[发明专利]照明器材、照明系统、受控环境农业系统和方法

说明书

一种用于提高能量效率、回收废热并支持受控农业环境中的环境传感器的操作的受控环境农业(CEA)的液体冷却的基于LED的照明器材。在一个实例中，照明器材框架机械支撑并容纳所述照明器材的相应组件，并且包含轻脊以将所述照明器材机械联接到支撑结构。由铜形成并联接到所述照明器材框架的一个或多个冷却剂管将流体冷却剂引导通过所述照明器材以去除热量。所述照明器材包括用于发光的一个或多个LED模块以及用于便于各种受控农业环境中的照明器材的互连的多个电力和通信端口。

相关专利申请的交叉引用

本申请要求2017年8月25日提交的美国临时申请序列号62/550,379和2018年2月26日提交的美国临时申请序列号62/635,501。这些临时申请中的每一个均通过引用整体并入本文。

背景技术

受控环境农业(CEA)是在受控环境中种植植物的过程，其中对各个环境参数进行监控和调整以提高所种植植物的质量和产量。与常规植物栽培方法相比，CEA可以实现植物的全年生产，对变化的天气状况不敏感，减少病虫害并且减少每个植物消耗的资源量。受控农业环境通常至少部分地被建筑结构(例如，温室、种植屋或一部分被覆盖的田地)封闭，以便提供对环境状况的某种程度的控制。在这种受控农业环境中通常使用一种或多种人造照明系统来补充和/或代替可能由建筑结构阻挡或在一年中的某些时期(例如，冬季)不足的自然阳光。可以使用各种类型的人造照明系统，包含但不限于高强度放电灯、发光二极管(LED)和荧光灯。

发明内容

本公开涉及受控环境农业(CEA)的流体冷却的基于发光二极管(LED)的照明器材(以下也被称为“照明器材”)、照明器材的相应组件以及与此相关的方法的各个实施方式。照明器材可以联接到流体冷却系统(以下也被称为“冷却剂回路”)，所述流体冷却系统使流体冷却剂流动通过照明器材以捕捉由照明器材中的一个或多个LED模块生成的热量。以这种方式，可以从受控农业环境去除由照明器材生成的热量，从而减少冷却负荷并提高能量效率。本文描述的照明器材可以以菊花链配置联接到一个或多个其它照明器材，其中管道、电力和通信连接被共享以便于连续电路和冷却剂回路的产生。在一些实施方式中，照明器材可以联接到流体循环系统，所述流体循环系统利用由照明器材生成(并由冷却剂回路从照明器材提取)的废热来进行各种应用，例如调节受控农业环境或受控农业环境附近的空间的温度。通过向可以监控受控农业环境的各种环境状况的一个或多个传感器提供电力和数据通信连接，照明器材还可以用作集成传感器平台。

在一个示例性实施方式中，照明器材包含框架(在本文中也被称为“外壳”)，以机械支撑和容纳照明器材的各个组件。轻脊(light spine)形成在框架上，其具有将照明器材机械联接并固定到设置在受控农业环境中的支撑结构的特征。框架包含一个或多个通道和装配到一个或多个通道中的相对应冷却剂管。冷却剂管由铜形成，并且用于使流体冷却剂流动通过照明器材以去除热量。一个或多个LED模块设置在框架上，以发射光合有效辐射(PAR)以用于种植植物。处理器联接到框架，以便于具有包含功率转换、网络连接和数据处理的功能的照明器材的操作。一个或多个电力端口设置在框架上，以将来自外部源(例如，建筑电力供应系统)的电力供应给照明器材的各个组件，包含LED模块、处理器和联接到照明器材的辅助装置。一个或多个通信端口设置在框架上，以便于电通信和数据传输。

在一些实施方式中，冷却剂管可以被压配合或挤配合到框架的通道中以改善热接触，从而增加由流动通过照明器材的流体冷却剂去除的热量。照明器材的冷却剂管可以使用推动连接管道配件联接到另一照明器材的另一冷却剂管。以这种方式，多个照明器材可以联接以形成连续的冷却剂回路。一个或多个泵、调节器和/或阀可以并入冷却剂回路中，以生成流体冷却剂并将其引导通过冷却剂回路。排热装置(例如，冷却塔)也可以并入冷却剂回路中，以从流体冷却剂去除热量，从而降低流体冷却剂的温度以在冷却剂回路中重新使用。冷却剂回路还可以用于从受控农业环境中的其它组件(例如，除湿器)去除热量。