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.The invention relates to the field of laboratory equipment for carrying out research work with biological objects (plants, insects, etc.) in an artificial climate. It can be used to study the influence of climatic factors on the processes occurring in biological objects, as well as to carry out plant breeding, to develop measures to protect plants from pests using entomophagous insects.
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.Known cabinets, installations, plant growth chambers differ mainly in the number of reproducible climatic factors from the following: light, temperature, humidity, carbon dioxide content, air velocity [Sadovoy AF, Sovetov VP Artificial climate installations. - M .: Agropromizdat, 1985. - 72 p., Ill.], [Kurets V.K., Popov E.G. Statistical modeling of a plant-environment relationship system. - L .: Nauka, 1991. - 152 p.]. The main components of such devices are a glazed working chamber with useful space for the studied objects, light sources, an air preparation unit and a control unit. The most widely used devices with a vertical design of the working chamber [RF Patent No. 2446673, IPC A01G 9/24. Plant growth cabinet / V.V. Alt, V.A. Zolotarev, V.V. Mineev, L.A. Dauksis. - Application No.2010125445 / 13; Announced June 21, 2010; Publ. 04/10/2012; Bull. No. 10], allowing more rational use of the laboratory area. The closest analogue of the invention is a cabinet with an adjustable microclimate [RF Patent No. 2603910, IPC A01G 9/24. Cabinet with adjustable microclimate / V.V. Mineev, V.A. Zolotarev, V.V. Alt, V.M. Furzikov, S.V. Rozhanskaya. - Application No. 2015124018/13; Announced on 06/19/2015; Publ. 12/10/2016; Bull. No. 34], comprising a glazed working chamber with a glazed front door for observing plants and a double rear glazed wall forming a cavity providing air to enter the working chamber through a slot in the upper part of the inner glass, light sources located on the outside of the working chamber, block a control unit and an air preparation unit containing a humidifier, a cooler, a heater and communicating with the cavity of the double rear glazed wall, as well as with the working chamber through openings in the common wall, which is its ceiling and the bottom of the working chamber. Excess heat from the lamps is removed by the cooler (air conditioner), and its deficiency is made up by the heater. The lack of moisture is compensated by a humidifier. The humidified air from the humidifier is pumped through a flexible duct into the cavity formed by the double rear glazed wall, and under the action of the cooler or heater fans it is mixed with the general circulating air stream. The disadvantage of this technical solution is that the circulating air passes through the structural elements of the heater (spiral, fan blades), as a result of which it is drained and, as a result, the increased flow of water from the tank of the humidifier, which causes inconvenience to the attendants associated with frequent refilling of water, especially after hours, and increases the load on the humidifier. In addition, biological objects located in the working chamber are heated by air, while under natural conditions, due to solar insolation in the infrared region of the spectrum, objects, including plants, are first warmed up, and then air is heated as a result of convection.
Техническим результатом изобретения является воспроизведение температурного режима в рабочей камере более близким к естественному и уменьшение расхода воды из бачка увлажнителя.The technical result of the invention is to reproduce the temperature in the working chamber closer to natural and reduce the flow of water from the reservoir of the humidifier.
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.The technical result is achieved in that in a cabinet with an adjustable artificial microclimate, containing a glazed working chamber with a glazed front door for monitoring biological objects and a double rear glazed wall forming a cavity, which provides air to enter the working chamber through a gap in the upper part of the inner glass, sources light located on the outside of the working chamber, the control unit and the air preparation unit, consisting of a humidifier and a cooler and communicating with the working chamber through openings in the common wall, which is its ceiling and the bottom of the working chamber, as well as with the cavity of the double rear glazed wall, This air preparation unit is equipped with a flexible duct, one end of which is hermetically connected to the outlet of the humidifier, and the second end goes into the cavity formed by the double rear glazed wall, as well as a screen installed near the second end of the flexible duct to protect the flexible duct from by injecting circulating air into it and ensuring an unhindered exit of humidified air, the working chamber is fully or partially glazed with electrically heated glasses, inside of which an infrared heating element is integrated over the entire area in the form of a transparent conductive coating with a reflective layer, the heating surface of which radiates heat only towards the working chamber. Thus, air does not dry out, as it does not pass through incandescent filaments or near hot surfaces. An infrared heating element in the form of a transparent conductive coating with a reflective layer emits electromagnetic waves in the infrared wavelength range (IR rays) that carry thermal energy into the volume of the working chamber. Getting on objects and surfaces, infrared rays increase their temperature, after which the principle of convection comes into effect (heat is transferred from objects and surfaces to the air), that is, the working chamber is heated similarly to heating by sunlight. In addition, high electrical and fire safety is achieved due to the fact that glass is a good non-combustible insulator and can withstand high heating temperatures. Also, the proposed technical solution is more economical, since the dissipation of thermal energy into the environment is minimal due to the reflective layer in the heating element, and also due to which, in the cooling mode, the penetration of heat from light sources into the working chamber is minimized, which reduces the load on the cooler.
На фиг. изображен рисунок конструктивного устройства шкафа с регулируемым искусственным микроклиматом, поясняющий сущность изобретения.In FIG. depicts a drawing of a structural device cabinet with an adjustable artificial microclimate, explaining the essence of the invention.
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).A cabinet with an adjustable artificial microclimate contains a glazed working chamber 1 with a glazed front door 2, on the inside of which a mirror-coated polymer film is glued to increase illumination [RF Patent No. 2446673, IPC A01G 9/24. Plant growth cabinet / V.V. Alt, V.A. Zolotarev, V.V. Mineev, L.A. Dauksis. - Application No.2010125445 / 13; Announced June 21, 2010; Publ. 04/10/2012; Bull. No. 10]. The rear wall consists of two glasses 3 and 4, spaced from each other so that a cavity 5 is formed for pumping air from the air preparation unit 6. The inner glass 3 of the rear wall is shorter than the outer one, so that a gap is formed in the upper part of the working chamber 1 for the exit of air from the cavity 5 into the working chamber 1. Inside the working chamber 1 there are four removable trellised shelves (not shown) for plant installation. On the outside of the working chamber 1 on the ceiling and three sides (two side and rear) there are light sources - seven lamps 7 with fluorescent lamps or LEDs (lamps on the sides are not shown in the figure). The working chamber 1 is installed on the air preparation unit 6, which contains actuators: a cooler (air conditioning) 8 and an ultrasonic humidifier 9. The ceiling of the air preparation unit 6 is the bottom of the working chamber 1 after it is installed on the air preparation unit 6 and has openings for air circulation. A control unit (not shown in the figure) is mounted in the air preparation unit 6, the main elements of which are a temperature, humidity and lighting controller programmable in time, as well as a temperature and humidity sensor. A corrugated duct (siphon) pipe 10 is inserted into the output nozzle of the ultrasonic humidifier 9. A second corrugated duct pipe 10 is fixed in the hole of the inner wall of the air preparation unit 6 in contact with the inner wall (glass 3) of the cavity 5. A shield 11 is mounted on the same wall to protect corrugated duct 10 from injecting circulating air into it and providing an unhindered exit of humidified air from the humidifier 9. The nozzle of the corrugated duct 10 from the side of the humidifier 9 is quick-detachable for filling water into the humidifier tank 9. An electrically heated glass 12 is mounted in the ceiling, inside of which is integrated over the entire area infrared heating element in the form of a transparent conductive coating with a reflective layer, the heating surface of which radiates heat only towards the working chamber. The sides of the working chamber 1 are glazed with ordinary or electrically heated glass (not shown in the figure).
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.The operation of the cabinet with an adjustable artificial microclimate consists in maintaining the specified microclimate parameters in the working chamber 1 using lamps 7, a cooler 8, electrically heated glass 12 (or electrically heated glasses 12), a humidifier 9, which are turned on and off under the control of the controller, depending on the values set by the program temperature, humidity, on / off time of the fixtures 7 and the current values of temperature, humidity and time coming from the temperature and humidity sensor, as well as the controller timer. The illumination in the working chamber 1 is created by luminaires 7 and the light reflected from the mirror polymer film on the front door 2. The air circulates under the action of the cooler fan 8. The humidified air from the humidifier 9 enters the general stream through the corrugated duct 10. The screen 11 closes the outlet of the corrugated duct 10 from being blocked by a stream of air circulating along a common circuit.
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%).The invention can be implemented using the following components. The frames of the working chamber 1 and the removable door 2 can be made of painted aluminum profile type CONSTA-SIB. Glazing can be made of window glass with a thickness of 4 mm with polished edges using U-shaped plastic seals. Electric heated glass 12 can be made to order in the company FOTOTECH (website www.phototech.ru). The thickness of such a glass is not more than 9 mm, light transmission is not less than 70%. As luminaires 7, standard ones can be used - such as TL418-1A for four 18 W fluorescent lamps each, with a special emission spectrum for plants, such as L18W / 77 FLUORA or LEDs of the same size. To regulate and reproduce the required values of temperature, humidity and illumination, a microprocessor touch panel controller SPK107, a humidity and temperature sensor PVT 100 (all firms Aries Moscow) and actuators: cooler-air conditioner 8 window type LWJ0561ACG (LG, Yu . Korea) or EC-W05C4 (ERISSON company) and a humidifier 9 type PUH 1104 (company POLARIS, USA). Mirror coating on the inner surface of door 2 can be done by gluing a polymer mirror film of the Llumar trademark, for example, type R15GSRCDF (gray, with a light transmission of 15%).
