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Verfahren zur Untersuchung des gasförmigen Stoffwechsels von Lebewesen, insbesondere Pflanzen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Untersuchung des gasförmigen Stoffwechsels von Lebewesen. insbesondere Pflanzen, durch Mengenbestimmung der gasförmigen Stoffwechselprodukte und gegebenenfalls zum Klimatisieren der im Kreislauf über die Lebewesen geführten Luft.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, welche eine die Lebewesen enthaltende Klimakammer, eine Vorrichtung zum Umwälzen der Luft in einem im we- sentlichen geschlossenen, die Klimakam mer enthaltenden Kreislauf, und Messvorrichtungen zur Mengenmessung der gasförmigen Stoffwechselprodukte, zur Temperaturmessung und gegebenenfalls zum Klimatisieren der im Kreislauf geführten Luft umfasst.
Es sind Versuche bekannt, bei denen unter bestimmten Klimabedingungen Stoffwechseluntersuchungen an Lebewesen durchgeführt wurden. So gibt es. z. B. Assimilationsmessungen, bei denen die Pflanzen in einer Kammer untergebracht sind, die klimatisiert ist, wobei die Kammerluft entweder unter Frischluftzufuhr innerhalb der Kammer umgewälzt und an wärmeaustauschenden Flächen vorbeigeführt wird oder ausserhalb der Kammer in einen geschlossenen oder offenen Luftkreislauf über Wärmeaustauscher geleitet wird. Die Änderung der CO-Konzentration in der Kammer bzw. der C02 -Gehalt im Luftstrom vor und nach den Pflanzen wird gemessen und daraus die Assimilation errechnet.
Es ergeben sich bei dieser einfachen Art der Klimatisierung Schwierigkeiten, insbesondere wenn die Untersuchung sich auf mehrere gasförmige Stoffe bezieht. Trifft nämlich eine relativ geringe Abgabe eines Stoffes mit einer relativ grossen Abgabe eines andern Stoffes zusammen, wie es z. B. bei der C02 - und Wasserdampfabgabe bei Pflanzen der Fall ist, dann ändert sich bei einer bestimmten umgewälzten Luftmenge die Konzentration des einen Stoffes zu wenig und die des andern zu stark im angeführten Beispiel wird entweder die COz-Konzentrationsänderung unmessbar klein oder die Luftfeuchte- änderung untragbar gross.
Gemäss der Erfindung werden diese Nachteile dadurch behoben, dass zur Mengenmessung jedes einzelnen Stoffwechselproduktes, insbesondere CO2, 02, H20, und zur Bestimmung und gegebenenfalls Regelung der Temperatur je eine eigene, nur dafür bestimmte und für diese Messung optimale sowie im Verhältnis zum gesamten umgewälzten Luftvolumen geringe Luftmenge dem Luftkreislauf, in welchem sich die Lebewesen befinden, entnommen wird und dass diese Luftmenge nach der Messung und gegebenenfalls Veränderung im Sinne einer Aufrechterhaltung konstanter Verhältnisse im Luftkreislauf in diesen zurückgebracht wird.
Die Erfindung geht also von dem Gedanken aus, für jeden der zu untersuchenden gasförmigen Stoffe einen eigenen Umluftkreis vorzusehen, dessen Luftmenge so dimensioniert ist, dass einerseits nach den in der Klimatechnik üblichen Methoden, mit Frischluft und Luftumwälzung in der Kammer oder Umluft eine gut messbare Differenz der Konzentration des zu messenden Stoffes eintritt und anderseits eine Konzentrationsänderung vermieden wird. die so gross ist, dass sie bei Stoffwechseluntersuchungen eine physiologisch wirksame Änderung der Umweltsbedingungen darstellt. Diese Luftmenge wird im weiteren Verlauf "optimale Luftmenge" bezeichnet.
In einem Luftkreis wird vor und nach der Messkammer jeweils die Konzentration des in diesem Kreis zu messenden gasförmigen Stoffes geändert. während die
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Konzentration der andern gasförmigen Stoffe unverändert bleibt. Die Luftmengen in den einzelnen Luftkreisen sind nur in Abhängigkeit von der jeweiligen Stoffabgabe dimensioniert und untereinander und auch von den für die Klimatisierung notwendigen Luftmengen völlig unabhängig. Die Unabhängigkeit von den für die Klimatisierung notwendigen Luftmengen gestattet es hinwieder, letztere optimal im Hinblick auf Wärmeabfuhr. Luftgeschwindigkeit usw. ohne Rücksicht auf die Stoffwechseluntersuchungen zu dimensionieren.
Es ergibt sich demnach aus diesem Gedanken grundsätzlich für jeden zu untersuchenden gasförmigen Stoff und für jeden Luftklimafaktor ein eigener Umluftkreis mit einer bestimmten, von den andern Kreisen unabhängigen Umluftmenge.
Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass jede Messvorrichtung in einem eigenen Mess-Luftkreislauf angeordnet ist und dass diese Luftkreisläufe hintereinander an die Umwälzleitung des die Klimakammer enthaltenden Luftkreislaufes angeschlossen sind.
Im folgenden wird das Wesen der Erfindung an Hand der Zeichnung genauer erläutert, welche in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäss aufgebaute Vorrichtung zeigt.
Diese Vorrichtung besteht im wesentlichen aus der Klimakammer l. in welcher die Lebewesen, insbesondere Pflanzen, deren Stoffwechsel untersucht werden soll, untergebracht werden, aus dem Umluftkanal 2, in dem sich ein Gebläse 3 zum Umwälzen der Luft im Kanal 2 und Kammer 1 und zur Erzeugung der jeweils gewünschten Windgeschwindigkeit befindet, und den Messkreisen 4, 5, 6 und 7, welche gegebenenfalls auch zum Klimatisieren der umgewälzten Luft herangezogen werden können.
Der Messkreis 4 dient zur Überwachung und Regelung der Temperatur der im Kanal 2 und Kammer 1 umgewälzten Luft. Er besteht aus einer Entnahmeleitung 8, einem darin liegenden Gebläse 9 und einer Messvorrichtung 10 zur Bestimmung der durchgehenden Luftmenge. Weiters sind ein Wärmetauscher 11 und ein Regler 12 vorgesehen, wobei der Regler von einem Temperaturfühler 13 gesteuert wird und auf ein Kühlflüssigkeitsventil 14 oder auf einen Heizkörper 15 einwirkt. Durch die Rückführleitung 16 wird die dem Umluftkanal 2 entnommene Luftmenge wieder in diesen zurückgebracht. Hiebei liegen die Anschlussstellen der Entnahmeleitung und der Rückführleitung am Umluftkanal 2, in Richtung der Luftströmung in diesem Kanal gesehen, knapp hintereinander.
Die Luftmenge, die durch die Messeinrichtung 4 hindurchströmt, ergibt sich aus der für einen guten Wirkungsgrad des Wärmetauschers notwendigen Luftgeschwindigkeit. In manchen Fällen, bei denen keine besonders hohen Luftgeschwindigkeiten in Kammer 1 und Kanal 2 gefordert sind, kann dieser Messkreis unmittelbar im Kanal 2 angeordnet sein.
In sehr ähnlicher Weise ist der Messkreis 5 aufgebaut, der zur Bestimmung des Wasserhaushaltes der Lebewesen in der Kammer 1 dient. Es ist wieder eine Entnahmeleitung 8'und ein darin liegendes Gebläse 9'vorgesehen sowie ein Messgerät 10'zur Volumsmessung der durchströmenden Luft. Der Wärmetauscher 11'hat die Aufgabe, das in der Luft enthaltene, überschüssige Wasser durch Kondensation aus dieser zu entfernen. Er wird von einem Regler 12'beeinflusst, der wie zuvor ein Kühlwasserventil 14'sowie einen Heizkörper 15'betätigt und selbst von einem Feuchtefühler 13.
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Die Rückführleitung 16'mündet wieder knapp hinter der Eintrittsöffnung der Entnahmeleitung 8' in den Kanal 2.
DerCO-Haushaltwirdmit Hilfe des Messkreises 6 bestimmt. Es sind eine Entnahmeleitung 8" mit Gebläse 9", ein Durchflussmessgerät 10", ein Absorber 11", ein vom COz-Fühler 13" gesteuerter Regler 12", der ein Ventil 14" zum Zuführen von CO2 sowie ein Ventil 14a in der zum Absorber 11" führenden Leitung betätigt sowie eine Rückführleitung 16" vorgesehen. Die Differenz des CO-Gehaltes vor und nach dem CO :-Absorber wird mit Hilfe des Messgerätes 17"gemessen.
Der Messkreis 7 umfasst eine Frischluft-Zuführungsleitung 18, ein in dieser liegendes Geblä-
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Abführleitung 22.
Beim Betrieb der Anlage und zur Durchführung des Verfahrens wird das Gebläse 3, das nur zur ErzielungeinerbestimmtenWindgeschwindigkeitinderKammer 1 dient, sowie die Gebläse 9, 9', 9" und 19 in Tätigkeit gesetzt. Die Luft strömt sohin mit der gewünschten Geschwindigkeit im geschlossenen Kreislauf durch die Kammer 1 und den Kanal 2 und ändert infolge des Stoffwechsels der Lebewesen in der Kammer 1 langsam ihre Zusammensetzung.
Durch die Tätigkeit der Gebläse in den
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Messkreisen strömt jeweils ein geringer Anteil der im geschlossenen Kreislauf enthaltenen Luft auch durch die Messkreise, wo die Bestimmung der Mengen oder auch der Mengendifferenzen der gasförmigen Stoffwechselprodukte und der Temperatur erfolgt sowie eine Regelung der einzelnen Klimafaktoren durchgeführt werden kann (Klimatisierung).
Die Regelung im Messkreis 4 (Temperaturmessung und Regelung) erfolgt in üblicher Weise mittels des Temperaturfühlers und des Reglers, der auf die Heiz- und Kühleinrichtung - den Wärmetauscher 11 - einwirkt.
Die Messung der Transpirationstätigkeit erfolgt durch Bestimmen der durchgehenden Luftmenge und der Feuchtigkeitsdifferenz am Eingang und am Ausgang des Messkreises 5. Die Feuchtigkeitsregelung geschieht dadurch, dass der Wärmetauscher auf die Temperatur des gewünschten Taupunktes gebracht wird oder dass die Luft über den Trockner geführt wird, wobei die Luftmenge durch eine Klappe begrenzt wird, die vom Feuchteregler gesteuert ist.
Die Messung der CO-Tätigkeit der Pflanzen od. dgl. Lebewesen erfolgt im Messkreis 6 durch Messender durchgehenden Luftmenge und der CÜ2-Differenz am Eingang und am Ausgang dieses Messkreises. DieCO-Regelung in diesem Messkreis erfolgt in der Weise, dass vom COz -Messgerät und dem dazugehörigen Regler das Einblasen von CO2 über das Ventil 14"gesteuert wird bzw. dass die Luft
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gleichzeitigem Luftablass) im Messkreis 7, der als offener Kreis zu bezeichnen ist, und durch Messen der Differenz des Oz-Gehaltes zwischen Eingang und Ausgang dieses Messkreises mittels des Messgerätes 21.
Die Frischluftzufuhr ist hiebei so dimensioniert, dass bei gegebener Tätigkeit der Pflanzen oder sonstigen Lebewesen eine gut messbare Differenz zwischen Eingang und Ausgang des Messkreises auftritt.
Die Messkreise 4 und 6 beeinflussen die durch die Kammer 1 strömende Luft nicht, weil Zufuhr und Rückführleitungen knapp hintereinander an den Kanal 1 angeschlossen sind.
Durch die entsprechende Dimensionierung der durch die einzelnen Messkreise strömenden Luftmengen wird eine optimale Messbarkeit und Regelbarkeit der Temperatur im Temperaturmesskreis, der Feuchtigkeit im Feuchtigkeitsmesskreis und von CO ; im Messkreis 6 gewährleistet und weiters eine optimale Messbarkeit und Regelbarkeit der Stoffabgaben im 0-Messkreis ermöglicht ; durch die entsprechende Bemessung der Frischluftzufuhr wird erzielt, dass die kleinste Stoffabgabe noch gut gemessen werden kann.
Die Klimatisierung bzw. die Stoffzugabe und Stoffentnahme in jedem Messkreis erfolgt so, dass die Klimatisierung bzw. die Stoffkonzentration, die durch die andern Messkreise geregelt wird, nicht beeinflusst wird.
Messkreise, deren optimale Luftmengen übereinstimmen, können, wie schon früher bemerkt, zusammengelegtwerden, d. h. die gleiche Luftmenge wird auf zwei (oder mehrere) Faktoren von den entsprechenden Messgeräten untersucht.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Untersuchung des gasförmigen Stoffwechsels von Lebewesen, insbesondere Pflanzen durch Mengenbestimmung der gasförmigen Stoffwechselprodukte und gegebenenfalls zum Klimati-
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2. H20und gegebenenfalls Regelung der Temperatur je eine eigene, nur dafür bestimmte für diese Messung optimale und im Verhältnis zum gesamten umgewälzten Luftvolumen geringe Luftmenge dem Luftkreislauf, in welchem sich die Lebewesen befinden, entnommen wird und dass diese Luftmenge nach der Messung und gegebenenfalls Veränderung im Sinne einer Aufrechterhaltung konstanter Verhältnisse im Luftkreislauf in diesen zurückgebracht wird.