[发明专利]水培营养物通气和流控制装置及系统

说明书

本说明书公开了水培营养物通气和流控制(NAFC)装置及系统，其既进行通气又控制水培营养物溶液的流。NAFC装置不具有移动部件。每个NAFC装置对来自营养物贮存器的营养物与来自种植罐中之一的空气和/或营养物进行混合及通气。每个NAFC装置附加地控制去往种植罐和营养物贮存器的经通气的营养物溶液的流。可以调整每个种植罐中营养物返回管线的端部的竖向位置，以调整该种植罐内营养物溶液的水平。

背景

本发明涉及水培法，并且更特别地涉及水培营养物循环系统。

水培法是在没有土壤的情况下使用水和溶解的矿物质和/或有机营养物的溶液种植植物的方法。只将根部浸入营养物溶液中，并且有时只浸入根部的尖端。由于植物无法获得土壤营养物，因此至关重要的是在营养物溶液中以正确的比例添加和保持所有必需的营养物。必须监测水培营养物溶液以确保营养物浓度、氧气浓度、pH和温度处于期望的范围内。

水培系统被业余爱好者和商业种植者广泛使用。种植者采用多种技术为植物提供营养物并保持适当的营养物混合。

生产需求有限的业余爱好者可以使用静态系统，在该静态系统中，植物被支撑在营养物溶液罐的上方，其中，只有根部延伸到溶液中。在这些系统中，为了确保根部连续不断地浸入，必须添加水以弥补(replace，接替)因蒸腾和蒸发造成的水分损失。如果根部脱离溶液仅几小时，植物就会死亡。必须随着植物消耗营养物并且随着由水位变化造成的营养物浓度变化监测和调整每个种植罐中的营养物混合比例、pH和温度。此外，植物根部必须能够获得氧气。通常的做法是使空气起泡通过营养物溶液，使得溶液吸收足够的氧气以满足植物的需要。与水族箱中所使用的相同，空气泵和空气石用于此目的。

对于寻找更有效的方法种植更大的作物的商业种植者和业余爱好者来说，使用营养物溶液的集中式贮存器是很常见的，其中营养物溶液利用泵输送到多个种植罐。这些类型的系统被称为“再循环系统”。它们比用于种植大型作物的静态系统更实用，因为可以在单一的位置而不是在每个种植罐中监测和保持营养物溶液。

在一种类型的再循环系统中，来自每个种植罐的溶液通过重力返回管道返回到贮存器。随着水平下降，自动保持满阀门通过向贮存器添加水来保持贮存器水平。通过监测和调整贮存器营养物溶液，可以为网络中的所有的种植罐保持适当的营养物混合、pH和温度。种植罐仍然需要通气，通气通常由供给分配歧管的大型空气泵提供，使得可以将空气输送到每个种植罐。这些系统要求种植罐被定位在贮存器的水平的上方，使得可以使用重力返回管线(line，线、线路)。

在另一种类型的再循环系统中，多个种植罐和贮存器都处于相同的水平。种植盆都连接到共用的排放管线，使得种植盆都具有与营养物贮存器中相同的液位。贮存器中的泵将营养物溶液输送到每个种植盆，以提供新鲜营养物的连续不断的供应。经由空气泵、利用每个种植罐中的空气石供应空气。排放管尺寸通常很大，以确保在所有种植罐中保持共同的水平并确保侵略性根部不会堵塞在种植罐中的排放端口。

使用在底部连接到与种植罐处于相同水平的共用贮存器的多个种植罐的系统必须全部在与贮存器以及与彼此处于相同的液位的情况下运行。如果期望调整单独的种植罐的水平以适应不同的植物和根部生长问题，或者期望使用分层的工作台以将种植罐定位在不同高度，这种系统是不够理想的。在这些系统中经常使用被称为深水培育的水培方法。植物位于营养物溶液上方，其中，仅根部中的一些浸入溶液中。种植罐可以具有一种或多种植物。如果根部需要不同的营养物水平或种植罐处于不同的高度，这些系统是不适合的。

再循环系统的某些方面不太理想。排放管系统必须将贮存器与每个种植罐直接连接。这需要用于种植罐重力排放端口的密封接头来与排放管线连接。特别是在种植罐相对于贮存器升高的系统中，这可能是管和接头的复杂的三维网络，从而增加了安装费用并使修改成问题。重新构造管道需要关闭运行，潜在地使根部暴露于空气。重新构造管道也可能需要相当长的时间，这增加了植物损伤的风险。

通气也呈现出问题。通气需要空气泵和管线，其增加了成本。空气管线必须通路到所有的种植罐，增加了网络成本和复杂性。