植物自动化恒温微繁殖装置

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技术领域\n本发明涉及一种植物繁殖装置，特别涉及一种水冷降温系统的植物自动化恒温 微繁殖装置，属于农业机械领域。\n背景技术\n通过提供最适宜植株生长的光、温、水、气、营养等条件，促进植株的光合作 用，在短时间内，低成本快速繁殖的优质植物种苗，它适用于所有植物的微繁殖。\n经对现有技术文献查新检索中发现，中国专利申请号为：02221205.1，专利申 请人为：昆明市环境科学研究所，名称为：组合式植物光自养组培快繁装置，该技 术自述为：本装置在培养架各层隔段中放置有培养容器，各个培养容器进气口分别 与进气管联接，进气管进口与消毒容器出口联接，消毒容器进口与流量控制板出口 联接，流量控制板进口分别接二氧化碳碳源和空气泵；培养架上装有能控制每层培 养容器中光源照度的电源控制盒，每个培养容器进气口处接有控制阀；空气压缩泵 进出装有空气过滤器，培养架底部装有滑轮；培养容器出气孔处装有由压盖、过滤 膜、联接管构成的可调式出气螺帽；消毒容器底部接有一根透明U形管。\n上述技术由于长时间照明，所产生的光热量无法及时从培养容器中释放，造成 培养容器内温差变化大，培养容器内易形成水蒸气冷凝，使容器内湿度过大，导致 植株烂根、坏根，产生玻璃化种苗现象，造成植株成活率低。由于培养容器的湿度 因素影响，使容器内照明系统电路存在不安全隐患，寿命变短，光照成本增加。另 外，其温度控制由于未实现自动化控制，主要靠人员24小时调节，管理成本高。\n发明内容\n本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种植物自动化恒温微繁殖装 置。使其通过恒温控制，最大限度的保证了植株质量，有效防止玻璃苗的产生，克 服植株黄化、畸形和变异，使降温能耗大幅降低，使管理成本大幅降低。\n本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：水冷降温系统、自动化控制 系统、光照自排风系统、植物促生径流系统、气体混流通用系统，光照自排风系统 和水冷降温系统通过自动化温度控制装置与自动化控制系统连接，植物促生径流系 统和气体混流通用系统通过水冷降温系统中的培养容器与自动化控制系统连接。\n光照自排风系统不仅包含了光照系统，并在光照系统基础上增加了强排风装 置，可使迅速消除光照所产生的热能。水冷降温系统为本发明的关键构件，是温度 控制的中枢系统，其降温效果明显，并可实现恒温控制。植物促生径流系统具有“阶 形”结构特点，可适应各种类型植株根系的生长需求。气体混流通用系统首次采用 了气源自动化进气控制，使气源配比浓度得到最佳配置，有效降低了生产成本。\n水冷降温系统包括：培养容器、冷却水箱、冷凝管、制冷压缩机、水凝冷却板、 水循环回路管。其连接方式为：制冷压缩机与冷却水箱相接，冷却水箱与冷凝管相 接，冷凝管与水凝冷却板相接，水凝冷却板与水循环回路管相接，水循环回路管与 冷却水箱相接，水凝冷却板与溢流槽板呈零间隙连接。水凝冷却板由数根方形冷凝 管在同一个水平面上并行组成，方形冷凝管之间呈零间隙排列，水凝冷却板与培养 容器中的溢流槽板呈零间隙同向平行连接。\n光照自排风系统包括：植物线性灯管、风扇、反射光板、密封灯箱。其连接方 式为：植物线性灯管与密封灯箱相接，密封灯箱与风扇相接，反射光板设置于密封 灯箱顶部，植物线性灯管设置于密封灯箱内部。\n植物促生径流系统：导流管、溢流槽板、溢流出水管、促生液循环回路管、促 生液回收箱、潜水泵。其连接方式为：导流管与潜水泵相接，潜水泵与促生液回收 箱相接，促生液回收箱与促生液循环回路管相接，促生液循环回路管与溢流出水管 相接，溢流出水管与溢流槽板的下方相接，导流管与培养容器相接，位于溢流槽板 上方，溢流槽板与水凝冷却板呈零间隙连接。溢流槽板为“阶形”结构。\n气体混流通用系统包括：气体输入管道、气体混流接口，出气管，气泵、气源、 流量计若干个，其连接方式为：气泵与流量计相接，臭氧气源与流量计相接，碳源 与流量计相接，各流量计分别与气体混流接口相接，气体混流接口与气体输入管道 相接，气体输入管道与出气管相接。\n自动化控制系统包括：自动化温度控制装置、上水泵、自动化进气控制装置、 自动化促生液系统。其连接方式为：自动化温度控制装置与上水泵相接，上水泵与 冷却水箱相接，自动化进气控制装置与气泵相接，自动化促生液系统与潜水泵相接。\n本发明的工作原理如下：自动化控制系统通过自动化温度控制装置对培养容器 内的温度变化实施监控，当培养容器内的温度超过设定的温度值时，自动化控制系 统启动光照自排风系统及水冷降温系统。首先，水冷降温系统对启动制冷压缩机强 化制冷冷却水箱的冷却水，冷却水在上水泵的压力作用下，从冷凝管进入水凝冷却 板，然后经水循环回路管流回冷却水箱，进入下一个冷却水循环，周而复始。同时， 光照自排风系统启动风扇，将植物线性灯管在密封灯箱内所产生的光照热能，强迫 空气以3-5m/s的速度直接抽吸排出。\n自动化控制系统对培养容器内的CO2浓度实时检测，自动化进气控制装置控制 流量计调整CO2浓度配比，通过气体混流接口进行混合，使培养容器内的CO2浓度符 合不同植株最佳的需求。经配比混合后的气体经气体输入管道自出气管进入培养容 器。通过自动化控制系统控制自动化促生液系统，自动化促生液系统控制潜水泵将 促生液经导流管压入溢流槽板，促生液流经溢流槽板进入溢流出水管，然后通过促 生液循环回路管重新流回促生液回收箱，再经潜水泵压入导流管，循环周而复始。\n冷却水是水凝冷却板的冷却介质，冷凝管的冷凝换热效率是普通光管的8-9 倍。冷凝水自方形冷凝管内通过，冷却水经由冷凝管组成的水凝冷却板从培养容器 高温部分把热量带走，水凝冷却板可迅速吸收溢流槽板所产生的热能。同时由于水 凝冷却板与培养容器中的空气接触面大，因此通过冷却水很容易调节培养容器内的 温度，根据温度的变化调节冷却水的冷却强度，可将培养容器内各处的热能吸收排 出，吸收过热能的冷却水经制冷压缩机二次制冷后，使其热能得以释放，然后流入 冷却水箱，进入下一轮冷却循环，从而保证培养容器内的恒温状态。\n由于温度是培养容器内植株生长速度的主要影响因素，当温度升高时，植株的 生长速度明显加快，高温达到一定限度后，对植株正常的生长和代谢产生不良影响， 促进玻璃化的产生(玻璃化是植株的一种生理失调症状，当植物材料进行离体繁殖 时，有些培养物的嫩茎和叶片会出现半透明状和水渍状，这种现象即称为为玻璃化。 玻璃化使植株生长缓慢、繁殖系数下降。呈现玻璃化的试管苗，其茎叶表无蜡质， 体内的极性化合物水平较高，细胞持水力差，无法进行正常移栽。)\n若采用风冷方式，冷却风很难直接冷却培养容器内的溢流槽板，其原因在于风 冷方式所产生的气旋流，在培养容器内存在“气旋死角”，导致培养容器内存在局 部温差，不同空间的温度由于不均衡，很容易造成植株生长的变异。另外，在同一 排量下，由于热负荷的制约，风冷与水冷压缩比ε有2.5个单位差别，所带来的 功率差异在15％以上，因此水冷的冷却效果较风冷优势明显，它克服了传统的风冷 方式降温效率低的弱点，这也是植株培养质量最致命的影响因素。\n不仅如此，水冷还减少了设备的噪音污染，由于风冷方式采用风扇排风会产生 空气振动产生噪音污染，而由于水冷系统采用水流动式制冷，无噪音污染，是一种 科学的“静音设计”，可有效降低生产区域的噪音污染，极大地有利于植株培养的 规模化生产工程。\n由于光照系统是培养容器中的温差影响的关键因素，培养容器中的主要热量均 来自于光照系统，它会使培养容器内的温度迅速上升达到植物的极限高温，从而影 响植物酶的活性，最终影响植物的光合速率。极限高温不仅使植物的呼吸速率急剧 上升，而且能使叶绿体结构破坏，使细胞变性和酶的活性受到破坏，高温还导致植 物蒸腾加强，失水过多，气孔关闭，由此造成二氧化碳供应不足而降低光合速率。 本发明采用光照系统强排风设计，对光照系统所产生的热量可迅速通过风扇排出培 养容器，使光照系统所产生的温度影响因素降低，有效地提高了培养容器内的降温 效率，节约了降温成本，使植株成活率大幅提高。\n本发明对溢流槽板采取独特设计，各阶内全部被水充填，没有空腔存在，并在 各阶隅角和主流之间形成一个横轴旋涡，靠近主流处旋涡旋转方向和主流流动方向 一致，在跌落水流与过渡水流中，流过阶表面的水股直接冲击阶的水平表面，形成 临界水跃与对跌落水流，使得置于溢流槽板上的植株种苗根部与促生液接触面大幅 增加，这将有效促进细胞分裂、诱导胚状体、根的分化和不定芽的形成，打破顶端 优势形成丛生芽，延缓组织的衰老并增强蛋白质的合成。溢流槽板的“阶形”结构 的优点在于，它可给予植株补充充足而不过多的水分或养料，不仅有利于植株的生 长发育，促使植株品质得到改善，且不会影响植株根部的透气性，不会引起植株的 烂根现象，使植株达到最佳长势，发达的根系使植株的成活率大大提高，同时，还 节水和减少了劳动成本，真正做到科学栽培和护理。\n自动化控制系统对植株所需的能源、材料、时间和劳动力都进行了详细的分析， 通过对各系统的自动化控制，达到最佳的培养效果，实现植株培养的自动化控制， 它使生产人员可以根据订单需求，做出最佳的生产和运用植株计划，是21世纪农 业生产没有环境污染的排放和使用最少的能源的理想解决手段。\n本发明具有实质性特点和显著进步，本发明在传统的植株种植工艺方面有很大 的突破，其优越性在于：(1)对环境因素，例如：温度、相对湿度、CO2浓度、PPF、 光期、光照强度、空气的流通速度能够完全控制，通过控制植物的生长并生产附加 值高的植物。(2)非常容易阻止昆虫和病菌进入培养室。(3)能在短时间内生产大 量的遗传基因相同、生理特性一致、生长发育正常的高品质植株。(4)周年为植物 的生长和发育提供最佳的环境条件。(5)冷却水和促生液能够循环再利用。(6)植 株在暗呼吸产生的CO2也能够被植株在光期用于光合作用。(7)实现了植株培养的 自动化控制，提高了生产率，降低了管理成本。\n附图说明\n图1本发明结构示意图\n具体实施方式\n如图1所示，本发明包括：水冷降温系统1、自动化控制系统2、光照自排风 系统3、植物促生径流系统4、气体混流通用系统5，其连接方式为：自动化控制 系统2通过控制线与水冷降温系统1相接，水冷降温系统1与自动化控制系统2上 的自动化温度控制装置28相接，自动化控制系统2通过控制线与光照自排风系统3 相接，光照自排风系统3与水冷降温系统1中的培养容器6相接，植物促生径流系 统4和气体混流通用系统5通过水冷降温系统1中的培养容器6与自动化控制系统 2连接。\n水冷降温系统1包括：培养容器6、冷却水箱7、冷凝管8、制冷压缩机9、水 凝冷却板10、水循环回路管11。其连接方式为：制冷压缩机9通过冷凝管8与冷 却水箱7相接，冷却水箱7与冷凝管8相接，冷凝管8与水凝冷却板10相接，水 凝冷却板10与水循环回路管11相接，水循环回路管11与冷却水箱7相接，水凝 冷却板10与溢流槽板17呈零间隙连接。\n培养容器6以透明材质制成，培养容器6内部从上至下设置若干溢流槽板17， 出气管24置于溢流槽板17与密封灯箱15的中部，出气管24上均匀密布着针眼状 的小孔。\n光照自排风系统3包括：植物线性灯管12、风扇13、反射光板14、密封灯箱 15。其连接方式为：植物线性灯管12与密封灯箱15相接，密封灯箱15与风扇13 相接，反射光板14设置于密封灯箱15顶部，植物线性灯管12设置于密封灯箱15 内部。\n植物促生径流系统4包括：导流管16、溢流槽板17、溢流出水管18、促生液 循环回路管19、促生液回收箱20、潜水泵21。其连接方式为：导流管16与潜水 泵21相接，潜水泵21与促生液回收箱20相接，促生液回收箱20与促生液循环回 路管19相接，促生液循环回路管19与溢流出水管18相接，溢流出水管18与溢流 槽板17的下方相接，导流管16与培养容器6相接，位于溢流槽板17上方，溢流 槽板17与水凝冷却板10呈零间隙连接。\n气体混流通用系统5包括：气体输入管道22、气体混流接口23，出气管24， 气泵25、气源26、流量计27若干个，其连接方式为：气泵25与流量计27相接， 臭氧气源26与流量计27相接，碳气源26与流量计27相接，各流量计27分别与 气体混流接口23相接，气体混流接口23与气体输入管道22相接，气体输入管道 22与出气管24相接。\n自动化控制系统2包括：自动化温度控制装置28、上水泵29、自动化进气控 制装置30、自动化促生液系统31。其连接方式为：自动化温度控制装置28与上水 泵29相接，上水泵29与冷凝管8相接，上水泵29置于冷却水箱7内部，自动化 进气控制装置30与气泵25相接，自动化促生液系统31与潜水泵21相接。\n水凝冷却板10将冷却水做冷却介质，水凝冷却板10由数根方形冷凝管8在同 一个水平面上并行组成，方形冷凝管8之间呈零间隙排列。水凝冷却板10与培养 容器6中的溢流槽板17呈零间隙同向平行连接，位于溢流槽板17的下方。\n溢流槽板17为“阶形”结构，溢流槽板17设置于导流管16下方，在培养容 器6内与地面的垂直夹角为θ＝2.9°，阶高h＝0.05mm～0.2mm。