CN103234910A - 适用于太赫兹光谱对天然气水合物进行检测的样品池 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种适用于太赫兹光谱对天然气水合物进行检测的样品池，该样品池包括由外壳和在外壳中横向设置的一贯通的管道而构成的冷却壳体；管道外壁与外壳间形成容纳冷却介质的密封腔体；管道的中间段为圆筒形筒体，中间段两端连接有径向尺寸渐扩的喇叭形筒体；圆筒形筒体的一端固定设有圆环形的第一固定套环，圆筒形筒体的另一端能拆卸地设置有圆环形的第二固定套环；第一固定套环与第二固定套环之间形成放置天然气水合物压片的容置空间；样品池还包括两个由透明材料制成的圆台形保温塞；两个保温塞分别固定设置于管道两端的喇叭形筒体内。该样品池可在常温常压实验室条件下进行太赫兹光谱表征天然气水合物的检测；且试验过程简便、经济。

Description

适用于太赫兹光谱对天然气水合物进行检测的样品池
技术领域
本发明是关于一种利用太赫兹光谱对样品检测的装置，尤其涉及一种适用于太赫兹光谱对天然气水合物进行检测的样品池。
背景技术
天然气水合物(俗称可燃冰)是一种大量存在于自然界的冰状固体，内部富含大量甲烷、乙烷等可燃气体，预计全球天然气水合物中碳含量为目前全球探明碳储量的2倍，被称为“未来能源”。天然气水合物依据组成成分的不同和烷烃含量的差异，具有不同的开采价值，因此，有必要在开采前对天然气水合物进行烷烃的组分和含量分析。利用太赫兹(Tera hz)技术对天然气水合物进行表征是目前新兴的表征方法。如发表于Appl Phys Express2(2009)122303的文献“太赫兹时域光谱用于结构II型气体水合物”(Treahertz Time Domain Spectroscopy for Structure-II Gas Hydrates)，该文献作者为：Kei Takeya，Caihong Zhang，Lwao Kawayama，Hironaru Murakami，PeterUhd Jepsen，Jian Chen，Peiheng Wu，Kazunari Ohgaki，and Masayoshi Tonouchi等。
但是，迄今为止所做试验均是在特定实验室的低温环境下进行的，所述实验室的环境条件要求苛刻，试验成本较高。
由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种适用于太赫兹光谱对天然气水合物进行检测的样品池，以克服现有技术的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于太赫兹光谱对天然气水合物进行检测的样品池，该样品池可以在常温常压实验室条件下进行太赫兹光谱表征天然气水合物的检测；从而省略了测量气体水合物而搭建低温、高压环境实验室，节约了试验成本。
本发明的另一目的在于提供一种适用于太赫兹光谱对天然气水合物进行检测的样品池，适用于多种环境和多种测量仪器，且试验过程简便、经济。
本发明的目的是这样实现的，一种适用于太赫兹光谱对天然气水合物进行检测的样品池，所述样品池包括一冷却壳体，所述冷却壳体由外壳和在该外壳中横向设置的一贯通的管道构成；所述管道的外壁与所述外壳之间形成容纳冷却介质的密封腔体；该管道的中间段为圆筒形筒体，该中间段两端连接有径向尺寸渐扩的喇叭形筒体；圆筒形筒体内壁的一端固定设有圆环形的第一固定套环，圆筒形筒体内壁的另一端能拆卸地设置有圆环形的第二固定套环；所述第一固定套环与第二固定套环之间形成放置天然气水合物压片的容置空间；所述样品池还包括两个由透明材料制成的圆台形保温塞，所述保温塞的结构形状和尺寸与喇叭形筒体的结构形状和尺寸相同；所述两个保温塞分别固定设置于管道两端的喇叭形筒体内。
在本发明的一较佳实施方式中，所述保温塞采用聚乙烯材料或石英材料制成。
在本发明的一较佳实施方式中，所述保温塞为空心结构；保温塞轴向两侧侧壁中的内外壁面相互平行且光滑。
在本发明的一较佳实施方式中，所述保温塞的空心内充入氮气或惰性气体。
在本发明的一较佳实施方式中，所述冷却壳体、第一固定套环和第二固定套环由相同的金属或合金制成。
在本发明的一较佳实施方式中，所述冷却介质为液态氮，所述密封腔体顶部设有注入口。
在本发明的一较佳实施方式中，所述冷却介质为循环冷却剂，所述密封腔体顶部设有循环冷却剂注入口，所述密封腔体底部设有循环冷却剂流出口。
在本发明的一较佳实施方式中，所述循环冷却剂为乙二醇。
在本发明的一较佳实施方式中，所述保温塞由设置于冷却壳体侧壁且卡止于保温塞大端端面的多个卡扣固定。
在本发明的一较佳实施方式中，所述冷却壳体底部设有支架。
由上所述，本发明适用于太赫兹光谱对天然气水合物进行检测的样品池，可以在常温常压实验室条件下进行太赫兹光谱表征天然气水合物的检测；从而省略了测量气体水合物而搭建低温、高压环境实验室，节约了试验成本；且试验过程简便、经济。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：
图1：为本发明适用于太赫兹光谱对天然气水合物进行检测的样品池实施例一的结构示意图。
图2：为图1的侧视结构示意图。
图3：为保温塞的结构示意图。
图4：为本发明适用于太赫兹光谱对天然气水合物进行检测的样品池实施例二的结构示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
实施例一
如图1、图2所示，本发明提出一种适用于太赫兹光谱对天然气水合物进行检测的样品池100，所述样品池100包括一冷却壳体1，所述冷却壳体1由外壳11和在该外壳11中横向设置的一贯通的管道12构成；所述管道12的外壁与所述外壳11之间形成容纳冷却介质的密封腔体8；该管道12的中间段为圆筒形筒体121，该中间段两端连接有径向尺寸渐扩的喇叭形筒体122、123；所述圆筒形筒体121内壁的一端固定设有圆环形的第一固定套环21，圆筒形筒体内壁的另一端能拆卸地设置有圆环形的第二固定套环22；所述第一固定套环21与第二固定套环22之间形成放置天然气水合物压片(图中未示出)的容置空间3；所述样品池100还包括两个由透明材料制成的圆台形保温塞41、42，所述保温塞41、42的结构形状和尺寸与喇叭形筒体122、123的结构形状和尺寸相同；所述两个保温塞41、42分别固定设置于管道两端的喇叭形筒体122、123内；所述保温塞41、42由设置于冷却壳体1侧壁且卡止于保温塞大端端面的多个卡扣5固定，所述冷却壳体1底部设有支架6。
在本实施例中，所述冷却壳体1(包括外壳11和管道12)、第一固定套环21和第二固定套环22是由相同的金属材料制成的，以使这些构件具有同样的热膨胀系数；同理，所述冷却壳体1、第一固定套环21和第二固定套环22也可以由相同的合金材料制成，例如：不锈钢材料、铝合金材料等等。
进一步，在本实施例中，所述保温塞41、42采用聚乙烯材料制成，也可以采用纯净石英等对太赫兹光谱弱吸收的透明材料制作。
所述保温塞可以制成实心结构的(如图3所示)，也可以制成空心结构的(如图1所示)；
当保温塞制成空心结构时，每个保温塞轴向两侧侧壁中的内外壁面相互平行且光滑；以保温塞41为例，该保温塞41轴向两侧侧壁中的内外壁面411和412、413和414呈相互平行且光滑状态；由此，可以使太赫兹光谱较顺畅地穿过。所述保温塞的空心内可以抽真空，也可以充入干燥的氮气，还可以充入惰性气体。
在本实施例中，所述冷却介质为液态氮，所述密封腔体8顶部设有注入口81，如图1所示，注入口81不密封，液态氮自然蒸发。
上述适用于太赫兹光谱对天然气水合物进行检测的样品池100在使用时，气体水合物样品需要事先进行压片。从注入口81向密封腔体8中注入液氮，注入口81不封口，使注入的液氮自然蒸发，维持样品池内部的低温；然后将所述气体水合物样品压片放置在容置空间3内，将第二固定套环22装设在圆筒形筒体的另一端并将压片固定；然后，管道两端塞入内部充有氮气的透明聚乙烯保温塞41、42，保温塞塞到底部后用固定卡扣5将保温塞固定。以上步骤完成后，将整体样品池100移至太赫兹光束中，使太赫兹光束与样品池侧面垂直(即：太赫兹光束沿着保温塞的轴向射入)，太赫兹光束的中心和保温塞的中心正对；太赫兹光束从一侧保温塞射入，透过该保温塞后通过水合物样品压片，然后再经过另一侧保温塞射出，垂直射入太赫兹探测仪器中。
太赫兹对水合物的测量需在液氮没有完全蒸发完的情况下进行。如果在液氮将近蒸发完时测量没有结束，应及时补充液氮，以保持水合物的低温，保证水合物的完整性。
在本实施例中，所述的卡扣5可以采用现有技术中多种卡扣形式；例如：由一柱销穿过一个弹簧焊接在外壳上，弹簧下侧压设一个可以旋转的弹片，由该旋转弹片压扣在保温塞外端面(即：大端面)并固定所述保温塞。还可以采用能够翻转的弹簧按压的卡扣形式，用手掰开就可以把保温塞放进去，松开手在弹簧压力下，卡扣压紧保温塞；还有其他多种现有固定卡扣等等，在此不再赘述。
由上所述，本发明适用于太赫兹光谱对天然气水合物进行检测的样品池，可以在常温常压实验室条件下进行太赫兹光谱表征天然气水合物的检测；从而省略了测量气体水合物而搭建低温、高压环境实验室，节约了试验成本；且试验过程简便、经济。
实施例二
本实施例与实施例一的原理及结构基本相同，其区别在于，如图4所示，所述冷却介质为循环冷却剂，所述循环冷却剂可为略低于零度的乙二醇；所述密封腔体8顶部设有循环冷却剂注入口81，所述密封腔体8底部设有循环冷却剂流出口82，循环冷却剂由注入口81注入密封腔体8再由流出口82流出，如此构成循环冷却；在本实施例中，所述样品池还最要设置一冷却装置(图中未示出)，以对循环流出的乙二醇进行制冷。
本实施例与实施例一具有相同的有益效果，在此不再赘述。
由上所述，本发明采用不锈钢材料制作的冷却壳体，导热性良好，且坚固不易锈蚀，内部中空，利用液氮挥发带走热量，维持内部样品低温环境；管道两端为喇叭形筒体，可以使保温塞在低温时，即使冷却壳体因为热胀冷缩效应缩小时，也可塞进去，不至于使保温塞太大无法塞入而使实验无法进行。保温塞是使用对太赫兹光谱低吸收的透明聚乙烯或纯净石英玻璃制作的，大大减少设备对太赫兹光谱的吸收，保温塞内部充有干燥氮气或真空环境，保温的同时，最低程度的减少对太赫兹光谱的吸收。天然气水合物压片，置于样品池中央，外端用两个固定套环固定，两端再设置保温塞，在液氮维持的低温环境中，可以在外界环境为室温常压的环境下稳定存在。适用于多种环境和多种测量仪器，避免为测量气体水合物而搭建低温、高压环境实验室；且试验过程简便、经济。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种适用于太赫兹光谱对天然气水合物进行检测的样品池，其特征在于：所述样品池包括一冷却壳体，所述冷却壳体由外壳和在该外壳中横向设置的一贯通的管道构成；所述管道的外壁与所述外壳之间形成容纳冷却介质的密封腔体；该管道的中间段为圆筒形筒体，该中间段两端连接有径向尺寸渐扩的喇叭形筒体；圆筒形筒体内壁的一端固定设有圆环形的第一固定套环，圆筒形筒体内壁的另一端能拆卸地设置有圆环形的第二固定套环；所述第一固定套环与第二固定套环之间形成放置天然气水合物压片的容置空间；所述样品池还包括两个由透明材料制成的圆台形保温塞，所述保温塞的结构形状和尺寸与喇叭形筒体的结构形状和尺寸相同；所述两个保温塞分别固定设置于管道两端的喇叭形筒体内。
2.如权利要求1所述的适用于太赫兹光谱对天然气水合物进行检测的样品池，其特征在于：所述保温塞采用聚乙烯材料或石英材料制成。
3.如权利要求2所述的适用于太赫兹光谱对天然气水合物进行检测的样品池，其特征在于：所述保温塞为空心结构；保温塞轴向两侧侧壁中的内外壁面相互平行且光滑。
4.如权利要求3所述的适用于太赫兹光谱对天然气水合物进行检测的样品池，其特征在于：所述保温塞的空心内充入氮气或惰性气体。
5.如权利要求1所述的适用于太赫兹光谱对天然气水合物进行检测的样品池，其特征在于：所述冷却壳体、第一固定套环和第二固定套环由相同的金属或合金制成。
6.如权利要求1所述的适用于太赫兹光谱对天然气水合物进行检测的样品池，其特征在于：所述冷却介质为液态氮，所述密封腔体顶部设有注入口。
7.如权利要求1所述的适用于太赫兹光谱对天然气水合物进行检测的样品池，其特征在于：所述冷却介质为循环冷却剂，所述密封腔体顶部设有循环冷却剂注入口，所述密封腔体底部设有循环冷却剂流出口。
8.如权利要求7所述的适用于太赫兹光谱对天然气水合物进行检测的样品池，其特征在于：所述循环冷却剂为乙二醇。
9.如权利要求1所述的适用于太赫兹光谱对天然气水合物进行检测的样品池，其特征在于：所述保温塞由设置于冷却壳体侧壁且卡止于保温塞大端端面的多个卡扣固定。
10.如权利要求1所述的适用于太赫兹光谱对天然气水合物进行检测的样品池，其特征在于：所述冷却壳体底部设有支架。
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