流罐11內的營養液中的溶解氧。因苗床內植物的生長發育需消耗營養液，苗床內的液位必然會下降，回流罐11內流出的營養液將首先補充苗床內的缺失營養液，此過程中，回流罐11內的液面持續下降，但經虹吸管15、止水閥9、浮球10，由補償室6內的營養液不斷補充，可保證回流罐11內的恒定液面。補償室6內的營養液液位在虹吸管15的抽吸作用下不斷下降，且在補償室6內的液面尚未下降至最低允許液面b’時，第二常壓管4的下端將一直浸沒于補償室6內的營養液內。由于關閉第一加液口 I、開啟截止閥5后,母液忙罐 2內處于水密狀態，而補償室6通過溢流管7與大氣相通，因此，根據大氣壓強原理，母液貯罐2內的母液不會流到回流罐11內。2)、當補償室6內的液面高度逐漸降低至最低允許液面b’以下、入水閥8尚無回流營養液補充時，隨著循環泵12的持續抽吸，一則，母液貯罐2內的母液會在大氣壓強(通過第一常壓管3、第二常壓管4的共同配合)及重力作用下，經第一常壓管3流入回流罐11內(母液貯罐2內的母液液面逐漸降低)，二則，導致虹吸管15因其內部液柱中斷而停止對補償室6內營養液的抽吸，補償室6內營養液的液面維持不變；3)、隨著循環泵12的持續抽吸，從苗床回收的低濃度回流營養液開始由完全打開的入水閥8進入補償室6內，隨著補償室6內營養液液面的逐漸上升，虹吸管15內的營養液液面也在不斷升高，當補償室6內營養液液面超過最低允許液面b’后，再次封住第二常壓管4的下端，使母液貯罐2內的母液不再流向回流罐11，本裝置對苗床消耗營養液的水分和養分補充停止；當補償室6內液面達到最高允許液面b附近時，虹吸管15再次接通，將補償室6內的低濃度回流營養液不斷地補充到回流罐11內，并與經第一常壓管3流入回流罐11內的母液混合均勻，完成營養液的加氧和養分更新等工作，因來自苗床并流入補償室 6內的低濃度回流營養液的流量小于經虹吸管15流出補償室6且進入回流罐11的營養液的流量，故，一則保證補償室6內的營養液液面在虹吸管15再次接通后逐漸下降，且所述營養液液面不會超過最高允許液面b，二則保證回流罐11內的恒定液面，保證營養液內的礦物質含量，以上為營養液的第一次循環；4)、循環泵12持續抽吸，補償室6內的低濃度營養液持續流向回流罐11，當補償室 6內的營養液液面低于最低允許液面b’時，虹吸管15又斷開，再次重復2)至3)步驟，營養液開始第二次循環，所不同的是，由于第一次循環時苗床內缺失的水分及礦物質均已補齊， 苗床的缺失液位消失，因此，本裝置再向苗床的入水口補充營養液時，苗床的出水口將會同步地流出營養液，營養液第二次循環后，母液貯罐2不再向回流罐11內補充母液；定時器 14繼續接通，循環泵12持續工作，多次重復2)至3)步驟，可達到為苗床自動連續補充營養液的目的，補足苗床內植物生長發育所消耗的水分及礦物質，維持苗床內營養液的液位及各營養成分的相對穩定；5)、到達設定時間后，定時器14自動關閉，本裝置和苗床之間的營養液循環自動停止，待補償室6內不再有回流營養液流入，補償室6內的營養液液面高度處于最高允許液面b和最低允許液面b’之間。設苗床內植物生長導致的營養液水分消耗為L，礦物質消耗為D，則濃度設定完成后，母液貯罐2內的母液濃度為S時，本裝置可自動維持流經苗床的營養液有效含量不變，見公式一
S =—公式一因植物生長過程中要消耗可觀的水分及礦物質，故苗床內水分及礦物質的定量補充是營養液每次循環時的關鍵因素。在實際使用中，定時器14可設定多種間隔的工作模式，適用于各種不同植物的培養。母液忙罐2內母液的各營養成分的濃度應隨工作模式和植物種類的變化而改變。采用本裝置，使植物的根際環境實現自動化、穩定化維持，營造植物生長發育所需的養分含量適中、通氣狀況良好的根際環境，無需頻繁換水，長時間免維護。為較精確地達到維持苗床內植物生長發育所需水分及根際環境穩定這一目的，長期使用本裝置時應當進行母液的濃度設定步驟。本裝置充填標準營養液循環數次后，于第 m次循環結束后，定時器14斷開，本裝置內營養液不再流動時，開始測定水分消耗量及營養液內的礦物質消耗量。
母液貯罐2內母液的濃度設定操作步驟為I)、營養液在本裝置和苗床之間循環m次后，苗床內營養液的水分消耗量等于母液貯罐2內母液的消耗量；2)、打開出水閥13，從回流罐11內導出適量經循環m次后的營養液，視情況選用合理有效的不同測量方法(如離子積法、電導率法等)測定營養液內的各營養成分(如礦物質、不蹤劑等)的消耗量。3)、依據計算結果得出母液貯罐2內母液的濃度。設循環前本裝置或苗床內的標準測試用完全營養液的營養成分K1的有效含量為a i(單位為毫克，下同)、營養成分K2的
有效含量為ct 2、......營養成分Kn的有效含量為α n ;循環m次后,營養成分K1的有效含量
降低為β :，營養成分K2的有效含量降低為β2,......營養成分Kn的有效含量降低為βη,并
設苗床內營養液的水分消耗量為L，單位為毫升。植物在生長發育過程中需要外界提供氮、磷、鉀、硫、鎂、鈣等二十余種必需的營養元素，對不同營養元素的需要量也隨著植物種類的差異而不同。因此，在母液貯罐2內，當某種營養成分Kn的濃度SKn滿足公式二時，可在使用中保證該成分的濃度在營養液循環過程中基本維持不變，將相關數據代入公式二
權利要求
1.無土栽培用營養液循環裝置，包括上端設有第一加液口的母液貯罐，其特征在于 母液貯罐的下端接有上下疊置的補償室和回流罐，母液貯罐和補償室之間留有操作間隙，豎直布置的第一常壓管貫穿補償室將母液貯罐和回流罐連通，豎直布置的第二常壓管將母液貯罐和補償室連通，第一常壓管、第二常壓管位于操作間隙處的管體上接有同時控制兩管通斷的截止閥；第一常壓管的上端位于母液貯罐內的下部，第一常壓管的下端位于回流罐內的上部， 第二常壓管的上端位于母液貯罐內的上部，第二常壓管的下端位于補償室內的下部；補償室的下部分別設置與其內腔相通的入水閥和溢流管，溢流管的上端位于補償室內的上部，溢流管的下端伸出補償室與大氣相通，補償室內設有倒置的U形虹吸管，它包括豎直布置的第一管、第二管，虹吸管的上端位于補償室內的上部且低于溢流管的上端，第一管穿過補償室伸進回流罐內且第一管的下端位于回流罐內的上部，第一管的下端通過止水閥接有浮球，第二管的下端位于補償室內的下部且低于第二常壓管的下端；回流罐的下部通過與其內腔相通的循環泵接有出水閥，定時器與循環泵電連接，回流罐的側壁上設有第二加液口；第一常壓管的管口開口尺寸小于入水閥的入水口開口尺寸，入水閥的入水口開口尺寸小于虹吸管的管口開口尺寸，入水閥的入水口開口尺寸和出水閥的出水口開口尺寸相同。
2.根據權利要求I所述的無土栽培用營養液循環裝置，其特征在于回流罐的下側設有與定時器電連接的加氧頭。
3.根據權利要求I或2所述的無土栽培用營養液循環裝置，其特征在于補償室的體積小于回流罐的體積。
全文摘要
無土栽培用營養液循環裝置，其母液貯罐下接補償室和回流罐，第一常壓管將母液貯罐和回流罐連通，第二常壓管將母液貯罐和補償室連通，兩常壓管上有截止閥；第一常壓管上下端位于母液貯罐內下部、回流罐內上部，第二常壓管上下端位于母液貯罐內上部、補償室內下部；補償室下部有入水閥和溢流管，溢流管上下端位于補償室內上部、伸出補償室，補償室內有包括第一管和第二管的倒置虹吸管，虹吸管上端位于補償室內上部且低于溢流管上端，第一管下端位于回流罐內上部且通過止水閥接有浮球，第二管下端位于補償室內下部且低于第二常壓管下端；回流罐下部通過與定時器相接的循環泵接出水閥；第一常壓管管口小于入水閥入水口的開口尺寸，入水閥入水口小于虹吸管管口的開口尺寸，入水閥入水口和出水閥出水口的開口尺寸相同。本裝置成本較低、使用簡便。
文檔編號A01G31/02GK102577920SQ201210016159
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月18日 優先權日2012年1月18日
發明者王偉光 申請人:王偉光