ШКАФ ИСКУССТВЕННОГО КЛИМАТА
CONTROLLED ATMOSPHERE CABINET

Изобретение относится к области лабораторного оборудования для проведения научно-исследовательских работ с биологическими объектами (растениями, насекомыми и т.п.) в условиях искусственного климата. Может быть использовано для изучения влияния климатических факторов на процессы, протекающие в биологических объектах, а также для проведения селекционных работ с растениями, разработке мер защиты растений от вредителей с помощью насекомых-энтомофагов и т.п.
Известные шкафы, установки, камеры роста растений различаются, в основном, количеством воспроизводимых климатических факторов из числа следующих: свет, температура, влажность, содержание углекислого газа, скорость движения воздуха [1, 2, 3]. Основными компонентами таких устройств являются остекленная рабочая камера с полезным пространством для исследуемых объектов, источники света, блок подготовки воздуха и блок управления. Наибольшее распространение получили устройства с вертикальной конструкцией рабочей камеры [3], позволяющие более рационально использовать площадь лаборатории. Наиболее близким аналогом изобретению является шкаф роста растений [4], содержащий остекленную рабочую камеру с остекленной передней дверью для наблюдения за растениями, снабженной с внутренней стороны зеркальным покрытием с заданным коэффициентом пропускания света, источники света с зеркальными отражателями, расположенные с внешней стороны рабочей камеры, блок подготовки воздуха и блок управления. Избыток тепла от ламп удаляется кондиционером, а его недостаток восполняется нагревателем блока подготовки воздуха. Недостаток влаги восполняется увлажнителем блока подготовки воздуха. Потолок блока подготовки воздуха является дном рабочей камеры. Рабочая камера сообщается с блоком подготовки воздуха посредством двух продольных щелей в потолке вдоль боковых сторон. При этом через одну из щелей воздух нагнетается в рабочую камеру, а через другую - забирается. Воздух циркулирует поочередно под действием вентиляторов кондиционера или нагревателя блока подготовки воздуха в зависимости от того, какое исполнительное устройство (кондиционер или нагреватель) включено в данный момент времени. Недостаток такого технического решения заключается в том, что при относительно высокой конструкции рабочей камеры верхние слои воздуха хуже перемешиваются, что повышает неравномерность (градиент) температуры по высоте рабочей камеры.
Техническим результатом изобретения является уменьшение градиента температуры по высоте рабочей камеры.
Технический результат достигается тем, что у шкафа искусственного климата, содержащего остекленную рабочую камеру с остекленной передней дверью для наблюдения за растениями, источники света, расположенные с внешней стороны рабочей камеры, блок управления и блок подготовки воздуха, сообщающийся с рабочей камерой посредством отверстий в общей стенке, являющейся его потолком и дном рабочей камеры, задняя остекленная стенка рабочей камеры выполнена двойной таким образом, что образуется полость для нагнетания воздуха из блока подготовки воздуха, а внутреннее стекло задней стенки имеет щель в верхней части для выхода циркулирующего воздуха в рабочую камеру и далее в блок подготовки воздуха через отверстия в дне рабочей камеры. Таким образом, достигается практически одинаковая скорость движения воздуха во всех зонах рабочей камеры и, как следствие, уменьшение градиента температуры по высоте рабочей камеры, так как более теплый воздух верхней части рабочей камеры равномерно перемещается в более холодную нижнюю часть, а более холодный воздух нижней части рабочей камеры в это же время через полость задней стенки поступает в более теплую верхнюю часть рабочей камеры. Кроме того, такое техническое решение практически не изменяет величину светового потока через заднюю стенку и не ухудшает условия освещения растений.
На чертеже изображена циркуляция воздуха шкафа искусственного климата, поясняющая сущность изобретения.
Шкаф искусственного климата содержит остекленную рабочую камеру 1 с остекленной передней дверью 2, с внутренней стороны которой наклеена зеркальная полимерная пленка. Задняя стенка состоит из двух стекол 3 и 4, отстоящих друг от друга так, что образуется полость 5 для нагнетания воздуха из блока подготовки воздуха 6. Внутреннее стекло 3 задней стенки выполнено короче, чем наружное, так что образуется щель в верхней части рабочей камеры 1 для выхода воздуха из полости 5 в рабочую камеру 1. Внутри рабочей камеры 1 расположены четыре съемных решетчатых полки (на чертеже не показаны) для установки растений. С внешней стороны рабочей камеры 1 на потолке и трех сторонах (двух боковых и задней) расположены источники света - семь светильников 7 с люминесцентными лампами (светильники на боковых сторонах на чертеже не показаны). Рабочая камера 1 установлена на блок подготовки воздуха 6, который содержит исполнительные устройства: кондиционер (охладитель) 8, нагреватель (тепловентилятор) 9 и ультразвуковой увлажнитель 10. Потолок блока подготовки воздуха 6 является дном рабочей камеры 1 после установки ее на блок подготовки воздуха 6 и имеет отверстия для циркуляции воздуха. В блок подготовки воздуха 6 вмонтирован блок управления (на рисунке не показан), основными элементами которого являются программируемый во времени регулятор температуры, влажности, освещения и датчики температуры и влажности.
Работа шкафа искусственного климата заключается в поддержании заданных параметров микроклимата в рабочей камере 1 с помощью светильников 7, кондиционера 8, нагревателя 9, увлажнителя 10 блока подготовки воздуха 6, которые включаются и выключаются под управлением регулятора в зависимости от заданных программой значений температуры, влажности, времени включения (выключения) светильников 7 и текущих значений температуры, влажности и времени, поступающих от датчика температуры, датчика влажности и таймера регулятора. Освещенность в рабочей камере 1 создается лампами светильников 7 и светом, отраженным от зеркальной полимерной пленки на передней двери 2. Воздух циркулирует под действием вентиляторов, либо кондиционера 8, либо нагревателя 9 блока подготовки воздуха 6, в зависимости от того, какое исполнительное устройство включено регулятором в данный момент времени - кондиционер 8 или нагреватель 9.
Изобретение может быть реализовано с использованием следующих компонентов. Каркасы рабочей камеры 1 и съемной двери 2 могут изготавливаться из окрашенного алюминиевого профиля типа CONSTA-SIB. Остекление может быть выполнено из оконного стекла толщиной 4 мм с ошлифованными кромками с применением П-образных пластиковых уплотнителей. В качестве светильников 7 могут быть применены стандартные - типа TL418-1А на четыре люминесцентных лампы мощностью 18 Вт каждая, со специальным спектром излучения для растений, типа L18W/77 FLUORA. Для регулирования и воспроизведения необходимых значений температуры, влажности и освещенности могут быть применены микропроцессорный программный регулятор МПР51-Щ4 и два термометра сопротивления ТС 034-50М (фирмы ОВЕН г.Москва), один из которых используется для измерения влажности психрометрическим методом, и исполнительные устройства: кондиционер-охладитель 8 типа LWJ0561ACG (фирма LG, Ю.Корея), тепловентилятор-нагреватель 9 РЕН 2036 и увлажнитель 10 типа PUH 1104 (оба фирмы POLARIS, США). Зеркальное покрытие на внутренней поверхности двери 2 может быть выполнено путем наклеивания полимерной зеркальной пленки торговой марки Llumar, например, типа R15GSRCDF (серая, с пропусканием света 15%).
Результаты измерений температуры на полках рабочей камеры с помощью многоканального (до 12 каналов) термоизмерителя ТМ-12.2 (погрешность 0,01°C) показали, что при заданной температуре 20,0°C разность средних (из 5-ти точек) температур на верхней и нижней полках уменьшилась с 1,5°C до 0,8°C в ночном режиме (лампы выключены) и с 6,0°C до 2,7°C в дневном режиме (лампы включены) по сравнению с прототипом.
Источники информации
1. Садовой А.Ф., Советов В.П. Установки искусственного климата. - М.: Агропромиздат, 1985. - 72 с., ил.
2. Курец В.К., Попов Э.Г. Статистическое моделирование системы связей растение-среда. - Л.: Наука, 1991. - 152 с.
3. Патент на промышленный образец №54275. Установка микроклимата вегетационная.
4. Патент РФ №2446673. Шкаф роста растений (прототип).