Устройство для выращивания растений
PLANT GROWING DEVICE

Изобретение относится к сельскому хозяйству к области растениеводства, в частности к устройствам для выращивания растений на гидропонике с использованием системы освещения.
Известна установка для культивирования растений в офисе (RU №2414121 A01G 31/02) для гидропонной культивации растений, содержащая вертикальную конструкцию для размещения растений, емкость для раствора, мотор с помпой для подачи раствора к корням растений.  Культивационная колонна выполнена герметичной с верхней и нижней герметичными насадками и коаксиально расположенной питающей трубой, причем питательный раствор в верхней насадке разбрызгивается пассивным отражателем и распределяется на сетчатом конусе-фильтре, обеспечивающем стекание раствора по внутренней стенке колонны или вблизи стенки в зоне расположения корневых систем растений, при этом растения расположены на ложементах в физиологичных положениях, стабилизирующих их на всем протяжении развития, а питательный раствор обеззараживается бактерицидной лампой внутри емкости с питательным раствором.
Недостатком данного устройства является то, герметизация колонны может оказать неблаготворное воздействие на параметры воздушно-газовой среды в зоне расположения корневой системы. В случае прекращения поступления питательного раствора из разбрызгивателя велика вероятность пересыхания корневой системы растений с последующей их гибелью в течение довольно короткого промежутка времени.
Известно устройство для выращивания растений (патент RU №2248120 A01G 31/02),  предназначенное для выращивания растений на вертикальной поверхности без субстрата, содержащее модульные элементы для размещения растений с возможностью их замены, системы и приспособления для подачи питательного раствора и других компонентов роста в виде аэрозоли, газовых смесей выполненное в виде трубы, предпочтительно конусной с отверстиями для культивирования растений, причем модульные элементы выполнены в виде ложементов для поддержки и фиксации растений под нужным углом к горизонту, при этом система для подачи питательного раствора выполнена в виде магистрали и установлена по верху труб, обеспечивая стабилизацию труб в заданных положениях, а в нижней части каждой трубы установлен сборник отработанного питательного раствора и отводящие трубы для доставки жидкости к корневой системе других растений вне данного устройства для утилизации питательных веществ и предотвращения загрязнения окружающей среды. Конусные трубы установлены на вращающихся основаниях для поворота устройства относительно вертикальной оси посредством опорных направляющих, которые установлены в верхней части трубы с возможностью скольжения по размещенному внутри трубы обручу.
Недостатками данного устройства являются отсутствие системы искусственного освещения растений, что делает данное устройство непригодным для использования в условиях полного отсутствия солнечного света или в местах с малой его интенсивностью, а также то, что  в случае отсутствия электропитания или засорения форсунки, обеспечивающей получение аэрозоля для питания корневой системы растений уже после 15 минут начнется голодание и высыхание корней с последующей гибелью растений. В устройстве применяется всего одна форсунка, поэтому пострадают сразу все растения.
Наиболее близким аналогом к заявленному устройству относится фитостена  с полихроматическими стимуляторами роста растений (RU №2402200 A01G 31/02, A01G 09/02) содержащая вертикальную панель, изготовленную из жесткого, прочного, водонепроницаемого, нетоксичного и защищенного от гниения пластика и прикрепленную к стене помещения или здания, систему снабжения питательным раствором или водой, при этом устройство включает в себя емкость для накопления воды и питательного раствора, размещенную в нижней части фитостены, погружной насос, электрически соединенный с блоком управления и блоком питания, и посредством напорной трубы - с распределительной трубкой, расположенной поперек панели на ее верхнем торце, в распределительной трубке выполнены выходные отверстия с шагом, равным расстоянию между карманами для растений, которые съемно прикреплены к панели рядами по горизонтали и колонками по вертикали, средство подачи питательного раствора к корням растений и источник освещения, средство подачи питательного раствора выполнено в виде накладки из синтетического материала с высокими гидрофильными свойствами, которая прикреплена к панели посредством скоб, а в верхней части охватывает указанную распределительную трубку, выполненную из пластмассы, в выходных отверстиях которой установлены калиброванные жиклеры, направляющие поток питательного раствора на накладку, причем соотношение суммарного расхода жиклеров и емкости бака обеспечивает время капельного полива питательным раствором в автономном режиме снабжения в течение времени не менее двух недель при номинальных комнатных температурах, при этом бак выполнен выборочно из дерева с водоотталкивающей пропиткой или пластика, источник освещения имеет искусственное полихроматическое излучение и состоит из горизонтального светильника, прикрепленного к верхней части и вертикальных светильников, прикрепленных к боковым сторонам панели фитостены, или монтируется на выносных кронштейнах к стене помещения, лампы светильников выполнены с возможностью обеспечения режимов изменения спектра по этапам фазы жизни растений фитостены: формирование корневой системы на первом этапе и формирование листовой массы на втором этапе, а также режима дополнительного облучения до нужной длины светового дня, указанные лампы помещены в рефлектор, в котором может одновременно находиться одна, две или более ламп, в зависимости от текущего этапа жизни растений фитостены, при этом блок управления снабжен таймером включения погружного насоса в течение 10-15 мин, от 3 до 8 раз в день в зависимости от влажности и температуры воздуха в помещении, и таймером управления переключением режимов работы светильников.
Накладка панели фитостены выполнена из тканого материала с ионообменными волокнами с питательной пропиткой.
Напорная трубка размещена с задней стороны панели.
На нижней части панели расположены направляющие элементы для стекающего в бак питательного раствора.
Недостатками данного устройства являются:
1. Отсутствует возможность удаления либо замены отдельно взятого растения без повреждения корневой системы;
2. Расположение светильников не обеспечивает равномерного освещения растений на фитостене, что создает различия в условиях развития растений;
3. Накладка из тканого материала, предназначенная для обеспечения корневой системы растений элементами питания не обеспечивает максимально возможную площадь питания самих корней из-за отсутствия возможности равномерного поступления питательного раствора ко всему объему корней;
4. Отсутствует возможность изменения величины объема погружения корневой системы в питательную среду по мере развития растений.
Технической задачей является повышение надежности обеспечения корневой системы растений питательным раствором, повышение качества развития растений.
Поставленная техническая задача решается за счет устройства для выращивания растений, содержащее емкость для питательного раствора, размещенную в нижней части устройства, погружной насос электрически соединенный с блоком управления и блоком питания, напорной трубы с распределительными трубками, источник освещения состоит из вертикальных светильников, имеющих полихроматическое излучение и прикрепленных к боковым сторонам устройства, а лампы светильников выполнены с возможностью обеспечения режимов изменения спектра по этапам фазы развития растений. Сливная труба установлена внутри вертикальной колонны с возможностью ее вертикального перемещения, при этом в стенках вертикальной колонны выполнены ярусно отверстия, расположенные в одной горизонтальной плоскости, каждый ярус которых повернут относительно предыдущего на 90° с возможностью установки в них горизонтальных труб, на концах которых установлены с герметизацией относительно них держатели, выполненные в виде трубного уголка с углом 90°, при этом в горизонтальных трубах по их вертикальной центральной оси выполнены сквозные отверстия с возможностью установки в них сливной трубы, имеющей ярусные сквозные отверстия, центры которых расположены на одинаковом расстоянии друг от друга во внутреннем пространстве горизонтальных труб, с герметизацией ее в нижних частях горизонтальных труб, а напорная труба выполнена в виде замкнутого контура, в нижней части которой установлен регулирующий вентиль со штуцером, соединенный с погружным насосом, при этом концы распределительных трубок соединены с перфорированными в нижней части кольцами, установленными в верхних частях держателей, при этом наружные диаметры колец равны внутренним диаметрам верхних частей держателей.
На фиг.1 схематично изображено устройство для выращивания растений.
На фиг. 2 схематично изображено устройство контроля и поддержания показателей рН и электропроводности питательного раствора.
Устройство для выращивания растений, содержащее емкость для питательного раствора 1, размещенную в нижней части устройства, погружной насос 2 электрически соединенный с блоком управления 3 и блоком питания 4, напорной трубы 5 с распределительными трубками 6. Источник освещения состоит из вертикальных светильников 7, имеющих полихроматическое излучение и прикрепленных к боковым сторонам рамы 8 устройства, а лампы светильников выполнены с возможностью обеспечения режимов изменения спектра по этапам фазы развития растений. Сливная труба 9 установлена внутри вертикальной колонны 10 с возможностью ее вертикального перемещения. В стенках вертикальной колонны 10 выполнены ярусно отверстия, расположенные в одной горизонтальной плоскости, каждый ярус которых повернут относительно предыдущего на 90° с возможностью установки в них горизонтальных труб 11, на концах которых установлены с герметизацией относительно них держатели 12, выполненные в виде трубного уголка с углом 90°, при этом в горизонтальных трубах 11 по их вертикальной центральной оси выполнены сквозные отверстия с возможностью установки в них сливной трубы 9, имеющей ярусные сквозные отверстия 13, центры которых расположены на одинаковом расстоянии друг от друга во внутреннем пространстве горизонтальных труб 11, с герметизацией ее, например, сальником 14 в нижних частях горизонтальных труб 11. Напорная труба 5 выполнена в виде замкнутого контура, в нижней части которой установлен регулирующий вентиль 15 со штуцером 16, соединенный с погружным насосом 2. Концы распределительных трубок 6 соединены с перфорированными в нижней части кольцами 17, установленными в верхних частях держателей 12, при этом наружные диаметры колец 17 равны внутренним диаметрам верхних частей держателей 12. На конце сливной трубы 9 установлен фильтр 18.
Устройство для выращивания растений содержит также устройство для автоматического контроля и поддержания показателей рН и электропроводности питательного раствора 19 в емкости 1, которое состоит из датчиков: рН 20, электропроводности 21 и температуры 22, установленных в коллекторе 23, к которому присоединены через трубки 24, 25, 26, 27, 28 выходы перистальтических насосов 29, 30, 31, 32, 33 соответственно, входы которых соединены с емкостями 34, 35, 36, 37, 38 соответственно. В емкости 34 находится кислота, в емкости 35 – щелочь. В емкостях 36, 37, 38 находятся концентрированные растворы минеральных удобрений с макро и микро элементами. Уровень питательного раствора в емкости 1 контролируется датчиками максимального 39 и минимального 40 уровней. Все элементы устройства закреплены на раме 8, снабженной опорными колесами для ее перемещения.
Вода, соответствующая качеству для полива растений, через запорный клапан ( на фиг. не показан) поступает в емкость 1 до уровня, регулируемого датчиком максимального уровня 39. В соответствии с программой, заданной в блоке управления 3 при помощи перистальтических насосов 31, 32, 33, соединенных трубками 26, 27, 28 с емкостями 36,37,38 через коллектор 23 концентрированные растворы минеральных удобрений в необходимом количестве для данного объема воды подаются в емкость 1. При помощи погружного насоса 2 при закрытом вентиле 15 происходит перемешивание питательного раствора по схеме: емкость 1-коллектор 23 –емкость 1. Далее, с учетом показания датчиков: рН 20, электропроводности 21 и температуры 22 питательного раствора происходит регулирование рН кислотой или щелочью, находящихся в емкостях 34 и 35. Подача кислоты или щелочи (в зависимости от необходимости) также осуществляется подачей перистальтическими насосами 29 или 30 через трубки 24 или 25, присоединенных к коллектору 23, через который постоянно циркулирует питательный раствор.
После завершения приготовления питательного раствора в держатели 12 устанавливаются пластиковые горшочки с заранее высаженными в них растениями. Регулируемый вентиль 15 открывается для заполнения горизонтальных труб 11 с держателями 12 питательным раствором через напорную трубу 5  с присоединенными трубками 6. При помощи вертикального перемещения сливной трубы 9 выставляется уровень питательного раствора, обеспечивающий погружение нижней части горшочка на 1,5-2 см для обеспечения питательным раствором субстрата, в котором находится растение. По мере выхода корней из пластиковых горшочков уровень питательного раствора нужно снижать до достижения воздушной прослойки от дна горшочка до уровня раствора в горизонтальной трубе до 3 см путем перемещения сливной трубы 9 вниз. Подача питательного раствора осуществляется постоянно через кольца с перфорированными отверстиями 17, обеспечивающих поступление раствора вокруг стаканчиков в их нижней части. При этом раствор насыщается кислородом из воздуха. Через отверстия 13 питательный раствор попадает в сливную трубу 9 и далее стекает в емкость 1, предварительно проходя очистку от примесей в фильтре 18, установленном на выходе сливной трубы 9. Источники освещения 7 обеспечивают заданный световой режим в соответствии с программой блока управления 3. Все электрооборудование получает питание от блока питания 4, управляемого блоком управления 3.
По мере роста и развития растений уровень и показатели рН и электропроводности питательного раствора изменяются. Корректировка в процессе выращивания обеспечивается в автоматическом режиме. При понижении раствора до уровня срабатывания датчика минимального уровня 40 происходит автоматическое добавление воды в емкость до уровня срабатывания датчика максимального уровня 39 с последующим добавлением удобрений и корректировкой рН.
Предложенное устройство позволяет в автоматическом режиме надежно обеспечить выращиваемые растения как питанием их корневой системы, так и оптимальным освещением в зависимости от фаз развития растений, что, в конечном счете, повышает качество развития растений при уменьшении трудозатрат.