CN109959525A - 一种深海保温生物采样器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及深海采样技术领域，公开了一种深海保温生物采样器，包括：保温筒，为两端开口的筒状，其一端开口通过端盖打开或关闭；半导体制冷组件，通电时具有制冷功能，为两端开口的筒状，其两端分别与保温筒连接，形成可封闭的采样室；温度传感器，布置在采样室内，用以采集采样室内的温度并反馈给控制器；控制器，根据采样室内的温度变化调节通过所述半导体制冷组件的电流大小，以调节所述半导体制冷组件的制冷功率；电源，为所述半导体制冷组件、温度传感器和控制器供电。本发明的深海保温生物采样器，采用半导体制冷片对样本进行主动制冷，防止在回收过程中样品的温度随海水温度的升高而升高。

Description

一种深海保温生物采样器

技术领域

本发明涉及深海采样技术领域，尤其涉及一种深海保温生物采样器。

背景技术

由于海洋技术的快速发展，人类发现深海蕴藏着巨大宝藏。从科学意义上看，挖掘海洋生物资源有助于探寻全新的物种和生命机制；同时，海洋生物作为理想药物和工业材料资源，具有潜在的经济价值。海洋生物基因资源成为目前国际上争夺最为激烈的资源领域之一，获取高质量的深海生物样品是现代海洋学研究的重要内容。

海水温度一般随深度的增加而递减。水面温度约为25℃，在经过温度急剧变化的温跃层，温度趋于稳定的2～3℃。样品在回收过程中，随着深度不断减小，外界海水温度不断升高，若无任何保温措施，样品温度也将上升，对于微生物尤其是嗜冷微生物样品，温度的升高将使样品的DNA、RNA或蛋白质失活；对于大生物样本，温度将影响生物的存活率。故从采样到实验的过程中，保持生物原有的生存环境，对生物研究有重要意义。

现有的海洋生物采样器种类繁多，采样方式也多种多样，根据用途可分为浮游生物采样器、底栖生物采样器、微生物采样器、附着生物采样器和各种鱼网等。

目前大多数生物取样器不对样品采取保温措施，少数对保温有要求的采样器，则采用简单的被动保温方式，主要有以下几种方式：

(1)采用双层结构，对中间的夹层进行抽真空和/或填充保温绝热材料。该双层保温结构外形尺寸大，制造成本高；

(2)在采样筒外层涂敷绝热涂层。对绝热涂层材料的抗压性能、防水性、抗腐蚀性及绝热性都有较高要求；

(3)将采样装置放入绝热材料制成的厚壁容器中，通过增大热阻的方式减少外界热量的传导，达到保温的目的。

被动保温方式以样本的温升值不超过允许值为前提，对保温材料要求较高，样本回收时间越长，样品温升越大，样本的品质受回收时间的影响较大。

公开号为CN108181954A的中国专利文献公开了一种用于深海采样的保低温装置，包括设有液氮室和保温室的壳体，液氮室和保温室的开口分别由顶盖扣合，所述液氮室内设有液氮瓶，所述保温室内设有保温内胆，保温内胆外盘绕有保温盘管，保温盘管的进口端与伸入液氮瓶内部的进液管连通，所述进液管上安装有第一截止阀和第一单向阀；保温盘管的出口端伸入保温室与保温内胆之间的夹层，所述出口端上安装有第二单向阀。该保低温装置的保温方式为主动保温，温度可控，但是其需要携带液氮，对装置的要求较高，结构也较复杂。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种深海保温生物采样器，采用半导体制冷片对样本进行主动制冷，防止在回收过程中样品的温度随海水升高。

具体技术方案如下：

一种深海保温生物采样器，包括：

保温筒，为两端开口的筒状，其一端开口通过端盖打开或关闭；

半导体制冷组件，通电时具有制冷功能，为两端开口的筒状，其两端分别与保温筒连接，形成可封闭的采样室；

温度传感器，布置在采样室内，用以采集采样室内的温度并反馈给控制器；

控制器，根据采样室内的温度变化调节通过所述半导体制冷组件的电流大小，以调节所述半导体制冷组件的制冷功率；

电源，为所述半导体制冷组件、温度传感器和控制器供电。

本发明深海保温生物采样器的使用方法是：设置好控制器的程序，打开两端盖，通过深潜器将深海保温生物采样器在指定地点进行布放，当深海保温生物采样器取样完成后，关闭端盖，由深潜器带回海面，在返回海面过程中，控制器根据采样室内部的温度变化自动对样品进行控温，以保持采样室内温度变化不大。

优选的，所述的保温筒由保温材料制成。

所述的半导体制冷组件包括：

支架，具有若干个供制冷模块插入的插槽；

制冷模块，通电时具有制冷功能，分别插置在所述插槽内，围成筒状；制冷模块以并联或串联的方式与电源连接；

上端盖，可拆卸地安装在所述支架上，用于固定所述制冷模块。

制冷模块插接在支架的插槽内，若干个制冷模块围成两端开口的筒状，上端盖用于将制冷模块固定在支架上。半导体制冷组件整体为一个两端开口的筒状，两端分别通过法兰与保温筒连接，形成可封闭的采样室。

所述的制冷模块包括半导体制冷片、热端散热片以及冷端散热片；所述半导体制冷片夹紧在热端散热片和冷端散热片之间，并依次通过耐压灌封胶和防水密封胶灌封。

进一步地，所述半导体制冷片与热端散热片、冷端散热片的接触面上涂有导热硅脂。

半导体制冷片通过电流时具有制冷功能，并且可通过调节电流大小调节其制冷功率，通过调换电流方向可调换其热端和冷端，从而可通过调换电流方向实现深海保温生物采样器内的制冷或制热。

所述的控制器和电源设置在密封防水的电路腔内，电路腔与采样室之间通过水密缆连接。

另外，不同制冷模块之间的电线以软管为保护套，所述的软管内充有油液，以抵抗外压，保护电线。

为了使采样室内温度保持均匀，优选的，所述的采样室内，沿采样室长度方向布置有若干根导热管。

所述的采样室开口端设置有滤网组件。

所述采样室的开口端通过端盖打开或关闭。

所述的端盖上固定有端盖把手，端盖与保温筒之间连接有拉紧弹簧；

保温筒外壁上固定有滑块底座，所述滑块底座上滑动安装有启闭滑块；

端盖打开时，端盖把手的自由端可通过启闭滑块压紧在滑块底座上，以保持端盖处于打开状态；

滑动启闭滑块可释放端盖把手，端盖在拉紧弹簧作用下盖紧保温筒端口。

在下水前，将深海保温生物采样器两端的端盖把手通过启闭滑块压紧在滑块底座上，此时端盖处于打开状态；待获得样品后，操作机械手滑动启闭滑块，使端盖把手脱离启闭滑块的限制，端盖在拉紧弹簧的拉力作用下关闭保温筒端口，样品室呈相对封闭状态。

进一步地，所述的保温筒外壁上铰接有限位杆，所述限位杆的自由端通过弹性件与端盖把手相连；

端盖打开时，限位杆的自由端可同端盖把手的自由端一同由启闭滑块压紧在滑块底座上；

滑动启闭滑块释放出端盖把手与限位杆后，端盖把手通过弹性件拉动限位杆的自由端使其绕铰接轴旋转180°，此时限位杆的自由端与端盖把手呈垂直状态并相抵，以限制端盖把手的动作。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明的深海保温生物采样器结构简单，利用半导体制冷片制冷，可通过调节制冷片的工作电流进行采样室内温度的精准调节；

(2)通过改变制冷片工作电流的方向，不仅可以实现样品的低温保温，还可以实现样品的高温保温，保温范围广；

(3)本发明的深海保温生物采样器为模块化结构，便于安装与维护；

(4)制冷片通过耐压和耐水胶进行灌封，可保证装置在深海高压环境下的正常工作。

附图说明

图1为实施例中深海保温生物采样器的结构示意图；

图2为制冷组件的结构示意图；

图3为制冷模块与电极座的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

图1为本发明的一个实施方式，深海保温生物采样器由筒状半导体制冷组件2和保温筒3组成，半导体制冷组件2的两端分别通过法兰和螺栓4与两个保温筒3连接，两个保温筒3的另一端口分别通过端盖12打开或关闭，形成封闭的空间，构成样品室，用以采集样品。

端盖12与端盖把手13焊接为一体，端盖12与保温筒3连接有弹簧11。保温筒3上固定有滑块底座18，启闭滑块16和弹簧17安装在滑块底座18上，可在18上来回滑动。保温筒3外壁上铰接有限位杆15，限位杆15的自由端通过橡皮筋14与端盖把手13相连，端盖12打开时，端盖把手13与限位杆15的自由端通过启闭滑块16压在滑块底座18上，当启闭滑块16时，端盖把手13被释放出来，弹簧11拉动端盖12封闭保温筒3的端口，端盖把手13通过橡皮筋14拉动限位杆15的自由端，使限位杆15绕铰接轴旋转180°，此时限位杆15与端盖把手13呈垂直状态，并且限位杆15的自由端与端盖把手13相抵限制端盖把手13的动作，从而限制端盖12打开，样品室处于相对封闭的状态。

样品室内可选择安装滤网等组件。样品室内设置多个温度传感器7，采集样品室内的温度信息并传递给控制电路板。为了使样品室内的温度保持均匀，在样品室内沿样品室的长度方向还布置有若干导热管8。

深海保温生物采样器还具有密封的电路腔5，电路腔5内装有控制电路板和电源，控制电路板控制整个深海保温生物采样器的保温过程。

图2为制冷组件2的结构示意图。半导体制冷组件2包括6个半导体制冷模块23、6个电极座24以及1个制冷模块支架。各半导体制冷模块23分别与各电极座24连接，各电极座24之间通过电线25进行串联或者并联，电线25以软管22作为保护套，软管22内充有油液以抵抗外压，以保护电线25。最后，电极座24内的电线25通过水密缆6与电路腔5连接，接通电源。

制冷模块支架有6个插槽，6个半导体制冷模块23插入插槽围成圆筒状，在通过上端盖21与制冷模块支架进行固定。

如图3所示，电极座24与半导体制冷模块23通过接线头231、联接螺母26和限位螺母27进行连接，中间以O型密封圈进行密封。

半导体制冷模块23包括半导体制冷片236、热端散热片232、冷端散热片235。半导体制冷片236由热端散热片232与冷端散热片235夹紧，且接触面之间涂有导热硅脂，半导体制冷片236先用流动性好且固化后能耐压的灌封胶233进行灌封，待灌封胶固化后，再在四周涂抹防水密封胶234，进行防水处理并与接线头231连接。

接线头231内有两电极与制冷片236的电源线连接。电极座24内有电线25与电极相连。

接线头231与电极座24内的两对电极联接实现通路，电线25与其他半导体制冷模块的电线可串联也可进行并联接线。

深海保温生物采样器的工作流程如下：

在下水前，将深海保温生物采样器两端的端盖把手13连同限位杆15压至滑块底座18上，并滑动启闭滑块16使得把手13和限位杆15扣压在启闭滑块16之下，此时两端端盖打开。

在样品室内放置诱饵后，将深海保温生物采样器固定在潜器或其他装置上下潜至指定位置进行布放。

待获得样品或到达预定时间需要回收时，操作机械手滑动两端的启闭滑块16，使端盖把手13脱离启闭滑块16的限制，端盖12在弹簧11拉力的作用下关闭，端盖把手13通过皮筋14带动限位杆15转动，限位杆15转动180°后与端盖把手13呈垂直状态，限制端盖把手13动作，从而限制端盖12打开，样品室呈相对封闭状态。

在回收过程中，深海保温生物采样器外的海水温度不断变换，温度传感器7将样品室内的温度变化情况反馈至电路腔5中的控制器电路板，控制电路板控制通入半导体制冷片236中的工作电流来控制器制冷功率，抑制外界海水与样品室中的海水进行热交换，达到保温的目的。

以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种深海保温生物采样器，其特征在于，包括：

保温筒，为两端开口的筒状，其一端开口通过端盖打开或关闭；

半导体制冷组件，通电时具有制冷功能，为两端开口的筒状，其两端分别与保温筒连接，形成可封闭的采样室；

温度传感器，布置在采样室内，用以采集采样室内的温度并反馈给控制器；

控制器，根据采样室内的温度变化调节通过所述半导体制冷组件的电流大小，以调节所述半导体制冷组件的制冷功率；

电源，为所述半导体制冷组件、温度传感器和控制器供电。

2.根据权利要求1所述的深海保温生物采样器，其特征在于，所述的半导体制冷组件包括：

支架，具有若干个供制冷模块插入的插槽；

制冷模块，通电时具有制冷功能，分别插置在所述插槽内，围成筒状；制冷模块以并联或串联的方式与电源连接；

上端盖，可拆卸地安装在所述支架上，用于固定所述制冷模块。

3.根据权利要求2所述的深海保温生物采样器，其特征在于，所述的制冷模块包括半导体制冷片、热端散热片以及冷端散热片；所述半导体制冷片夹紧在热端散热片和冷端散热片之间，并依次通过耐压灌封胶和防水密封胶灌封。

4.根据权利要求3所述的深海保温生物采样器，其特征在于，所述半导体制冷片与热端散热片、冷端散热片的接触面上涂有导热硅脂。

5.根据权利要求1所述的深海保温生物采样器，其特征在于，所述的采样室内，沿采样室长度方向布置有若干根导热管。

6.根据权利要求1所述的深海保温生物采样器，其特征在于，所述的采样室开口端设置有滤网组件。

7.根据权利要求1所述的深海保温生物采样器，其特征在于，所述的端盖上固定有端盖把手，端盖与保温筒之间连接有拉紧弹簧；

保温筒外壁上固定有滑块底座，所述滑块底座上滑动安装有启闭滑块；

端盖打开时，端盖把手的自由端可通过启闭滑块压紧在滑块底座上，以保持端盖处于打开状态；

滑动启闭滑块可释放端盖把手，端盖在拉紧弹簧作用下盖紧保温筒端口。

8.根据权利要求7所述的深海保温生物采样器，其特征在于，所述的保温筒外壁上铰接有限位杆，所述限位杆的自由端通过弹性件与端盖把手相连；

端盖打开时，限位杆的自由端可同端盖把手的自由端一同由启闭滑块压紧在滑块底座上；

滑动启闭滑块释放出端盖把手与限位杆后，端盖把手通过弹性件拉动限位杆的自由端使其绕铰接轴旋转180°，此时限位杆的自由端与端盖把手呈垂直状态并相抵，以限制端盖把手的动作。