本发明涉及无土栽培领域，其包含水耕法和气培法。

背景技术

更具体来说，本发明涉及一种无土栽培系统。

与传统栽培不同，无土栽培主要在没有土壤的情况下进行，以便直接且单独向植株提供其需要的比传统栽培更能控制的营养物，也称为输入物。无土栽培的优点很多。特定来说，增加产量且减少疾病风险。此也限制了用以治愈或预防疾病的疗法的使用。

无土栽培的范围包含但不限于水耕法和气培法。

水耕法是使用植株根系在其中发育的惰性基质，且用包含输入物的营养液灌溉基质。气培法不需要基质，且植株根系在空气中发育。举例来说，随后将输入物喷洒到根系上。

在气培法中，在低压气培与高压气培之间进行进一步的区分。

低压气培系统是现今最常使用的系统。所述低压气培系统的特征为，由水泵通过喷洒器喷洒营养液，所述水泵通常具有较高的流动速率但递送较低的压力。所述低压气培系统对应于已取代灌溉系统的水耕系统的演变。

在高压气培系统中，这不再是使用简单喷洒器的问题而是使用喷嘴的问题。

植株的发育以及其生产率与在根系水平处可获得的水/营养物和氧气的比例密切相关。实际上，所吸收的大部分氧气在根系系统中。

高压使用喷嘴将营养液雾化到根系系统上。此薄雾由例如大小约为五十微米的液滴构成。众所周知，此数字与植株根系上的孔隙的大小接近。通过这种方式，最大化植株的同化能力且优化根系与繁殖介质之间的交换。

由于缺乏可栽培土壤和/或极端温度和/或广泛的气候变化，无土培养在气候使得传统栽培特别复杂或不可能的地区尤其令人感兴趣。通常来说，无土栽培系统安装在与外部相比条件得到改善的专用房间中。

然而，如例如在US 2014/144,079中，无土栽培系统的安装需要安装所有必要的设备，诸如植株支撑件、供应输入的装置以及用于控制栽培的各种参数（诸如温度）的系统。因此，安装所有这些设备需要时间和专业知识，成本高昂且可能占用大量空间。

此外，当不同植株种类在同一空间中生长时，可能需要特殊的预防措施来分隔需要不同条件的种类，从而使得栽培系统更加复杂和昂贵。

因此，需要针对上述缺点提供解决方案。

技术实现要素：

因此，根据第一方面，本发明涉及一种无土栽培机架，包含至少第一行和第二行。每一行包含至少一个栽培单元。每一栽培单元包括包封至少一个栽培隔室的框架，每一单元的框架具有进入栽培隔室的开口且由与开口相对的侧上的底部封闭。每一栽培单元配备有允许至少一个植株进行无土栽培的设备。因此，每一单元包括在附接到框架的栽培隔室中的至少一种生长介质。生长介质意图允许至少一种植株的附接和发育。机架包含在每一单元的栽培隔室中的营养液递送系统。机架还包含用于使两个行相对于彼此移动的装置，使得机架可呈现两种配置：

开放配置，其中第一行的每一单元的栽培隔室通过露天循环通道与第二行中每一单元的栽培隔室中分隔开，所述生长介质从循环通道进入；

封闭配置，其中第一行的每一单元的开口与第二行的至少一个单元的开口连通，使得栽培隔室共享且形成至少一个栽培腔室，所述机架还包含密封系统，所述密封系统限制处于封闭配置的机架的栽培腔室与外部之间的空气交换。

因此，在机架的封闭配置中，栽培腔室形成可易于控制的环境，所述环境与外部环境分隔开，从而有利于植株的发育。开放配置允许进入单元内部，以便例如对植株进行操作、将植株放置在生长介质上、收获植株。

这使得无土栽培更容易，且对植株发育的大气有更大的控制。

机架可放置在任何位置。由于机架的封闭配置将植株与外部环境隔离，因此无需精确控制所述外部环境。

机架允许视需要形成尽可能多的栽培腔室，例如通过增加单元和/或每个单元的栽培隔室的数目。

根据不同方面，有可能提供以下布置中的一个和/或另一个。

根据一个实施例，当机架处于封闭配置时，密封系统可包含用于对栽培腔室加压的装置和/或在栽培腔室周围延伸的至少一个密封件。

根据一个实施例，两个行可在横向方向上相对于彼此可滑动地移动，且其中每一单元的框架开口平行于纵向平面延伸。优选地，横向方向为水平的，纵向方向为竖直的。因此，机架单元处于竖直位置，限制了占用的地面空间。

根据一个实施例，机架的每一行可包括至少两个栽培单元。两个单元彼此相邻放置。实际上，每个机架的单元的数目可以为任何数目。每一单元的框架包含连接顶壁和底壁的两个侧壁。侧壁、顶壁以及底壁包封栽培隔室。同一行的两个或大于两个单元通过侧壁接合在一起。同一行中的两个单元的框架开口定向在相同方向上，使得当机架处于开放配置时，可从通道进入一个行的栽培隔室。当机架处于封闭位置时，第一行中的每一单元的栽培隔室随后与第二行中的单元的栽培隔室连通。

根据一个实施例，机架可包含用于测量栽培腔室的大气的至少一个特征的设备和用于调节处于封闭位置的机架的栽培腔室中的大气的所述特征的系统。

因此，可根据控制设定点来控制栽培腔室中的大气，根据所述控制设定点，大气的特征可为：

温度，和/或湿度和/或光。

根据一个实施例，机架可具有营养液控制系统。

根据第二方面，本发明涉及一种用于无土植株栽培的无土栽培单元，所述无土栽培单元特别意图包含在如上文所呈现的栽培机架中。单元包含围绕至少一个栽培隔室的框架。每一单元的框架具有进入栽培隔室的开口，且每一单元具有在附接到框架的栽培隔室中的生长介质。

根据一个实施例，生长介质包含至少一个惰性板，所述至少一个惰性板界定所谓的根系侧和所谓的植株侧，植株的根系意图放置在所述根系侧中，植株的茎和/或叶意图放置在所述植株侧中。单元随后包含在根系侧上的营养液递送系统的出口。

根据一个实施例，递送系统的出口包含喷射营养液液滴的至少一个喷嘴。

根据一个实施例，生长介质板平行于框架开口延伸。因此，生长介质板优选是竖直的。

根据第三方面，本发明涉及一种无土栽培模块，所述无土栽培模块包含如上文所呈现的至少两个栽培单元，其中两个单元的框架包含在与开口相对的侧上的底部，模块的两个单元的框架的底部为共同的。

根据第四方面，本发明涉及一种无土栽培系统，所述无土栽培系统包含如上文所呈现的至少两个机架，两个机架的行大体上彼此平行地放置。

根据一个实施例，组装第一机架的行的单元和第二机架的行的单元且形成如上文所绘示的模块的行。

附图说明

下文将参考图式描述本发明的实施例，简要描述如下：

[图1]示意性地表示根据本发明的实施例的无土栽培系统，从侧面看，系统包含两个机架，每一机架包含栽培单元的两个行，两个机架处于封闭配置。

[图2]示意性地绘示从正面看到的图1的栽培系统的栽培单元的实例。

[图3]示意性地绘示在侧截面中看到的包含根据图2的两个栽培单元的模块的实例。

[图4]示意性地绘示在横截面侧视图中看到的包含根据图2的栽培单元的模块的实例。

[图5]是图1中的系统的横截面侧视图。

[图6]是图1中的栽培系统的俯视图。

[图7]绘示图1的无土栽培系统的示意图，从侧面看，其中一个机架处于开放配置且另一机架处于封闭配置。

[图8]是图7中的系统的横截面侧视图。

[图9]是图7中的栽培系统的俯视图。

[图10]是用于营养液的调节系统和控制系统的实例的示意性表示。

在图式中，相同的数字指代相同或类似的对象。

具体实施方式

图1绘示包含两个栽培机架200的无土栽培系统100的实例。实际上，如下文将看到，系统100可包含两个或大于两个机架200。

每一机架200包含面对面放置的至少两个无土栽培单元300。实际上，机架200由单元300的两个行组成。每一行包含至少一个，实际上若干栽培单元300。机架的一个行中的栽培单元300面对另一行中的栽培单元300。下文将进一步描述机架200。

每一栽培单元300包含框架301，所述框架301包括连接顶壁303和底壁304的两个侧壁302。框架301的壁302、壁303、壁304形成框架，根据图式的实例，所述框架的形状通常为矩形，一侧由底壁305封闭且另一侧具有开口306。

开口306允许进入由框架的壁302、壁303以及壁304定界的至少一个栽培隔室307。开口306在纵向平面中延伸，根据图式中所绘示的实施例，所述纵向平面大体上为竖直的。

出于清楚起见，术语水平、竖直、上部、下部、顶部、底部以及其变化是指图式的自然定向，其中，根据本文所绘示的实施例，单元300放置在竖直位置，其中下壁304与地面直接或间接接触，且上壁303与下壁304竖直偏移，且不应理解为限制性的。

栽培隔室307包含用以进行无土栽培的设备。特定来说，所述栽培隔室包含可以可拆卸的方式附接到框架301的至少一种生长介质308。生长介质308允许植株在也称为输入物的营养物存在的情况下依附和发育。

根据此处所绘示的实施例，单元300特别意图用于气培法。出于此目的，生长介质308包含至少一个惰性板309，即所述生长介质308由不与植株相互作用的材料制成。板309在栽培隔室307中将所谓的根系侧310，即附接到板309的植株根系所在的侧，与所谓的植株侧311，即附接到板309的植株的茎和叶所在且发育的侧分隔开。

根据所绘示的实施例，板309大体上平行于框架开口306延伸，即所述板309竖直延伸。板309随后包含多个孔312，每一孔312是贯通的，使得放置在孔312中的植株可在根系侧310上具有其根系且在植株侧311上具有其茎和/或叶。孔312的轴线可为水平的，即垂直于板309的平面，或所述孔312的轴线可相对于水平方向倾斜，在根系侧向下，以有利于自然竖直的植株的发育。

优选地，生长介质308的板309在整个高度内竖直延伸到隔室307中。所述板309也可跨越隔室307的整个宽度延伸。甚至更优选地，为了避免从植株侧311到根系侧310的光污染，板309为不透光的。

可替代地，板309可水平延伸。在此情况下，可将若干板309以机架板的方式放置在栽培隔室307中。

就水耕法来说，生长介质309可包含含有植株根系在其中发育的基质的容器。

如图式中所示出，每一栽培单元300可包含两个栽培隔室307，其可为但不必为相同的。举例来说，两个栽培隔室307可通过框架301的中间壁313彼此分隔开，中间壁313平行于侧壁302。举例来说，这允许不同种类在每一隔室307中物理上分隔开，从而允许控制其发育。

根据图式的实施例，每一单元300还包含用于营养液递送系统的出口314，实际上是多个出口314。出口314为例如用于在栽培隔室307的根系侧310上喷洒营养液的注入喷嘴。营养液通常为水与诸如氮、钾、氧以及钾的输入物的混合物，或植株发育所必需的任何其它元素。如引言中所描述，喷嘴设定为以薄雾形式喷洒营养液，即以可易于被根系吸收的大小的液滴的形式喷洒。喷嘴以使得液滴全部到达根系侧310上的根系的方式分配，薄雾在根系侧上均匀地形成。

可根据在栽培隔室307中进行的指示植株状态的测量和/或根据确定的周期来调适营养液的成分。

可提供装置以将根系侧310与植株侧311隔离，以防止一些营养液不必要地传递到植株侧311。可在根系侧310上安设回收系统，从而允许回收未被根系吸收的溶液的至少部分，且对其进行过滤以便将其送回根系。

单元300可进一步包含用于测量栽培隔室307的大气的至少一个特征的设备315和用于调节所述特征的系统316。

具体来说，测量设备315可包含但不限于：

植株侧311上的温度传感器317；

植株侧311上的湿度计318；

植株侧311上的光传感器319。

如稍后将解释，植株侧311上的传感器317、传感器318、传感器319可通过一或多个单元300共享。

光传感器317可有利地包含用于进一步观测植株侧311上的植株的摄像机。

测量设备315可进一步包含：

根系侧310上的温度传感器320；

根系侧310上的湿度计321；

调节系统316为例如容纳在单元300的下部隔室中的控制器。所述调节系统316连接到允许植株侧311上的温度、湿度以及光变化以及根系侧310上的温度和湿度根据控制设定点而变化的任何装置。调节系统316优选地基于来自测量设备315的数据实时操作。

举例来说，植株侧311的照明通过用于照明栽培隔室307中的植株侧311的照明装置322来实现。照明装置322包含例如附接到框架301的水平臂323。臂323例如附接在每一侧壁302与中间壁313之间。臂323各自支撑未在图式中绘示的LED的布置，LED面对生长介质308的板309放置，且经分配以照明在植株侧311上以均一方式从板309悬垂的植株的茎和叶。调节系统316随后作用于LED的电源强度以改变光。臂323可例如借助于球窝接头铰接到框架301，以改变其定向和/或将其从生长介质308的板309移开，以便于介质308进入。

此外，举例来说，调节系统316连接到栽培隔室307中的通风装置。

还可提供调节系统316以控制从喷嘴314喷洒到根系侧310中的营养液的流动速率和压力。

单元300可进一步包含营养液控制系统324。特定来说，控制系统324允许例如根据测量设备315的测量值、根据植株种类、根据界定的周期或根据手动调整来控制营养液的输入物（即配方）的比例。控制系统324可连接到调节系统316，以便根据例如来自测量设备315的数据确定输入物的比例。

实际上，如下文将看到，调节系统316以及控制系统324可通过若干单元300共享。

成对组装单元300以形成机架200。

更具体来说，机架200包含彼此面对的单元300的两个行201。如下文所描述，每一行210包含至少一个，且实际上若干栽培单元300。行中的单元300彼此连接以便其可一起移动。举例来说，两个相邻单元300沿其侧壁302中的一个彼此接触，且可固定在一起。行201中的单元300定向在相同方向上，即其开口306定向在相同方向上。根据一个实施例，行201中的单元200大体上相同，使得其底部305可处于相同平面，且类似地，其开口306可处于相同平面。

在机架200内，第一行的单元300的栽培隔室307与第二行的单元300的栽培隔室307相对定向。实际上，第一行中的单元的每一栽培隔室307面对第二行201中的单元300的栽培隔室307。换句话说，第一行201的单元300的开口306以与第二行201的单元300的开口306相同和相对的方向定向。机架200进一步包括用于使两个行201相对于彼此移动的装置202，使得机架200可呈现两种配置：

开放配置，其中第一行201的每一单元300的栽培隔室307通过露天循环通道203与第二行201的每一单元300的栽培隔室307中分隔开，生长介质从循环通道203进入；

封闭配置，其中第一行201的每一单元300的开口306与第二行201的至少一个单元300的开口306连通，使得栽培隔室307共享且形成至少一个栽培腔室204，机架还包含密封系统205，所述密封系统205限制处于封闭配置的机架的栽培腔室204与外部之间的空气交换。

当机架200处于开放配置时，通道203的大小适于允许操作器自动或人工的循环且允许操作器进入机架200的单元300的栽培隔室307。这允许操作器在生长介质308上收获植株或将新植株放置在生长介质308上。

密封系统205包含例如用于对栽培腔室204加压的装置，以便限制外部空气的进出。加压装置例如连接到单元300的调节系统316，当机架处于开放配置时，所述加压装置停用加压。

可替代地或组合地，当机架200处于封闭配置时，密封系统205可包含例如由弹性体制成的密封件，所述密封件在栽培腔室204周围延伸。举例来说，密封件由两个半密封件206形成，每一半密封件206附接到机架200的两个行201的单元300。

在封闭配置中，机架200可界定由机架单元300的所有栽培隔室307形成的单个栽培腔室204。可替代地，机架包含若干栽培腔室204。举例来说，第一行的单元300的栽培隔室307与第二行的单元300的栽培隔室307一起界定栽培腔室204。在此情况下，密封装置205可在栽培腔室204之间提供密封件。这两个情况之间的任何中间布置为明确可能的。

根据图式的实施例，栽培腔室204通过在植株侧311上共享两个行201的单元的栽培隔室307而更精确地形成。

已经描述的测量设备315可随后由若干单元共享，尤其是对于栽培腔室204中的测量值。实际上，与开放配置相比，机架204的封闭配置原则上为大多数时间实施的配置。因此，测量设备315可监测栽培腔室204中的大气的特征，而不是每一栽培隔室307中的大气的特征。

类似地，调节系统316可由若干单元共享。用于修改大气的特征的装置也可由若干单元300共享。

举例来说，机架200的第一行201中的单元300包含测量设备315、调节系统316以及照明装置322，且第二行中的单元300不包含。

根据一个实施例，位移装置202允许机架200的行201沿大体上垂直于单元300的开口306的平面的横向（即水平）方向以滑动移动的方式位移，以便在开口配置中移动两个行200彼此远离。

移动装置202包含例如轨道系统207和连接到单元300的上壁303以沿轨道移动行201的致动器。

有利地，装置202可用于运行从中央计算装置到每一单元300的任何连接和/或电源电缆。调节系统316的全部或部分可集成到中央计算机单元中，且随后通过电缆或不通过电缆向每一单元300发送控制命令。

具体来说，轨道系统207可包含至少一个基底，所述基底包含导轨。基底意图附接到例如意图安装机架200的框架的壁。这是例如建筑物的竖直壁，地板或天花板。每一行201中的单元300随后包含基底轨道的补充构件。

栽培系统100包含至少两个彼此平行放置的机架200，每一机架200能够呈现开放配置和封闭配置。

根据图式的实施例，栽培系统100的栽培单元300组织在模块101、模块102中。系统（100）包含两种类型的模块：

-第一类型的模块101，称为中间模块，包含如上文所描述的两个栽培单元300，通过其框架301的底部305彼此附接。更具体来说，中间模块101的两个单元300具有共同的框架300，其底部305是共同的。其开口306随后定向在两个相对方向上。从共同底部305彼此延续，合并模块101的两个单元300的侧壁302、顶壁303以及底壁304。

-第二类型的模块102，称为末端模块，包含如上文所描述的单元300。

模块101、模块102放置在行中，以便形成机架200的行201。

因此，根据此处所绘示的实施例，栽培系统100连续地包含末端模块102的第一行、中间模块101的至少一个行以及末端模块102的第二行。

为了减少制造成本，中间模块101的框架与末端模块102的框架相同，使得除栽培单元300的栽培隔室307之外，末端模块包含次级隔室103。

次级隔室103可用于容纳例如中央计算机单元，所述中央计算机单元包含调节系统316和/或用于栽培系统100的所有单元300的营养液控制系统324。

根据一个实施例，末端模块102的第一行的次级隔室103可用于放置104个萌芽机架。实际上，在将植株放置在生长介质308上之前，所述植株必须已达到发芽阶段。这可在比其余栽培环境更不受控制的环境中完成。因此，可出于此目的而装备次级隔室103。

末端模块102的第二行的次级隔室103可随后用于容纳输入罐105和连接到营养液递送系统以根据由控制系统324确定的配方将营养液递送到栽培单元300的泵系统106。可提供盖板107以封闭每一末端模块102的次级隔室103。

模块101、模块102的每一行可在行的末端处的模块101、模块102的侧壁302上包含验证控制台108，使得能够监测栽培腔室204中和/或单元300的根系侧310上的大气的特征，和/或具有单元300的内部的视图，特别是当机架200处于封闭配置时。如果需要，控制台108还可包含控制面板以允许操作器直接控制大气特征和/或营养液供应。

每当操作器希望进入一或多个植株时，操作器识别相关单元300且将相关单元300的机架200切换到开放配置。优选地，每当系统100包含其它机架200时，这些机架随后保持封闭配置。操作器可沿循环通道203移动以到达单元300的两个行201之间的目标植株。

现将描述单元300的调节系统316的实施方式的实例，应了解，调节系统316可由若干单元300共享，例如行201的单元300，机架200的单元300或甚至是栽培系统100的所有单元。

根据此实例，调节系统316连接到植株侧311上的传感器317、传感器318、传感器319且连接到单元的栽培隔室307的根系侧310上的传感器320、传感器321。系统316也连接到照明装置322。单元300也可包含连接到调节系统316的通风装置325。

调节系统316进一步连接到营养液递送系统326。在此实例中，控制系统324包含含有各种输入物的输入物施配器327。施配器327流体连接到具有营养液的罐328。来自施配器327的输入物在罐328中混合，其中输入物的比例由例如调节系统316控制。营养液随后借助于泵329喷洒到栽培隔室307中，优选地喷洒在根系侧310上。任选地，过滤器330插入在营养液罐328和泵329之间，以避免确保只有低于某一大小的粒子到达栽培隔室307。泵329与增压器331相关联，以确保以确定尺寸的液滴形式喷洒营养液。出于此目的，调节系统316连接到压力传感器332和栽培隔室307入口处的流量控制器333。

调节系统316还可连接到一组传感器334，以用于监测罐328中的营养液，例如温度、pH值、电导率以及溶液的输入物成分。

随后，调节系统316考虑到由栽培隔室307中的传感器317、传感器318、传感器319、传感器320以及传感器321传输的信息而进行操作，以根据预定控制命令调整栽培隔室307中的大气的特征，所述特征包含通风装置325、照明装置322或温度控制装置的输出。

调节系统316还可例如基于传感器数据和/或存储的控制周期来控制营养液的成分。为此目的，调节系统316特别基于由传感器系统334传输的信息调节施配器327，使得罐328中的营养液的成分具有预期特征。随后将具有确定特征的营养液泵送且喷洒到栽培隔室307中。基于来自压力传感器322的数据和流动控制器33的状态，调节系统316用于控制泵329的功率。

任选地，栽培隔室307可包含用于过量营养液的回收装置，以在通过过滤器335之后重新注入到营养液罐328中。

调节系统316可由栽培系统100的若干或所有单元共享。出于此目的，可在调节系统316中识别每一单元，且控制设定点可适应每一单元300。

包含栽培单元300的栽培系统100因此能够实现受控的无土栽培，从而适应植株的需要。

实际上，布置在单元300中使得可为机架220创建一或多个栽培腔室204，每一栽培腔室204具有其自身的特征，特别是根据植株的种类进行调适。

单元300的数目可通过将其并排放置、增加每个机架200每行的单元的数目和/或增加机架的数目而容易地调适。

调节系统316提供对无土栽培的参数的增加的控制，包含栽培腔室204中的大气的特征，以及喷洒在单元300的根系侧310上的营养液的特征。

通过切换到一个机架200的开放配置，使任何其它机架封闭且因此不干扰其它机架200的栽培腔室204中的大气，来容易地实现植株的进入。

生长介质308的板309的竖直配置尤其允许减少栽培系统100占用的地面面积。