專利名稱：可自動降溫開頂式氣室的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及開頂式氣室，特別是指一種可以自動降溫的開頂式氣室，主要用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)及草地大氣環(huán)境中的氣候增溫模擬研究。
技術(shù)背景政府間氣候變化專門委員會(IPCC)第四次評估報告指出氣候變暖已是不爭的事實(shí)，而且90%的可能是由于化石燃料燃燒和土地利用變化等人類活動排放的溫室氣體 (主要包括二氧化碳、甲烷和氧化亞氮等)導(dǎo)致大氣中溫室氣體濃度增加所引起的。自1750 年以來，由于人類活動的影響，全球大氣二氧化碳、甲烷和氧化亞氮濃度顯著增加，目前已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了根據(jù)冰芯記錄得到的工業(yè)化前幾千年來的濃度值，其中二氧化碳濃度值從工業(yè)化前的約^Oppm增加到2005年的379ppm，甲烷濃度值從工業(yè)化前的約715ppb增加到 2005年的1774ppb，氧化亞氮濃度從工業(yè)化前的約270ppb增加到2005年的319ppb，而且大氣中溫室氣體濃度將持續(xù)增加。在過去的一百年(1906-2005年)中，全球平均地表氣溫升高0. 740C。未來氣候?qū)⑦M(jìn)一步變暖，預(yù)計到21世紀(jì)末仍將上升1. 1-6. 40C。為了研究氣候變暖對農(nóng)作物、草地和森林等的影響，科學(xué)工作者采用各種增溫方式來模擬氣候變暖的條件，使被測植物生長在較高的溫度下，通過觀測植物的生長及土壤變化來評估溫度增加對植物可能產(chǎn)生的影響。目前常用的增溫方式有紅外加溫，加熱空氣置換、輻射板、半封閉自動增溫等。主要可采用的儀器設(shè)備有環(huán)境模擬生長箱、氣室模擬室、 開頂式氣室、遠(yuǎn)紅外加熱輻射裝置等，除了開頂式氣室外，其他三種方式均是利用電能主動增溫，成本較高。開頂式氣室是使用透光材料圍成一個部分封閉的空間，使用太陽輻射能增溫，比較經(jīng)濟(jì)實(shí)用，適用于長期的試驗(yàn)?zāi)M。開頂式氣室在實(shí)際的應(yīng)用過程中，由于受到太陽輻射強(qiáng)弱的影響，增溫波動幅度較大，特別是在太陽輻射強(qiáng)度大的情況下，增溫幅度很大且很不均勻，現(xiàn)有的一些科技文獻(xiàn)結(jié)果顯示最高可達(dá)8 10°C，會導(dǎo)致開頂式氣室內(nèi)植物受到高溫的傷害甚至死亡，也高于未來氣候變化條件下溫度升高的預(yù)期，會導(dǎo)致模擬結(jié)果偏差，或直接因溫度過高或植株死亡而使模擬升溫實(shí)驗(yàn)失敗。國內(nèi)外大多數(shù)簡易開頂式氣室都沒有降溫裝置，只利用自然條件的增溫，極易造成氣室內(nèi)植物局部死亡，而且氣室透光材料一般采用有機(jī)玻璃或透明塑料制成，透光性較差，而且也比較容易結(jié)露。
發(fā)明內(nèi)容針對上述問題，本實(shí)用新型的主要目的在于使用一套可自動降溫的系統(tǒng)，在開頂式氣室內(nèi)溫度過高時通過風(fēng)扇換氣來控制氣室內(nèi)氣溫的升高幅度，防止開頂式氣室內(nèi)氣溫升溫過高的情況發(fā)生，同時提高采用開頂式氣室模擬未來氣候變化條件下增溫的控制精度。為實(shí)現(xiàn)上述功能，本實(shí)用新型提供一種可自動降溫的開頂式氣室，其特征在于包含一開頂氣室主構(gòu)架，包括一上框架、一下框架、四支撐棱、兩聚碳酸酯板、八固定腳及多個固定螺釘，所述上框架與下框架均采用優(yōu)質(zhì)不銹鋼彎成圓環(huán)，并無縫焊接有固定塊，通過四個支撐棱連接起來，并通過螺釘鎖固形成氣室主框架，所述聚碳酸酯板具有加硬防刮及防結(jié)露特性，兩塊扇形的聚碳酸酯板沿氣室主框架圍成一個頂開口的椎面，以螺釘固定在氣室主框架上，所述氣室下框架有八個固定孔，所述固定樁通過氣室固定孔將氣室固定于地上；一換氣裝置，包括一風(fēng)扇、一連接管、一“T”型管接頭、一氣體釋放管及多個固定管卡，所述風(fēng)扇固定于連接管一端的內(nèi)部，所述連接管的另一端與所述“T”型管接頭直角端相連，所述氣體釋放管首尾兩端與所述“T”型管接頭直通兩端相連，所述釋放管通過所述固定管卡固定在氣室內(nèi)部，所述釋放管上均勻分布有氣體釋放小孔；一控制裝置，包括一控制器、一蓄電池、一太陽能電池板、一氣室內(nèi)溫探頭和一氣室外溫探頭，所述太陽能板與所述蓄電池相連，為蓄電池提供電能，所述蓄電池為控制器供電，所述控制器與所述氣室內(nèi)溫探頭、氣室外溫探頭及風(fēng)扇相連，所述氣室內(nèi)溫探頭和氣室外溫探頭分別配有一防輻射罩。采用了上述技術(shù)方案的本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)1、由太陽能板提供能源，并由蓄電池儲存電能，保證系統(tǒng)在野外獨(dú)立運(yùn)行時的電能，并與系統(tǒng)電能需求相匹配，當(dāng)太陽輻射強(qiáng)時，系統(tǒng)蓄積的電能多，同時，降溫所需的電能也多，當(dāng)陰雨天氣或夜晚情況下，氣室內(nèi)升溫幅度小或不升溫，系統(tǒng)所需的能量少，而這時系統(tǒng)蓄積的電能少或無蓄積，可通過蓄電池蓄存的電能維持系統(tǒng)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)能量自動動態(tài)供給與分配。2、采用控制器動態(tài)監(jiān)測氣室內(nèi)外的溫度差，當(dāng)溫差過大超過閾值時，控制器打開換氣風(fēng)扇，抽取氣室外部的氣體到氣室內(nèi)部，并通過釋放管上密布的釋放孔均勻釋放到氣室內(nèi)部，降溫快速、高效、均勻，可實(shí)時控制氣室內(nèi)的溫度升高幅度在要求的范圍內(nèi)。3、氣室主框架由優(yōu)質(zhì)不銹鋼構(gòu)成，重量輕、強(qiáng)度高，透光材料采用加硬防刮及防結(jié)露聚碳酸酯板，相對于目前使用的機(jī)玻璃板或透明塑料具有機(jī)械強(qiáng)度高、透光性好、重量輕、抗老化能力強(qiáng)、防刮、防結(jié)露的優(yōu)良特性；且氣室采用多個部件組裝而成，便于運(yùn)輸和安裝。

[0010]圖1是本實(shí)用新型總體構(gòu)造俯視圖[0011]圖2是本實(shí)用新型主體構(gòu)造正視圖[0012]圖3A是本實(shí)用新型下框架俯視圖[0013]圖3B是本實(shí)用新型下框架固定腳局部放大圖[0014]圖3C是本實(shí)用新型下框架固定片局部放大圖[0015]圖4A是本實(shí)用新型上框架俯視圖[0016]圖4B是本實(shí)用新型上框架固定片局部放大圖[0017]圖5A是本實(shí)用新型支撐棱的正視圖[0018]圖5B是本實(shí)用新型支撐棱的剖視圖[0019]圖6是本實(shí)用新型聚碳酸酯板正視圖[0020]圖7是本實(shí)用新型釋放管卡正視圖[0021]圖8是本實(shí)用新型釋放管局部放大示意圖[0022]圖9是本實(shí)用新型“T”型管接頭示意圖[0023]圖10是本實(shí)用新型電路控制示意圖[0024]圖11是本實(shí)用新型控制工作流程圖具體實(shí)施方式
如圖1所示，本實(shí)用新型可自動降溫開頂式氣室包括一氣室主構(gòu)架10、一換氣裝置20及一控制裝置30三大部分。氣室主構(gòu)架10包括下框架11、上框架12、支撐棱13、聚碳酸酯板14、固定螺釘15 及固定樁16。下框架11如圖3A所示，由不銹鋼圓棒彎曲并焊接成一個圓環(huán)，在此圓環(huán)上無縫焊接有多個固定腳111及固定片112，如圖:3B所示固定腳，固定腳111上開有一圓形固定孔1111，可以讓固定樁16穿過并固定于地上；固定片如圖3C所示，每個固定片112都無縫焊接于下框架11上，在固定片上有一圓角矩形孔1121，用于固定聚碳酸酯板14于下框架 11上。上框架12如圖4A所示，結(jié)構(gòu)基本也由不銹鋼圓棒彎曲并焊接成一個圓環(huán)狀，在此圓環(huán)上無縫焊接有多個固定片121，固定片121的結(jié)構(gòu)如圖4B所示，無縫焊接于上框架12 上，在每個固定片121上都有一圓角矩形孔1211用于固定聚碳酸酯板14于下框架12上。 支撐棱13如圖5A和圖5B所示，是一根折成“U”形的不銹鋼條，條上均布有多個圓角矩形孔131，也用來固定聚碳酸酯板14。聚碳酸酯板14的外形如圖6所示，呈扇面狀，上面有與下框架11、上框架12及支撐棱配套的固定孔141。圖2顯示的是連接后的氣室主構(gòu)架10的正視圖，其組裝實(shí)施方式是用四個支撐棱 13將上框架12和下框架11拼接起來，并在相應(yīng)部位用螺釘15鎖固，形成一個上面小下面大的錐形框架，將聚碳酸酯板14沿此框架圍封，在圍封的同時通過上框架12上的固定孔 1211、下框架11上的固定孔1121及支撐棱13上的固定孔131用螺釘15鎖固，形成一個封閉的錐臺面，然后通過固定腳111上的固定孔1111將固定樁16釘入土中，將氣室主構(gòu)架固定于地上。如圖1所示，換氣裝置20包含一釋放管21、多個固定管卡22、“T”形接頭23、連接管M和換氣風(fēng)扇25。所述釋放管21是一根塑料軟管，在管的下部間隔一定的距離鉆有一排釋放孔211，如圖8所示，均勻分布的釋放孔可使氣體均勻釋放到開頂式氣室內(nèi)部。圖7 顯示的是固定管卡22示意圖，所述固定管卡22通過螺釘鎖固于聚碳酸酯板14上。以下結(jié)合圖1說明換氣裝置20的具體組裝方式，首先將換氣風(fēng)扇25以螺釘及強(qiáng)力膠(圖中未示) 固定于連接管M的一端內(nèi)，安裝時在聚碳酸酯板14上打一圓孔，使“Τ”型管接頭23的直角端從聚碳酸酯板14上穿出，連接管M的另一端與“Τ”型管接頭23的直角端套接，然后將釋放管21的首端與尾端分別套接于Τ”型管接頭23直通的兩端，并使釋放管21上的釋放孔211朝下，最后將釋放管21卡入固定管卡22中。氣室控制裝置30包含一太陽能電池板33、一蓄電池32、一控制器31、一氣室內(nèi)溫探頭35和一氣室外溫探頭34，均通過各自的安裝支架固定于地上(圖中未示)，各部件連接方式如圖1所示，太陽能電池板33與蓄電池32相連，為蓄電池32充電，蓄電池32與控制器31相連，為控制器31提供電能，氣室外溫探頭34及氣室內(nèi)溫探頭35分別與控制器相連，向控制器31提供氣室外部氣溫和氣室內(nèi)部氣溫，氣室外溫探頭34及氣室內(nèi)溫探頭35 分別有一氣室外溫防輻射罩341和氣室內(nèi)溫防輻射罩351，用于減小太陽輻射對氣溫的影響。換氣風(fēng)扇25也與控制器31相連，控制器31可以發(fā)送指令讓換氣風(fēng)扇25啟動或關(guān)閉?，F(xiàn)結(jié)合圖1、圖10和圖11說明本實(shí)用新型的田間安裝及具體動作方式。開頂式氣室主體構(gòu)架10依上述說明在試驗(yàn)地組裝好，并連接好換氣裝置20及控制裝置30。當(dāng)晴天太陽照射太陽能電池板33時，太陽能電池板33吸收太陽輻射并轉(zhuǎn)化為電能儲存于蓄電池32中，由蓄電池32供電啟動控制器31，太陽輻射會使開頂式氣室內(nèi)外的氣溫增加，由于開頂式氣室的半封閉特性，氣室內(nèi)部的氣溫高于氣室外部的氣溫，控制器31實(shí)時讀取氣室內(nèi)溫探頭35及氣室外溫探頭34的氣溫值，并比較兩者的溫度差，如圖11所示的流程圖，當(dāng)溫度差大于設(shè)定的溫度閾值時，控制器31發(fā)送指令打開換氣風(fēng)扇25，換氣風(fēng)扇25抽取開頂式氣室外的低溫氣體通過連接管M及“廣型管接頭23進(jìn)入釋入管21，氣體再通過釋入管21下部密布的釋放孔211均勻進(jìn)入氣室內(nèi)，釋放的低溫氣體將氣室內(nèi)的氣溫降低，當(dāng)降低到設(shè)定的溫差閾值時，控制器31發(fā)送指令關(guān)閉換氣風(fēng)扇25，停止換氣降溫?？刂破?1 — 直實(shí)時讀取氣室內(nèi)溫探頭35及氣室外溫探頭34的氣溫值并比較兩者的溫度差，當(dāng)兩者的溫差大于設(shè)定的閾值時，再次啟動換氣風(fēng)扇25，實(shí)現(xiàn)新一輪的降溫，實(shí)現(xiàn)開頂式氣室內(nèi)溫度的實(shí)時監(jiān)控。當(dāng)天氣為陰雨天或在夜間情況下，太陽輻射弱或沒有太陽輻射，氣室內(nèi)外的氣溫差很小，不會啟動降溫流程，控制器31依靠太陽能電池板33蓄積到蓄電池32中電能維持系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
權(quán)利要求1.一種可自動降溫開頂式氣室，其特征在于，包含一氣室主體構(gòu)架，包括一上框架、一下框架、四支撐棱、二聚碳酸酯板、八固定腳及多個固定螺釘；一換氣裝置，包括一設(shè)置于連接管內(nèi)的換氣風(fēng)扇，所述連接管與一 “T”型管接頭相連， “T”型管接頭兩直通端再與一釋放管兩端相連，所述釋放管通過多個固定管卡固定于所述氣室主體構(gòu)架內(nèi)部；一控制裝置，包括一太陽能電池板、一蓄電池、一控制器、一氣室內(nèi)溫探頭和一氣室外溫探頭，所述控制器通過太陽能電池板及蓄電池供電，所述控制器能讀取氣室內(nèi)溫探頭和氣室外溫探頭的值，并能發(fā)送打開與關(guān)閉指令到所述換氣風(fēng)扇。
2.如權(quán)利要求1所述的自動降溫開頂式氣室，其特征在于，所述上框架、下框架和支撐棱組成氣室主框架，所述兩聚碳酸酯板通過螺釘鎖固于主框架上形成氣室主體構(gòu)架，并由多個固定樁固定于地上。
3.如權(quán)利要求1和2所述的自動降溫開頂式氣室，其特征在于，所述的聚碳酸酯板經(jīng)過加硬防刮和防結(jié)露處理，能有效防止植物葉片對聚碳酸酯板的劃傷，同時降低水汽凝結(jié)對氣室透光率的影響。
4.如權(quán)利要求1所述的自動降溫開頂式氣室，其特征在于，所述釋放管上均勻分布有一排小孔，所述換氣風(fēng)扇從外部抽取較低溫度空氣通過連接管及“T”型管接頭，均勻釋放到氣室內(nèi)部。
5.如權(quán)利要求1和2所述的自動降溫開頂式氣室，其特征在于，所述氣室外溫探頭及氣室內(nèi)溫探頭均有一防輻射罩，減少太陽輻射直接照射溫度探頭導(dǎo)致其測定值的異常升高。
6.如權(quán)利要求1所述的自動降溫開頂式氣室，其特征在于，使用太陽能電池板和蓄電池為系統(tǒng)供電，使太陽輻射強(qiáng)弱與系統(tǒng)能量需求自動動態(tài)匹配，可在野外長期獨(dú)立運(yùn)行。
7.如權(quán)利要求1所述的自動降溫開頂式氣室，其特征在于，使用所述控制器實(shí)時比較氣室內(nèi)溫探頭與外溫探頭的差值，并以此差值與設(shè)定的閾值比較，確定換氣風(fēng)扇的啟動或關(guān)閉。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種可自動降溫開頂式氣室，屬于大氣模擬增溫控制領(lǐng)域，包括氣室主構(gòu)架、換氣裝置及控制裝置三大部分。其中氣室主構(gòu)架由圓環(huán)形的上框架、圓環(huán)形的下框架、四條支撐棱及聚碳酸酯板圍成一個圓錐臺面的氣室；換氣裝置在氣室內(nèi)外溫差過高時通過風(fēng)扇抽取氣室外低溫氣體到氣室內(nèi)部降溫來控制氣室內(nèi)部溫度的升高；氣室控制裝置通過實(shí)時比較和監(jiān)控氣室內(nèi)外溫差來啟動或關(guān)閉換氣裝置達(dá)到自動控制降溫的目的。本實(shí)用新型可用于農(nóng)業(yè)、草地或林業(yè)系統(tǒng)利用開頂式氣室的自然增溫模擬，能起到自動控制氣室內(nèi)升溫幅度的作用。
文檔編號F24F7/06GK202195556SQ20112030200
公開日2012年4月18日 申請日期2011年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月19日
發(fā)明者萬運(yùn)帆, 劉碩, 干珠扎布, 李玉娥, 秦曉波, 郭亞奇, 馬欣, 高清竹 申請人:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所