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一種生態大棚及農田結構.pdf

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一種 生態 大棚 農田 結構
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摘要
申請專利號:

CN201710276977.X

申請日:

20170425

公開號:

CN106922442A

公開日:

20170707

當前法律狀態:

有效性:

審查中

法律詳情:
IPC分類號: A01G9/14,A01G9/24,A01G1/00,C02F11/04 主分類號: A01G9/14,A01G9/24,A01G1/00,C02F11/04
申請人: 吉林建筑大學
發明人: 趙嵩穎,常虹,李明照,李明柱,張帥,孔令煒,鄭浩男,秦佳琦
地址: 130118 吉林省長春市南關區新城大街5088號
優先權: CN201710276977A
專利代理機構: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙) 代理人: 吳強
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法律狀態
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CN201710276977.X

授權公告號:

法律狀態公告日:

法律狀態類型:

摘要

本發明涉及農業技術領域,提供了一種生態大棚,包括保溫棚、第一儲土槽、第一換熱機構、沼氣池、第二換熱機構和太陽能加熱系統,第一儲土槽設置于保溫棚內,太陽能加熱系統與第一換熱機構和第二換熱機構連接,第一儲土槽設置于第一換熱機構的上方,第二換熱機構設置與沼氣池的外壁。其解決了北方冬季田地內無法種植農作物的問題,并且沼氣池產生利用動物糞便進行發酵,有效解決了動物糞便污染環境的問題。本發明還提供了一種農田結構,包括本發明提供的生態大棚,其能夠實現四季農作物的種植。

權利要求書

1.一種生態大棚,其特征在于,包括保溫棚、第一儲土槽、第一換熱機構、沼氣池、第二換熱機構和太陽能加熱系統,所述第一儲土槽設置于所述保溫棚內,所述太陽能加熱系統與所述第一換熱機構和所述第二換熱機構連接,所述第一儲土槽設置于所述第一換熱機構的上方,所述第二換熱機構設置與所述沼氣池的外壁。2.根據權利要求1所述的生態大棚,其特征在于,所述生態大棚還包括第二儲土槽和升降機構,所述第二儲土槽設置于所述第一換熱機構的下方,所述第一儲土槽和所述第二儲土槽均與所述升降機構連接。3.根據權利要求2所述的生態大棚,其特征在于,所述升降機構包括第一滑柱、第二滑柱、第一滑竿、第二滑竿以及設置于地面的滑軌,所述第一滑柱的一端和所述第二滑柱的一端均設置于所述滑軌上,所述第一滑竿的一端與所述第一滑柱滑動連接,所述第一滑竿的另一端與所述第一儲土槽連接;所述第二滑竿的一端與所述第二滑柱滑動連接,所述第二滑竿的另一端與所述第二儲土槽連接。4.根據權利要求1所述的生態大棚,其特征在于,所述第一儲土槽包括土壤槽和儲水盤,所述土壤槽設置于所述儲水盤的上方,所述土壤槽的底部設置有泄水孔,所述儲水盤的上部設置有溢流孔。5.根據權利要求1所述的生態大棚,其特征在于,所述太陽能加熱系統包括用于加熱循環水的太陽能集熱板、用于為所述第一換熱機構和所述第二換熱機構輸送熱量的儲熱罐、用于將所述第一換熱機構和所述第二換熱機構輸出的循環水提升至所述太陽能集熱板的循環泵,所述太陽能集熱板的一端與循環泵連接,所述太陽能集熱板的另一端與所述儲熱罐連接。6.根據權利要求5所述的生態大棚,其特征在于,所述生態大棚還包括用于為所述第一換熱機構和所述第二換熱機構排出的循環水補充熱量的補熱泵,所述第一換熱機構和所述第二換熱機構均與所述補熱泵連接,所述補熱泵與所述循環泵連接。7.根據權利要求1所述的生態大棚,其特征在于,所述生態大棚還包括相互連接的集氣罐和用于為所述生態大棚供電的發電機,所述集氣罐與所述沼氣池連通。8.根據權利要求1所述的生態大棚,其特征在于,所述生態大棚還包括相互連接的集氣罐和沼氣燈,所述沼氣燈設置于所述保溫棚內,且位于所述第一儲土槽的上方,所述集氣罐與所述沼氣池連通。9.根據權利要求1所述的生態大棚,其特征在于,所述保溫棚包括保溫墻和雙層保溫膜,所述保溫墻的一端設置于地面,所述保溫墻的另一端與雙層保溫膜連接。10.一種農田結構,其特征在于,包括如權利要求1-9任一項所述的生態大棚。

說明書

技術領域

本發明涉及農業技術領域,具體而言,涉及一種生態大棚及農田結構。

背景技術

近年來,隨著規模化畜禽養殖業的快速發展,禽畜排泄物和其他廢棄物的產生量隨之快速增加,造成環境污染,使畜禽養殖業發展與環境污染的矛盾日益凸現,其本身也成為畜禽養殖業可持續發展的制約因素。畜禽養殖污染已成為當前繼工業污染、生活垃圾污染后的第三大污染源。

畜禽場糞便污水屬高濃度有機廢水,含有豐富的有機物質,如何利用這些有機廢水實現合理持續地開發和利用自然資源成為亟待解決的問題。

而我國早有將動物糞便用于發酵沼氣的先例。但東北地區受氣候的影響,我省目前尚無大中型沼氣工程,即使家庭戶用小型沼氣發展也存在產氣率低、使用率低、原料分解率低、沼氣使用時間短、綜合效益差的問題。沼氣利用率約50%左右,原料分解率不到30%,沼氣利用時間只有4個月。沼氣池內細菌發酵溫度一般不低于10℃,最高不超過55℃。冬季寒冷漫長氣溫、地溫比較低,原料分解率低,沼氣的生產存在產氣率低、使用率低、沼氣使用綜合效益差等問題甚至在冬季會出現凍裂沼氣池的現象。這種狀況在一定程度上限制了寒冷地區沼氣利用技術的發展。

發明內容

本發明提供了一種生態大棚,旨在改善畜禽養殖廠產生的畜禽糞便污染環境和現有的大棚能耗高或現有大棚無法實現全年工作的問題。

本發明還提供看一種農田結構,旨在改善北方地區現有農田無法四季工作的問題。

本發明是這樣實現的:

一種生態大棚,包括保溫棚、第一儲土槽、第一換熱機構、沼氣池、第二換熱機構和太陽能加熱系統,第一儲土槽設置于保溫棚內,太陽能加熱系統與第一換熱機構和第二換熱機構連接,第一儲土槽設置于第一換熱機構的上方,第二換熱機構設置與沼氣池的外壁。

進一步地,在本發明較佳的實施例中,生態大棚還包括第二儲土槽和升降機構,第二儲土槽設置于第一換熱機構的下方,第一儲土槽和第二儲土槽均與升降機構連接。

進一步地,在本發明較佳的實施例中,升降機構包括第一滑柱、第二滑柱、第一滑竿、第二滑竿以及設置于地面的滑軌,第一滑柱的一端和第二滑柱的一端均設置于滑軌上,第一滑竿的一端與第一滑柱滑動連接,第一滑竿的另一端與第一儲土槽連接;第二滑竿的一端與第二滑柱滑動連接,第二滑竿的另一端與第二儲土槽連接。

進一步地,在本發明較佳的實施例中,第一儲土槽包括土壤槽和儲水盤,土壤槽設置于儲水盤的上方,土壤槽的底部設置有泄水孔,儲水盤的上部設置有溢流孔。

進一步地,在本發明較佳的實施例中,太陽能加熱系統包括用于加熱循環水的太陽能集熱板、用于為第一換熱機構和第二換熱機構輸送熱量的儲熱罐、用于將第一換熱機構和第二換熱機構輸出的循環水提升至太陽能集熱板的循環泵,太陽能集熱板的一端與循環泵連接,太陽能集熱板的另一端與儲熱罐連接。

進一步地,在本發明較佳的實施例中,生態大棚還包括用于為第一換熱機構和第二換熱機構排出的循環水補充熱量的補熱泵,第一換熱機構和第二換熱機構均與補熱泵連接,補熱泵與循環泵連接。

進一步地,在本發明較佳的實施例中,生態大棚還包括相互連接的集氣罐和用于為生態大棚供電的發電機,集氣罐與沼氣池連通。

進一步地,在本發明較佳的實施例中,生態大棚還包括相互連接的集氣罐和沼氣燈,沼氣燈設置于保溫棚內,且位于第一儲土槽的上方,集氣罐與沼氣池連通。

進一步地,在本發明較佳的實施例中,保溫棚包括保溫墻和雙層保溫膜,保溫墻的一端設置于地面,保溫墻的另一端與雙層保溫膜連接。

一種農田結構,包括上述的生態大棚。

本發明的有益效果是:本發明通過上述設計得到的生態大棚,使用時,由于保溫棚、第一儲土槽、第一換熱機構、沼氣池、第二換熱機構和太陽能加熱系統相互配合作用,能夠使得在寒冷的冬季大棚內的土壤能夠得到熱量而適應農作物生長,沼氣池得到足夠的熱量發酵產生沼氣以供生態大棚使用,解決了北方冬季田地內無法種植農作物的問題,并且沼氣池產生利用動物糞便進行發酵,有效解決了動物糞便污染環境的問題。本發明提供的農田結構,能夠實現四季農作物的種植。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施方式的技術方案,下面將對實施方式中所需要使用的附圖作簡單地介紹,應當理解,以下附圖僅示出了本發明的某些實施例,因此不應被看作是對范圍的限定,對于本領域普通技術人員來講,在不付出創造性勞動的前提下,還可以根據這些附圖獲得其他相關的附圖。

圖1是本發明第一實施例提供的生態大棚的結構示意圖;

圖2是圖1中第一儲土槽、第二儲土槽與升降機構相互配合的結構示意圖;

圖3是圖1中第一儲土槽的縱截面的結構示意圖;

圖4是本發明第二實施例提供的生態大棚的結構示意圖。

圖標:100-生態大棚;110-保溫棚;111-保溫墻;112-雙層保溫膜;121-第一儲土槽;122-第二儲土槽;124-土壤槽;125-儲水盤;126-泄水孔;127-溢流孔;130-第一換熱機構;140-沼氣池;141-集氣罐;150-第二換熱機構;160-太陽能加熱系統;161-太陽能集熱板;162-儲熱罐;163-循環泵;164-補熱泵;170-升降機構;171-第一滑柱;172-第一滑竿;173-第二滑柱;174-第二滑竿;175-滑軌;180-沼氣燈;200-生態大棚;210-保溫棚;240-沼氣池;241-集氣罐;280-發電機;281-照明燈。

具體實施方式

為使本發明實施方式的目的、技術方案和優點更加清楚,下面將結合本發明實施方式中的附圖,對本發明實施方式中的技術方案進行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實施方式是本發明一部分實施方式,而不是全部的實施方式。基于本發明中的實施方式,本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施方式,都屬于本發明保護的范圍。因此,以下對在附圖中提供的本發明的實施方式的詳細描述并非旨在限制要求保護的本發明的范圍,而是僅僅表示本發明的選定實施方式。基于本發明中的實施方式,本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施方式,都屬于本發明保護的范圍。

在本發明的描述中,需要理解的是,術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內”、“外”、“順時針”、“逆時針”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系,僅是為了便于描述本發明和簡化描述,而不是指示或暗示所指的設備或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作,因此不能理解為對本發明的限制。

此外,術語“第一”、“第二”僅用于描述目的,而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發明的描述中,“多個”的含義是兩個或兩個以上,除非另有明確具體的限定。

在本發明中,除非另有明確的規定和限定,術語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術語應做廣義理解,例如,可以是固定連接,也可以是可拆卸連接,或成一體;可以是機械連接,也可以是電連接;可以是直接相連,也可以通過中間媒介間接相連,可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關系。對于本領域的普通技術人員而言,可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

在本發明中,除非另有明確的規定和限定,第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接觸,也可以包括第一和第二特征不是直接接觸而是通過它們之間的另外的特征接觸。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方,或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方,或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。

第一實施例

參照附圖1所示,本實施例提供了一種生態大棚100,其包括保溫棚110、第一儲土槽121、第一換熱機構130、沼氣池140、第二換熱機構150和太陽能加熱系統160,第一儲土槽121設置于保溫棚110內,太陽能加熱系統160與第一換熱機構130和第二換熱機構150連接,且其為第一換熱機構130和第二換熱機構150輸送熱量。第一儲土槽121設置于第一換熱機構130的上方,第二換熱機構150設置于沼氣池140的外壁。需要說明的是,沼氣池140的數量和體積可以根據保溫棚110所覆蓋的面積及植物生長所需的熱量進行計算得到。

由于北方的冬季氣溫非常低,使得田地因低溫而無法使用,同時,在低溫環境下沼氣池也無法進行發酵工作。但是,北方氣溫雖低,冬季光照量卻十分充足,因此,利用太陽能加熱系統160對循環水進行加熱,并將熱量輸送給第一換熱機構130供給第一儲土槽121中的土壤加熱,將熱量輸送給第二換熱機構150供給沼氣池140加熱,以保證大棚內的土壤在冬季能夠具有適合的溫度能夠種植植物,同時保證沼氣池140有適合的溫度對動物糞便進行發酵。該設計不僅使得動物糞便能夠得以回收利用,綠色環保,還能夠解決北方冬季田地內無法種植農作物的問題。

進一步地,生態大棚100還包括第二儲土槽122和升降機構170,第二儲土槽122設置于第一換熱機構130的下方,第一儲土槽121和第二儲土槽122均與升降機構170連接。升降機構170能夠控制第一儲土槽121和第二儲土槽122的升降,能夠置換第一儲土槽121和第二儲土槽122的位置,實現上下兩個儲土槽中土壤的輪休。

進一步地,請參照附圖2,升降機構170包括第一滑柱171、第二滑柱173、第一滑竿172、第二滑竿174以及設置于地面的滑軌175,第一滑柱171的一端和第二滑柱173的一端均設置于滑軌175上,第一滑竿172的一端與第一滑柱171滑動連接,第一滑竿172的另一端與第一儲土槽121連接;第二滑竿174的一端與第二滑柱173滑動連接,第二滑竿174的另一端與第二儲土槽122連接。

升降機構170為電動控制,初始時,第一儲土槽121設置于第一換熱機構130的上方,接通升降機構170的電源后,第一滑柱171帶著第一儲土槽121在滑軌175上向遠離第二滑柱173的方向滑動,當第一儲土槽121的底部在地面的投影與第一換熱機構130在地面的投影無重合時,第一滑竿172帶著第一儲土槽121在第一滑柱171上一起向下滑動至地面,最后第一滑柱171向靠近第二滑柱173的方向滑動,直至第一儲土槽121的位置與第二儲土槽122運動前的位置重合時停止;于此用時,第二滑柱173帶著第二儲土槽122在滑軌175上向遠離第一滑柱171的方向滑動,當第二儲土槽122在地面的投影與第一換熱機構130在地面上的投影無重合時,第二滑竿174帶著第二儲土槽122一起在第二滑柱173上向上滑動,當第二儲土槽122的底部正好高于第一換熱機構130時,上滑運動停止,此時第二滑柱173向靠近第一滑柱171的方向滑動,直至第二儲土槽122的位置與第一儲土槽121運動前的位置重合時停止。上述運動過程完成則第一儲土槽121與第二儲土槽122的位置交換過程完成,達到使第一儲土槽121和第二儲土槽122內的土壤輪休的效果。位置交換后,第一換熱機構130對第二儲土槽122進行加熱。

進一步地,請參照附圖3所示,第一儲土槽121包括土壤槽124和儲水盤125,土壤槽124設置于儲水盤125的上方,土壤槽124深300mm,其底部設置有泄水孔126,儲水盤125的上部設置有溢流孔127。當第一儲土槽121內種植的植物在生長期間通過自動澆灌系統進行灌溉時,浸入土壤槽124的水分過多則從泄水孔126排出,當儲水盤125內的水量過多時則從溢流孔127排出。同時設置儲水盤125,使儲水盤125內保持一定的水量,由于水比土壤傳熱效果好,該設計還有能夠確保第一換熱機構130對第一儲土槽121的傳熱效率更高。需要說明的是,第二儲土槽122與第一儲土槽121的結構相同。

進一步地,請再次參照附圖1所示,太陽能加熱系統160包括用于加熱循環水的太陽能集熱板161、用于為第一換熱機構130和第二換熱機構150輸送熱量的儲熱罐162、用于將第一換熱機構130和第二換熱機構150輸出的循環水提升至太陽能集熱板161的循環泵163,太陽能集熱板161的一端與循環泵163連接,太陽能集熱板161的另一端與儲熱罐162連接。

循環泵163將第一換熱機構130和第二換熱機構150輸出的冷卻后的循環水加熱提升至太陽能集熱板161,經太陽能集熱板161在太陽能的作用下加熱,并輸送至儲熱罐162中儲存,而儲熱罐162中的熱水則被再次輸送至第一換熱機構130和第二換熱機構150中。采用太陽能加熱,無其余能耗,更環保。

進一步地,生態大棚100還包括用于為第一換熱機構130和第二換熱機構150排出的循環水補充熱量的補熱泵164,第一換熱機構130和第二換熱機構150均與補熱泵164連接,補熱泵164與循環泵163連接。當某一日光照不佳的情況下,太陽能集熱板161無法為循環水提供充足的熱量,則啟動補熱泵164為第一換熱機構130和第二換熱機構150排出的循環水進行加熱,以使得循環水獲得的熱量足夠使沼氣池140和第一儲土槽121第二儲土槽122正常工作。

需要說明的是,在本發明的其他實施例中,補熱泵164還可以設置于循環泵163與太陽能集熱板161之間,或者設置于太陽能集熱板161與儲熱罐162之間,同樣具有上述效果。

進一步地,生態大棚100還包括相互連接的集氣罐141和沼氣燈180,沼氣燈180設置于保溫棚110內,且位于第一儲土槽121的上方,集氣罐141與沼氣池140連通。通過沼氣池140產生的沼氣用于沼氣燈180夜間對保溫棚110內進行照明和升溫,該設計能夠循環利用資源,降低大棚栽培的成本。

進一步地,沼氣池140由鋼纖維混凝土建造,內嵌在第二換熱機構150內,第二換熱機構150外設絕熱保溫板,阻止沼氣池140內溫度損失。

進一步地,保溫棚110包括保溫墻111和雙層保溫膜112,保溫墻111的一端設置于地面,保溫墻111的另一端與雙層保溫膜112連接。設置保溫墻111與雙層保溫膜112是為了盡量隔絕保溫棚110內部與外部的熱量交換,減少熱量損失,確保種植于保溫棚110內的作物能夠健康生長。

沼氣池140余沼氣燈180的設計,例如:每立方米空氣溫度升高1℃大約需要1千焦的熱量。若要將210立方米的保溫棚110內溫度升高10℃,在不考慮散熱的情況下,需要燃燒沼氣:210×1×10÷23000=0.1立方米。由于保溫棚110保溫性能不高,大部分熱量散失很快。通常保溫棚110內每10平方米面積對應設置一個沼氣灶或者每50平方米設置一個沼氣燈180,利用灶和燈散發的熱量來保溫。

第二實施例

本發明實施例所提供的生態大棚200,其實現原理及產生的技術效果和第一實施例相同,為簡要描述,本實施例未提及之處,可參考第一實施例中相應內容。

請參照附圖4所示,生態大棚200包括相互連接的集氣罐241和用于為生態大棚200供電的發電機280,集氣罐241與沼氣池240連通。保溫棚210內設置有照明燈281,照明燈281與發電機280連接,即發電機280利用沼氣池240內的沼氣進行發電,并把所得的電量用于照明燈281夜間對保溫棚210的照明和升溫。除此之外,發電機280還可用于對生態大棚200其他部件的供電。該設計實現能源循環利用,有效避免了能源浪費,且使維護生態大棚200正常工作的資金花費降低。

綜上所述,本發明提供的生態大棚由于保溫棚、第一儲土槽、第一換熱機構、沼氣池、第二換熱機構和太陽能加熱系統相互配合作用,能夠使得在寒冷的冬季大棚內的土壤能夠得到熱量而適應農作物生長,沼氣池得到足夠的熱量發酵產生沼氣以供生態大棚使用,解決了北方冬季田地內無法種植農作物的問題,并且沼氣池產生利用動物糞便進行發酵,有效解決了動物糞便污染環境的問題;第一儲土槽和第二儲土槽以及升降機構的設計使得第一儲土槽和第二儲土槽輪流工作,實現了土壤的輪休以保證種植的農作物能生長得更好;第一儲土槽和第二儲土槽的結構設計能夠保證土壤槽內有充足的水分且又不會發生水分過多的現象,同時儲水盤內有充足的水還能保證第一儲土槽或第二儲土槽與第一件熱件的傳熱效率更高;補熱泵的設計能夠保證在某日光照不足時仍舊能夠為循環水補充足夠熱量使得沼氣池與第一儲土槽或第二儲土槽正常工作;沼氣燈或者發電機與沼氣池的連接的設計則能夠將沼氣氧化產生的能量轉換為電能供生態大棚使用,不僅環保而且能夠降低生態大棚的維護成本。

本發明還提供了一種農田結構,其包括本發明提供的生態大棚,即時在冬季氣溫極低的北方也能實現對農作物的大棚種植,且投入成本低。

以上所述僅為本發明的優選實施方式而已,并不用于限制本發明,對于本領域的技術人員來說,本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內,所作的任何修改、等同替換、改進等,均應包含在本發明的保護范圍之內。

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