Устройство для гидропонного выращивания растений Российский патент 2024 года по МПК A01G27/02 A01G31/02 

Заявленное изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к устройствам для выращивания растений методом гидропоники.

Из уровня техники известна установка для выращивания растений, содержащая минераловатные пласты с размещенными на них рассадными кубиками, емкости для концентрированного раствора удобрений, которые соединены при помощи трубопроводов, насоса и регулируемого вентиля со смесительной камерой, связанной с магистральным трубопроводом и поливочным трубопроводом, который оснащен капельницами, подведенными к рассадным кубикам, а также регулирующий концентрометр, который снабжен датчиком и соединен с регулируемым вентилем, и интегратор солнечной радиации, который связан с датчиком солнечной радиации и регулятором расхода, установленным на поливочном трубопроводе, отличающаяся тем, что она включает емкости, заполненные минераловатным субстратом с выращенными на нем проростками, которые заселены энтомофагами, причем емкости размещены на минераловатных пластах, соединены с капельницами и выполнены с отверстиями в центральной части дна (см. RU142510 U1, публ. 27.06.2014).

Известно устройство для гидропонного выращивания растений, содержащее поддон, в котором установлена рамка с боковыми отверстиями и размещенной в них своими зубьями гребенкой, причем, с целью облегчения съема растений путем увеличения расстояния между зубьями гребенки, в боковых стенках под гребенкой выполнены направляющие пазы, в которых размещено выдвижное днище (см. SU1066506 А1, опубл. 15.01.1984).

Из документа SU1542489 А1, опубл. 15.02.1990 известно устройство для гидропонного выращивания растений, которое включает расположение на разных уровнях и снабжение переливными каналами в виде сифонов кюветы с наклонным дном. Питательный раствор из сборного бака насосом по трубопроводу подается в верхнюю кювету, наполняя ее до уровня посадочного приспособления. Верхняя точка сифона находится на этом уровне. В сифон раствор поступает через приемное колено и, после достижения верхней точки сифона, заполняет выпускное колено. При этом начинается перелив раствора через сифон в нижележащую кювету. Динамика процесса определяется регулируемыми вентилями. Посредством струйных аэраторов раствор обогащается кислородом воздуха.

Известные из уровня техники устройства имеют сложную конструкцию, многочисленную систему трубопроводов для подачи питательного вещества и сложную систему управления, содержащую автоматическое оборудование, что влияет на работоспособность и долговечность использования устройств.

Технический результат заявленного изобретения заключается в улучшении прочностных характеристик устройства для гидропонного выращивания растений, путем наличия жестких соединений и увеличения жесткости конструкции заявленного устройства в целом.

Технический результат достигается при реализации устройства для гидропонного выращивания растений, содержащего герметичную емкость для питательного раствора, в нижней части которой прикреплен с помощью сварки штуцер, соединенный с запорным краном и шлангом, при этом один конец шланга зафиксирован на запорном кране хомутом, а второй конец шланга закреплен посредством фиксирующего элемента на боковой стенке открытой емкости, предназначенной для размещения в ней растений, а герметичная емкость для питательного раствора выполнена с заливной горловиной и крышкой в верхней части и с продольными и поперечными ребрами жесткости, расположенными по всей поверхности внутреннего объема герметичной емкости, снизу которой приварены ножки.

Герметичность заливной горловины обеспечивается за счет использования герметизирующей кольцевой прокладки, которая установлена между горловиной и крышкой.

Герметичная емкость, с продольными и поперечными ребрами жесткости, заливной горловиной, штуцером и ножками, изготовлена из свариваемой нержавеющей стали, при этом перечисленные элементы конструкции соединены сваркой.

Фиксирующий элемент на боковой стенке открытой емкости выполнен из свариваемой нержавеющей стали, аналогичной стали из которой изготавливается открытая емкость, для обеспечения свариваемости аргонно-дуговой сваркой.

Сущность заявляемого изобретения и ее практическая реализация поясняется приведенными ниже описанием и чертежами.

На фиг. 1 представлен изометрический вид устройства для гидропонного выращивания растений.

На фиг. 2 представлен вид сбоку устройства для гидропонного выращивания растений, где

1 - заливная горловина с герметично закрывающейся крышкой;

2 - герметичная емкость;

3 - элементы жесткости (показаны штрих-линиями);

4 - запорный кран;

5 - шланг;

6 - открытая емкость;

7- фиксирующий элемент;

8 - хомутик;

9 - штуцер;

10- ножки.

На Фиг. 1 и 2 частично показан разрез герметичной емкости 2, чтобы показать уровень h₁ питательного раствора внутри герметичной емкости, а также показаны разрезы на открытой емкости. Один разрез на открытой емкости показывает уровень h₂ питательного раствора внутри этой открытой емкости, а другой разрез показывает фиксирующий элемент и шланг, зафиксированный этим фиксирующим элементом.

На Фиг. 3 представлены ребра жесткости герметичной емкости, которые используются в конструкции герметичной емкости в качестве элементов жесткости и расположены по всей поверхности внутреннего объема этой герметичной емкости.

Ребра жесткости уголкового сечения привариваются к внутренним поверхностям по всему объему емкости прерывистым швом с использованием аргонно-дуговой сварки (Ад.ДЭС), позволяющей обеспечить надежное неразъемное соединение между внутренними поверхностями герметичной емкости и уголковым профилем (см. Фиг. 3 сечение А-А) ребер жесткости (см. Фиг. 3 сечение А-А), изготовленных из подходящих друг другу металлических сплавов.

На Фиг. 4 представлен вид спереди на штуцер, приваренный к герметичной емкости в нижней части ее конструкции с использованием аргонно-дуговой сварки (Ар.ДЭС). Кроме того, для наглядности дано сечение С-С.

Для выращивания растений (овощных, цветочных, ягодных и др.) предлагается в устройстве для гидропонного выращивания растений использовать питательный раствор, представляющий собой воду, в которой растворены питательные вещества. Полученный питательный раствор следует залить в герметичную емкость 2, откуда он перетечет в открытую емкость 6. Затем горшки или стаканы, разработанные специально для выращивания растений по технологии гидропоники, надо поставить непосредственно в открытую емкость 6, и питательный раствор, заполнивший открытую емкость до заданного уровня h₂, будет смачивать снизу эти горшки или стаканы, попадая на корни растений и питая таким образом эти растения. Или же питательный раствор, смачивающий днища этих горшков или стаканов, будет подниматься вверх по гигроскопичному субстрату, питая растения.

Устройство для гидропонного выращивания растений предназначено для длительной по времени и дозированной подачи питательного раствора из герметичной емкости 2 большого объема в открытую емкость 6 меньшего объема, которая располагается ниже герметичной емкости на величину Н (см. Фиг. 2).

Питательный раствор, залитый в герметичную емкость 2, удерживается внутри этой герметичной емкости на некотором уровне h₁ лишь под действием сил вакуума без внешнего контроля человека и без автоматического оборудования в течение некоторого периода времени, а затем подается в дозированном объеме в открытую емкость 6, когда расходуемый питательный раствор в открытой емкости опустится чуть ниже заданного уровня h₂.

Устройство для гидропонного выращивания растений включает:

- герметичную емкость, с элементами жесткости, заливной горловиной, штуцером и ножками, которые изготовлены из свариваемой нержавеющей стали, все элементы конструкции соединены сваркой;

- запорный кран из нержавеющего сплава, который накручивается на штуцер по резьбе, причем для обеспечения герметичности резьбового соединения используется сантехническая уплотнительная лента;

- шланг из резины, с жесткостью, обеспечивающей исключение прогибания под собственным весом;

- открытую емкость из свариваемой нержавеющей стали;

- фиксирующий элемент из свариваемой нержавеющей стали, аналогичной стали из которой изготавливается открытая емкость, для обеспечения свариваемости, поскольку фиксирующий элемент приваривается аргонно-дуговой сваркой к открытой емкости;

-металлический хомут, затягивающийся по резьбе с использованием затяжного винта, обеспечивая надежную фиксацию шланга на запорном кране.

Работает устройство для гидропонного выращивания растений следующим образом.

Герметичная емкость 2 и открытая емкость 6 должны быть расположены относительно друг друга таким образом, чтобы открытая емкость находилась бы ниже герметичной емкости на величину Н (см. Фиг. 2). При этом емкости соединены друг с другом шлангом, по которому питательный раствор может перетекать из герметичной емкости 2 в открытую емкость 6 сверху вниз.

Конструктивно величина разницы высот Н, которая необходима, чтобы питательный раствор мог бы перетекать по шлангу 5 из герметичной емкости 2 в открытую емкость 6 сверху вниз, обеспечивается за счет использования ножек 10, приваренных к внешней поверхности днища герметичной емкости. При этом высота приваренных ножек 10, по сути, определяет величину Н.

Затем шланг 5 фиксируется внутри открытой емкости 6 посредством фиксирующего элемента 7. Оптимальным положение шланга является, когда он зафиксирован под углом приблизительно 90° по отношению к дну открытой емкости 6, то есть торец шланга будет параллелен дну открытой емкости 6, и находится на заданной высоте h₂ от дна этой открытой емкости 6. Высота h₂ задается самим пользователем в зависимости от его потребностей. На поверхности шланга для удобства пользователя должны быть предусмотрены контрольные риски, благодаря которым можно будет визуально определить, на каком расстоянии от дна открытой емкости 6 находится торец зафиксированного шланга S. Постоянство заданной величины h₂ во время эксплуатации обеспечивается фиксирующим элементом 7.

После того, как шланг 5 зафиксирован, запорный кран 4 нужно закрыть, а заливную горловину 1 открыть. Через заливную горловину 1 питательный раствор заливается в герметичную емкость 2 до полного ее заполнения. Затем надо закрыть заливную горловину 1, а запорный кран 4 открыть. С этого момента питательный раствор начинает перетекать по шлангу 5 из герметичной емкости 2 в открытую емкость 6, и заполняет открытую емкость 6 до заданного уровня h₂. По достижении этого уровня питательный раствор перекрывает доступ воздуха внутрь шланга 5 и, следовательно, внутрь герметичной емкости 2. После этого питательный раствор еще продолжает перетекать из герметичной емкости 2 в открытую емкость 6, но внутри герметичной емкости 2 начинает возникать вакуум, так как доступ воздуха в герметичную емкость уже перекрыт.В течение некоторого времени питательный раствор продолжает перетекать, заполняя открытую емкость 6 до некоторого уровня, который окажется чуть выше заданного уровня h₂, причем в герметичной емкости 2 степень вакуума к этому моменту достигнет такого критического значения, при котором вакуум будет удерживать остающийся питательный раствор внутри герметичной емкости 2, и он перестанет перетекать в открытую емкость 6. Это критическое значение вакуума определяется следующей формулой:

где: F_B - силы вакуума, действующие внутри герметичной емкости в области над поверхностью питательного раствора; V_П.Р.-объем питательного раствора, находящегося внутри герметичной емкости; ρ- плотность питательного раствора; g - ускорение силы тяжести (ускорение свободного падения).

Следовательно, вакуум, удерживающий питательный раствор внутри герметичной емкости 2, прямо пропорционален объему этого питательного раствора. Объем питательного раствора внутри герметичной емкости является величиной переменной в течение одного рабочего цикла и изменяется от V_max (максимального) до V₀ (нулевого), а величины ρ и g являются постоянными (const), поэтому сила вакуума представляет собой функцию от переменной V_П.Р., то есть:

Далее в процессе эксплуатации питательный раствор, заполнивший открытую емкость 6, расходуется, и через некоторое время его уровень в результате оказывается чуть ниже заданного уровня h₂. В этот момент открывается доступ для проникновения воздуха через шланг в герметичную емкость 2. Воздух, попавший в герметичную емкость 2, снижает степень вакуума, и этот вакуум уже не способен удержать весь питательный раствор внутри герметичной емкости 2, поэтому питательный раствор снова начинает перетекать в открытую емкость 6 до того, как уровень питательного раствора в открытой емкости не поднимется опять чуть выше заданного уровня h₂. Тогда вновь перекрывается доступ воздуха в герметичную емкость 2, в верхней части которой вновь повышается степень вакуума, удерживающего питательный раствор, и выход питательного раствора прекращается. Эти циклические выходы питательного раствора повторяются снова и снова в процессе эксплуатации, пока не будет израсходован весь объем питательного раствора, находившегося внутри герметичной емкости 2.

Как было сказано выше, величина силы вакуума внутри герметичной емкости 2 изменяется от максимальной (в начале рабочего цикла) до нулевой (в конце рабочего цикла). Более того, чем больше объем питательного раствора внутри герметичной емкости 2, тем больше степень вакуума, удерживающего этот питательный раствор. Следовательно, чем больше геометрические размеры конструкции герметичной емкости 2, тем больше степень вакуума, которая может быть достигнута внутри этой герметичной емкости 2. Следуя далее этим рассуждениям, можно определить распределенную силу вакуума F_распр., действующую на единицу площади внутренней поверхности герметичной емкости 2 в области над поверхностью питательного раствора, то есть выше уровня hi:

где: F_распр.- распределенная сила вакуума; F_В - силы вакуума, действующие внутри герметичной емкости в области над поверхностью питательного раствора; S_Σ - суммарная площадь внутренней поверхности герметичной емкости в области над поверхностью питательного раствора, где (в данный момент времени) действуют силы вакуума.

Следовательно, в герметичной емкости в начале рабочего цикла может возникать вакуум довольно высокой степени. Поэтому при проектировании конструкции герметичной емкости должны быть предусмотрены элементы, обеспечивающие жесткость и прочность конструкции, то есть необходимо предусмотреть использование силового набора, состоящего из продольных и поперечных ребер жесткости. На Фиг. 1 и Фиг. 2 ребра жесткости показаны штрих-линиями, так как их предлагается размещать внутри герметичной емкости. Кроме того, на эскизе Фиг. 3 для наглядности представлена конструкция ребра жесткости.

В верхней части конструкций герметичной емкости 2 следует предусмотреть ручки. Ручки (Фиг. 1 и Фиг. 2) не влияют на эффективность работы устройства для гидропонного выращивания растений, тем не менее, они будут очень практичны и удобны при ручной транспортировке пустых или полных герметичных емкостей.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к устройствам для выращивания растений методом гидропоники. Устройство для гидропонного выращивания растений содержит герметичную емкость для питательного раствора, в нижней части которой прикреплен с помощью сварки штуцер, соединенный с запорным краном и шлангом. Один конец шланга зафиксирован на запорном кране хомутом, а второй конец шланга закреплен посредством фиксирующего элемента на боковой стенке открытой емкости, предназначенной для размещения в ней растений. Герметичная емкость для питательного раствора выполнена с заливной горловиной и крышкой в верхней части и с продольными и поперечными ребрами жесткости, расположенными по всей поверхности внутреннего объема герметичной емкости, снизу которой приварены ножки. Технический результат заключается в улучшении прочностных характеристик устройства для гидропонного выращивания растений путем наличия жестких соединений и увеличения жесткости конструкции заявленного устройства в целом. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для гидропонного выращивания растений, содержащее герметичную емкость для питательного раствора, в нижней части которой прикреплен с помощью сварки штуцер, соединенный с запорным краном и шлангом, при этом один конец шланга зафиксирован на запорном кране хомутом, а второй конец шланга закреплен посредством фиксирующего элемента на боковой стенке открытой емкости, предназначенной для размещения в ней растений, а герметичная емкость для питательного раствора выполнена с заливной горловиной и крышкой в верхней части и с продольными и поперечными ребрами жесткости, расположенными по всей поверхности внутреннего объема герметичной емкости, снизу которой приварены ножки.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что герметичная емкость с продольными и поперечными ребрами жесткости, заливной горловиной, штуцером и ножками изготовлена из свариваемой нержавеющей стали, при этом перечисленные элементы конструкции соединены сваркой.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что фиксирующий элемент на боковой стенке открытой емкости выполнен из свариваемой нержавеющей стали, аналогичной стали, из которой изготавливается открытая емкость, для обеспечения свариваемости аргонно-дуговой сваркой.