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一種垂直溫度梯度可調(diào)型煙霧箱的制作方法

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一種垂直溫度梯度可調(diào)型煙霧箱的制作方法與工藝

本實(shí)用新型屬于大氣環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備領(lǐng)域,涉及一種垂直溫度梯度可調(diào)型煙霧箱。



背景技術(shù):

煙霧箱是實(shí)驗(yàn)室研究大氣污染過(guò)程的實(shí)驗(yàn)?zāi)M工具之一。利用煙霧箱可以將大氣污染過(guò)程中的重要化學(xué)反應(yīng)過(guò)程提取出來(lái)進(jìn)行模擬,并可人為控制反應(yīng)條件如溫度、濕度、污染物濃度等,研究大氣污染過(guò)程中關(guān)鍵影響因素,實(shí)驗(yàn)具有可重復(fù)性。并可將實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果與實(shí)際外場(chǎng)監(jiān)測(cè)相結(jié)合,發(fā)現(xiàn)大氣污染的規(guī)律,了解其污染的本質(zhì)。

利用煙霧箱模擬大氣污染過(guò)程的研究始于20世紀(jì)50年代的歐洲,近些年來(lái)由于我國(guó)大氣污染的加重而在我國(guó)大氣研究領(lǐng)域逐漸普及。但目前的煙霧箱對(duì)溫度的模擬只能實(shí)現(xiàn)箱體內(nèi)同一溫度的控制而不能實(shí)現(xiàn)模擬大氣層溫度梯度變化的現(xiàn)象。

在對(duì)流層中,一般情況下大氣溫度隨著高度增加而下降,每上升100米,溫度降低0.6℃左右。即低層大氣溫度高、密度小,高層大氣溫度低、密度大,使得大氣層容易發(fā)生“對(duì)流”運(yùn)動(dòng)。

在大氣污染過(guò)程中可將近地面層的污染物向高空乃至遠(yuǎn)方輸散,從而使城市上空污染程度減輕。然而當(dāng)受到地球的強(qiáng)烈輻射作用、地形、氣壓影響時(shí)會(huì)出現(xiàn)如輻射逆溫、地形逆溫以及下沉逆溫等氣溫隨高度增加而升高的反常現(xiàn)象,即出現(xiàn)“逆溫層”。它使得空氣垂直對(duì)流運(yùn)動(dòng)受到阻礙,從而阻礙了近地面層大氣污染物的上升擴(kuò)散,使得大氣污染物停滯在近地面的大氣層中越積越多,加劇空氣污染的程度。由此可見(jiàn),逆溫層的溫度效應(yīng)在大氣污染過(guò)程中具有極其重要的研究意義。

綜上,大氣垂直溫度分布并不是一直保持一個(gè)恒定值不變,而是隨高度的變化而變化。但目前的煙霧箱并沒(méi)有能夠模擬大氣溫度梯度變化以及逆溫層現(xiàn)象的功能,不利于更加真實(shí)的模擬大氣污染的過(guò)程。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

本實(shí)用新型為了解決煙霧箱溫度只能維持一個(gè)溫度而不能真實(shí)模擬大氣垂直溫度變化的問(wèn)題,提出了一種垂直溫度梯度可調(diào)型煙霧箱,進(jìn)一步地,該煙霧箱還能夠模擬逆溫層現(xiàn)象。

本實(shí)用新型提出的一種垂直溫度梯度變化的煙霧箱,該垂直溫度梯度變化的煙霧箱包括箱體,該垂直溫度梯度變化的煙霧箱還包括溫度分級(jí)控制裝置,溫度分級(jí)控制裝置包括通過(guò)管道依次連接的壓縮機(jī)、冷凝器、干燥過(guò)濾器和多級(jí)溫度控制部,多級(jí)溫度控制部還與壓縮機(jī)連接,從而形成循環(huán)體系。

進(jìn)一步地,該煙霧箱還包括除濕裝置,除濕裝置設(shè)置在箱體內(nèi)部,用于對(duì)煙霧箱箱體內(nèi)的空氣進(jìn)行除濕。

進(jìn)一步地,多級(jí)溫度控制部的每級(jí)溫度控制部均包括通過(guò)管道依次連接的溫控裝置、毛細(xì)管和蒸發(fā)器,溫控裝置還與所述干燥過(guò)濾器連接,蒸發(fā)器還與壓縮機(jī)連接。

進(jìn)一步地,蒸發(fā)器通過(guò)一開(kāi)關(guān)與壓縮機(jī)連接。

進(jìn)一步地,該開(kāi)關(guān)為可控延時(shí)開(kāi)關(guān)。

進(jìn)一步地,溫控裝置包括溫控開(kāi)關(guān)和溫控閥門(mén),溫控閥門(mén)受溫控開(kāi)關(guān)控制。

進(jìn)一步地,該煙霧箱還包括溫度測(cè)量部和濕度測(cè)量部。

進(jìn)一步地,該煙霧箱還包括樣品進(jìn)樣口、樣品采樣口和廢氣口。

進(jìn)一步地,該煙霧箱還包括模擬太陽(yáng)光光源的紫外光燈。

進(jìn)一步地,所述箱體的夾層中設(shè)置保溫材料或保溫層。

本實(shí)用新型的有益效果:本實(shí)用新型提出的垂直溫度梯度可調(diào)型煙霧箱,利用溫度分級(jí)控制裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)不同垂直大氣溫度變化模型進(jìn)行模擬:降溫或升溫、驟降(升)或逐漸降溫(升溫)、梯度降溫(升溫)或逆溫層,以及其他溫度分布情況。通過(guò)該煙霧箱對(duì)大氣垂直溫度變化進(jìn)行模擬,能夠更加接近真實(shí)大氣情況,加深對(duì)大氣垂直結(jié)構(gòu)對(duì)大氣污染的影響的理解。尤其是能夠利用本實(shí)用新型模擬逆溫層結(jié)構(gòu),研究逆溫層對(duì)大氣污染形成的影響。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型的煙霧箱體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實(shí)用新型的煙霧箱分級(jí)制冷系統(tǒng)圖。

圖3是本實(shí)用新型煙霧箱的工作方法流程圖。

附圖標(biāo)記說(shuō)明:1.箱體夾層2.反應(yīng)容器6.溫度探頭7.紫外光燈8.除濕裝置9.進(jìn)樣采樣口10.煙霧箱門(mén)11.壓縮機(jī)12.冷凝器13.干燥器14.溫控閥門(mén)15.毛細(xì)管16.蒸發(fā)器17.可控延時(shí)開(kāi)關(guān)18.煙霧箱箱體內(nèi)壁

具體實(shí)施方式

為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白,以下結(jié)合具體實(shí)施例,并參照附圖,對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。但本領(lǐng)域技術(shù)人員知曉,本實(shí)用新型并不局限于附圖和以下實(shí)施例。

本實(shí)用新型提出的垂直溫度梯度變化的煙霧箱,其俯視圖如圖1所示,該煙霧箱包括溫度分級(jí)控制裝置、除濕裝置8和箱體。

所述箱體包括可開(kāi)合的煙霧箱門(mén)10,并能與箱體其他部件貼合時(shí)實(shí)現(xiàn)密封配合,從而達(dá)到箱內(nèi)的密封要求。箱門(mén)10可開(kāi)設(shè)透明窗,便于觀(guān)察箱內(nèi)情況。

所述箱體具有保溫功能,可通過(guò)在箱體夾層1中設(shè)置保溫材料或保溫層實(shí)現(xiàn),保溫材料或保溫層采用的材料可以是聚氨酯、聚苯乙烯材料等,但不局限于聚氨酯和聚苯乙烯。

所述箱體設(shè)有溫濕度測(cè)量口、樣品進(jìn)樣采樣口9、廢氣口以及模擬太陽(yáng)光光源的紫外光燈7。溫濕度測(cè)量口在圖1中示出了設(shè)置溫度探頭6的示例,紫外光燈7可以采用黑光燈。

為了進(jìn)一步提高模擬效果,煙霧箱箱體內(nèi)壁18的材料優(yōu)選具有高的光反射率,并且具有優(yōu)良的熱導(dǎo)系數(shù)的材料,例如可以采用拋光的不銹鋼板、鍍鋅銅板,但不局限于此。

除濕裝置8設(shè)置在箱體內(nèi)部,用于對(duì)煙霧箱箱體內(nèi)的空氣進(jìn)行除濕。本實(shí)用新型可通過(guò)除濕裝置降低煙霧箱體內(nèi)的相對(duì)濕度,從而避免煙霧箱體中濕度太大而在箱體內(nèi)壁吸附結(jié)霜,影響控溫的實(shí)現(xiàn)。

溫度分級(jí)控制裝置可以采用溫度分級(jí)制冷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn),溫度分級(jí)制冷系統(tǒng)如圖2所示,包括通過(guò)管道依次連接的壓縮機(jī)11、冷凝器12、干燥過(guò)濾器13和多級(jí)溫度控制部,多級(jí)溫度控制部再連接壓縮機(jī)11,從而形成制冷循環(huán)體系。在本實(shí)用新型中,冷凝器采用冷凝管。

多級(jí)溫度控制部實(shí)現(xiàn)分級(jí)溫度的控制,每級(jí)溫度控制部均包括通過(guò)管道連接的溫控裝置、毛細(xì)管15和蒸發(fā)器16,其中,溫控裝置可以采用溫控開(kāi)關(guān)配合溫控閥門(mén)14的方式,溫控閥門(mén)14受溫控開(kāi)關(guān)控制。干燥過(guò)濾器13連接溫控閥門(mén)14,溫控閥門(mén)14連接毛細(xì)管15,毛細(xì)管15連接蒸發(fā)器16,蒸發(fā)器16連接到壓縮機(jī)11,或者通過(guò)另一開(kāi)關(guān)17連接到壓縮機(jī)11以防止鄰級(jí)蒸發(fā)器中的制冷劑進(jìn)入。多級(jí)溫度控制部還可設(shè)置旁路管路,多余的制冷劑可通過(guò)旁路管路回到壓縮機(jī)11。

另外,每級(jí)蒸發(fā)器16與壓縮機(jī)11之間的開(kāi)關(guān)17可采用可控延時(shí)開(kāi)關(guān),當(dāng)達(dá)到相應(yīng)溫度時(shí),蒸發(fā)器前的溫控閥門(mén)14關(guān)閉,蒸發(fā)器后的可控延時(shí)開(kāi)關(guān)17經(jīng)過(guò)所設(shè)定的延遲時(shí)間后關(guān)閉,該設(shè)定的延遲時(shí)間可以保證蒸發(fā)器中的制冷劑基本流出。

如圖1和2所示,為了美觀(guān),壓縮機(jī)11、冷凝器12、干燥過(guò)濾器13、毛細(xì)管15和蒸發(fā)器16設(shè)置在箱體夾層1中。為保證冷凝效果,蒸發(fā)器16緊貼箱體內(nèi)壁,冷凝器12盡量靠近箱體外壁,壓縮機(jī)11、干燥過(guò)濾器13、毛細(xì)管15無(wú)需緊貼箱體內(nèi)壁。

壓縮機(jī)、冷凝器和干燥過(guò)濾器的數(shù)量根據(jù)實(shí)際情況可靈活選擇。多級(jí)溫度控制部可以共用同一套壓縮機(jī)11、冷凝器12和干燥過(guò)濾器13,如圖2所示;當(dāng)然,也可以多級(jí)溫度控制部中的一部分共用同一套壓縮機(jī)11、冷凝器12和干燥過(guò)濾器13,甚至也可以多級(jí)溫度控制部中的每級(jí)各自使用一套壓縮機(jī)11、冷凝器12和干燥過(guò)濾器13。

本實(shí)用新型中的溫度分級(jí)控制裝置采用溫度分級(jí)控制策略實(shí)現(xiàn)大氣垂直溫度分布的模擬。設(shè)置的溫度級(jí)數(shù)小于或等于溫度控制部的級(jí)數(shù),如溫度控制部有5級(jí),則最多可以實(shí)現(xiàn)5個(gè)溫度級(jí)數(shù)的設(shè)置,當(dāng)需要減少溫度級(jí)數(shù)時(shí),可通過(guò)相鄰級(jí)的蒸發(fā)器設(shè)置相同溫度的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)級(jí)數(shù)的減少。仍以5級(jí)溫度控制部為例,當(dāng)需要設(shè)置的溫度級(jí)數(shù)為4級(jí)時(shí),可以將5級(jí)溫度控制部中某兩個(gè)相鄰蒸發(fā)器的溫度設(shè)置為相同的溫度;當(dāng)需要設(shè)置的溫度級(jí)數(shù)為3級(jí)時(shí),可以將5級(jí)溫度控制部中某兩個(gè)相鄰蒸發(fā)器的溫度設(shè)置為相同的溫度,另兩個(gè)相鄰蒸發(fā)器的溫度設(shè)置為相同的溫度。

一般來(lái)說(shuō),多級(jí)溫度控制部整體呈現(xiàn)溫度升高或降低的狀態(tài),即本實(shí)用新型的煙霧箱既可以模擬大氣溫度正常溫度梯度情況,也可以模擬大氣溫度異常例如逆溫層的情況。當(dāng)然,為了更真實(shí)地模擬大氣垂直溫度的梯度,多級(jí)溫度控制部也可以按照大氣溫度的實(shí)際情況設(shè)置各級(jí)蒸發(fā)器的溫度,例如大氣溫度不是隨著高度增加呈現(xiàn)規(guī)律的升溫或降溫。也就是說(shuō),本實(shí)用新型的煙霧箱通過(guò)分級(jí)溫度控制,既可以模擬下部熱上部冷的溫度分布情況,也可以模擬上部熱下部冷的溫度分布情況,還可以模擬混合式的溫度分布情況。

同時(shí),本實(shí)用新型中的分級(jí)溫度設(shè)置可以為逐級(jí)升溫或降溫,也可以是溫度驟升或驟降,此時(shí)只需要改變溫度分級(jí)的數(shù)目和相鄰兩級(jí)之間的溫度梯度。如需驟升或驟降,則需要將溫度梯度調(diào)大、級(jí)數(shù)減少;如需逐級(jí)升溫或降溫,則需要將溫度梯度調(diào)小、級(jí)數(shù)增加。

本實(shí)用新型所述的煙霧箱為實(shí)際大氣垂直情況的縮小版,即用煙霧箱的1m或者其他合適高度模擬實(shí)際大氣垂直結(jié)構(gòu)的100m(或其他合適高度)。若實(shí)際大氣溫度變化情況為從地面到離地高度500m處的溫度變化情況為以1℃/100m的溫度遞增。則此時(shí)可以以煙霧箱從煙霧箱底到離底部5m以1℃/m的速度升溫模擬實(shí)際大氣情況;隨后以0.6℃/m的速度降溫模擬實(shí)際大氣情況。例如,模擬垂直溫度變化情況為0m-500m,-5℃~5℃,以2℃/100m的梯度遞增。煙霧箱構(gòu)造為1米一個(gè)溫控級(jí),總共設(shè)置6級(jí)。各級(jí)的溫度分別設(shè)定為-5℃、-3℃、-1℃、1℃、3℃、5℃。

下面結(jié)合圖1至3說(shuō)明本實(shí)用新型煙霧箱的工作過(guò)程。

將作大氣實(shí)驗(yàn)用的反應(yīng)容器2通過(guò)箱門(mén)10放入箱體內(nèi),在反應(yīng)容器和箱體上各自連接好樣品進(jìn)樣口和采樣口以及溫濕度探頭等準(zhǔn)備工作。若反應(yīng)需要連續(xù)光照,則提前打開(kāi)箱體內(nèi)的紫外光燈7,以防后期引起箱體內(nèi)的溫度波動(dòng);如只需短暫光照,則可以不進(jìn)行任何操作。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,反應(yīng)容器懸掛或者安放于煙霧箱中,反應(yīng)容器內(nèi)通入所需要的反應(yīng)性物質(zhì),通過(guò)煙霧箱對(duì)其進(jìn)行光照和溫度的控制。反應(yīng)容器一般由F46膜制成。

在啟動(dòng)煙霧箱的溫度分級(jí)制冷系統(tǒng)之前先打開(kāi)除濕裝置8對(duì)煙霧箱體內(nèi)的空氣進(jìn)行除濕,以防止在煙霧箱內(nèi)壁積霜,影響溫度控制。除濕完畢在制冷系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)或啟動(dòng)前關(guān)閉除濕裝置。

當(dāng)啟動(dòng)煙霧箱的溫度分級(jí)制冷系統(tǒng)后,各溫控閥門(mén)14打開(kāi),壓縮機(jī)11開(kāi)始工作。壓縮機(jī)11將制冷循環(huán)體系中氣體形式的制冷劑壓縮成高溫高壓狀態(tài)進(jìn)入冷凝器12中;冷凝器12將高溫高壓的制冷劑轉(zhuǎn)化成液體形式的中溫高壓制冷劑;然后制冷劑進(jìn)入干燥過(guò)濾器13中除去可能產(chǎn)生的水分,防止堵塞管路。

在每一級(jí)中,該級(jí)的溫度探頭6所探測(cè)的溫度高于該級(jí)所設(shè)定的溫度時(shí),通過(guò)干燥過(guò)濾器13的制冷劑再通過(guò)該級(jí)的毛細(xì)管15進(jìn)入對(duì)應(yīng)的蒸發(fā)器16中進(jìn)行制冷,最后回到壓縮機(jī)11。毛細(xì)管15在制冷循環(huán)體系中實(shí)現(xiàn)了冷凝器12的高壓和蒸發(fā)器16的低壓之間的轉(zhuǎn)換。

在每一級(jí)中,當(dāng)該級(jí)的溫度探頭6所探測(cè)的溫度等于或低于該級(jí)所設(shè)定的溫度時(shí),溫控開(kāi)關(guān)控制溫控閥門(mén)關(guān)閉,制冷劑不流入,該級(jí)溫度可由夾層的保溫材料維持穩(wěn)定;當(dāng)該級(jí)的溫度探頭6探測(cè)溫度高于所設(shè)定溫度時(shí),溫控開(kāi)關(guān)控制溫控閥門(mén)14打開(kāi),制冷劑流入各級(jí)毛細(xì)管15、蒸發(fā)器16中進(jìn)行制冷。如此反復(fù)該步驟,直到工作結(jié)束或中斷。當(dāng)各級(jí)溫控系統(tǒng)均處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)即可模擬大氣實(shí)驗(yàn)。

制冷劑需要具有較寬的溫控范圍和制冷效果,可以采用液氨或其他常用制冷劑,但不局限于液氨。

以上,對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施方式進(jìn)行了說(shuō)明。但是,本實(shí)用新型不限定于上述實(shí)施方式。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi),所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等,均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。

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