УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГИДРОПОННОГО ВЫРАЩИВАНИЯ РАСТЕНИЙ

Изобретение относится к устройствам для гидропонного выращивания низкорослых и среднерослых растений, преимущественно в домашних условиях.
При гидропонном выращивании растений питательный раствор должен периодически обновляться, а устройства для этих целей должны иметь возможность слива отработанного раствора. Из уровня техники известно устройство для гидропонного выращивания растений (Патент JP 5276835, публ. 26.10.1993 г.) [1]. Устройство содержит лотки для размещения горшков, расположенные в несколько ярусов, ступенчато по отношению друг к другу. Одна из стенок каждого лотка смонтирована таким образом, что образует щелевое отверстие в дне лотка. При работе известного устройства питательный раствор из бака насосом закачивается в верхний лоток с находящимися в нем растениями, питает их корни и через щелевое отверстие в дне лотка самотеком переливается в нижерасположенный лоток, а после окончания цикла питания и роста растений сливается в бак. Цикл повторяется.
Многоярусное ступенчатое расположение лотков в известном устройстве предусмотрено для удобства ухода за растениями и для обеспечения самотечного перелива питательного раствора из лотка в лоток сверху вниз. Поток питательного раствора из лотка в лоток сверху вниз осуществляется непрерывно самотеком через щелевое отверстие в дне лотка, что требует большого расхода питательного раствора. Это экономически невыгодно для домашнего выращивания растений. Кроме того, непрерывность потока питательного раствора требует бесперебойной работы насоса. При угрозе отключения электричества, возможной в домашних условиях, корни растений останутся без раствора и быстро высохнут, что грозит потерей урожая.
Наиболее близким к изобретению является устройство для гидропонного выращивания культур (Патент TW 200924638, публ. 16.06. 2009 г.) [2]. Устройство содержит лотки для размещения горшков, расположенные в несколько ярусов, ступенчато по отношению друг к другу. При этом каждый лоток оснащен отдельным насосом, посредством которого осуществляется выравнивание уровня заполнения питательным раствором всех лотков, изначально заданного основным насосом. Излишки питательного раствора самотеком переливаются из лотка верхнего яруса в нижерасположенный лоток и так до самого нижнего лотка. Из нижнего лотка они сливаются в бак и цикл повторяется. Таким образом, в известном устройстве [2] предусмотрена возможность управлять расходом питательного раствора.
Однако заполнение лотков питательным раствором осуществляется посредством дополнительных насосов, зависящих от электричества, что при угрозе его отключения, как и в устройстве [1], приведет к потере урожая. Перелив излишков питательного раствора, которые проходят через все количество лотков с растениями существенно снижает скорость выравнивания уровня заполнения системы питательным раствором. В этом случае цикл работы устройства растянут во времени, что снижает применимость устройства в домашних условиях.
Задача настоящего изобретения заключается в повышении надежности работы устройства для гидропонного выращивания растений в домашних условиях.
Для решения поставленной задачи устройство для выращивания растений содержит емкости для размещения горшков с растениями, бак питательного раствора, насос для подачи раствора и соединительные патрубки, емкости расположены в несколько ярусов, ступенчато по отношению друг к другу и соединены между собой, при этом самая верхняя емкость соединена с насосом подачи, а самая нижняя - с баком питательного раствора. Устройство отличается тем, что емкости соединены между собой с возможностью перелива питательного раствора от верхней емкости к нижерасположенной и далее в бак самотеком, при этом каждая емкость выполнена с возможностью слива отработанного раствора напрямую в бак посредством патрубка, оснащенного запирающим клапаном.
Сущность заявленного решения заключается в следующем. Многоярусное ступенчатое расположение емкостей для горшков с растениями, как и в известных устройствах [1] и [2], предусмотрено для удобства ухода за растениями. Заполнение емкостей питательным раствором обеспечивается, как и в известных устройствах [1] и [2], путем перелива раствора от верхней емкости к нижерасположенной и далее в бак. Однако в отличие от известного устройства [2], такой перелив раствора осуществляется без дополнительных насосов, самотеком.
Возможность перелива питательного раствора от емкости верхнего яруса к нижерасположенной емкости без дополнительных насосов, зависящих от электричества, снижает риск потери урожая. При этом каждая емкость в заявленном устройстве выполнена с возможностью слива отработанного раствора напрямую в бак посредством патрубка, оснащенного запирающим клапаном, что позволяет существенно сократить время освобождения системы от отработанного раствора, а, следовательно, сократить время нахождения растений без раствора между циклами.
В описанном ниже экспериментальном образце заявленной конструкции, время на заполнение емкостей питательным раствором, включая самотечный перелив раствора от самой верхней емкости до самой нижней, занимает в среднем 10 минут. За это время раствор занимает в емкости тот уровень, который соответствует уровню перелива от емкости верхнего яруса к нижерасположенной емкости. На этом уровне корни растений, посаженные в горшки, оказываются погруженными в раствор. Идет питание и рост растений. Во время заполнения емкостей, питания и роста растений, запирающие клапана закрыты. По окончанию времени питания и роста растений в пределах одного цикла клапаны открываются, и в течение 3 минут происходит слив отработанного раствора со всех емкостей напрямую в бак питательного раствора. После соответствующей подготовки, занимающей около 2 минут, раствор вновь подается в систему и цикл повторяется. Минимальный полный цикл работы экспериментального образца устройства составляет около 3 часов.
Таким образом, без питательного раствора растения находятся в течение 13 минут за цикл. Вероятность отключения электричества в такой промежуток времени и вероятность гибели урожая по этой причине крайне мала, притом что растения, находящиеся в субстрате, способны в течение 30 минут удерживать количество влаги, достаточное для жизнеобеспечения.
Проблема неисправности или засорения отверстий перелива питательного раствора, которая возникает периодически в любой системе водоснабжения, решена тем, что каждая емкость выполнена с возможностью перелива самотеком излишков питательного раствора напрямую в бак с помощью дополнительного (аварийного) отверстия, выполненного в каждой емкости выше отверстия перелива. Это позволит повысить надежность системы в моменты, когда объем подаваемой жидкости превышает объем переливаемой жидкости. При превышении «нормального» уровня в емкости с горшками, лишний раствор, без дополнительного оборудования, самотеком возвращается в бак, откуда может быть вновь направлен на подачу в следующем цикле.
Новый технический результат, достигаемый заявленным решением, заключается в упрощении заполнения емкостей питательным раствором и обеспечении неуязвимости растений к отключению электроэнергии.
Устройство иллюстрируется рисунками, где на фиг.1 представлен общий вид устройства, помещенного в корпус; на фиг.2 - компоновочная схема устройства; на фиг.3 - функциональная схема работы устройства.
Устройство содержит металлический каркас 1 с профилями 2, на которых смонтированы емкости 3 для горшков 4 с растениями. Емкости 3 выполнены в виде контейнера прямоугольной формы, верхняя поверхность которого имеет отверстия под горшки (не показаны). Устройство содержит бак 5 питательного раствора и насос 6 для подачи раствора. Емкости 3 имеют технологические отверстия, а именно: отверстие полива 7, отверстие перелива 8, аварийное отверстие 9, расположенное выше отверстия 8, а также отверстие слива 10, выполненное в дне емкости. Емкости 3 расположены в несколько ярусов ступенчато по отношению друг к другу. Например, верхний ярус 11 расположен ступенчато по отношению к нижерасположенному ярусу 12 и т.д. Емкости 3 соединены между собой шлангами 13 с возможностью перелива питательного раствора от верхней емкости к нижерасположенной и далее в бак 5 самотеком посредством отверстий 8. Самая верхняя емкость соединена с насосом 6 шлангом 14 через отверстие полива 7, а самая нижняя емкость - с баком 5 шлангом 15. Каждая емкость 3 выполнена с возможностью слива отработанного раствора напрямую в бак 6 через отверстие слива 10 посредством шланга 16, оснащенного запирающим клапаном 17. Возможность перелива самотеком излишков питательного раствора напрямую в бак 5 через отверстие 9 реализована посредством шланга 18.
Экспериментальный образец устройства на 16 посадочных мест имеет габариты 1000×1000×2200 мм. Устройство помещено в теплоизолирующий корпус и оснащено источником света и другими устройствами, необходимыми для обеспечения светового, теплового, воздушного и других режимов выращивания растений. Для более эффективного использования света горшки 4 ориентированы по отношению друг к другу в шахматном порядке. Система управления построена на микропроцессоре, который позволяет контролировать все устройства системы. Пользователь управляет работой устройства с пульта управления 19, позволяющего установить температуру воздуха, температуру питательного раствора, относительную влажность воздуха с допустимой погрешностью, длительность дневного и ночного цикла и другие параметры и режимы для роста и развития растений.
Устройство для гидропонного выращивания растений работает по циклу, включающему заполнение емкостей питательным раствором, питание и рост растений слив отработанного раствора обратно в бак, подготовку следующей порции раствора. При заполнении емкостей питательный раствор из бака 5 насосом 6 через шланг 14 и отверстие 7 подается в емкость 3 яруса 11. Когда уровень питательного раствора достигает уровня отверстия перелива 8, раствор самотеком двигается дальше по шлангу 13 и попадает в емкость 3 яруса 12 через отверстие 7 полива, заполняет ее до уровня отверстия 8 перелива. Таким образом, переливаясь самотеком от яруса к ярусу посредством шлангов 13, раствор последовательно заполняет все емкости и из самой нижней емкости попадает самотеком по шлангу 15 обратно в бак 5. Избыточное количество питательного раствора в ярусе через отверстие 9 и шланг 18 сливается самотеком в бак 5 через шланги 16. Применение клапанов слива 17 позволяет ускорить процедуру слива отработанного раствора в конце цикла. Таким образом, в экспериментальном образце раствор наполняет емкости за 10 минут, затем движение раствора прекращается на время роста растений, составляющее 2 часа 45 минут, затем раствор сливается за 3 минуты, подготавливается в баке за 2 минуты, затем цикл повторяется. 3 часа - это минимальный цикл работы устройства. В сутки этот цикл может повторяться максимум до 8 раз. Соответственно система уязвима к отключению электричества лишь 13 - 104 минут в сутки и риск высыхания корней и гибели урожая минимальный. Цикл можно увеличить за счет увеличения времени роста растений. Например, если задать на выращивание растений 5 часов дневного времени и 3 часа ночного, то время полного цикла составит 8 часов 15 минут. В этом случае без питательного раствора растения находятся 39 минут в сутки.
Таким образом, заявленное устройство для гидропонного выращивания растений в домашних условиях имеет повышенную надежность работы. Реализация изобретения позволит каждой семье иметь свежие растительные продукты питания собственного производства.