КЛИМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА
CLIMATE SYSTEM

Настоящее изобретение относится к системе для подачи кондиционированного воздуха в помещение для выращивания личинок насекомых.
2
2
2
При выращивании личинок насекомых важно равномерно подавать свежий кондиционированный воздух, т.е. воздух с заданными температурой, влажностью, содержанием O и CO, всем личинкам насекомых, в частности, из-за выработки тепла, влаги и CO личинками и подложкой, и создать оптимальный климат для их роста. На традиционных предприятиях по выращиванию рост личинок насекомых происходит на подложке в ящиках. Другими словами, в ящиках находится биомасса, состоящая из личинок и подложки, которая может содержать корм для личинок, продукты жизнедеятельности насекомых, частички кожи насекомых, микроорганизмы и т.д. Циркуляцию воздуха обеспечивают с помощью вентиляторов. Однако это возможно только при низкой плотности. При использовании большего количества ящиков в помещении эффективность циркуляции воздуха снижается, и в какой-то момент система достигает своего предела. Однако применяемые в традиционных системах ящики не обеспечивают оптимальных однородных климатических условий для всех сценариев.
Таким образом, желательно создать систему, в которой можно выращивать большое количество личинок в условиях высокой плотности размещения за счет улучшения циркуляции воздуха в помещении. В частности, необходимо обеспечить направленный поток воздуха над каждым отдельным ящиком и кондиционированный воздух для оптимизации передачи энергии из биомассы в воздух. Кроме того, воздух необходимо отводить из помещения, не допуская накопления тепла и влаги, чтобы обеспечить оптимальный климат роста для личинок насекомых.
Эти цели достигаются с помощью настоящего изобретения, как определено в формуле изобретения.
В частности, настоящее изобретение относится к системе для подачи кондиционированного воздуха в помещение для выращивания личинок насекомых. Система включает ящики для хранения личинок насекомых, причем ящики выполнены с возможностью штабелирования с образованием вертикальной колонны, и при этом ящики содержат боковые вырезы, расположенные на противоположных сторонах. Впускной воздуховод для индивидуальной подачи кондиционированного воздуха в ящики расположен в вертикальном направлении и содержит по меньшей мере одно сопло для каждого ящика в колонне. Положение по меньшей мере одного сопла соответствует положению бокового выреза соответствующего ящика. Система дополнительно включает выпускной канал, причем выпускной канал расположен в вертикальном направлении, и при этом выпускной канал расположен на стороне штабелированных ящиков, противоположной впускному воздуховоду.
2
Предпочтительно воздух кондиционируют таким образом, чтобы он имел конкретную температуру, влажность, скорость/давление и/или долю CO. Впускной воздуховод может быть выполнен в виде сильфона для обеспечения равномерного давления воздуха в каждом ящике. Впускной воздуховод может включать три или пять сопел на ящик. Впускной воздуховод может подавать кондиционированный воздух на две колонны штабелированных ящиков, расположенные напротив друг друга относительно впускного воздуховода.
Предпочтительно выпускной канал образован пространством между двумя смежными колоннами ящиков. Каждая из двух колонн штабелированных ящиков может иметь один впускной воздуховод для подачи кондиционированного воздуха между ними и два выходных воздуховода на соответствующих внешних сторонах колонн. Для всасывания отработавшего воздуха через выпускные каналы может быть предусмотрено всасывающее усилие. Предпочтительно над выпускными каналами образовано пространство, обеспечивающее равномерное всасывающее усилие для всех выпускных каналов.
Ниже приводится описание изобретения со ссылкой на сопроводительные чертежи.
На Фиг. 1 показано моделирование методами вычислительной гидродинамики (CFD-моделирование) потока воздуха, проходящего через ящик.
На Фиг. 2 показано моделирование методами вычислительной гидродинамики (CFD-моделирование) потока воздуха, проходящего через ящик.
На Фиг. 3 показаны примеры структуры вытяжной системы.
На Фиг. 4 показан пример вида в разрезе системы в соответствии с настоящим изобретением.
На Фиг. 5 показан пример вида помещения с кондиционируемым воздухом в соответствии с изобретением.
На Фиг. 6 представлена принципиальная схема системы.
2
Изобретение относится к системе нагрева, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC), предназначенной для обеспечения подходящей среды для выращивания личинок насекомых. Личинки могут расти на подложке, которая обеспечивает питание, т. е. питательную среду. Среда может содержать органические отходы или другие типы питания, подходящие для личинок насекомых и обеспечивающие их рост. Таким образом, сама подложка содержит микроорганизмы, которые также растут и вырабатывают тепло и CO. Личинки вместе с подложкой хранятся в ящиках 1, выполненных с возможностью штабелирования, которые могут иметь прямоугольную форму. Стенки самих ящиков 1 предпочтительно являются воздухонепроницаемыми. Ящики 1 штабелированы с образованием колонны, а множество колонн хранятся смежно друг с другом с образованием рядов. Множество рядов могут храниться смежно друг с другом, при этом формируются стены и коридоры. Возможность штабелирования достигается, например, за счет самоцентрирующихся элементов на стенках ящиков, которые позволяют штабелировать их вертикально и, таким образом, уплотнять их относительно герметичным образом. Однако могут быть предусмотрены и другие средства для вертикального штабелирования ящиков 1. Предпочтительно колонна ящиков 1 содержит от трех до тридцати ящиков 1. Таким образом, достигаются высокая плотность личинок и большой объем производства.
Поскольку личинкам необходимо подавать свежий воздух, в ящиках 1 образованы вырезы 11 для прохождения воздуха. Вырезы 11 образованы на противоположных сторонах, предпочтительно на более коротких сторонах, но также могут быть предусмотрены на всех четырех сторонах. Таким образом, вырезы 11 могут быть расположены в боковом направлении.
2
Ящики 1 предпочтительно имеют высоту приблизительно 290 мм и высоту от нижней части ящика 1 до выреза 11 по меньшей мере 150 мм, чтобы обеспечить высоту подложки или питательной среды 100 мм. Более предпочтительно высота от нижней части ящика 1 до выреза 11 составляет 160 мм, что позволяет разметить вырез 11 на высоте 130 мм. При этом ширина выреза 11 предпочтительно составляет 450 мм. Таким образом, площадь выреза 11 может составлять приблизительно 58 500 мм. Ящики предпочтительно имеют длину 300-1200 мм, ширину 200-800 мм и высоту 100-500 мм. Ящики 1 могут иметь структурные элементы, такие как канавки и выступы, позволяющие размещать их с возможностью штабелирования. Более того, каждый ящик 1 может включать в себя чип радиочастотной идентификации (РЧИД), штрихкод, QR-код или т. п., которые позволяют идентифицировать ящик 1 и обеспечить автоматизированную обработку.
2
Однако, когда ящики 1 просто штабелированы в помещении с образованием рядов и колонн, и помещение вентилируют традиционными вентиляторами, сложно обеспечить равномерный поток воздуха, проходящий через ящики 1, особенно если количество ящиков 1 увеличивается для увеличения объема выращивания. Таким образом, настоящее изобретение обеспечивает направленный поток воздуха над каждым отдельным ящиком 1. Кроме того, воздух можно тщательно кондиционировать, чтобы обеспечить оптимальную температуру, влажность и содержание CO в воздухе. Следовательно, у каждого ящика 1 может быть своя индивидуальная подача воздуха.
В соответствии с настоящим изобретением впускной воздуховод 2 сформирован смежно с колонной штабелированных ящиков 1 для подачи кондиционированного воздуха. Впускной воздуховод 2 может быть расположен в вертикальном направлении, при этом «вертикальное направление» означает направление, перпендикулярное земле. Впускной воздуховод 2 также может быть расположен в горизонтальном направлении, причем «горизонтальное направление» означает направление, параллельное земле. Выпускные воздушные отверстия, которые могут быть выполнены в виде отверстий или сопел 21 во впускном воздуховоде 2, сформированы с интервалами, соответствующими вырезам 11 ящиков 1, когда те размещены со штабелированием. Сопла предпочтительно расположены на расстоянии 10-80 мм над нижней линией выреза 11. На ящик 1 приходится по меньшей мере одно отверстие и максимум десять отверстий, но возможный предпочтительный вариант - от одного до пяти отверстий на ящик 1. Отверстия, выполненные в виде сопел 21, обеспечивают направленный поток воздуха и оптимальное распределение тепла. Таким образом, сопла 21 служат для направления и/или регулирования потока воздуха. Диаметр отверстий или сопел 21 может быть выполнен с возможностью регулирования.
2
2
2
Ящики 1 могут быть расположены позади друг друга, и сопла 21 могут обеспечивать кондиционированным воздухом множество ящиков 1. Таким образом, множество колонн ящиков 1 могут образовывать ряд в направлении воздушного потока, и воздух будет последовательно проходить через ящики в горизонтальном направлении. Таким образом, одно сопло 21 и система сопел 21 соответственно можно использовать для обслуживания от одного до восьми ящиков 1, предпочтительно для обслуживания от одного до четырех ящиков 1, а наиболее предпочтительно для обслуживания только одного ящика 1. Иными словами, площадь, обслуживаемая одним соплом 21 или системой сопел 21 соответственно, может составлять менее 2 м, предпочтительно менее 1 м, а более предпочтительно менее 0,5 м.
3
Для обеспечения однородного давления воздуха и скорости потока кондиционированного воздуха в каждом ящике 1 вертикальный впускной воздуховод 2 может представлять собой гибкий воздуховод, например, образованный в виде сильфона или рукава. Например, сильфон может быть заполнен воздухом под давлением, который затем подается в ящики 1 через сопла 21. Сильфон может иметь круглое поперечное сечение. При использовании сильфона с круглым поперечным сечением можно избежать образования завихрения внутри ящика 1, расположив сопла 21 с угловым смещением относительно друг друга. Но для этой цели также можно использовать и другие конструкции, позволяющие равномерно распределять воздух в каждый ящик 1 с одинаковым давлением и скоростью потока. Над штабелем ящиков может быть предусмотрена камера под давлением для обеспечения равномерного распределения воздуха с точки зрения давления, воздушного потока и параметров воздуха по всем входным воздуховодам 2. В случае вертикального впускного воздуховода 2 сильфон может быть подвешен к потолку. Сопла 21 могут быть расположены на противоположных сторонах впускного воздуховода 2 для одновременной подачи кондиционированного воздуха к двум колоннам штабелированных ящиков 1. Расход воздуха на ящик может составлять менее 40 м³/ч, предпочтительно менее 30 м³/час, более предпочтительно менее 20 м³/час. Моделирование показало, что соответствующий объемный расход воздуха на ящик может составлять 13 м/ч.
Для нахождения оптимальной конфигурации было выполнено моделирование методами вычислительной гидродинамики (CFD). Одно сопло 21, которое было направлено перпендикулярно вырезу 11 ящика 1, обеспечивало прямую струю от впускного отверстия к выпускному отверстию, которая, по-видимому, мало взаимодействовала с биомассой. В других CFD-моделях использовали три сопла 21, одно из которых было перпендикулярно вырезу 11 ящика 1, а два других были смещены на 30° влево и вправо соответственно. Это обеспечивало равномерное распределение и расход воздуха через ящик 1 без утечки потока в области выреза 11 ящика напротив сопел 21. Таким образом, было обеспечено взаимодействие с биомассой во всем ящике 1. Кроме того, при увеличении количества сопел 21 до пяти, которые были смещены на 30° и 45° соответственно, наблюдали хорошее распределение потока в ящике 1. Без утечки через вырез 11 ящика также можно ожидать хорошего взаимодействия кондиционированного воздуха с биомассой. Но внешние сопла 21 могут приводить к явлению рециркуляции. Однако настоящее описание не ограничено одним, тремя или пятью соплами 21, но также можно использовать другие количества и величины углов.
На Фиг. 1 показаны результаты CFD-моделирования с использованием простой модели ящика 1 и трех сопел 21 с двух различных видов в перспективе. Как показано линиями 22 потока, кондиционированный воздух распределяется по большей части объема ящика 1 и, таким образом, обеспечивает однородный климат для роста. На Фиг. 2 представлен вид сверху впускного воздуховода 2, ящика 1 и выпускного канала 3. В этом модели использовали сильфон с тремя соплами 21, как описано выше. По линиям 22 воздушного потока также можно наблюдать равномерное распределение кондиционированного воздуха.
2
Одним из ключевых аспектов эффективного кондиционирования и циркуляции воздуха является отвод отработавшего воздуха, т. е. тепла, влаги и CO, из помещения. Таким образом, выпускной канал 3 образован пространством между двумя колоннами и рядами штабелированных ящиков 1 на стороне ящиков 1, противоположной впускному воздуховоду 2. Поскольку вырезы 11 предусмотрены по меньшей мере на двух сторонах ящиков 1, проходящий воздух может выходить из ящика 1 через вырез 11 напротив впускного воздуховода 2.
В потолке кондиционируемого помещения предусмотрено по меньшей мере одно отверстие 31, образованное в вытяжном канале 32, для всасывания отработавшего воздуха из помещения. Соответствующий поток 33 воздуха показан на Фиг. 3a) и b). Отверстие 31 может быть выполнено в виде одного центрального вытяжного отверстия 31, как показано на Фиг. 3 b). В случае, если образовано множество отверстий, а не одно центральное отверстие 31, положения отверстий 31 предпочтительно соответствуют выпускным каналам 3. Как показано на Фиг. 3a), CFD-моделирование показало, что множество выпускных каналов 3 и соответствующих отверстий 31, предпочтительно по одному для двух смежных колонн ящиков 1, позволили получить предпочтительный результат. Для эффективного всасывания воздуха из помещения можно обеспечить всасывающее усилие. Однако существует проблема, связанная с равномерным распределением вакуума по всем выходным воздуховодам 3.
Чтобы не применять конфигурацию отдельных отверстий для каждой пары колонн, т.е. для каждого выпускного канала 3, ряд выпускных каналов 3 может быть соединен и снабжен одним отверстием. Тем не менее, чтобы обеспечить аналогичное всасывающее усилие для всех выпускных каналов 3 в ряду и, таким образом, для всех ящиков, вытяжной канал над ящиками, т. е. пространство над ящиками, по которому воздух проходит из выпускных каналов к отверстию, может иметь коническую форму. Другими словами, выпускные каналы 3 образованы пространством между колоннами ящиков 1, тогда как вытяжные каналы 32 образованы над колоннами ящиков 1 и ограничены потолком помещения для хранения, в котором расположены ящики 1. Таким образом, отверстия 31 предпочтительно выполнены в потолке помещения для хранения. Если необходимо использовать одно центральное отверстие 31, распределение вакуума между всеми выпускными каналами 3 можно улучшить за счет увеличения высоты вытяжного канала 32, т. е. за счет увеличения объема над ящиками. Таким образом, всасывающее усилие в выходных точках в одном отделении для выращивания, образованном рядами и колоннами ящиков 1, может быть однородным. Таким образом, можно добиться равномерной скорости потока воздуха для каждого ящика, поскольку все выпускные отверстия выпускного канала имеют одинаковое всасывающее усилие.
Предпочтительно отработавший воздух, который уже прошел через внутреннюю часть ящика 1, удаляется всасывающим усилием, которое создает отрицательное давление в выпускном канале 3. Кроме того, выпускной канал 3, образованный штабелированными ящиками 1, может быть шире, чем впускной воздуховод 2. Например, выпускной канал 3 может иметь ширину 200-1000 мм, более предпочтительно ширину 300-500 мм.
Таким образом, выпускной канал 3 может быть образован пространством между штабелированными ящиками 1 и их стенками соответственно, которые образуют канал, как и воздуховоды над каналом, для обеспечения равномерного всасывающего усилия в выпускном канале.
2
Для управления кондиционированием и сбором информации о росте личинок насекомых можно выполнять измерения температуры, влажности и содержания CO во входящем и отработавшем воздухе.
На Фиг. 4 представлены два вида в разрезе помещения с кондиционируемым воздухом со смещением на 90°. В данном примере осуществления пространство между колоннами, образующими впускной воздуховод 2 и выпускной канал 3 соответственно, составляет 300 мм и 400 мм. В зависимости от размера и общего количества ящиков 1 и их расположения в кондиционируемом помещении могут потребоваться и другие меры.
На Фиг. 5 представлен пример компоновки ящиков в помещении с кондиционируемым воздухом в соответствии с примерами осуществления изобретения трех отдельных отделений с шестью рядами ящиков 1, причем каждое отделение имеет три впускных воздуховода 2 и четыре выпускных канала 3. Таким образом, последовательность в каждом отделении может быть следующей: выпускной канал 3, ящики 1, впускной воздуховод 2, ящики 1, выпускной канал 3, при этом последовательность повторяется таким образом, что каждый впускной воздуховод 2 совместно используется двумя колоннами ящиков 1.
На Фиг. 5 a)-c) показаны три примера осуществления изобретения, которые отличаются структурой вытяжного канала 32. На Фиг. 5 a) и b) показан конический вытяжной канал 32, как описано выше. В отделении, представленном на Фиг. 5 с), показан приподнятый потолок вытяжного канала 32. Кроме того, на Фиг. 5 показаны три различные структуры для подачи свежего воздуха.
Эффективность и эксплуатационные характеристики настоящего изобретения не изменяются при отсутствии некоторых рядов или колонн ящиков 1. Таким образом, хотя можно обеспечить одновременное кондиционирование большего количества ящиков 1 и, следовательно, большего количества личинок насекомых, для правильной работы системы необязательно, чтобы помещение всегда было полностью заполнено ящиками 1.
2
2
2
На Фиг. 6 представлена принципиальная схема системы, на которой показан поток воздуха в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Возвратный воздух из кондиционируемого помещения для выращивания можно смешивать со свежим воздухом и кондиционировать в зависимости от различных параметров, таких как температура (нагрев/охлаждение), содержание CO, содержание O и влажность. Кондиционированный воздух подается в помещение в виде входящего воздуха, где он обеспечивает здоровый климат для роста личинок насекомых. Возвратный воздух, поступающий из помещения для выращивания, может частично подвергаться рециркуляции и может быть частично выпущен в окружающую среду в виде отработавшего воздуха. Скорость рециркуляции может составлять 0-100% в зависимости от условий воздуха внутри и снаружи помещения. Для приведения в действие системы кондиционирования воздуха предусмотрен источник питания. Измеренные данные о состоянии воздуха, например данные о температуре, влажности и содержании CO, получают от системы кондиционирования и используют для управления указанной системой и при необходимости регулируют параметры для постоянного обеспечения оптимального климата внутри помещения. Точки измерения или датчики могут быть расположены во впускном воздуховоде 2, выпускном канале 3 или на самом ящике 1. Для анализа параметров поступающего и/или выходящего воздуха и соответствующей регулировки кондиционированного воздуха может быть предусмотрен контроллер.
Таким образом, в соответствии с изобретением можно эффективно обеспечить оптимальный однородный климат для роста большого количества личинок насекомых. Увеличение циркуляции воздуха с помощью обычных вентиляторов допустимо только до определенной плотности ящиков в помещении. Направление воздушного потока непосредственно на каждый отдельный ящик вместо обеспечения циркуляции воздуха с помощью обычных вентиляторов с тщательным кондиционированием воздуха оптимизируют передачу энергии из подложки в воздух, при этом можно выращивать личинки насекомых в условиях высокой плотности. Кроме того, система отводит воздух из помещения, предотвращая накопление тепла и влаги. Таким образом, возможен равномерный и здоровый рост личинок насекомых при одновременном уменьшении количества потребляемой энергии. При болезни некоторых животных можно извлекать только отдельные ящики, не затрагивая остальные ящики, поскольку в каждый ящик и из каждого ящика поступает индивидуальный воздушный поток. Реализация впускного воздуховода в виде сильфона или рукава обеспечивает одинаковый и однородный поток воздуха, проходящий через каждый ящик. Для кондиционирования ящиков также можно применять текучую среду. Например, может быть предусмотрен водяной контур, соединенный с каждым отдельным ящиком.
Список ссылочных позиций
1 ящик
11 вырез
2 впускной воздуховод
21 сопло
22 поток свежего воздуха
3 выпускной канал
31 вытяжное отверстие
32 вытяжной канал
33 поток отводимого воздуха