CN103412133B - 一种深海热液转移储存装置 - Google Patents

Abstract

本发明是涉及深海热液抽吸采样和热液培养分析设备的一种深海热液转移储存装置，用于较长时间保温、保压储存热液样品，为后续分析提供真实的热液样品，根据需要分时、分批转移样品。本发明采取双层筒体，内层筒体缠绕加热电阻丝，外层筒体涂覆保温层材料；储存腔活塞和蓄能保压腔活塞之间充满纯净水；手动取样阀连通储存腔，与热液采样器的样品出口、热液培养分析设备的样品入口配合；氮气增压泵连通蓄能保压腔，储存腔内的温度传感器、加热电阻丝连接控制器的技术方案，解决了现在转移热液样品存在的不保温，不适于较长时间保真储存，不能对一次采样进行较长时间间隔的多次、多种分析处理的技术问题。

Description

一种深海热液转移储存装置

技术领域

 本发明涉及深海热液抽吸采样和热液培养分析设备，具体的讲是从深海热液取样器到热液培养分析设备之间的一种深海热液转移储存装置。

背景技术

深海热液口存在大量微生物，这些微生物能够在强酸、强碱以及高压等极端环境下生存和繁衍，它们的特性可以供我们研究应用。研究它们的生存与适应机制，对深海微生物和资源开发具有十分重要的意义，有利于探求深海微生物、深海生物圈对全球气候的影响。目前国内外已经开发了一系列的热液采样设备，这些热液采样设备依靠载人深潜器或深海遥控机器人在海底进行热液采样。中国发明专利公开号CN101464230A《一种液压触发的深海热液气密采样器》公开一种包括采样阀、采样腔、采样活塞、连接腔、蓄能腔、蓄能活塞、充气阀、液压触发机构和电路腔等组成的热液采样器，它是一种保压，但不能保温的热液采集、短暂储存的取样器设备，不适于较长时间保真储存热液样品。在热液样品的培养分析方面，国内外也都研制出了一系列的高温高压反应釜（生物培养釜），完成热液样品的实验室培养和分析。目前是利用热液采样器直接与热液培养分析设备连接，完成从深海采样到地面培养分析设备的热液样品转移，由于热液采样器没有保温措施，限制了热液样品的储存时间，而且不能对一次热液采样进行较长时间间隔的多次、多种分析处理。

发明内容

本发明要解决现在热液采样器直接与热液培养分析设备连接转移热液样品存在的不保温，不适于较长时间保真储存，不能对一次采样进行较长时间间隔的多次、多种分析处理的技术问题，提供一种能够较长时间保温、保压储存热液样品, 为后续分析提供真实的热液样品来源，并可根据热液培养分析设备的需要分时、分批转移样品，做到对一次热液采样进行较长时间间隔的多次、多种分析处理，介于热液采样器与热液培养分析设备之间的深海热液转移储存装置。

为了解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是：一种深海热液转移储存装置，内层筒体的储存筒和蓄能保压筒分别固定连接在连接器的两端，连接器上的节流孔连通储存筒的储存腔和蓄能保压筒的蓄能保压腔，储存腔和蓄能保压腔内分别有储存腔活塞和蓄能保压腔活塞，储存腔活塞和蓄能保压腔活塞之间的腔内充满纯净水；内层筒体间隔的套装在外层筒体内，两者的轴线平行；内层筒体的圆周上缠绕加热电阻丝，外层筒体的表面涂覆保温层材料；手动取样阀的一端与热液采样器的样品出口和热液培养分析设备的样品入口配合，其另一端连通储存腔；属于气体增压泵的氮气增压泵的出口与蓄能保压腔连通，入口连通氮气供应装置；储存腔装有温度传感器；加热电阻丝和温度传感器连接控制器。

本发明是位于热液采样器与热液培养分析设备之间的中间过渡装置，用于较长时间保温、保压储存热液样品，为后续分析提供真实的热液样品来源，根据热液培养分析设备的需要分时、分批转移样品。使用深海热液转移储存装置，能够腾空热液采样器继续使用，提高其使用效率，为热液采样和分析提供了方便。本发明虽然在结构上与现有热液采样器有相似的地方，但它与采集、短暂储存热液的取样器在使用功能上不同。热液取样器依靠载人深潜器或深海遥控机器人等完成深海热液采样，其采样阀的结构极其复杂，而本发明在地面完成热液样品转移，所以仅仅使用简单的手动取样阀。控制器控制加热电阻丝工作，双层结构的筒体，外层筒体涂覆保温层材料加强了保温作用，能够对热液样品在允许温度范围内保温，这是热液采样器没有的性能。从热液采样器中转移热液样品前，控制器控制加热电阻丝将储存腔和蓄能保压腔设置在热液样品保真需要的温度，属于气体增压泵的氮气增压泵向蓄能保压腔预充压力值为热液样品压力若干分之一的氮气后，关闭氮气增压泵，手动取样阀的一端连接热液采样器的样品出口，开启手动取样阀，热液样品从手动取样阀的另一端进入储存腔，推动储存腔活塞向连接器方向运动，储存腔活塞推动纯净水由节流孔进入蓄能保压腔，推动蓄能保压腔活塞远离连接器，压缩预充氮气，使氮气压力逐渐升高，当氮气和热液样品压力达到平衡时，关闭手动取样阀，完成热液样品向深海热液转移储存装置的转移，此时，将氮气增压泵的输出压力设定到热液样品压力值，开启氮气增压泵，当压力下降时，氮气增压泵会自动补充氮气，蓄能保压腔内的氮气压力损失得到补偿，进而对热液样品自动保压；控制器通过温度传感器实时监测深海热液转移储存装置内热液样品的温度环境状况，当温度下降超出设定值时，控制器控制加热电阻丝加热升温，使热液样品恢复应有的温度。当需将热液样品转移给热液培养分析设备时，手动取样阀的一端连接热液培养分析设备的样品入口，开启手动取样阀，储存腔和热液培养分析设备连通，热液样品开始向热液培养分析设备转移，同时氮气增压泵自动补压，当达到热液样品转移量后关闭手动取样阀。因氮气增压泵具有自动保压功能，所以可以自动实现热液样品的保压转移和深海热液转移储存装置内存留热液样品的保压储存。本发明结构简单，使用方便，能够在温度和压力方面保持热液样品的原始状态，实现热液样品的温度和压力的保真储存、转移，一次采集的热液样品可以进行较长时间间隔的多次、多种分析处理。储存腔活塞和蓄能保压腔活塞之间充填的纯净水，在热液样品转移移动过程中对内腔进行清洗，消除对热液样品化学成分和微生物产生污染的隐患。控制器连接加热电阻丝和温度传感器，能够实时监控热液样品的温度，实施保温措施。

外层筒体的表面涂覆的保温层材料是氧化锆陶瓷粉。氧化锆陶瓷粉末材料具有低热传导率和耐高温性能，外层筒体的表面涂覆氧化锆陶瓷粉末保温层材料后，对内层筒体中的热液样品有良好的保温效果。

控制器包括单片机、固态继电器、LED液晶显示器和电源，控制器安装在电路腔内。

储存筒和蓄能保压筒与连接器的两端由螺纹密封固定连接。便于加工、安装和维护。

外层筒体的两端由外层筒端盖密封；外层筒体上的支撑螺钉支撑、固定内层筒体；外层筒体和内层筒体的轴线重合。外层筒体的两端由外层筒端盖密封，加工、安装和维护简单。支撑螺钉将外层筒体和内层筒体由空气隔开，大大的降低了热量的传递速度。

蓄能保压腔通过单向阀与高压水泵的出口连通，高压水泵的入口连通高压水源。蓄能保压腔分别与氮气增压泵的出口和高压水泵的出口配合。当需将热液样品转移给热液培养分析设备时，关闭氮气增压泵，将高压水泵的输出压力升至热液样品压力，单向阀被开启，向蓄能保压腔充入与所要转移的热液样品等体积的高压水，即可进行热液样品的等压、定量转移。转移完成后，稍降低高压水泵的输出压力，单向阀即可关闭，开启氮气增压泵，实现深海热液转移储存装置内存留热液样品的保压储存。采用高压水泵能够准确的实现热液样品的定量、等压转移。

蓄能保压腔上与氮气增压泵的连通口高于蓄能保压腔上通过单向阀与高压水泵的连通口；蓄能保压腔内高压水的最高水位低于氮气增压泵与蓄能保压腔的连通口。

氮气增压泵和高压水泵连接控制器。控制器对氮气增压泵预充氮气的数量和压力，对高压水泵输出高压水的数量和压力进行自动控制。

本发明的优点是：加热电阻丝对储存腔内热液样品加热，双层结构的筒体以及外层筒体上的涂覆保温层材料加强保温作用，能够对热液样品保温；连接氮气增压泵的蓄能保压腔对热液样品进行自动保压。本发明在温度和压力方面能够保持热液样品的原始状态，实现热液样品的温度和压力的保真储存、转移, 为后续的分析提供真实的热液样品来源，一次采集的热液样品可以进行较长时间间隔的多次、多种分析处理。使用深海热液转移储存装置，能够腾空热液采样器继续使用，提高其使用效率，为热液采样和分析提供了方便。储存腔活塞和蓄能保压腔活塞之间充填纯净水，在样品转移移动过程中对内腔进行清洗，消除对热液样品化学成分和微生物产生污染的隐患。控制器连接温度传感器和加热电阻丝，自动控制热液样品的温度。

附图说明

图1是本发明第一个实施例的结构示意图；

图2是图1的A-A剖面图。

具体实施方式

结合附图说明。

附图所示深海热液转移储存装置第一个实施例中支撑板4通过螺钉分别固定连接长方体框架3和外层筒体8。外层筒体8的两端与外层筒端盖6通过法兰连接。外层筒体8上有六个沉孔，穿过沉孔的支撑螺钉22支撑、固定内层筒体。外层筒体8与内层筒体套装，两者的轴线重合。内层筒体的左边是储存筒10，右边是蓄能保压筒15，中间是连接器12，储存筒10的右端和蓄能保压筒15的左端分别与连接器12的左右端通过螺纹连接，由密封圈密封。储存筒内腔是储存腔11，蓄能保压筒内腔是蓄能保压腔17。连接器中心的轴向节流孔13连通储存腔11和蓄能保压腔17，用以调节热液样品转移速度，缓冲压力冲击。储存腔活塞9与储存腔11通过活塞环滑动密封，蓄能保压腔活塞14与蓄能保压腔17通过活塞环滑动密封，储存腔活塞9与蓄能保压腔活塞14之间的腔内充满纯净水。储存腔左侧装有手动取样阀7，露出外层筒体圆周面的手动取样阀上端口能够分别与热液采样器的样品出口和热液培养分析设备的样品入口配合连接，手动取样阀下端口连通储存腔11。属于气体增压泵的氮气增压泵18连接空气压缩机和氮气源，氮气增压泵18的出口连通在蓄能保压腔右端的上部，入口连通氮气供应装置。高压水泵19的出口通过单向阀23连通蓄能保压腔右端的中心部位，入口连通高压水源。蓄能保压腔17内高压水的最高水位低于氮气增压泵18与蓄能保压腔17的连通口。

图1中，电路腔1位于外层筒体8的下方，控制器安装在电路腔1内，图中没有画出控制器。电路腔1通过信号线2和信号接插件5完成与筒体内相关部位的连接。控制器包括单片机、固态继电器、LED液晶显示器、报警器和电源，控制器是由单片机完成数据接收显示和发出控制命令。温度传感器20和压力传感器21连接在储存腔11上，控制器连接温度传感器20、压力传感器21、加热电阻丝16、氮气增压泵18和高压水泵19。压力传感器21实时监测热液样品的压力。电路腔1的LED液晶显示器显示储存腔11内的温度和压力。温度传感器20检测的温度信号经ADC0809转换成数字量送给单片机，单片机将设定值与温度传感器20的检测值进行比较，当检测值低于设定值的下限，通过固态继电器控制加热电阻丝16加热电路，启动加热，当检测到温度高于设定值时则停止加热，如此反复循环，将温度始终控制在一个范围内，达到温度控制的要求。当大于或小于设定警戒温差时报警，以便检修故障。压力传感器21检测到的信号经ADC0809转换成数字量送给单片机，当压力低于或高于设定警戒压力时报警，以便检修故障。控制器对氮气增压泵18预充氮气的数量和压力进行自动控制，对高压水泵19输出高压水的数量和压力进行自动控制。

下面介绍本实施例的一种工作过程：从热液采样器中转移热液样品前，控制器控制加热电阻丝16将储存腔11和蓄能保压腔17设置在热液样品保真需要的温度400℃，同时通过氮气增压泵18向蓄能保压腔17预充压力值为热液样品压力10%的氮气，手动取样阀7的一端连接热液采样器的样品出口，开启手动取样阀7，热液样品从手动取样阀7的另一端进入储存腔11，推动储存腔活塞9向连接器12方向运动，储存腔活塞9推动纯净水由节流孔13进入蓄能保压腔17，推动蓄能保压腔活塞14远离连接器12，压缩预充氮气，使氮气压力逐渐升高，当氮气和热液样品压力达到平衡时，关闭手动取样阀7，热液样品向深海热液转移储存装置的转移完成，将氮气增压泵18的输出压力设置为热液样品压力，氮气增压泵18自动保压。控制器通过温度传感器20实时监测深海热液转移储存装置内热液样品的温度环境状况，当温度下降温差大于2℃时，控制器控制加热电阻丝16加热升温，当温度升至400℃时，停止加热。当需将热液样品转移给热液培养分析设备时，手动取样阀7的一端连接热液培养分析设备的样品入口，将高压水泵19的输出压力升至热液样品压力，开启手动取样阀7，由连接在蓄能保压腔尾部的高压水泵19打开单向阀23，充入与所要转移的热液样品等体积的高压水，即可进行热液样品的等压、定量转移。热液样品转移完成后，将高压水泵19的输出压力稍作降低，单向阀23被关闭。

本实施例具有良好的保温、保压性能，能满足最高45MPa工作压力，控制精度±3％FS，0～400oC不同温度样本，±2 oC控制精度的要求。整个装置结构功能完备，是一种深海热液样品保温保压的中间转移和储存的安全可靠装置。

本发明第二个实施例没有附图。第二个实施例与第一个实施例的区别是蓄能保压腔右端仅仅与氮气增压泵18的出口连通，没有连接高压水泵19。氮气增压泵18的出口连通在蓄能保压腔右端的中心部位。简述热液样品的转移过程：当需将热液样品转移给热液培养分析设备时，开启手动取样阀7，热液样品开始少量转移，同时氮气增压泵18自动补压，对深海热液转移储存装置内的热液样品保压，当热液样品达到转移量后关闭手动取样阀7。热液样品的转移量通常可以由热液培养分析设备的热液样品标示刻度显现。本实施例的氮气增压泵18连接控制器，控制器控制氮气增压泵18的预充氮气的数量和压力。具有自动补压、保压功能的氮气增压泵18自动进行压力补充，保持深海热液转移储存装置内的热液样品压力不变。整个装置结构简单，操作方便。

Claims (6)

1.一种深海热液转移储存装置，其特征在于内层筒体的储存筒（10）和蓄能保压筒（15）分别固定连接在连接器（12）的两端，连接器（12）上的节流孔（13）连通储存筒（10）的储存腔（11）和蓄能保压筒（15）的蓄能保压腔（17），储存腔（11）和蓄能保压腔（17）内分别有储存腔活塞（9）和蓄能保压腔活塞（14），储存腔活塞（9）和蓄能保压腔活塞（14）之间的腔内充满纯净水；内层筒体间隔的套装在外层筒体（8）内，两者的轴线平行；内层筒体的圆周上缠绕加热电阻丝（16），外层筒体（8）的表面涂覆保温层材料；手动取样阀（7）的一端与热液采样器的样品出口和热液培养分析设备的样品入口配合，其另一端连通储存腔（11）；属于气体增压泵的氮气增压泵（18）的出口与蓄能保压腔（17）连通，入口连通氮气供应装置；储存腔（11）装有温度传感器（20）；加热电阻丝（16）和温度传感器（20）连接控制器；蓄能保压腔（17）通过单向阀（23）与高压水泵（19）的出口连通，高压水泵（19）的入口连通高压水源；蓄能保压腔（17）上通过单向阀（23）与高压水泵（19）的连通口低于蓄能保压腔（17）上与氮气增压泵（18）的连通口；蓄能保压腔（17）内高压水的最高水位低于氮气增压泵（18）与蓄能保压腔（17）的连通口。

2.根据权利要求1所述的一种深海热液转移储存装置，其特征在于外层筒体（8）的表面涂覆的保温层材料是氧化锆陶瓷粉。

3.根据权利要求1所述的一种深海热液转移储存装置，其特征在于控制器包括单片机、固态继电器、LED液晶显示器和电源，控制器安装在电路腔（1）内；电路腔（1）位于外层筒体（8）的下方，电路腔（1）通过信号线（2）和信号接插件（5）完成与筒体内相关部位的连接。

4.根据权利要求1所述的一种深海热液转移储存装置，其特征在于储存筒（10）和蓄能保压筒（15）与连接器（12）的两端由螺纹密封固定连接。

5.根据权利要求1或2所述的一种深海热液转移储存装置，其特征在于外层筒体（8）的两端由外层筒端盖（6）密封；外层筒体（8）上的支撑螺钉（22）支撑、固定内层筒体；外层筒体（8）和内层筒体的轴线重合。

6.根据权利要求1所述的一种深海热液转移储存装置，其特征在于氮气增压泵（18）和高压水泵（19）连接控制器。