Шкаф с регулируемым искусственным микроклиматом
CABINET WITH CONTROLLED ARTIFICIAL MICROCLIMATE

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, для разработки мер защиты растений от вредителей с помощью насекомых-энтомофагов.
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 [Садовой А.Ф., Советов В.П. Установки искусственного климата. - М.: Агропромиздат, 1985. - 72 с., ил.], [Курец В.К., Попов Э.Г. Статистическое моделирование системы связей растение-среда. - Л.: Наука, 1991. - 152 с.]. 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 [Патент РФ №2446673, МПК A01G 9/24. Шкаф роста растений / В.В. Альт, В.А. Золотарев, В.В. Минеев, Л.А. Даукшис. - Заявка №2010125445/13; Заявлено 21.06.2010; Опубл. 10.04.2012; Бюл. №10], позволяющие более рационально использовать площадь лаборатории. Наиболее близким аналогом изобретению является шкаф с регулируемым микроклиматом [Патент РФ №2603910, МПК A01G 9/24. Шкаф с регулируемым микроклиматом / В.В. Минеев, В.А. Золотарев, В.В. Альт, В.М. Фурзиков, С.В. Рожанская. - Заявка №2015124018/13; Заявлено 19.06.2015; Опубл. 10.12.2016; Бюл. №34], содержащий остекленную рабочую камеру с остекленной передней дверью для наблюдения за растениями и двойной задней остекленной стенкой, образующей полость, обеспечивающую выход воздуха в рабочую камеру через щель в верхней части внутреннего стекла, источники света, расположенные с внешней стороны рабочей камеры, блок управления и блок подготовки воздуха, содержащий увлажнитель, охладитель, нагреватель и сообщающийся с полостью двойной задней остекленной стенки, а также с рабочей камерой посредством отверстий в общей стенке, являющейся его потолком и дном рабочей камеры. Избыток тепла от ламп удаляется охладителем (кондиционером), а его недостаток восполняется нагревателем. Недостаток влаги восполняется увлажнителем. Увлажненный воздух из увлажнителя по гибкому воздуховоду нагнетается в полость, образованную двойной задней остекленной стенкой, и под действием вентиляторов охладителя или нагревателя смешивается с общим циркулирующим потоком воздуха. Недостаток такого технического решения заключается в том, что циркулирующий воздух проходит через конструктивные элементы нагревателя (спираль, лопасти вентилятора), в результате чего происходит его осушение и, как следствие, повышенный расход воды из бачка увлажнителя, что вызывает неудобство работы обслуживающего персонала, связанное с частым доливанием воды, особенно в нерабочее время, и увеличивает нагрузку на увлажнитель. Кроме того, биологические объекты, находящиеся в рабочей камере, обогреваются воздухом, тогда как в естественных условиях за счет солнечной инсоляции в инфракрасной области спектра сначала прогреваются предметы, в том числе и растения, а затем в результате конвекции - воздух.
Техническим результатом изобретения является воспроизведение температурного режима в рабочей камере более близким к естественному и уменьшение расхода воды из бачка увлажнителя.
Технический результат достигается тем, что у шкафа с регулируемым искусственным микроклиматом, содержащего остекленную рабочую камеру с остекленной передней дверью для наблюдения за биологическими объектами и двойной задней остекленной стенкой, образующей полость, обеспечивающую выход воздуха в рабочую камеру через щель в верхней части внутреннего стекла, источники света, расположенные с внешней стороны рабочей камеры, блок управления и блок подготовки воздуха, состоящий из увлажнителя и охладителя и сообщающийся с рабочей камерой посредством отверстий в общей стенке, являющейся его потолком и дном рабочей камеры, а также с полостью двойной задней остекленной стенки, при этом блок подготовки воздуха снабжен гибким воздуховодом, один конец которого герметично соединен с выходным патрубком увлажнителя, а второй конец выходит в полость, образованную двойной задней остекленной стенкой, а также экраном, установленным около второго конца гибкого воздуховода для защиты гибкого воздуховода от нагнетания в него циркулирующего воздуха и обеспечения беспрепятственного выхода увлажненного воздуха, рабочая камера полностью или частично остеклена электрообогреваемыми стеклами, внутрь которых по всей площади интегрирован инфракрасный нагревательный элемент в виде прозрачного токопроводящего покрытия с отражающим слоем, греющая поверхность которого излучает тепло только в сторону рабочей камеры. Таким образом, осушения воздуха не происходит, так как он не проходит через нити накаливания или около горячих поверхностей. Инфракрасный нагревательный элемент в виде прозрачного токопроводящего покрытия с отражающим слоем излучает в объем рабочей камеры электромагнитные волны в инфракрасном диапазоне длин волн (ИК-лучи), несущие в себе тепловую энергию. Попадая на предметы и поверхности ИК-лучи повышают их температуру, после чего вступает в действие принцип конвекции (тепло передается от предметов и поверхностей воздуху), то есть нагрев рабочей камеры происходит аналогично обогреву солнечными лучами. Кроме того, достигается высокая электро- и пожаробезопасность благодаря тому, что стекло является хорошим негорючим изолятором, и выдерживает высокую температуру нагрева. Также предлагаемое техническое решение более экономично, так как рассеивание тепловой энергии в окружающую среду минимально благодаря отражающему слою в нагревательном элементе, а также благодаря которому в режиме охлаждения проникновение тепла от источников света в рабочую камеру минимально, что снижает нагрузку на охладитель.
На фиг. изображен рисунок конструктивного устройства шкафа с регулируемым искусственным микроклиматом, поясняющий сущность изобретения.
Шкаф с регулируемым искусственным микроклиматом содержит остекленную рабочую камеру 1 с остекленной передней дверью 2, с внутренней стороны которой наклеена зеркальная полимерная пленка для повышения освещенности [Патент РФ №2446673, МПК A01G 9/24. Шкаф роста растений / В.В. Альт, В.А. Золотарев, В.В. Минеев, Л.А. Даукшис. - Заявка №2010125445/13; Заявлено 21.06.2010; Опубл. 10.04.2012; Бюл. №10]. 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 рисунке 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 или светодиодами (светильники на боковых сторонах на рисунке не показаны). Рабочая камера 1 установлена на блок подготовки воздуха 6, который содержит исполнительные устройства: охладитель (кондиционер) 8 и ультразвуковой увлажнитель 9. 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 и освещения, а также датчик температуры и влажности. В выходной патрубок ультразвукового увлажнителя 9 вставлен патрубок гофрированного воздуховода (сифона) 10. Второй патрубок гофрированного воздуховода 10 закреплен в отверстии внутренней стенки блока подготовки воздуха 6, контактирующей с внутренней стенкой (стеклом 3) полости 5. На этой же стенке закреплен экран 11, защищающий гофрированный воздуховод 10 от нагнетания в него циркулирующего воздуха и обеспечивающий беспрепятственный выход увлажненного воздуха из увлажнителя 9. Патрубок гофрированного воздуховода 10 со стороны увлажнителя 9 выполнен быстросъемным для заливки воды в бачок увлажнителя 9. В потолок вмонтировано электрообогреваемое стекло 12, внутрь которого по всей площади интегрирован инфракрасный нагревательный элемент в виде прозрачного токопроводящего покрытия с отражающим слоем, греющая поверхность которого излучает тепло только в сторону рабочей камеры. Боковые стороны рабочей камеры 1 остеклены обычным или электрообогреваемым стеклом (на рисунке не показаны).
Работа шкафа с регулируемым искусственным микроклиматом заключается в поддержании заданных параметров микроклимата в рабочей камере 1 с помощью светильников 7, охладителя 8, электрообогреваемого стекла 12 (или электрообогреваемых стекол 12), увлажнителя 9, 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 и влажности, а также таймера регулятора. Освещенность в рабочей камере 1 создается светильниками 7 и светом, отраженным от зеркальной полимерной пленки на передней двери 2. Воздух циркулирует под действием вентилятора охладителя 8. Увлажненный воздух из увлажнителя 9 поступает в общий поток через гофрированный воздуховод 10. Экран 11 перекрывает выход гофрированного воздуховода 10 от запирания потоком воздуха, циркулирующего по общему контуру.
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. Электрообогреваемое стекло 12 может быть изготовлено по заказу в компании ФОТОТЕХ (сайт www.phototech.ru). Толщина такого стекла не более 9 мм, пропускание света не менее 70%. В качестве светильников 7 могут быть применены стандартные - типа TL418-1A на четыре люминесцентных лампы мощностью 18 Вт каждая, со специальным спектром излучения для растений, типа L18W/77 FLUORA или светодиодные таких же размеров. Для регулирования и воспроизведения необходимых значений температуры, влажности и освещенности могут быть применены микропроцессорный сенсорный панельный контроллер СПК107, датчик влажности и температуры ПВТ 100 (все фирмы ОВЕН г. Москва) и исполнительные устройства: охладитель-кондиционер 8 оконного типа LWJ0561ACG (фирмы LG, Ю. Корея) или ЕС-W05C4 (фирмы ERISSON) и увлажнитель 9 типа PUH 1104 (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%).