CN106918473A - 一种水-气界面气泡通量采集装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种水-气界面气泡通量采集装置，该采集装置包括：支架本体，支架本体能够悬浮于水平面上；集气瓶，集气瓶设置于水平面以上，集气瓶的瓶口朝向水平面设置；集气罩，集气罩设置于水平面以下，集气罩内充满水体；与集气瓶的瓶口密封连接的进气管和排水管，集气瓶中装有无菌水；进气管的第一端与集气瓶的瓶口连接，进气管的第二端通过一止水系统与集气罩的排气端连接，集气罩的进气端与支架本体的第二端连接；气泡通量采集过程中，集气罩中水体释放的气体通过止水系统进入进气管，并通过进气管进入集气瓶，集气瓶中的无菌水从排水管排出，使得集气瓶中充满水体中释放的气体。该采集装置适用于风浪大、水深的环境下的气泡通量采集。

Description

一种水-气界面气泡通量采集装置
技术领域
本发明涉及气泡采集技术领域，特别涉及一种水-气界面气泡通量采集装置。
背景技术
富营养化水体普遍被认为是重要的温室气体释放源，如二氧化碳CO2、甲烷CH4、氧化亚氮N2O。在当前水体富营养化程度不断上升，以及全球增温的环境背景下，人们对水体中温室气体的释放强度变化越来越关注。如，富营养化水体发生的硝化-反硝化反应是水体脱氮的重要途径之一，硝化-反硝化反应的中间气态产物N2O及最终气态产物氮气N2的释放受到关注，但是其中通过气泡扩散释放的部分具有较大的监测难度。如何采集氧化亚氮N2O、氮气N2、甲烷CH4等不溶于水或者难溶于水气体由水体向大气释放的气泡通量是当前的一个技术瓶颈，尤其在大型水库或深水湖泊风浪条件下，目前采样的采样装置，结构松散容易解体；且装置复杂体积较大，不利于野外运输、投放与回收；同时由于缺乏合理的集气合收集方式，在风浪条件下采样精度差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水-气界面气泡通量采集装置，解决了现有技术的采集装置接收松散容易解体，且在风浪条件下采样精度差的问题。
为了达到上述目的，本发明实施例提供一种水-气界面气泡通量采集装置，包括：
支架本体，所述支架本体能够悬浮于水平面上；
设置于所述支架本体的第一端的集气瓶，所述集气瓶设置于所述水平面以上，所述集气瓶的瓶口朝向所述水平面设置；
设置于所述支架本体的第二端的集气罩，所述集气罩设置于所述水平面以下，所述集气罩内充满水体；
与所述集气瓶的瓶口密封连接的进气管和排水管，所述集气瓶中装有无菌水；
所述进气管的第一端与所述集气瓶的瓶口连接，所述进气管的第二端通过一止水系统与所述集气罩的排气端连接，所述集气罩的进气端与所述支架本体的第二端连接；其中
气泡通量采集过程中，所述集气罩中水体释放的气体通过所述止水系统进入所述进气管，并通过所述进气管进入所述集气瓶，集气瓶中的无菌水从所述排水管排出，使得所述集气瓶中充满水体中释放的气体。
其中，所述支架本体的第二端还设置有多个配重部件使得所述水-气界面气泡通量采集装置的重心位于所述水平面以下。
其中，所述支架本体包括：
第一支架，所述集气瓶设置于所述第一支架上；
第二支架，所述集气罩设置于所述第二支架内；
连接所述第一支架和所述第二支架的连接装置；以及
与所述连接装置连接，用于控制所述第一支架位于所述水平面以上并控制所述第二支架位于所述水平面以下的浮力装置。
其中，所述集气瓶通过一集气瓶连接装置与所述第一支架连接。
其中，所述止水系统设置于一法兰柱体内，所述法兰柱体的一端与所述连接装置连接，另一端与所述集气罩的排气端连接。
其中，所述连接装置为一圆盘，且所述圆盘上设置有一与所述进气管相匹配的通孔，所述进气管穿过所述通孔与所述法兰柱体连接；其中，所述进气管与所述通孔密封连接。
其中，所述浮力装置为能够充放气的橡胶轮胎。
其中，所述集气罩为锥形结构，且所述集气罩的内表面具有涂覆疏水性涂层。
其中，所述法兰柱体与所述连接装置通过管箍密封连接。
其中，所述第一支架和第二支架均采用不锈钢材料制作。
本发明的上述技术方案至少具有如下有益效果：
本发明实施例的水-气界面气泡通量采集装置中，通过设置一能够悬浮于水平面上的支架本体，使得该气泡通量采集装置能够放置于水面采样点上进行气泡通量采集；且通过集气罩的排气端通过止水系统、进气管与集气瓶的瓶口密封连接，保证了集气瓶与空气的隔离，加大提高采样精度；同时本发明实施例中气泡通量采集装置的重心位于水平面以下，从而使得装置的抗风浪性能大大提高，适应大型湖库风浪条件的使用。
附图说明
图1表示本发明实施例提供的水-气界面气泡通量采集装置的结构示意图；
图2表示本发明实施例提供的水-气界面气泡通量采集装置中连接装置的具体结构图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明针对现有技术的采集装置接收松散容易解体，且在风浪条件下采样精度差的问题，提供一种水-气界面气泡通量采集装置，通过设置一能够悬浮于水平面上的支架本体，使得该气泡通量采集装置能够放置于水面采样点上进行气泡通量采集；且通过集气罩的排气端通过止水系统、进气管与集气瓶的瓶口密封连接，保证了集气瓶与空气的隔离，加大提高采样精度；同时本发明实施例中气泡通量采集装置的重心位于水平面以下，从而使得装置的抗风浪性能大大提高，适应大型湖库风浪条件的使用。
如图1所示，本发明实施例提供一种水-气界面气泡通量采集装置，包括：
支架本体，所述支架本体能够悬浮于水平面上；
设置于所述支架本体的第一端的集气瓶1，所述集气瓶1设置于所述水平面以上，所述集气瓶1的瓶口朝向所述水平面设置；
设置于所述支架本体的第二端的集气罩2，所述集气罩2设置于所述水平面以下，所述集气罩2内充满水体；
与所述集气瓶1的瓶口密封连接的进气管3和排水管4，所述集气瓶1中装有无菌水；
所述进气管3的第一端与所述集气瓶1的瓶口连接，所述进气管3的第二端通过一止水系统5与所述集气罩2的排气端连接，所述集气罩2的进气端与所述支架本体的第二端连接；其中
气泡通量采集过程中，所述集气罩2中水体释放的气体通过所述止水系统5进入所述进气管3，并通过所述进气管3进入所述集气瓶1，集气瓶1中的无菌水从所述排水管4排出，使得所述集气瓶1中充满水体中释放的气体。
本发明的上述实施例中，采用集气罩2、止水系统5、进气管3以及集气瓶1之间进行密封连接，有效保证了集气瓶和进气管的密封性，从而极大地提高采样精度。其中，集气瓶1可使用市面上常见的带有橡皮塞的玻璃输液瓶。测量前，先将集气瓶1用无菌水注满(防止微生物生长)，使其内部没有气泡存在，然后将瓶口密封。测量时，将该气泡通量采集装置缓慢放于水面采样点上，使集气罩2中的气体通过止水系统5的顶端从进气管3排出，然后将进气管3与集气瓶1的瓶口相连，并开始计时。集气罩2采集到的水体中释放气体会通过进气管3进入集气瓶1中，集气瓶1中的无菌水从排水管4排出，从而使得集气瓶中充满水体中释放的气体。
进一步的，本发明的上述实施例中，所述支架本体的第二端还设置有多个配重部件6使得所述水-气界面气泡通量采集装置的重心位于所述水平面以下。
本发明实施例中采用下支架配重设计、集气罩下置深度可调节的设计以及集气瓶低位设计来使得整个装置的重心位于水面以下，以避免风浪导致装置倾覆影响；从而使得装置的抗风浪性能大大提高，适应大型湖库风浪条件的使用。其中集气罩下置深度可根据水面采样点的风浪情况来进行调节，不限于一固定值。其集气瓶低位设计具体指集气瓶距离支架本体第二端的距离较短以保证支架本体的重心位于水面之下。
具体的，如图1所示，本发明实施例中所述支架本体包括：
第一支架7，所述集气瓶1设置于所述第一支架7上；
第二支架8，所述集气罩2设置于所述第二支架8内；
连接所述第一支架7和所述第二支架8的连接装置9；以及
与所述连接装置9连接，用于控制所述第一支架7位于所述水平面以上并控制所述第二支架8位于所述水平面以下的浮力装置10。
本发明的上述实施例中，浮力装置10能够保证第一支架7位于水平面以上，第二支架8位于水平面以下。具体的，所述浮力装置10为能够充放气的橡胶轮胎；且浮力装置10的高度可调节，通过对作为浮力装置的轮胎高度的调整，以保证集气罩始终保持在水平面以下。进一步的，浮力装置10与连接装置9通过一轮胎连接装置11连接，具体的，可采用焊接连接的方式保证其稳定性。
本发明实施例中采用橡胶轮胎为浮力标配浮力装置，轮胎可以放气，减少体积便于运输；同时支架系统具有可以与泡沫、标准船用救生圈等替代浮体连接的方式，以满足野外采样条件。
进一步的，本发明的上述实施例中，所述集气瓶1通过一集气瓶连接装置12与所述第一支架7连接。集气瓶连接装置12的设置是为了方便集气瓶1的拆卸，保证集气瓶1的重复使用。
需要说明的是，本发明的上述实施例中所述止水系统5设置于一法兰柱体内，所述法兰柱体的一端与所述连接装置9连接，另一端与所述集气罩2的排气端连接。本发明实施例采用法兰及螺纹连接、同步密封的集气方式，有效保证了集气瓶和进气管的密封性。
具体的，如图2所示，本发明实施例中所述连接装置9为一圆盘，且所述圆盘上设置有一与所述进气管相匹配的通孔91，所述进气管3穿过所述通孔91与所述法兰柱体连接；其中，所述进气管3与所述通孔91密封连接。
进一步的，本发明的上述实施例中所述集气罩2为锥形结构，且所述集气罩的内表面具有涂覆疏水性涂层。具体的，集气罩采用锥形结构，减少不必要的曲面，并采用新型防水材料，减少集气罩的内表面张力，从而达到减少集气罩内表面气泡的粘附作用，从而保证采样精度；同时使得集气罩拆卸替换方便。
具体的，所述法兰柱体与所述连接装置9通过管箍密封连接；且所述第一支架和第二支架均采用不锈钢材料制作。
综上，本发明实施例提供如图1所示的气泡通量采集装置，第二支架8通过连接装置9与第一支架7连接，集气罩2上表面与止水系统5通过管箍密封连接，下表面与第二支架8底部相连。作为浮力装置的橡胶轮胎10通过轮胎连接装置11与连接装置9连接。止水系统5的顶端通过进气管3与集气瓶1的瓶口相连，集气瓶1上还连接有排水管4，集气瓶瓶口密封，通过连接装置9与第一支架7相连，法兰柱体中空设计，同时起到连接、密封和到气的作用。
本发明的上述实施例提供的水-气界面气泡通量采集装置便于拆卸安装、具有较大机械强度的支架系统：采样不锈钢材料制作标准管件，所有支撑管和连接管可实现通用互换，具备易拆卸组装、便于运输的优点和野外使用的特点；同时为防治风浪对气泡收集过程的影响，本发明实施例采用集气罩下置深度可调节、低位集气瓶、排气管和排水管同步密封的设计方式；所述集气罩开口朝下，上部用通用法兰柱体与上支架系统和浮力装置牢固连接，下部支架与法兰柱体连接，并可以在5-10cm范围内调整，通过对作为浮力装置的轮胎高度的调整，以保证集气罩始终保持在水面以下。集气瓶采样低位设计，加上下支架的配重作用，使整体装置的重心位于水面以下，以避免风浪导致装置倾覆影响。集气罩顶端通过法兰柱体内止水系统、进气管与集气瓶的瓶口相连，以保证集气瓶与空气的隔离。集气瓶瓶口、连接管件用硅胶密封。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种水-气界面气泡通量采集装置，其特征在于，包括：
支架本体，所述支架本体能够悬浮于水平面上；
设置于所述支架本体的第一端的集气瓶，所述集气瓶设置于所述水平面以上，所述集气瓶的瓶口朝向所述水平面设置；
设置于所述支架本体的第二端的集气罩，所述集气罩设置于所述水平面以下，所述集气罩内充满水体；
与所述集气瓶的瓶口密封连接的进气管和排水管，所述集气瓶中装有无菌水；
所述进气管的第一端与所述集气瓶的瓶口连接，所述进气管的第二端通过一止水系统与所述集气罩的排气端连接，所述集气罩的进气端与所述支架本体的第二端连接；其中
气泡通量采集过程中，所述集气罩中水体释放的气体通过所述止水系统进入所述进气管，并通过所述进气管进入所述集气瓶，集气瓶中的无菌水从所述排水管排出，使得所述集气瓶中充满水体中释放的气体。
2.根据权利要求1所述的水-气界面气泡通量采集装置，其特征在于，所述支架本体的第二端还设置有多个配重部件使得所述水-气界面气泡通量采集装置的重心位于所述水平面以下。
3.根据权利要求2所述的水-气界面气泡通量采集装置，其特征在于，所述支架本体包括：
第一支架，所述集气瓶设置于所述第一支架上；
第二支架，所述集气罩设置于所述第二支架内；
连接所述第一支架和所述第二支架的连接装置；以及
与所述连接装置连接，用于控制所述第一支架位于所述水平面以上并控制所述第二支架位于所述水平面以下的浮力装置。
4.根据权利要求3所述水-气界面气泡通量采集装置，其特征在于，所述集气瓶通过一集气瓶连接装置与所述第一支架连接。
5.根据权利要求4所述的水-气界面气泡通量采集装置，其特征在于，所述止水系统设置于一法兰柱体内，所述法兰柱体的一端与所述连接装置连接，另一端与所述集气罩的排气端连接。
6.根据权利要求5所述的水-气界面气泡通量采集装置，其特征在于，所述连接装置为一圆盘，且所述圆盘上设置有一与所述进气管相匹配的通孔，所述进气管穿过所述通孔与所述法兰柱体连接；其中，所述进气管与所述通孔密封连接。
7.根据权利要求6所述的水-气界面气泡通量采集装置，其特征在于，所述浮力装置为能够充放气的橡胶轮胎。
8.根据权利要求7所述的水-气界面气泡通量采集装置，其特征在于，所述集气罩为锥形结构，且所述集气罩的内表面具有涂覆疏水性涂层。
9.根据权利要求8所述的水-气界面气泡通量采集装置，其特征在于，所述法兰柱体与所述连接装置通过管箍密封连接。
10.根据权利要求9所述的水-气界面气泡通量采集装置，其特征在于，所述第一支架和第二支架均采用不锈钢材料制作。
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