用于生长植物的园艺培养管道装置的制作方法

本发明是申请号为20150059的芬兰专利申请案的部分继续案，该申请案名称如下：pystysuuntainenkasvien申请于2015年3月3日，其又是申请号为20150025的芬兰专利申请案的部分继续案，该申请案名称如下：kasvien申请于2015年1月23日。

本发明实施例大体上是关于园艺学；生长系统中的生长植物、花卉、水果、蔬菜、药草和绿色植物，更具体地说，它是关于竖直水培园艺；在竖直定向的水培花园中通过水和营养物生长植物。

背景技术：

多年来，世界各地已经开发了各种绿色植物墙和竖直花园。其想法是使植物在内墙和外墙上生长。

一般来说，目前大型绿色植物墙的建造主要由为公司场地、大厅和购物中心、餐馆、酒店等企业以及一些家庭建造绿色植物墙的专业公司完成。

基于重叠容器上有机土壤的竖直生长系统具有显著的耐重和耐水性要求，而大型商业绿色植物墙和竖直生长系统通常跟随针对个人用户案例量身打造的建筑项目，并且具有相当大的复杂性和较高的采购成本。这样的系统通常还具有一般由几个部分组成的单独灌溉系统；管子、喷嘴、连接器和水隔绝层，以及生长材料层。由于成本高，绿色植物墙的建造主要用于公司。

存在一些用于绿色植物墙的现成的水基水培系统，但通常它们是未计划覆盖整个墙壁的小规模墙体元件的解决方案。它们通常也是技术上复杂且昂贵的解决方案。这些系统通常具有坚固的后墙，因此它们不能在窗户前使用，从而使得植物和房间都能从窗户获得太阳光。这种系统的示例是发明us20130160363a1和us2014000163a1。

基于水培和水栽培的绿色植物墙可以比基于土壤的系统更轻。在水培生长系统中，营养物和富氧物以及流动的水会被连续或间歇地输送到植物根部，并且通常植物在水培系统中比在土壤系统中生长要快得多。一些竖直的水培生长系统由普通塑料管和连接部件按照自己动手的原理建造而成。这些系统通常基于圆形下水道、水管以及单独的连接管接头的组合，可从本地五金店购买。这种系统的实例是美国发明(us2011067301a1)。这些系统带有的一个明显的问题是这些普通管子的尺寸和形状不是专门用于园艺和植物生长的用途，例如圆管的圆形底部通常引导网状花盆下的水流，从而使网状花盆内部的幼小植物根部缺水。需要使用各种不同的管子和管接头也增加了构建此类系统的复杂性和成本。系统使用不同的管子和管接头越多，建造此类系统就越困难，并且系统自身就越难具备任何结构支撑，同时系统中的众多接头也将增加漏水的可能性。

对于已知的商业化竖直和模块式水培生长系统，tower-garden(www.towergarden.com)是最先进的系统，但它并不专门用于墙壁和窗户结构，而是适合室外和温室环境，从而使旋转的阳光或大范围的生长灯系统能够照射到该系统竖直立柱周围生长的所有植物。

目前还没有已知的带有简单的技术解决方案的商业应用，能够以方便和节省成本的方式为墙壁和窗户建造竖直的水培花园。

技术实现要素：

本发明旨在通过新型和创新的生长产品和水培系统来解决竖直生长系统的设计和建造。

本园艺发明的基本构想是模块化、管状和中空的一体式培养管道装置，并具有特殊、便携和耐用的体形和特性。本发明的培养管道装置具有的创新步骤(如形状、向上生长功能和模块化设计结构)为设计和建造多个尺寸和形状的小型或大型竖直水培绿色植物墙和竖直花园提供了新的可能性。

本发明的实施例；园艺培养管道装置在本文件中也称为培养管道或管道。

本发明的实施例是具有一个或多个竖直管段的培养管道装置和具有一个或多个水平管段的培养管道装置。所有水平管段都有一个或多个植物入口处，从而使植物根部进入培养管体内。在顶部水平管段的一端，管道通常以尖角或以圆角朝上转，并且管道终止于上部管道接口和上部管端。在顶部水平管段的另一端，管道朝下转；

·以尖角或圆角朝下至最底部竖直管段，然后终止于最底部管端，或者

·当培养管道有多个水平管段时，管道以尖角或圆角转向下部竖直管段，然后以尖角或圆角转向下一个位于顶部水平管段下方的水平管段。通过按照这种方式向下设计培养管体，最终可以达到最低水平管段和最低竖直管段，并且培养管道在最低管端终止。

在水平管段的顶面有植物入口处，植物根部可通过该入口被放入培养管体，同时带有或不带有网状花盆，从而使植物根部能够接触管内流动的水。在植物入口处，培养管道的底部外形是平坦的，这是培养管道的典型设计。植物入口处的扁平管底使得网状花盆中的植物根部更容易接触管内的流水。扁平管底还能支撑网状花盆。由于某些设计、制造或功能原因，植物入口处的管道底部外形和底部表面也可以呈圆形、弯曲或其他形状。

当以水栽培的方式在培养管道中种植植物时，营养丰富的水将首先被送到顶部培养管道的上端。在管道内，水在重力作用下自由流动，通过竖直和水平管段，最后到达最低竖直管段，然后从下部管端流出培养管道。通常水接着流入水箱。从水箱中，水在水泵或空气泵的帮助下移回至顶部培养管道的上端。带有培养管道的水培生长系统通常在闭合线路中运转营养物和富含氧的流水：水箱—水泵—升水管—顶部培养管道的上端和上部接口—培养管体竖直和水平管段内部朝下—最低管端—水箱。

从培养管体可以具有的多个实施例中，基本的和最简单的实施例是一体式制造的培养管道装置，具有；具有植物入口处的一个水平管段、从所述水平管段的一端开始且拥有上部管端的一个上部管道接口，以及从所述水平管段的另一端开始并终止于下部管道的一个下部竖直管段。

通常以这样的方式设置下部管端、上部管端和上部管道接口的尺寸：当组装多个培养管道时，第一个管道的上部接口是下一个培养管道的凹型匹配件，而接入第一个管道上部接口的下一个培养管道下部管端作为凸型匹配件。接口通常是用于无压培养管道的水密性接口。通过连接多个培养管道，可以组装用于竖直花园的较高的多层管路。所述的层指的是水平管段。

本发明的一个实施例是一体式培养管道装置，具有多个水平管段，并且它们都具有植物入口处，而培养管道也具有多个竖直管段，并且上部管道接口从顶部水平管段的一端开始，而在最底部水平管段的另一端，最底部竖直管段开始并在下部管端终止。此外，该培养管道实施例具有模块化设计和下部管道，并且可以与其他相同或相似的培养管道的上部管端内部相连接。

培养管道通常由塑料一体式制作而成，具有圆形、椭圆形、矩形、方形或其他类型的管径，并且可在培养管体的不同区域发生变化。

由培养管道制成的竖直水培生长系统的重量能比基于土壤的系统轻得多，并且其结构不需要大量支撑结构。系统可以通过使用简单的框架、配有单独紧固件的悬顶铁丝或通过在培养管体上使用现成的紧固点安装在墙壁、窗户前或隔墙上。连接的培养管道形成通常在墙壁或窗户上以台阶形式直接朝上或者以侧跨台阶形式向上的管路。

通过将培养管道制作成螺旋形，培养管道也可以组装在支柱周围，从而使植物向上围绕柱体步进生长。通过使水箱带有与系统底部的下部管端相连的特殊连接面，还可以设有独立的培养管道系统。

更多有关该系统的好处：

·竖直的多层培养管道系统具有透视结构，可以放在窗口的阳光下，从而使植物和房间都能得到阳光照射。

·竖直的墙面花园能够节省空间，竖直花园结构所需的建筑面积比普通的水平花园要少得多。

·生活在系统中的植物可有效清洁和湿润空气。

·系统可用于种植庄稼。

请参阅本文的具体实施方式部分，了解本发明的更多替换实施例。

附图说明

图1a说明了一种基础版本的园艺培养管道装置的主视图，该装置为一体式制作而成，具有；在水平管段(8)的植物入口处(3)，水平管段一端的管道以圆角朝下转至下部竖直管段(4)，并在下部管端(2)终止，而水平管段另一端的管道以圆角朝上转至上部管道接口处，而所述上部管道接口为朝上(5)类型的接口，随后培养管道在上部管端(1)终止。下部管端(2)的尺寸设计成，可以插入到上部管端(1)和另一个培养管道的朝上(5)接口。

图1b说明了一种基础版本的培养管道，该装置为一体式制作而成的培养管道装置，具有；在水平管段(8)的植物入口处(3)，水平管段一端的管道以尖角朝下转至下部竖直管段(4)，并在下部管端(2)终止，而水平管段另一端的管道以尖角朝上转至上部管道接口处，而前述上部管道接口处为朝上(5)类型的接口，随后培养管道在上部管端(1)终止。下部管端(2)的尺寸设计成，可以插入到上部管端(1)和另一个培养管道的朝上(5)接口。

图1c说明了类似于图1a的培养管道版本，但此处的上部管道接口朝内(6)转至水平管段。

图1d说明了类似于图1a的培养管道版本，但此处的上部管道接口为开放(7)类型接口，水平管段顶表面有开孔。

图1e是一种培养管道设计版本的三维图，其中上部管道接口朝上转向(5)，管道转角为圆角，并且管体带有附着点(11)，用于将管道安装至墙壁、框架等。

图1f是与图1d相同的图示，但是此图示取自较低的角度，并且也展示了用于管体上生长灯的附着点(12)。

图2a是图1a的俯视图，显示水平管段(8)的植物入口处(3)为圆形。

图2b是图1b的俯视图，显示水平管段(8)的植物入口处(3)为正方形，适用于岩棉立方体和正方形网状花盆。

图3是图1a的横截面图，显示上部竖直管段(21)的上部管道接口为朝上(5)类型的接口。

图4是图1a的横截面图，显示带有扁平管底(9)的培养管道的植物入口处(3)。

图5是图1c的横截面图，显示上部管道接口具有朝内(6)类型的接口，其中上部竖直管段和上部管道接口从水平管段顶面向内转入培养管体，并在上部管端(1)终止。

图6是图1d的横截面图，显示上部管道接口为开放(7)类型接口，并与上部管端(1)相连。

图7说明了根据图1a所示版本的培养管道实施例，由各具有一个水平管段的四个培养管道组成的组件，其上部和下部管端互相连接，从而形成具有四个水平管段(8)的管路(15)。

图8说明了由各具有不同类型的管体设计的五个培养管道组成的组件。在图中展示了三个下部培养管道，每个管道的水平和竖直管段以尖角与管道转角组合。在图中展示了二个上部培养管道，两个管道的水平和竖直管段以圆角与管道转角组合。培养管道通过下部管端和上部管端接口相互连接，从而形成具有五个水平管段(8)的管路(15)。

图9说明了一种一体式培养管道装置，带有集成的升水管(13)，并且顶部水平管段和下部水平管段与竖直管段(20)组合。

图10是图9的局部横截面图，展示了培养管道装置的上部管道接口具有从集成的升水管(13)到上部管道接口(5)内部的连接通道(14)。

图11说明了一种园艺培养管道装置系统。制成一体式的管路，具有四个水平管段(8)，其顶部水平管段和最底部水平管段之间有三个竖直管段(20)，并且在管体上具有集成的升水管(13)。管路下方是存在于水箱(17)中的水泵(16)，并且通过连接管(18)与升水管(13)相连。

图12说明了一种园艺培养管道装置系统。具有四个水平管段(8)的管路组件是用于植物的四个重叠的生长层。非集成的升水管(19)从水泵(16)进入管路顶部的内部或者培养管体的外部，并且在上部管道接口(5)的内部终止。

图13说明了一种园艺培养管道装置系统，当植物在系统上时形成字母d的形状。该系统由两种不同类型的多层管路(15)结构构成；一个由八个连接的培养管道组成，每个管道分别具有一个水平管段和非集成的升水管(19)，另一个管路结构由两个独立的管路连接在一起，该两个管路都具有四个水平管段和集成的升水管(13)。两个管路结构都具有连接到上部管端(5)的升水管(13、19)，它们通过系统下方的水箱(17)中的水泵(16)获得水。

图14说明了一种园艺培养管道装置系统。管路设计形成像一棵树的形状，而培养管道则是树枝。培养管道分枝通过连接通用管道的接口与由通用水管制成的树体相连接。

具体实施方式

本发明的典型实施例是具有一个或多个竖直管段的培养管道装置和具有一个或多个水平管段(8)的培养管道装置，每个管段都具有一个或多个植物入口处(3)，并且顶部水平管段的一端是顶部竖直管段的开始，其中上部管道接口为朝上(5)、朝内(6)或开放(7)类型的接口，然后管道在上部管端(1)终止，而在最底部水平管段的另一端，管道以尖角或圆角朝下转至最底部竖直管段(4)，然后培养管道在下部管端(2)终止。下部管端(2)的尺寸设计成，可以插入到上部管端(1)内部。

本发明的一个基本且最优选的实施例是一种上部管道接口为朝上(5)类型接口的培养管道装置，如图1a、图1b和图3所示。朝上类型的接口是指在顶部水平管段的一端，管道以尖角或以圆角在竖直方向朝上，并且在上部管道接口和上部管端(1)终止。朝上(5)类型的接口是凹型接口，其中一个管道的下部管端(2)进入另一个管道的上部接口。朝上(5)类型的接口是培养管道的优选接口类型，因为它具有最好的结构支撑和水分保持能力。

具有朝内(6)类型的接口的上部管道接口，如图1b和图5所示，是指在顶部水平管段的一端，上部管道接口和上部竖直管段在水平管段内转向，然后在上部管端(1)终止。朝内(6)类型的接口是凹型接口，其中一个管道的下部管端(2)进入另一个管道的上部接口。

具有开放(7)类型的管道接口的上部管道接口，如图1c和图6所示，是指在顶部水平管段的一端，上部管道接口与水平管段顶面的开放连接孔相连，孔和孔边缘两者为培养管道的上部管道接口(7)和上部管端(1)。开放(7)类型的上部接口是凹型接口，其中一个管道的下部管端(2)进入另一个管道的上部接口。

前述的所有上部管道接口类型的尺寸设计成，使得一个培养管道的下部管端(2)可以插入另一个培养管道的上部管端(1)。这样可以连接多个培养管道并组装多层管路(15)，如图7、图8和图13所示。

水平管段(8)的顶面具有一个或多个植物入口处(3)。这是培养管道的横截面的典型形状，在植物入口处，管道的底面外形(9)是扁平的，如图4所示。

本发明实施例的一个典型实例是使用水培灌溉方法的园艺培养管道装置系统，如图11所示。具有四个水平管段(8)和集成的升水管(13)的一体式培养管道。来自水箱(17)的营养丰富的水由水泵(16)输送到连接管(18)，然后到升水管(13)，然后到连接通道(14)，然后到顶部培养管道的上部接口(5)，然后水可以自由向下流入培养管体内，同时为从水平管段(8)的植物入口处(3)进入管道的植物根部提供水分，当水从下部管端(2)返回至水箱(17)时，水流回路结束。

本发明实施例的第二个典型实例是使用水培灌溉方法的园艺培养管道装置系统，如图12所示。在系统中，四个培养管道彼此相连，其中上部管端与下部管端连接，从而形成四层管路，其中水箱位于最底部管端(2)下方。水箱(17)的营养丰富的水由水泵(16)输送到非集成的升水管(19)，然后到顶部培养管道的上部接口(5)，然后水可以自由向下流入培养管道内，同时为从水平管段(8)的植物入口处(3)进入管道的植物根部提供水分，最后水从下部管端(2)返回至水箱(17)。升水管(19)可以到达培养管体内部或外部管路的上端(1)，但必须在顶部培养管体内部终止。

本发明的培养管道装置和系统的更多特征和替换实施例：

·培养管道的下部管端可以连接到另一个具有兼容接口类型的相同或相似的培养管道的上部管端。优选的接口类型是在顶部水平管道朝上(5)类型的上部接口，并且上部管道接口是凹型匹配件，用于作为凸型匹配件的下部管端进入上部管端内部。

·培养管道的上部管道接口和最底部竖直管段可以制有螺纹，因此可以采用如螺栓和螺母类型的连接。当需要设计时或出于功能方面的原因，连接也可以使用附加的追加部件实现。

·通常，上部和下部管端被成型为(例如：圆形管端和圆形上部接口)，在可活动接口的周围，能够使培养管道在水平位置进行360度旋转。

·植物入口处通常在水平管段的顶面，但是在本发明的一些实施例中，植物位置也可以位于水平管段的侧部，并且也可以在竖直管段内。

·对于管体上的植物入口处，其入口处周围可以带有或不带有管圈。

·根据使用情况，植物入口处被设计用于放置植物，或者放置不同形状和大小的花盆、网状花盆或者岩棉立方体。管道、花盆和网状花盆可以填充非有机或有机生长材料，从而用于支撑植物根部。

·培养管道被设计用于水培栽培，但其也可用于土壤和雾化栽培。

·此外，养耕共生也可以与培养管道系统一起使用，这意味着水箱也是个鱼缸，水中鱼的排泄物能够为系统中的植物提供养分。

·培养管体内流动的水可以按照管道内部表面的形状流动，从而使水流平稳无声。

·管体内水流动发出的声音可以被放置在竖直管段内的蜗杆、螺旋或其他形状的装置吸收。

·培养管道的精确尺寸和形状；直径、重量、宽度、高度和长度将根据使用情况和生产技术的不同而发生变化。

·水平管段不必处于水平仪0度的水平位置，但是如果每个水平管段都从上部管端开始向下部管端有一些倾斜，将对水流更好。

·竖直管段不需要处于竖直线上，以及与水平管段正好呈90度角，但重要的是水可以在重力作用下自由流动，通过所有水平和竖直管段从顶部水平管段流到最底部竖直管段，然后从下部管端流出。

·园艺培养管道装置系统的最大高度受水泵或气泵将水从水箱提升到顶部培养管道的上部管端的能力所限制。

·培养管道可带有附着点，用于将培养管道容易地紧固到任何表面，如墙壁、架子、框架、支柱、吊线或其他支撑结构。

·培养管道可带有附着点，用于固定生长灯和升水管。

·培养管道的表面纹理可以是平面的或是自然、几何和艺术的形状，并且它们可以根据制造技术和使用情况的不同而发生变化。

·培养管道可以容纳水轮和其他能够利用管内流水动能的装置。具有穿透竖直管段中培养管道壁的轴的水轮可移动物体，甚至为led灯等产生能量。

·培养管道具有上部管端的上部管道接口和具有下部管端的最底部竖直管段的形状和尺寸都能设计成，使其可以相互连接，也可与普通水管和管接头连接。

·在某些使用情况下，培养管道的上部和下部管端也能够带有管圈，但通常培养管道之间的连接处必须用垫圈和紧固件固定。

·培养管道可以用各种颜色着色，但不应由透明材料制成。进入培养管体内的光线可能会导致藻类生长，并且植物根部不能暴露于光照。

·培养管道为一体式，并且由耐用、防风雨的材料制作而成，如pe、hdpe、ldpe、pp和pvc塑料，以及铝、钢、不锈钢、铜、碳纤维、玻璃纤维、玻璃、岩石、橡胶或硅树脂。取决于所需的培养管道的特征、尺寸和产量，使用塑料的适用的生产技术有所不同，例如有压力成型、吹塑、三维打印、旋转成型、热成型和挤压技术、塑料焊接、胶合以及这些工艺的组合。

本发明的园艺培养管道装置的所示实施例的上述描述并不旨在是详尽的或将实施例限制于所披露的精确形式、结构或者生产方法或使用情况。虽然本文件描述的培养管道的具体实施例和例子是为了说明的目的，但是熟悉相关领域的技术人员将认识到，在描述的实施例范围之内各种等同修改都是可能的。上述各种实施例的要素和操作可以组合以提供进一步的实施例。所有这样的修改都应包括在本专利申请的真实精神和范围内。

通常，在任何所附的权利要求中，所使用的术语不应视为将所描述的系统限制为说明书和权利要求中披露的具体实施例，而应视为包括权利要求下所有可能的培养管体形式、操作或过程。