具有铰接塔面的多段水培塔的制作方法

本发明大体涉及水培种植系统，且更具体来说，涉及一种水培塔，其提供增加的栽培一致性，减少的制造时间和成本以及改善的塔特性(例如，强度，易于清洗，使用效率，等等)。

背景技术：

鉴于世界人口的持续增长，并且鉴于分配给农业活动的区域已经减少或简单地变得不那么有利于此类活动，常规农场养活世界上不断增长的人口的能力已变得越发吃紧。另外，由于人口中心和农业中心通常不在同一地点，并且由于运输农产品相关的时间和费用，在世界许多地区，仅富人才能获得充足的非加工食品供应，即，未加工的水果和蔬菜。此外，到达人口中心的水果和蔬菜很可能营养成分和风味下降，这是由于其经过的距离较远，以及当今许多农产品是为了耐久性和育性，而非风味和营养而培育。因此，对于无土种植技术存在新的兴趣，所述无土种植技术不需要使用杀虫剂，大幅减少水的使用，并允许种植为营养和风味而非耐久性而培育的品种。

水培法是无土种植技术，其中使用水和养分的液体溶液来种植作物。通常将作物的根维持在通常由塑料组成的纤维状或颗粒状材料中，并经由芯吸、滴灌、营养膜或其它养分输送系统进行施肥。通常在室内设施内建立水培种植系统，从而允许其定位在人口中心内或附近。此方法还提供出色的气候控制(即，温度、湿度、气流、co2浓度、光波长、强度和持续时间等)，以及改善病虫害控制，从而允许室内水培农场在其中外部环境及/或土壤条件不适合使用常规耕作技术的地区取得成功。此外，水培和其它无土种植技术可产生极高的作物密度，尤其在使用水平堆叠系统或垂直种植塔的所述情况中。

尽管水培耕作技术提供优于常规耕作技术的若干优点，但是为了实现这些技术的大规模采用，至关重要的是，每个作物的成本与常规耕作技术相关的成本相比有竞争力。因此，本发明提供一种水培塔，其实现增加的栽培一致性、增加的塔强度、减少的制造时间和成本以及使用周期之间的简化维护。

技术实现要素：

本发明提供一种多段水培塔，其包括：(i)塔主体，其界定第一塔腔，其中所述第一塔腔经配置以提供用于水/养分混合物的通道，且其中所述塔主体的第一边缘部分包含第一塔主体铰链部件；(ii)第一塔面板，其中所述第一塔面板的边缘部分包含第一面板铰链部件，其中所述第一塔面板经由所述第一塔主体铰链部件和所述第一面板铰链部件可铰接地耦合到所述塔主体，其中所述第一塔面板可相对于所述塔主体定位在至少第一塔腔闭合位置和第一塔腔敞开位置，且其中所述第一塔面板包含第一多个作物容器切口，所述第一多个作物容器切口经配置以接受第一多个作物容器；及(iii)第一紧固件，其经配置以当所述第一塔面板处于所述第一塔腔闭合位置时将所述第一塔面板临时闩锁到所述塔主体。所述第一紧固件可包括第一多个紧固件。所述第一紧固件可包括第一卡扣配合紧固件。所述塔主体和所述第一塔面板可由塑料(例如，聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯和丙烯腈丁二烯苯乙烯等)制成，并且可为白色的。

所述多段水培塔可为双面水培塔，其中所述塔主体界定第一塔腔和第二塔腔，其中所述塔主体的所述第一边缘部分的所述第一主体铰链部件对应于所述第一塔腔，且其中所述塔主体进一步包括对应于第二边缘部分的第二塔主体铰链部件，所述塔主体的所述第二边缘部分的所述第二塔主体铰链部件对应于所述第二塔腔。所述双面水培塔包含：(i)第二塔面板，其中所述第二塔面板的边缘部分包含第二面板铰链部件，其中所述第二塔面板经由所述第二塔主体铰链部件和所述第二面板铰链部件可铰接地耦合到所述塔主体，其中所述第二塔面板可相对于所述塔主体定位在至少第二塔腔闭合位置和第二塔腔敞开位置，且其中所述第二塔面板包含第二多个作物容器切口，所述第二多个作物容器切经配置以接受第二多个作物容器；及(ii)第二紧固件，其经配置以当所述第二塔面板处于所述第二塔腔闭合位置时将所述第二塔面板临时闩锁到所述塔主体。所述第二紧固件可包括第二多个紧固件。所述第二紧固件可包括第二卡扣配合紧固件。

在其中所述多段水培塔为双面水培塔的配置中：(i)所述第一塔腔可包括第一侧壁、第二侧壁和第一后腔壁，其中当所述第一塔面板定位在所述第一塔腔敞开位置时，所述第一侧壁相对于所述第一后腔壁向外张开，且其中当所述第一塔面板定位在所述第一塔腔敞开位置时，所述第二侧壁相对于所述第一后腔壁向外张开；及(ii)所述第二塔腔可包括第三侧壁、第四侧壁和第二后腔壁，其中当所述第二塔面板定位在所述第二塔腔敞开位置时，所述第三侧壁相对于所述第二后腔壁向外张开，且其中当所述第二塔面板定位在所述第二塔腔敞开位置时，所述第四侧壁相对于所述第二后腔壁向外张开。在此配置中，当所述第一塔面板定位在所述第一塔腔敞开位置时，所述第一侧壁相对于所述第一后腔壁成大约100度的角；当所述第一塔面板定位在所述第一塔腔敞开位置时，所述第二侧壁相对于所述第一后腔壁成大约100度的角；当所述第二塔面板定位在所述第二塔腔敞开位置时，所述第三侧壁相对于所述第二后腔壁成大约100度的角；且当所述第二塔面板定位在所述第二塔腔敞开位置时，所述第四侧壁相对于所述第二后腔壁成大约100度的角。在此配置中，当所述第一塔面板定位在所述第一塔腔闭合位置时，所述第一侧壁大致垂直于所述第一后腔壁；当所述第一塔面板定位在所述第一塔腔闭合位置时，所述第二侧壁大致垂直于所述第一后腔壁；当所述第二塔面板定位在所述第二塔腔闭合位置时，所述第三侧壁大致垂直于所述第二后腔壁；且当所述第二塔面板定位在所述第二塔腔闭合位置时，所述第四侧壁大致垂直于所述第二后腔壁。在此配置中，第一应变消除特征可定位在第一接合处，其中所述第一接合形成在所述第一侧壁与所述第一后腔壁之间；第二应变消除特征可定位在第二接合处，其中所述第二接合形成在所述第二侧壁与所述第一后腔壁之间；第三应变消除特征可定位在第三接合处，其中所述第三接合形成在所述第一侧壁与所述第二侧壁之间；第四应变消除特征可定位在第四接合处，其中所述第四接合形成在所述第三侧壁与所述第二后腔壁之间；第五应变消除特征可定位在第五接合处，其中所述第五接合形成在所述第四侧壁与所述第二后腔壁之间；且第六应变消除特征可定位在第六接合处，其中所述第六接合形成在所述第三侧壁与所述第四侧壁之间。

在其中所述多段水培塔为双面水培塔的配置中，所述水培塔可包含：(i)第一v形凹槽，其沿所述塔主体的第一侧的长度延伸，其中所述第一v形凹槽在所述第一塔腔与所述第二塔腔之间居中；及(ii)第二v形凹槽，其沿着所述塔主体的第二侧的长度延伸，其中所述第二v形凹槽在所述第一塔腔与所述第二塔腔之间居中。在此配置中，所述第一v形凹槽可由对应于所述第一塔腔的第一侧壁部分和对应于所述第二塔腔的第二侧壁部分形成，且所述第二v形凹槽可由对应于所述第一塔腔的第三侧壁部分和对应于所述第二塔腔的第四侧壁部分形成。在此配置中，第一应变消除特征可定位在第一接合处，其中所述第一接合形成在所述第一侧壁部分与所述第一后腔壁之间；第二应变消除特征可定位在第二接合处，其中所述第二接合形成在所述第二侧壁部分与所述第一后腔壁之间；第三应变消除特征可定位在第三接合处，其中所述第三接合形成在所述第一侧壁部分与所述第二侧壁部分之间；第四应变消除特征可定位在第四接合处，其中所述第四接合形成在所述第三侧壁部分与所述第二后腔壁之间；第五应变消除特征可定位在第五接合处，其中所述第五接合形成在所述第四侧壁部分与所述第二后腔壁之间；且第六应变消除特征可定位在第六接合处，其中所述第六接合形成在所述第三侧壁部分与所述第四侧壁部分之间。在此配置中，当所述第一塔面板处于所述第一塔腔闭合位置且所述第二塔面板处于所述第二塔腔闭合位置时，所述第一侧壁部分相对于所述第二侧壁部分成90度与110度之间的角，且优选地成约102度的角；且当所述第一塔面板处于所述第一塔腔闭合位置且所述第二塔面板处于所述第二塔腔闭合位置时，所述第三侧壁部分相对于所述第四侧壁部分成90度与110度之间的角，且优选地成约102度的角。

在所述多段水培塔为双面水培塔的配置中，所述第一后腔壁和所述第二后腔壁可各自包含多个垂直脊部。所述垂直脊部可具有均匀的宽度。

通过参考说明书的其余部分和附图，可实现对本发明的本质和优点的进一步理解。

附图说明

应理解，附图仅意在说明而非限制本发明的范围，且不应被视为按比例绘制。另外，在不同附图上的相同元件符号应被理解为指相同组件或具有相似功能的组件。

图1提供示例性双面多段水培塔的透视图，所述塔具有可铰接地耦合的前面板，此视图展示处于闭合位置的面板；

图2提供图1中所展示的双面多段水培塔的透视图，此视图展示处于敞开位置的面板；

图3提供示例性的单面多段水培塔的透视图，所述塔具有可铰接地耦合的前面板，此视图展示处于闭合位置的面板；

图4提供图3中所展示的单面多段水培塔的透视图，此视图展示处于敞开位置的面板；

图5提供用于图1和2中所展示的塔中的双腔塔主体的横截面视图；

图6提供用于图1到4中所展示的塔中的面板部件的横截面视图；

图7提供图1和2中所展示的多段塔组合件的横截面视图，此视图展示两个面板处于敞开位置；

图8提供图1和2中所展示的多段塔组合件的横截面视图，此视图展示两个面板处于闭合位置；

图9提供本发明的多段水培塔的铰链区域的详细横截面视图；及

图10提供对应于图1和2中所说明的水培塔的双面多段塔主体的部分的详细横截面视图，此视图展示腔后壁与腔侧壁的相交。

具体实施方式

如本文中所使用，单数形式“一(a、an)”和“所述”意欲也包含复数形式，除非上下文另有明确指示。如本文中所使用的术语“包括(comprises、comprising)”及/或“包含(includes、including)”指定存在所陈述的特征、过程步骤、操作、元件和/或组件，但是不排除存在或添加一或多个其它特征、过程步骤、操作、元件、组件和/或其群组。如本文所使用的术语“及/或”和符号“/”意欲包含一或多个相关的所列项目的任何和所有组合。另外，尽管术语第一，第二等在本文中可用于描述各种步骤、计算或组件，但是这些步骤、计算或组件不应受这些术语的限制，而是这些术语仅用于区分一个步骤、计算或组件与另一步骤、计算或组件。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，第一计算可被称为第二计算，且类似地，第一步骤可被称为第二步骤，且类似地，第一组件可被称为第二组件。

图1提供示例性的双面多段水培塔100的透视图，其中每一前面板101可铰接地耦合到塔主体103。在图1中，每个前面板101处于闭合位置。图2提供同一水培塔100的透视图，其中两个面板101均展示在敞开位置。尽管双面配置是优选的，但是本发明也可用于单面配置中，如图3和4中所展示的塔300所说明。塔300在设计上与塔100相似，除了塔主体301仅包含单个塔腔外。

为了说明塔设计，塔100和300各自包含多个切口105用于与兼容的作物容器一起使用，例如在2018年3月2日申请的共同转让和共同待决的第15/910,445号美国专利申请案中揭示的作物容器，所述案的揭示内容出于任何和所有目的并入本文。但是，应理解，本申请案中所揭示的多段塔设计不限于与此特定的作物容器一起使用，而是本文中所揭示的多段水培塔设计可与任何适当尺寸的水培作物容器一起使用。这样，切口105仅意在说明而不是限制本塔设计，且应理解，本发明同样适用于其它切口设计。将理解，作物容器可经超声焊接、接合或以其它方式附接到塔面101。

在传统的水培塔中，塔被挤制成单件。由于包含塔腔，挤制工艺必须以相对较低的速率进行操作，以便允许足够的时间用于释放塔腔内所含的热。通过独立于面板制造水培塔的主体部分(例如，双面主体部分103和单面主体部分301)，在挤制工艺中产生的热量不再被截留在塔主体内，从而允许挤制工艺更快地操作，从而降低制造成本。另外，通过将塔主体与一或多个面板分开，同一主体部分可与多种不同的面板一起使用，即可配置用于不同的作物容器，不同的切口设计和/或不同的作物间距的面板。此灵活性产生降低的制造成本，同时为最终客户(即种植者)提供附加价值。最后，将塔分成主体部分和面部分允许在挤制工艺期间冲出例如作物容器切口105的特征。在时间和成本两者方面，这与在塔挤制已完成之后利用计算机数控(cnc)机器来制造切口/特征的现有方法形成鲜明对比。

应当理解，对水培塔提出的物理要求取决于其预期用途的确切性质。影响设计要求的一些使用特性包含：(i)所需塔高，(ii)每单位长度的作物数量，(iii)成熟时和收获前的预期作物尺寸，(iv)每个作物和对应容器的预期重量，(v)用于转移作物/容器进出塔的预期构件，(vi)水/养分输送系统等。本文中所揭示的塔经设计为针对单面塔在200英寸上方保持25磅的最小分布载荷，且针对双面塔在200英寸上方保持50磅的最小分布载荷。下文所述的铰链和紧固件组合件经设计为在平行于正面的200英寸长度上方承受25磅的剪切载荷，及承受垂直于正面的45磅点力。

一般来说，本文中所揭示的塔腔的横截面被选择为在1.5英寸×1.5英寸到3英寸×3英寸的范围内，其中术语“塔腔”是指塔主体内和塔面板后面的区域。优选地，壁厚度在0.065到0.075英寸的范围内。例如图1和2中所展示的双面水培塔具有两个背对背的腔，每个腔优选在所注尺寸范围内。但是，应理解，本发明不限于具有特定横截面或尺寸的塔腔，且本文中所提供的描述是基于本发明的优选实施例，并不意味着限制本发明的范围。

塔的强度取决于特定的塔设计，所述设计在很大程度上取决于预期的作物、用于栽培和收获的方法、预期的水/养分输送系统、所需的塔间装填密度等。但是，作为一般准则，发明人已经发现，除了提供增加的装填密度和较低的总塔成本(基于每个作物的成本)之外，双面塔具有大幅增加塔刚性的附加好处。为了在不改变壁厚或腔尺寸的情况下在单面塔中实现相同的刚性，可将鳍片附加到如在2018年3月2日申请的共同待决的美国专利申请案第15/910,601号中所描述且说明的塔的后表面上，其揭示内容出于任何和所有目的通过引用并入本文。

图5提供塔主体103的横截面视图，而图6提供面板101的横截面视图。图7和8提供塔100的横截面图，其中面板分别处于敞开和闭合位置。优选地，挤制主体部分和面板两者，且在所述工艺期间冲出例如切口105的特征。尽管可在塔的制造中使用多种材料中的任何一者，但是优选地，两个组件均由塑料制成(例如，聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、丙烯腈丁二烯苯乙烯(abs)等)，且更优选地由白色的不透明abs塑料制成。使用防止光进入塔的不透明的pvc材料有助于最小化藻华，而白色增加反射回作物上的光量。

发明人已经发现使用铰接的前面板总体上简化塔维护，且特定来说简化塔清洗。例如，为了清洗塔，将面板从主体上解除铰接(即敞开)以允许容易地进入主体腔501。在清洗之后，闭合面板。由于在整个清洗过程中面板保持附接至塔，所以更容易保持零件对齐并确保每个面板都与适当的塔主体正确关联，且在假定双面塔主体的情况下，每个面板与特定塔主体的适当侧正确关联。另外，如果在面板处于敞开位置的情况下执行栽培和/或收获操作，那么对于双面配置，可敞开两个面板，并同时进行栽培和/或收获，因此消除单面栽培和/或收获，且接着旋转塔，且栽培和/或收获另一面的步骤。

图9提供铰链的优选实施例的详细横截面视图。在此实施例中，面板903的端部901是弯曲的，且经确定尺寸以装配在主体侧壁907的弯曲端部内并围绕其旋转。如展示，侧壁的端部经塑形以形成两个同心表面905a和905b。面板端部901围绕由表面905a和905b形成的空间并在其内旋转。对于0.065英寸的典型壁厚度来说，塔主体和面板两者的端部必须在组装期间弹性变形。一旦组装完毕，在不施加过多力的情况下无法从主体移除面板，因此将栽培、收获和/或塔维护期间的意外脱落风险最小化。

将理解，对铰接面板的最大开口提出的限制是由铰接件的特定设计确定，即，塔主体的面板端部901和弯曲端部905a/905b。在所说明的实施例中，面板的端部在位置909处包含第二弯曲部，从而导致当面板处于完全敞开位置时面板表面911接触塔主体表面913。在优选实施例中，此接触点限制铰链移动，使得当面板处于完全敞开位置时，面板101的平面近似垂直于后腔表面701，且更优选地，限制铰链移动，使得当铰链完全敞开时，面板的平面与后腔表面701的平面之间存在约86度的角。

当铰链闭合时，可使用多种不同的紧固件类型中的任何一种来将面板101闩锁至塔主体。在优选实施例中且如说明，紧固件801包括卡扣配合紧固件。每个卡扣配合紧固件801包括：第一部分703，其形成在面板上的远离面板端部901的位置处；及第二部分705，其形成在塔主体的边缘上的与铰链端部905a/905b相对的位置处。尽管卡扣配合紧固件可利用多种形状，但在优选实施例中，卡扣配合紧固件部分703通常为圆柱形，其中主体部分705具有互补的形状。卡扣配合部分703中的狭槽707允许部分703在紧固期间更容易压缩。

在至少一个优选实施例中，每个塔腔的侧壁为锥形的，因此确保塔面板可在作物穴盘固持器未夹住侧壁的情况下敞开。优选地，每个侧壁向外张开大约为10度，从而导致大约100度的角709。注意，当面板闭合时，将侧壁向内拉，使得侧壁与后腔表面之间的角(即角度711)大约为90度(即90度+/-5度)。因此，当面板闭合时，塔腔501具有如展示的近似正方形或矩形形状。

由于在敞开配置(即，图7)和闭合配置(即，图8)配置之间的横截面差异，优选地采取步骤以确保当面板闭合时腔侧壁不向外弯曲。优选地且如图10中所展示，后腔壁701与每个侧壁之间的接合1001具有拥有0.012英寸半径的应变消除特征。

如在附图中所展示，优选地，双面塔包含大的“v”形凹槽803，所述“v”形凹槽803沿着塔的长度且在塔的任一侧上延伸，如展示。凹槽803在塔的侧面上居中，均匀地分离两个塔腔。注意，在单面配置(例如，图3和4)中，仅需要凹槽的一半(例如，凹槽303)。在利用双面配置的本发明的至少一项实施例(例如，图1和2)中，凹槽803具有大约0.35英寸(±0.1英寸)的深度805。在此实施例中，侧壁部分809之间的角度807优选地在90度到110度的范围内，且更优选地为102度。

单面配置中的凹槽803或凹槽303提供对齐特征，所述对齐特征可在将播种机、收割机或其它设备耦合到塔时使用。这是自动化系统中特别有用的特征。单面配置中的凹槽803或凹槽303的额外优势是，其减小后腔表面701的宽度。由于优选地通过沿着表面701引导水/养分流而将水和养分供应到水培塔内的作物，所以减小此表面的宽度增加沿表面流动的水和养分到达塔内包含的作物的可能性。

本发明的水培塔不限于特定的水/养分输送系统。因此，例如，可在所揭示的塔内实施芯吸系统。但是，如上文提及，在优选实施例中，水/养分混合物被引导朝向腔后表面701，其中混合物可接着向下流动，从而为装配到每个塔切口中的个别作物容器中所含的作物施肥。为了帮助控制水/养分沿着塔腔的后壁流动，优选地，在每个腔501的后腔壁701上制造一系列垂直脊部811。在此实施例中，每个脊部811为0.0625英寸宽，且从壁表面延伸达0.012英寸。将理解，可使用其它脊部尺寸，且所述脊部在整个表面上不必是均匀的，即，中心的脊部可比壁中心的任一侧的脊部更宽和/或更深。

已经概括地描述系统和方法作为对理解本发明的细节的帮助。在某些例项下，未具体展示或详细描述众所周知的结构、材料和/或操作，以避免使本发明的方面不清楚。在其它情况下，已给出具体细节以便提供对本发明的透彻理解。相关领域的技术人员将认识到，在不脱离本发明的精神或本质特性的情况下，本发明可以其它特定形式来体现，例如以适应特定系统或装置或情况或材料或组件。因此，本文中的揭示内容和描述意在为说明性的而不限制本发明的范围。