CN105320194B - 一种海洋微生态环境模拟舱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种海洋微生态环境模拟舱。该海洋微生态环境模拟舱，包括在高度方向上分为若干个层流模拟单元的舱体主体，在最上层的层流模拟单元顶部设有一透明壳体，在透明壳体的顶部设有光照强度和方向可人工调节的自然光模拟系统，在舱体主体的外侧设有分别与每个层流模拟单元相连的加液系统、温度控制系统、层流产生系统和增气系统。该海洋微生态环境模拟舱，高度方向尺寸非常大，通过自然光模拟系统、加液系统、温度控制系统、层流产生系统和增气系统的配合，可以模拟海洋垂直方向的微生态环境变化，同时可以实现对海水多种参数的控制，模拟不同的海洋微生态环境，以供科学研究使用。

Description

一种海洋微生态环境模拟舱

(一)技术领域

本发明涉及一种海洋环境模拟装置，特别涉及一种海洋微生态环境模拟舱。

(二)背景技术

海洋微生态环境的变化是自然过程和人类活动相互影响的复杂过程，涉及复杂的科学问题和工程问题，它的研究需要多学科、多领域和跨时空、跨行业部门的协同才能实现突破和创新。目前，海洋微生态环境的研究通常采取船舶现场科学考察的手段，鉴于海洋微生态环境研究的复杂性，船舶现场科学考察虽然能够为海洋微生态环境研究和预测提供某些参数，但是由于船舶现场科学考察不能根据科学研究的目的随意改变海洋参数，导致人们无法真正对海洋环境进行有针对性的长期过程机制研究，无法满足海洋微生态环境研究和技术开发的需要。

因此，建设一种参数可控的海洋微生态环境模拟舱，搭建中尺度的海洋微生态环境模拟实验装备，通过模拟不同的海洋温度、光照、盐度、生物群落等海洋环境，实现对海洋垂直方向微生态环境分布和变化的研究，就成为解决上述科学问题的理想实验平台。

(三)发明内容

本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种设计合理、操作简单的高度方向尺寸大、实现对海水多种参数控制、可模拟海洋垂直方向微生态环境变化的海洋微生态环境模拟舱，解决了现有技术中存在的问题。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种海洋微生态环境模拟舱，包括在高度方向上分为若干个层流模拟单元的舱体主体，在最上层的层流模拟单元顶部设有一透明壳体，在透明壳体的顶部设有光照强度和方向可人工调节的自然光模拟系统，在舱体主体的外侧设有分别与每个层流模拟单元相连的加液系统、温度控制系统、层流产生系统和增气系统，在每个层流模拟单元的舱体侧壁两侧分别设有一进液口和一控温口，在每个层流模拟单元的舱体侧壁上还分别设有观察口和一端位于舱体主体内侧的传感器，在最下层的层流模拟单元舱体侧壁上设有放液口。

所述加液系统包括设于舱体本体外侧上部的配液池和设于每个层流模拟单元舱体外侧的流速泵，所述温度控制系统包括设于每个层流模拟单元舱体外侧的制冷制热系统、冷水循环泵和换热器，所述增气系统包括设于舱体本体外侧下部的储气罐、设于每个层流模拟单元舱体外侧的静态混流器以及控制气体压力和流量的增气控制系统，所述流速泵还组成层流产生系统。

所述配液池通过管道与并联设于每个层流模拟单元舱体外侧的加液管相连，每个层流模拟单元的加液管的出口端汇合后依次经设于每个层流模拟单元舱体外部的第一手动阀、第二手动阀、静态混流器、第三手动阀、流速泵、第四手动阀与一换热器的物料入口相连通，所述换热器的物料出口通过管道经第五手动阀后分为旁通管路和过滤管路两路，在旁通管路上设有一电动阀，在过滤管路上设有一过滤器，在过滤器两侧的过滤管路上分别设有一电动阀，旁通管路和过滤管路混合后与对应的层流模拟单元的进液口相连通，第一手动阀和第二手动阀之间的管道通过管道经一电动阀与对应层流模拟单元的控温口相连通，所述换热器的介质出口通过管道经一电动阀、冷水循环泵、第六手动阀、制冷制热系统、第七手动阀后与换热器的介质进口相连通；储气罐通过管道经增气控制系统、电动阀、第八手动阀后与最下层层流模拟单元的加液管的汇合端相连通。

在进液口和温控口内侧的舱体主体内侧壁上设有一散流板。

所述舱体主体包括套设在一起的内筒和外筒，在内筒和外筒之间填充有保温层。

所述过滤器为陶瓷膜过滤器。

所述保温层为聚氨酯材料。

本发明的有益效果是：该海洋微生态环境模拟舱，高度方向尺寸非常大，通过自然光模拟系统、加液系统、温度控制系统、层流产生系统和增气系统的配合，可以模拟海洋垂直方向的微生态环境变化，同时可以实现对海水多种参数的控制，模拟不同的海洋微生态环境，主要可以对舱体主体内部海水的光照、温度、盐度、氧气含量、二氧化碳含量、生物群落等进行控制，以供科学研究使用。

(四)附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中最下层层流模拟单元的放大结构示意图；

图3为图2的俯视结构示意图；

图4为图1中舱体主体部分的剖视放大结构示意图。

图中，1舱体主体，2透明壳体，3自然光模拟系统，4进液口，5控温口，6观察口，7传感器，8放液口，9配液池，10流速泵，11制冷制热系统，12冷水循环泵，13换热器，14储气罐，15静态混流器，16增气控制系统，17加液管，18第一手动阀，19第二手动阀，20第三手动阀，21第四手动阀，22第五手动阀，23旁通管路，24过滤管路，25、27、28、29、32电动阀，26过滤器，30第六手动阀，31第七手动阀，33第八手动阀，34散流板，35内筒，36外筒，37保温层。

(五)具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。

如图1-图4中所示，该实施例包括在高度方向上分为若干个层流模拟单元的舱体主体1，在最上层的层流模拟单元顶部设有一透明壳体2，在透明壳体2的顶部设有光照强度和方向可人工调节的自然光模拟系统3，在舱体主体1的外侧设有分别与每个层流模拟单元相连的加液系统、温度控制系统、层流产生系统和增气系统，在每个层流模拟单元的舱体侧壁两侧分别设有一进液口4和一控温口5，在每个层流模拟单元的舱体侧壁上还分别设有观察口6和一端位于舱体主体内侧的传感器7，在最下层的层流模拟单元舱体侧壁上设有放液口8。

所述加液系统包括设于舱体本体1外侧上部的配液池9和设于每个层流模拟单元舱体外侧的流速泵10，所述温度控制系统包括设于每个层流模拟单元舱体外侧的制冷制热系统11、冷水循环泵12和换热器13，所述增气系统包括设于舱体本体1外侧下部的储气罐14、设于每个层流模拟单元舱体外侧的静态混流器15以及控制气体压力和流量的增气控制系统16，所述流速泵10还组成层流产生系统。

所述配液池9通过管道与并联设于每个层流模拟单元舱体外侧的加液管17相连，每个层流模拟单元的加液管17的出口端汇合后依次经设于每个层流模拟单元舱体外部的第一手动阀18、第二手动阀19、静态混流器15、第三手动阀20、流速泵10、第四手动阀21与换热器13的物料入口相连通，所述换热器13的物料出口通过管道经第五手动阀22后分为旁通管路23和过滤管路24两路，在旁通管路23上设有一电动阀25，在过滤管路24上设有一过滤器26，在过滤器26两侧的过滤管路24上分别设有一电动阀27，旁通管路23和过滤管路24混合后与对应的层流模拟单元的进液口4相连通，第一手动阀18和第二手动阀19之间的管道通过管道经一电动阀28与对应层流模拟单元的控温口5相连通，所述换热器13的介质出口通过管道经一电动阀29、冷水循环泵12、第六手动阀30、制冷制热系统11、第七手动阀31后与换热器13的介质进口相连通；储气罐14通过管道经增气控制系统16、电动阀32、第八手动阀33后与最下层层流模拟单元的加液管17的汇合端相连通。

在进液口4和温控口5内侧的舱体主体1内侧壁上设有一散流板34。

所述舱体主体1包括套设在一起的内筒35和外筒36，在内筒35和外筒36之间填充有保温层37，舱体主体1为钢结构焊接而成，钢结构内层为双相不锈钢，透明壳体2由亚克力材料制成。

所述过滤器26为陶瓷膜过滤器。

所述保温层37为聚氨酯材料。

所述自然光模拟系统包括一氙灯光源和设于氙灯光源前侧的自然光滤光器，在光路上设有调节光线强度的自动光圈；所述氙灯发射光具有较宽波带范围，光谱涵盖紫外到红外范围，为自然光模拟提供足够宽的光源，配合自然光滤光器，可以实现较好的自然光模拟。

本发明海洋微生态环境模拟舱的工作原理为：

自然光模拟系统：通过透明壳体顶部的光照强度和方向可人工调节的自然光模拟系统3模拟自然界中海洋的光照条件；

加液系统：需要改变舱体主体1内部海水的盐度以及成分时，将盐溶液或其他成分加入配液池9，盐溶液或其他成分在配液池9内混合均匀后，通过控制各手动阀和电动阀的开启，通过管道输送到每个层流模拟单元的加液管17，再从加液管17通过管道经流速泵10提供动力后经过换热器13、旁通管路23从进液口4进入舱体主体1内；进液完毕后，关闭进液系统上的相关手动阀和电动阀即可；

温度控制系统：控制各手动阀和电动阀的开启，使舱体主体1内部的海水从控温口5被流速泵10抽出，进入换热器13，换热器13内部介质的温度通过制热制冷系统11设定，流经换热器13的海水温度与换热器内的介质进行温度交换，改变海水的温度；升温或降温后的海水经过滤管路24从进液口4回到舱体主体1内部，通过这种不间断的循环流动和热交换达到改变舱体主体1内海水温度的目的；舱体主体的内外筒双层结构以及双层结构中间的保温层设计，减少了舱体主体内部海水与外部环境的热交换，使舱体主体1内的环境更容易控制；

层流产生系统：在温度控制系统工作时，可以开启过滤管路24上的过滤器26，过滤掉海水中的颗粒杂质，达到净化海水的目的，并通过改变流速泵10的转速，改变舱体主体两侧两个散流板33之间海水的流动速度，从而使舱体主体1内产生层流流动；

增气系统：控制各手动阀和电动阀的开启，使储气罐14内部存储的氧气或者二氧化碳通过增气控制系统16的控制作用保持一定的压力和流量，通过管道进入静态混流器15，对流经静态混流器15的海水进行增气，然后通过管道从进液口4进入舱体主体1内部，完成对海水O₂和CO₂浓度的参数调节，达到增气的目的。

本发明海洋微生态环境模拟舱，高度方向尺寸非常大，通过自然光模拟系统、加液系统、温度控制系统、层流产生系统和增气系统的配合，可以模拟海洋垂直方向的微生态环境变化，同时可以实现对海水多种参数的控制，模拟不同的海洋微生态环境，主要可以对舱体主体内部海水的光照、温度、盐度、氧气含量、二氧化碳含量、生物群落等进行控制，以供科学研究使用。

本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种海洋微生态环境模拟舱，其特征是：包括在高度方向上分为若干个层流模拟单元的舱体主体，在最上层的层流模拟单元顶部设有一透明壳体，在透明壳体的顶部设有光照强度和方向可人工调节的自然光模拟系统，在舱体主体的外侧设有分别与每个层流模拟单元相连的加液系统、温度控制系统、层流产生系统和增气系统，在每个层流模拟单元的舱体侧壁两侧分别设有一进液口和一控温口，在每个层流模拟单元的舱体侧壁上还分别设有观察口和一端位于舱体主体内侧的传感器，在最下层的层流模拟单元舱体侧壁上设有放液口；在进液口和温控口内侧的舱体主体内侧壁上设有一散流板；

所述加液系统包括设于舱体本体外侧上部的配液池和设于每个层流模拟单元舱体外侧的流速泵，所述温度控制系统包括设于每个层流模拟单元舱体外侧的制冷制热系统、冷水循环泵和换热器，所述增气系统包括设于舱体本体外侧下部的储气罐、设于每个层流模拟单元舱体外侧的静态混流器以及控制气体压力和流量的增气控制系统，所述流速泵还组成层流产生系统；

所述配液池通过管道与并联设于每个层流模拟单元舱体外侧的加液管相连，每个层流模拟单元的加液管的出口端汇合后依次经设于每个层流模拟单元舱体外部的第一手动阀、第二手动阀、静态混流器、第三手动阀、流速泵、第四手动阀与换热器的物料入口相连通，所述换热器的物料出口通过管道经第五手动阀后分为旁通管路和过滤管路两路，在旁通管路上设有一电动阀，在过滤管路上设有一过滤器，在过滤器两侧的过滤管路上分别设有一电动阀，旁通管路和过滤管路混合后与对应的层流模拟单元的进液口相连通，第一手动阀和第二手动阀之间的管道通过管道经一电动阀与对应层流模拟单元的控温口相连通，所述换热器的介质出口通过管道经一电动阀、冷水循环泵、第六手动阀、制冷制热系统、第七手动阀后与换热器的介质进口相连通；储气罐通过管道经增气控制系统、电动阀、第八手动阀后与最下层层流模拟单元的加液管的汇合端相连通。

2.根据权利要求1所述的一种海洋微生态环境模拟舱，其特征是：所述舱体主体包括套设在一起的内筒和外筒，在内筒和外筒之间填充有保温层。

3.根据权利要求1所述的一种海洋微生态环境模拟舱，其特征是：所述过滤器为陶瓷膜过滤器。

4.根据权利要求2所述的一种海洋微生态环境模拟舱，其特征是：所述保温层为聚氨酯材料。