CN111735671A - 一种用于收集深海海底溢出气体的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于收集深海海底溢出气体的装置及方法,涉及深海海底溢出气体采样领域,装置包括采样罐、采样罩、取气阀、减压阀、密封塞、第一弹性结构和第二弹性结构;所述采样罐的顶部封口、底部开口,所述取气阀和减压阀设于采样罐的顶部;所述采样罩的两端均开口,其连接于采样罐的底部;所述密封塞设于采样罐的底部罐口,用于采样后密封罐体;所述第一弹性结构位于采样罐内,第一弹性结构的两端分别连接密封塞的上部和采样罐的顶部;所述第二弹性结构位于采样罩内,第二弹性结构的两端分别连接密封塞的下部和采样罩的底部。可实现对海底溢出气体的原位采集,避免海面空气样品的沾污,而且具有能自动释放压力的功能和密闭取气功能。
Description
技术领域
本发明涉及深海海底溢出气体采样领域,尤其涉及一种用于收集深海海底溢出气体的装置及方法。
背景技术
大陆架沉积物中埋藏有大量的气体,其中以固体形态天然气水合物为主。天然气水合物在沉积物中赋存需要严格的温压条件,随着天然气水合物失稳环境因素增多,如底层水温度升高、海底地温梯度增加、孔隙水盐度变化等,导致天然气水合物不同程度的分解,分解产生的大量甲烷气体,通过沉积物地质构造裂隙和沉积物水界面以气泡的形式释放进入海水,海水中甲烷进一步氧化为二氧化碳,会使海水中氧气含量减少,而二氧化碳增加可以导致海水酸化;大量甲烷释放进入大气中,进一步增强全球温室效应等一系列的环境和气候问题。目前,由于受到海底气体采集实验装置的限制,直接采集海底释放的气体样品存在较大的困难,且对海底水合物释放甲烷通量仅仅只能依靠理论估算,很难实现对海底沉积物释放的甲烷进行直接的测量和估算。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中无法原位采集海底溢出气体,且将采集的气体隔绝外界空气污染的采样的技术难题,提供一种用于收集深海海底溢出气体的装置及方法,可实现对海底溢出气体的原位采集,避免海面空气样品的沾污。
为达到上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种用于收集深海海底溢出气体的装置,包括采样罐、采样罩、取气阀、减压阀、密封塞、第一弹性结构和第二弹性结构;所述采样罐的顶部封口、底部开口,所述取气阀和减压阀设于采样罐的顶部;所述采样罩的两端均开口,其连接于采样罐的底部;所述密封塞设于采样罐的底部罐口,用于采样后密封罐体;所述第一弹性结构位于采样罐内,第一弹性结构的两端分别连接密封塞的上部和采样罐的顶部;所述第二弹性结构位于采样罩内,第二弹性结构的两端分别连接密封塞的下部和采样罩的底部。
本发明还包括固定架和拉环,所述固定架设于采样罩的底部,固定架的中部设有一供第二弹性结构穿过的通孔,拉环位于该通孔的外面,所述第二弹性结构的一端伸出于通孔与拉环连接。
所述采样罩呈从上到下渐扩的喇叭型结构,且采样罩的上开口与采样罐的下开口尺寸适配,所述密封塞的上密封部与采样罐的下开口密封适配,密封塞的下密封部向外扩展与采样罩的上开口密封适配。
所述密封塞的上下两端均设有凸起,分别用于连接第一弹性结构和第二弹性结构。
所述第一弹性结构和第二弹性结构采用弹性绳或弹簧。
所述弹性绳的材质采用橡胶、硅胶或乳胶,所述弹簧为不锈钢弹簧。
所述采样罐和采样罩一体成型、或采样罐和采样罩分体密封连接。
所述采样罐的外部设有用于抓握的手柄。
本发明采用上述装置收集深海海底溢出气体的方法,包括以下步骤:
1)通过第二弹性结构将密封塞向下拉以打开采样罐的下开口,并将第二弹性结构的一端固定于采样罩的底部;
2)控制水下机器人的机械手抓住装置,旋转机械手180°,下水后,使海水充满装置内部排出气泡后,再将机械手旋转回原位置;
3)到达采样区域后,通过水下机器人的机械手将采样罩置于溢出气泡上方,并采集深海底质溢出的气体样品;
4)采集一定量气体样品后,控制另一机械手使第二弹性结构放松弹回,密封塞受第一弹性结构的拉力作用,紧扣采样罐的底部,从而将采集的气体样品密封;
5)样品采集完毕后,将装置置于水下机器人存储区域内,在上浮过程中,采样罐压力超过一定气压后,通过减压阀可自动控制采样罐内的气体压力;
6)装置运输至水面后,通过取气阀采集采样罐的内部气体样品。
步骤6)中,装置运输至水面后,若是采集“冷泉”区域的样品,由于气泡在装置内会固化,可放置一段时间,待气化后,通过取气阀处采样。
相对于现有技术,本发明技术方案取得的有益效果是:
1、本发明可用于采集冷泉天然气水合物和热液口溢出气体,实现对深海海底溢出气体的原位采集和密封,可以将海底溢出的气体样品密封在采样罐体内,避免海面空气样品的沾污,从而实现海底气体样品的采集和保存。
2、本发明装置既耐高压,又具有很好的气密性,而且具有能自动释放压力的功能和密闭取气功能。
3、本发明装置结构简易,便于操作,成本低廉,应用范围广。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
附图标记:取气阀1,采样罐2,采样罩3,第一弹性绳4,密封塞5,固定架6,第二弹性绳7,拉环8,减压阀9。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白,以下结合附图和实施例,对本发明做进一步详细说明。
如图1所示,本实施例包括采样罐2、采样罩3、取气阀1、减压阀9、密封塞5、第一弹性绳4、第二弹性绳7、固定架6、拉环8;
所述采样罐2的顶部封口、底部开口,外部可设有用于抓握的手柄;
所述取气阀1和减压阀9设于采样罐2的顶部,分别用于采样罐2内气体样品和减少罐内气体样品的压力;
所述采样罩3的两端均开口,其连接于采样罐2的底部,采样罐2和采样罩3可一体成型、或分体密封连接;
所述密封塞5设于采样罐2的底部罐口,密封塞5的上下两端均设有凸起并在凸起上开设小孔,分别用于连接第一弹性绳4和第二弹性绳7;
所述第一弹性绳4位于采样罐2内,第一弹性绳4的两端分别连接密封塞5的上部凸起和采样罐2的顶部;所述第二弹性绳7位于采样罩3内,第二弹性绳7的两端分别连接密封塞5的下部凸起和采样罩3的底部;具体地,所述第一弹性绳4和第二弹性绳7的材质采用橡胶,第一弹性绳4和第二弹性绳7也可换成不锈钢弹簧;
所述固定架6设于采样罩3的底部,固定架6的中部设有一供第二弹性绳7穿过的通孔,拉环8位于该通孔的底部外面,所述第二弹性绳7的一端伸出于通孔与拉环8连接;所述固定架6可采用十字形固定架,结构更加稳定牢固;
本实施例中,所述采样罩3呈从上到下渐扩的喇叭型结构,且采样罩3的上开口与采样罐2的下开口尺寸适配,所述密封塞5的上密封部与采样罐2的下开口密封适配,密封塞5的下密封部向外扩展与采样罩3的上开口密封适配。
具体的密封原理如下:采样结束后,拉环8拔出,受第一弹性绳4拉力的影响,密封塞5向上运动并卡在采样罐2和采样罩3之间,从而紧贴采样罐2的底部,起到密封效果。
本发明采用上述装置收集深海海底溢出气体的方法,包括以下步骤:
1)通过第二弹性绳7将密封塞5向下拉,以打开采样罐2的下开口,并将第二弹性绳7的一端通过固定架6的通孔套设在拉环8上;
2)控制水下机器人的机械手抓住装置,旋转机械手180°,下水后,使海水充满装置内部排出气泡后,再将机械手旋转回原位置;
3)到达采样区域后,通过水下机器人的机械手将采样罩3置于溢出气泡上方,并采集深海底质溢出的气体样品;
4)采集一定量气体样品后,控制另一机械手拨开拉环8,使第二弹性绳7放松弹回,密封塞5受第一弹性绳4的拉力作用,紧扣采样罐2的底部,从而将采集的气体样品密封;
5)样品采集完毕后,将装置置于水下机器人存储区域内,在上浮过程中,采样罐2压力超过一定气压后,通过减压阀9可自动控制采样罐2内的气体压力;
6)装置运输至水面后,通过取气阀1采集采样罐2的内部气体样品;
步骤6)中,装置运输至水面后,若是采集“冷泉”区域的样品,由于气泡在装置内会固化,可放置一段时间,待气化后,通过取气阀1处采样。
本发明提供一种深海海底气体收集装置,区别于此前海底透明敞口的收集装置,该装置可以将收集的气泡密封在罐体中,且通过水下机器人带到海表的过程中自动释放压力,同时密封的气体不易受到周围大气本底环境的沾污,并可以对收集组分中的气体进行密封取样,进行相关的分析测试,这对了解海底天然气水合物成藏过程及形成机制和成因都有重要的科学意义。
Claims (10)
1.一种用于收集深海海底溢出气体的装置,其特征在于:包括采样罐、采样罩、取气阀、减压阀、密封塞、第一弹性结构和第二弹性结构;所述采样罐的顶部封口、底部开口,所述取气阀和减压阀设于采样罐的顶部;所述采样罩的两端均开口,其连接于采样罐的底部;所述密封塞设于采样罐的底部罐口,用于采样后密封罐体;所述第一弹性结构位于采样罐内,第一弹性结构的两端分别连接密封塞的上部和采样罐的顶部;所述第二弹性结构位于采样罩内,第二弹性结构的两端分别连接密封塞的下部和采样罩的底部。
2.如权利要求1所述的一种用于收集深海海底溢出气体的装置,其特征在于:还包括固定架和拉环,所述固定架设于采样罩的底部,固定架的中部设有一供第二弹性结构穿过的通孔,拉环位于该通孔的外面,所述第二弹性结构的一端伸出于通孔与拉环连接。
3.如权利要求1所述的一种用于收集深海海底溢出气体的装置,其特征在于:所述采样罩呈从上到下渐扩的喇叭型结构,且采样罩的上开口与采样罐的下开口尺寸适配,所述密封塞的上密封部与采样罐的下开口密封适配,密封塞的下密封部向外扩展与采样罩的上开口密封适配。
4.如权利要求1所述的一种用于收集深海海底溢出气体的装置,其特征在于:所述密封塞的上下两端均设有凸起,分别用于连接第一弹性结构和第二弹性结构。
5.如权利要求1所述的一种用于收集深海海底溢出气体的装置,其特征在于:所述第一弹性结构和第二弹性结构采用弹性绳或弹簧。
6.如权利要求5所述的一种用于收集深海海底溢出气体的装置,其特征在于:所述弹性绳的材质采用橡胶、硅胶或乳胶,所述弹簧为不锈钢弹簧。
7.如权利要求1所述的一种用于收集深海海底溢出气体的装置,其特征在于:所述采样罐和采样罩一体成型、或采样罐和采样罩分体密封连接。
8.如权利要求1所述的一种用于收集深海海底溢出气体的装置,其特征在于:所述采样罐的外部设有用于抓握的手柄。
9.采用权利要求1~8任一项所述的装置收集深海海底溢出气体的方法,其特征在于包括以下步骤:
1)通过第二弹性结构将密封塞向下拉以打开采样罐的下开口,并将第二弹性结构的一端固定于采样罩的底部;
2)控制水下机器人的机械手抓住装置,旋转机械手180°,下水后,使海水充满装置内部排出气泡后,再将机械手旋转回原位置;
3)到达采样区域后,通过水下机器人的机械手将采样罩置于溢出气泡上方,并采集深海底质溢出的气体样品;
4)采集一定量气体样品后,控制另一机械手使第二弹性结构放松弹回,密封塞受第一弹性结构的拉力作用,紧扣采样罐的底部,从而将采集的气体样品密封;
5)样品采集完毕后,将装置置于水下机器人存储区域内,在上浮过程中,采样罐压力超过一定气压后,通过减压阀可自动控制采样罐内的气体压力;
6)装置运输至水面后,通过取气阀采集采样罐的内部气体样品。
10.如权利要求9所述收集深海海底溢出气体的方法,其特征在于:步骤6)中,装置运输至水面后,若是采集“冷泉”区域的样品,由于气泡在装置内会固化,可放置一段时间,待气化后,通过取气阀处采样。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20201002 |