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節能系統及節能控制方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510151300.4

申請日:

20150401

公開號:

CN106134841A

公開日:

20161123

當前法律狀態:

有效性:

審查中

法律詳情:
IPC分類號: A01G9/14,A01G9/18,A01G9/24,F24F11/02 主分類號: A01G9/14,A01G9/18,A01G9/24,F24F11/02
申請人: 欣興電子股份有限公司
發明人: 廖本衛,林豪杰
地址: 中國臺灣桃園市桃園區龜山工業區興邦路38號
優先權: CN201510151300A
專利代理機構: 北京同立鈞成知識產權代理有限公司 代理人: 馬雯雯;臧建明
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510151300.4

授權公告號:

法律狀態公告日:

法律狀態類型:

摘要

本發明提供一種用于植物工廠的節能系統及節能控制方法,包括:熱交換器、第一供給裝置、第二供給裝置、發電單元以及栽培區。第一供給裝置提供熱交換介質至熱交換器中。第二供給裝置提供液態二氧化碳至熱交換器中。液態二氧化碳流經熱交換器后轉變為氣態二氧化碳。發電單元連接至熱交換器,其包括渦輪機與發電機。所述氣態二氧化碳驅動渦輪機產生動能至發電機,進而產生電能。栽培區連接至發電單元。經由發電單元后的氣態二氧化碳被運送至栽培區中,以供應栽培區中的植物進行光合作用。從而可降低植物工廠的耗電量,以節省成本。

權利要求書

1.一種節能系統,其特征在于,用于植物工廠,所述節能系統包括:熱交換器;第一供給裝置,提供熱交換介質至所述熱交換器中;第二供給裝置,提供液態二氧化碳至所述熱交換器中,其中所述液態二氧化碳流經所述熱交換器后轉變為氣態二氧化碳;發電單元,連接至所述熱交換器,其包括渦輪機與發電機,其中所述氣態二氧化碳驅動所述渦輪機產生動能至所述發電機,進而產生電能;以及栽培區,連接至所述發電單元,其中經由所述發電單元后的所述氣態二氧化碳被運送至所述栽培區中,以供應所述栽培區中的植物進行光合作用。2.根據權利要求1所述的節能系統,其特征在于,所述熱交換器包括互不相通的第一管路與第二管路,所述第一管路具有第一入口與第一出口,所述第二管路具有第二入口與第二出口,所述第一管路通過所述第一入口連接至所述第一供給裝置,而所述第二管路通過所述第二入口連接至所述第二供給裝置,且通過所述第二出口連接至所述發電單元。3.根據權利要求2所述的節能系統,其特征在于,還包括空調單元,其一端通過所述第一出口連接至所述熱交換器,而其另一端連接至所述第一供給裝置,以形成封閉循環流道,用以調節所述栽培區的溫度。4.根據權利要求1所述的節能系統,其特征在于,還包括:電熱裝置,連接至所述發電單元,用以將所述電能轉為熱能;以及儲熱裝置,連接至所述電熱裝置,用以儲存熱水。5.根據權利要求4所述的節能系統,其特征在于,還包括空調單元,分別通過第三管路與第四管路連接至所述儲熱裝置,以形成封閉循環流道,用以調節所述栽培區的溫度。6.根據權利要求1所述的節能系統,其特征在于,還包括:控制單元,連接至所述第二供給裝置,用以控制所述第二供給裝置的開關;以及警示單元,分別連接至所述控制單元與所述栽培區,用以接收所述栽培區中的所述氣態二氧化碳的濃度,進而控制所述控制單元的開關。7.一種節能控制方法,其特征在于,用于植物工廠,所述節能控制方法包括:利用第一供給裝置提供熱交換介質至熱交換器中;利用第二供給裝置提供液態二氧化碳至所述熱交換器中,其中所述液態二氧化碳流經所述熱交換器后轉變為氣態二氧化碳;將所述氣態二氧化碳運送至所述發電單元中,所述發電單元包括渦輪機與發電機,其中所述氣態二氧化碳驅動所述渦輪機產生動能至所述發電機,進而產生電能;以及將經由所述發電單元后的所述氣態二氧化碳運送至所述栽培區中,以供應所述栽培區中的植物進行光合作用。8.根據權利要求7所述的節能控制方法,其特征在于,還包括將空調單元分別連接至所述熱交換器以及所述第一供給裝置,以形成封閉循環流道,當外界溫度高于預設溫度時,所述第一供給裝置提供所述熱交換介質至所述熱交換器中,使得流經所述熱交換器后的所述熱交換介質的溫度低于所述預設溫度,并將所述熱交換介質運送至所述空調單元,用以調節所述栽培區的溫度。9.根據權利要求7所述的節能控制方法,其特征在于,還包括:利用電熱裝置將所述電能轉為熱能;以及利用所述熱能加熱儲熱裝置中的熱水,且儲存所述熱水。10.根據權利要求9所述的節能控制方法,其特征在于,還包括將空調單元分別連接至所述儲熱裝置,以形成封閉循環流道,當外界溫度低于預設溫度時,所述儲熱裝置提供所述熱水至所述空調單元中,其中流經所述空調單元的所述熱水的溫度高于所述預設溫度,用以調節所述栽培區的溫度。11.根據權利要求7所述的節能控制方法,其特征在于,還包括:利用控制單元來控制所述第二供給裝置的開關;以及利用警示單元來接收所述栽培區中的所述氣態二氧化碳的濃度,以控制所述控制單元的開關。12.根據權利要求11所述的節能控制方法,其特征在于,利用所述警示單元來控制所述控制單元的開關的步驟包括:當所述栽培區中的所述氣態二氧化碳的濃度高于1500PPM,產生警示信號,且同時關閉所述控制單元,進而停止提供所述液態二氧化碳至所述熱交換器中。

說明書

技術領域

本發明涉及一種節能系統及節能控制方法,尤其涉及一種用于植物工廠的節能系統及節能控制方法。

背景技術

近年來,由于人造光源式的植物工廠是在室內育成植物,因此植物的成長不容易受到外來因素(天候、氣候,蟲害等)影響。所以,目前很多公司都亟欲發展此植物工廠,以解決未來糧食短缺的問題。

一般而言,空調設備是現今植物工廠最為耗能的設備之一。目前市面上大型的空調設備大多為冷凝-壓縮的熱回收循環式設備,或是以節能方式運行的熱泵裝置。然而,所述空調設備在長時間以及大空間使用上的耗電量相當驚人。但植物工廠需長年保持均溫以精準掌控植物生長時間與產能,因此,空調設備為植物工廠中不可或缺的重要用電設備。如此一來,如何發展一種用于植物工廠的節能系統及節能控制方法,以降低植物工廠的耗電量將成為未來重要的一門課題。

發明內容

本發明提供一種用于植物工廠的節能系統及節能控制方法,其可降低植物工廠的耗電量,以節省成本。

本發明提供一種用于植物工廠節能系統,包括:熱交換器、第一供給裝置、第二供給裝置、發電單元以及栽培區。第一供給裝置提供熱交換介質至熱交換器中。第二供給裝置提供液態二氧化碳至熱交換器中。液態二氧化碳流經熱交換器后轉變為氣態二氧化碳。發電單元連接至熱交換器,其包括渦輪機與發電機。所述氣態二氧化碳驅動渦輪機產生動能至發電機,進而產生電能。栽培區連接至發電單元。經由發電單元后的氣態二氧化碳被運送至栽培區中,以供應栽培區中的植物進行光合作用。

在本發明的一實施例中,所述熱交換器包括互不相通的第一管路與第二管路。所述第一管路具有第一入口與第一出口。所述第二管路具有第二入口與第二出口。所述第一管路通過所述第一入口連接至所述第一供給裝置。而所述第二管路通過所述第二入口連接至所述第二供給裝置,且通過所述第二出口連接至所述發電單元。

在本發明的一實施例中,所述節能系統還包括空調單元,其一端通過所述第一出口連接至所述熱交換器,而其另一端連接至所述第一供給裝置,以形成封閉循環流道,用以調節所述栽培區的溫度。

在本發明的一實施例中,所述節能系統還包括電熱裝置與儲熱裝置。所述電熱裝置連接至所述發電單元,其可用以將所述電能轉為熱能。所述儲熱裝置連接至所述電熱裝置,其可用以儲存熱水。

在本發明的一實施例中,所述節能系統還包括空調單元分別通過第三管路與第四管路連接至所述儲熱裝置,以形成封閉循環流道。所述空調單元可用以調節所述栽培區的溫度。

在本發明的一實施例中,所述節能系統還包括控制單元與警示單元。所述控制單元連接至所述第二供給裝置,其可用以控制所述第二供給裝置的開關。所述警示單元分別連接至所述控制單元與所述栽培區,其可用以接收所述栽培區中的所述氣態二氧化碳的濃度,進而控制所述控制單元的開關。

本發明提供一種用于植物工廠的節能控制方法,其步驟如下。利用第一供給裝置提供熱交換介質至熱交換器中。利用第二供給裝置提供液態二氧化碳至所述熱交換器中。所述液態二氧化碳流經所述熱交換器后轉變為氣態二氧化碳。將所述氣態二氧化碳運送至所述發電單元中。所述發電單元包括渦輪機與發電機。所述氣態二氧化碳驅動所述渦輪機產生動能至所述發電機,進而產生電能。將經由所述發電單元后的所述氣態二氧化碳運送至所述栽培區中,以供應所述栽培區中的植物進行光合作用。

在本發明的一實施例中,所述節能控制方法還包括將空調單元分別連接至所述熱交換器以及所述第一供給裝置,以形成封閉循環流道。當外界溫度高于預設溫度時,所述第一供給裝置提供所述熱交換介質至所述熱交換器中,使得流經所述熱交換器后的所述熱交換介質的溫度低于所述預設溫度,并將所述熱交換介質運送至所述空調單元,其可用以調節所述栽培區的溫度。

在本發明的一實施例中,所述節能控制方法還包括利用電熱裝置將所述電能轉為熱能。利用所述熱能加熱儲熱裝置中的熱水,且儲存所述熱水。

在本發明的一實施例中,所述節能控制方法還包括將空調單元分別連接至所述儲熱裝置,以形成封閉循環流道。當外界溫度低于預設溫度時,所述儲熱裝置提供所述熱水至所述空調單元中,其中流經所述空調單元的所述熱水的溫度高于所述預設溫度,用以調節所述栽培區的溫度。

在本發明的一實施例中,所述節能控制方法還包括利用控制單元來控制所述第二供給裝置的開關。利用警示單元來接收所述栽培區中的所述氣態二氧化碳的濃度,以控制所述控制單元的開關。

在本發明的一實施例中,利用所述警示單元來控制所述控制單元的開關的步驟如下。當所述栽培區中的所述氣態二氧化碳的濃度高于1500PPM,產生警示信號,且同時關閉所述控制單元,進而停止提供所述液態二氧化碳至所述熱交換器中。

基于上述,本發明通過熱交換器,將流經所述熱交換器后的液態二氧化碳轉變為氣態二氧化碳,藉此產生電能。所述電能可用來加熱且儲存熱水,以提供空調單元來調節栽培區的溫度。另一方面,所述氣態二氧化碳也可運送至栽培區中,用以供應栽培區中的植物進行光合作用。如此一來,本發明不僅能通過二氧化碳的相變來發電以降低植物工廠的耗電量,同時還可通過氣態二氧化碳來供應栽培區中的植物進行光合作用,進而降低植物工廠的生產成本。

為讓本發明的上述特征和優點能更明顯易懂,下文特舉實施例,并配合附圖作詳細說明如下。

附圖說明

圖1是本發明的第一實施例的節能系統示意圖;

圖2是本發明的第二實施例的節能系統示意圖;

圖3為對應圖1的節能控制方法流程圖;

圖4為對應圖2的節能控制方法流程圖。

附圖標記說明:

10、20、30、40、50、60、70、80:管路;

10a、20a:入口;

10b、20b:出口;

100、200:節能系統;

102:控制單元;

104:第一供給裝置;

106:第二供給裝置;

108:熱交換器;

110:發電單元

112:空調單元;

114:電熱裝置;

116:儲熱裝置;

118:栽培區;

120:警示單元;

S001~S010:步驟。

具體實施方式

圖1是本發明的第一實施例的節能系統示意圖。圖3為對應圖1的節能控制方法流程圖。

請同時參照圖1與圖3,本實施例提供一種節能系統100及利用此節能系統100的節能控制方法,其可用于植物工廠。節能系統100包括:控制單元102、第一供給裝置104、第二供給裝置106、熱交換器108、發電單元110、空調單元112以及栽培區118。本實施例的利用所述節能系統100的節能控制方法的步驟如下。

首先,進行步驟S001,利用控制單元102控制第一供給裝置104與第二供給裝置106。第一供給裝置104可用以提供熱交換介質;而第二供給裝置106則可用以提供液態二氧化碳。在本實施例中,熱交換介質可例如是鹽水。由于鹽水的凝固點比純水低,因此,在后續經由熱交換器108中進行熱交換時,其較不容易凝結成冰。但本發明不以此為限,在其他實施例中,熱交換介質的種類可依照需求來置換。

接著,同時進行步驟S002以及步驟S003,利用第一供給裝置104提供熱交換介質至熱交換器108中,且同時利用第二供給裝置106提供液態二氧化碳至熱交換器108中。熱交換器108包括互不相通的第一管路10與第二管路20。在本實施例中,第二管路20可例如是單盤管或多盤管。第一管路10具有第一入口10a與第一出口10b。第一管路10通過第一入口10a連接至第一供給裝置104,因此,第一供給裝置104所提供的熱交換介質經由第一管路10來進行熱交換。第二管路20具有第二入口20a與第二出口20b。第二管路20通過第二入口20a連接至第二供給裝置106,且通過第二出口20b連接至發電單元110,因此,第二供給裝置106所提供的液態二氧化碳經由第二管路20來進行熱交換。液態二氧化碳流經熱交換器108(也即第二管路20)后可轉變為氣態二氧化碳。詳細地說,當熱交換介質進入第一管路10且液態二氧化碳進入第二管路20時,液態二氧化碳的沸點為-57℃,而熱交換介質的溫度為室溫(約為22℃~28℃)。由于上述兩者具有溫度差,因此,熱交換介質與液態二氧化碳可在熱交換器108中進行熱交換。所述熱交換使得熱交換介質的溫度降至約-6℃;而液態二氧化碳則會因為吸熱轉變為氣態二氧化碳。在本實施例中,熱交換介質可例如是鹽水,由于鹽水的凝固點較低,即使鹽水的溫度降至約-6℃也不容易凝固成冰。

之后,進行步驟S004,將流經熱交換器108后的熱交換介質運送至空調單元112,用以調節栽培區118的溫度。詳細地說,空調單元112的一端通過管路30、第一出口10b連接至熱交換器108中的第一管路10;而空調單元112的另一端則是通過管路40連接至第一供給裝置104,以形成封閉循環流道。當外界溫度(可例如是30℃~38℃)高于預設溫度時(也即夏季環境),第一供給裝置104便會提供熱交換介質至熱交換器108中。由于流經熱交換器后的熱交換介質的溫度將低于所述預設溫度,因此,當低于所述預設溫度的所述熱交換介質運送至空調單元112中,其可用來維持栽培區118的溫度,以降低植物工廠的耗電量,進而節省成本。在本實施例中,預設溫度可例如是28℃,但本發明不以此為限,在其他實施例中,所述預設溫度可依使用者需求來調整。

之后,進行步驟S005,將所述氣態二氧化碳運送至發電單元110中,進而產生電能。詳細地說,發電單元110通過管路50連接至熱交換器108的第二管路20。發電單元110包括渦輪機與發電機(未示出)。由于溫度約為-57℃的液態二氧化碳在流經熱交換器108后轉變為室溫(約為25℃~30℃)的氣態二氧化碳,其體積迅速膨脹,故可驅動渦輪機產生動能至發電機,進而產生電能。

接著,同時進行步驟S006以及步驟S007,利用電熱裝置114將所述電能轉為熱能,并利用所述熱能加熱儲熱裝置116中的熱水。而儲熱裝置116用以儲存所述熱水。另一方面,又同時將經由發電單元110后的氣態二氧化碳運送至栽培區118中,以供應栽培區118中的植物進行光合作用。本實施例可通過熱交換器108,將流經熱交換器108后的液態二氧化碳轉變為氣態二氧化碳,藉此產生電能。所述電能可用來加熱且儲存熱水。此外,氣態二氧化碳也可運送至栽培區118中,用以供應栽培區118中的植物進行光合作用。因此,本實施例不僅能通過二氧化碳的相變來發電以降低植物工廠的耗電量,同時還可通過氣態二氧化碳來供應栽培區中的植物進行光合作用,進而降低植物工廠的生產成本。在一實施例中,若儲熱裝置116中的熱水已達到限制溫度(85℃),則可停止加溫,且可將發電單元110所產生的多余電能并聯市電系統,其可用以提供植物工廠內的其他部分用電。

之后,進行步驟S008與步驟S009,當栽培區118中的氣態二氧化碳的濃度高于1500PPM,停止提供液態二氧化碳至熱交換器108中。詳細地說,請繼續參照圖1,本實施例還包括警示單元120,其分別連接至控制單元102與栽培區118。警示單元120可用以接收栽培區118中的氣態二氧化碳的濃度,進而控制控制單元102的開關。換言之,當栽培區118中的氣態二氧化碳的濃度高于1500PPM(即對人體有害的狀況),警示單元120接收栽培區118中的氣態二氧化碳的濃度高于1500PPM的信號,進而產生警示信號,且同時關閉控制單元102。如此一來,控制單元102便會停止提供液態二氧化碳至熱交換器108中,以避免栽培區118中的氣態二氧化碳的濃度持續升高。另一方面,當栽培區118中的氣態二氧化碳的濃度低于1500PPM,則可根據本實施例的栽培區118的溫度來決定控制單元102的開關。也就是說,當栽培區118的溫度高于所述預設溫度(可例如是28℃)時,則利用控制單元102開啟第一供給裝置104與第二供給裝置106。反之,當栽培區118的溫度低于所述預設溫度(可例如是28℃)時,則利用控制單元102關閉第一供給裝置104與第二供給裝置106。

圖2是本發明的第二實施例的節能系統示意圖。圖4為對應圖2的節能控制方法流程圖。

請同時參照圖2與圖4,由于圖2的節能系統200與圖1的節能系統100基本上相似,且圖4的步驟S001~S003、S005~S009與圖3的步驟S001~S003、S005~S009相同,于此便不再贅述。圖4與圖3不同之處在于:當外界溫度(可例如是20℃)低于預設溫度時(也即冬季環境),儲熱裝置116便會提供所述熱水至空調單元112中。如圖2所示,空調單元112分別通過第三管路70以及第四管路80連接至儲熱裝置116,以形成封閉循環流道,用以調節栽培區118的溫度。由于儲熱裝置116中的熱水的溫度(85℃)高于所述預設溫度。如此一來,本發明便可利用儲熱裝置116中的熱水來維持栽培區118的溫度,以降低植物工廠的耗電量,進而節省成本。在本實施例中,預設溫度可例如是28℃,但本發明不以此為限,在其他實施例中,所述預設溫度可依使用者需求來調整。

值得一提的是,雖然本實施例的節能系統100也使用二氧化碳當作發電媒介,但經由發電單元110后的氣態二氧化碳可被運送至栽培區118中,以供應栽培區118中的植物進行光合作用。因此,本實施例的節能系統100整體散逸至外界的二氧化碳量遠低于采用其他耗能的空調設備所產生的溫室氣體量(也即二氧化碳量)。在一實施例中,節能系統100散逸至外界的二氧化碳量與其他空調設備所產生的二氧化碳量的比為1:5。由此可知,本實施例的節能系統100不僅可降低植物工廠的耗電量,以節省成本,相較于其他耗能的空調設備,還更具備環保綠能的功用。

綜上所述,本發明通過熱交換器,將流經所述熱交換器后的液態二氧化碳轉變為氣態二氧化碳,藉此產生電能。在夏季環境下,所述電能可用來加熱且儲存熱水,以在冬季環境下提供熱水至空調單元來調節栽培區的溫度。另一方面,所述氣態二氧化碳也可運送至栽培區中,用以供應栽培區中的植物進行光合作用。如此一來,本發明不僅能通過二氧化碳的相變來發電以降低植物工廠的耗電量,同時還可通過氣態二氧化碳來供應栽培區中的植物進行光合作用,進而降低植物工廠的生產成本。此外,本實施例的節能系統不僅可降低植物工廠的耗電量,以節省成本,相較于其他耗能的空調設備,還更具備環保綠能的功用。

最后應說明的是:以上各實施例僅用以說明本發明的技術方案,而非對其限制;盡管參照前述各實施例對本發明進行了詳細的說明,本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改,或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換;而這些修改或者替換,并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的范圍。

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節能 系統 控制 方法
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