CN103675198B - 大气光化学反应舱 - Google Patents

Abstract

本发明属于大气环境试验设备领域，涉及一种模拟大气环境的光化学反应舱，包括支架和设置在支架上的圆柱形舱体，所述舱体包括呈圆柱状的中空透明柱管和位于该透明柱管两侧的上下两个带侧环面的圆盘状堵头，所述两个圆盘状堵头分别与透明柱管的配合处设有密封圈，在上侧圆盘状堵头正中央位置设有光谱检测孔，上圆盘状堵头上还设有气态样品注入孔、液态样品注入孔，在下圆盘状堵头上对称布置有多个相邻反光面大致呈直角的反光镜，在下圆盘状堵头侧面设有实验废气抽气孔和电缆孔。

Description

大气光化学反应舱

技术领域

本发明属于大气环境试验设备领域，涉及一种大气光化学反应舱，特别涉及一种可以调节光化学反应的温度、湿度以及光照条件的大气光化学反应舱。

背景技术

近年来，随着工业化进程的推进，大气中产生越来越多的光化学烟雾。光化学烟雾是由汽车尾气、工厂排污等污染源排入大气的碳氢化合物和氮氧化物等一次污染物，在阳光的作用下发生化学反应，生成臭氧、醛、酮、酸、过氧乙酰硝酸酯等二次污染物，以及参与光化学反应过程的一次污染物和二次污染物的混合物所形成的烟雾。

为了研究光化学反应机理，国内外科研机构普遍开展了利用光化学反应舱模拟大气光化学反应环境的实验模拟研究。利用光化学反应舱进行大气环境化学模拟研究不但能够排除复杂的气象、地形、污染源等因素的影响，从而在可以控制且能重复的条件下单纯地模拟大气中的化学过程，提炼出大气化学反应的本质，获得反应的机制机理，而且还可以开发并验证大气化学模式，将模拟大气环境的光化学反应舱与化学反应模式研究相结合，通过与现场实测的对照，可深入了解光化学烟雾形成的机制和污染的规律，其研究成果将为大气污染防治对策的制定提供科学依据。目前已知的国内外的光化学反应舱分为室内和室外两种。室外光化学反应舱的优点是可以直接利用阳光，缺点是光强随着自然条件的变化而变化，且周围环境也在不断变化。温度、湿度、光照条件等的不断变化和难以控制使得室外光化学反应舱的实验可重复性变差。而室内光化学反应舱可以对温度、湿度、光照条件等因素提供精确的控制，实验的重复性较好。但由于人造光源的发射光谱不能在全波段上都与太阳光相同，使得测得的某些光化学反应速率与在阳光下得到的反应速率存在偏差。

利用光化学反应舱或者烟雾箱模拟大气环境进行研究的方法始于20世纪50年代，在一些发达国家和地区被广泛用于大气环境化学的研究中，但主要是根据各自的要求和条件自行设计制造，如北京大学在国内最先用聚四氟乙烯薄膜建造了一个烟雾箱系统，但该烟雾箱无法对光化学反应的温度、湿度以及光照条件进行调节。环境科学研究院曾经从日本国立公害所引进过一台固定式可抽真空、可升温式不锈钢内涂聚四氟乙烯的烟雾箱，但是该烟雾箱的缺点是整个结构为不锈钢材料制成，不利于模拟太阳光的光源照射，而且烟雾箱的结构过于复杂，不利于实验操作。

发明内容

鉴于上述存在的各种技术问题，本发明目的在于提供一种模拟大气环境的光化学反应舱，其可以调节光化学反应的温度、湿度以及光照条件，具体由以下技术方案实现：

一种模拟大气环境的光化学反应舱，包括支架和设置在支架上的圆柱形舱体，所述舱体包括呈圆柱状的中空透明柱管和位于该透明柱管两侧的上下两个带侧环面的圆盘状堵头，所述两个圆盘状堵头分别与透明柱管的配合处设有密封圈，在上侧圆盘状堵头正中央位置设有光谱检测孔，上圆盘状堵头上还设有气态样品注入孔、液态样品注入孔，在下圆盘状堵头上对称布置有多个相邻反光面大致呈直角的反光镜，在下圆盘状堵头侧面设有实验废气抽气孔和电缆孔。

进一步地，所述的光化学反应舱其特征在于，所述透明柱管直径大于上下圆盘状堵头之间的距离。

进一步地，所述的光化学反应舱其特征在于，所述透明柱管采用大口径石英玻璃管，所述圆盘状堵头采用特氟龙材料制成。

进一步地，所述的光化学反应舱其特征在于，所述圆盘状堵头的气态样品注入孔、液态样品注入孔和实验废气抽气孔分别设有一封止件，该封止件用于密封上述注入孔和抽气孔。

进一步地，所述的光化学反应舱其特征在于，所述液态样品注入孔设有的封止件具有硅胶垫，用于注射设备通过该硅胶垫注射液体。

进一步地，所述的光化学反应舱其特征在于，所述光谱检测孔连接光纤，并通过密封件密封该光谱检测孔。

进一步地，所述的光化学反应舱其特征在于，所述圆盘状堵头和透明柱管连接环面设有倒角，通过设置于倒角内的密封圈实现它们之间的密封。

进一步地，所述的光化学反应舱其特征在于，所述支架上还设有四根均匀分布于所述透明柱管周围的黑光灯。

进一步地，所述的光化学反应舱其特征在于，所述反光镜通过自身配置的驱动装置进行转动，以调节各反射面的角度和方向。

进一步地，所述的光化学反应舱其特征在于，各反光镜的表面根据所要模拟的地面环境涂覆不同颜色。

根据本发明，所述的光化学反应舱设计简单，成本低廉，有助于基于光化学反应舱研究的大气环境化学的推广，另外本烟雾箱还可抽真空，使得在用该光化学反应舱模拟大气环境开展大气环境化学反应研究时，可以根据实验需要，按照氮气与氧气的比例来配置空气，从而尽可能简化实验模型，也可以采用净化空气的方法给反应舱充入净化空气，并且实验结束后舱内不会残留杂质气体。

根据本发明，还可以对光化学反应的温度、湿度以及光照条件进行调节。通过电缆孔向反应舱内部导入用于向舱内所安装的风扇、热交换器提供电力的电缆，从而为所述风扇、热交换器提供电力，以调节反应舱内的湿度、温度条件。通过对反光镜的调节，可以实现对光照条件进行调节。

根据本发明，通过在光化学反应舱堵头上的光谱检测孔，可以直接将一些高灵敏光谱技术，尤其是基于多通道吸收的光谱技术直接用于光化学反应舱内模拟大气环境的光化学过程的在线无损检测。

根据本发明，在光化学反应舱抽真空的情况下，可以采用微量进样器直接将液体样品送进反应舱，使反应舱中的液体进样变得简单可行。

附图说明

图1为本发明光化学反应舱的立体结构示意图。

图中，1-上圆盘状堵头；2-玻璃柱管；3-下圆盘状堵头；4-黑光灯管；5-反应舱支架；6-反应舱支架底座；7-光谱技术检测孔；8-气态样品注入孔；9-液体样品注入孔；10-实验废气抽气孔；11-电缆孔；12-反光镜

具体实施方式

下面结合附图对本发明所述光化学反应舱做进一步说明，该说明只是例示性的，本发明并不仅仅限定于该具体实施方式。

参见图1，本发明所述光化学反应舱由特氟龙材料制成的上圆盘状堵头1、下圆盘状堵头3和由大口径石英制作的玻璃柱管2组成的一个可抽真空的圆柱形舱体，舱体的四周均布四只模拟太阳光照的黑光灯管4；整个舱体固定在由支架5和支架底座6组成的光化学反应舱架上。其中，在上圆盘状堵头1和下圆盘状堵头3与大口径石英玻璃柱管2之间，通过在所述圆盘状堵头和透明柱管连接环面设有倒角，并在倒角内设置密封圈，从而实现它们之间的密封。所述透明柱管2的直径最好大于上、下圆盘状堵头1、3之间的距离。

上圆盘状堵头1上设有光谱检测孔7、气态样品注入孔8、液态样品注入孔9，当实验样品为气体时，其从气态样品注入孔8注入舱体中，当实验样品为液态样品时，其从液态样品注入孔9注入舱体中，所述上圆盘状堵头1的气态样品注入孔8、液态样品注入孔9和下圆盘状堵头3的实验废气抽气孔10分别设有一封止件，该封止件用于密封上述注入孔和抽气孔。所述液态样品注入孔9设有的封止件还具有硅胶垫(未图示)，用于注射设备通过该硅胶垫注射液体，即，当反应舱需要注入液体样品时，可以通过微量进样器直接刺透该硅胶垫向反应舱内直接进样，当反应舱无需使用液体注入孔时该硅胶垫可以有效将其密封。

另外，所述光谱检测孔7连接光纤，并通过密封件(未图示)密封该光谱检测孔。

在下圆盘状堵头3上，对称布置多个反光镜12，相邻反光镜之间大致呈直角。每块反光镜都带有一个驱动装置(未图示)，可以使其转动，以调节入射到该反射镜的反光面上的光线的角度和方向。也可以对于整个反光镜阵列安装一个驱动装置(未图示)，以使全体反光镜联动，从而调节入射到该反射镜的反光面上的光线的角度和方向。优选的，在各反光镜的表面根据所要模拟的地面环境涂覆不同颜色，如淡蓝、墨绿、土黄色等颜色，以模拟海洋、森林、土地对阳光的反射，使得模拟环境更加接近于真实的地貌情形。

下圆盘状堵头3的侧环面上设有实验废气抽气孔10、电缆孔11，在下圆盘状堵头3上的靠近边缘的空隙位置上设有两排风扇支架(未图示)，以安装风扇用。该风扇的位置不妨碍反光镜工作。同时，在该空隙位置上还设有两排热交换器支架(未图示)，以安装热交换器用，该热交换器的位置不妨碍风扇和反光镜工作。另外，为了实现光化学反应舱的密封性，在电缆孔11处设置过渡接头，通过焊接金属电极，然后将利用熔融玻璃将电极浇注其中而成。该电缆孔11用作为电缆通道，以向反应舱内提供电力。由此，通过电缆孔向反应舱内部导入用于向舱内所安装的风扇、热交换器提供电力的电缆，从而为所述风扇、热交换器提供电力，以调节反应舱内的湿度、温度条件，通过对反光镜的调节，可以实现对光照条件进行调节。

如上所述，以上具体实施方式仅仅用来说明本发明，本发明并不仅限于该实施方式，本发明在不脱离其宗旨和精神的前提下可以做各种修改和变更，这些变形方式也落入所附权利要求的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种模拟大气环境的光化学反应舱，其特征在于，包括支架和设置在支架上的圆柱形舱体，所述舱体包括呈圆柱状的中空透明柱管和位于该透明柱管两侧的上下两个带侧环面的圆盘状堵头，所述透明柱管采用大口径石英玻璃管，所述圆盘状堵头采用特氟龙材料制成，所述透明柱管直径大于上下圆盘状堵头之间的距离，所述两个圆盘状堵头分别与透明柱管的配合处设有密封圈，在上侧圆盘状堵头正中央位置设有光谱检测孔，所述光谱检测孔连接光纤，并通过密封件密封该光谱检测孔，上圆盘状堵头上还设有气态样品注入孔、液态样品注入孔，在下圆盘状堵头上对称布置有多个相邻反光面大致呈直角的反光镜，所述反光镜通过自身配置的驱动装置进行转动，以调节各反射面的角度和方向，在下圆盘状堵头侧面设有实验废气抽气孔和电缆孔，在所述电缆孔处设置过渡接头，通过焊接金属电极，利用熔融玻璃将所述电极浇注其中实现所述光化学反应舱的密封，并且，所述光化学反应舱可抽真空，在光化学反应舱抽真空的情况下，采用微量进样器将所述液态样品送进反应舱。

2.如权利要求1所述的光化学反应舱，其特征在于，所述圆盘状堵头的气态样品注入孔、液态样品注入孔和实验废气抽气孔分别设有一封止件，该封止件用于密封上述注入孔和抽气孔。

3.如权利要求1所述的光化学反应舱，其特征在于，所述液态样品注入孔设有的封止件具有硅胶垫，用于注射设备通过该硅胶垫注射液体。

4.如权利要求1所述的光化学反应舱，其特征在于，所述圆盘状堵头和透明柱管连接环面设有倒角，通过设置于倒角内的密封圈实现它们之间的密封。

5.如权利要求1所述的光化学反应舱，其特征在于，所述支架上还设有四根均匀分布于所述透明柱管周围的黑光灯。

6.如权利要求1所述的光化学反应舱，其特征在于，各反光镜的表面根据所要模拟的地面环境涂覆不同颜色。