CN110433749A - 一种光化学流动管装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光化学流动管装置，包括：反应组件，反应组件为一个反应腔室或多个分段式连接的反应腔室，反应腔室外设有反应腔室外罩，反应腔室外罩包围反应腔室且形成用于模拟光照和冷却的隔层；鞘气保护组件，鞘气保护组件设置在反应组件的一端，用于将鞘气通入反应腔室内，且鞘气在反应腔室的器壁周围形成层流保护层；样气进气组件，样气进气组件设置在反应组件的一端且位于鞘气保护组件内部，用于将样气通入反应腔室内，且样气置于鞘气形成的层流保护层内；模拟光照组件，用于模拟单色光照或复合光照，使反应样气受到充分均匀光照；气体冷却组件，用于调节反应腔室的温度；样气采集组件，用于采集反应腔室内的鞘气和反应后的样气。

Description

一种光化学流动管装置

技术领域

本发明涉及实验仪器技术领域，具体涉及一种光化学流动管装置。

背景技术

为开展光化学反应研究，需要一种小型室内模拟光化学反应的装置；该装置需具有容积小、操作灵活的特点且可有效避免样气和高活性中间产物在管壁的沉积；而现有同等规模的模拟光化学反应的装置，不能同时满足上述要求。

发明内容

针对上述问题中存在的不足之处，本发明提供一种光化学流动管装置，以解决现有小型室内模拟光化学反应的装置在实验过程中由于反应器容积小、样气反应不充分、样气在器壁沉积严重，而带来显著实验误差的问题。

本发明公开了一种光化学流动管装置，包括：

反应组件，所述反应组件为一个反应腔室或多个分段式连接的反应腔室，所述反应腔室外设有反应腔室外罩，所述反应腔室外罩包围所述反应腔室且形成用于模拟光照和冷却的隔层；

鞘气保护组件，所述鞘气保护组件设置在所述反应组件的一端，用于将鞘气通入所述反应腔室内，且鞘气在所述反应腔室的器壁周围形成层流保护层；

样气进气组件，所述样气进气组件设置在所述反应组件的一端且位于所述鞘气保护组件内部，用于将样气通入所述反应腔室内，且样气置于鞘气形成的层流保护层内；

模拟光照组件，所述模拟光照组件设置在所述反应组件的隔层内，用于模拟单色光照或复合光照，使反应样气受到充分均匀光照；

气体冷却组件，所述气体冷却组件贯穿在所述反应组件上，用于将冷却气通入所述反应组件的隔层内，调节所述反应腔室的温度；

样气采集组件，所述样气采集组件设置在所述反应组件的另一端，用于采集所述反应腔室内的鞘气和反应后的样气。

作为本发明的进一步改进，所述反应腔室和反应腔室外罩的两端设有法兰盘，两个法兰盘之间设有固定筋；

所述法兰盘上设有供所述反应腔室内鞘气和样气通过的中心孔、以及供冷却气通过的过气孔。

作为本发明的进一步改进，所述鞘气保护组件包括锥形筒保护段；

所述锥形筒保护段的锥形小端面上均布有多个鞘气进气口；

所述锥形筒保护段的筒形大端面连接在所述反应腔室的端部法兰盘上，所述锥形筒保护段的内腔与所述反应腔室相通；

所述锥形筒保护段内设有鞘气缓冲带和导流板，用于均匀分布鞘气并降低鞘气初始流速，最终达到一个稳定合适的速度。

作为本发明的进一步改进，所述样气进气组件包括锥形筒进气段，所述锥形筒进气段与所述锥形筒保护段同心设置；

所述锥形筒进气段的锥形小端面上设有样气进气口；

所述锥形筒进气段的筒形大端面连接在所述反应腔室的端部法兰盘上，所述锥形筒进气段的内腔与所述反应腔室相通。

作为本发明的进一步改进，所述锥形筒进气段内设有样气混合翅片组，用于样气充分混合。

作为本发明的进一步改进，所述模拟光照组件包括灯管和灯管固定座，所述灯管置于所述隔层内，所述灯管固定座安装在所述反应腔室的端部法兰盘，所述灯管安装在所述灯管固定座上。

作为本发明的进一步改进，气体冷却组件包括冷却气进口和冷却气出口；

所述冷却气进口安装在所述反应组件的一端法兰盘上，所述冷却气出口安装在所述反应组件的另一端法兰盘上，所述冷却气进口、冷却气出口与所述隔层相通。

作为本发明的进一步改进，所述样气采集组件包括锥形采样段；

所述锥形采样段的锥形尖端上设有样气采样口；

所述锥形采样段的锥形尖端上安装有外接管，所述外接管上安装有温湿度传感器，用于检测所述反应腔室内的温度和气体湿度；

所述锥形采样段的锥形大端面连接在所述反应腔室的端部法兰盘上，所述锥形采样段的内腔与所述反应腔室相通。

作为本发明的进一步改进，还包括：

支撑组件，所述支撑组件安装在所述反应组件的下方，用于支撑所述反应组件。

作为本发明的进一步改进，所述支撑组件包括支撑固定座和平台；

所述反应组件通过所述支撑固定座安装在所述平台上，所述平台的底部安装有可移动脚轮。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明具有容积小、样气反应充分、操作灵活的特点且可有效避免样气和高活性中间产物在管壁的沉积，可降低实验误差。

附图说明

图1为本发明一种实施例公开的光化学流动管装置的立体图；

图2为本发明一种实施例公开的光化学流动管装置的前视图；

图3为本发明一种实施例公开的光化学流动管装置的后视图；

图4为本发明一种实施例公开的光化学流动管装置的剖视图；

图5为本发明一种实施例公开的鞘气缓冲带的结构示意图；

图6为本发明一种实施例公开的导流板的结构示意图；

图7为本发明一种实施例公开的样气混合翅片组的结构示意图。

图中：

10、反应组件；11、反应腔室；12、反应腔室外罩；13、固定筋；14、法兰盘；

20、鞘气保护组件；21、锥形筒保护段；22、鞘气进气口；23、鞘气缓冲带；24、导流板；

30、样气进气组件；31、锥形筒进气段；32、样气进气口；33、样气混合翅片组；

40、模拟光照组件；41、灯管；42、灯管固定座；

50、气体冷却组件；51、冷却气进口；52、冷却气出口；

60、样气采集组件；61、锥形采样段；62、样气采样口；63、温湿度传感器；

70、支撑组件；71、支撑固定座；72、平台；73、可移动脚轮。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：

如图1-4所示，本发明提供一种光化学流动管装置，该光化学流动管装置可以安装在室内来模拟光化学反应；其包括：反应组件10、鞘气保护组件20、样气进气组件30、模拟光照组件40、气体冷却组件50、样气采集组件60和支撑组件70；其中：

本发明的反应组件10由一个反应腔室11或多个分段式连接的反应腔室11构成，反应腔室11外设有反应腔室外罩12，反应腔室外罩12包围反应腔室11且形成用于模拟光照和冷却的隔层；本发明通过多段式可拆卸的反应腔室11可实现反应组件10的容积调节，可以允许样气在腔室中停留时间可调；以适配不同的反应条件，使样气反应更加充分；具体的：

本发明的反应腔室11为直径300mm或其他直径尺寸的圆柱形筒状装置，反应腔室11外同轴设有反应腔室外罩12，带有反应腔室外罩12的反应腔室11的两端设有法兰盘14，两个法兰盘14之间设有固定筋13；法兰盘14上设有与反应腔室11相通的中心孔，一端法兰盘14的中心孔作为反应腔室11鞘气和样气的进气孔，用于安装鞘气保护组件20、样气进气组件30；另一端法兰盘14的中心孔作为反应腔室11鞘气和样气的采样孔，用于安装样气采集组件60；反应腔室外罩12与反应腔室11之间形成隔层，隔层内用于安装模拟光照组件40；法兰盘14上设有与隔层相通的过气孔，用于安装气体冷却组件50。

进一步，当需要安装时，将多个带有反应腔室外罩12的反应腔室11的法兰盘相对接，然后通过螺栓固定；反应腔室11连接完成后，在多个反应腔室11所构成的反应组件10的一端法兰盘上安装鞘气保护组件20、样气进气组件30，另一端法兰盘上安装样气采集组件60；然后在对应的过气孔上安装气体冷却组件50，完成整体装置的组装。

本发明的鞘气保护组件20设置在反应组件10的一端，用于将鞘气通入反应腔室11内，且鞘气在反应腔室11的器壁周围形成层流保护层；具体的：

本发明的鞘气保护组件20包括锥形筒保护段21，锥形筒保护段21由锥形段和筒形段构成，锥形筒保护段21的锥形小端面上均布有多个鞘气进气口22，锥形筒保护段21的筒形大端面连接在反应腔室11的端部法兰盘上，锥形筒保护段21的内腔与反应腔室11相通，使鞘气通过鞘气进气口22进入锥形筒保护段21内部，然后进入反应腔室11中，在反应腔室11的器壁周围形成层流保护层，其目的为防止样气在反应腔室11的器壁上沉积严重；其中，鞘气为不参与样气反应的惰性气体，如氮气、氦气等。

本发明的锥形筒保护段21内设有鞘气缓冲带23和导流板24；其作用为：均匀分布鞘气并降低鞘气初始流速，最终使鞘气达到一个稳定合适的速度。其中，鞘气缓冲带23如图4、5所示，鞘气缓冲带23为环形泡沫镍，分布在鞘气保护组件20和样气进气组件30之间，可通过调节缓冲带环形结构间的距离控制鞘气的流速以达到稳定合适的速度，结构为三维网状结构(海绵状多孔结构)。导流板24如图4、6所示，导流板24设置在样气进气组件30的外围末端(鞘气保护组件20和样气进气组件30之间)，对已经层流的鞘气起导向作用，将鞘气引导贴近反应腔室的器壁，以增加样气反应的空间。导流板为锥形桶状，一端套在样气进气组件上，大口朝向反应腔室。

本发明的样气进气组件30设置在反应组件10的一端且位于鞘气保护组件20内部，用于将样气通入反应腔室11内，且样气置于鞘气形成的层流保护层内；具体的：

本发明的样气进气组件30包括锥形筒进气段31，锥形筒进气段31由锥形段和筒形段构成，且锥形筒进气段31与锥形筒保护段21同心设置；锥形筒进气段31的锥形小端面上设有样气进气口32；锥形筒进气段31的筒形大端面连接在反应腔室11的端部法兰盘上，锥形筒进气段31的内腔与反应腔室11相通；使样气通过样气进气口32进入锥形筒进气段31内部，然后进入反应腔室11中，样气置于鞘气形成的层流保护层内。

本发明的锥形筒进气段31内设有样气混合翅片组33，用于样气充分混合；其中，样气混合翅片组33如图4、7所示，样气混合翅片组33共八组翅片，翅片与翅片扭转90度相接，翅片由多根不锈钢薄板条呈90°十字交叉形式连接而成，装在样气进气组件的筒形结构内，通过导流板的突起结构固定，作用是可以使样气高效混合。

本发明的模拟光照组件40设置在反应组件10的隔层内，用于模拟单色光照或复合光照，使反应样气受到充分均匀光照；具体的：

本发明的模拟光照组件40包括灯管41和灯管固定座42，每个反应腔室11的隔层内设置一个灯管41，灯管41两端安装在两端法兰盘上的灯管固定座42上，灯管41可模拟单色光照或复合光照。

本发明的气体冷却组件50贯穿在反应组件10上，用于将冷却气通入反应组件10的隔层内，调节反应腔室的温度；具体的：

本发明的气体冷却组件50包括冷却气进口51和冷却气出口52，冷却气进口51安装在反应组件的一端法兰盘上，冷却气出口52安装在反应组件的另一端法兰盘上，冷却气进口51、冷却气出口52与隔层相通。

进一步，冷却气可替换为水浴冷却，当采用水浴冷却时，需对灯管增加一防水保护罩。

本发明的样气采集组件60设置在反应组件10的另一端，用于采集反应腔室11内的鞘气和反应后的样气；具体的：

本发明的样气采集组件60包括锥形采样段61，采用锥形结构，中心采集样气，不会影响鞘气和样气的层流状态和速度分布；锥形采样段61的锥形尖端上设有样气采样口62；锥形采样段61的锥形尖端上安装有外接管，外接管上安装有温湿度传感器63，目的是既可以检测气体的温湿度，又不会影响气体的速度，避免气体在端头形成漩涡从而影响反应腔室内部的各种气体状态；锥形采样段61的锥形大端面连接在反应腔室11的端部法兰盘上，锥形采样段61的内腔与反应腔室11相通。

本发明的支撑组件70安装在反应组件10的下方，用于支撑反应组件10；具体为：

本发明的支撑组件70包括支撑固定座71和平台72，反应组件10通过支撑固定座71安装在平台72上，平台72的底部安装有可移动脚轮73。

本发明的光化学流动管装置的使用方法为：

1、根据需求选择合适容积的反应腔体，然后将选择好的多个带有反应腔室外罩12的反应腔室11组装在一起，构成反应组件10；其中，反应组件10内带有模拟光照组件40；

2、将反应组件10安装在支撑组件70上；

3、在反应组件10的一端安装鞘气保护组件20和样气进气组件30，另一端安装样气采集组件60；在反应组件10的冷却接口处连接有气体冷却组件50；

4、上述安装完成后，构成光化学流动管装置；

5、在鞘气进气口22处通入鞘气，在样气进气口32处通过样气，鞘气进气口22在反应腔室11的器壁上形成层流保护层，样气被包裹在层流保护层内；

6、打开模拟光照组件40进行模拟光照，可选择打开气体冷却组件50进行冷却；模拟样气的光化学反应；

7、反应完成后，通过样气采样口62进行样气采集，进行后续分析。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光化学流动管装置，其特征在于，包括：

反应组件，所述反应组件为一个反应腔室或多个分段式连接的反应腔室，所述反应腔室外设有反应腔室外罩，所述反应腔室外罩包围所述反应腔室且形成用于模拟光照和冷却的隔层；

鞘气保护组件，所述鞘气保护组件设置在所述反应组件的一端，用于将鞘气通入所述反应腔室内，且鞘气在所述反应腔室的器壁周围形成层流保护层；

样气进气组件，所述样气进气组件设置在所述反应组件的一端且位于所述鞘气保护组件内部，用于将样气通入所述反应腔室内，且样气置于鞘气形成的层流保护层内；

模拟光照组件，所述模拟光照组件设置在所述反应组件的隔层内，用于模拟单色光照或复合光照，使反应样气受到充分均匀光照；

气体冷却组件，所述气体冷却组件贯穿在所述反应组件上，用于将冷却气通入所述反应组件的隔层内，调节所述反应腔室的温度；

样气采集组件，所述样气采集组件设置在所述反应组件的另一端，用于采集所述反应腔室内的鞘气和反应后的样气。

2.如权利要求1所述的光化学流动管装置，其特征在于，所述反应腔室和反应腔室外罩的两端设有法兰盘，两个法兰盘之间设有固定筋；

所述法兰盘上设有供所述反应腔室内鞘气和样气通过的中心孔、以及供冷却气通过的过气孔。

3.如权利要求2所述的光化学流动管装置，其特征在于，所述鞘气保护组件包括锥形筒保护段；

所述锥形筒保护段的锥形小端面上均布有多个鞘气进气口；

所述锥形筒保护段的筒形大端面连接在所述反应腔室的端部法兰盘上，所述锥形筒保护段的内腔与所述反应腔室相通；

所述锥形筒保护段内设有鞘气缓冲带和导流板，用于均匀分布鞘气并降低鞘气初始流速，最终达到一个稳定合适的速度。

4.如权利要求3所述的光化学流动管装置，其特征在于，所述样气进气组件包括锥形筒进气段，所述锥形筒进气段与所述锥形筒保护段同心设置；

所述锥形筒进气段的锥形小端面上设有样气进气口；

所述锥形筒进气段的筒形大端面连接在所述反应腔室的端部法兰盘上，所述锥形筒进气段的内腔与所述反应腔室相通。

5.如权利要求4所述的光化学流动管装置，其特征在于，所述锥形筒进气段内设有样气混合翅片组，用于样气充分混合。

6.如权利要求2所述的光化学流动管装置，其特征在于，所述模拟光照组件包括灯管和灯管固定座，所述灯管置于所述隔层内，所述灯管固定座安装在所述反应腔室的端部法兰盘，所述灯管安装在所述灯管固定座上。

7.如权利要求2所述的光化学流动管装置，其特征在于，气体冷却组件包括冷却气进口和冷却气出口；

所述冷却气进口安装在所述反应组件的一端法兰盘上，所述冷却气出口安装在所述反应组件的另一端法兰盘上，所述冷却气进口、冷却气出口与所述隔层相通。

8.如权利要求2所述的光化学流动管装置，其特征在于，所述样气采集组件包括锥形采样段；

所述锥形采样段的锥形尖端上设有样气采样口；

所述锥形采样段的锥形尖端上安装有外接管，所述外接管上安装有温湿度传感器，用于检测所述反应腔室内的温度和气体湿度；

所述锥形采样段的锥形大端面连接在所述反应腔室的端部法兰盘上，所述锥形采样段的内腔与所述反应腔室相通。

9.如权利要求2所述的光化学流动管装置，其特征在于，还包括：

支撑组件，所述支撑组件安装在所述反应组件的下方，用于支撑所述反应组件。

10.如权利要求9所述的光化学流动管装置，其特征在于，所述支撑组件包括支撑固定座和平台；

所述反应组件通过所述支撑固定座安装在所述平台上，所述平台的底部安装有可移动脚轮。