CN108572096B - 一种在野外高寒条件下提取存贮冰川冰中包裹气体的装置 - Google Patents
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Abstract
一种在野外高寒条件下提取存贮冰川冰中包裹气体的装置，包括液化气罐、强火炉头、密闭水箱、耐腐蚀泵、融化室、M型融化器、倒M型融化器、圆盘、弹簧、压力计、高纯氮气瓶、干燥器、冷井、气体转置泵和储样罐，融化室上设有融化室盖，其内设有M型融化器、倒M型融化器和圆盘；所述M型融化器通过弹簧与倒M型融化器连接。本发明可以在野外环境下高效收集冰川冰中的包裹气，融水与融化器的分离，避免加热融水，浪费能源，也可避免造成融化室气压过高，使用驱气和抽气两种方法的结合，可以更好的避免空气对冰样的污染。
Description
技术领域
本发明涉及冰川学领域，具体是指一种在野外高寒条件下提取冰川冰中包裹气体的装置。
背景技术
冰川的冰与冻结冰不同，是寒冷地区多年降雪积聚、在重力作用下经过成冰过程形成的自然冰体，存储着丰富的气候环境信息。冰芯是从冰川中钻取的冰柱，其蕴含着丰富的气候环境演变信息。研究冰川冰内包裹气体是目前能够直接了解古大气组成，同位素特征的唯一途径，可用来研究历史时期生物地球化学循环过程。冰川包裹气是在积雪形成冰川冰的过程中，雪花中的微气泡、雪融化再冻结过程中及粒雪形成冰川冰的过程中封闭的空气，在重力作用下形成独立的封闭气泡。气泡封闭时的气体年龄与周围的冰或雪的形成时间存在差异，但可以通过研究成冰过程对其进行校准。气泡开始形成时粒径较大，随深度的增加其迅速缩小。由雪密实化过程形成的冰川冰中的含气率为90~100 ml（STP）/kg。
冰芯生物地球化学记录研究中定年问题一直限制着冰芯记录研究的快速发展。而大气中的惰性气体原子、分子在大气中分布均匀且稳定，特别是81Kr，85Kr，39K，14C一起测年，可以涵盖从几年到140万年的时间尺度，是理想的测年同位素。受到分析技术手段的限制，冰芯包裹气中的衡量惰性气体定年发展缓慢。近几年衡量惰性气体测年技术发展比较快，特别是“原子阱痕量探测（ATTA）”方法的提出并从实验上证实了其可行性，使得地球科学家们四十余年以来所梦想的氪-81定年成为现实。
目前主要存在两种方法提取冰芯中的包裹气，一种是在真空条件下使冰样融化释放气体，再使融水冻结，抽出气体转入其他容器再进行分析；另一种是干抽提法，主要是在低温真空条件下机械粉碎冰，使气泡破裂释放气体。这些方法适合小剂量冰芯包裹气体提取，不能满足衡量惰性气体分析要求。鉴于此设计了一种在野外高寒条件下提取存贮冰川冰中包裹气体的装置。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺陷，本发明的目的旨在提供一种在野外高寒条件下提取存贮冰川冰中包裹气体的装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种在野外高寒条件下提取存贮冰川冰中包裹气体的装置，包括液化气罐、强火炉头、密闭水箱、耐腐蚀泵、融化室、M型融化器、倒M型融化器、圆盘、弹簧、压力计、高纯氮气瓶、干燥器、冷井、气体转置泵和储样罐，融化室上设有融化室盖，其内设有M型融化器、倒M型融化器和圆盘；所述M型融化器通过弹簧与倒M型融化器连接。
M型融化器和倒M型融化器的外壁盘绕铜管。
圆盘通过导管Ⅰ连接高纯氮气瓶；所述的导管Ⅰ上设有气阀。
融化室通过导管Ⅱ连接三通阀Ⅰ；三通阀Ⅰ另外两个端口分别与干燥器和气体转置泵连接。
干燥器连接冷井；冷井连接气体转置泵；气体转置泵连接三通阀Ⅱ；三通阀Ⅱ连接储样罐。
液化气罐通过输气管与强火炉头连接；强火炉头与密闭水箱连接；密闭水箱上设有气压计和温度计。
密闭水箱通过管路与耐腐蚀泵连通；耐腐蚀泵）的出水管与铜管的进水口连通；铜管的出水口通过导管Ⅲ与密闭水箱连通。
上述的密闭水箱与铜管形成一个循环水路。
上述的压力计与融化室连通。
上述的圆盘上设有排气孔。
本发明的优点是：
1、本发明可以在野外环境下高效收集冰川冰中的包裹气。
2、本发明中融水与融化器的分离，避免加热融水，浪费能源，也可避免造成融化室气压过高。
3、本发明中使用驱气和抽气两种方法的结合，可以更好的避免空气对冰样的污染。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
如图1所示，一种在野外高寒条件下提取存贮冰川冰中包裹气体的装置，主要包括加热循环设备，冰样融化设备，真空抽取设备，气体冰样提纯设备，液化气罐2通过气管3强火炉头4连接，强火炉头4与密闭水箱5连接，密闭水箱5内装乙二醇6，气压计7和温度8计设在密闭水箱4上，密闭水箱4通过管路与耐腐蚀泵9连通，耐腐蚀泵9的出水管10分别与融化室12内M型融化器14和倒M型融化器17外壁上盘绕的铜管15连通。
流出铜管15的液体通过导管11流入密闭水箱4。
M型融化器14安装在融化室盖13上，倒M型融化器17通过弹簧19与M型融化器14连接，冰样16置于M型融化器14和倒M型融化器17之间，融化室12底部设有一个圆盘18，圆盘18上壁上均匀密布排气孔，圆盘18通过导管21与高纯氮气瓶23连通，在圆盘18通与高纯氮气瓶23之间设有气阀22。
融化室盖13设有压力计20，通过融化室盖13的导管24连通融化室12与三通阀门Ⅰ25，三通阀门Ⅰ25另外两个端口分别与干燥器26和气体转置泵28连接，干燥器26再与冷井27连通，冷井27再与气体转置泵28连通，气体转置泵28通过三通阀门Ⅱ29分别与大气和储样罐30连接。
在实际工作中可以根据需要在融化室内设多组融化器，提取更多的包裹气体。
实施例
首先将冰样16置于M型融化器14和倒M型融化器17之间，关闭融化室盖13，启动气体转置泵28将融化室12内的空气抽出，当压力计20的指示压力不再变化时，关闭三通阀门Ⅰ25；将高纯氮气瓶23内的氮气通过圆盘18的排气孔送入融化室12内，当压力计20的指示压力恢复至初始值时，关闭气阀22；打开三通阀门Ⅰ25，通过气体转置泵28将融化室12内的氮气抽出。
在密闭水箱5内加入乙二醇6，打开液化气罐2，通过强力炉头4加热密闭水箱5，当乙二醇6的温度达到120℃时打开耐腐蚀泵9，使乙二醇6通过管路10流入盘绕在M型融化器14和到M型融化器17上的铜管15，乙二醇6再通过导管11返回水箱5。
当冰样16全部融化后，关闭强火炉头4和耐腐蚀泵9，打开气体转置泵28，抽取干燥器26和冷井27内的空气，再旋转三通阀门Ⅱ29使气体转置泵28与储样瓶30连通，冰样16中包裹气体存储在储样瓶30中，打开三通阀门Ⅰ25使导管24与干燥器26连通，当压力计20不再变化时关闭所有阀门和气体转置泵28，取下储样瓶30。
Claims (1)
1.一种在野外高寒条件下提取存贮冰川冰中包裹气体的装置，包括液化气罐（2）、强火炉头（4）、密闭水箱（5）、耐腐蚀泵（9）、融化室（12）、M型融化器（14）、倒M型融化器（17）、圆盘（18）、弹簧（19）、压力计（20）、高纯氮气瓶（23）、干燥器（26）、冷井（27）、气体转置泵（28）、储样罐（30），其特征在于：
融化室（12）上设有融化室盖（13），其内设有M型融化器（14）、倒M型融化器（17）、圆盘（18）；M型融化器（14）通过弹簧（19）与倒M型融化器（17）连接；
所述的M型融化器（14）和倒M型融化器（17）外盘绕铜管（15）；
所述的圆盘（18）通过导管Ⅰ（21）连接高纯氮气瓶（23）；
所述的导管Ⅰ（21）上设有气阀（22）；
所述的融化室（12）通过导管Ⅱ（24）连接三通阀Ⅰ（25）；三通阀Ⅰ（25）另外两个端口分别与干燥器（26）和气体转置泵（28）连接；
干燥器（26）连接冷井（27）；冷井（27）连接气体转置泵（28）；气体转置泵（28）连接三通阀Ⅱ（29）；三通阀Ⅱ（29）连接储样罐（30）；
液化气罐（2）通过输气管（3）与强火炉头（4）连接；强火炉头（4）与密闭水箱（5）连接；密闭水箱（5）上设有气压计（7）和温度计（8）；
密闭水箱（5）通过管路与耐腐蚀泵（9）连通；耐腐蚀泵（9）的出水管（10）与铜管（15）的进水口连通；铜管（15）的出水口通过导管Ⅲ（11）与密闭水箱（5）连通；
所述的密闭水箱（5）与铜管（15）形成一个循环水路；
所述的密闭水箱（5）内装乙二醇（6），流出铜管（15）的液体通过导管（11）流入密闭水箱（4），M型融化器（14）安装在融化室盖（13）上，冰样（16）置于M型融化器（14）和倒M型融化器（17）之间，融化室（12）底部设有一个圆盘（18），融化室盖（13）设有压力计（20）；
所述的压力计（20）与融化室（12）连通；
所述的圆盘（18）上设有排气孔。
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