技术领域
[0001] 本
发明涉及一种液体循环设备，特别是涉及一种无土栽培用营养液循环设备。
背景技术
[0002] 近年来，无土栽培技术正逐渐进入工业化应用阶段，并在诸如蔬菜和花卉生产等领域中逐渐占据主流地位。
[0003] 然而，现有大型工业化无土栽培设备的自身结构设计过于复杂，成本过高，大大限制了无土栽培技术在科研及民用领域的推广，因此，研制出一种模
块化、自动化、操作简单方便、成本低廉、培养液配置规范、具有较高的营养
液化学稳定能
力及长期免维护特性的中小型无土栽培设备，是非常迫切的。
[0004] 目前，已有一些类似
专利针对此类问题提出了一系列技术解决方案，但所述专利仅考虑如何补足
植物的
水分需要量，对植物的养分需要量却完全不加以考虑，这在科研领域无疑是非常不可取的，即使应用在民用领域，也无法营造植物长期发育过程中所必须的养分含量适中、通气状况良好的
根际环境。
[0005] 另外，在植物的
水培养过程中，所述专利均需定时频繁地换水，费时费力，造成了巨大的人力支出及资源浪费，并无法稳定地维持植物的根际酸
碱环境，这样，在进行诸如重金属胁迫、有毒有害物质富集等的植物水培实验中，相关污染物质的处理成本也会大大增加。
[0006] 上述
缺陷严重限制了无土栽培技术在科研及民用领域的推广和应用。
发明内容
[0007] 本发明所要解决的技术问题是提供一种无土栽培用营养液循环设备，采用本设备，为
苗床补充的营养液，其浓度调节容易、方便。
[0008] 为解决上述技术问题，本发明提供了一种无土栽培用营养液循环设备，包括上端设有第一加液口的母液贮罐、补偿室和回流罐，补偿室和回流罐上下叠置，补偿室的体积小于回流罐的体积，竖直布置的第一常压管贯穿补偿室，第一常压管的下端位于回流罐内的上部，竖直布置的第二常压管穿进补偿室内，第二常压管的下端位于补偿室内的下部；
[0009] 第一常压管的上端、第二常压管的上端均位于补偿室外，且第一常压管的上端低于第二常压管的上端，第一常压管、第二常压管位于补偿室外的管体上接有同时控制两管通断的第一
截止阀；
[0010] 补偿室上设置与其内腔相通的入水阀，补偿室内设有倒置的U形虹吸管，它包括竖直布置的第一管、第二管，虹吸管的上端位于补偿室内的上部，第一管穿过补偿室伸进回流罐内且第一管的下端位于回流罐内的上部，第一管的下端通过止水阀接有浮球，第二管的下端位于补偿室内的下部且低于第二常压管的下端；
[0011] 回流罐的下部通过与其内腔相通的
循环泵接有出水阀，
定时器与
循环泵电连接，回流罐上设有第二加液口；
[0012] 第一常压管的管口开口尺寸小于入水阀的入水口开口尺寸，入水阀的入水口开口尺寸小于虹吸管的管口开口尺寸，入水阀的入水口开口尺寸和出水阀的出水口开口尺寸相同；
[0013] 上端设有第三加液口的水贮罐的下端与补偿室的上侧相接，水贮罐和补偿室之间留有第一
截止阀的第一操作间隙，第一常压管的上端穿进水贮罐内并位于水贮罐内的下部，以致水贮罐和回流罐连通，第二常压管的上端穿进水贮罐内并位于水贮罐内的上部，以致水贮罐和补偿室连通；
[0014] 母液贮罐的下端与回流罐的上侧相接，母液贮罐和回流罐之间留有第二操作间隙，竖直布置的第三常压管、第四常压管将母液贮罐和回流罐连通，第四常压管位于第二操作间隙处的管体上接有控制该管通断的第二截止阀；
[0015] 第三常压管的上端位于母液贮罐内的上部，第三常压管的下端位于回流罐内的上部，第四常压管的上端位于母液贮罐内的下部，第四常压管的下端位于回流罐内的上部。
[0016] 为简洁说明问题起见，以下对本发明所述无土栽培用营养液循环设备均简称为本设备。
[0017] 下面通过简单介绍使用本设备让营养液在本设备和苗床之间得到循环的具体步骤，来描述本设备的优点：
[0018] 1）在水贮罐内充入蒸馏水或软水，在母液贮罐、补偿室、回流罐内分别充入相应浓度的营养液，在酸罐、碱罐内分别充入相应浓度的酸性调节剂、碱性调节剂，通过管线使出水阀连接无土栽培设备内的苗床的入水口，通过管线使入水阀连接苗床的出水口，并通过定时器设定循环泵的工作时间，打开第一截止阀；
[0019] 2）开启循环泵使其持续地抽吸，向苗床泵入回流罐内的营养液，补充苗床内的植物经消耗、吸收的缺失水位，回流罐所流失的营养液采用U形虹吸管、止水阀、浮球，由补偿室内的营养液不断补充，可保证回流罐内的恒定液面；
[0020] 3）当补偿室内的液面低于第二常压管的下端时，第二常压管的水密状态解除，水贮罐内的水在
大气压强及重力作用下，经第一常压管流入回流罐内，对回流罐内所流失的水进行补充，以调节回流罐内的营养液浓度，随着补偿室内液面的下降，最终当补偿室内的液面低于第二管的下端时，虹吸管自动断开；
[0021] 4）当苗床的缺失水位得到补充后，来自苗床的低浓度回流营养液开始由完全打开的入水阀不断流回补偿室内，补偿室内的液面得到提升，并封住第二常压管的下端，让第二常压管再次处于水密状态，使水贮罐对回流罐停止补充水，当补偿室内液面逐渐上升并超过虹吸管的上端时，虹吸管又自动接通；
[0022] 当回流罐内的营养液浓度低于补偿室内的营养液浓度时，打开第二截止阀，将母液贮罐内的高浓度营养液（以下均简称母液）通过第四常压管注入回流罐，可容易、方便地调节回流罐内的营养液浓度，当回流罐内的液面高于第四常压管的下端时，由于压力作用，母液贮罐停止向回流罐内注入母液；
[0023] 以上2）至4）步骤，为营养液的第一次循环；
[0024] 5）定时器继续接通，循环泵持续工作，再次重复2）至4）的步骤，营养液开始第二次循环，可达到为苗床自动连续补充营养液的目的，补足苗床内植物生长发育所消耗的水分及矿物质，维持苗床内营养液的液面及各营养成分的相对稳定，换言之，使苗床内的营养液继续得到循环更新；
[0025] 6）多次重复2）至4）的步骤，直至到达定时器的设定时间后，定时器自动关闭、断电，本设备和苗床之间的营养液的循环停止。
[0026] 这样，使营养液在苗床和本设备之间循环运行，营养液的循环过程省时省力，回流罐内的营养液浓度调节容易、方便，达到为苗床连续补充营养液的目的，苗床内营养液的营养物质及其有效含量得到充分保证，故采用本设备，为苗床补充的营养液，其浓度调节容易、方便。
[0027] 另，本设备还具有使用简便的优点。
[0028] 所述酸罐的下端与回流罐的上侧相接，酸罐和回流罐之间留有第三操作间隙，竖直布置的第五常压管、第六常压管将酸罐和回流罐连通，第六常压管位于第三操作间隙处的管体上接有控制该管通断的第三截止阀；
[0029] 第五常压管的上端位于酸罐内的上部，第五常压管的下端位于回流罐内的上部，第六常压管的上端位于酸罐内的下部，第六常压管的下端位于回流罐内的上部；
[0030] 碱罐的下端与回流罐的上侧相接，碱罐和回流罐之间留有第四操作间隙，竖直布置的第七常压管、第八常压管将碱罐和回流罐连通，第八常压管位于第四操作间隙处的管体上接有控制该管通断的第四截止阀；
[0031] 第七常压管的上端位于碱罐内的上部，第七常压管的下端位于回流罐内的上部，第八常压管的上端位于碱罐内的下部，第八常压管的下端位于回流罐内的上部。
[0032] 当回流罐内营养液的pH值偏离预定值时，打开第三截止阀，将酸罐中的酸性调节剂注入回流罐中，再打开第四截止阀，将碱罐中的碱性调节剂注入回流罐中，从而方便地调节回流罐内营养液的pH值。
[0033] 所述水平布置的过滤室设在补偿室的上部，且过滤室与补偿室相连通，入水阀设置在过滤室的上部，且入水阀、过滤室相连通。
[0034] 这样，采用过滤室，可有效过滤来自苗床的低浓度回流营养液中的杂质。
[0035] 所述补偿室的截面形状为长方形；
[0036] 过滤室的截面形状大体为长方形，过滤室的
底板包括内侧的水平板和向
外延伸的倾斜板，设定底板靠近母液贮罐的一侧为内，设定底板远离母液贮罐的一侧为外，水平板铺放在补偿室的顶板上，倾斜板与补偿室远离母液贮罐的那一侧板的上部相接，倾斜板远离母液贮罐的外侧高于倾斜板靠近母液贮罐的内侧，补偿室的所述侧板上部对应于倾斜板的内侧处开有用来连通过滤室和补偿室的进水口；
[0037] 过滤室内设有上下叠置的滤材和网格结构形式的
支架，支架铺设在水平板和倾斜板上；
[0038] 入水阀设置在过滤室远离母液贮罐的那一侧板上且高于滤材。
[0039] 这样，过滤室的结构简单合理、价格较低。
附图说明
[0040] 图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
[0041] 下面结合附图并通过实施方式来进一步说明本发明。
[0042] 参见图1：
[0043] 为进一步清楚而明确地说明问题起见，在图1中通过若干虚线和相应件号来表达相应液体容器内蒸馏水或软水、相应营养液、酸性调节剂、碱性调节剂的对应液面，分别具体描述如下：
[0044] a为水贮罐2内蒸馏水或软水（以下均简称水）的初始液面（即最高允许液面），a’为水贮罐2内水的最低允许液面，b为补偿室3内营养液的最高允许液面，b’为补偿室3内营养液的最低允许液面（即最低警戒液面），c为回流罐4内营养液的初始液面（即最高允许液面），d为母液贮罐1内母液的初始液面（即最高允许液面），d’为母液贮罐1内母液的最低允许液面。图1中未示出所述的蒸馏水或软水、母液、相应营养液、酸性调节剂、碱性调节剂。
[0045] 本设备的结构为：
[0046] 本设备包括上端设有第一加液口1a的母液贮罐1、回流罐4、上端设有第三加液口2a的水贮罐2、水平布置的过滤室5、补偿室3、酸罐6、碱罐7。
[0047] 过滤室5的截面形状大体为长方形。补偿室3的截面形状为长方形，补偿室3的体积小于回流罐4的体积。回流罐4的截面形状大体为长方形，其水平顶板包括阶梯状布置的左板4b、右板4c，左板4b高于右板4c，左板4b的长度大于右板4c的长度。母液贮罐1、水贮罐2、酸罐6、碱罐7的截面形状大体为圆筒形。补偿室3和回流罐4上下叠置，且补偿室3位于左板4b的左侧；母液贮罐1的下端与左板4b的右侧相接（即：母液贮罐1的下端与回流罐4的上侧相接）；可见，补偿室3、母液贮罐1左右排列。回流罐4远离母液贮罐
1的左侧竖直侧板4d的上部设有第二加液口4a。酸罐6、碱罐7的下端均与右板4c相接，且酸罐6、碱罐7左右排列（即：酸罐6的下端与回流罐4的上侧相接、碱罐7的下端与回流罐4的上侧相接）。水贮罐2的下端与补偿室3的顶板3a中心区域相接（即：水贮罐2的下端与补偿室3的上侧相接）。
[0048] 水贮罐2和补偿室3之间留有第一截止阀10的第一操作间隙(图1中未示出第一操作间隙的件号)。竖直布置的第一常压管8贯穿补偿室3，第一常压管8的下端位于回流罐4内的上部，第一常压管8的上端穿进水贮罐2内并位于水贮罐2内的下部，以致水贮罐2和回流罐4连通。竖直布置的第二常压管9穿进补偿室3内，第二常压管9的下端位于补偿室3内的下部，第二常压管9的上端穿进水贮罐2内并位于水贮罐2内的上部，以致水贮罐2和补偿室3连通。第一常压管8、第二常压管9位于补偿室3外的管体上接有同时控制两管通断的第一截止阀10。
[0049] 可见，第一常压管8的上端、第二常压管9的上端均位于补偿室3外，且第一常压管8的上端低于第二常压管9的上端。
[0050] 过滤室5的底板包括内侧的水平板5c和向外延伸的倾斜板5d，设定底板靠近母液贮罐1的一侧为内，设定底板远离母液贮罐1的一侧为外，水平板5c铺放在补偿室3的顶板3a上，倾斜板5d与补偿室3远离母液贮罐1的左侧竖直侧板3b的上部相接，倾斜板5d远离母液贮罐1的外侧高于倾斜板5d靠近母液贮罐1的内侧，补偿室3的所述侧板3b上部对应于倾斜板5d的内侧处开有用来连通过滤室5和补偿室3的进水口3c。
[0051] 过滤室5内设有上下叠置的滤材5a和网格结构形式的支架5b，支架5b铺设在水平板5c和倾斜板5d上。
[0052] 入水阀21设置在过滤室5远离母液贮罐1的左侧竖直侧板5e上且高于滤材5a。
[0053] 这样，入水阀21设置在过滤室5的上部，且入水阀21、过滤室5相连通，过滤室5设在补偿室3的上部，且过滤室5与补偿室3相连通。可见，补偿室3上采用过滤室5设置与其内腔相通的入水阀21。
[0054] 补偿室3内设有倒置的U形虹吸管，它包括竖直布置的第一管20a、第二管20b，虹吸管的上端位于补偿室3内的上部，第一管20a穿过补偿室3伸进回流罐4内且第一管20a的下端位于回流罐4内的上部，第一管20a的下端通过止水阀20c接有浮球20d，第二管20b的下端位于补偿室3内的下部且低于第二常压管9的下端。
[0055] 回流罐4的下部通过与其内腔相通的循环泵22接有出水阀23，定时器24与循环泵22电连接。回流罐4的下侧设有与定时器24电连接的加
氧头25。这样，可对回流罐4内的营养液实施定时加氧，及时补充营养液内的氧气含量。
[0056] 母液贮罐1和回流罐4之间留有第二操作间隙(图1中未示出第二操作间隙的件号)。竖直布置的第三常压管11、第四常压管12将母液贮罐1和回流罐4连通，第四常压管12位于第二操作间隙处的管体上接有控制该管通断的第二截止阀13。第三常压管11的上端位于母液贮罐1内的上部，第三常压管11的下端位于回流罐4内的上部，第四常压管12的上端位于母液贮罐1内的下部，第四常压管12的下端位于回流罐4内的上部。
[0057] 酸罐6和回流罐4之间留有第三操作间隙(图1中未示出第三操作间隙的件号)。竖直布置的第五常压管14、第六常压管15将酸罐6和回流罐4连通，第六常压管15位于第三操作间隙处的管体上接有控制该管通断的第三截止阀16。第五常压管14的上端位于酸罐6内的上部，第五常压管14的下端位于回流罐4内的上部，第六常压管15的上端位于酸罐6内的下部，第六常压管15的下端位于回流罐4内的上部。
[0058] 碱罐7和回流罐4之间留有第四操作间隙(图1中未示出第四操作间隙的件号)。竖直布置的第七常压管17、第八常压管18将碱罐7和回流罐4连通，第八常压管18位于第四操作间隙处的管体上接有控制该管通断的第四截止阀19。第七常压管17的上端位于碱罐7内的上部，第七常压管17的下端位于回流罐4内的上部，第八常压管18的上端位于碱罐7内的下部，第八常压管18的下端位于回流罐4内的上部。
[0059] 第一常压管8的管口开口尺寸小于入水阀21的入水口开口尺寸，入水阀21的入水口开口尺寸小于虹吸管的管口开口尺寸，入水阀21的入水口开口尺寸和出水阀23的出水口开口尺寸相同。
[0060] 所述的四个截止阀、入水阀21、止水阀20c、出水阀23、浮球20d、循环泵22、定时器24、加氧头25均为市售品。定时器24的生产厂家为：慈溪市科德电器厂，型号为：科德TW-268，地址为：浙江省宁波市慈溪市横河镇东畈村，邮编为：315318，电话为：0574-63105198，63191919。
[0061] 使用过程中，水贮罐2内水的初始液面a要低于第二常压管9的上端；水贮罐2内水的最低允许液面a’与第一常压管8的上端平齐；对于补偿室3内营养液的最高允许液面b而言，其高于虹吸管的上端、低于补偿室3的进水口3c；对于补偿室3内营养液的最低允许液面b’而言，其与第二常压管9的下端平齐，其高于第二管20b的下端；回流罐4内营养液的初始液面c由止水阀20c、浮球20d共同决定；母液贮罐1内母液的初始液面d要低于第三常压管11的上端；母液贮罐1内母液的最低允许液面d’与第四常压管12的上端平齐；酸罐6内酸性调节剂的液面要介于第五常压管14的上端和第六常压管15的上端之间；碱罐7中的碱性调节剂的液面要介于第七常压管17的上端和第八常压管18的上端之间。
[0062] 使用本设备让营养液在本设备和苗床之间得到循环的具体步骤为： [0063] 1）在水贮罐2内充入蒸馏水或软水，在母液贮罐1、补偿室3、回流罐4内分别充入相应浓度的营养液，在酸罐6、碱罐7内分别充入相应浓度的酸性调节剂（如
盐酸溶液）、碱性调节剂（如氢氧化钠溶液），通过管线使出水阀23连接无土栽培设备内的苗床的入水口，通过管线使入水阀21连接苗床的出水口，并通过定时器24设定循环泵22的工作时间，打开第一截止阀10（图1中未示出所述的苗床、管线）；
[0064] 2）定时器24至设定时间后接通
电路，启动本设备和苗床之间的营养液循环过程，即：开启循环泵22，营养液由循环泵22抽出，经出水阀23流向苗床，并由加氧头25补充回流罐4内的营养液中的溶解氧。因苗床内植物的生长发育需消耗营养液，苗床内的液面必然会下降，回流罐4内流出的营养液将首先补充苗床内的缺失营养液，此过程中，回流罐4内的液面持续下降，但经虹吸管、止水阀20c、浮球20d，由补偿室3内的营养液不断补充，可保证回流罐4内的恒定液面；补偿室3内的营养液液面在虹吸管的抽吸作用下不断下降，且在补偿室3内的液面尚未下降至最低允许液面b’时，第二常压管9的下端将一直浸没于补偿室3内的营养液内；
[0065] 3） 当补偿室3内的液面逐渐降低至最低允许液面b’以下、入水阀21尚无回流营养液补充时，随着循环泵22的持续抽吸，一则，第二常压管9的水密状态解除，水贮罐2内的水在大气压强（通过第一常压管8、第二常压管9的共同配合）及重力作用下，经第一常压管8流入回流罐4内，对回流罐4内所流失的水进行补充（水贮罐2内水的液面逐渐降低)，以调节回流罐4内的营养液浓度；二则，随着补偿室3内液面的下降，最终当补偿室3内的液面低于第二管20b的下端时，导致虹吸管因其内部液柱中断而停止对补偿室3内营养液的抽吸（即虹吸管自动断开）；
[0066] 4）随着循环泵22的持续抽吸，当苗床的缺失水位得到补充后，来自苗床的低浓度回流营养液（经植物生长消耗后，苗床内营养液的营养物质的有效含量和溶氧量均较低，图1中未示出所述的低浓度回流营养液）开始由完全打开的入水阀21并经过滤室5不断流回补偿室3内（采用过滤室5，可有效过滤来自苗床的低浓度回流营养液中的杂质），随着补偿室3内营养液液面的逐渐上升，虹吸管内的营养液液面也在不断升高，当补偿室3内的营养液液面超过最低允许液面b’后，封住第二常压管9的下端，让第二常压管9再次处于水密状态，使水贮罐2对回流罐4停止补充水，当补偿室3内液面逐渐上升并达到最高允许液面b附近时，虹吸管又自动接通；
[0067] 当回流罐4内的营养液浓度低于补偿室3内的营养液浓度时，打开第二截止阀13，将母液贮罐1内的母液通过第四常压管12注入回流罐4，可容易、方便地调节回流罐4内的营养液浓度，当回流罐4内的液面高于第四常压管12的下端时，由于压力作用，母液贮罐1停止向回流罐4内注入母液；
[0068] 当回流罐4内营养液的pH值大于预定值，这时，可打开第三截止阀16，将酸罐6内的酸性调节剂注入回流罐4中，直至回流罐4内营养液的pH值接近预定值时，关闭第三截止阀16，可方便地调节回流罐4内营养液的pH值；当回流罐4内营养液的pH值小于预定值，这时，可打开第四截止阀19，将碱罐7内的碱性调节剂注入回流罐4中，直至回流罐4内营养液的pH值接近预定值时，关闭第四截止阀19，可方便地调节回流罐4内营养液的pH值；
[0069] 以上2）至4）步骤，为营养液的第一次循环；
[0070] 5）定时器24继续接通，循环泵22持续工作，再次重复2）至4）的步骤，营养液开始第二次循环，可达到为苗床自动连续补充营养液的目的，补足苗床内植物生长发育所消耗的水分及矿物质，维持苗床内营养液的液面及各营养成分的相对稳定，换言之，使苗床内的营养液继续得到循环更新；
[0071] 因来自苗床并流入补偿室3内的低浓度回流营养液的流量小于经虹吸管流出补偿室3且进入回流罐4的营养液的流量，故，一则保证补偿室3内的营养液液面在虹吸管自动接通后逐渐下降，且所述营养液液面不会超过最高允许液面b，二则保证回流罐4内的恒定液面，保证营养液内的矿物质含量；
[0072] 需要特别说明的是，随着循环泵22持续抽吸，对于又自动接通的虹吸管而言，它将补偿室3内来自苗床的低浓度回流营养液不断地补充到回流罐4内，并与之前从母液贮罐1内流入回流罐4内的母液混合均匀，维持回流罐4内的营养液中各营养成分含量的相对稳定，完成营养液的养分更新等工作；另，由于第一次循环时苗床内缺失的水分均已补齐，因此，第二次循环时，本设备一向苗床的入水口补充营养液，苗床的出水口就会同步地流出营养液；
[0073] 6）多次重复2）至4）的步骤，直至到达定时器24的设定时间后，定时器24自动关闭、断电，本设备和苗床之间的营养液的循环停止，待补偿室3内不再有回流营养液流入，补偿室3内的营养液液面将维持在最高允许液面b和最低允许液面b’之间。
[0074] 这样，使营养液在苗床和本设备之间循环运行，营养液的循环过程省时省力，回流罐4内的营养液浓度调节容易、方便，达到为苗床连续补充营养液的目的，苗床内营养液的营养物质及其有效含量得到充分保证，故采用本设备，为苗床补充的营养液，其浓度调节容易、方便。
[0075] 另，本设备还具有使用简便的优点。
[0076] 以上所述的仅是本发明的一种实施方式。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出显而易见的若干变型和改进，这些也应视为属于本发明的保护范围。
