Система приготовления и подачи питательного раствора в теплице

 

Использование: в сельском хозяйстве, в частности в системах приготовления и подачи питательного раствора в теплице при выращивании растений в условиях гидропоники. Сущность изобретения: система приготовления и подачи питательного раствора в теплице содержит блок терморегуляции, смесительную емкость для питательного раствора, емкости для ингредиентов раствора, насосы, трубопроводы подачи и слива питательного раствора, датчики концентрации и температуры питательного раствора в емкости. Система дополнительно снабжена насосом-дозатором, емкостью предварительного смешивания ингредиентов питательного раствора и блоком очистки. При этом в емкости для питательного раствора размещен датчик уровня, контакт которого включен в цепь управления приводом на сливном трубопроводе, соединенном с дном емкости. Изобретением повышается точность дозирования питательного раствора с обеспечением его экологической чистоты. 2 ил.

Изобретение относится к устройствам для выращивания растений методом гидропоники и может быть использовано в сельском хозяйстве.

Известна система приготовления и подачи питательного раствора в теплице, содержащая блок терморегуляции, включающий датчики температуры питательного раствора, основную смесительную емкость для питательного раствора, соединенную с трубопроводом слива питательного раствора от растений и через нагнетательный узел с трубопроводом подачи питательного раствора к растениям и емкости для ингредиентов питательного раствора, сообщенные через соответствующие насосы-дозаторы с подающими трубопроводами этих ингредиентов, при этом первичные преобразователи датчиков концентрации и температуры питательного раствора установлены в основной смесительной емкости для питательного раствора.

Однако такая система не обеспечивает достаточно высокой точности дозировки питательного раствора. Экологическая чистота питательного раствора со временем снижается, что приводит к снижению урожайности выращиваемых культур.

Задача изобретения повысить точность дозировки питательного раствора и повысить его экологическую чистоту.

Для этого система приготовления и подачи питательного раствора в теплице, содержащая блок терморегуляции, включающий датчики температуры питательного раствора, основную смесительную емкость для питательного раствора, соединенную с трубопроводом слива питательного раствора от растений и через нагревательный узел с трубопроводом подачи питательного раствора к растениям и емкости для ингредиентов питательного раствора, сообщенные через соответствующие насосы-дозаторы с подающими трубопроводами этих ингредиентов, при этом первичные преобразователи датчиков концентрации и температуры питательного раствора установлены в основной смесительной емкости для питательного раствора, снабжена дополнительным насосом-дозатором, емкостью предварительного смешивания ингредиентов питательного раствора, сообщенной с подающими трубопроводами ингредиентов питательного раствора и через дополнительный насос-дозатор с основной смесительной емкостью для питательного раствора, и блоком очистки, включающим сливной трубопровод, оснащенный вентилем с приводом и сообщенный с донной частью основной смесительной емкости для питательного раствора, и датчик уровня, первичный преобразователь которого установлен в основной смесительной емкости для питательного раствора ниже зоны сопряжения этой емкости с входным патрубком трубопровода подачи питательного раствора к растениям, при этом контакт датчика уровня включен в цепь управления приводом вентиля на сливном трубопроводе.

Дополнительная емкость с насосом-дозатором, сообщенная с подающими трубопроводами ингредиентов питательного раствора и через дополнительный насос-дозатор с основной смесительной емкостью для питательного раствора и блоком очистки, включающим сливной трубопровод, служит для предварительного приготовления питательного раствора и способствует повышению точности концентрации питательных веществ в последнем.

Концентрация раствора, приготовленная к этой емкости, корректируется после его поступления в емкость для питательного раствора. Более высокая точность приготовления раствора после корректировки обеспечивается тем, что в емкость для питательного раствора поступает уже не концентрированные, а разбавленные растворы питательных веществ, а ошибка при дозировке объема сказывается в меньшей степени.

Находящийся в лотках для растений и емкости питательный раствор постепенно (за 10-15 сут.) изменяет химическую и физико-минералогическую структуру, в нем образуется осадок вредных веществ, который накапливается на дне емкости. Для обеспечения экологической чистоты раствора система содержит блок очистки, включающий сливной трубопровод, оснащенный вентилем с приводом и сообщенный с донной частью основной смесительной емкости для питательного раствора, и датчик уровня, первичный преобразователь которого установлен под дном в основной смесительной емкости для питательного раствора ниже зоны сопряжения (соединения) этой емкости с входным патрубком трубопровода подачи питательного раствора к растениям, при этом контакт датчика уровня включен в цепь управления приводом вентиля на сливном трубопроводе. Блок очистки позволяет обеспечить экологическую чистоту раствора путем его своевременного обновления и сброса остатков в компостную яму, а не в систему канализации.

Предложенное техническое решение отличается от известного, принятого за прототип, тем, что система приготовления и подачи питательного раствора в теплице снабжена дополнительным насосом-дозатором, емкостью предварительного смешивания ингредиентов питательного раствора, сообщенной с подающими трубопроводами ингредиентов питательного раствора и через дополнительный насос-дозатор с основной смесительной емкостью для питательного раствора, и блоком очистки, включающим сливной трубопровод, оснащенный вентилем с приводом и сообщенный с донной частью основной смесительной емкости для питательного раствора, и датчик уровня, первичный преобразователь которого установлен в основной смесительной емкости для питательного раствора ниже зоны сопряжения этой емкости с входным патрубком трубопровода подачи питательного раствора к растениям, при этом контакт датчика включен в цепь управления приводом вентиля на сливном трубопроводе. Таким образом, предложенное решение удовлетворяет критерию изобретения "новизна".

В патентной и научно-технической литературе не описано использование двух последовательно связанных емкостей для приготовления раствора в гидропонной установке. Таким образом, предложенное решение удовлетворяет критерию патентоспособности изобретения "изобретательский уровень".

Предложенное решение может быть использовано в сельском хозяйстве, позволяет повысить точность дозировки питательного раствора и повысить его экологическую частоту. Таким образом, предложенное техническое решение удовлетворяет критерию изобретения "промышленная применимость".

На фиг. 1 показана общая схема предлагаемой системы; на фиг.2 расположение некоторых входящих в схему системы теплообменников по отношению к теплице.

Теплица содержит кровлю 1 с водосточными лотками 2, жалюзийный экран 3, гидропонные установки 4 с лотками 5 для выращивания растений, коллекторы 6 для распределения раствора, трубопроводы 7 коллекторов 6, источники 8 света, расположенные между гидропонными установками, подводящий трубопровод 9, емкость 16 для воды.

Блок терморегуляции содержит контур из теплообменника 12, расположенного вне емкости. Контур из теплообменников 11 и 12 содержит насос 13 для перекачки жидкости, управляемый выключателем 14, электрически связанным с шкафом 15 управления, в качестве которого может быть выбран любой программируемый контролер. С емкостью 10 посредством трубопровода магистрали 16 соединена емкость 17 для предварительной рецептуры питательного раствора. В емкости 10 размещен также датчик 18 температуры и часть замкнутого контура 19, содержащая теплообменник 20. В блок терморегуляции системы входит теплообменник 21 этого же контура, размещенный в емкости для питательного раствора, связанной посредством трубопровода 16 с емкостью 17. Блок терморегуляции также содержит теплообменник 23 дополнительного замкнутого теплообменного контура и теплообменник 24, расположенный вне емкости. Этот контур содержит насос 25, управляемый выключателем 26 и связанный с шкафом 15 управления. В емкости 22 размещен также датчик 27 температуры, связанный электрически с шкафом 15 управления. Контур 19 содержит вмонтированный в него насос 28, управляемый выключателем 29, электрически связанным с шкафом 15 управления.

В емкости 17 размещены датчик 30 концентрации, датчик 31 температуры. Перекачка жидкости из емкости 17 в емкость 10 (или 22) осуществляется с помощью насоса 32. По магистралям 33 в емкость 17 с помощью насоса 34 перекачиваются маточные растворы из емкости 35. В блоке очистки слив раствора из лотков 5 осуществляется по сливным трубопроводам 36 и 37, через магистрали 38, раздаточный трубопровод 39. Раздаточный трубопровод 39 магистрали 38 имеют вентили их перекрывания.

Блок очистки, кроме того, включает датчик 53 уровня, установленный над дном в основной смесительной емкости 22 для питательного раствора ниже сопряжения (соединения) этой емкости с входным патрубком трубопровода подачи питательного раствора к растениям, при этом контакт датчика 53 уровня включен в цепь управления приводом вентиля на сливном трубопроводе через шкаф 48 управления. Система приготовления и подачи раствора в теплице может также содержать датчики температуры воздуха 40, влажности воздуха 41, уровня солнечной радиации или искусственных источников излучения 42, концентрации углекислоты 43, связанные с регулятором концентрации минеральных удобрений 44, а также связанный с ним датчик фазы развития растений 45. В емкости 17 размещен датчик концентрации ионов водорода 46, связанный с насосом 47 емкости для кислоты. Через шкаф 48 управления (программируемый контролер) происходит подача сигнала сбора остатков раствора из емкости 22 (или 10) в компостную яму 49 (посредством открывания вентиля 50) или посредством открывания вентиля 51 в дренажные трубы 52. С шкафом 48 управления связан датчик 53 уровня. В емкости 22 (и 10) находится также открытый конец трубопровода 54 для подачи воды.

Система работает следующим образом.

В пластмассовые сосуды, размещенные в крышках лотков 5, высаживают растения. Включают электрическую цепь, питающую блок 15 регулировки концентрации питательного раствора в насосы-дозаторы 34 и 37. Ингредиенты питательного раствора, включая воду, из емкостей 35 поступают в емкость 17 для предварительной рецептуры питательного раствора. Параметры раствора измеряются расположенным в емкости 17 датчиком 30 концентрации солей, датчиком 31 температуры, а также датчиком 46 концентрации ионов водорода. Сигналы датчиков 30, 31 и 46 подаются на шкаф 15 управления. В случае, если концентрация солей превышает заданную, шкаф 15 управления отключает насосы-дозаторы 34, перекачивающие растворы солей, и составляет работающим только насос, перекачивающий воду. Если концентрация солей меньше заданной, подача воды прекращается и подаются только растворы солей.

Аналогично, путем включения и выключения насоса-дозатора 47, регулируется рН.

После достижения раствором в емкости 17 определенного уровня включается насос-дозатор 32, перекачивающий указанный раствор по магистрали 16 из емкости 17 в емкость 22 (отвод этой магистрали в емкость 10 закрыт специальным вентилем). В емкость 22 также с помощью специальной магистрали подается вода. Одновременно вода подается в емкость 10. Параметры получаемого в емкости 22 раствора измеряются с помощью датчика 27 температуры, а также концентрации солей и рН. Сигналы этих датчиков подаются на шкаф 15 управления. Если концентрация солей в емкости 22 превышает заданную, шкаф 16 управления производит импульсное отключение насосов-дозаторов 35, перекачивающих растворы солей, и оставляет работающим непрерывно только насос, перекачивающий воду. Таким образом, концентрация солей в емкости 17, а следовательно, и в емкости 22 уменьшается.

"Двухступенчатая" регулировка концентрации сглаживает ее пульсации и таким образом повышает точность приготовления питательного раствора.

Если концентрация солей в емкости 22 меньше заданной, шкаф 15 управления производит импульсное отключение насоса-дозатора 35, подающего воду, а насосы, перекачивающие растворы солей, оставляет работать в импульсном режиме. Таким образом, концентрация солей в емкости 17, а следовательно, в емкости 22 увеличивается.

Приготовленный раствор с помощью насоса по подводящему трубопроводу 9 через коллекторы 6, трубопровода 7 коллекторов подается в лотки 5. Отработанный раствор через сливные магистрали 36-38 подается в емкость 22. Во время этого ("дневного") цикла работы в емкости 10 находится чистая вода.

В процессе работы системы раствор в емкости 22 нагревается. При превышении значения температуры выше определенной, что фиксируется датчиком 27, шкаф 15 управления включает через выключатель 29 насос 28, который перекачивает теплоноситель в контуре, содержащем теплообменники 20 и 21. При этом раствор в емкости 22 охлаждается, а вода в емкости 10 нагревается. Если тем не менее не удается привести к норме температуру воды в емкости 22, шкаф 15 управления через выключатель 26 включает насос 25, перекачивающий теплоноситель в контуре, содержащем теплообменники 23 и 24, а также выключатель 14, насос 13, перекачивающий теплоноситель в контуре, содержащем теплообменники 11 и 12, и излишнее тепло отводится за пределы теплицы.

По окончании "дневного" цикла перекрывают выход из емкости 22 в трубопровод 9, и в лотки 5 подают нагретую воду из емкости 10 по той же системе, что и питательный раствор ("ночной" цикл). По окончании "ночного" цикла емкость 10 перекрывают, открывают емкость 22 и возобновляет "дневной" цикл.

Если вследствие расхода питательного раствора его уровень в емкости 22 понизится ниже определенного, срабатывает датчик 53 уровня, его сигнал подается на шкаф 48 управления, который включает приводы вентилей 50 и 51, и остатки раствора сливаются в компостную яму или же в дренаж.

Таким образом, предлагаемая система приготовления и подачи питательного раствора в теплице обеспечивает точность дозировки питательного раствора и повышает его экологическую чистоту.

Формула изобретения

СИСТЕМА ПРИГОТОВЛЕНИЯ И ПОДАЧИ ПИТАТЕЛЬНОГО РАСТВОРА В ТЕПЛИЦЕ, содержащая блок терморегуляции, включающий датчики температуры питательного раствора, основную смесительную емкость для питательного раствора, соединенную с трубопроводом слива питательного раствора от растений и через нагнетательный узел с трубопроводом подачи питательного раствора к растениям, и емкости для ингредиентов питательного раствора, сообщенные через соответствующие насосы-дозаторы с подающими трубопроводами этих ингредиентов, при этом первичные преобразователи датчиков концентрации и температуры питательного раствора установлены в основной смесительной емкости для питательного раствора, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительным насосом-дозатором, емкостью предварительного смешивания ингредиентов питательного раствора, сообщенной с подающими трубопроводами ингредиентов питательного раствора и через дополнительный насос-дозатор с основной смесительной емкостью для питательного раствора, и блоком очистки, включающим сливной трубопровод, оснащенный вентилем с приводом и сообщенный с донной частью основной смесительной емкости для питательного раствора, и датчик уровня, первичный преобразователь которого установлен в основной смесительной емкости для питательного раствора ниже зоны сопряжнения этой емкости с входным патрубком трубопровода подачи питательного раствора к растениям, при этом контакт датчика уровня включен в цепь управления приводом вентиля на сливном трубопроводе.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2