一种用于海洋气候环境模拟平台的智能温度控制系统

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1.本发明涉及一种用于海洋气候环境模拟平台的智能温度控制系统。


背景技术：

2.海洋气候环境模拟实验体系(marine environmental chamber system，简称mecs)通过对舱体内部水体各理化参数的全面调控，能够模拟真实海洋不同的生态系统和环境，进而可以模拟地球上的重大事件和海洋环境问题，获取自然条件下无法获得的中尺度时空环境变量和生态系统参数，为海洋科学研究提供数据支撑。
3.在环境模拟平台中，温度控制是十分重要的环节，温度值是平台舱体内重要物理参数，并且温度值的变化也会对其他物理参数、化学参数和生物参数也会产生影响，因此为了实现模拟海洋真实环境海水温度分布并且复现海洋温度跃升层现象的目标，需要对模拟平台的温度进行调节控制。
4.而现有的温度控制系统没有设置相应的分层冷热循环组件，不能实现舱体内水体的分层温度控制，从而不能适用于不同海域的海水环境，并且响应速度较慢，不能根据舱体内其他物理、化学、生物参数的变化来监测调节实时温度值，满足不了不同实验需求。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供了一种用于海洋气候环境模拟平台的智能温度控制系统，结构设计合理，基于多个功能组件的相互配合作用，通过协调动作的分层冷热循环体系，实现舱体内水体的分体温度控制，能够适用于不同海域的海水环境，还可以根据舱体内其他物理参数、化学参数和生物参数的变化来监测调节温度值，满足不同实验需求，为实验舱体提供稳定智能的温度控制，在冷热源热泵机组中进行相应的动态调控，以获得最佳的温度模拟效果，解决了现有技术中存在的问题。
6.本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
7.一种用于海洋气候环境模拟平台的智能温度控制系统，所述控制系统包括：
8.实验舱体，所述实验舱体为双层结构，实验舱体内实验用水为海水，实验舱体外侧夹层中的用水为淡水，在实验舱体外侧夹层中设置三个水平横向隔板以将外侧夹层分为四个温度层，每个温度层可通入不同温度的水源，以对实验舱体内的实验用水进行分层控温；
9.冷热源热泵机组循环组件，所述冷热源热泵机组循环组件用于在实验舱体内形成热源循环或冷源循环，以调节实验舱体内部海水的温度，所述冷热源热泵机组循环组件包括相配合设置的冷热源热泵机组、热源循环回路和冷源循环回路；
10.恒温补水组件，所述恒温补水组件用于将调温处理后的海水输送到实验舱体相应的温度层，对不同高度的水体进行补充，实现恒温补水，减小对舱体内环境和微生物系统的温度冲击，所述恒温补水组件包括相配合设置的温海水箱和冷海水箱；
11.数据监测组件，所述数据监测组件用于监测实验舱体夹层的温度、压力、输水流量参数和实验舱体内液位高度参数、不同高度水体温度参数以及温海水箱、冷海水箱的温度
参数、液位高度参数，所述数据监测组件包括温度传感器、压力传感器和流量传感器；
12.水温控制组件，所述水温控制组件用于采集监测数据，控制热泵水泵的变频运行以及电动阀门的启闭和开度，所述水温控制组件包括上位机、plc控制柜和变频柜。
13.在冷热源热泵机组还设有冷储水箱和热储水箱，配合温海水箱和冷海水箱来满足不同温度层次的补水需求。
14.所述实验舱体分为四节，两节通入冷水，两节通入热水，依次构成第一管道，第二管道，第三管道，第四管道，由冷热源热泵机组接过来的循环回路分为两条，热水接第一、第二管道，冷水接第三、第四管道。
15.所述热源循环回路包括设置在冷热源热泵机组的热水出水口处的蝶阀、热储水箱、电动阀、过滤器、热水泵、止回阀、蝶阀、流量传感器、温度传感器、压力传感器、电动阀及分支第一管道、第二管道，两条管路通入实验舱体夹层护套上面两节，通过另一侧的回水口回流到冷热源热泵机组。
16.所述冷源循环回路包括设置在冷热源热泵机组的热水出水口处的蝶阀、冷储水箱、电动阀、过滤器、冷水泵、止回阀、蝶阀、流量传感器、温度传感器、压力传感器、电动阀及分支第三管道、第四管道，两条管路通入实验舱体夹层护套下面两节，通过另一侧的回水口回流到冷热源热泵机组。
17.所述数据监测组件的数量为8个，检测到的参数变化经过数据传输在控制组件中计算后以向冷热源热泵机组回路中的控制机构下发命令，实现实时的监测、数据传输和自动控制。
18.本发明采用上述结构，通过实验舱体的双层结构和形成的四个温度层，每个温度层可通入不同温度的水源，以对实验舱体内的实验用水进行分层控温；通过冷热源热泵机组循环组件在实验舱体内形成热源循环或冷源循环，以调节实验舱体内部海水的温度；通过恒温补水组件将调温处理后的海水输送到实验舱体相应的温度层，对不同高度的水体进行补充，实现恒温补水，减小对舱体内环境和微生物系统的温度冲击；通过数据监测组件监测实验舱体夹层的温度、压力、输水流量参数和实验舱体内液位高度参数、不同高度水体温度参数以及温海水箱、冷海水箱的温度参数、液位高度参数；通过水温控制组件采集监测数据，控制热泵水泵的变频运行以及电动阀门的启闭和开度，具有简便实用、精准高效的优点。
附图说明：
19.图1为本发明的结构示意图。
20.图2为本发明的恒温补水的结构示意图。
21.图3为本发明的多种实验舱体的对比结构示意图。
具体实施方式：
22.为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。
23.如图1-3中所示，一种用于海洋气候环境模拟平台的智能温度控制系统，所述控制系统包括：
24.实验舱体，所述实验舱体为双层结构，实验舱体内实验用水为海水，实验舱体外侧夹层中的用水为淡水，在实验舱体外侧夹层中设置三个水平横向隔板以将外侧夹层分为四个温度层，每个温度层可通入不同温度的水源，以对实验舱体内的实验用水进行分层控温；
25.冷热源热泵机组循环组件，所述冷热源热泵机组循环组件用于在实验舱体内形成热源循环或冷源循环，以调节实验舱体内部海水的温度，所述冷热源热泵机组循环组件包括相配合设置的冷热源热泵机组、热源循环回路和冷源循环回路；
26.恒温补水组件，所述恒温补水组件用于将调温处理后的海水输送到实验舱体相应的温度层，对不同高度的水体进行补充，实现恒温补水，减小对舱体内环境和微生物系统的温度冲击，所述恒温补水组件包括相配合设置的温海水箱和冷海水箱；
27.数据监测组件，所述数据监测组件用于监测实验舱体夹层的温度、压力、输水流量参数和实验舱体内液位高度参数、不同高度水体温度参数以及温海水箱、冷海水箱的温度参数、液位高度参数，所述数据监测组件包括温度传感器、压力传感器和流量传感器；
28.水温控制组件，所述水温控制组件用于采集监测数据，控制热泵水泵的变频运行以及电动阀门的启闭和开度，所述水温控制组件包括上位机、plc控制柜和变频柜。
29.在冷热源热泵机组还设有冷储水箱和热储水箱，配合温海水箱和冷海水箱来满足不同温度层次的补水需求。
30.所述实验舱体分为四节，两节通入冷水，两节通入热水，依次构成第一管道，第二管道，第三管道，第四管道，由冷热源热泵机组接过来的循环回路分为两条，热水接第一、第二管道，冷水接第三、第四管道。
31.所述热源循环回路包括设置在冷热源热泵机组的热水出水口处的蝶阀、热储水箱、电动阀、过滤器、热水泵、止回阀、蝶阀、流量传感器、温度传感器、压力传感器、电动阀及分支第一管道、第二管道，两条管路通入实验舱体夹层护套上面两节，通过另一侧的回水口回流到冷热源热泵机组。
32.所述冷源循环回路包括设置在冷热源热泵机组的热水出水口处的蝶阀、冷储水箱、电动阀、过滤器、冷水泵、止回阀、蝶阀、流量传感器、温度传感器、压力传感器、电动阀及分支第三管道、第四管道，两条管路通入实验舱体夹层护套下面两节，通过另一侧的回水口回流到冷热源热泵机组。
33.所述数据监测组件的数量为8个，检测到的参数变化经过数据传输在控制组件中计算后以向冷热源热泵机组回路中的控制机构下发命令，实现实时的监测、数据传输和自动控制。
34.本发明实施例中的一种用于海洋气候环境模拟平台的智能温度控制系统的工作原理为：基于多个功能组件的相互配合作用，通过协调动作的分层冷热循环体系，实现舱体内水体的分体温度控制，能够适用于不同海域的海水环境，还可以根据舱体内其他物理参数、化学参数和生物参数的变化来监测调节温度值，满足不同实验需求，为实验舱体提供稳定智能的温度控制，在冷热源热泵机组中进行相应的动态调控，以获得最佳的温度模拟效果，方便用户进行操作，获取的温度模拟效果精准可靠。
35.在整体方案中，主要包括实验舱体，为双层结构，实验舱体内实验用水为海水，实验舱体外侧夹层中的用水为淡水，在实验舱体外侧夹层中设置三个水平横向隔板以将外侧夹层分为四个温度层，每个温度层可通入不同温度的水源，以对实验舱体内的实验用水进
行分层控温；冷热源热泵机组循环组件，用于在实验舱体内形成热源循环或冷源循环，以调节实验舱体内部海水的温度，包括相配合设置的冷热源热泵机组、热源循环回路和冷源循环回路；恒温补水组件，用于将调温处理后的海水输送到实验舱体相应的温度层，对不同高度的水体进行补充，实现恒温补水，减小对舱体内环境和微生物系统的温度冲击；数据监测组件，用于监测实验舱体夹层的温度、压力、输水流量参数和实验舱体内液位高度参数、不同高度水体温度参数以及温海水箱、冷海水箱的温度参数、液位高度参数，包括温度传感器、压力传感器和流量传感器；水温控制组件，用于采集监测数据，控制热泵水泵的变频运行以及电动阀门的启闭和开度，包括上位机、plc控制柜和变频柜，在上述多个功能组件的相互配合作用，实现分体控温，完成温度模拟。
36.优选的，在冷热源热泵机组还设有冷储水箱和热储水箱，配合温海水箱和冷海水箱来满足不同温度层次的补水需求，快速响应，短时间可以进行温度调节。
37.优选的，冷热源热泵机组中存在制冷系统和制热系统。冷热源热泵机组循环工作时，通过打开变速循环泵，将制冷或制热系统与水浴夹层的工质实现换热；变速循环泵可用于调节换热盘管箱中的热量，进而间接调节水浴夹层的热量，冷热源热泵机组内的换热盘管箱是一个封装有换热工质的隔热密封箱，可以实现制冷或制热系统的冷热量与水浴夹层的工质进行热交换，在水浴夹层冷热循环中，变速循环泵可用于调节水浴夹层中的换热速度，便于较快速度升温，或稳定设定温度，舱内海水温度控制通过调节冷热源出水口温度以及两个变速循环泵实现。
38.优选的，海水存储在冷热储水箱中，冷热储水箱设置在温控冷热水箱内，相当于内置夹层，冷储水箱和热储水箱可满足mecs罐体内不同温度层次的补水需求；根据实验需求，当需要模拟另一海域海水环境时，可根据不同海域海水性质，进行海水调配，调配的海水先储存在温海水箱和冷海水箱中，通过调节海水水箱外层淡水的温度，对内层储水箱内的海水进行调温处理，同时通过温海水箱及冷海水箱内设置温度传感器，实时监测控制水体温度并传输到综合控制系统，不断地通过冷热淡水循环将内置储水箱的海水温度调整到需要的温度；当温度调控适宜后，控制系统会自动启动电动阀门由泵将海水输送到实验舱体内相应的温度层区域，对不同高度的水体进行补充，实现恒温补水，减小对舱体内环境和微生物系统的温度冲击，保持相应的平衡和稳定。
39.优选的，实验舱体分为四节，两节通入冷水，两节通入热水，依次构成第一管道，第二管道，第三管道，第四管道，由冷热源热泵机组接过来的循环回路分为两条，热水接第一、第二管道，冷水接第三、第四管道，分别对应连接，方便进行热水或冷水调节。
40.特别说明的是，热源循环回路包括设置在冷热源热泵机组的热水出水口处的蝶阀、热储水箱、电动阀、过滤器、热水泵、止回阀、蝶阀、流量传感器、温度传感器、压力传感器、电动阀及分支第一管道、第二管道，两条管路通入实验舱体夹层护套上面两节，通过另一侧的回水口回流到冷热源热泵机组；冷源循环回路包括设置在冷热源热泵机组的热水出水口处的蝶阀、冷储水箱、电动阀、过滤器、冷水泵、止回阀、蝶阀、流量传感器、温度传感器、压力传感器、电动阀及分支第三管道、第四管道，两条管路通入实验舱体夹层护套下面两节，通过另一侧的回水口回流到冷热源热泵机组。
41.上述两个循环回路与冷热源热泵机组配合使用，加快工作效率，保证系统动作精准。
42.综上所述，本发明实施例中的一种用于海洋气候环境模拟平台的智能温度控制系统基于多个功能组件的相互配合作用，通过协调动作的分层冷热循环体系，实现舱体内水体的分体温度控制，能够适用于不同海域的海水环境，还可以根据舱体内其他物理参数、化学参数和生物参数的变化来监测调节温度值，满足不同实验需求，为实验舱体提供稳定智能的温度控制，在冷热源热泵机组中进行相应的动态调控，以获得最佳的温度模拟效果，方便用户进行操作，获取的温度模拟效果精准可靠。
43.上述具体实施方式不能作为对本发明保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本发明的保护范围内。
44.本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。