级联式植物栽培系统和植物栽培托盘

摘要

一种植物栽培容器，其包括：托盘；在托盘中的入口通道；在托盘中的栽培介质保持器；在栽培介质保持器中的一个或者多个突起；连接到栽培介质保持器的出口通道；和能够被固定地附装到托盘的盖。托盘可以在溶液培养的植物栽培系统中使用，其中所述系统包括用于植物生长的容器。所述容器包括：托盘；在托盘中的入口通道；连接到入口通道的在托盘中的栽培介质保持器；在栽培介质保持器中的一个或者多个突起，所述突起能够固定栽培介质以防侧向运动；连接到栽培介质保持器的出口通道；和盖。所述系统可以包括用于保持液体的储液器和能够将液体从储液器泵送到所述容器的泵。

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求享有2009年12月21日提交的美国临时申请号US 61/288,542的优先权，其整个内容由此通过参考包含于此。

技术领域

本申请涉及一种竖直堆叠的溶液培养的植物栽培系统。本申请还 涉及一种容器托盘，其设计成用于与所述系统一起使用，以便使植物 可以安全地放置在托盘中，使得托盘可以在不损坏植物的情况下在植 物栽培和收获处理期间来回搬运。

背景技术

植物可以用于许多不同的商业应用，并且在大多数情况下，高效 的植物栽培积极地影响它们的商业价值。例如，植物可以被榨出大量 的蛋白质（例如，将用于产生疫苗的蛋白质）。在这种情况下，植物 生长得越强劲，生产的蛋白质产品越多。在保持总成本降低的同时使 植物高效地且强劲地生长方面，存在有许多挑战。例如，植物得益于 营养源（例如，营养溶液，肥料等）和受控制的环境条件（例如，温 度，光等），所述营养源和受控制的环境条件会是昂贵的。另外，植 物占用大量的空间，这进一步增加了使用植物用于商业目的总成本。

因而，需要改进的植物栽培系统和方法，所述改进的植物栽培方 法是较少成本的、更加节约空间的植物栽培方法，并且所述改进的植 物栽培方法有效地利用栽培器为植物所提供的营养源。

发明内容

在第一方面中，植物栽培容器包括：托盘；在托盘中的入口通道； 连接到入口通道的在托盘中的栽培介质保持器；在栽培介质保持器中 的一个或者多个突起，所述突起能够固定栽培介质以防侧向运动；连 接到栽培介质保持器的出口通道；和能够被固定地附装到托盘的盖。

在第二方面中，溶液培养的植物栽培系统包括能够使植物栽培的 至少一个容器，所述至少一个容器包括：托盘；在托盘中的入口通道； 连接到入口通道的在托盘中的栽培介质保持器；在栽培介质保持器中 的一个或者多个突起，所述突起能够固定栽培介质以防侧向运动；连 接到栽培介质保持器的出口通道；和能够被固定地附装到托盘的盖， 所述系统另外包括能够保持液体的储液器和能够将液体从储液器泵送 到至少一个容器的泵。

附图说明

本发明涉及一种级联式溶液培养的植物栽培系统和用于在级联式 溶液培养的植物栽培系统中使用的容器。上述总结以及以下本发明的 示例性实施例的详细说明当参照附图阅读时将被更好地理解，附图被 包含在本文中并且构成本说明书的一部分。将应当理解，本发明不限 于精确的所示布置和手段。在附图中：

图1是根据本发明的一个实施例的级联式溶液培养的植物栽培系 统的正视图；

图2是根据本发明的一个实施例的托盘的分解的透视图；

图3是根据本发明的一个实施例的托盘部件的透视图；

图4是根据本发明的一个实施例的托盘部件的顶视图；

图5是根据本发明的一个实施例的托盘部件的侧视图；

图6是根据本发明的一个实施例的托盘部件的端视图；

图7是沿着图4的线7-7得到的介质固定突起的剖视图；

图8是沿着图5的线8-8得到的托盘的剖视端视图；

图9是根据本发明的一个实施例的托盘部件的底视图；

图10是图3的托盘部件的放大的顶视图，其示出排放部件；和

图11是根据本发明的一个实施例的图3的卡扣部件的透视图。

具体实施方式

虽然在本文参照特定的实施例示出和说明了本发明，但是本发明 意欲不受所示细节的限制。而且，可以在不脱离本发明的情况下在权 利要求书的等同范围和程度内在细节上进行各种修改。

根据本发明的一个实施例的容器与诸如培养基的栽培介质配合。 然后，容器使介质固定不动，防止介质在该容器中上下运动，并且防 止介质在容器中侧向地运动。此外，该容器设计成允许诸如营养溶液 的液体连续地流过容器。液体在给定的位置处进入容器，流过容器， 并且继而离开容器。容器包括流出区域，其构造成导致溶液在排出容 器之前在容器中聚集到预定的水平或者水位高度。聚集的溶液在容器 中提供了一定的最低水平的溶液，确保培养基在预定百分比的培养基 高度上保持潮湿。

如图1中所示，根据本发明的一个实施例的具有至少一个搁架单 元100的系统由竖直地布置的一系列溶液培养容器150A-150C组成。 在本发明的一个优选实施例中，搁架单元100包括若干部件。例如， 搁架单元100包括通过柱104连接起来的若干搁架102。所述搁架中 的三个搁架各自支撑一对托盘容器。在每个搁架102下面悬挂有一个 或者多个荧光灯灯具106。荧光灯106可以连接到定时器108，所述定 时器108将控制荧光灯106何时打开和关闭。应当理解，荧光灯106 也可以连接到中央电源，在该处荧光灯可以被人工地打开或者关闭。 托盘容器150经由一系列级联管112A、112B和112C彼此相互连接 起来。

顶部容器托盘150A液压地连接到储液器110。储液器110可以包 含有纯水，水营养物混合物，或者纯营养物混合物。储液器110连接 到循环泵114。循环泵114通过进料管线116将储液器110的内容物 泵送到顶部容器150A。虽然循环泵114在图1中示出为放置在储液器 110内部的潜水泵，但是应当理解，循环泵114可以是任何类型的泵， 例如，放置在储液器110的外部的泵。然后，营养溶液通过容器150A 循环。随着营养溶液通过容器150A前进，营养溶液将最终从容器排 出到级联管112A中并且进入容器150B。然后，溶液以与溶液穿过容 器150A的方式相同的方式通过容器150B前进，并且排放到级联管 112B中。级联管112B将溶液运载到容器150C中。然后，溶液以与 溶液穿过容器150A和150B的方式相同的方式通过容器150C前进， 并且排放到级联管112C中，所述级联管112C继而将溶液传送回到储 液器110。

储液器110配备有阀门118，所述阀门118通常将保持在关闭位 置中，但是可以打开以允许储液器110排放。储液器110也可以配备 有罩，所述罩安全地配合在储液器上并且仅允许级联管112C和进料 管线116进出储液器。罩可以帮助限制外来物质污染营养溶液并且限 制蒸发。在一些示例性实施例中，储液器110及其罩是不透明的，并 且紧密地配合在一起以禁止光进入储液器中。这样阻止藻类在营养溶 液中生长。此外，当配备盖时储液器110可以具有开口，所述开口可 以打开以允许添加额外的营养溶液或者对营养溶液采样以测试该营养 溶液是否在其期望的功效之下。在其中多于一个的容器搁置在搁架上 的构造中，如图1中所示，进料管线116可以在搁架的顶部处分开， 以便使营养溶液可以被导引到并排地或者端部对端部地搁置的容器 组。在可替代的方案中，两个或者更多个独立的进料管线可以用于将 营养溶液从泵114传送到顶部托盘。在搁架的顶部处，进料管线116 可以附装到一个或者多个阀门120，所述一个或者多个阀门120允许 单元的用户阻塞住到托盘容器的所有营养溶液的通路。最后，荧光灯 灯具106可以任选地连接到插座条122，所述插座条122附装到该单 元以供给电力到荧光灯。

在本发明的一个实施例中，搁架单元100将是四个搁架，其较高 且能够保持端部对端部的两个容器。然而，将应当理解，搁架单元100 可以包含任何数量的搁架并且配合任何数量的容器。此外，应当理解， 搁架单元100可以布置成使得在一个或者多个容器已经从搁架单元去 除的情况下托盘仍然能够接收营养溶液。搁架单元100可以成组地放 置在过道以允许用于最好地利用空间和用于根据需要去除容器和荧光 灯。优选地，灯具和容器具有相关尺寸，所述相关尺寸帮助容器容易 插入搁架单元和从搁架单元去除，而同时最小化每个搁架空间所需要 的高度，并且从而最小化搁架单元的尺寸，以便最大限度地利用空间。 还应当理解，级联管112和进料管线116可以被设定成任何长度，以 便在搁架102是空的且不再保持容器的情况下较长的或者较短的级联 管或者进料管线可以被代入搁架单元中。这允许所述系统绕过一个或 者多个空的或者停止服务的搁架，并且将营养溶液直接供给到在绕过 的一个或多个搁架下面的任何剩余的容器。

图2至图11示出根据本发明的一个实施例的植物栽培容器150 的各个部件。图2示出容器150的分解图，所述容器150包括大致矩 形的托盘152和大致矩形的盖200。托盘152包含具有平坦的接收池 的液滴入口或者入口通道160，其中营养溶液可以进入托盘。在营养 溶液进入入口通道160之后，营养溶液沿着入口通道流到托盘的相对 的端部，在该处营养溶液进入栽培介质保持器162。然后，营养溶液 将通过栽培介质保持器流到出口通道164。栽培介质保持器162包含 支撑脊部170，其用于提供沿着托盘长度的侧向支撑和刚度。为了说 明容器150及其部件的相关尺寸起见，术语“长度”指的是与图4中 所示的容器的较长的边平行的尺寸，并且术语“宽度”指的是与图4 中所示的容器的较短的边平行的尺寸。

在本发明的一些实施例中，多个支撑脊部170可以沿着托盘的长 度延伸，即，与托盘的长度大致平行地延伸，以进一步增加托盘152 的支撑和刚度。此外，在一些实施例中，在有或者没有一个或者多个 支撑脊部沿着容器150的长度延伸的情况下，支撑脊部170可以沿着 托盘的宽度延伸。托盘152配备有由托盘的侧壁180限定的若干机械 手开口182。这些机械手开口182以预定的间距间隔开，并且允许自 动化机械根据需要拾取托盘152和使其运动。托盘152的侧壁180升 高到略高于托盘152的内侧顶面153，以设置用于包围整个托盘152 的外部脊部184。盖200的尺寸设定成正好配合在外部脊部184内侧 以便当托盘152侧向地、向上和向下运动或者翻转时盖154的运动最 小。盖200配备有入口罩切口202，所述入口罩切口202当盖200放 置在托盘152之上时允许暴露入口通道160。盖200还配备有多个植 物生长开口204，其允许有用于使植物成长通过的空间。盖200通过 多个与锁孔型狭槽类似的狭槽开口206被固定到托盘152。狭槽开口 206包括可以插入诸如销的紧固件的较大圆形开口。较小开口连接到 较大开口，继而借助销将盖保持在适当的位置中。狭槽开口206也可 以与构建到内侧顶面153的边缘上的固定柱相互作用。在一些实施例 中，狭槽开口206也可以放置在盖200的中间以与可以设置在支撑脊 部170的顶部上的销或者固定柱相互作用。应当理解，在可替代的实 施例中，在托盘152中可以切有狭槽开口206，并且在盖上可以构建 有销或者固定柱。

图3示出托盘152的透视图，并且图4示出托盘152的顶视图。 托盘152可以由塑料或者其它材料制成。如图3和4所示，入口通道 160包括入口接收区域166和倾斜通道168，所述倾斜通道168将允许 营养溶液从入口接收区域166流到栽培介质保持器162。当容器150 放置在水平的平面上时，倾斜通道168的底部相对于与入口通道160 相邻的平面具有最高高度，并且相对于将该倾斜通道与栽培介质保持 器162连接的平面具有最低高度。倾斜通道168的底部从最高高度的 点逐渐降低到最低高度的点以帮助液体从入口通道160重力流动到栽 培介质保持器162。

栽培介质保持器162是托盘中的凹槽区域，其包括额外的倾斜通 道172。倾斜通道172允许营养溶液持续地朝向出口通道164流动。 栽培介质保持器包含多个栽培介质突起190，其用于固定栽培介质并 且阻止栽培介质的任何侧向运动。栽培介质保持器162被支撑脊部170 一分为二，这增加了托盘结构的支撑性。在所示的实施例中，支撑脊 部170包括固定柱192，其可以插入通过盖200的狭槽开口206。托盘 152也具有固定柱192，所述固定柱192围绕托盘的外侧定位以待插入 通过盖200的狭槽开口206。出口通道164由直立的管道174和小排 放孔176组成，如最好参见图10。

栽培介质保持器162设计成保持各种类型的栽培介质。栽培介质 培养基可以是诸如岩棉的矿棉的培养基。或者，培养基可以由亲水性 泡沫形成，例如，牌泡沫或者牌泡沫。培养基也可 以由椰子纤维、珍珠岩或其它类似的有机或合成培养基形成。栽培介 质保持器162的尺寸可以设定成将两块10英寸×20英寸的岩棉件首 尾相接地配合在支撑脊部170的一侧上，并且将两块10英寸×20英 寸的岩棉件首尾相接地配合在支撑脊部170的另一侧上。然而，应当 理解，栽培介质保持器162可以制成任何尺寸并且可以以任何方式划 分，以便适应不同形状和尺寸的栽培介质培养基。栽培介质培养基可 以放置在栽培介质保持器中并且通过栽培介质突起190被固定在固定 的位置中。突起190间隔遍布栽培介质保持器的底部并且被间隔成与 栽培介质培养基中的预置的凹入处对准。如图7所示，突出190可以 是成一体地形成在栽培介质保持器162的底板上的模制部件。应当理 解，突起190可以成一体地形成为培养基所需的任何高度，并且根据 要求也可以是任何形状或者斜度的，以固定栽培介质培养基。一旦栽 培介质培养基已经被放置在栽培介质保持器162中并且被固定，则种 子可以以与限定在盖200中的植物生长开口204对应的间距放置在培 养基的顶部上。然后，盖200将对准成使得狭槽开口206与固定柱192 对准。一旦盖200与托盘152的上表面齐平，则盖200可以沿着固定 销192滑动以将盖200固定在托盘152上的适当的位置中。

一旦盖200被固定到托盘152上，托盘容器150就连同栽培介质 培养基和种子一起准备放置在溶液培养的植物栽培系统的搁架上，例 如如图1中所示的那样。参照图1、3、4和8，营养溶液处理将从储 液器110泵送到所述系统的顶部托盘150A。营养溶液将最初在每个托 盘150A的入口通道160的相应的入口接收区域166中进入每个托盘。 营养溶液将通过入口通道160的倾斜通道168前进进入栽培介质保持 器162中。一旦营养溶液在栽培介质保持器162中，营养溶液就将继 续朝向出口通道164沿着倾斜通道172前进。当营养溶液到达出口通 道164时，营养溶液将开始通过小排放孔176排放，如图10中所示。 可以使用阀门120和循环泵114调节营养溶液进入入口通道160的输 入流，以便使该输入流大于通过小排放孔176的输出流。因为输入流 大于输出流，所以营养溶液将聚集在栽培介质保持器162中并且使栽 培介质培养基饱和，由此为栽培介质培养基上的种子提供生长所需要 的营养物。在本发明的一个实施例中，岩棉培养基的高度是1.6英寸， 并且营养溶液优选地上升到岩棉培养基的高度的至少70%至75％。该 优选的高度水平允许溶液通过毛细力迁移到培养基的顶部。

营养溶液将持续在栽培介质保持器162中累积，直到营养溶液到 达直立的管道174的高度为止，在所述直立的管道174的高度点处营 养溶液将溢出直立的管道174的顶部并且离开托盘容器150A。如图 10所示，直立的管道174和小排放孔176包括出口通道164。一旦营 养溶液已经进入出口通道164，营养溶液就将穿过第一级联管112A， 并且继续到达托盘容器中的下一个最高搁架上的一个托盘容器150B。 然后，营养溶液填充托盘150B，通过管112B排放，填充托盘150C， 通过管112C排放，并且最终返回到储液器110。在本发明的一些实施 例中，通过出口通道164离开容器150A、150B和150C的营养溶液 将在进入级联管之前被收集在漏斗中。在植物已经成熟到植物准备被 收割的程度之后，营养溶液循环系统通过使用阀门120或者通过关闭 循环泵114而关闭。小排放孔176允许任何滞留的营养溶液从托盘排 出并且最终返回到储液器。优选的是使任何营养溶液完全排出托盘容 器，所述任何营养溶液在企图使托盘容器运动之前仍然会滞留。级联 管112A、112B和112C分别安全地附装到容器150A，150B和150C 的底部，以便使溢出并且穿过直立的管道的任何营养溶液以及穿过排 放孔的任何溶液被捕获在这些级联管中。在本发明的一些实施例中， 托盘152的底部具有特制的配件，其设计成允许附装有级联管以帮助 该处理。此外，盖切口202可以设计成使得该盖切口202在紧密的密 封件中安全地附装到级联管的端部以防止在营养溶液从一个托盘转移 到另一个托盘时营养溶液泄漏。在这些实施例中，盖切口202也可以 附装到进料管线116的端部以防止在营养溶液泵送进出储液器时营养 溶液泄漏。

图5和图6示出托盘152的侧面。随着生长周期进展，托盘152 可以被机械臂自动地操纵。一旦植物已经生长到植物可以被收割的时 期，则机械臂将从搁架单元100去除每个托盘容器150。为了使托盘 容器150运动，机械臂插入机械手开口182中。在本发明的一个实施 例中，机械手开口182的形状可以设定成圆形，或者设定成椭圆形， 以允许机械手臂在抓住盘152时留有一些余地。图8示出托盘152的 剖视图。栽培介质突起190从栽培介质保持器162的底板延伸。此外， 图8示出随着倾斜通道172朝向出口通道164逐渐倾斜的倾斜通道172 的视图（所示的倾斜通道朝向图8中的观察者倾斜）。图9示出托盘 152的底视图。为了将结构支撑性添加到托盘，托盘的底部包括一系 列交叉的支撑件194。这些交叉的支撑件194为装载托盘152提供额 外的结构支撑性和承载强度，而同时减小材料量和托盘的总重。应当 理解，这些交叉的支撑件194的形状和设计不限于图9中所示的形状 和设计。另外地，图9示出其上搁置有托盘152的腿178。腿178也 可以用于通过自动化处理而移动托盘152。在一些实施例中，腿178 也可以设计成与搁架上的插座102相互作用以将托盘安全地保持在适 当的位置中。在其它实施例中，腿178可以设计和放置成与另一个托 盘的顶部相互作用，以便允许未使用的托盘堆叠起来以用于更便利的 储存。

图11示出固定紧固件柱192的透视图。固定柱192具有：较大的 上部分196，其具有圆周；和中间部分198，其具有小于上部分的圆周 的圆周。为了将盖200固定到托盘152，每个盖狭槽206都借助固定 柱192的较大的部分196而放置在固定柱192上，直到所述盖狭槽206 到达中间部分198的深度为止。在这一点上，盖200可以侧向地滑动 以围绕固定柱192的中间部分198锁定盖狭槽206的较小部分。盖200 优选地由不锈钢制成以例如在托盘容器150翻转或者完全颠倒的情况 下提供额外的支撑。

在所示实施例中，盖200通过固定柱192和额外的固定柱固定到 托盘152，所述固定柱192围绕托盘152的圆周间隔开，所述额外的 固定柱沿着支撑脊部170间隔开。盖200通过固定柱192固定成抵靠 托盘152的面齐平，并且盖200搁置在外部脊部184的内侧。通过将 盖200放置在外部脊部184内，该盖被固定以防侧向运动，使得飞溅 的营养溶液在托盘容器组件150外侧沿着盖渗出或者迁移的可能性最 小化。在本发明的一个实施例中，盖200可以通过使用机械臂去除和 固定。

期望的是阻止栽培介质的任何竖直运动（即，朝向和远离盖200 的运动）和栽培介质的任何侧向运动（即，保持器162中的介质的左 右移动）。如果出现侧向运动，则有伸出孔204生长的植物会在其茎 部处折断的风险。涉及本发明的一些处理会需要托盘容器完全颠倒， 以允许植物浸入治疗浴中。在这些处理中，重要的是栽培介质培养基 不能沿着竖直方向运动，以便使植物将不压碎盖或者将不在茎部处折 断。在托盘容器152中的植物已经被处理和收获之后，盖200将被人 工地或者自动地去除，并且栽培介质培养基将被丢弃。然后，托盘可 以准备再次在处理中使用。

如上所述，根据本发明的优选的托盘在结构上被加强并且是刚性 的。托盘的刚度保持培养基稳定在托盘内，并且甚至当托盘被提升和 运动时也保持培养基处于在平坦的位置中。盖200优选地被固定到托 盘的顶部的外部周边以及支撑脊部170的顶部上。在该布置中，当托 盘在生长的植物处理期间翻转时，盖200将在培养基的重量下不弯曲 或者压弯。盖200在托盘翻转期间的弯曲或者压弯将导致培养基和植 物在托盘中竖直运动，可能杀死植物。通过突起190、支撑脊部170 和保持器162的内壁防止培养基在托盘中侧向运动。如上所述，这样 防止植物由于侧向运动而损坏，尤其是通过盖200中的孔204生长的 植物。

托盘优选地包括多个增强件以最小化营养溶液从托盘的泄漏。如 上所述，托盘150的顶部优选地具有凹槽，并且盖200搁置在该凹槽 中。凹槽具有底部，并且盖的基本部分与凹槽底部交叠。盖搁置成抵 靠凹槽底部齐平以形成围绕盖的紧密密封的或者基本密封的边缘。在 盖的下侧上发生飞溅的营养溶液（当托盘直立时）不能容易地渗出该 布置中的凹槽。此外，倾斜通道168中的弯曲部，例如图3中的第一 弯曲部169，具有扩大的半径以减小弯曲的锐度，最小化当溶液以较 高的流速引入时溶液从通道飞溅到盖上的可能性。

虽然在本文中已经示出和说明了本发明的优选实施例，但是将应 当理解，这些实施例仅以示例的方式提供。对于本领域的技术人员来 说，在不脱离本发明的精神的情况下将出现各种变型、改变和置换。 因此，所附权利要求书意欲覆盖如落入本发明的精神和范围内的所有 这些变型。除了以上参照的附图以外，参照该说明提供多个图片和视 图，以进一步示出本发明的示例性实施例的结构方面、功能方面和装 饰方面。