Инкубатор
INCUBATOR

Изобретение относится к сельскохозяйственному оборудованию, в частности к инкубаторам, и предназначено для инкубации яиц в домашних условиях, а также в условиях небольших фермерских хозяйств, где возможны перебои в электроснабжении.
В домашних условиях, а также в условиях небольших фермерских хозяйств вопрос качественной инкубации яиц во многом определяется бесперебойностью электроснабжения и стабильностью напряжения сети.
Известен инкубатор, содержащий термостатную камеру с вентиляционными отверстиями, внутри которой имеются лотки для яиц, увлажнительные противни, терморегулятор, тепловой аккумулятор, установленный под лотками для яиц в виде закрытого, наполненного водой бака с отверстиями для циркуляции воздуха, а также электронагреватели, установленные внутри бака или под ним (см. патент РФ №2040170, МКИ А01К 41/00, 1995 г.). Благодаря наличию теплового аккумулятора устройство способно сохранять в течение суток необходимую температуру независимо от электропитания.
Основным недостатком известного инкубатора является его неработоспособность в условиях аварийного отключения электропитания более чем на одни сутки, что нарушает процесс инкубации яиц, т.к. вода успевает охладиться более чем на 2-5°С. При этом снижение температуры воздуха неизбежно приводит к падению его влажности, что не может не отражаться на качестве инкубации яиц.
Кроме того, при отсутствии электропитания на момент закладки яиц невозможно начать процесс их инкубации.
Известен инкубатор, содержащий термостатную камеру с емкостью для воды и лотком для яиц, съемную крышку с терморегулятором и электронагревателем в виде пластины из прозрачного материала с одинаковыми в любой точке поверхности теплоизлучающими характеристиками, установленную параллельно плоскости лотка, а также смотровыми окнами и вентиляционными отверстиями, выполненными в крышке (см. патент РФ №2095975, МКИ А01К 41/00, 1997 г.).
Основными недостатками известного инкубатора являются, во-первых, невозможность обеспечения равномерности прогрева лотка для яиц за счет плоского пластинчатого нагревателя с малой удельной теплоемкостью. Неравномерность теплового потока может достигать 20%, что снижает равномерность прогрева лотка по всей площади и значительно (до 30%) снижает максимальный выход цыплят.
Во-вторых, в случае отключения электропитания во время процесса инкубации яиц происходит нарушение естественного теплового баланса внутри термостатной камеры, что может привести к частичной или полной гибели цыплят.
Конструктивно наиболее близким к заявляемому техническому решению является инкубатор, взятый в качестве прототипа, содержащий термостатную камеру с емкостью для воды и лотком для яиц, электронагреватель и терморегулятор, съемную крышку со смотровыми окнами и вентиляционными отверстиями, в которой расположена как минимум одна герметичная металлическая камера для воды, установленная параллельно лотку для яиц, на нижней часть которой закреплены электронагреватели (см. патент РФ №2180999, МКИ А01К 41/02, 2002 г., фиг. 1). Выполнение устройства со съемной крышкой, в которой расположена как минимум одна герметичная камера для воды с плоским металлическим баком, на котором закреплен электронагреватель, позволяет не только имитировать реальную картину прогрева яиц в гнезде курицей (источник тепла расположен над яйцами), но и создать подогреваемый аккумулятор тепла, способный при незначительных затратах электроэнергии от электрической сети проводить процесс инкубации яиц, а в случае отсутствия электрической сети или при ее временном отключении, позволяет продолжить процесс инкубации, используя автономный источник электроэнергии, например, автомобильный аккумулятор. Выполнение крышки с герметичной камерой (камерами) позволяет существенно упростить обслуживание инкубатора, т.к. в процессе открывания верхней крышки инкубатора, вода из герметичной камеры не расплескивается и не выливается, а значит, ее не нужно периодически измерять и доливать.
Основным недостатком известного инкубатора является технологическая сложность производства герметичных камер, особенно в мелкосерийном или среднесерийном производствах, т.к. большая часть имеющегося там оборудования связана с ручным трудом, а станочный парк использует только универсальные станки, которые можно применять для выпуска стандартных точеных или фрезерованных деталей. Известно, что наиболее подходящим металлом с высокой теплопроводностью для изготовления герметичных камер является алюминий, который намного легче и дешевле меди. К тому же, на алюминии есть природная безопасная оксидная пленка, защищающая его от коррозии, что немаловажно для применения металла в атмосфере повышенной влажности. Однако с технологической точки зрения, изготовление герметичных камер из алюминия, дело не простое и требует специализированного оборудования, в частности, дорогостоящих вырубных станков и сварочных комплексов для автоматизированной сварки в защитной атмосфере тонких алюминиевых листов (0.3-0.5 мм в зависимости от размера поверхности герметичной камеры и ее объема. Следует учесть, что герметичные камеры занимают до 70-90% площади верхнего основания крышки. При этом имеющиеся локальные окна, необходимых для наружного контроля процесса инкубации яиц, многократно увеличивают технологическую сложность изготовления таких камер. Для выпуска нескольких серий инкубаторов с различной производительности (от 20-40 яиц до 100 и более), необходимо практически для каждого варианта инкубатора изготавливать свою герметичную камеру или камеры со своими площадями основания и объемами воды от 2-3 литров до 5-6 литров и более. С точки зрения производства это означает, что нужно вырубать заготовки алюминия определенной площади и формы (с высечкой внутри или без высечки, с различной глубиной завальцовки краев и т.п.), затем их герметично сваривать по периметру, включая периметры смотровых окон. Поскольку используется достаточно тонкий лист алюминия, то сварку необходимо проводить только на специализированном оборудовании в среде инертных газов. Таким образом, изготавливать указанные герметичные камеры необходимо на высоко профессиональном оборудовании и очень крупными сериями, чтобы загрузить производительные вырубные машины и автоматизированные сварочные комплексы. С технологической точки зрения, в мелкосерийном или среднесерийном производствах производить указанные герметичные камеры невозможно, а с экономической точки зрения совершенно не целесообразно.
Кроме того, следует отметить низкую механическую прочность больших герметичных камер. Так, например, если в процессе обслуживания инкубатора с единой заполненной водой герметичной камерой со смотровым окном, оператор случайно выронит из рук снятую крышку или резко ее опустит (вес крышки при этом может составлять от 5 до 10 кг и более), то происходит либо полный отрыв герметичной камеры от крышки, либо ее частичный отрыв с деформаций в месте расположения смотрового окна. В любом случае, крышка с оторванной и деформированной камерой практически грозит выходу из строя инкубатора, а значит, и прерыванию процессе инкубации яиц с гибелью невылупившихся птенцов.
Техническим результатом заявляемого инкубатора, является устранение указанных недостатков известного технического решения, а именно - создание простого и технологичного в мелкосерийном или среднесерийном производстве инкубатора с водяными аккумуляторами тепла, без использования дорогостоящего специализированного оборудования и обслуживающего персонала высокой квалификации, также обладающего высокой ремонтопригодностью в домашних условиях силами владельца инкубатора.
Указанный технический результат в инкубаторе, содержащем термостатную камеру с емкостью для воды и лотком для яиц, блок управления с электронагревателем и терморегулятором, съемную крышку со смотровым окном и вентиляционными отверстиями, в которой расположена как минимум одна герметичная камера для воды, установленная параллельно лотку для яиц, достигается тем, что герметичная камера установлена внутри съемной крышки, в которой выполнено сквозное отверстие, закрытое снизу металлической пластиной с закрепленным на ней нагревателем или нагревателями, которая образует упор для дна герметичной камеры, причем сама герметичная камера выполнена из цельного фрагмента водонепроницаемой пленки, в форме вертикально установленного пакета, закрывающего дно и боковые стенки сквозного отверстия, а верхние края пленки зафиксированы на верхней поверхности съемной крышки пробкой-фиксатором из материала с низкой теплопроводностью.
Указанное выполнение инкубатора позволяет при изготовлении герметичных камер, установленных в теле съемной крышки отказаться от сложных в производстве металлических герметичных камер, заменив их простыми сквозными отверстиями в крышке произвольной формы, которые могут быть выполнены на любом производстве, включая мелкосерийное. Это позволяет выпускать мелкими сериями широкую гамму инкубаторов с различным количеством инкубируемых яиц, а значит, позволяет подобрать для каждого потребителя необходимое ему по размерам и по производительности устройство.
Выгодно в качестве водонепроницаемой пленки герметичной камеры использовать полиэтиленовую или полипропиленовую пленку. Для надежной фиксации водонепроницаемой пленки в теле съемной крышки, ее верхние края надежно зафиксированы и загерметизированы пробкой-фиксатором на уровне верхнего основания съемной крышки инкубатора. Отличительной особенностью заявляемого технического решения является полная ремонтопригодность герметичных камер, причем в домашних условиях. Для этого достаточно только снять верхнюю пробку-фиксатор и заменить водонепроницаемую пленку, фрагменты пленки нужных размеров прилагаются в комплекте с инкубатором, а при отсутствии такого фрагмента, достаточно использовать подходящий кусок пленки из полиэтилена или полипропилена.
Целесообразно в качестве металлической пластины небольшой площади использовать плоский алюминиевый лист или лист из алюминиевого сплава, а в качестве металлической пластины большой площади использовать аналогичный плоский алюминиевый лист с завальцованными вниз краями, который имеет повышенную жесткость и может при этом дополнительно повысить жесткость самой съемной крышки.
Перспективно крепление алюминиевого листа к съемной крышке производить либо методом клеевого соединения, либо методом крепления при помощи пластиковых гвоздей и клипс. Оба метода позволяют обеспечить достаточную надежность крепления алюминиевого листа к съемной крышке из пенопласта.
Выгодно места расположения герметичных камер на внешней поверхности съемной крышки закрыть декоративными фиксирующими накладками, которые блокируют пробки-фиксаторы от самопроизвольного отрывания.
Таким образом, заявляемое техническое решение позволяет производить серию различных по габаритам и производительности простых и надежных в эксплуатации ремонтопригодных инкубаторов с водяными аккумуляторами тепла, которые, в основном, используют потребители, живущие в отдаленных районах с нестабильным сетевым электропитанием, при этом при производстве инкубаторов нет необходимости в использовании дорогостоящего специализированного оборудования и обслуживающего персонала высокой квалификации, а можно начать их производство практически на любом производственном участке, что не имеет аналогов среди известных инкубаторов, а значит, соответствует критерию «изобретательский уровень».
Сущность заявляемого технического решения поясняется представленными на фиг. 1-3 рисунками.
На фиг. 1 представлен разрез одного из вариантов реализации заявляемого инкубатора с шестью аккумуляторами тепла в виде герметичных камер, содержащий: термостатную камеру 1, внутри которой помещается лоток 2 с яйцами 3 и емкостью для воды 4; съемную крышку 5 с установленными в ней аккумуляторами тепла в виде шести герметичных камер с водой 6а-6е; металлических пластин 7а и 7б с нагревателями 8а-8г; смотрового окна 9.
На фиг. 2 представлен рисунок вида А, поясняющий конструкцию герметичной камеры 6д, представляющей собой сквозное отверстие в верхней крышке инкубатора 5, внутри которого расположен пакет из водонепроницаемой пленки 10д, образующей вертикальный пленочный цилиндр с порцией воды 11д, опирающийся на металлическую пластину 7б с нагревателем 8е и герметично закрытый сверху пробкой-фиксатором 12д, установленной заподлицо с верхней поверхностью съемной крышки инкубатора (декоративная панель, фиксирующая положение пробки-фиксатора заподлицо с верхней поверхностью съемной крышки, условно не показана).
На фиг. 3 представлен рисунок общего вида одного из вариантов реализации заявляемого инкубатора с шестью аккумуляторами тепла 6а-6е в верхней съемной крышке 5, в которой также установлено смотровое окно 9 с вентиляционными отверстиями 13, декоративная накладка 14, закрепленная шурупами-саморезами 15 и электрический разъем 16 для подключения выносного блока со следующими функциями:
- источника питания, преобразующего напряжение переменного тока питающей сети 220В в 12В напряжения постоянного тока;
- автоматического переключателя с питания от сети 220В на аккумуляторное питание, в случае отсутствия напряжения сети;
- блока подзарядки аккумулятора в случае его частичной разрядки;
- блока контроля за температурой в инкубаторе (измеряет температуру в инкубаторе и при помощи терморегулятора, а также управляет работой нагревателей для поддержания оптимальной температуры инкубации яиц;
- блока индикации температуры на табло;
- блока индикации влажности на табло;
- блока индикации работающих нагревателей.
Устройство работает следующим образом. В нормальном режиме работы, т.е. при наличии напряжения в сети на момент закладки яиц, работу осуществляют в следующем порядке. В термостатную камеру 1 (фиг. 1) на лоток 2 укладывают рядами яйца 3, а под лоток, в полости дна камеры 1, наливают воду 4, после чего камеру закрывают съемной крышкой 5, при этом предварительно, до начала инкубации яиц, в аккумуляторы тепла бабе, расположенные в крышке 5, заливают порции воды (позиция 11д на фиг. 2), а сами камеры герметизируют пробками-фиксаторами (позиция 12д на фиг. 2). Закрытые герметичные камеры сверху закрывают декоративными крышками 14 и фиксируют шурупами-саморезами 15 (см. фиг. 3). На фиг. 3, герметичные камеры 6г-6е условно показаны без декоративной крышки 14, пробок-фиксаторов 12д и пакетов из водонепроницаемой пленки 10д.
После включения инкубатора в сеть напряжения 220 В, нагреватели 8а-8г начинают нагревают алюминиевые пластины 7а-7б с высокой теплопроводностью. За счет хорошего теплового контакта с пластинами 7а-7б, порции воды, помещенные в камеры 6а-6е нагреваются, а вода аккумулирует в себе значительное количестве теплоты, которая поддерживает стабильный температурный режим инкубатора - оптимальная температура, необходимая для инкубации яиц должна составлять на уровне центра яйца около 37,8°С (температурный датчик, установленный на уровне центра яйца, на фиг. 1 условно не показан).
Контроль температуры и влажности внутри инкубатора может производиться оператором с помощью выносного блока с электронным табло, который подключается через разъем 16 (на фиг. 3 выносной блок условно не показан). На табло высвечивается текущая температура, влажность и количество включенных нагревателей, а также режим работы от сети 220В или от автономного источника питания 12В. В случае отключения напряжения в сети 220В, выносное табло сигнализирует об этом оператору, который может на время отклонения сети, в ручном режиме подключить автономный источник напряжения (автомобильный аккумулятор). Переключение режимов СЕТЬ - АККУМУЛЯТОР может осуществляться и в автоматическом режиме. Для этого электрический аккумулятор должен быть подключен к выносному блоку через двух контактный разъем на постоянной основе. Поскольку, внутри выносного блока имеется преобразователь переменного напряжения 160-250В (т.к. часто в сельской местности напряжение колеблется в диапазоне от 160 до 250В) в напряжение 12В постоянного тока, то переход на режим питания от автомобильного 12В аккумулятора происходит совершенно безопасно для источника питания нагревателей и терморегулятора, при этом выносной блок издает для оператора звуковой сигнал и включает световой индикатор, сигнализирующий о переходе питания от автономного источника. Поэтому, там, где напряжение сети 220В нестабильно, аккумулятор может быть; постоянно подключен и, в случае необходимости, устройство само переключит напряжение питание от одного источника на другой, а в случае восстановления напряжения в сети 220В - произойдет обратное переключение.
Для проверки заявляемого технического решения был создан опытный образец заявляемого устройства, который полностью подтвердил его преимущества перед прототипом, среди которых:
- простота изготовления, в том числе, возможность одновременного изготовления различных серий инкубаторов мелкими партиями с разным числом инкубируемых яиц (20-60 шт.);
- отсутствие необходимости в сложном специализированном оборудовании для изготовления герметичных камер;
- отсутствие необходимости в специалистах высокой квалификации для обслуживания специализированного оборудования;
- подтверждена возможность быстрого ремонта герметичных камер в домашних условиях.
Для изготовления серии опытных образцов были склеены из пенопласта: различные формы съемных крышек и термостатных камер для различного количества укладываемых яиц; различные по форме герметичные камеры (были опробованы камеры разной формы -круглые, квадратные и прямоугольные); различные по мощности нагреватели (керамические сопротивления, греющий кабель, мощные транзисторы), закрепленные на алюминиевой пластине различной толщины (2-5 мм). В качестве основы для источника питания макетных образцов, был использован блок бесперебойного питания марки ББП-5.2М (бесперебойный блок питания на напряжение 12В, ток 5А и емкость аккумулятора 18Ач), доработанный для работы с аккумуляторами 55-75Ач. После проведенных натурных испытаний все варианты макетов устройств показали свою работоспособность и надежность в эксплуатации.