СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ РАСТЕНИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1999 года по МПК A01G31/00 A01G31/02 A01G31/04 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к способу и оборудованию бессубстратного выращивания растения.

Цель изобретения - использование при выращивании растений энергии, связанной со стремлением растения к источнику света, а также экономия энергии.

Известно стремление растений в процессе их произрастания к свету, что подтверждено практикой и специальными экспериментами, подтверждающими справедливость этого явления, которое зависит от степени светолюбивоcти растений и от интенсивности светового потока, направленного на растение [1-4].

Известен способ выращивания растений и устройство для его осуществления в вегетационных трубах путем воздействия на их корневую систему аэрозолью питательного раствора [5]. При этом вегетационные трубы выполнены переменного сечения, изменяемого по мере роста растений, в которых размещены конвейеры с соединенными между собой телескопическими связями растениями в сетках, уложенных в держатели. Конвейер выполнен таким образом, что движение растений, начинаясь из помещения высадки рассады, находящегося наверху устройства, происходит по спиралевидной кривой вниз до помещения сбора урожая, находящегося у подножия культивационного устройства, откуда по обратным трубам держатели, освобожденные от растений, доставляют в помещение высадки рассады, после чего цикл повторяют. Вегетационные трубы, уложенные впритык друг к другу, установлены на поверхности конусообразного устройства с возможностью вращения его вокруг центральной вертикальной оси. Перемещение растений и изменение расстояния между держателями смежных растений по мере роста и поворот устройства осуществляют путем залповых выбросов аэрозоли и газовой смеси под воздействием собственного веса растений, по мере роста растений увеличивают объем выпускаемой на корневую систему аэрозоли. Механизм перемещения расположен на телескопической связи между держателями и выполнен в виде резервуара для питательного раствора, взаимосвязанного с влагоприемной воронкой, бункером для питательной смеси, смесителем, распылительным устройством, причем резервуар вставлен в источник тепла, выполненный в виде спирального электронагревателя, и подпружинен компенсационной пружиной, соединен с фиксатором, зацепленным с зубьями зубчатых пластин ступеней телескопических связей, установленным с возможностью автоматического изменения расстояния между держателями растений и изменения объема выброса аэрозоли по мере роста растений, при этом вегетационные трубы оборудованы влагосборной пленкой для сбора конденсата аэрозоли с возможностью слива влаги во влагоприемную воронку, соплами газовой смеси для выпуска газа на корневую систему растений с возможностью использования залповых выбросов аэрозоли и газовой смеси для перемещения конвейера и поворота устройства вокруг центральной вертикальной оси.

Недостатками вышеуказанного предложения является то, что вегетационные трубы выполнены светопрозрачными, что создает рассеянное освещение, не ориентирующее перемещение растений в определенном направлении и, кроме того, это связано с излишними теплопотерями; световые приборы расположены над растениями, что в условиях гравитации затрудняет движение растений, обладающих определенной массой, в направлении источников света; световые приборы расположены в вегетационной трубе таким образом, что они одновременно освещают несколько растений, в том числе и те растения, которые, миновав световой прибор, переместились далее вдоль по вегетационной трубе, в устройстве по выращиванию растений не предусмотрен генератор энергии, связанный с его движением вокруг собственной оси, и, наконец, световые приборы излучают световой поток одинаковой интенсивности, вне зависимости от объема растения.

Сущность изобретения заключается в том, что в отличие от приведенного прототипа вегетационные трубы выполнены несветопрозрачными, оборудованы световыми приборами с переменной интенсивностью светового потока, и расположены между собой на разном расстоянии в зависимости от изменения объема растений по мере их роста, установлены световые приборы на внутренней поверхности вегетационных труб, уложенных спиралевидно на сферической поверхности культивационного устройства таким образом, что световой поток направлен на растение снизу, для чего световой прибор располагается ниже центра тяжести растения во время прохождения растения мимо светового прибора, после чего, перемещаясь вниз, растение попадает в зону светового потока светового прибора, расположенного ниже в вегетационной трубе, устройство оборудовано теплоизолирующим покрытием и электрогенератором, связанным с устройством через мультипликатор, обеспечивающий генератору необходимое число оборотов вне зависимости от скорости вращения культивационного устройства. С целью рационального использования электроэнергии в светлое время устройство оборудовано светоприемником с концентратором света, соединенным со световодами и световыми приборами, а также аккумулятором, связанным с генератором электроэнергии. Само устройство имеет форму полусферы.

На фиг. 1 представлено устройство в плане; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - фрагмент вегетационной трубы, продольное сечение; на фиг. 4 - поперечный разрез вегетационной трубы Б-Б на фиг. 3; на фиг. 5 - разрез В-В на фиг. 4; на фиг. 6 - направляющие рельсы в плане; на фиг. 7 - направляющие рельсы, поперечный разрез Г-Г на фиг. 6; на фиг. 8 - фрагмент направляющих рельсов с тормозными пластинками (аксонометрия); на фиг. 9 - схема расположения резервуара на этапе высадки растений, а - до выброса аэрозоли, б - после выброса аэрозоли; на фиг. 10 - то же на среднем этапе произрастания растений; на фиг. 11 - то же на этапе завершения роста растений; на фиг. 12 - продольный разрез телескопической связи; на фиг. 13 - поперечный разрез телескопической связи Д-Д на фиг. 12; на фиг. 14 - схема автоматизированного управления процессом выращивания растений с использованием энергии.

На фиг. 1 и 2 показано устройство с расположенным в верхней части помещением высадки рассады 1 и помещением сбора урожая 2, находящемся в нижней части устройства. На сферической поверхности устройства устанавливают вегетационные трубы 3 (фиг. 3 - 5) переменного сечения, укладывая их спиралевидно впритык друг к другу, большим диаметром вниз, а меньшим - вверх. Внутри вегетационной трубы перемещают конвейер с растениями в эластичных сетках 4, установленные между собой телескопическими связями 6. В помещениях высадки рассады 1 и сбора урожая 2 устраивают окна 7, через которые происходит установка рассады и сбор выросших растений, между помещением сбора урожая 2 и высадки рассады 1 установлена обратная труба 8, по которой осуществляется доставка порожних держателей растений, после того, как урожай собран. Устройство оборудовано поворотным механизмом 9, обеспечивающим его круговое вращение вокруг центральной вертикальной оси 10 и соединено с мультипликатором 11, связанным с электрогенератором 12, соединенным с аккумулятором энергии 13 (фиг. 2).

Вегетационная труба 3 оборудована световыми приборами 14, установленными на внутренней поверхности синусообразно с тем, чтобы осветить растение с разных сторон, с интервалом, соответствующим интервалу между держателями 5 растений в соответствии с их объемом, а также с возможностью освещения растения снизу таким образом, чтобы центр тяжести 15 растения, пересекая световой луч 16 светового прибора 14 и достигнув нижней точки 17 контура 18 светового луча в месте пересечения ее центром тяжести 15, переключил световой луч на следующее, расположенное выше, растение, а растение, переместившееся вниз, попадало в зону действия ниже расположенного светового прибора.

Процесс выращивания начинают с высадки рассады в сетки и установки их в держатели в помещении высадки растений. Затем в вегетационную трубу подается начальная порция аэрозоли питательной смеси и освещение, после чего в результате включения электроподогревателей, аэрозоль выпускают на корневую систему следующего растения по движению конвейера. Благодаря залпу реактивного выпуска аэрозоли происходит продвижение конвейера с растениями и поворот всего устройства вокруг вертикальной оси. Аэрозоль 19 частично оседает на корневой системе растений, а остальная ее часть, испаряясь, оседает на стенках вегетационной трубы 3, а затем конденсат 20 по стенкам пленки 21 стекает в водоприемную воронку 22, расположенную над резервуаром 23 с раствором 24. После впитывания питательных веществ корневой системой происходит залповый выпуск газа через сопла 25 в нижнем сегменте вегетационной трубы 3, направленный на корневую систему растений, что способствует сушке корневой системы, освобождая ее от метаболитов дыхания растений, проветривания окружающего пространства в трубе 3, а также продвижению конвейера и дальнейшего поворотного движения всего устройства вокруг вертикальной оси. Переходя от начала до конца вегетационной трубы, растение потребляет все больше питательной аэрозоли и газа, что регулируют при помощи автоматизированной системы 26. В то же время пошагово выделяется все больше аэрозоли, и, следовательно, все больше конденсата, и все больше влаги выливается через воронку 22 в резервуар 23 телескопической связи 6, благодаря чему резервуар 23, опускаясь все ниже, своим фиксатором 27 отпускает последовательно зубчатые пластины 28 ступеней 29 связи 6, благодаря чему телескопическая связь удлиняется. После достижения растением помещения сбора урожая 2 сетку со зрелым растением извлекают из держателя через окно 7, конвейер с порожними держателями с собранными связями направляют по обратной трубе 8 к помещению высадки рассады 1, где заправляют питательным раствором в нужном объеме, а бункер 30 питательным порошком, устанавливают нужную длину телескопической связи, заправляют держатель 5 сеткой 4 с рассадой, после чего цикл повторяют. Внутри вегетационной трубы 3 на кронштейнах 31 установлены направляющие рельсы 32 для держателей 5 с растениями, рельсы 32 снабжены тормозными пластинками 33, обеспечивающими трение между держателями 5 и рельсами 32, а также амортизирующими залповые выбросы аэрозоли и газовой смеси.

После высадки рассады в держатели включают световые приборы, используя электроаккумулятор, в котором накоплена энергия гелиоустановки либо другого источника, после перемещения растений по рельсовому пути включают электронагреватели резервуаров с питательной смесью, расположенных на телескопических связях конвейера, производят залповый выброс аэрозоли на корневую систему растений, держатели 5 растений под воздействием выброса ударяются о тормозные пластинки 33, под воздействием реактивных усилий от залпового выброса конвейер вместе с вегетационной трубой перемещается вперед, устройство поворачивается вокруг вертикальной центральной оси, растения под воздействием стремления к свету и гравитационных сил (растения) продолжают перемещаться, затем осуществляют залповый выброс газовой смеси на корневую систему растений, держатели под воздействием выброса ударяются о тормозные пластинки, под воздействием реактивных усилий от залпового выброса конвейер вместе с вегетационной трубой перемещается далее, набирая скорость, после чего цикл повторяется, находящееся на подшипниках поворотного механизма 9 устройство, вращаясь, приводит в движение мультипликатор 11, а тот в свою очередь вращает генератор электроэнергии 12.

Предложенный способ и устройство наряду с достижением вышеуказанных целей: использованием при выращивании растений энергии, связанной со стремлением растения к источнику света, и экономии энергозатрат на выращивание, также повышают культуру агротехнического производства, исключают зависимость производства сельхозпродуктов от погодно-климатических условий, исключают потребность в каких-либо естественных или искусственных субстратах и обеспечивают оптимизацию процесса, доведение его до полной автоматизации.

С целью оптимизации управления процессом выращивания с получением энергии и возможности программирования на выращивание различных видов растений устройство оборудовано автоматизированной системой управления с вычислительным устройством 34, связанным с терминалом 35 и оператором 36 (фиг. 14). Вычислительное устройство 34 связано с группой устройств (ГУ), расчитанных на отдельные растения, к которым относятся световой прибор 14, выключатель 37 и датчик освещенности 38; дозатор бункера с питательной смесью 30, привод дозатора 39, датчик дозатора 40 питательной смеси, указывающий на ее концентрацию, вентиль баллона с газовой смесью 41, привод вентиля 42 и датчик содержания газа в воздушной среде 43, спираль электронагревателя резервуара 23, выключатель спирали 44 и термометр 43, показывающий температуру раствора в резервуаре; тормозные пластинки 33, привод тормозных пластинок 46 и определитель местоположения держателя конвейера 47; поворотный механизм устройства 9, привод поворотного механизма 48 и определитель местоположения устройства 49 относительно нулевой отметки круговой шкалы; аккумулятор энергии 13, генератор электроэнергии 12 и мультипликатор 11, обеспечивающий необходимое количество оборотов при вращении устройства для выработки электроэнергии; конвектор тепла 50, выключатель конвектора 51 и термометр 52, показывающий температуру воздуха в вегетационных трубах. Указанные группы устройств связаны общим интерфейсом 53 с вычислительным устройством 34.

Кроме того, с целью экономии энергии устройство снабжено концентратором светового потока 54 с системой слежения, связанного с светоприемниками 55 и световодами 56, соединенными со световыми приборами 14 [6]. В темное время используется искусственное освещение.

Источники информации.

1. Югай Г. А. Философские проблемы теоретической биологии. М.: Мысль, 1976, с.247, ил.

2. Дубров А. П. Действие ультрафиолетовой радиации на растения, М.: Изд-во АН СССР, 1963, с. 123, ил.

3. Фаминцин А. С. Обмен веществ и превращение энергии в растениях. М.: Наука, 1989, с.537, ил.

4. Саркисов С.K., Мельниченко А.В. Новые технические средства в здании. //Строительство и архитектура (Киев), 1989, N 7, с.10-11.

5. Патент РФ N 2050123, A 01 31/02, Способ выращивания растений и устройство для его осуществления /Саркисов С.К., Саркисов А.С.- N 93042342/15; Заявлено 25.08.93; опубл. 20.12.95. Бюл. N 35.

6. А.с. 1368416 СССР, МКИ⁶ E 04 H 1/00, Многоэтажное здание/ Саркисов С. К. , Конюк А.Е., Мельниченко А.В. - N 4082390/ 31-33; Заявлено 1.07.87; Опубл. 23.01.88. Бюл. N 3.

Изобретение относится к методам и средствам для бессубстратного выращивания растений в вегетационных трубах путем воздействия на корневую систему растений аэрозолью питательного раствора. Технической задачей изобретения является использование энергии растений, а также экономия энергии. Для этого вегетационные трубы переменного сечения, зависящего от объема растения, расположены спирально на устройстве со сферической поверхностью с возможностью поворота и вращения устройства вокруг центральной вертикальной оси. Устройство при этом соединено с генератором электроэнергии. Поворот устройства осуществляется за счет энергии, которая образуется благодаря стремлению растений к источникам света, расположенным внутри вегетационных труб, и гравитации за счет роста растений, связанных между собой в единую цепь, а также импульсивных залповых выбросов аэрозоли и выпуска газовой смеси, обеспечивающей периодическую сушку корневой системы и освобождение от метаболитов дыхания. Устройство снабжено автоматической системой управления, обеспечивающей оптимизацию процесса выращивания различных видов растений в конкретных природно-климатических условиях с учетом максимальной комплексной утилизации энергии, связанной со светолюбивой природой растений, естественного увеличения их массы в процессе роста и специфики бессубстратной технологии выращивания. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 14 ил.

1. Способ выращивания растений, включающий закрепление растений в держателях, соединенных друг с другом связями, перемещение их вдоль вегетационной трубы от помещения высадки растений до помещения сбора урожая, укладку растений перед закреплением их в держатели в сетки, выращивание растений в вегетационных трубах, перемещение растений и изменение расстояния между держателями смежных растений по мере роста, поворот устройства путем залповых выбросов аэрозоли и газовой смеси под воздействием собственного веса растений, увеличение объема выпускаемой на корневую систему аэрозоли по мере роста растений, отличающийся тем, что перемещение растений осуществляют за счет стремления растений к источникам света, расположенным ниже уровня центра тяжести растений таким образом, что сила гравитации и усилия растения, направленные к источнику света, образуют пару сил, направленных в сторону составляющей этих сил, увлекая за собой весь конвейер, вегетационную трубу и устройство, связанное с генератором энергии, при этом растение, достигнув своим центром тяжести уровня нижней точки пересечения светового луча светового прибора, попадает в освещенную зону следующего по ходу своего движения источника света, при этом залповые выбросы аэрозоли и газовой смеси, чередуясь, перемещают вегетационные трубы и установленное на поворотном механизме культивационное устройство при амортизации реактивного действия выбросов за счет сопротивления тормозных пластинок, расположенных на направляющих рельсах внутри вегетационных труб. 2. Устройство для выращивания растений, выполненное с возможностью вращения вокруг вертикальной центральной оси, причем помещение высадки рассады размещено на вершине, а помещение сбора урожая - внизу у основания, вегетационных труб выполнено несколько и расположены они в виде спирали на поверхности устройства с расширяющимся диаметром вниз, внутри вегетационной трубы расположена взаимосвязанная цепь держателей для растений, при этом держатели имеют сетку для растений, а связь между ними выполнена телескопической с механизмом перемещения, который выполнен в виде резервуара для питательного раствора, взаимосвязанным с влагоприемной воронкой, бункером для питательной смеси, смесителем, распылительным устройством, причем резервуар вставлен в источник тепла, выполненный в виде спирального электронагревателя, и подпружинен компенсационной пружинной, соединен с фиксатором, зацепленным с зубьями зубчатых пластин ступеней телескопических связей, установленным с возможностью автоматического изменения расстояния между держателями растений и изменения объема выброса аэрозоля по мере роста растений, при этом вегетационные трубы оборудованы влагосборной пленкой для сбора конденсата аэрозоли с возможностью использования залповых выбросов аэрозоли и газовой смеси для перемещения конвейера и поворота культивационного устройства вокруг центральной вертикальной оси, а также световыми приборами для освещения растений, устройство, содержащее электрогенератор, мультипликатор, аккумулятор энергии, концентратор светового потока, светоприемник, световоды, отличающееся тем, что световые приборы установлены на внутренней поверхности вегетационных труб таким образом, что световой луч светового прибора направлен на растение снизу, а при достижении центром тяжести растения нижней точки пересечения светового луча светового прибора - с возможностью освещения следующего по ходу движения конвейера растений, при этом световые приборы расположены на поверхности труб синусообразно с возможностью освещения растений с разных сторон, освещение световых приборов предусматривает различной интенсивности с учетом его увеличения к низу вегетационной трубы в зависимости от объема растений, вегетационные трубы выполнены несветопрозрачными, уложены спиралеобразно на поверхности сферической формы культивационного устройства, при этом вегетационные трубы оборудованы направляющими рельсами с возможностью перемещения по ним держателей растений, на рельсах закреплены тормозные пластинки с возможностью амортизации держателей в результате залповых выбросов аэрозоли и газовой смеси, устройство оборудовано теплоизоляционным покрытием, соединено с мультипликатором, связанным с электрогенератором, а электрогенератор с аккумулятором энергии, а также оснащено концентратором светового потока со следящей системой, связанным со светоприемником и световодами с возможностью доставки естественного света в светлое время дня к световым приборам. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что оно снабжено автоматизированной системой управления с вычислительным устройством, соединенным с датчиками и приводами устройства.