СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ КЛИМАТИЧЕСКОЙ КАМЕРЫ И КЛИМАТИЧЕСКАЯ КАМЕРА
CLIMATIC CHAMBER TEMPERATURE CONTROL METHOD, AND CLIMATIC CHAMBER

Настоящее изобретение относится к способу регулирования температуры климатической камеры, содержащей: камеру с регулируемой температурой, в которой содержится предмет производства, такой как инкубационные яйца или цыплята, в особенности, цыплята-птенцы; вентилятор; подающий канал, проходящий от вентилятора к камере; и датчик температуры.
Способ такого рода и климатическая камера такого типа известны. Компания «Хэтчтек» (Hatchtech), среди прочих, продает климатические камеры такого типа, в которых используется данный способ. Климатическая камера и способ описаны в документе EP 1 104 987. Известная климатическая камера содержит камеру, в которой температура регулируется во время ее использования и которая содержит продукт, подлежащий обработке или хранению, включая, в частности, яйца для выведения цыплят, которые называются инкубационными яйцами, или цыплят. Поток воздуха поступает в эту камеру в горизонтальном направлении. Этот поток воздуха направляется вентилятором к одной стороне камеры, где он поступает в камеру и выходит из камеры через противоположную, другую сторону камеры и возвращается к первой стороне, чтобы снова войти в камеру, и, таким образом, циркулировать. В этом случае камера дополнительно разделена на секции. Соседние секции отделены друг от друга перфорированной стенкой, которая выполнена в виде теплообменника и снабжена с этой целью трубками с текучей средой для того, чтобы придавать стенке определенную температуру для охлаждения или подогрева потока воздуха, проходящего через стенку. На стороне камеры, где поток воздуха входит в камеру, стенка камеры выполнена соответственно в виде перфорированной стенки, действующей в качестве теплообменника. Кроме того, дополнительные теплообменники (которые могут быть или могут не быть другого типа) также могут иметь место для придания потоку воздуха определенной заданной температуры. В климатических камерах этого типа очень важно, чтобы температура поддерживалась как можно точнее на определенной заданной величине. Если температура потока воздуха отличается от определенного заданного значения, и это корректируется с помощью одного или более теплообменников, то потребуется некоторое время, прежде чем температура потока воздуха достигнет заданного значения; иначе говоря, система теплопередачи этого типа имеет сравнительно большую задержку. Специалистам в данной области техники известно, что теплообменники медленно реагируют на регулирующее действие (большая инерционность).
Целью настоящего изобретения является усовершенствованный способ регулирования температуры в климатической камере и, соответственно, усовершенствованная климатическая камера.
Что касается способа, эта цель достигается, согласно настоящему изобретению, с помощью способа регулирования температуры в климатической камере, при котором климатическая камера содержит
• камеру с регулируемой температурой, содержащую предмет производства, такой как инкубационные яйца или цыплята, в особенности, цыплята-птенцы;
• вентилятор;
• подающий канал, проходящий от вентилятора к камере;
• датчик температуры, установленный в подающем канале;
при этом согласно способу
подают поток воздуха в камеру с помощью вентилятора через подающий канал;
измеряют с помощью датчика температуру воздуха, проходящего по подающему каналу;
регулируют скорость вращения вентилятора для воздействия на температуру воздуха, перемещаемого вентилятором. Скорость вращения регулируют предпочтительно в зависимости от температуры, измеренной датчиком температуры.
Что касается климатической камеры, эта цель достигается, согласно настоящему изобретению, предлагаемой климатической камерой, содержащей
• камеру с регулируемой температурой для размещения предмета производства, такого как инкубационные яйца или цыплята, в особенности, цыплята-птенцы;
• вентилятор;
• подающий канал для подачи потока воздуха в камеру, проходящий от вентилятора к камере;
• датчик температуры, установленный в подающем канале, для измерения температуры потока воздуха, проходящего по подающему каналу при его использовании;
• регулирующее устройство для регулирования температуры подаваемого в камеру потока воздуха при ее использовании;
при этом вентилятор выполнен с возможностью подачи потока воздуха в камеру через подающий канал; регулирующее устройство выполнено с возможностью регулирования скорости вращения вентилятора для воздействия на температуру перемещаемого вентилятором воздуха. Скорость вращения регулируется предпочтительно в зависимости от температуры, измеряемой датчиком температуры.
Заявитель установил, что тепло, выделяемое вентилятором в результате трения, может быть использовано для регулирования температуры воздуха, протекающего по или через вентилятор. Кроме того, было установлено, что тепло, выделяемое вентилятором, быстро изменяется в результате изменения скорости вращения вентилятора. В результате того, что поток воздуха всасывается вентилятором, сжимается внутри вентилятора, перемещается с трением о вращающийся элемент вентилятора и подвергается своего рода процессу перемешивания, когда он проходит через вентилятор, выделяется тепло, которое нагревает воздушный поток. Количество этого выделяемого тепла в воздушном потоке, который проходит через вентилятор, оказывается, зависит от скорости вращения и может быть использовано очень эффективно для регулирования или, другими словами, точной регулировки температуры климатической камеры или, по меньшей мере, температуры воздуха, перемещаемого через камеру с регулированием температуры. Для этого используется, по существу, нежелательный побочный эффект вентилятора, а именно, нежелательный подогрев воздушного потока, протекающего через или по вентилятору. Увеличение образования тепла, которое требует увеличения скорости вращения, способствует тому, что воздух, проходящий через или по вентилятору, вбирает в себя больше тепла и, таким образом, становится горячее. Уменьшение образования тепла, которое требует уменьшения скорости вращения, способствует тому, что воздух, проходящий через или по вентилятору, вбирает в себя меньше тепла и, таким образом, остывает по сравнению с ситуацией, предшествующей уменьшению скорости вращения. Поэтому здесь нет настоящего охлаждения, а есть скорее меньшая степень подогрева. Температура в климатической камере, в особенности, в камере, содержащей продукт, подлежащий обработке, может, таким способом, регулироваться или, другими словами, подвергаться точной регулировке. В соответствии с другой особенностью, настоящее изобретение относится также к использованию скорости вращения вентилятора климатической камеры для воздействия на температуру воздуха, перемещаемого через названный вентилятор.
2
2
Фактически заявитель установил, что для хорошо изолированной климатической камеры, например, такой как климатическая камера для инкубационных цыплят, тепловой эффект вентилятора может быть достаточным для поддержания температуры в климатической камере. Было даже установлено, что при использовании вентилятора климатическая камера может нагреваться. Для этого не нужны были другие источники нагревания. В этом примере осуществления температура регулируется на основании одного или нескольких замеров температуры датчиками температуры в климатической камере, например, в камерах или даже секциях климатической камеры. Эти хорошо изолированные климатические камеры могут иметь стенки с теплопередачей ниже 0,5 Вт/мК, в примерах осуществления даже ниже 0,4 Вт/мК.
Путем установки в подающем канале, другими словами, по потоку после вентилятора, но еще до (то есть, перед) камеры, датчика температуры, с помощью которого измеряется температура воздуха, проходящего по подающему каналу, скорость вращения вентилятора может регулироваться в зависимости от измеряемой таким образом температуры с тем, чтобы воздействовать на температуру воздушного потока, проходящего через вентилятор и далее в климатическую камеру.
Это можно делать разными способами. Согласно одному способу температура, измеряемая датчиком температуры, сравнивается с заданной температурой, и скорость вращения вентилятора будет увеличиваться, если измеренная температура будет ниже заданной температуры, и будет понижаться, если измеренная температура будет выше заданной температуры. Эта заданная температура может быть предварительно установленной заданной температурой или ранее измеренной датчиком температуры температурой; в последнем случае воздействие на скорость вращения вентилятора используется затем для регулирования температуры, если обнаруживается снижение или повышение температуры. Согласно еще одному способу, если, например, требуется повышение температуры, скорость вращения вентилятора будет временно увеличена до момента снижения скорости вращения, как только датчик температуры обнаружит, что достигнута требуемая температура, или, наоборот, если требуется снижение температуры, скорость вращения может быть понижена до тех пор, пока температура, измеренная датчиком температуры, не укажет на то, что требуемая температура достигнута, после чего скорость вращения, при необходимости, может быть повышена снова, как только любые остальные теплообменники будут способны поддерживать температуру на желаемом уровне. В последнем случае, скорость вращения вентилятора не будет регулироваться, или, по меньшей мере, не будет регулироваться в такой же степени, в зависимости от температуры, измеренной датчиком температуры, установленным в подающем канале, и без этого датчика температуры можно будет, при желании, обойтись. Датчик температуры в подающем канале в этом случае может продолжать использоваться для контроля регулирования температуры воздуха и, при необходимости, возможности оказывать действие на регулирование с большей точностью.
Согласно еще одному примеру осуществления, климатическая камера включает канал возврата, проходящий от камеры к вентилятору, и воздух из камеры возвращается в вентилятор через канал возврата. Таким образом, можно получить преимущественно замкнутую циркуляцию воздуха через климатическую камеру, в частности, камеру с регулируемой температурой, поэтому температура воздушного потока будет регулироваться, только если она изменяется при прохождении воздушного потока через камеру.
Согласно еще одному примеру осуществления, климатическая камера содержит теплообменник для воздействия на температуру воздуха, поступающего в камеру, и этот теплообменник располагается по потоку до камеры и после датчика температуры, по меньшей мере, если датчик температуры устанавливается в подающем канале. Таким образом, теплообменник обеспечивает основное регулирование и, в случае желаемого управляющего действия на регулирование температуры воздушного потока, время реагирования системы в целом может быть короче благодаря одновременному регулированию скорости вращения вентилятора временно или постоянно. Желаемое управляющее действие может, таким образом, быть осуществлено более быстро. Если датчик температуры установлен в подающем канале, скорость вращения может регулироваться в зависимости от температуры, измеренной с его помощью, для того, чтобы, таким образом, можно было внести быструю поправку в случае небольших отклонений, и поэтому потребуется небольшое регулирование с помощью теплообменника. Время реагирования системы, в целом, на изменения контролируемого тепла может, таким образом, в общем, быть уменьшено, что позволит системе реагировать более быстро.
Согласно другому примеру осуществления, теплообменник включает пластинчатое тело со множеством перфораций для пропускания воздушного потока в камеру; и трубу для текучей среды, через которую может протекать текучая среда. Температура пластинчатого тела может, таким образом, быть доведена до определенного заданного значения с помощью текучей среды, протекающей через трубу для текучей среды, и воздушный поток, проходящий через перфорации, может нагреваться благодаря пластинчатому телу. В частности, этот теплообменник образует первую боковую стенку камеры, а канал возврата соединяется с противоположной боковой стенкой камеры.
В климатических камерах этого типа, применяемых для инкубирования яиц или выращивания цыплят-птенцов, часто бывает также желательно регулировать влажность воздушного потока. Это достигается путем распыления воды или другой жидкости в воздушном потоке. Распыление жидкости в воздушном потоке вызывает понижение температуры воздушного потока в результате испарения этой жидкости. Для того чтобы ввести поправку на это, важно также, чтобы температура, которая понизилась в результате испарения, была измерена. Согласно настоящему изобретению, дополнительным преимуществом является также то, что жидкость, такая как вода, распыляется по потоку до датчика температуры, предпочтительно в подающем канале.
2,
В климатических камерах этого типа часто также бывает желательно иметь возможность добавлять газ, такой как свежий воздух и/или СОи/или другой вид газа. Добавление газа обычно влияет на температуру воздушного потока, если температура добавленного газа отличается от температуры воздушного потока. Для того чтобы ввести поправку на это путем воздействия на скорость вращения вентилятора, лучше всего делать такое добавление по потоку до датчика температуры. Согласно изобретению, дополнительным преимуществом является также то, что газ, такой как свежий воздух, распыляется по потоку до датчика температуры, предпочтительно в подающем канале.
Все ссылки в настоящей заявке на вентилятор относятся, в широком смысле, к устройству перемещения воздуха, которое приводится во вращение.
Все ссылки в настоящей заявке на цыплят-птенцов относятся именно к цыплятам моложе 5, конкретнее моложе 3 или 2 дней.
Все ссылки в настоящей заявке на цыплят относятся именно к бройлерам или домашней птице, предназначенной для потребления человеком.
Все ссылки в настоящей заявке на климатическую камеру относятся к широкому диапазону климатических камер. Примерами могут служить климатическая камера для вызревания фруктов, климатическая камера для инкубирования яиц и климатическая камера для разведения домашних животных, в частности, очень маленьких животных, таких как цыплята моложе 4 дней или даже в возрасте от 0 до 1 дня. Во всех этих примерах применения важно очень точно регулировать температуру. Молодые животные, например, такие как цыплята, еще не способны регулировать температуру своего тела. Для того чтобы выращивать их наилучшим образом, важно, особенно на первоначальной стадии после инкубирования (рождения), содержать этих животных при предварительно определенной температуре, которая зависит от вида животного, и регулировать эту температуру очень точно. Согласно изобретению, термин «климатическая камера» относится конкретно к устройству, имеющему внутреннее пространство (камеру), которое может регулировать температуру в названном внутреннем пространстве по всей площади с точностью ±3°С, более предпочтительно с точностью ±1°С или даже более точно (термин «точность» относится в этом контексте к тому факту, что самая большая разница температур между любыми двумя местами в названном пространстве - камере - будет, по большей части, вышеуказанной точностью, то есть, при точности ±1°С эта разница температур будет, по большей части, равна 2°С). В этом случае используется климатическая камера, которая имеет теплоизоляционные стенки, внутри которых поддерживается специальная желаемая терморегулируемая среда.
Настоящее изобретение описывается ниже более подробно со ссылкой на пример, иллюстрируемый схематически на приложенных чертежах, на которых:
Фиг.1 - схематический и перспективный вид климатической камеры согласно изобретению; и
Фиг.2 - схематический вид спереди климатической камеры согласно фиг.1, хотя ее передняя стенка не показана.
Фиг.1 и 2 представляют климатическую камеру 1 согласно изобретению. Климатическая камера 1 снаружи образована двумя противоположными боковыми стенками 4 и 6, задней стенкой 3, противоположной передней стенкой 8, потолком 5 и основанием 7. Для того чтобы они могли регулировать температуру внутри климатической камеры как можно точнее, эти стенки, основание и потолок должны иметь желательно терморегулируемую конфигурацию.
Климатическая камера включает камеру 2, через которую проходит воздух с регулируемой температурой для того, чтобы регулировать в камере 2 климатические условия, такие как температура и/или состав воздуха и т.п. Камера 2 образована двумя противоположными боковыми стенками 12 и 22, задней стенкой (не показана), которая может совпадать с задней стенкой 3 климатической камеры, потолком 28 и основанием, которое может совпадать с основанием 7 климатической камеры. В этом примере камера 2 разделена на четыре секции 10. Однако возможно иметь также большее или меньшее количество секций 10. Секции 10 отделены соответственно одна от другой теплообменником 11. Кроме того, боковая стенка 22 имеет конструктивное исполнение в виде теплообменника, и боковая стенка 12 тоже, при желании, может быть конструктивно выполнена в виде теплообменника. Эти теплообменники 11, 12 и 22 могут быть конструктивно выполнены, как описано в документе ЕР 1 104 987. Этот известный теплообменник состоит, по существу, из металлической пластины с большим числом перфораций, а также с трубами для жидкости. Для того чтобы воздействовать на температуру этой пластины, текучая среда, в частности, вода, имеющая определенную заданную температуру, проходит по этим трубам, и, таким образом, в пластине поддерживается или достигается определенная температура. Перфорированная пластина обычно устанавливается стоящей вертикально, и через нее проходит - в случае вертикальной установки пластины - горизонтальный поток газа, который поступает в поперечном направлении к поверхности пластины, проходит через перфорации для того, чтобы далее направляться вперед к другой стороне пластины. Температура газового потока может изменяться при прохождении газового потока через пластину. Если температуру газового потока необходимо повысить, пластина должна иметь более высокую температуру, чем газовый поток, или должна быть доведена до более высокой температуры, а если температуру газового потока необходимо понизить, пластина должна иметь более низкую температуру, чем газовый поток, или она должна быть доведена до более низкой температуры. Для более детального описания примера теплообменника этого типа следует сослаться на указанный документ ЕР 1 104 987, а также на публикацию WO 2009014422 (A1) заявки того же заявителя, которая была подана 13 июля 2007 года.
Как видно из фиг.1, доступ к секциям 10 возможен через дверцы 29, имеющиеся в передней стенке 8. Через дверцы 29 возможен доступ к секционным лоткам 24 и 25, содержащим предмет производства для обработки или хранения в секции 10. Как схематически показано на фиг.2, этим предметом производства могут быть, например, цыплята 26 или яйца 27.
Как показано, в частности, на фиг.1, пространство между потолком 28 камеры 2 и потолком 5 климатической камеры 1 разделено перегородкой 14. В этой перегородке 14 устанавливается один или несколько вентиляторов 15 (не показаны на фиг.1) для того, чтобы воздушный поток циркулировал, как показано стрелками на фиг.2. Как видно из фиг.2, вентилятор 15 вытягивает воздух из левой стороны обратного канала 23 для того, чтобы продуть воздух в правой стороне в подающий канал 3. Перегородка 14 и/или вентилятор(ы) 15 образуют, таким образом, линию раздела между каналом 23 возврата и подающим каналом 3. Подающий канал 3 проходит от вентилятора(ов) 15 вплоть до теплообменника 22. Через перфорации в теплообменнике 22 воздух затем поступает в камеру 2 для прохода в первую секцию 10, протекает в горизонтальном направлении через эту первую секцию 10, поступает во вторую секцию 10 через теплообменник 11, протекает в горизонтальном направлении через эту вторую секцию 10 и поступает в третью секцию через противоположный теплообменник 11, протекает в горизонтальном направлении через эту третью секцию и затем возвращается в четвертую секцию 10 через противоположный теплообменник 11. После прохождения в горизонтальном направлении через четвертую секцию 10 воздух поступает в канал 23 возврата через боковую стенку 12, которая, при желании, также может быть конструктивно выполнена в виде теплообменника, и далее возвращается назад к всасывающей стороне вентилятора 15 через канал возврата.
Вентилятор 15 приводится в движение электрическим двигателем 16 посредством вала 30. Воздух, перемещаемый вентилятором 15, нагревается воздушными слоями, соприкасающимися друг с другом, движением воздуха вдоль вентилятора 15 и его корпуса, уплотнением воздуха и другими аэродинамическими факторами. Количество выделяемого тепла, оказывается, зависит от скорости вращения вентилятора. Путем регулирования этой скорости вращения тепло, получаемое воздухом при прохождении вдоль вентилятора, можно регулировать. Скорость вращения вентилятора этого типа можно регулировать в широком диапазоне способов, известных специалистам в этой области. В данном примере скорость вращения вентилятора 15 регулируется тем, что известно как частотный регулятор 17. Изменение частоты переменного тока, подаваемого на двигатель 16 вентилятора 15, изменяет скорость вращения вентилятора.
Датчик 19 температуры с активной схемой подключения к регулятору 17 установлен по потоку после вентилятора 15 в подающем канале 3. Регулятор 17, таким образом, может регулировать скорость вращения вентилятора 15 в зависимости от температуры, измеряемой датчиком 19 температуры. Вентилятор 15 реагирует очень быстро, если не немедленно, затем почти без задержки, на регулирование скорости вращения. Это также означает, что количество тепла, которое выделяется в результате вращения вентилятора 15, может быть изменено очень быстро.
Меньшее количество тепла будет вырабатываться при сравнительно низкой скорости вращения, чем при сравнительно высокой скорости вращения. Повышение скорости вращения будет увеличивать количество тепла и, тем самым, его температура будет возрастать. Снижение скорости вращения будет уменьшать количество тепла, и воздушный поток, тем самым, будет вбирать в себя меньше тепла при прохождении через вентилятор. Температура воздушного потока после прохода вентилятора будет поэтому ниже. Такое падение температуры, однако, не является результатом охлаждения (воздушный поток все-таки нагревается при прохождении вентилятора), но скорее является результатом имеющегося меньшего количества тепла. Воздействие на это (выделяющееся при трении) тепло позволит быстро влиять на температуру воздушного потока, проходящего через вентилятор 15.
Кроме того, фиг.2 также показывает распылитель 18, с помощью которого текучая среда, например, вода, может распыляться в подающий канал 3. Распылитель 18 устанавливается по потоку до датчика 19 температуры и после вентилятора 15. Распылитель 18 может также устанавливаться по потоку до вентилятора 15. Распыление жидкости в газовом потоке приводит к испарению и, соответственно, падению температуры. Повышение скорости вращения вентилятора позволяет компенсировать такое падение температуры. Это падение температуры имеет дополнительное преимущество в том, что меньше компенсации произойдет в теплообменнике 22 и камере 2.
Кроме того, фиг.2 показывает устройство подачи газа 20, через которое поступает газ. Это устройство подачи газа 20 тоже устанавливается по потоку до датчика 19 температуры и впереди вентилятора 15. Выпускное отверстие 21 для выхода воздуха устанавливается после вентилятора. Необходимо отметить, что возможна также установка выпускного отверстия 21 и входного отверстия 20 в другом месте, например, на другой стороне вентилятора. Вообще говоря, распылитель 18 и/или устройство подачи газа 20 могут быть установлены впереди датчика температуры 19 и после стенки 12 камеры 2. Предпочтительно, чтобы распылитель 18 и/или устройство подачи газа 20 были установлены после вентилятора 15.
Перечень ссылочных номеров, используемых на чертежах
1. Климатическая камера
2. Камера
3. Подающий канал
4. Боковая стенка климатической камеры
5. Потолок климатической камеры
6. Боковая стенка климатической камеры
7. Основание климатической камеры
8. Передняя стенка климатической камеры
9. Задняя стенка климатической камеры
10. Секция
11. Теплообменник
12. Теплообменник
14. Разделительная перегородка
15. Вентилятор
16. Двигатель вентилятора
17. Регулятор
18. Распылитель
19. Датчик температуры
20. Подача газа, ввод
21. Выпускное отверстие
22. Теплообменник
23. Канал возврата
24. Лоток с цыплятами
25. Лоток с яйцами
26. Цыпленок
27. Яйцо
28. Потолок камеры
29. Дверца секции
30. Вал