CN204544215U - 一种生化培养箱 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种生化培养箱，包括：保温箱体，电气控制系统位于箱体上部，热湿处理系统位于实验仓正上方；循环风机连接热湿处理系统位于实验舱顶部正上方，实验舱内侧壁设置有温湿度传感器，实验舱设置有实验舱隔板，箱体内壁和实验舱隔板之间形成循环通风道，实验舱体下部设置有实验舱通风隔板。具有制冷、制热、除湿、加湿及通风等功能，可以实现对温度和湿度的较精确的控制。制冷、制热、除湿均由半导体制冷器实现。本实验箱可实现将室内的温度、湿度控制在设定值附近，并对控制精度和控制功能有较高的要求。

Description

一种生化培养箱

技术领域

本实用新型涉及生化培养器械领域，特别涉及一种生化培养箱。

背景技术

在现有的技术中生化培养箱用于对生物或化学制剂进行培养，是生物研究实验中的重要设备，且所培养的不同生物类别对环境的要求不同，对培养箱内温度湿度及风速的控制有严格的要求，而目前由于控制范围及方式过于传统，在培养箱内环境发生变化不利于箱内物质培养时，并无相应的实时调整，人员发现时已造成不可逆转的损失。

实用新型内容

为解决上述现有技术存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种生化培养箱，其通过各系统间的系统工作和整体控制，对培养箱体内温度，湿度，条件进行精确控制和反馈，从测试单位到测量方法均进行详细论证，从而使控制盒测量更加精确有效。热湿处理采用的半导体制冷系统，运行震动小、噪音低，将电气操作部分和热湿处理系统设置在实验箱上部使用操作更加方便。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案为：

一种生化培养箱，包括：保温箱体，电气控制系统位于箱体上部，热湿处理系统位于实验仓正上方；循环风机连接热湿处理系统位于实验舱顶部正上方，实验舱内侧壁设置有温湿度传感器，实验舱设置有实验舱隔板，箱体内壁和实验舱隔板之间形成循环通风道，实验舱体下部设置有实验舱通风隔板。

进一步的，所述实验舱顶板上均有设置多个通风孔。

进一步的，所述保温箱体采用高硬度聚氨酯发泡，门密封采用双层耐高低温老化硅橡胶密封条。

进一步的，所述保温箱体底部设有轮式底脚。

进一步的，所述热湿处理系统由制冷系统、制热系统、加湿系统组成。

进一步的，所述制冷系统：用于为培养箱体降温，采用电子半导体制冷器；

加热系统：用于为培养箱升温，采用半导体制冷系统的热泵运行，温度精度为0.3℃；

除湿系统：空气温度控制在10.4℃以下；

加湿系统：选用超声波加湿器。

进一步的，所述电器控制系统的控制策略为：温湿度控制，将空气的状态控制在一定的范围之t±Δt、或d±Δd，根据测得的干球温度和湿球温度，确定初始状态；换算出空气的含湿量d，含湿量d能反映空气湿空气的绝对湿度，将启动时箱内的温度、绝对湿度与要求的设定状态进行计算比较，确定进行制冷，加热、加湿、除湿设备的运行，将空气的状态参数调控到所需的范围之内。

相对于现有技术，本实用新型的有益效果为：

本实用新型通过各系统间的系统工作和整体控制，对培养箱体内温度，湿度，条件进行精确控制和反馈，从测试单位到测量方法均进行详细论证，从而使控制盒测量更加精确有效。热湿处理采用的半导体制冷系统，运行震动小、噪音低，将电气操作部分和热湿处理系统设置在实验箱上部使用操作更加方便。

附图说明

图1是本实用新型生化培养箱的结构示意图。

图2为本实用新型半导体恒温恒湿箱的工作顺序图。

图3为本实用新型控制系统原理图。

其中：1-电控系统；2-热湿处理系统；3-循环风机；4-实验舱通风顶板；5-温湿度传感器；6-实验舱隔板；7-实验舱通风隔板；8-循环风道；9-保温箱体。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本实用新型技术方案做进一步详细描述：

如图1所示：一种生化培养箱，包括：保温箱体，电气控制系统位于箱体上部，热湿处理系统位于实验仓正上方；循环风机连接热湿处理系统位于实验舱顶部正上方，实验舱内侧壁设置有温湿度传感器，实验舱设置有实验舱隔板，箱体内壁和实验舱隔板之间形成循环通风道，实验舱体下部设置有实验舱通风隔板。

进一步的，所述实验舱顶板上均有设置多个通风孔。

进一步的，所述保温箱体采用高硬度聚氨酯发泡，门密封采用双层耐高低温老化硅橡胶密封条。

进一步的，所述保温箱体底部设有轮式底脚。

进一步的，所述热湿处理系统由制冷系统、制热系统、加湿系统组成。

进一步的，所述制冷系统：用于为培养箱体降温，采用电子半导体制冷器；

加热系统：用于为培养箱升温，采用半导体制冷系统的热泵运行，温度精度为0.3℃；

除湿系统：空气温度控制在10.4℃以下；

加湿系统：选用超声波加湿器。

进一步的，所述电器控制系统的控制策略为：温湿度控制，将空气的状态控制在一定的范围之t±Δt、或d±Δd，根据测得的干球温度和湿球温度，确定初始状态；换算出空气的含湿量d，含湿量d能反映空气湿空气的绝对湿度，将启动时箱内的温度、绝对湿度与要求的设定状态进行计算比较，确定进行制冷，加热、加湿、除湿设备的运行，将空气的状态参数调控到所需的范围之内。

生化培养箱的箱体都为整体结构形式，热湿处理系统(制冷系统、制热系统、加湿系统)及电气控制系统位于箱体上部。实验舱布置在下部。由于热湿处理采用的半导体制冷系统，运行震动小、噪音低，将电气操作部分和热湿处理系统设置在实验箱上部使用操作方便。

在恒温箱体内由不锈钢实验舱隔板和顶板围成实验舱，在实验舱顶部设有大风量的循环通风机，箱体内壁和实验舱隔板之间形成循环通风道，实验舱通风顶板为孔板型送风口，保证了实验舱内温度的均匀性，整体气流组织上送风下回方式。

保温箱体采用高硬度聚氨酯发泡，门密封采用双层耐高低温老化硅橡胶密封条。为了移动方便，恒温恒湿箱设有轮式底脚。

如图2所示本实用新型生化培养箱的工作原理为：

利用半导体制冷器进行热湿处理。

生化培养箱工作时，实验舱顶部的循环风机运行，驱动实验舱内空气流动，流动空气首先经过孔板型通风顶板被送进实验舱，在实验舱内与试件进行热湿交换，将试件的热湿负荷带走，然后经过下部和底部的通风隔板，进入箱体内壁和实验舱隔板之间形成循环通风道，回到试验箱循环风道顶部，然后分成两路：一路在空气处理模块的风机吸引下，顺序流过空气处理模块的制冷、除湿、加热、加湿等空气处理段；同时由箱体内置的温、湿度传感器将采集的数据，传至控制器进行处理，下达调温、调温指令，在控制系统调节下各功能段协调工作，对流过的空气进行相应的制冷、除湿、加热、加湿处理，然后送出空气处理模块；另一路与从空气处理模块出来的被处理过的空气进行混合后，在循环风机的驱动下进入实验舱，进行循环流动，维持实验舱内热湿负荷动态平衡，保证实验舱内温湿度稳定且均匀一致，实现恒温恒湿的功能。半导体制冷器的制冷量、制热量可根据调节其电流量来实现。

生化培养箱温度、湿度的调节是通过控制系统(温、湿度传感器和控制器)实现的。恒温恒湿实验箱温度调节是由箱体内置的温度传感器，采集数据，传至温度控制器调节，通过调节通过半导体制冷器电流量或者接通空气加热单元即半导体制冷器的热端面来实现增加箱体内温度或降低温度，来达到所需要的控制温度；湿度的调节是由箱体内置的湿度传感器，采集数据，传至湿度控制器调节，从而通过调节半导体制冷器的电流量，使其与空气接触面的温度降低，即半导体制冷表面(冷端面)的温度低于空气露点温度的来实现对箱体内空气的去湿作用，或者接通超声波加湿器来实现加湿作用，以达到控制所需要的湿度。

本实用新型生化培养箱包括如下模块：

1、制冷系统

制冷系统采用电子半导体制冷器，这种制冷方式在温差Δt为5～10℃时，其制冷能效比很高(10左右)，而且易于实现对制冷量的精确控制。

设备配置：1块TEC1127012型半导体制冷器，额定制冷量80W，额定电压12V，工作电流10A。详细参数如表1：

表1半导体制冷器性能参数

2、加热系统

基于制冷系统采用半导体制冷方法，其热泵运行能效比高，且其特性也属于电量转换器件，易于实现精确控制，因此为了制造工艺的标准化，制热采用半导体制冷系统的热泵运行。为了控制的方便，与制冷系统独立配置。经试验验证：采取时间比例控制方案，制热运行时温度精度可达0.3℃。设备配置：1块TEC1127012型半导体制冷器。

3、除湿系统

由于除湿所需温度较低，如：24℃45％RH露点温度为11.35，23.℃45％RH露点温度为10.4℃。要达到需要的除湿效果空气温度需控制到10.4以下，所以除湿系统采用制冷冷凝除湿方法。其系统的设置是在制冷系统的基础上再增加一套除湿制冷的配置串联运行，运行时制冷系统和除湿制冷系统同时运行以保证除湿所需的低温。经试验验证：采用两套半导体装置串联运行可以将实验舱内空气温度处理到露点温度以下。

设备配置：半导体制冷器制冷系统配置相同，即1块TEC1127012制冷器。

4、加湿系统

加湿系统选用小型超声波加湿器。因为箱体空间小，恒温恒湿箱的湿负荷较小，但是湿度参数惯性大，测控时滞长，所以加湿器的加湿能力不要太大，以避免控制过程的超调节，增强系统加湿过程的可控性。

加湿系统的控制方案可采用通断控制，或设定制两侧不对称的通断控制。加湿器的具体配置如下：

水箱容积(L)：1.7；

功率(w)：25；

净重(kg)：0.85；

加湿量(ml/h)：≥200。

5、控制系统

控制系统采用PLC或开发单片机两种方案都是可行的，可根据设备制造要求确定。

控制系统需设计2路检测模拟量，1路模拟量测干球温度，1路模拟量测湿球温度，由4路晶体管PWM输出的开关量控制温湿度处理系统；1路开关量输出控制循环风机。

继电器选用可实现高速通断的固态继电器，固态继电器需要配置散热器。

6、控制策略

如图3所示，温湿度控制即将空气的状态控制在一定的范围之t±Δt、或d±Δd，也可表示为t1～t2，或d1～d2，控制精度即范围的大小[39]，根据测得的干球温度和湿球温度，确定初始状态。换算出空气的含湿量d，含湿量d能反映空气湿空气的绝对湿度。将启动时箱内的温度、绝对湿度与要求的设定状态进行计算比较，确定进行制冷，加热、加湿、除湿等设备的运行，将空气的状态参数调控到所需的范围之内。

(1)温度控制

根据加热、制冷系统工作特性，并充分发挥计算机处理数字量的优势，采用占空比的信号输出，根据当前实测值tc与设定值ts之差tc-ts进行如下方案调节：

1)当tc-ts＞2、全负荷制冷运行

-2≤tc-ts≤2时：PI调节运行，并根据进入该区间前的运行方式进行制冷运行或加热运行：

如是在tc-ts＞1区间进入的，则保持制冷运行，采取PI调节制冷负荷大小；

如是在-1≤tc-ts区间进入的，则保持加热运行，采取PI调节制加热荷大小；

2)当tc-ts＜-2时、全负荷加热运行

由于恒温恒湿箱的外扰较小，且被控参数不会突变，为保证参数的稳定性采用PI调节算法，控制器采用时间比例的占空比信号输出，控制固态继电器的通断，精确控制加热制冷系统运行，实现温度的准确控制。

(2)湿度控制

度量空气中含水蒸汽量的参数有含湿量d、相对湿度、湿球温度ts、露点温度tL，几个参数中只有含湿量d表示水蒸汽含量的绝对值，其余都是相对量。因此将含湿量d作为湿度的控制参数，更为合理。在湿空气的诸多参数中，压力和温度是易测的，而含湿量不易直接测量，只能通过相对湿度或湿球温度的测量间接得到含湿量。由于测量相对湿度的传感器不确定性较大，稳定性差，不适合用于对温、湿度要求很高的恒温恒温箱，且价格高。而干、湿球温度测量相对湿度，是传统的的方法，简单可靠。因此，我们采用湿球温度作为测量参数，即湿度的控制参数。

7、其它配置

(1)空气循环系统

考虑空气阻力不太大，配置直流式轴流风机。为保证箱内温度湿度均，设置多孔式送回风口。由于在恒温箱体内由不锈钢实验舱隔板和顶板围成实验舱，在实验舱顶部设有大风量的循环通风机，箱体内壁和实验舱隔板之间形成循环通风道，实验舱通风顶板为孔板型送风口，保证了实验舱内温度的均匀性，整体气流组织上送风下回方式。

(2)直流电源

制冷、加热、除湿所用的半导体制冷器工作电源以及固态继电器的控制电源，都是直流电源，根据半导体器件型号及规格要求选用，12V、400W直流电源。

经过分析对比和各部件的选型，最后确定的恒温恒湿箱主要部件型号和规格参数如表4-2。

表2恒温恒湿实验箱设备配置表

生化培养箱的整体结构

半导体生化培养箱的系统设置：

制冷系统配置：1块TEC1127012型半导体制冷器，额定制冷量80W，额定电压12V，工作电流10A。

加热系统配置：1块TEC1127012型半导体制冷器。

除湿系统配置：1块TEC1127012型半导体制冷器。

加湿系统配置：水箱容积(L)：1.7，功率(w)：25  净重(kg)：0.85

加湿量(ml/h)：≥200

控制系统配置：采用PLC控制器，控制系统需设计2路检测模拟量，1路模拟量测干球温度，1路模拟量测湿球温度，由4路晶体管PWM输出的开关量控制温湿度处理系统；1路开关量输出控制循环风机。

继电器选用可实现高速通断的固态继电器，固态继电器需要配置散热器。

半导体生化培养箱的箱体都为整体结构形式。热湿处理系统(制冷系统、制热系统、加湿系统)及电气控制系统位于箱体上部。实验舱布置在下部。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种生化培养箱，其特征在于，包括：保温箱体，电气控制系统位于箱体上部，热湿处理系统位于实验仓正上方；循环风机连接热湿处理系统位于实验舱顶部正上方，实验舱内侧壁设置有温湿度传感器，实验舱设置有实验舱隔板，箱体内壁和实验舱隔板之间形成循环通风道，实验舱体下部设置有实验舱通风隔板。

2.根据权利要求1所述的培养箱，其特征在于，所述实验舱顶板上均有设置多个通风孔。

3.根据权利要求1所述的培养箱，其特征在于，所述保温箱体采用高硬度聚氨酯发泡，门密封采用双层耐高低温老化硅橡胶密封条。

4.根据权利要求1所述的培养箱，其特征在于，所述保温箱体底部设有轮式底脚。

5.根据权利要求1所述的培养箱，其特征在于，所述热湿处理系统由制冷系统、制热系统、加湿系统组成。

6.根据权利要求5所述的培养箱，其特征在于，所述制冷系统：用于为培养箱体降温，采用电子半导体制冷器；

加热系统：用于为培养箱升温，采用半导体制冷系统的热泵运行，温度精度为0.3℃；

除湿系统：空气温度控制在10.4℃以下；

加湿系统：选用超声波加湿器。