一种植物工厂槽缝射流散热装置及配套栽培架

摘要

本发明涉及植物栽培的散热设备领域，公开了一种植物工厂槽缝射流散热装置，包括气源、主管道和射流管道，气源具有出风口，主管道的一端与气源连通，主管道上设有连接口，射流管道的一端与连接口连通，射流管道的另一端封闭设置，射流管道的侧壁上沿射流管道的长度方向设有射流出口结构，能够有效的对栽培层架上的植株进行散热，改善局部气流流动情况。

权利要求

1.一种植物工厂槽缝射流散热装置，其特征在于，包括气源、主管道和射流管道，所述气源具有出风口，所述主管道的一端与气源连通，所述主管道上设有连接口，所述射流管道的一端与连接口连通，射流管道的另一端封闭设置，所述射流管道的侧壁上沿射流管道的长度方向设有射流出口结构，所述射流出口结构为射流槽缝，所述射流槽缝沿射流管道的长度方向延伸设置,与射流槽缝相距离s的任一截面的平均速度vm计算公式如下：其中，b0为射流槽缝宽度一半，v0为射流初始速度，a为常数，值在0.1‑0.11之间,通过上述公式确定射流槽缝的射流速度，为进行管道几何设计提供基本参数，通过理论计算获得射流管道准确的几何尺寸,射流管道的关键几何尺寸为长度L和管径D,本发明提供两种计算方式设计射流管道的长度L,第一种方案：保持射流速度沿管道方向分布均匀，确定适宜的最大管长，包括如下步骤：(1)射流槽缝的宽度为b，射流槽缝贯穿整个射流管道，假设射流速度分布vslot为常数，A为射流面积，则x处管道速度为：(2)限定x＝Lm时，最大速度不超过20m/s，则最大槽缝宽度b：(3)整个分支管道的压力损失：

当射流速度沿管子不变时，需满足：

联立(3)(4)式，可求得L＝3D/λ；

本方案针对射流速度沿管道方向均匀分布的情况，获得如上公式，带入可得L；

第二种方案：允许射流速度沿管道方向有一定程度减小，确定适宜的最大管长，包括如下步骤：(1)射流管长L，x是沿管道长度方向的位置,dx是沿管道长度方向积分的x的微小变化，初始流速vslot‑2，末尾流速vslot‑1，射流速度分布符合：(2)则管道内流速：

而伯努利方程

上述式6‑11联合迭代求解，可得确定管道的长度L，

本方案在流速度沿管道方向有一定程度减小的情况下，根据此公式，确定适宜的最大管长。

2.如权利要求1所述的植物工厂槽缝射流散热装置，其特征在于，所述出风口上固定有连接法兰，所述主管道上设有外丝接头，所述外丝接头和连接法兰连接，所述外丝接头和连接法兰的连接处嵌设有密封垫圈。

3.如权利要求1所述的植物工厂槽缝射流散热装置，其特征在于，所述主管道和射流管道均为伸缩软管，所述主管道和射流管道的材料包括但不局限于橡胶、PVC和铝合金，所述射流管道为等径或变径结构。

4.一种配套栽培架，其特征在于，包括栽培层架和如权利要求1‑3任一所述植物工厂槽缝射流散热装置，所述植物工厂槽缝射流散热装置的射流管道固定在栽培层架的侧面，所述射流管道水平或竖直设置，所述射流出口结构朝向栽培层架。

5.如权利要求4所述的配套栽培架，其特征在于，包括多个植物工厂槽缝射流散热装置，多个植物工厂槽缝射流散热装置的射流管道在栽培层架的侧面上对称设置，所述主管道和射流管道上固定有固定卡扣或固定丝线，所述射流管道和主管道通过固定卡扣或固定丝线固定在栽培层架上,所述栽培层架包括多层放置层架和循环水系统，所述放置层架上放置有栽培槽，所述循环水系统包括循环水箱、水泵、进水管和回水管，所述循环水箱和水泵位于栽培层架底部，所述进水管通过水泵与循环水箱相通，所述进水管竖直设置并与各层放置层架的栽培槽水路连接，所述回水管的底部与循环水箱相通，所述回水管与各层放置层架的栽培槽水路连接，除了最底层放置层架，其余放置层架的下表面固定有照明灯组。

说明书

一种植物工厂槽缝射流散热装置及配套栽培架

技术领域

[0001] 本发明涉及植物栽培的散热设备领域，特别是一种植物工厂槽缝射流散热装置及配套栽培架。

背景技术

[0002] 植物工厂是农业发展的高级阶段，在我国虽然起步较晚，但发展速度是前所未有的。环境控制技术是植物工厂生产过程中不可或缺的，但凡有植物种植的地方，其环境条件控制至关重要。目前，大型植物工厂由于其空间大、层数多、密集度高，在植物生长环境温度均匀性控制上存在较大的难度。当前植物工厂中，散热在栽培模组的侧面安装散热风扇或散热管道，直接加装散热管道的，沿散热管道的方向，距离越远，压降越大，散热管道无法对栽培模组上做到均匀散热，另外，目前的散热管道为固定式管道，拆装麻烦。

发明内容

[0003] 为此，需要提供一种植物工厂槽缝射流散热装置及配套栽培架，能够有效的解决栽培层架上散热不均的问题。

[0004] 为实现上述目的，本发明提供了植物工厂槽缝射流散热装置，包括气源、主管道和射流管道，所述气源具有出风口，所述主管道的一端与气源连通，所述主管道上设有连接口，所述射流管道的一端与连接口连通，射流管道的另一端封闭设置，所述射流管道的侧壁上沿射流管道的长度方向设有射流出口结构。

[0005] 进一步，所述射流出口结构为射流槽缝，所述射流槽缝沿射流管道的长度方向延伸设置,与射流槽缝相距离s的任一截面的平均速度vm计算公式如下：

[0006]

[0007] 其中，b0为射流槽缝宽度一半，v0为射流初始速度，a为常数，值在0.1‑0.11之间。

[0008] 散热气流沿射流管道流动的过程能够不断的从射流槽缝吹向栽培层架。

[0009] 进一步，所述射流管道的长度L，射流管道的长度L的计算过程包括以下两种方案：

[0010] 第一种方案射流速度不变，包括如下步骤：

[0011] (1)射流槽缝的宽度为b，射流槽缝贯穿整个射流管道，假设射流速度分布vslot为常数，A为射流面积，则x处管道速度为：

[0012]

[0013] (2)限定x＝Lm时，最大速度不超过20m/s，则最大槽缝宽度b：

[0014]

[0015] (3)整个分支管道的压力损失：

[0016]

[0017] 当射流速度沿管子不变时，需满足：

[0018]

[0019] 联立(3)(4)式，可求得L＝3D/λ；

[0020] 第二种方案射流速度减小，包括如下步骤：

[0021] (1)射流管长L，x是沿管道长度方向的位置,dx是沿管道长度方向积分的x的微小变化,初始流速vslot‑2，末尾流速vslot‑1，射流速度分布符合：

[0022]

[0023] (2)则管道内流速：

[0024]

[0025] 而伯努利方程

[0026]

[0027] 上述式6‑11联合迭代求解，可得确定管道的长度L。

[0028] 进一步，所述射流出口结构为多个射流孔，多个射流孔沿射流管道的长度方向间隔设置。

[0029] 进一步，所述射流孔的形状包括但不限位于正方形、圆形、菱形和椭圆形。不同形状的射流孔，能够解决气流的覆盖问题。

[0030] 进一步，所述射流孔的孔径与射流管道的直径的比例为1:5‑1：10，所述多个射流孔的等间距设置。

[0031] 进一步，所述出风口上固定有连接法兰，所述主管道上设有外丝接头，所述外丝接头和连接法兰连接，所述外丝接头和连接法兰的连接处嵌设有密封垫圈。

[0032] 进一步，所述主管道和射流管道均为伸缩软管，所述主管道和射流管道的材料包括但不局限于橡胶、PVC和铝合金。伸缩软管能够根据实际情况伸缩一定的长度，使得植物工厂槽缝射流散热装置适应多种规格的栽培层架，所述射流管道为等径或变径结构。

[0033] 一种配套栽培架，包括栽培层架和上述植物工厂槽缝射流散热装置，所述植物工厂槽缝射流散热装置的射流管道固定在栽培层架的侧面，所述射流管道水平或竖直设置，所述射流出口结构朝向栽培层架。

[0034] 进一步，包括多个植物工厂槽缝射流散热装置，多个植物工厂槽缝射流散热装置的射流管道在栽培层架的侧面上对称设置，所述主管道和射流管道上固定有固定卡扣或固定丝线，所述射流管道和主管道通过固定卡扣或固定丝线固定在栽培层架上，所述栽培层架包括多层放置层架和循环水系统，所述放置层架上放置有栽培槽，所述循环水系统包括循环水箱、水泵、进水管和回水管，所述循环水箱和水泵位于栽培层架底部，所述进水管通过水泵与循环水箱相通，所述进水管竖直设置并与各层放置层架的栽培槽水路连接，所述回水管的底部与循环水箱相通，所述回水管与各层放置层架的栽培槽水路连接，除了最底层放置层架，其余放置层架的下表面固定有照明灯组。主管道和射流管道与栽培层架通过卡扣连接，方便植物工厂槽缝射流散热装置的拆装。

[0035] 上述技术方案具有以下有益效果：

[0036] 本发明中，散热气流沿射流管道进行流动时，从射流出口结构各处射出的散热气流的气压降不会太大，使得散热气流的流速较为一致，能够有效的对栽培层架上的植株进行散热，改善局部气流流动情况，保证植物在适宜的环境条件范围内生长。

附图说明

[0037] 图1为实施例1所述植物工厂散热装置的结构图。

[0038] 图2为实施例1所述主管道和气源连接的结构图。

[0039] 图3为实施例1所述的射流槽缝的结构图。

[0040] 图4为实施例1所述的圆形射流孔的结构图。

[0041] 图5为实施例1所述的椭圆形射流孔的结构图。

[0042] 图6为实施例2所述的植物工厂散热装置的放置方式。

[0043] 图7为实施例2所述的植物工厂散热装置的放置方式。

[0044] 图8为实施例2所述的植物工厂散热装置的放置方式。

[0045] 图9为实施例2所述的植物工厂散热装置的放置方式。

[0046] 图10实施例2所述的卡扣的结构图。

[0047] 图11实施例2所述的栽培层架的结构图。

[0048] 图12实施例1所述与射流槽缝相距离s的任一截面的流速的计算示意图。

[0049] 附图标记说明：

[0050] 1、气源；11、出风口；12、连接法兰；13、密封垫圈；2、主管道；21、外丝接头；22、连接口；3、射流管道；31、射流槽缝；32、射流孔；4、植物工厂槽缝射流散热装置；5、栽培层架；51、放置层架；52、循环水箱；53、水泵；54、进水管；55、回水管；56、照明灯组；57、栽培槽；6、固定卡扣。

具体实施方式

[0051] 为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。

[0052] 实施例1

[0053] 请参阅图1‑5和12，本实施例提供一种植物工厂槽缝射流散热装置，包括气源1、主管道2和射流管道3，所述气源1为吹风机，所述吹风机上设置有流量调节档位。所述吹风机的底面设有安放底座，便于平稳放置或固定安装于水平地面上，吹风机的上面设有固定有把手，便于拎带，所述气源1具有出风口11，所述主管道2的一端与气源1连通，具体的，所述出风口11上固定有连接法兰12，所述主管道2上设有外丝接头21，所述外丝接头21和连接法兰12连接，所述外丝接头21和连接法兰12的连接处嵌设有密封垫圈13，以防止漏气。

[0054] 本实施例中，所述主管道2和射流管道3均为伸缩软管，所述主管道2和射流管道3的材料包括但不局限于PVC和铝合金。伸缩软管能够根据实际情况伸缩一定的长度，使得植物工厂槽缝射流散热装置适应多种规格的栽培层架5，且选用粗糙度低的材料，能最大限度降低气体在流动过程中的损失。

[0055] 所述主管道2上设有连接口22，所述射流管道3的一端与连接口22连通，射流管道3的另一端封闭设置，具体的，射流管道3远离主管道2的一端通过管帽进行封闭，射流管道3的管径可以是恒定的也可以是逐渐减小的，附图3中。所述射流管道3的管径沿远离连接口22的方向逐渐减小，所述射流管道3的侧壁上沿射流管道3的长度方向设有射流出口结构。

[0056] 如图3所示，射流出口结构为射流槽缝31，所述射流槽缝31沿射流管道3的长度方向延伸设置，

[0057] 以恒定的射流管道为例，如图12中，与射流槽缝相距离s的任一截面的平均速度vm计算公式如下：

[0058]

[0059] 其中，b0为射流槽缝宽度一半，v0为射流初始速度，a为常数，值在0.1‑0.11之间。

[0060] 假如v0＝5m/s，b0＝0.003m，s＝0.4m，则vm/v0＝0.26，vm＝1.33m/s,即缝隙宽度为6mm时，距离射流孔40cm的位置平均风速约为1.33m/s,数量级同扰流风扇相当。给定射流速度分布，射流管道3阻力损失系数为λ，射流管道3直径为D，射流槽缝31宽度为b，通过流速关系和伯努利方程即可确定射流管道3的长度L，

[0061] 所述射流管道的长度L，射流管道的长度L的计算过程包括以下两种方案：

[0062] 第一种方案射流速度不变，包括如下步骤：

[0063] (1)射流槽缝的宽度为b，射流槽缝贯穿整个射流管道，假设射流速度分布vslot为常数，A为射流面积，则x处管道速度为：

[0064]

[0065] (2)限定x＝Lm时，最大速度不超过20m/s，则最大槽缝宽度b：

[0066]

[0067] (3)整个分支管道的压力损失：

[0068]

[0069] 当射流速度沿管子不变时，需满足：

[0070]

[0071] 联立(3)(4)式，可求得L＝3D/λ；

[0072] λ＝0.07时，L＝1.08m；λ＝0.05时，L＝1.5m。

[0073] 射流速度vsloe为5m/s时，根据公式(3)可得槽缝宽度bmax＝0.0013m，整个分支管道压损Δpw＝240Pa。

[0074] 由此可得，下表1

[0075]

[0076] 第二种方案射流速度减小，包括如下步骤：

[0077] (1)射流管长L，x是沿管道长度方向的位置,dx是沿管道长度方向积分的x的微小变化,初始流速vslot‑2，末尾流速vslot‑1，射流速度分布符合：

[0078]

[0079] (2)则管道内流速：

[0080]

[0081] 而伯努利方程

[0082]

[0083] 上述式6‑11联合迭代求解，可得确定管道的长度L。

[0084] 根据上述公式，以经过L管长，射流速度从5m/s降到3m/s,槽缝宽度b，为例，求L。

[0085] 射流速度分布符合：

[0086] 管道内速度：

[0087] 根据伯努利方程，将vsiot‑2＝5m/s，vsiot‑1＝3m/s代入，可得：

[0088]

[0089] 由此，给定射流速度分布，管道阻力损失系数λ，管道直径D，槽缝宽度b即可确定管道的长度L。L需要通过迭代求出。管子分为等径和变径两种，伸缩性管子可以是硬的材质或者软管；散热孔孔径为等径和变径两种尺寸：同一口径或者锥形口径；在主管道、微管道为锥形形状时，应用公式一样，只是进行分段计算，确定射流孔风速和微管道的长度。

[0090] 上述计算中槽缝假设是贯穿管道的，每米上射流面积为b*1，假如开小孔直径为d，面积为A＝πd^2/4,每米开孔个数为b/A。

[0091] 射流管道3的压力损失如表2：

[0092] 表2不同射流槽缝宽度的压力损失

[0093]

[0094]

[0095] 另一种实施方式，射流出口结构为多个射流孔32，多个射流孔32沿远离连接口22的方向间隔设置，多个射流孔32的孔径可以保持不变也可以逐渐减小，附图4‑5中，多个射流孔32的孔径沿远离连接口22的方向逐渐减小，所述射流孔32的形状包括但不限位于正方形、圆形、菱形和椭圆形。不同形状的射流孔32，能够解决气流的覆盖问题，圆形的射流孔32如图4所示，椭圆形的射流孔32如图5所示。正方形和圆形的射流孔32的沿竖直轴和水平轴具有相同的覆盖空间，而椭圆形和菱形的射流孔32，气流沿其水平长轴方向有较大的覆盖空间，而竖直短轴方向气流的覆盖范围较小。

[0096] 表2中最后一列表示，不同宽度的射流槽缝的压力损失与不同孔距的圆形射流孔方案的对应情况，该圆形孔的直径为0.004m。

[0097] 实施例2

[0098] 如图6所示，一种配套栽培架，包括栽培层架5和上述植物工厂槽缝射流散热装置4，所述植物工厂槽缝射流散热装置4的射流管道3固定在栽培层架5的侧面，所述射流管道3水平设置，所述射流出口结构朝向栽培层架5，射流出口结构可以置于植物灯下直接带走植物灯散出来的热量或置于植物冠层表面高度，直接保证植物冠层的温湿度环境条件。配套栽培架可以包括两个植物工厂槽缝射流散热装置4，如图7所示，两个植物工厂槽缝射流散热装置4并分别位于左右两侧。

[0099] 如图8所示，另一种实施方式，主管道2在栽培层架5上具有水平延伸的延长端，射流管道3在栽培层架5的侧面上垂直设置，配套栽培架可以包括两个植物工厂槽缝射流散热装置4，如图9所示，两个植物工厂槽缝射流散热装置4并分别位于左右两侧。

[0100] 本实施例中，所述主管道2和射流管道3上固定有固定卡扣或固定丝线，所述射流管道3和主管道2通过固定卡扣6或固定丝线固定在栽培层架5上。主管道2和射流管道3与栽培层架5通过固定卡扣16连接，方便植物工厂槽缝射流散热装置4的拆装。本实施例中，如图10所示，固定卡扣16为抱箍形式，可以调整大小，范围为20mm‑50mm，便于固定射流管道和主管道。抱箍包括两部分，一部分通过固定座与栽培层架5固定连接，另一部分通过螺栓进行固定。

[0101] 如图11所示，栽培层架包括多层放置层架51和循环水系统，放置层架51上放置有栽培槽57，循环水系统包括循环水箱52、水泵53、进水管54和回水管55，循环水箱52和水泵53位于栽培层架底部，进水管54通过水泵53与循环水箱52相通，进水管54竖直设置并与各层放置层架51的栽培槽57水路连接，回水管55的底部与循环水箱52相通，回水管55与各层放置层架51上的栽培槽57水路连接，除了最底层放置层架51，其余放置层架51的下表面固定有照明灯组56。

[0102] 本发明使用时，开启吹风机，气流沿主管道2流向射流管道3，气流的流量可以通过吹风机上的流量调节档位调节大小，气流沿射流管道3流动时，能够不断从射流出口结构以射流的方式吹向栽培层架5，射流管道3的管径可以保持不变也可以逐渐减小，由于射流管道3的管径逐渐减小，由于射流管道3的管径逐渐减小，因此，从射流出口结构各处射出的气流的气压降相差不大，使得气流的流速较为一致，能够有效的对栽培层架5上的植株进行散热，当射流出口结构位于植物灯下时，能够直接带走植物灯灯散出来的热量；射流出口结构位于植物冠层表面高度时，能够直接植物冠层的温湿度环境条件。

[0103] 需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。

[0104] 尽管已经对上述各实施例进行了描述，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改，所以以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。