CN117441081A - 用于模拟一种或多种生态栖息地条件的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及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用于接收空气的进气室。生态舱单元包括加压水驱动涡轮机、低压真空室、加压湿空气室，其中加压水驱动涡轮机被配置为接收加压水以推进加压水驱动涡轮机，用于通过产生湍流来产生高度加湿的空气‑水混合物和加压的湿空气‑水蒸气。真空室被配置为能够进行风冷模拟并去除水中的热量以通过控制水的蒸发速率来产生温度降低的水。加压湿空气室被配置为捕获湍流产生的水‑污染物混合物、高度加湿的空气‑水混合物和加压的湿空气‑水蒸气，以经由鼓风机或湿空气排气装置排出或再循环，用于去除空气中的污染物以产生具有所需温度的净化空气。

Description

用于模拟一种或多种生态栖息地条件的设备和方法

技术领域

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

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。

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。

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。

发明内容

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

附图说明

当参照附图阅读以下描述时，本发明的其他目的、特征和优点将变得显而易见。在附图中，其中在全部多个视图中相同的附图标记表示对应的部分：

图1描绘了根据一个实施方式的用于模拟一种或多种生态栖息地条件的设备的竖直剖视图。

图2描绘了根据一个实施方式的鼓风机的竖直剖视图。

图3描绘了根据一个实施方式的联接至湿空气-水蒸气废热去除器的文丘里管装置的剖视图；

图4描绘了根据一个实施方式的再循环水池的剖视图；

图5是描绘根据一个实施方式的模拟一种或多种生态栖息地条件的过程中涉及的步骤的过程流程图；以及

图6示出了根据本公开的一个实施方式的用于模拟一种或多种生态栖息地条件的方法的步骤。

具体实施方式

在下面的详细描述中，阐述了许多具体细节以便提供对本发明的透彻理解。然而，本领域普通技术人员将理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明。在其他情况下，未详细描述众所周知的方法、过程和/或部件，以免模糊本发明。现在将详细参考本发明的优选实施方式，其示例在附图中示出。

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，以实现期望的生态栖息地条件。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，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。

参照图1，图1描绘了根据一个实施方式的用于模拟一种或多种生态栖息地条件的设备的竖直剖视图。术语“生态栖息地条件”是指一种或多种栖息地条件，例如空气温度和水温、湿度和污染水平等。在一个实施方式中，一种或多种生态栖息地条件模拟设备在至少一个生态舱单元102a-b中的每一个中包括风冷效应模拟、蒸发冷却和降雨效应模拟中的至少一种或其组合，以实现空气和水的热交换。用于模拟一种或多种生态栖息地条件的设备100包括至少一个生态舱单元102a-b和进气室104，在一些实施方式中，进气室104位于设备100的底部，用于接收来自设备100外部的环境的空气。

至少一个生态舱单元102a-b包括由加压水驱动涡轮机110a/b隔开的至少一个低压真空室106a-b、至少一个加压湿空气室108a-b，该至少一个加压湿空气室108a-b联接至湿空气-水蒸气废热去除器112和鼓风机120中的任一者。加压水驱动涡轮机110a/b被配置为接收来自再循环水池的加压水以驱动加压水驱动涡轮机110a/b，并且接收来自进气室104的空气，产生湍流以产生高度加湿的空气-水蒸气-污染物-水滴混合物。

至少一个真空室106a-b被配置为实现风冷模拟、降雨效应模拟和蒸发冷却中的任一项或组合，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产生温度可调的水。真空室106a-b还被配置为允许环境空气以期望的速率进入并允许水以调节后的温度从设备100返回。

至少一个加压湿空气室108a-b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，从而产生具有所需温度的净化空气。至少一个加压湿空气室108a-b还被配置为允许空气、水蒸气、水滴和污染物在压力下混合，允许加压的湿空气-水蒸气，或者潜热经由湿空气废热去除器112被排出或再循环到设备100外部的环境中，或者允许加压的湿空气-水蒸气或潜热在穿过空气干燥器室(例如部分暴露于部分真空的具有翅片的一段金属管，在本文中被称为鼓风机120)之后作为更冷、更干燥的更清洁的空气被再循环到设备100外部的环境中。

进气室104被配置为用于接收来自设备100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118a-b被供应到生态舱单元。

在一个实施方式中，湿空气-水蒸气废热去除器112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120。

在一个实施方式中，设备100还包括至少一个真空室间隔件114，用于堆叠两个或更多个生态舱单元102a-b，以提高设备100的性能。可以使用多个真空室间隔件114将多个生态舱单元堆叠在设备100内。

在一个实施方式中，再循环水池包括潜水泵，该潜水泵也可以代替另一个作为热源使用，用于选择性地加热再循环水池中的水。

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。

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。

在一个实施方式中，设备100还包括多个阀(未被示出)，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。

在一个实施方式中，设备100还包括用于将温度降低的水从设备100排出的至少一个冷却水返回排出管116a-b。

在一个实施方式中，设备100还包括允许空气进入设备并执行模拟风冷效应的附加功能的至少一个环境空气入口118a-b。如本文所使用的，术语“风冷效应/风冷模拟”是指由于空气速度而使身体感受到的空气温度的降低，使得气流量越大，产生的冷却效应越大，空气流动是在炎热季节为环境降温的最有效的方法之一。

在一个实施方式中，设备100还包括鼓风机120，该鼓风机具有至少一个水蒸气冷凝器或空气干燥器室，用于将加压的湿空气-水蒸气排出到设备100外部的环境中。鼓风机120从设备100排出更冷、更清洁且不太潮湿的空气。

图2描绘了根据一个实施方式的鼓风机120的竖直剖视图。鼓风机120包括铝管和翅片，其可以被分成三个虚拟区域，即，a)入口冷凝区202a、b)膨胀冷却区202b和c)出口处的冷凝区202c。在入口冷凝区202a处，加压的湿空气-水蒸气-污染物-水滴混合物冷凝。在膨胀冷却区202b中，冷凝的加压的湿空气-水蒸气-水滴蒸发以冷却管道/翅片。在出口处的冷凝区202c处，更冷且更干燥的空气和冷却水滴在从设备100释放之前被进一步冷凝和冷却。鼓风机120以空气、湿气和水滴的形式从设备100去除热量。鼓风机120能够使更清洁、更冷和更干燥的空气再循环。

在一个实施方式中，来自湿空气-水蒸气废热去除器112的废气可以被释放到室外或房间中、经由排气扇排出或者经由管道引导到文丘里装置中以通过向蓄水池中鼓泡来回收热量和水蒸气或在将水返回到再循环水池之前作为热水引导到鱼缸中。

图3描绘了根据一个实施方式的联接至湿空气废热去除器112的文丘里管装置300的剖视图。如图3所示，文丘里装置300包括位于热回收罐304中的文丘里鼓泡器302。热回收罐304通过管道306联接至温水效用罐(warm water utility tank)308。加压水被供给到文丘里装置300中以吸入废气，并且随后通过文丘里鼓泡器302向热回收罐304中鼓泡以加热水。回收的热水可用于在返回鱼缸或再循环水池之前加热温水效用罐308。

图4描绘了根据一个实施方式的再循环水池400的剖视图。再循环水池400用作设备100的水源。在一个实施方式中，再循环水池400包括水泵402、入口真空冷却盘管404以及入口体积控制阀406，水泵402还可以附加地用作用于选择性地加热再循环水池400中的水的热源，入口真空冷却盘管404用于选择性地控制再循环水池400中的水温，入口体积控制阀406通过限制水泵402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404中产生部分真空。通过调节入口体积来调节再循环水池400中的水温。

图5是描绘根据一个实施方式的模拟一种或多种生态栖息地条件的过程中涉及的步骤的过程流程图。在步骤502处，来自蓄水池(再循环水池)的水被泵入以推进加压水驱动涡轮机。在步骤504处，水(加压水射流)推进加压水驱动涡轮机。在步骤506处，水撞击加压涡轮机的叶片，引起水湍流。在步骤508处，水和灰尘粘在一起从而清洁设备内部的空气。在步骤510处，水滴经由室的侧面返回到蓄水池。在步骤512处，叶片产生低压真空室和加压湿空气室。在步骤514处，低压真空室充满水滴。在步骤516处，水滴进入低压真空室。在步骤518处，真空有助于提高蒸发速率。在步骤520处，冷水返回到蓄水池。在步骤522处，加压湿空气室充满暖湿空气。在步骤524处，暖湿空气上升至加压湿空气室的出口。在一个实施方式中，在步骤526处，空气不被干燥。在步骤528处，从出口释放暖湿空气。在一个实施方式中，在步骤530处，干燥暖湿空气。在步骤532处，空气进入干燥室。在步骤534处，将干燥室暴露于真空以提高蒸发速率。在步骤536处，从出口释放冷干燥空气。

图6示出了根据本公开的一个实施方式的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的步骤。在步骤602处，接收来自生态舱单元外部的环境的加压水射流和空气。在步骤604处，加压水射流推进加压水驱动涡轮机，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。在步骤606处，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，和/或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，从而产生具有期望温度的净化空气和加压的湿空气-水蒸气。在步骤608处，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，和/或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。

本技术的各种实施方式解决了当前世界中提出的问题，并以成本效益高、节能和环保的解决方案实现了以下场景，该解决方案可以容易地适应不同组的所需的栖息地/气候条件，而无需昂贵且耗时的改造或更换特定功能的设备。本技术的设备和方法有利于植被或植物在它们通常不能生长或茁壮生长的气候中生长(热带气候下的葡萄和温带冬季以及沙漠中的兰花)。本技术的设备和方法有利于通过诸如鱼菜共生等系统而全年可靠地收获农作物和水产养殖，因为本技术的设备和方法不依赖于日照时间也不依赖于外部环境因素来调节所需的栖息地/气候条件，从而使其适用于干旱沙漠或寒冷冬季等具有挑战性的条件。本技术的设备和方法有利于在植物的理想水温要求不同于鱼类的理想水温要求的鱼菜共生系统中建立和维持微妙的平衡，并且还使得对栖息地/气候敏感的鱼类、水生无脊椎动物能够在他们通常无法茁壮生长的地方生存。此外，本技术的设备和方法有利于在世界各地的不同地点小规模或大规模地模拟远离其自然栖息地的陆地动物/植物的条件。大规模地，这提供了帮助模拟用于濒危动物的条件以帮助增加它们的生存数量以及用于研究的条件的潜力。此外，本技术的设备和方法有利于在世界各地的不同地方进行研究，而不管当地的气候和一年中的时间如何。此外，动物园可以使用该方法来通过模拟这些濒危物种在其通常的栖息地之外的有利条件来提高对濒危动物的认识。此外，本技术的设备和方法有利于通过管理房间或限定空间(例如，温泉房或雨林淋浴房)中的温度、湿度和空气质量的栖息地/气候条件以实现景观艺术家、室内设计师和建筑师的设计目的，来创建微型生态系统。另外，本技术的设备和方法有利于将温度和湿度调节至用于在诸如干旱沙漠或高山苔原位置的地方的生活的舒适水平。此外，本技术的设备和方法作为独立的功能或与任何其他栖息地/气候管理场景相结合有利于清洁房间、区域或封闭空间中的空气，使得它在例如用于空气污染城市时非常有用。此外，本技术的设备和方法有利于为低收入家庭产生成本效益高、节能、舒适和期望的生活条件，例如通过为热带地区的土著丛林部落提供凉爽的室内空气和温暖的淋浴水，如果由于其节能要求而利用太阳能，本技术的设备和方法也可以在无电网的地方使用。

对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以容易地以其他具体形式产生而不背离其基本特征。因此，本发明的实施方式应仅被认为是说明性的而非限制性的，本发明的范围由权利要求而不是前面的描述来表示，并且因此落入其中的所有改变都旨在被包含在其中。

Claims (14)

1.一种用于模拟一种或多种生态栖息地条件的设备(100)，所述设备采用加压水作为主要驱动介质，所述设备(100)包括：

1)至少一个生态舱单元(102a-b)，所述生态舱单元包括：

加压水驱动涡轮机(110a-b)，用于产生由所述加压水驱动涡轮机(110a-b)隔开的至少一个低压真空室(106a-b)、至少一个加压湿空气室(108a-b)，其中所述加压水驱动涡轮机(110a-b)被配置为接收来自再循环水池(400)的加压水并接收来自进气室(104)的空气，用于通过产生湍流来产生高度加湿的加压空气-水蒸气-污染物-水滴混合物；

所述至少一个真空室(106a-b)被配置为实现以下各项中的至少一项或组合：a)风冷效应模拟、b)降雨效应模拟和c)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；

所述至少一个加压湿空气室(108a-b)被配置为捕获通过来自所述加压水驱动涡轮机(110a-b)的湍流产生的高度加湿的加压空气-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-水蒸气混合物，所述至少一个加压湿空气室联接至：

湿空气废热去除器(112)，用于将加压的湿空气-水蒸气混合物或潜热排出或再循环，以调节所述设备外部的环境中的湿度水平；以及

鼓风机(120)，用于通过使所述加压的湿空气水蒸气混合物穿过部分暴露于部分真空的具有翅片的一段金属管，将更冷且更干燥的空气排出或再循环到所述设备外部的环境中；以及

2)所述进气室(104)，用于接收来自所述设备(100)外部的环境的空气。

2.根据权利要求1所述的设备(100)，其中模拟一种或多种生态栖息地条件包括在至少一个生态舱单元中的每一个中进行的风冷效应模拟、蒸发冷却、降雨效应模拟，从而实现空气和水的热交换。

3.根据权利要求1所述的设备(100)，其中所述湿空气废热去除器(112)用于将加压的湿空气-水蒸气或潜热排出或再循环，以调节所述设备(100)外部的环境中的湿度水平。

4.根据权利要求1所述的设备(100)，其还包括至少一个真空室间隔件(114)，用于堆叠两个或更多个生态舱单元(120a-b)以提高所述设备(100)的性能。

5.根据权利要求1所述的设备(100)，其中所述再循环水池(400)包括作为热源的加热元件，用于选择性地加热所述再循环水池(400)中的水，其中所述加热元件包括潜水泵(402)。

6.根据权利要求1所述的设备(100)，其中所述再循环水池(400)包括用于选择性地控制所述再循环水池(400)中的水的水温的入口真空冷却盘管(404)。

7.根据权利要求1所述的设备(100)，其中所述再循环水池(400)还包括入口体积控制阀(406)，所述入口体积控制阀通过限制所述水泵(402)的入口容量来产生一定程度的真空，从而在所述入口真空冷却盘管(404)中产生部分真空，其中通过调节所述入口体积来调节所述再循环水池(400)中的水温。

8.根据权利要求1所述的设备(100)，其还包括多个阀，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.根据权利要求1所述的设备(100)，其还包括用于将温度降低的水从所述设备(100)排出的冷却水返回排出管(116a-b)。

10.根据权利要求1所述的设备(100)，其还包括用于模拟风冷效应的至少一个环境空气入口(118a-b)。

11.根据权利要求1所述的设备(100)，其中所述鼓风机(120)包括至少一个水蒸气冷凝器或空气干燥器室，所述至少一个水蒸气冷凝器或空气干燥器室包括部分暴露于部分真空的具有翅片的一段金属管，用于将所述加压的湿空气-水蒸气作为更冷且更干燥的清洁空气排出到所述设备(100)外部的环境中。

12.根据权利要求1所述的设备(100)，其中所述湿空气废热去除器(112)联接至文丘里装置(300)，以通过向蓄水池中鼓泡来回收热量和水蒸气。

13.一种用于模拟一种或多种生态栖息地条件的方法，所述方法采用加压水作为主要驱动介质，所述方法包括：

1)接收(602)来自生态舱单元外部的环境的加压水射流和空气；

2)所述加压水射流推进加压水驱动涡轮机，产生(604)由所述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；

3)执行(606)以下各项中的至少一项：

a)由所述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，所述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)捕获通过所述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，以经由包括至少一个水蒸气冷凝器的鼓风机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；

4)执行(608)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所述加压的湿空气-水蒸气混合物或潜热排出和再循环到所述设备外部的环境中，以调节所述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所述设备外部的环境中。

14.根据权利要求13所述的方法，其中对所述空气进行干燥包括：

使所述净化空气进入干燥室，其中所述干燥室包括金属管，所述金属管沿着所述金属管的长度具有多个翅片；

将所述空气暴露于部分真空以提高蒸发速率，从而产生更冷更干燥的空气；以及

将所述更冷更干燥的空气释放到所述设备外部的环境中。