CN112639364A - 液体干燥剂冷却系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于控制封闭空间内部的温度的液体干燥剂系统，包括：蒸发冷却器系统(210)，其配置成在白天期间冷却进入封闭空间(202)的空气流AA；液体干燥剂夜晚冷却器(LDNC)系统(220)，其配置成在夜间通过使用液体干燥剂(304、534)来冷却并干燥封闭空间(202)的内部空气流AE；以及控制器(260)，其配置成在夜间开启LDNC系统(220)。

Description

液体干燥剂冷却系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年7月31日提交的题为“LIQUID DESICCANT NIGHT COOLER FORUSE IN CONTROLLED ENVIRONMENT AGRICULTURE”的美国临时专利申请第62/712,355号以及2018年11月8日提交的题为“LIQUID DESICCANT NIGHT COOLER(LDNC)”的美国临时专利申请第62/757,353号的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。
背景技术
技术领域
本文公开的主题的实施例总体上涉及液体干燥剂夜间空气冷却机和除湿器(LDNC)系统，并且更具体地，涉及用于与蒸发冷却系统一起控制封闭空间的环境的方法和LDNC系统。
背景技术的讨论
蒸发冷却在全世界范围内用于在炎热气候下温室的冷却和加湿。特别关注是因为使用盐水资源来蒸发冷却与节约淡水和能量有关(参见，例如，Davies和Paton，2004；Kassem，1994；Paton和Davies，1996；Sabeh，2007)。然而，在高湿度期间，因为通过传统的蒸发冷却可达到的最低温度是湿球空气温度，所以蒸发冷却的有效性受到限制。因此，在对在高温环境下操作的封闭空间进行冷却的情况下，如海湾国家的某些地区和/或每年的某些时候，蒸发冷却可能是无效的技术。
长期以来，液体干燥剂被认为是针对炎热和潮湿的气候提供冷却和除湿的潜在的贡献技术。对于受控环境农业，已提出将液体干燥剂与蒸发冷却过程结合使用以实现较低的温度(例如，参见Al-Sulaiman等，2007；Davies，2005；El Hourani等，2014；Lefers等，2016；Lychnos和Davies，2012)。液体干燥剂也能够与其他形式的空气冷却结合使用，所述其他形式的空气冷却包括但不限于机械蒸气压缩和吸附式冷却机(参见Lowenstein，2008；Mahmud等，2010；Mohammad等，2013a；Mohammad等，2013b)。
由于涉及农业和受控环境生产，因此建议夜晚温度应保持低于白天温度。通常，植物种植者认为白天的高太阳辐射使得诸如番茄的农作物能够耐受例如27-30℃范围的高温下甚至在该高温下生长。与之不同，晚上没有太阳辐射，因此，专业种植者偏好较低的过夜温度，优选为20-23℃。白天和夜晚的确切设定温度将根据作物类型、品种、季节和种植者的偏好/目标而变化。
夜晚高温可以导致植物的能量使用的增加并因此导致过度的糖消耗，降低了农作物产量和质量。夜晚温度对农作物产量和品质的影响将取决于农作物类型、品种和季节而变化。
除了温度外，农作物由于高湿度水平而处于增加的病害风险中。因此，期望不仅控制受控环境中的温度，还控制湿度水平。在这方面，图1示出了在受控环境中的植物生长的优选湿度水平与多个温度点的关系，其中，温度比湿度更重要。注意，相对湿度RH％被定义为在特定温度下空气中的水蒸气量与该温度下空气可保持的水蒸气的最大量的比率，表示为百分比，即RH％＝(绝对水分含量)/(饱和水分含量)×100％。湿度不足(HD)被定义为在特定温度下为达到100％湿度而必须添加到空气中的水蒸气量，即HD＝(饱和水分含量–绝对水分含量)，以g/m3测量。图1示出了在不同温度和相对湿度下的湿度不足HD。优选的湿度设定点对应于与正常蒸发相对应的湿度不足水平。
对于处于炎热和潮湿气候中的给定封闭环境，现有的蒸发冷却器系统对于在白天维持一种温度和湿度方案而在夜晚维持另一种温度和湿度方案不是很有效。因此，需要一种系统，其使用蒸发冷却器系统所提供的优点，但是还提高了这种系统针对不同的温度和湿度方案的效率。
发明内容
根据一个实施例，存在一种用于控制封闭空间内部的温度的液体干燥剂系统。该系统包括：蒸发冷却器系统，其被配置成在日间冷却进入封闭空间的空气流AA；液体干燥剂夜间冷却器(LDNC)系统，其被配置成在夜间通过使用液体干燥剂来冷却并干燥封闭空间的内部空气流AE；以及控制器，其被配置成在夜间开启LDNC系统。
根据另一个实施例，存在一种用于冷却封闭空间内部的空气流AE并从所述空气流中去除湿气的方法。该方法包括：从封闭空间中获取空气流AE的步骤；用除湿器冷却并干燥空气流AE以得到冷却且干燥的空气流AF的步骤；将冷却且干燥的空气流AF返回到封闭空间的步骤；以及用冷却机系统冷却除湿器的液体干燥剂的步骤。
根据另一个实施例，存在一种用于冷却封闭空间内部的空气流AE并从所述空气流中去除湿气的方法。该方法包括：从封闭空间接收空气流AE的步骤；用冷却机系统冷却空气流AE以产生冷却的空气流AE'的步骤；用液体干燥剂除湿器的液体干燥剂从冷却的空气流AE'中去除湿气以产生冷却且干燥的空气流AF的步骤；以及将冷却且干燥的空气流AF返回到封闭空间的步骤。
附图说明
包含在说明书中并构成说明书一部分的附图示出了一个或更多个实施例，并且与说明书一起解释了这些实施例。在附图中：
图1示出了对于各种温度和相对湿度的植物的湿度不足；
图2示出了用蒸发冷却器系统以及液体干燥剂冷却器和除湿器系统控制其大气的封闭空间；
图3示出了液体干燥剂冷却器和除湿器系统；
图4是用于操作液体干燥剂冷却器和除湿器系统的方法的流程图；
图5示出了另一液体干燥剂冷却器和除湿器系统；
图6是用于操作另一液体干燥剂冷却器和除湿器系统的方法的流程图；
图7示出了液体干燥剂冷却器和除湿器系统的除湿器；
图8示出了湿度图；
图9示出了当使用传统的蒸发冷却器系统时白天和夜晚的封闭空间内的空气的相对湿度；
图10示出了当使用蒸发冷却器系统时白天和夜晚的封闭空间内的空气温度；
图11示出了当使用液体干燥剂冷却器和除湿器系统时白天和夜晚的封闭空间内的空气温度；
图12示出了传统AC系统、传统蒸发冷却器系统、蒸发冷却器系统以及液体干燥剂冷却器和除湿器系统的能量消耗；
图13是用于运行液体干燥剂冷却器和除湿器系统的方法的流程图；以及
图14是用于运行另一液体干燥剂冷却器和除湿器系统的方法的流程图。
具体实施方式
实施例的以下描述参照附图。不同附图中的相同附图标记表示相同或相似的元素。本发明不限制于以下详细描述。不同的是，本发明的范围由所附权利要求书限定。为了简单起见，下面的实施例是关于具有在白天使用的蒸发冷却器系统以及在夜晚使用的液体干燥剂冷却器和除湿器的温室进行讨论的。然而，可以使用另一冷却系统代替蒸发冷却器系统，或以不同的时间间隔运行这两个系统，而不仅仅是白天或夜晚。
在整个说明书中，提到“一个实施例”或者“实施例”时，指的是结合该实施例描述的特定特征、结构或者特性被包含在所公开的主题的至少一个实施例中。因此，在整个说明书中各个地方出现的短语“在一个实施例中”或者“在实施例中”不一定都是指同一实施例。另外，特定特征、结构或者特性可以以任何合适的方式组合在一个或更多个实施例中。
根据图2所示的实施例，温度和湿度控制系统200包括用于日间冷却的蒸发冷却器系统210和用于夜间的液体干燥剂冷却器和除湿器系统(LDNC)220(注意，LDNC也可用于白天)。在白天，室外空气流AA在入口230-1处被吸入蒸发冷却系统210中，其中，显热(温度)通过水的蒸发交换为潜热(湿度)。通过封闭空间的气流是由空气致动系统240(例如，风扇)和/或自然风流引起的。为了可持续性，优选地在蒸发冷却过程中在可用和可及处使用海水或微咸水，以避免脱盐的能量和碳足迹。然后，冷却的空气流AB(可选地通过管道系统250)排放到温室202中。温室中存在的植物204例如通过蒸腾作用将湿气转移至空气流来与空气流AB相互作用。然后，湿空气流AC在输出AD处被风扇240强制离开温室。
在夜晚，空气流AC不从温室202排出，而是在温室202内再循环。再循环的空气流AC在内部入口230-3处被获取，并由液体干燥剂夜间冷却器系统220冷却和除湿，以产生冷却且干燥的空气流AF。此过程也适用于自然光被完全减少或完全遮挡的人工照明农业系统(例如在仓库、植物工厂或垂直农场中)。在这些系统中，室内空气的再循环是期望的并且是可能的。然后，冷却且干燥的空气流AF通过端口230-4直接返回到封闭空间202，或者进一步通过端口230-5以用蒸发冷却器系统210进行冷却，然后排放到封闭空间202中。空气可以通过或不通过管道250返回。
现在参照图3在第一实现方式中讨论LDNC系统220。LDNC系统包括具有容器302的除湿器300，该容器容纳有一定量的液体干燥剂304。位于容器302中的泵P1(注意，该泵也能够位于容器302的外部)通过阀V1将液体干燥剂304泵送到由多孔材料形成的垫306。垫306具有许多通道，这些通道促使进入的空气流AE移动通过该垫。例如，垫可以包括但不限于中空纤维膜、平板膜、填充介质床、纤维素垫、聚丙烯垫等。同时，在垫306的顶部306A处释放的液体干燥剂304由于重力和/或压力而流过垫，直到回到容器302。注意，垫306的底部306B位于容器302中或者与该容器流体连通，使得干燥剂溶液返回到储存容器302。
由于空气流AE是湿热的，并且蒸气压高于液体干燥剂304的蒸气压，所以空气流AE和垫306内的液体干燥剂304之间的相互作用因为湿度和热从空气流AE传递到液体干燥剂而产生了较干燥的空气流AF。空气流AF或者如图2所示通过端口230-4直接排放到温室中，或者同样如图2所示能够通过另一端口230-5供给附加的系统，例如蒸发冷却器系统210。注意，如图2所示，控制系统260负责根据需要打开或关闭端口230-4和230-5。例如，基于稍后将讨论的各种读数，控制器260可以在日间关闭端口230-3，并打开端口230-1，使得在日间通过蒸发冷却器系统210冷却外部空气流AA。然而，在气候条件不理想的夜间，控制器配置成关闭端口203-1，以使没有空气流从封闭空间外部进入。通过打开端口230-3并使用端口230-4或端口230-5将除湿的空气流AE直接排放到封闭空间202中或蒸发冷却器系统210中，以使空气流AC再循环通过LDNC系统220。在夜间，控制器260也关闭端口230-2，使得没有空气与封闭空间外部交换。可以将多于一个的附加系统与LDNC系统220串联连接，以进一步冷却空气流AF。附加系统可以是传统的AC单元或蒸发冷却器系统或另外类型的系统。
当液体干燥剂304变弱时，即其蒸气压力增加到高于进入空气流AE的蒸气压力，并且液体干燥剂的温度也增加时，控制系统260可以启动储存罐S的泵P2，以将新鲜的液体干燥剂305带入容器302中，并从容器302中除去一些弱的液体干燥剂304。控制系统260接收液体、密度、电导率、折射率、温度和/或其他读数用于该操作，这些读数被转换为来自位于液体干燥剂304中的传感器WS1的干燥剂读数以及来自位于进气口308的传感器AS1的湿度和温度读数的平衡相对湿度强度。在比较两个测得的湿度后，如果液体干燥剂中的蒸气压力高于进入的空气流中的蒸气压力，则控制系统将关闭阀V1和V4，并打开阀V2和V3以更新容器302中的液体干燥剂。如果存在阀V5，则控制系统260也将其打开以更新液体干燥剂。
图3还示出了作为冷却系统330的一部分的热交换器320被流体地连接至储存罐S，使得液体干燥剂305能够由泵P2通过阀V5和V4泵送到热交换器，然后返回到储存罐S。如果发生该动作，则由储存罐S从容器304接收的高蒸气压液体干燥剂304在热交换器320中被冷却，从而使返回到储存罐S中的液体干燥剂准备好再次与垫306一起使用。热交换器320可以使用来自液体冷却机331的流体(例如，水)来冷却液体干燥剂304。液体冷却机331可以由电网332或由替代能源例如安装在温室上或旁边的太阳能板334、风力发电机、柴油发电机等供电。
冷却机331可以是直接连接至太阳能光伏电池板334的变速冷却机，或者是连接至电网332的单速冷却机。所有管道、储存罐、阀门、泵和其他部件都可以由耐腐蚀材料(例如塑料)制成。储存罐S可以包括一个以上的罐和一个以上的泵。除湿器300可以包括一个以上的单元，并且可以包括一个以上的泵，并且可以以任何配置构建。空气传感器AS1和AS2可以包括但不限于温度传感器、相对湿度传感器和CO2传感器。空气传感器的数量可以变化。液体传感器WS1和WS2可以包括但不限于温度传感器、液位传感器、电导率传感器、折射率传感器和密度传感器。液体传感器的数量将变化。部件的大小和类型也可以根据环境的温度和湿度以及需要控制的封闭空间的大小而变化。
在操作中，LDNC系统220执行现在关于图4所示的流程图讨论的步骤。在夜晚开始时(或人工照明农业系统所需的任何附加的冷却/除湿时间)，在步骤400中，强的冷(低蒸气压)液体干燥剂304经由泵P1被泵送通过阀门V1(V2闭合)以润湿多孔介质垫306(或其他热交换和质量交换器)，使得在步骤402中，热且湿的空气流AE(可从温室中回收)通过多孔介质垫306，以获得干燥且冷却的空气流AF。在步骤404中，干燥且冷却的空气流AF直接进入温室或经过附加的冷却步骤然后进入温室。
随着时间的流逝，随着水(湿度)从空气流AE吸收到液体干燥剂中，液体干燥剂的温度升高，液体干燥剂304变弱(较高的蒸气压)。当且如果到达需要超过液体干燥剂304所能提供的额外冷却或除湿的点时，如在步骤406中由控制系统260通过使用液体传感器WS1以及空气传感器AS1和AS2确定的，在步骤408中，可以在V4关闭的情况下用泵P2将额外的冷且强的液体干燥剂从储存罐S经由阀V3添加至系统，以及/或者可以在阀V1关闭且阀V2打开的情况下通过泵经由P1将暖且弱的干燥剂从除湿器300泵出到储存罐S。
在一定量的时间之后，容器302中的液体干燥剂304可以达到比进入的空气流AE高的蒸气压。这是由于环境的温度和相对湿度水平的正常的昼夜交替和自然变化所致，其中，白天的温度趋向于较高，相对湿度较低，而夜晚的温度趋向于较低，相对湿度较高，而气候也会根据天气模式例如冷锋等而变化。此时，因为液体干燥剂304的蒸气压高于空气流AE，所以容器302中的液体干燥剂304自然地切换为蒸发模式蒸气。因此，在步骤410中，液体干燥剂释放水蒸气，该水蒸气被捕获以冷却空气，从而增加液体干燥剂的强度(降低蒸气压)。当如在步骤412中由控制系统260基于来自传感器WS1的读数所确定的已经实现液体干燥剂的设定密度和/或蒸气压时，在步骤414中通过利用泵P1将液体干燥剂304通过阀V2(V1关闭)泵送至储存罐S来循环液体干燥剂304。
在步骤416中，由冷却机系统330冷却热储存罐S中的液体干燥剂305。在该步骤中，泵P2将液体干燥剂305从储存罐S经由阀V4移动至冷却机系统330的热交换器320，同时阀V3被关闭。当去往/来自热交换器320(热交换器可以是例如机械冷却系统的板式蒸发器)的管道340被关闭时，在V4打开而V3关闭的情况下泵P2运行的任何时间，冷却的液体干燥剂305自然地从热交换器320循环回到储存罐S。
当需要时，在V3打开且V4关闭的情况下，用泵P2将冷液体干燥剂泵送到容器302，并且过程返回到步骤400。从储存罐S中泵送的液体干燥剂的总量将取决于由传感器AS1确定的温室所需冷却的总的空气、由传感器WS2确定的液体干燥剂的强度以及由WS1和初始用户输入确定的容器302的容量。
LDNC系统220可以以不同于图2所示的配置来实现。现在将参照图5讨论这种新配置。在这种配置中，LDNC系统220首先用空气冷却机系统510预冷却进入的空气流AE，然后用液体干燥剂除湿器530对所得的空气流AE'进行除湿，以获得干燥且较冷的空气流AF。对于该实施例，还可能首先用除湿器530对空气流AE进行除湿，然后用冷却机系统510进行冷却，即，可以交换冷却和除湿的顺序。空气流AE是图2中所示的室内空气流。然而，在修改的实施例中，可以将外部空气AA提供给LDNC系统220。在一种应用中，空气流AE可以是室内空气AC和室外空气AA的组合。
图5所示的空气冷却机系统510包括热交换器512和冷却机514。在热交换器512和冷却机514之间交换流体(例如，空气)以冷却进入的空气流AE。冷却机514连接到电源516，该电源可以是电网或自主电源，例如太阳能模块。进入的空气流AE在入口518处被接收，该入口将空气引导到热交换器512。传感器AS1被放置在入口中并且被配置为测量进入的空气流AE的蒸气压。来自传感器AS1的读数以有线或无线方式被发送到控制器260。在空气流AE'被冷却后，所得空气流AE'通过导管520前进到除湿器530。除湿器530包括储存液体干燥剂534的容器532。垫536(类似于垫306)的一端设置在液体干燥剂534中，另一端远离容器532延伸。泵P1将液体干燥剂534泵送到垫536的顶部，并且液体干燥剂通过垫返回容器532，同时还与空气流AE'相互作用。在这种相互作用期间，液体干燥剂从空气流AE'去除水蒸气，从而产生了冷却且干燥的空气流AF。空气流AF通过输出端540返回到温室202或返回到另一冷却系统。传感器AS3放置在输出端540中以测量蒸气压，并且传感器WS1放置在容器532中以测量流体干燥剂的蒸气压。所有的传感器和泵被配置为与控制器260交换信息。
图6示出了用于操作如在图5的实施例中实现的LDNC 220的方法的流程图。在高湿度期间，当需要进行冷却时(如在步骤600中由控制器260基于来自传感器AS1的读数所确定的)，如果干燥剂的蒸气压低于空气的蒸气压(如在步骤602中由控制器260基于来自传感器AS1、AS2和WS1的读数所确定的)，则在步骤604中启动空气冷却机以冷却进入的空气流AE。如果进入的空气流需要除湿(如在步骤606中由控制器260基于来自空气传感器AS2和AS3的读数所确定的)，并且液体干燥剂534足够强(如由控制器260基于来自液体传感器WS1的读数所确定的)，则在步骤608中打开除湿器泵P1。空气流AE可能需要冷却、除湿或两者的组合。
在低湿度期间，当还需要进行冷却时(如在步骤610中由控制器260基于来自传感器AS1的读数所确定的)，如果干燥剂的蒸气压高于空气的蒸气压(如也由控制器260基于来自传感器AS1和WS1的读数所确定的)，则在步骤612中关闭冷却器系统510，并且在步骤614中打开泵P1，以将基于液体干燥剂的除湿器530用作蒸发冷却器系统。这些步骤重新填充液体干燥剂以便以后在除湿器中使用。
在不需要液体干燥剂用作蒸发冷却器或除湿器期间(如在步骤616中由控制器260基于来自传感器AS1、AS2、AS3和WS1的读数所确定的)，在步骤618中关闭泵P1。
如在先前的实施例中一样，管道、泵和其他部件可以被制成抗腐蚀的(例如：塑料)。除湿器530可以包括更多的单元，并且可以包括不止一个的泵，并且可以以任何配置构建。冷却机可以是任何类型。与系统220良好配对的示例冷却机系统是“冰盒”类型的冷却机。在该系统中，可以经由放置在温室上的太阳能光伏电池板捕获太阳能，并将产生的能量导入变速压缩机冰盒冷却机进行热存储。然后能够随时使用热存储冰盒进行空气冷却。与系统220良好配对的另一冷却机系统是变速压缩机空调，它允许基于用户输入特定的合理的在除湿之前对空气的冷却。该冷却机可以包括不止一个的单元，并且可以以任何配置构建。
空气传感器可以包括但不限于：温度传感器、相对湿度传感器和CO2传感器。空气传感器的数量可以变化。液体传感器可以包括但不限于：温度传感器、液位传感器、电导率传感器、折射率传感器和密度传感器。传感器的数量可以变化。系统220优选地与蒸发冷却器配对，以在低湿度期间进行节能冷却，但这不是必需的。对于温室农业，可以使用本文描述的系统实现夜间的冷却。对于人工照明农业，可以使用本文描述的系统实现在黑暗时段(灯灭)期间的冷却。
液体干燥剂夜间冷却器系统220与传统的“垫和风扇”蒸发式冷却器之间的差异包括但不限于液体存储区域(即容器)。如图7所示，除湿器700(其可以是除湿器300或除湿器530)包括容器702，该容器被设计成容纳大量的干燥剂液体，通常但不限于为300-500升每线性米垫长。该储存罐702还被设计成通过具有隔热壁704和底部706以及浮在液体干燥剂顶部上的浮动热顶部710来与环境热隔离，以使液体干燥剂712与环境714之间交换的热量减至最小。图7还示出了泵P1通过管道716将液体干燥剂712泵送到垫720的顶部。管道716位于垫720的内部。然而，管道也可以位于垫的外部，如图3和图5所示。
选择容器702的容积以容纳在干燥且炎热的气候下用于夜间除湿所需的一定量的液体干燥剂。例如，对于沙特阿拉伯吉达地区，夜间所需的液体干燥剂的数量取决于设置选项，即(i)如图3所示的干燥剂液体冷却或(ii)如在图5的实施例中的仅用干燥剂除湿的空气冷却。当使用MgCl2干燥剂溶液时，选项(i)要求干燥剂的存储量约为每m3受控环境空气量1-2升。对于选项(ii)，干燥剂存储量能够低至每m3受控环境空气量0.1升液体干燥剂。然而，对于此选项，由于高峰值负载(包括但不限于夜间空气冷却的第一个小时期间)而需要大于四倍尺寸的冷却机系统。尽管选项(i)需要更大的总存储量，但干燥剂液体能够用作制冷存储“电池”，使得能够在较长的时间内冷却液体，因此，峰值负荷较小，且整体冷却机尺寸较小。
对于选项(i)，为了使用液体干燥剂进行空气冷却和除湿，液体干燥剂需要被充分冷却，以吸收能量kJ，该能量将从暖且湿的受控环境空气流AC传递至液体干燥剂。在模拟的情况下，受控环境量估计为约70kJ/m3。用冷却机系统330冷却液体干燥剂增加了其除湿潜能(降低了蒸气压)，并且还使得其能够用作散热器(低kJ/kg液体干燥剂)。当从空气中吸收湿气时，冷凝的潜热被“释放”作为显热kJ(温度升高)。这种冷凝的热量需要散发到空气或液体干燥剂中。通过在除湿之前冷却液体干燥剂(去除kJ)，液体干燥剂能够用作散热器以吸收这些额外的kJ，同时仍然冷却空气(或至少不加热空气)。
对于选项(ii)，因为空气冷却机510从空气流AC中去除kJ，因此不需要干燥液体干燥剂。空气冷却机510能够将空气冷却至露点，在露点处，随着液态水从空气中冷凝而去除了湿气。然而，在单独的冷却机系统(无干燥剂)中，空气冷却机必须使空气过度冷却以达到露点并去除多余的湿气。例如，如果目标空气温度和相对湿度(温室内部)分别为22℃和70％相对湿度，则首先需要将空气冷却至其露点温度16.3℃，然后需要将空气重新加热，以从100％相对湿度下的16.3℃移至22℃和70％相对湿度(添加约6kJ/kg空气)，如图8的湿度图上的线800所示。注意，图8中的X轴表示温度，Y轴表示湿度。在提出的选项(ii)中，空气仅需通过空气冷却机在100％相对湿度(湿球温度)下冷却至18.3℃。然后，液体干燥剂能够用于自然地将湿度换成温度，如图8上的线802所示。在这种情况下，与用于除湿的液体干燥剂相结合的空气冷却在经由空气冷却机进行冷却的电能加上用于再加热的附加能量方面节省了约15％。此外，当液体干燥剂再生时，被捕获到液体干燥剂中的水蒸气在白天能够被重新用于蒸发的空气冷却，这节省了额外的水和能量。
不管通过选项(i)还是选项(ii)使用液态干燥剂进行冷却，作为液体水被吸收到液体干燥剂中的湿气需要被去除以将液态干燥剂的除湿潜力保持在其期望的水平。液体干燥剂的蒸气压通常作为其平衡相对湿度(ERH)在与空气相同的温度下连通。在本实施例中，液体干燥剂夜间冷却器/除湿器系统220：(1)在白天用作蒸发冷却器/干燥剂再生器，以将液体干燥剂的ERH降到夜间除湿所需的水平，以及(2)为受控环境提供额外的冷却。但是对于沙特阿拉伯图瓦尔的模型情况，液体干燥剂的期望ERH将变化，在夜间除湿和冷却的循环开始时，期望ERH约为65％。因此，在日间，环境湿度需要下降到等于或低于65％的值，以使干燥剂能够随着液态水从液态干燥剂中蒸发而再生。
就这方面，图9示出了环境相对湿度通常如何根据昼夜循环而变化，其中，夜晚的湿度902通常较高，而白天的湿度904通常较低。图9绘制了环境空气相对湿度与时间的关系图，其中，时间对应于八月中的几天。还绘出了目标900。能够看出，在示例星期的所有天中的一天中的某些时间，湿度水平下降到期望的ERH目标900以下，从而使液体干燥剂能够再生，并为受控环境提供了额外的蒸发冷却。
图10使用安装在沙特阿拉伯图瓦尔的温室中的海水蒸发冷却器获得的从2016年8月1日到3日真实数据，示出了在炎热且潮湿的8月期间利用传统的蒸发冷却系统能够实现的室内温度。从图中能够看出，蒸发冷却器系统能够在白天时间满足温度目标(与目标线1000相关的圆点)，但由于高环境湿度(尽管在夜晚，如果使用蒸发冷却，则降低的能量负荷代替AC/机械冷却)，在夜晚时间却无法满足目标(与目标线1010相关的菱形)。
然而，当使用上述系统220对相同条件下的同一封闭空间进行冷却时，由于LDNC系统220将液体干燥剂与其他形式的冷却相结合，因此白天(圆点)和夜晚(菱形)的温度目标都能够满足(参见图11中白天1100和夜晚1110的目标空气温度)，以便在受控环境中以最小的额外电网能耗来种植农作物。图11示出了已开发模型的理论温度的示例，能够通过使用图10中所示的2016年8月1-2日实验的输入数据将液体干燥剂夜晚冷却系统与日间盐水蒸发冷却器相结合来实现所述模型。
图12示出了2016年8月1日在沙特阿拉伯图瓦尔的一个2,000m2玻璃温室的三种类型的冷却系统的估计每日电能消耗。第一系统是全天使用传统机械蒸气压缩系统(空调＝AC)。所达到的温度如图11中所示的使用夜间液体干燥剂的日间蒸发冷却的温度。第二系统是全天使用传统蒸发冷却器系统并且假设输入水没有脱盐(可达到的温度如图10所示)。第三系统是供白天使用的蒸发冷却器(ECD)与液体干燥剂夜间冷却器(LDNC220)的结合，可达到的温度如图11所示。
如图12所示，在与传统的AC相比时，使用选项(i)配置的ECD+LDNC系统将太阳能PV连接到冷却机系统，节省了大量的电网电能消耗(AC约多4倍)，并且仅比全天运行的蒸发冷却器消耗略多的电网电能(约多1.2倍)，同时满足植物种植者对夜间额外冷却的期望。就估计的每月运行费用而言，预期的电OPEX为：AC＝$3,860；独立EC＝$770；ECD+LDNC＝$930(假设电价为$0.08/kWh)。假设农场出入口蔬菜的价格为$5/kg，则温室使用AC将需要比使用EC多生产3.6kg/m2/yr，以证明增加的OPEX是正确的，而用ECD+LDNC温室仅需多生产0.2kg/m2/yr，以证明增加的OPEX是正确的。因此，ECD+LDNC有望有效地冷却温室，从而使产量和利润增加到高于在炎热且潮湿气候下单独使用传统蒸发冷却所能达到的产量和利润。
期望ECD+LDNC系统满足种植者期望的炎热和潮湿环境中受控环境农业的温度和湿度设定点，其能量足迹明显低于传统AC冷却可能实现的能量足迹。这样，本文公开的LDNC系统具有以较低的能量和成本足迹增加产品数量和质量的巨大潜力，因此还将在这种气候下为种植者增加受控环境农业的收入和可持续性。
现在参照图13讨论用于实现选项(i)的方法。该方法包括步骤1300：从封闭空间中获取空气流AE；步骤1302：用除湿器300冷却和干燥空气流AE，以获得冷却和干燥的空气流AF；步骤1304：将冷却且干燥的空气流AF返回到封闭空间，以及步骤1306：用冷却机系统冷却除湿器300的液体干燥剂。该方法还可以包括：在夜间关闭使得外部空气能够进入封闭空间而内部空气能够从封闭空间逸出的端口的步骤，以及/或者在将冷却且干燥的空气流AF返回到封闭空间前使用蒸发冷却器系统处理该空气流的步骤。控制器260(例如，处理器)基于来自空气流AE和液体干燥剂的蒸气压力读数来决定何时关闭或打开端口以及何时启动或停止除湿器和蒸发冷却器系统。
现在参照图14讨论用于实施选项(ii)的方法。该方法包括步骤1400：从封闭空间接收空气流AE；步骤1402：用冷却机系统510冷却空气流AE以产生冷却的空气流AE'；步骤1404：用液体干燥剂除湿器530的液体干燥剂从冷却的空气流AE'中去除湿气以产生冷却且干燥的空气流AF；以及步骤1406：将冷却且干燥的空气流AF返回到封闭空间。
该方法还可以包括：在夜间关闭使得外部空气能够进入封闭空间而内部空气从能够封闭空间逸出的端口的步骤，以及/或者在将冷却且干燥的空气流AF返回到封闭空间前使用蒸发冷却器系统处理该空气流的步骤。控制器260基于来自空气流AE和液体干燥剂的蒸气压力读数来决定何时关闭或打开端口以及何时启动或停止液体干燥剂除湿器和蒸发冷却器系统。
所公开的实施例提供了一种液体干燥剂冷却器和除湿器系统，其可以在夜间在封闭空间中使用以实现期望的温度和/或湿度。应当理解，该描述并非旨在限制本发明。相比之下，示例性实施例旨在覆盖包括在由所附权利要求书限定的本发明的精神和范围内的替代、修改和等同物。此外，在示例性实施例的详细描述中，阐述了许多具体细节以便提供对所要求保护的发明的全面理解。然而，本领域技术人员将理解，可以在没有这样的具体细节的情况下实践各种实施例。
尽管在实施例中以特定组合描述了本实施例的特征和元素，但是每个特征或元素可以在没有实施例的其他特征和元素的情况下单独使用，或者以具有或不具有本文所公开的其他特征和元素的各种组合来使用。
本说明书中描述使用所公开的主题的示例，以使本领域任何技术人员能够实践该主题，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何合并的方法。该主题的可专利范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。这样的其他示例旨在处于权利要求的范围内。
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Claims (20)

1.一种用于控制封闭空间内部的温度的液体干燥剂系统(200)，所述系统(200)包括：
蒸发冷却器系统(210)，其配置成在日间冷却进入所述封闭空间(202)的空气流AA；
液体干燥剂夜晚冷却器(LDNC)系统(220)，其配置成在夜间通过使用液体干燥剂(304、534)来冷却并干燥所述封闭空间(202)的内部空气流AE；以及
控制器(260)，其被配置成在夜间开启所述LDNC系统(220)。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器配置成在日间打开第一端口(230-1)以用于从所述封闭空间的外部接收所述空气流AA，并且在夜间关闭所述第一端口。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述控制器还配置成在日间通过第二端口230-2将所述封闭空间的空气流AC排出到所述封闭空间的外部，并且在夜间关闭所述第二端口230-2并打开位于所述封闭空间与所述LDNC系统之间的第三端口230-3来通过所述LDNC系统使所述空气流AC再循环。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述控制器还配置成打开第四端口(230-4)以将由所述LDNC系统冷却的空气流AE排放回所述封闭空间中，并且关闭第五端口(230-5)以防止所述空气流AE进入所述蒸发冷却器系统。
5.根据权利要求3所述的系统，其中，所述控制器还配置成关闭第四端口(230-4)以免由所述LDNC系统冷却的空气流AE排放回所述封闭空间中，并且打开第五端口(230-5)以引导所述空气流AE进入所述蒸发冷却器系统以用于进一步冷却。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述LDNC系统(220)包括：
容器(302)，其容纳所述液体干燥剂；
垫(306)，其一端与所述液体干燥剂流体接触；以及
泵(P1)，其将所述液体干燥剂泵送至所述垫的另一端，以冷却并干燥进入所述垫的空气流AA。
7.根据权利要求6所述的系统，还包括：
储存罐S，其容纳所述液体干燥剂并与所述容器流体连通；
冷却机系统(330)，其冷却来自所述储存罐的液体干燥剂。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述冷却机系统包括：
热交换器(320)，其配置成冷却来自所述储存罐的液体干燥剂；以及
冷却机(331)，其配置成从所述热交换器去除热量。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述LDNC系统(220)包括：
冷却机系统(510)，其用于冷却所述内部空气流AE；以及
除湿器(530)，其配置成从所述冷却机系统(510)接收冷却的空气流AE'并且去除湿气以产生空气流AF，所述空气流AF被返回至所述封闭空间。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述除湿器包括：
容器(532)，其容纳所述液体干燥剂；
垫(536)，其一端与所述液体干燥剂流体连通；以及
泵(P1)，其将所述液体干燥剂泵送至所述垫的另一端，以干燥进入所述垫的空气流AE'。
11.根据权利要求9所述的系统，其中，所述冷却机系统包括：
热交换器(512)，其配置成冷却所述空气流AE；以及
冷却机(514)，其配置成从所述热交换器去除热量。
12.一种用于冷却封闭空间内部的空气流AE并从所述空气流中去除湿气的方法，所述方法包括：
从所述封闭空间中获取(1300)所述空气流AE；
利用除湿器300冷却并干燥(1302)所述空气流AE以得到冷却且干燥的空气流AF；
将所述冷却且干燥的空气流AF返回(1304)到所述封闭空间中；以及
利用冷却机系统(330)冷却(1306)所述除湿器(300)的液体干燥剂。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括：
将使得外部空气能够进入所述封闭空间并且内部空气能够从所述封闭空间逸出的端口整夜关闭。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括：
在将所述冷却且干燥的空气流AF返回到所述封闭空间之前，利用蒸发冷却器系统处理所述冷却且干燥的空气流AF。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，处理器基于来自所述空气流AE和所述液体干燥剂的蒸气压力读数来决定何时关闭和打开所述端口以及何时启动和停止所述除湿器和所述蒸发冷却器系统。
16.一种用于冷却封闭空间内部的空气流AE并从所述空气流中去除湿气的方法，所述方法包括：
从所述封闭空间接收(1400)所述空气流AE；
利用冷却机系统(510)冷却(1402)所述空气流AE以产生冷却的空气流AE'；
利用液体干燥剂除湿器(530)的液体干燥剂从所述冷却的空气流AE'中去除(1404)湿气以产生冷却且干燥的空气流AF；以及
将所述冷却且干燥的空气流AF返回(1406)到所述封闭空间。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括：
将使得外部空气能够进入所述封闭空间并且内部空气能够从所述封闭空间逸出的端口整夜关闭。
18.根据权利要求16所述的方法，还包括：
在将所述冷却且干燥的空气流AF返回到所述封闭空间之前，利用蒸发冷却器系统处理所述冷却且干燥的空气流AF。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，处理器基于来自所述空气流AE和所述液体干燥剂的蒸气压力读数来决定何时关闭和打开所述端口以及何时启动和停止所述液体干燥剂除湿器和所述蒸发冷却器系统。
20.根据权利要求16所述的方法，还包括：
在日间运行所述液体干燥剂除湿器以从所述液体干燥剂中去除湿气。
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