ГИДРОПОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОНОМНОГО ПОЛИВА РАСТЕНИЙ

Полезная модель относится к устройствам полива растений, выращиваемых на искусственных питательных средах в специальных условиях.
Известен ряд гидропонных устройств, в которых полив растений производится периодическим затоплением корней растений путем повышения уровня питательного раствора в емкости с растениями, с последующим снижением уровня раствора. В способе периодического затопления корни растения обеспечиваются при повышении уровня раствора водой и питательными веществами, а при снижении уровня раствора - кислородом воздуха.
Известны различные устройства, использующие для периодического затопления систему из двух емкостей: емкость с раствором, откуда с помощью воздуха питательный раствор по каналам различной конфигурации выдавливается в емкость с растениями. При нагнетании в устройство воздуха уровень раствора повышается, при выключении раствор под действием силы тяжести вытесняет воздух из устройства, уровень раствора понижается.
Известен ряд гидропонных установок, включающих резервуары для питательного раствора, содержащие компрессор для нагнетания воздуха в установку, (авт. св. СССР 1727719, US 20090313894, патент US 3451162).
Гидропонная установка (авт. св. СССР 1727719, МПК А01G 31/02, опубл. 23.04.92 г.) имеет резервуар 1 для питательного раствора, соединенный с системой каналов 6 через трубопровод 4 и трубки 5. В крышках 7 каналов закреплены сосуды 8 с растениями. На дне каналов уложены надувные емкости 10. соединенные с компрессором 12 и снабженные ограничителями вертикального перемещения. Питательным раствором из резервуара заполняют каналы до определенного уровня. Периодически включаемый компрессор подает воздух в надувные емкости, которые, увеличиваясь в объеме, поднимают уровень раствора в каналах вверх. При этом периодически смачивается корневая система растений.
Недостатком данного устройства является сложность конструкции и сложная система управления, которую трудно реализовать в устройстве для домашнего применения.
Известно гидропонное устройство (US 20090313894, МПК А01J 31/00, опубл. 24.12.2009), которое включает гидропонный горшок с растением, соединенный с герметичным контейнером питательного раствора средствами подачи жидкости, и воздушный насос, присоединенный к контейнеру питательного раствора через каналы подачи воздуха. При включении воздушного насоса в контейнере питательного раствора создается давление, и питательный раствор вытесняется в горшок с растениями. После того, как уровень питательного раствора в контейнере существенно понижается, воздух поступает через канал подачи жидкости в гидропонный горшок, таким образом насыщая кислородом питательный раствор в гидропонном горшке. Через интервал времени, заданный таймером, воздушный насос отключается и раствор под действием силы тяжести возвращается из гидропонного горшка в контейнер.
Недостатком данного устройства является то, что при расходовании раствора растениями изменяется уровень затопления корней растения в гидропонном горшке. Таким образом, ограничено времени автономной автоматической работы устройства.
Наиболее близким техническим решением является гидропонное устройство по патенту US 3451162 (МПК A01G31/02; A01G 27/00; A01G 31/00, опубл. 1967.02.14).
Гидропонное устройство, включает корпус, основание, верхнюю часть, центральную часть, центральная часть является частично прозрачной. Детали, образующие емкость для питательного раствора расположены в основании корпуса. Лоток с растениями имеет приспособление для закрепления растений. Между лотком и емкостью для питательного выполнены средства для подачи жидкости. В верхней части устройства установлено насосное устройство со средствами для обеспечения движения газа по линии нагнетания воздуха в емкость с питательным раствором.
Это устройство предназначено для работы в домашних условиях, однако оно также как и другие устройства не обеспечивают стабилизированного уровня затопления в устройстве, поэтому ограничено время автономной автоматической работы устройства.
Задачей предлагаемой полезной модели является разработка устройства для полива растений, обеспечивающего продолжительное время автономной автоматической работы его со стабильными параметрами периодического затопления корней растений, с возможностью реализации полезной модели в компактном устройстве для домашнего применения.
Поставленная задача решается с помощью устройства для полива растений путем периодического затопления питательным раствором, включающего затапливаемый лоток, рабочую емкость для питательного раствора, соединенную с указанным затапливаемым лотком с помощью средств подачи раствора для периодического затопления лотка, и связанную со средствами для периодического нагнетания воздуха. Для стабильного уровня периодического затопления растений устройство включает дополнительный контейнер для питательного раствора, установленный в корпусе устройства или рядом с устройством, указанный контейнер имеет снизу горловину, в виде по крайней мере, одного отверстия и/или трубки.
Предпочтительно дополнительный контейнер расположен в корпусе устройства по высоте между лотком и рабочей емкостью, рабочая емкость расположена внизу корпуса устройства.
Предпочтительно рабочая емкость выполнена в виде перевернутой чаши, в верхней части которой выполнены отверстие для подсоединения канала нагнетания воздуха и трубка для подачи раствора в лоток и выхода избытка воздуха, дополнительный контейнер выполнен в виде верхней перевернутой чаши с образованием горловины нижним краем чаши и установленной над рабочей емкостью с образованием зазора между горловиной контейнера и рабочей емкостью, при этом канал нагнетания воздуха и трубка для подачи раствора в лоток и выхода избытка воздуха установлены снаружи контейнера, лоток образован боковыми стенками верхней части корпуса устройства, дном лотка является верхняя часть контейнера.
Предпочтительно рабочая емкость выполнена в виде перевернутой чаши, в верхней части которой выполнено отверстие для подсоединения канала нагнетания воздуха и трубка для подачи раствора в лоток и выхода избытка воздуха, дополнительный контейнер выполнен в виде верхней перевернутой чаши с образованием зазора с рабочей емкостью, в верхней части чаши, образующей контейнер, установлена трубка с зазором относительно рабочей емкости, через указанную трубку установлены канал нагнетания воздуха и трубка для подачи раствора в лоток и выхода избытка воздуха, горловина контейнера образована нижними краями перевернутой чаши и указанной трубки, лоток образован боковыми стенками верхней части корпуса устройства, дном лотка является верхняя часть контейнера.
Предпочтительно трубка для подачи раствора в лоток и выхода избытка воздуха установлена таким образом, чтобы верхний конец трубки был выше горловины контейнера, а нижний конец трубки был выше нижнего края чаши рабочей емкости.
Предпочтительно рабочая емкость образована между дном корпуса устройства и чашей, герметично вставленной в корпус устройства, с отверстием для подсоединения канала нагнетания воздуха, трубкой для подачи раствора в лоток и выхода избытка воздуха, трубкой для долива рабочей емкости, в чашу герметично вставлена верхняя чаша с образованием дополнительного контейнера между чашами, при этом в дне верхней чаши выполнена трубка, через которую установлены канал нагнетания воздуха и трубка для подачи раствора в лоток и выхода избытка воздуха, при этом лоток образован верхней чашей.
Предпочтительно трубка для выхода избытка воздуха установлена таким образом, чтобы верхний конец трубки был выше горловины контейнера, а нижний конец трубки для выхода избытка воздуха был выше нижнего края трубки долива рабочей емкости.
Предпочтительно в затапливаемом лотке установлены средства для закрепления растений.
Предпочтительно контейнер имеет сверху отверстие с присоединенными средствами для сброса воздуха и налива раствора.
Предпочтительно в качестве средств для периодического нагнетания воздуха в емкость имеет трубку, компрессор, таймер и выпускное устройство.
Предпочтительно снаружи корпуса устройства установлена прозрачная трубка для контроля уровня раствора и слива раствора.
Предпочтительно с целью регулировки объема вытесняемого раствора трубка для подачи раствора в лоток и выхода избытка воздуха выполнена с возможностью движения относительно рабочей емкости.
Предпочтительно с целью регулировки объема вытесняемого раствора нижняя часть трубки для выхода избытка воздуха выполнена с возможностью изменения длины.
Предпочтительно трубка выполнена телескопической или гофрированной. Предпочтительно контейнер выполнен съемным.
Предпочтительно горловина контейнера снабжена пробкой и клапаном, открывающимся при помещении контейнера в устройство.
Предпочтительно горловина контейнера расположена на уровне, соответствующем минимальному уровню питательного раствора в устройстве.
Уровень раствора в емкости с растениями определяется объемом раствора, вытесненного воздухом и минимальным уровнем раствора, который был в устройстве до подачи воздуха.
При потреблении раствора растениями, либо испарении, минимальный уровень раствора в устройстве уменьшается. Поэтому, без принятия специальных мер, уровень затопления изменяется, что по сути нарушает автоматическую работу устройства.
Постоянство объема, вытесняемого воздухом раствора, обеспечивается подачей воздуха в количестве, превышающем объем вытесняемого раствора. Излишек воздуха выходит наружу.
Для стабилизации минимального уровня раствора в устройство добавлен дополнительный контейнер 3 с запасом раствора с горловиной 19, в виде отверстий и/или трубок, расположенной на уровне соответствующем минимальному уровню раствора в устройстве. Когда уровень раствора в устройстве выше горловины 19, она оказывается перекрыта водяным затвором, препятствующим прохождению воздуха внутрь контейнера 3, и раствор удерживается внутри контейнера 3 силой внешнего атмосферного давления. При опускании уровня раствора ниже уровня горловины 19, в нее поступает окружающий воздух, а раствор вытекает до тех пор, пока его уровень в устройстве не сравняется с уровнем горловины 19 и не перекроет поступление воздуха.
Вытекание раствора из дополнительного контейнера 3 происходит по принципу автопоилки. Этот принцип широко используется в сельском хозяйстве (например, патент RU №2268585).
В предлагаемой полезной модели не требуются датчики и другие исполнительные механизмы, применяемые в известных решениях, поэтому предлагаемое решение позволяет выпускать компактные и недорогие устройства.
Предлагаемый устройство отличается от известных добавлением контейнера 3, который работает как автопоилка, и организацией из него долива раствора. Воздух в предлагаемом устройстве нагнетается в избытке.
Предлагаемое устройство показано на Фиг.1-4.
Устройство включает затапливаемый лоток 1, рабочую емкость 2 для питательного раствора и дополнительный контейнер 3 для питательного раствора, которые располагаются вне корпуса 4 или в корпусе 4 в различных вариантах выполнения устройства.
Рабочая емкость 2 и дополнительный контейнер 3 могут быть образованы в корпусе 4 устройства различными элементами, например с помощью чаш 5, 6 вставляемых разными способами (перевернутая чаша, установленная с образованием зазора относительно стенок корпуса 4, относительно друг друга, герметично вставленная чаша в корпус 4 устройства).
Сверху рабочая емкость 2 через отверстие 10 соединена каналом нагнетания воздуха 11 с компрессором 7 с управляющим устройством 8, например таймером. На канале нагнетания воздуха 11 имеется отверстие или ответвление с устройством для выпуска воздуха 9, например, в виде крана или небольшого отверстия.
Рабочая емкость 2 в качестве средств подачи раствора в лоток содержит трубки и/или отверстия.
Рабочая емкость 2 снабжена трубкой 12 для подачи раствора в лоток 1 и выхода воздуха. Контейнер 3 сверху может иметь трубку 14 с отверстием 13. Трубка 14 на конце имеет кран или пробку 15 для выпуска избыточного воздуха и наливания питательного раствора через трубку 14.
Одно или несколько растений 16 с одним или несколькими горшочками 18 с инертным субстратом 17 устанавливается в затапливаемом лотке 1. Горшочек 18 выполнен сетчатым или с отверстиями для раствора.
Устройство может иметь прозрачную трубку 20 для слива и контроля уровня раствора.
На Фиг.1 показан один из вариантов устройства, емкость 2 которого образована внутренней поверхностью перевернутой чаши 5, установленной с зазором 23 относительно стенок корпуса 4.
В качестве крепления могут использоваться любые известные из уровня техники приспособления, например, резьбовые соединения или защелки.
Дополнительный контейнер 3 образован внутренней поверхностью перевернутой чаши 6, закрепленной в корпусе 4 над рабочей емкостью 2 с зазором 24 (крепление на Фиг.1-2 не показано). Крепления аналогичные описанным выше.
Затапливаемый лоток 1 образован внутренней поверхностью боковых стенок корпуса 4 и верхней поверхностью чаши 6.
Каналы подачи жидкости образованы: промежутками, зазорами 23 между наружной поверхностью чаши 5 и внутренней поверхностью корпуса 4, промежутками, зазорами 23 между наружной поверхностью чаши 6 и внутренней поверхностью корпуса 4, трубкой 12.
Нижний конец трубки 12 находится выше нижнего края чаши 5, верхний конец трубки 12 находится выше нижнего края чаши 6. Такое выполнение является предпочтительным, чтобы избыток воздуха выходил из емкости 2, не попадая в контейнер 3, а выходил через лоток 1.
Вверху рабочей емкости 2 имеется отверстие 10 соединенное со средствами нагнетания воздуха. В качестве средств нагнетания воздуха устройство содержит воздушный компрессор 7 подключенный через управляющее устройство 8 к источнику электричества (не показан). Воздушный компрессор 7 соединен с отверстием 10 с помощью канала нагнетания воздуха 11, на котором имеется выпускное устройство 9 для выпуска воздуха в виде клапана, крана или отверстия. Выпускное устройство 9 настроено так, что при работающем компрессоре 7 расход воздуха через выпускное устройство 9 был меньше производительности компрессора 7, что позволяет наполнить воздухом рабочую емкость 2 за время, меньшее времени заданного управляющим устройством для работы компрессора 7. При выключенном компрессоре 7 воздух выходит из емкости 2 через выпускное устройство за время меньшее, чем установлено управляющим устройством до следующего включения. Вверху дополнительного контейнера 3 имеются средства выпуска воздуха и залива раствора в контейнер в виде отверстия 13 и присоединенной к тему трубки 14 соединенной с клапаном/пробкой/краном 15.
Трубка 12 может быть жесткой или полужесткой с фиксированным положением, или с изменяемым положением нижнего конца, например, подвижная относительно чаши 5 или снизу гофрированная или телескопическая. Изменяемое положение нижнего конца трубки нужно для изменения объема вытесняемой из емкости 2 жидкости.
При этом канал нагнетания воздуха 11 и трубка 12 для подачи раствора в лоток 1 установлены вне чаши 6 вблизи от боковой стенки корпуса устройства 4, при этом лоток 1 образован боковыми стенками верхней части корпуса устройства 4, и дном лотка 1 является верхняя часть контейнера 3.
На Фиг.2 показано устройство, отличающееся от устройства, показанного на Фиг.1 тем, что в верхней части чаши 6 выполнена трубка 21, через которую установлены канал нагнетания воздуха 11 и трубка 12, при этом лоток 1 образован боковыми стенками верхней части корпуса 4, а дном лотка является верхняя часть контейнера 3.
Контейнер 3 образован внутренней поверхностью перевернутой чаши 6, закрепленной в корпусе 4 над емкостью 2 (крепление не показано) и внешней стороной трубки 21, герметично закрепленной в отверстии в верхней части чаши 6. Затапливаемый лоток 1 образован внутренней поверхностью корпуса 4 и верхней поверхностью чаши 6.
Каналы подачи жидкости образованы: зазорами 23 между наружной поверхностью чаши 5 и внутренней поверхностью корпуса 4, зазорами 23 между наружной поверхностью чаши 6 и внутренней поверхностью корпуса 4, трубкой 12, трубкой 21.
Нижний конец трубки 12 находится выше нижнего края чаши 5, верхний конец трубки 12 находится выше нижнего края трубки 21. Такое выполнение является предпочтительным, чтобы избыток воздуха выходил из емкости 2, не попадая в контейнер 3, а выходил через лоток 1.
Горловина 19 образована нижним краем чаши 6 и нижним краем трубки 21, т.е. раствор из контейнера вытекает в промежуток между внутренней боковой поверхностью чаши 6 и внешней поверхностью трубки 21.
На Фиг.3 показан вариант устройства, в котором чаши 5, 6 вставляются в корпус 4 устройства неперевернутыми.
Емкость 2 образована пространством между наружной поверхностью чаши 5, внутренней поверхностью корпуса 4, наружной стороной трубки 12 и наружной стороной трубки 22. Стенки чаши 5 герметично соединены с корпусом 4. Соединение чаши 5 с корпусом 4 выполнено разъемным, через герметизирующее уплотнение или без него.
Контейнер 3 образован пространством между наружной поверхностью чаши 6 и внутренней поверхностью чаши 5 и внешней стороной трубки 21 герметично закрепленной в отверстии в нижней части чаши 6. Стенки чаши 6 герметично соединены со стенками чаши 5. Соединение чаши 6 с чашей 5 выполнено разъемным, через герметизирующее уплотнение или без него.
Затапливаемый лоток 1 образован внутренней поверхностью чаши 6.
Каналы подачи жидкости образованы: трубкой 12, трубкой 22, трубкой 21.
Нижний конец трубки 12 находится выше нижнего края трубки 22, верхний конец трубки 12 находится выше нижнего края трубки 21. Такое выполнение является предпочтительным, чтобы избыток воздуха выходил из емкости 2, не попадая в контейнер 3, а выходил через лоток 1.
Горловина 19 образована нижним краем трубки 21 и внутренней поверхностью чаши 5, т.е. раствор из контейнера вытекает в промежуток между внутренней боковой поверхностью чаши 5 и внешней поверхностью трубки 21.
На Фиг.4 показан вариант устройства, в котором контейнер 3 с запасом питательного раствора установлен выше лотка 1. Для удобного заполнения питательным раствором, контейнер может быть выполнен съемным, снабжен дополнительно пробками и/или клапанами.
Горловина 19 может быть короткой или длинной, выполнена в виде трубки, жесткой или гибкой.
Каналы подачи жидкости образованы: трубкой 12, горловиной 19, нижней частью затапливаемого лотка 1.
Трубка 12 установлена сбоку от горловины 19, чтобы выходящий из нее воздух не попадал в контейнер 3 через горловину 19.
Предлагаемое гидропонное устройство, показанное на Фиг.1, 2, 3, работает следующим образом:
1. Заполнение устройства раствором: Для заполнения устройства раствором открывают кран 15 контейнера 3. Сверху в лоток 1 наливают раствор. Воздух, заполняющий емкость 2, выходит через выпускное устройство 9. Воздух, заполняющий контейнер 3, выходит по трубке 14 через кран 15. Раствор наливают до заполнения устройства по уровень верха контейнера 3. Кран 15 закрывают.
2. Фаза затопления: Когда компрессор 7 включается с помощью таймера 8, воздух от него нагнетается внутрь емкости 2 с питательным раствором, вытесняя раствор в лоток 1, затапливая корни установленных горшков 18 с растениями 16. Когда уровень воздуха в емкости 2 достигает нижнего края трубки 12 излишки воздуха выходят через трубку 12 наружу.
3. Фаза осушения: Когда компрессор 7 выключается таймером 8, раствор под действием силы тяжести вытесняет воздух из рабочей емкости 2 по каналу нагнетания воздуха 11 в атмосферу через выпускное устройство 9. При этом раствор опускается через трубку 12 и либо трубку 22 долива емкости либо зазор 23 между корпусом 4 и рабочей емкостью 2, а при опускании уровня ниже верхнего конца трубки 12 только через трубку 22 долива емкости 2 или зазор 23 между корпусом 4 и емкостью 2.
4. Стабилизация уровня раствора: В процессе работы устройства раствор частично расходуется растениями и испаряется. Если в фазе осушения уровень раствора в корпусе устройства 4 опускается ниже отверстия (горловины) 19 в контейнере 3, в контейнер 3 проходит наружный воздух. Раствор вытекает из контейнера 3 в корпус устройства 4 до тех пор, пока отверстие (горловина) 19 снова не оказывается ниже уровня раствора в корпусе устройства 4. Из корпуса раствор перетекает в рабочую емкость 2 через трубку 22 долива емкости или зазор 23 между корпусом 4 и емкостью 2. Таким образом, до тех пор, пока в контейнере 3 имеется раствор, к концу фазы осушения рабочая емкость 2 для питательного раствора каждый раз оказывается заполненной одинаковым количеством раствора, что обеспечивает стабильный уровень периодического затопления в устройстве.
5. Настройка уровня затопления в устройстве: Уровень затопления в устройстве определяется количеством раствора, вытесняемого из емкости 2 с питательным раствором. Изменяя положение нижнего конца трубки 12 в емкости 3 можно изменить объем вмещающегося в емкость 2 воздуха, и следовательно изменять количество раствора, вытесняемого в лоток 1 и уровень затопления растений. Изменение положения нижнего конца трубки 12 можно реализовать, сделав трубку 12 подвижной относительно емкости 2, либо сделать трубку 12 с изменяемой длиной, например гофрированной.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является разработка устройства, обеспечивающего продолжительное время автономной автоматической работы его со стабильными параметрами периодического затопления корней растений, с возможностью реализации полезной модели в компактном устройстве для домашнего применения.