用于对栽培园艺产品的基质进行温度控制的热交换器、基质抽屉和支架的制作方法

本发明涉及一种用于对栽培园艺产品的基质进行温度控制的热交换器。本发明还涉及一种设置有此种热交换器的基质载体和/或支架。

背景技术：

1、园艺产品，如蘑菇、水果、蔬菜或菌丝体，通常在受控环境中栽培，例如在室内设施中，在该环境中可以监测和调控生长条件如光照、湿度和温度。产品在基质如土壤、锯末或稻草的层上生长，这些基质层可以由设置在支架中的多个层级上的载体板支撑。

2、基质的最佳温度和湿度可以随时间变化，这取决于产品的栽培阶段。例如，在生长阶段，温和的基质条件可能是期望的，以促进产品生长，而在收获阶段，可以提高基质的温度以降低基质的湿度，从而促进收获过程。出于其他原因，控制基质的温度也可能是有益的，例如基于园艺产品的类型、基质的类型、营养吸收、季节方面和产品的生长阶段来优化生长条件。

3、在用于栽培园艺产品的常规设置中，基质支撑在载体结构、如载体板上，该载体结构具有用于承载基质的特定载体表面区域。由于基质和在基质上生长的园艺产品的重量，载体结构可能需要一定的厚度以跨表面区域提供足够的强度和刚度，例如弯曲刚度，以支撑基质和园艺产品而不会对结构造成损坏或过度变形，例如当基质悬挂在支架或其他类型的支撑件中时。

4、用于支撑基质和园艺产品的强度和刚度可以通过将热交换器封闭或夹在载体结构内来提供，例如通过将热交换机放置在载体框架内或在载体板与基质板之间。然而，在加热基质时，载体结构可以充当散热器，使来自热交换器和/或基质的能量的一部分转移到载体结构中。相反，当热交换器被设置用于冷却基质时，储存在载体结构中的热量的一部分可以传递到热交换器和/或基质中。在这种情况下，载体结构因此充当热量源。

5、已知的支架，例如描述于ep2564687中的支架，包括支架底部、用于基质的相对于支架底部支撑的载体、以及用于对载体上的基质进行加热和/或冷却的热交换器。虽然这可以在一定程度上影响基质的温度，但基质温度的可控性仍然很差，例如由于所使用的部件和材料的内部设置，这影响整个系统的热传递特性。因此，这些支架系统的能量效率及其园艺产量是次优的。

6、本发明的目的是提供一种热交换器，该热交换器对于园艺产品基质的温度具有改善的可控性。

技术实现思路

1、总之，本发明提供了一种用于对栽培园艺产品的基质进行温度控制的热交换器。该热交换器具有包括热交换表面的结构，该热交换表面被设置用于加热或冷却基质。该结构被设置用于支撑基质，从而形成具有载体表面的载体板，使得热交换表面形成载体表面。热交换器包括或被配置为与一个或多个安装件配合，这些安装件被设置用于将热交换器悬挂到支架。热交换器的结构被构造为自支撑的，用于至少在一个或多个安装件之间支撑基质，使得与热交换表面相对的结构的底表面面向周围环境。

2、通过形成载体表面，热交换表面直接接触基质。直接接触极大地有益于温度的可控性。此外，支撑基质的自支撑结构使热交换器与基质之间的热质量最小化，并由此减少了在热交换器与基质之间的热量传递期间的热损失。例如，当热交换器被设置用于加热基质时，与热交换器相邻的任何热质量(例如在热交换器与基质之间)可以充当散热器，从而减缓加热过程。相反，当热交换器被设置用于冷却基质时，此类热质量可以充当热量源，从而减缓冷却过程。通过减少与热交换器相邻的可能有助于热质量的元件的数量，改善了温度的可控性以及热交换器的效率。可以理解的是，基质的直接加热和冷却方式结合热交换器由于热质量的量减少而提高的效率，对于完整栽培设备积聚成显著的能量使用节约，使得设备是非常耐久和环境友好的。

3、由于热交换器的结构是自支撑的，因此与热交换器支撑在支架底部上的常规热交换器系统相反，在热交换器下方不需要额外的支撑元件。在本发明中，在热交换器下方没有额外的热质量。相应地，在热交换器下方不存在可能干扰加热或冷却过程的散热器或热量源，并且因此改善了热交换器的可控性。

4、热交换器的结构可以包括一个或多个支撑构件，例如梁，其中一个或多个支撑构件在平行于载体板的平面的方向提供结构完整性。支撑构件可以例如横向地设置，跨越热交换器的长边之间，或者可以例如纵向地设置，跨越热交换器的短边之间，或者可以对角线地设置，跨越热交换器的角之间。这允许热交换器结构的其他部分具有抵抗载体板的平面外弯曲的较低刚度，因为一个或多个支撑构件可以提供结构完整性以支撑热交换器抵抗重力载荷，例如由热交换器的自重、基质的重量和在其上栽培的园艺产品的重量形成的重力载荷。

5、由于不存在支架底部，可能存在基质块落下通过热交换器结构并落在(例如支架中的)较低层级上栽培的园艺产品上的风险。因此，热交换器的结构可以形成不能渗透的屏障，其被设置用于防止基质材料通过该结构。

6、当热交换器加热或冷却基质时，热交换器的结构将分别膨胀或收缩。考虑到形成载体板的热交换器的尺寸，载体板的平面中的热诱导膨胀和收缩将是最大的。当热交换器安装在其边缘或沿其边缘安装时，由此限制载体板的平面中的运动自由度，将出现内部应力。为了补偿热交换器的热诱导收缩或膨胀，结构可以包括可延伸区段，其被配置为在载体板的平面中延伸或缩短。

7、优选地，可延伸区段被配置为通过其弹性变形而延伸或缩短。可延伸区段可以例如包括偏置元件，该偏置元件可以集成在结构中或可以是单独的元件。

8、在一些实施例中，该结构包括至少两个隔室，其中可延伸区段由至少两个隔室中的至少一个隔室形成。以此方式，至少一个隔室的弹性变形可以补偿热交换器的热诱导收缩或膨胀，同时隔室可以例如用于保持或引导热交换器的其他部件，如电缆、管道、通道或流体。

9、至少两个隔室中的每个隔室可以例如包括周向外壁，以提供热交换表面。以此方式，通过减小隔室内部与基质之间的周壁厚度，可以减少热质量以及抵抗弹性变形的抵抗力。

10、周向外壁可以包括顶部部段和底部部段，其中顶部部段和底部部段可以在载体板的平面中的相应相对端部区段相互连接，并且其中顶部部段和底部部段中的每一个可以包括相对于载体板的平面向外弯曲的中间区段。因此，热交换表面和底表面都是波纹状、弯曲或折叠的，由此降低了抵抗隔室的弹性变形的抵抗力。

11、优选地，圆周外壁具有菱形截面，具有长对角线和短对角线，其中长对角线在载体板的平面中，并且其中短对角线垂直于载体板的平面。相应地，热交换器在板的平面中的膨胀导致长对角线的伸长和短对角线的缩短。

12、为了提供不能渗透的屏障以防止基质材料穿过热交换器的结构，以下至少一项：至少两个隔室通过弹性元件相互连接，弹性元件在载体板的平面中可弹性变形；以及热交换器周向地设置有一个或多个可弹性变形的元件；其中，至少两个隔室刚性地相互连接。

13、在一些实施例中，至少两个隔室中的每个隔室包括通道，流体可以流动通过该通道以加热或冷却热交换表面。因此，隔室内的体积用于引导流体。

14、通道可以连接到能量回收系统，该能量回收系统被设置用于从由基质产生的热量中回收能量。以此方式，可以改善热交换器的能量效率。

15、在一些实施例中，结构包括一个或多个安装到载体板的壁。以此方式，可以形成容器或抽屉。

16、用于将热交换器可移动地安装到支架的一个或多个安装件可以包括以下至少一项：轴承、轨道或托架或滑橇。结果是，设置了可移动的安装装置，用于将热交换器直接安装到支架。

17、通过在热交换器的底侧设置光源，可以控制在支架中的较低层级上栽培的园艺产品的照明条件，同时由光源产生的废热可以由热交换器(再)使用，例如通过使用废热来加热基质或通过将废热传递到可操作地耦接到热交换器的能量回收系统。

18、本发明的另一个方面涉及一种基质载体，该基质载体在用于承载栽培园艺产品的基质的支架中使用，该基质载体设置有如本文所述的热交换器。

19、本发明的又另一个方面涉及一种支架，其用于承载栽培园艺产品的基质，其中该支架设置有如本文所述的热交换器。

20、支架还可以包括可连接到热交换器的能量回收系统，用于从由热交换器获得的流体中回收能量，以改善热交换器的能量效率。

21、另外地或可替代地，支架可以设置有如本文所述的基质载体。