本实用新型专利技术提供一种可适应多重力条件的植物无基质栽培回液装置，装置包括定植单元(100)、气液分离器(200)、循环风单元(300)、营养液供给单元(400)和控制器(500)；所述循环风单元(300)包括轴流风机(301)和风道(302)；所述风道(302)为中空结构，设置于所述定植单元(100)的轴线位置，在所述风道(302)的侧壁开设多个喷口(3021)，每个所述喷口(3021)的喷气方向正对一个对应高度的所述定植孔(101)。优点为：本实用新型专利技术可在多重力条件无基质栽培中，实现植株根区液体脱附、回流、气液分离以及营养液回收，保证植株正常生长。
【技术实现步骤摘要】
一种可适应多重力条件的植物无基质栽培回液装置
本技术属于空间绿色植物栽培
，具体涉及一种可适应多重力条件的植物无基质栽培回液装置。
技术介绍
随着航天技术的发展，太空微重力条件及月面、火星表面低重力条件为植物的重力效应研究提供了基础，国内外已经有多台植物栽培装置被人们发射至空间用于植物生理、遗传实验研究。从培养方式上，植物栽培可分为有基质栽培和无基质栽培两类。目前，空间植物栽培装置主要面向单株或少量植株研究，种植周期多为一代。因此，目前空间植物栽培装置通常采用一次性基质栽培的方式，具有可靠、方便的特点，在植物生长发育、遗传变异等方面取得了许多有价值的研究结果。例如专利CN108633718A公开了一种微重力环境下植物水分循环利用的装置。然而，随着载人航天的发展，急需进行适应长期太空生存的植物栽培研究。一方面，需要实现植株的大规模栽培，以便为人员提供足够的新鲜植物性食物、以及足够的氧气及二氧化碳交换处理能力；另一方面，需要实现多代植株的长周期连续栽培，以便适应长期太空生存。例如专利CN101836560A公开了一种模拟空间微重力效应下新鲜植物性食物连续生产的实验装置。在长周期连续栽培中，基质栽培出现了一系列缺点，例如，为防止基质中微生物及病菌残留，基质需要更换和处理，同时对于地下可食植物的根部尺寸变化及清洗问题，基质栽培也遇到了困难。与之相比，无基质栽培能够极好的避免这些问题，是未来长期太空生存植物栽培发展的重要方向。无基质栽培在地面上已经获得较为成熟的应用，然而，却不能将地面栽培装置直接移植至空间。与地面相比，空间重力条件多变，例如，地面的重力水平一般认为是1g，近地轨道重力水平极低，空间站可达到10-3-10-4g，月球表面约为1/6g，火星表面约为1/3g。多重力条件使得根区回液过程变得复杂。首先，微重力或者低重力条件下，液体表面张力效应凸显，极易使团状培养液粘附在植物根区，使得植物根部与空气的接触面积降低，造成根部缺氧；其次，微重力或者低重力条件下，过余培养液无法自动回流，难以进行收集再利用；再次，微重力或者低重力条件下，气液分离无法自然进行，气相及液相混杂在一起，给营养液收集和处理造成困难。因此，如何解决多重力条件根区回液的问题，从而满足多重力条件的植物无基质栽培，是目前迫切需要解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术存在的缺陷，本技术提供一种可适应多重力条件的植物无基质栽培回液装置，可有效解决上述问题。本技术采用的技术方案如下：本技术提供一种可适应多重力条件的植物无基质栽培回液装置，包括定植单元、气液分离器、循环风单元、营养液供给单元和控制器；所述定植单元为腔体结构，在所述定植单元的侧壁设置若干个用于固定植株根部的定植孔，通过所述定植孔，使所述植株的根部穿过所述定植孔而延伸到所述定植单元的腔体内部；所述气液分离器固定于所述定植单元的一端，并与所述定植单元之间通过扇形通道连通；所述气液分离器对气液混合物进行气液分离后，设置排液端和排气端；其中，所述排液端连通回液管路的一端；所述排气端延伸到所述定植单元的轴线位置的一端；所述循环风单元包括轴流风机和风道；所述风道为中空结构，设置于所述定植单元的轴线位置，在所述风道的侧壁开设多个喷口，每个所述喷口的喷气方向正对一个对应高度的所述定植孔；在所述风道的靠近所述排气端的位置安装所述轴流风机，所述轴流风机驱动经所述气液分离器分离后的空气从所述排气端进入到所述风道，再从所述风道的喷口喷出，作用于所述定植单元内部的所述植株的根部，由此形成气流循环；所述营养液供给单元包括输液主管、高压泵、输液支管和高压喷嘴；所述输液支管固定套于所述风道的外部，同时，所述输液支管安装多个所述高压喷嘴，每个所述高压喷嘴的喷液方向正对一个对应高度的所述定植孔；所述输液主管位于所述定植单元的外部，所述输液主管的一端与所述输液支管连通，所述输液主管的另一端与所述回液管路的另一端连通，在所述输液主管上面安装所述高压泵；所述控制器分别与所述气液分离器、所述循环风单元和所述营养液供给单元电连接。优选的，所述扇形通道设置于所述定植单元的下端面，并且，所述扇形通道从外侧向内侧，其通道直径逐渐缩小。优选的，所述定植单元的侧壁与下端面之间相交的位置，设置圆角结构。优选的，所述气液分离器包括气液分离器壳体、转子以及用于驱动所述转子转动的转子电机；所述转子位于所述气液分离器壳体内部，并与所述气液分离器壳体之间具有间隔，该间隔为储液腔，所述储液腔设置所述排液端；所述转子为腔体结构，朝向所述定植单元的一端开口，另一端闭口，从而使所述转子的内部腔体与所述定植单元的内部腔体连通；所述转子的侧壁开设多个狭缝孔洞，用于使气液分离后的液体从所述狭缝孔洞通过，进而进入到所述储液腔；所述转子的中心位置安装转子转轴，并且，所述转子转轴为腔体结构，所述转子转轴的侧壁开设进气口，所述转子转轴的一端为所述排气端，经所述转子气液分离后的气体从所述进气口进入到所述转子转轴的内腔，并从所述排气端排出到所述定植单元的内部。优选的，所述狭缝孔洞宽度为5mm～10mm。本技术提供的一种可适应多重力条件的植物无基质栽培回液装置具有以下优点：本技术可在多重力条件无基质栽培中，实现植株根区液体脱附、回流、气液分离以及营养液回收，保证植株正常生长。附图说明图1为本技术提供的可适应多重力条件的植物无基质栽培回液装置的结构示意图；图2为图1沿A-A的剖面图；图3为本技术提供的工作周期时序图。具体实施方式为了使本技术所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。针对现有技术存在的潜在问题，本技术提供一种可适应多重力条件的植物无基质栽培回液装置，可用于地球表面、太空失重、月球表面、火星表面等多重力条件下进行植物的栽培，以供多重力下植物科学、生态科学等研究，也可为密闭环境内人员，如宇航员，提供氧气和新鲜食物。具体的，本技术提供的可适应多重力条件的植物无基质栽培回液装置及方法，可适应多重力条件的植物无基质栽培回液。本装置面向长期太空生存植物栽培的研究和应用，针对多重力条件无基质栽培中的回液过程，实现根区液体脱附、回流、气液分离以及营养液回收。参考图1，本技术提供的可适应多重力条件的植物无基质栽培回液装置，包括定植单元100、气液分离器200、循环风单元300、营养液供给单元400和控制器500。下面对各主要单元分别详细介绍：所述气液分离器4固定于所述定植单元1一端，并与所述定植单元1连通。所述循环风单元8固定于所述定植单元1轴线位置。所述营养液供给单元14固定于所述循环风单元8外壁，通过高压泵13提高为高压喷嘴15提供高压营养液，为根区提供雾化营养本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种可适应多重力条件的植物无基质栽培回液装置，其特征在于，包括定植单元(100)、气液分离器(200)、循环风单元(300)、营养液供给单元(400)和控制器(500)；/n所述定植单元(100)为腔体结构，在所述定植单元(100)的侧壁设置若干个用于固定植株(700)根部的定植孔(101)，通过所述定植孔(101)，使所述植株(700)的根部穿过所述定植孔(101)而延伸到所述定植单元(100)的腔体内部；/n所述气液分离器(200)固定于所述定植单元(100)的一端，并与所述定植单元(100)之间通过扇形通道(103)连通；所述气液分离器(200)对气液混合物进行气液分离后，设置排液端(201)和排气端(202)；其中，所述排液端(201)连通回液管路(207)的一端；所述排气端(202)延伸到所述定植单元(100)的轴线位置的一端；/n所述循环风单元(300)包括轴流风机(301)和风道(302)；所述风道(302)为中空结构，设置于所述定植单元(100)的轴线位置，在所述风道(302)的侧壁开设多个喷口(3021)，每个所述喷口(3021)的喷气方向正对一个对应高度的所述定植孔(101)；在所述风道(302)的靠近所述排气端(202)的位置安装所述轴流风机(301)，所述轴流风机(301)驱动经所述气液分离器(200)分离后的空气从所述排气端(202)进入到所述风道(302)，再从所述风道(302)的喷口(3021)喷出，作用于所述定植单元(100)内部的所述植株(700)的根部，由此形成气流循环；/n所述营养液供给单元(400)包括输液主管(401)、高压泵(402)、输液支管(403)和高压喷嘴(404)；所述输液支管(403)固定套于所述风道(302)的外部，所述输液支管(403)安装多个所述高压喷嘴(404)，每个所述高压喷嘴(404)的喷液方向正对一个对应高度的所述定植孔(101)；所述输液主管(401)位于所述定植单元(100)的外部，所述输液主管(401)的一端与所述输液支管(403)连通，所述输液主管(401)的另一端与所述回液管路(207)的另一端连通，在所述输液主管(401)上面安装所述高压泵(402)；/n所述控制器(500)分别与所述气液分离器(200)、所述循环风单元(300)和所述营养液供给单元(400)电连接。/n...
【技术特征摘要】
1.一种可适应多重力条件的植物无基质栽培回液装置，其特征在于，包括定植单元(100)、气液分离器(200)、循环风单元(300)、营养液供给单元(400)和控制器(500)；
所述定植单元(100)为腔体结构，在所述定植单元(100)的侧壁设置若干个用于固定植株(700)根部的定植孔(101)，通过所述定植孔(101)，使所述植株(700)的根部穿过所述定植孔(101)而延伸到所述定植单元(100)的腔体内部；
所述气液分离器(200)固定于所述定植单元(100)的一端，并与所述定植单元(100)之间通过扇形通道(103)连通；所述气液分离器(200)对气液混合物进行气液分离后，设置排液端(201)和排气端(202)；其中，所述排液端(201)连通回液管路(207)的一端；所述排气端(202)延伸到所述定植单元(100)的轴线位置的一端；
所述循环风单元(300)包括轴流风机(301)和风道(302)；所述风道(302)为中空结构，设置于所述定植单元(100)的轴线位置，在所述风道(302)的侧壁开设多个喷口(3021)，每个所述喷口(3021)的喷气方向正对一个对应高度的所述定植孔(101)；在所述风道(302)的靠近所述排气端(202)的位置安装所述轴流风机(301)，所述轴流风机(301)驱动经所述气液分离器(200)分离后的空气从所述排气端(202)进入到所述风道(302)，再从所述风道(302)的喷口(3021)喷出，作用于所述定植单元(100)内部的所述植株(700)的根部，由此形成气流循环；
所述营养液供给单元(400)包括输液主管(401)、高压泵(402)、输液支管(403)和高压喷嘴(404)；所述输液支管(403)固定套于所述风道(302)的外部，所述输液支管(403)安装多个所述高压喷嘴(404)，每个所述高压喷嘴(404)的喷液方向正对一个对应高度的所述定植孔(101)；所述输液主管(401)位于所述定植单元(100)的外部，所述输液主管(401)的一端与所述输液支管(403)连通，所述输液主管(401)的另一端与所述回液管路(207)的另一端连通，在...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹娇坤，王珂，张璐，盛强，
申请(专利权)人：中国科学院空间应用工程与技术中心，
类型：新型
国别省市：北京;11
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