用于模拟一种或多种生态栖息地条件的设备和方法与流程

本发明涉及生态栖息地模拟。更具体地，本发明涉及用于模拟一种或多种生态栖息地条件的设备和方法。

背景技术：

1、目前，小规模的私人农产品种植或耕作取决于环境空气和水温、日照时间以及当地的湿度和污染水平。此外，昂贵的温室或商业用途设施可用于自然栖息地/生态系统之外的农业和鱼类。然而，这些设施需要多种不同且特定功能的设备来实现整体所需的栖息地/气候条件，例如用于调节湿度的加湿器、用于调节空气温度的空调和用于清洁空气的空气净化器等。需要不同的设备来达到不同的所需条件。现有的传统系统(例如温室)中采用的特定功能的设备通常是单一特定功能，因此既不具有成本效益，也不节能。此外，传统的解决方案依赖于可能对环境有害的制冷剂气体。

2、因此，根据前述讨论，需要克服与传统技术相关的上述缺点，并且需要提供一种可选择的多选项栖息地/气候模拟设备，该设备能够以成本效益高、节能和环保的方式成功地实现选定的一组所需条件，同时采用一种简单的多选项设备，并且无论规模如何，该设备都可以工作，不仅可以调节空气温度和水温，还可以调节湿度和污染水平，以实现所需的生态系统条件。

3、通过考虑以下说明书和权利要求，本发明的这些和其他目的和优点对于本领域技术人员来说将变得显而易见。

技术实现思路

1、根据本发明的一方面，提供了一种用于模拟一种或多种生态栖息地条件的设备。该设备包括至少一个生态舱单元和进气室，该进气室可以位于生态舱单元的底部，用于接收来自该设备外部的环境的空气。所述至少一个生态舱单元包括加压水驱动涡轮机，用于产生由加压水驱动涡轮机隔开的至少一个低压真空室和至少一个加压湿空气室，其中加压水驱动涡轮机被配置为接收来自再循环水池的加压水并经由进气室接收来自设备外部的环境的空气，产生用于产生空气-水蒸气-污染物-水滴混合物的湍流。所述至少一个真空室被配置为实现以下各项中的至少一项或组合：风冷模拟、降雨效应模拟和蒸发冷却，以实现空气和水的热交换，并通过控制水的蒸发速率和风冷模拟的程度来产生温度可调的水。所述至少一个加压湿空气室被配置为捕获通过由加压水驱动涡轮机产生的湍流产生的高度加湿的空气-水蒸气-污染物-水滴混合物，以去除空气中的被吸收到水滴中的污染物，从而产生具有理想温度的净化空气。所述至少一个生态舱单元还包括联接至所述至少一个加压湿空气室的湿空气废热去除器，用于进行以下各项中的任一项：将加压的湿空气-水蒸气混合物或潜热排出或再循环到设备外部的环境中以调节设备外部的环境中的湿度水平，或使加压的湿空气-水蒸气混合物或潜热穿过干燥室(例如部分暴露于部分真空的具有翅片的一段金属管，在本文中被称为鼓风机)，用于将更冷且更干燥的空气排出或再循环到设备外部的环境中。进气室通常位于生态舱的底部，被配置为用于接收来自生态舱外部的环境的空气，所述空气可以在风冷效应模拟的情况下经由环境空气入口被供应到生态舱单元。

2、在一个实施方式中，该设备被设置为产生一种或多种生态栖息地条件，包括在每个至少一个生态舱中进行的风冷效应模拟、蒸发冷却和/或降雨效应模拟中的至少一项或组合，以实现空气和水的热交换。

3、在一个实施方式中，湿空气废热去除器包括除湿器管或空气干燥器室，例如部分暴露于部分真空的具有翅片的一段金属管，其在本文中被称为鼓风机。

4、在一个实施方式中，该设备还包括至少一个真空室间隔件，用于堆叠两个或更多个生态舱单元以提高设备的性能。

5、在一个实施方式中，再循环水池包括水泵，该水泵可以兼作热源，用于选择性地加热再循环水池中的水。

6、在一个实施方式中，再循环水池包括用于选择性地控制再循环水池中的水的水温的入口真空冷却盘管。

7、在一个实施方式中，再循环水池还包括入口体积控制阀，该入口体积控制阀通过限制水泵的入口容量来产生一定程度的真空，从而在入口真空冷却盘管中产生部分真空，其中通过调节入口体积来调节再循环水池中的水温。

8、在一个实施方式中，该设备还包括多个阀，作为用户管理对一种或多种生态栖息地条件的选择或调节的装置。

9、在一个实施方式中，该设备还包括用于将温度调节后的水从设备排出的冷却水返回排出管。

10、在一个实施方式中，该设备还包括用于模拟风冷效应的环境空气入口。

11、在一个实施方式中，该设备还包括鼓风机，该鼓风机具有至少一个水蒸气冷凝器或空气干燥器室，用于处理加压的空气-水蒸气，然后将加压的空气-水蒸气作为更冷且更干燥的清洁空气排出或再循环到设备外部的环境中。

12、在一个实施方式中，该设备还包括湿空气废热去除器，用于将加压的湿空气-水蒸气或潜热排出或再循环到设备外部的环境中。

13、在一个实施方式中，湿空气废热去除器联接至文丘里管装置，以通过向蓄水池中鼓泡来回收热量和水蒸气。

14、根据本发明的一方面，提供了一种仅采用加压水作为主要驱动介质的用于模拟一种或多种生态栖息地条件的方法。该方法包括接收来自生态舱单元外部的环境的加压水射流和空气。该方法还包括通过加压水射流推进加压水驱动涡轮机，以产生由加压水驱动涡轮机隔开的至少一个低压真空室和至少一个加压湿空气室，以及产生用于混合水、空气和灰尘的湍流，从而产生高度加湿的空气-水蒸气-污染物-水滴混合物。该方法还包括执行以下各项中的至少一项：a)由至少一个低压真空室通过空气和水的热交换来调节空气温度和水温，该至少一个低压真空室被配置为实现以下各项中的至少一项或组合：风冷效应模拟、降雨效应模拟和/或蒸发冷却，以实现空气和水的热交换，从而通过控制水的蒸发速率和风冷效应模拟的程度来产生温度可调的水，以及b)捕获通过至少一个加压湿空气室中的湍流产生的高度加湿的空气-水蒸气-污染物-水滴混合物，以去除空气中的被吸收到水滴中的污染物，从而产生具有所需温度的净化空气和加压的湿空气-水蒸气。该方法还包括执行以下各项中的至少一项：a)通过联接至所述至少一个加压湿空气室的湿空气废热去除器将加压的湿空气-水蒸气混合物或潜热排出和再循环到设备外部的环境中，以调节设备外部的环境中的湿度水平；以及b)以期望的温度干燥净化空气，并将更冷、更干燥、更清洁的空气排出或再循环到设备外部的环境中。

15、本发明的各种实施方式提供了用于模拟一种或多种生态栖息地条件(可选择的和多选项)的设备和方法，该设备和方法能够以成本效益高、节能和环保的方式成功地实现期望的生态栖息地条件，并且无论规模如何，该设备和方法都可以工作，不仅可以调节空气温度和水温，还可以调节湿度和污染水平，以实现所需的生态栖息地条件。本技术的设备可以针对不同的栖息地/气候条件进行校准，而无需昂贵的改造或更换设备，例如，本技术的设备可以用于当栖息地/气候要求发生变化时根据用户的选择来冷却水或加热水，从而减少昂贵的设备更换。此外，该设备基于仅采用加压水作为其主要驱动介质的物理原理来实现温度和/或湿度水平的可选择的多选项调节，同时成本和能量效益高并且是环保的。另外，本技术的设备成本效益高，因为设计简单，采用了与水相关的物理原理来消除昂贵的复杂部件，并且本技术的设备真正是成本效益高的，因为它具有可选择的多种选项，因此同一个设备设置可用于解决不同的栖息地/气候条件挑战。此外，与采用多个单一特定功能的设备的传统方法相比，本技术的设备运行需要少得多的能量。此外，本技术的设备维护低，因为其简单且高效的设计主要集中于加压水作为主要驱动介质，从而减少了多设备的可靠性问题和维修成本。而且，与需要采用多个特定功能的设备(例如加湿器、空调单元和空气净化器)来实现所需的气候条件的已知系统(例如，温室)不同，本技术的设备可以作为单个系统与用于各种所需的生态栖息地条件的多种可选选项一起使用，从而实现了轻松维修和节省维护。此外，本技术的设备由于其基于物理原理的巧妙设计而能量效益高，因此长期的维护和持续成本低廉。而且，本技术的设备利用可通过利用诸如太阳能的可再生能源提供的较低功率，因此这对于低收入家庭/经济体来说是有吸引力的解决方案和机会。此外，本技术的方法是可持续的且环保的方法，因为主要仅使用加压水来驱动设备以实现所需的生态栖息地/气候条件，而不使用任何有害的制冷剂或温室气体。本技术的设备是一种无论一年中的什么时间都能模拟所需的栖息地/气候条件的可靠方法，因为它不依赖于外部条件，例如日照时间、环境温度和天气，也不依赖于太阳来加热，也不依赖于风来冷却。另外，本技术的设备可以被设计为被包含在诸如舱的外壳中以使其便携。本技术的方法非常适合模拟农业、耕作、研究和爱好者的选定的栖息地或气候条件。具体的例子可以是在热带地区种植葡萄藤、在温带冬季维持对气候敏感的雨林青蛙或外来兰花，这种方法还可以在鱼菜共生系统(aquaponic system)中的竞争植物和鱼类需求之间实现微妙的理想水温平衡。此外，该方法可用于模拟小规模的栖息地(例如在便携式舱或室中)或较大规模的栖息地(例如房间或大厅)，从而产生特定的生态栖息地选择条件。此外，该方法不依赖可能对环境有害的制冷剂气体或用于温度调节的专用加热元件，从而使其成为一种成本效益高、节能且环保的方法。

16、当结合以下描述和附图考虑时，本文实施方式的这些和其他的方面将被更好地意识到和理解。然而，应当理解，以下描述虽然表示优选的实施方式及其许多具体的细节，但是是通过说明而非限制的方式给出的。在不背离本文的实施方式的精神的情况下，可以在本文的实施方式的范围内做出许多改变和修改，并且本文的实施方式包括所有这样的修改。