инкубатор

Формула изобретения

1. Инкубатор, содержащий термостатную камеру с емкостью для воды и лотком для яиц, нагреватель, а также съемную крышку с вентиляционными отверстиями, отличающийся тем, что нагреватель выполнен в виде металлической пластины или нескольких пластин, закрывающих полностью или частично внутреннюю поверхность съемной крышки, при этом на поверхности каждой металлической пластины размещены дискретные или распределенные по ее поверхности нагревательные элементы, имеющие с металлической пластиной тепловой контакт.

2. Инкубатор по п.1, отличающийся тем, что дискретный нагревательный элемент выполнен в виде керамического резистора, закрепленного на поверхности металлической пластины при помощи П-образного фрагмента металлического профиля.

3. Инкубатор по п.1, отличающийся тем, что дискретный нагревательный элемент выполнен в виде фрагмента гибкого нагревателя, закрепленного на поверхности металлической пластины.

4. Инкубатор по п.1, отличающийся тем, что дискретный нагревательный элемент выполнен в виде полупроводникового прибора, в качестве радиатора которого использована металлическая пластина.

5. Инкубатор по п.1, отличающийся тем, что распределенный нагревательный элемент выполнен в виде напиленного на металлическую пластину слоя из резистивного материала.

6. Инкубатор по п.1, отличающийся тем, каждый нагревательный элемент или группа нагревательных элементов соединены с регулируемым источником электропитания.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к инкубаторам, и предназначено для инкубации яиц в домашних условиях, а также в условиях фермерских хозяйств или малых сельскохозяйственных предприятий.

В настоящее время одним из видов бизнеса в сельской местности становится инкубация цыплят для продажи. При этом одними из основных критериев, определяющих ценность используемых для этой цели инкубаторов, становятся стоимость инкубации одного цыпленка и процент выхода цыплят. Поскольку для малобюджетных хозяйств покупка многоярусных автоматизированных компьютерных комплексов не доступна по цене, то они обычно приобретают партию простых малогабаритных инкубаторов, работающих в полуавтоматическом режиме (устройство поддерживает необходимый тепловлажностный режим инкубации, а оператор периодически визуально контролирует ход процесса инкубации). Инкубаторы устанавливают в рабочем помещении на полки, которые в свою очередь образуют многоярусные стеллажи, позволяющие в любой момент оператору проконтролировать любой инкубатор. Следовательно, в этом случае вертикальный габарит инкубатора является определяющим для определения количества ярусов в данном помещении. Уменьшение габаритов рабочего помещения при одновременном увеличении плотности установки инкубаторов позволяет до 50% снизить затраты, связанные с эксплуатационными расходами (обогрев помещения, вентиляция, уборка и т.п.).

Известен инкубатор, содержащий термостатную камеру с вентиляционными отверстиями, внутри которой имеются лотки для яиц, увлажнительные противни, терморегулятор, тепловой аккумулятор, установленный под лотками для яиц, в виде закрытого наполненного водой бака с отверстиями для циркуляции воздуха, а также электронагреватели, установленные внутри бака или под ним (см. патент РФ №2040170, кл. А01К 41/00, 1995 г.). Благодаря наличию теплового аккумулятора устройство позволяет стабилизировать температурный режим внутри инкубационной камеры, тем самым повысить процент выхода цыплят.

Основным недостатком известного инкубатора является невысокий коэффициент использования полезного объема инкубационной камеры, т.к. значительную его часть занимает тепловой аккумулятор, призванный в случае отключения электричества стабилизировать температуру. Для хозяйств, которые профессионально занимаются выводом цыплят, даже временное отсутствие электричества может привести к значительным финансовым потерям, а следовательно, такие хозяйства должны быть оборудованы надежными автономными источниками электропитания типа дизель-генератора.

Известен инкубатор (см. патент США №3783832, кл. А01К 41/06, 1974 г.), содержащий термостатную камеру со съемной крышкой, на которой установлены нагреватель и связанный с ним вентилятор, направляющий теплый влажный воздух от нагревателя к лотку с яйцами. Благодаря активной вентиляции возможно существенно уменьшить надлотковую часть инкубационной камеры, что позволит значительно уменьшить вертикальный габарит инкубатора.

Основным недостатком известного инкубатора является возможность появления застойных зон при обдуве инкубационной камеры турбулентными потоками воздуха, возникающими при его прохождении через многочисленные щелевые каналы от вентилятора к лотку с яйцами. При интенсивном проходе воздуха через щель поток испытывает завихрения, при этом в центре потока процесс закручивания в вихревые струи усиливается, а на краях ослабевает, вплоть до полной остановки. Наличие застойных зон не позволяет обеспечить равномерность распределения температуры в прилотковом слое, а значит может привести к существенному снижению процента выхода цыплят.

Конструктивно наиболее близким к заявляемому техническому решению является инкубатор, взятый в качестве прототипа, содержащий термостатную камеру с емкостью для воды и вентиляционными отверстиями в нижней части, съемную крышку с регулируемыми вентиляционными отверстиями, лоток для яиц с вертикальными пазами и нагревателем в виде электронагревательных элементов, расположенных на дне лотка между вертикальными пазами (см. а.с. СССР №1391554, кл. А01К 41/00, 1988 г.). Расположенный между лотком и емкостью для воды нагреватель обеспечивает непосредственно подогрев лотка с яйцами и воздуха, находящегося под лотком, который, нагреваясь, увлажняется испарениями воды и поднимается сквозь пазы лотка, омывая яйца. По мнению авторов, такой режим работы инкубатора повышает эффективность инкубации яиц.

Основным недостатком известного инкубатора является зависимость инкубационного процесса от внешних условий, таких как окружающая инкубатор температура и стабильность напряжения питающей сети, поскольку процесс вентиляции камеры осуществляется конвективными потоками теплого воздуха. Охлаждение наружного воздуха автоматически приводит к снижению температуры и влажности омывающего яйца потока воздуха, а его нагрев - к обратному действию. Аналогичный процесс происходит при изменении напряжения питающей сети. Неравномерность теплового потока от нагревателя может достигать 20% и более, что связано с нестабильностью сетевого напряжения в сельской местности, зависящего от мощности подключенной к сети в данный момент нагрузки. Указанные процессы приводят к нестабильности прогрева лотка с яйцами, которая может снижать до 50% максимальный выход цыплят.

Кроме того, известный инкубатор требует продолжительного выхода на стабильный режим, который необходимо постоянно контролировать оператору, и регулирования размера вентиляционных отверстий в съемной крышке, т.к. в процессе прогрева камеры температура и влажность конвективных потоков воздуха сильно изменяются.

В основу изобретения поставлена задача, направленная на устранение указанного недостатка, а именно повышение стабильности и равномерности прогрева лотка с яйцами при одновременном упрощении обслуживания инкубатора.

Эта задача в инкубаторе, содержащем термостатную камеру с емкостью для воды и лотком для яиц, нагревателем, а также съемной крышкой с вентиляционными отверстиями, решена тем, что нагреватель выполнен в виде металлической пластины или нескольких пластин, закрывающих полностью или частично внутреннюю поверхность съемной крышки, при этом на поверхности каждой металлической пластины размещены дискретные или распределенные по ее поверхности нагревательные элементы, имеющие с металлической пластиной тепловой контакт.

Указанное выполнение нагревателя позволяет быстро и равномерно распределить его тепловой поток по всей поверхности крышки и направить его в сторону лотка с яйцами, что создает благоприятные условия для равномерного прогрева лотка при минимальном надлотковом пространстве, а в случае частичного перекрытия нагревателем поверхности верхней крышки позволяет оставить окна для визуального контроля за процессом инкубации. При полном перекрытии крышки процесс контролируется по наружным приборам, отражающим показания находящихся внутри датчиков температуры и влажности.

Для упрощения конструкции нагревателя он снабжен дискретными нагревательными элементами, которые могут быть выполнены в виде: керамического резистора, закрепленного на поверхности металлической пластины при помощи П-образного фрагмента металлического профиля; фрагмента гибкого нагревателя, закрепленного на поверхности металлической пластины; полупроводникового прибора, например транзистора, в качестве радиатора которого использована металлическая пластина.

Для уменьшения вертикального габарита нагревателя и упрощения его конструкции он может быть выполнен в виде: напыленного на металлическую пластину слоя из резистивного материала (пластина предварительно должна быть защищена очень тонким слоем из диэлектрика с высокой теплопроводностью, например напыленной пленкой из окиси бериллия); наклеенного слоя из резистивного материала, например, при помощи липкой ленты (аналогичные резистивные элементы на липкой ленте используются в автомобилях для прогрева стекол от обледенения).

Для обеспечения температурной стабильности прогрева лотка с яйцами каждый нагревательный элемент или группа нагревательных элементов соединены с регулируемым источником электропитания, что позволяет осуществлять независимое управление этими нагревательными элементами в соответствии с локальной температурой какой-либо зоны инкубационной камеры. При этом вся площадь лотка с яйцами может быть разделена на несколько зон, каждая из которых снабжена отдельным датчиком температуры, в соответствии с показаниями которого осуществляют локальный нагрев зоны.

Заявляемая конструкция инкубатора с плоским нагревателем, снабженным дискретными или распределенными нагревательными элементами, позволяющим обеспечивать при минимальном вертикальном габарите инкубационной камеры равномерный поток тепловой энергии к лотку с яйцами, не имеет аналогов среди известных используемых в бытовых инкубаторах технических решений, а значит удовлетворяет критерию "изобретательский уровень".

На фиг.1 представлен разрез заявляемого инкубатора со смотровым окном в верхней крышке, оборудованного нагревателем с напыленными резистивными элементами.

На фиг.2 представлен нагреватель с дискретными резистивными элементами в виде керамических резисторов.

На фиг.3 представлен нагреватель с дискретными резистивными элементами в виде гибких нагревателей (греющего кабеля).

На фиг.4 представлена блок-схема компьютерного управления несколькими инкубаторами.

Представленный на фиг.1 инкубатор содержит термостатную камеру 1, внутри которой помещается лоток 2 с яйцами и емкость, для воды 3; съемную крышку 4 со смотровым окном 5, отверстиями для вентиляции 6 и нагревателем 7 в виде металлической пластины с нанесенными на ее поверхность резистивными элементами 8 и отверстиями для прохода воздуха 9; датчики температуры 10, расположенные в разных частях термостатной камеры.

Представленный на фиг.2 нагреватель содержит металлическую пластину 7, на которой с помощью П-образного профиля 11, уплотнительных прокладок 12 и винтов 13 закреплены керамические резисторы 14 с выводами для подключения 15.

Представленный на фиг.3 нагреватель содержит металлическую пластину 7 с закрепленными на ней с помощью скоб 16 и винтов 17 гибкими нагревательными элементами 18 (фрагментами греющего кабеля).

На фиг.4 представлена блок-схема компьютерного управления несколькими инкубаторами, содержащая блок управления 19, к которому подключены инкубаторы 20 (20₁ , 20₂, 20_n) через устройство ввода-вывода 21. В состав блока управления 19 входят процессор 22, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 23, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 24, расширитель ввода-вывода (РВВ) 25, шина управления 26, клавиатура 27 и монитор 28.

Устройство работает следующим образом. В термостатную камеру 1 инкубатора 20 на лоток 2 укладываются рядами яйца, после чего камера 1 закрывается крышкой 5, а инкубатор подключают к компьютерному блоку управления 19, в блоке ПЗУ 24 которого хранится вся информация о режиме инкубации. Оператор с клавиатуры 27 запускает режим инкубации данного инкубатора. При помощи датчиков температуры 10 (Д ₁-Д_n) инкубаторов 20 (20 ₁, 20₂, 20_n ) процессор 22 измеряет исходную температуру в различных частях камеры 1 и включает нагревательные элементы 8 (H ₁-Н_n), которые нагревают металлическую пластину 7. При этом температура внутри камеры 1 начинает изменяться. Предположим, что вблизи смотрового окна 5 она оказалась несколько ниже, чем в других частях инкубатора. Датчики 10, находящиеся в зоне окна 5, это фиксируют, а блок 19 через УВВ 21 увеличивает напряжение на близлежащих к смотровому окну нагревателях 8, которые начинают более интенсивно нагреваться. Таким образом температура воздух внутри инкубатора выравнивается до заданной или близкой к ней температуры (температура на уровне центра яйца должна составлять около 37,8°С). В случае, если температура в какой-либо части инкубационной камеры снова окажется ниже заданной, включаются соответствующие нагреватели 8 и тепловой поток снова выравнивается до требуемого уровня. При этом за счет теплого воздуха происходит испарение воды из емкости 3, влажный воздух поднимается к крышке инкубатора 4 и через вентиляционные отверстия в нагревателе 9 и в крышке 4 выходит наружу, омывая по пути яйца в лотке 2. Визуальный контроль за состоянием яиц осуществляется через смотровое окно (окна) 5. Компьютерный контроль за температурой внутри инкубатора позволяет с высокой точностью (0.2-0.3°С) отслеживать разность температур в различных зонах внутри инкубационной камеры и избегать ненужного перегрева и излишнего расхода электроэнергии.

В опытных образцах инкубатора использовались:

- в качестве резистивных дискретных нагревательных элементов - керамические резисторы типа «SQP» мощностью 5 и 10 Вт;

- в качестве фрагментов греющего кабеля - гибкие нагреватели Auto-Trace фирмы Ray-chem;

- в качестве дискретного полупроводникового нагревательного прибора - кремневые транзисторы типа«КТ-819»;

- в качестве датчика температуры - датчик TS-560 (Россия), использующий полупроводниковый диод на основе арсенида галлия с погрешностью измерения температуры - 0,1%.

Таким образом, заявляемое устройство позволяет создать простой универсальный инкубатор, способный обеспечивать максимальный выход цыплят при минимальном расходе электроэнергии.