CN1721076A - 现代海底热液系统模拟反应装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种现代海底热液系统模拟反应装置，包括反应装置以及相应的自动控制装置，其特征是还包括与反应装置相连的进样装置和取样装置，所述的反应装置是一个圆柱腔形的筒体，其筒体入口端通过大压紧螺母及与其相适配的密封块实现密封，该密封块上有进样孔道和供插入传感器的传感器接口；筒体的出口端则通过小压紧螺母及与其相适配的密封杆实现密封，密封杆中轴线上具有出样孔道，侧周边上的具有压力计和热电偶。进样装置包括截止阀、高压输液泵、三通阀、进样管；取样装置包括与筒体相连的取样管、安全溢流阀、毛细取样管和取样容器。本发明结构合理，根据需要选择进样方式，实用性强，适用于现代海底热液系统的模拟实验工作。

Description

现代海底热液系统模拟反应装置

技术领域

本发明涉及一种用于模拟现代海底热液系统中各种反应的装置，即现代海底热液系统模拟反应装置。

背景技术

随着陆地资源的大量消耗和人类资源的日益短缺，深海研究已逐渐成为世界各国都非常重视的研究领域。现代海底热液活动是继板块学说之后的又一重大科学发现，从1977年首次在水深2500米的加拉帕戈斯隆起发现热液喷口以来，涉及现代海底热液活动的资源(矿产资源、深海生物基因资源等)及重大科学问题(如生命的起源等)已得到全世界的广泛关注，现代海底热液系统已成为重要的深海勘探目标和研究课题。目前热液系统研究主要从两方面展开，一方面是加强野外实地探测和取样，以发现更多的热液活动场，并在已发现热液活动的地区进行详细的样品和参数获取，据此对热液体系的形成、发展及成矿规律进行理论研究；另一方面则是进行现代热液活动的室内模拟(包括数值模拟和实验模拟)和分析，逐步提高人类对热液活动的规律性认识，并增强人类对热液资源的勘探和开发能力。海洋调查和采样费用昂贵，野外实测获得的数据和样品毕竟有限，而且有些参数无法从野外直接获得，室内模拟实验不但可以相对经济地加深人们对热液过程的理解，还可以弥补野外采样的不足。目前国内采用的室内模拟反应装置多是从国外购置，往往仅考虑室内实验工作的完成，较少考虑到与野外采样技术的结合。另外，多数为静态封闭式反应装置，很少考虑热液体系的动态开放本质，即不考虑反应过程中流体相随时间的变化，也不考虑积累效应的影响，与实际情况有较大差异。随着我国海洋调查技术的深入发展，为更好开展现代海底热液系统模拟实验工作，也为了与国内野外调查技术相呼应，设计开发与野外工作相结合的开放式热液体系模拟反应装置显然是非常必要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种模拟现代海底热液系统中涉及的反应的装置，即现代海底热液系统模拟反应装置，以弥补已有技术的不足。

本发明设计中不但考虑了热液体系中反应的开放动态本质，采用开放式流动设计；同时，考虑到室内反应装置和野外实际采样装置的连接，具有连接热液保真采样器的接口；在结构设计和材料选择上都应满足20-400℃工作温度和1-35Mpa工作压力的技术要求。

因此，本发明包括反应装置以及相应的自动控制装置，其特征在于还包括与反应装置相连通的进样装置和取样装置。且反应装置是一个圆柱腔形的筒体，外部套有两个分别受控的电加热环，该电加热环外包有保温层和最外层的壳体。所述筒体的入口端通过大压紧螺母及与其相适配的密封块实现密封，密封块上具有进样孔道和供插入传感器的传感器接口；筒体的出口端通过小压紧螺母及与其相适配的密封杆实现密封，密封杆中轴线上具出样孔道，侧周边上具有压力计和热电偶。所述的进样装置包括截止阀、高压输液泵、三通阀、进样管，其连接方式为：筒体通过进样孔道，经外有加热保温层的进样管，与三通阀相连，三通阀的另外两端分别连有与试样容器相通的高压输液泵和可与外加的野外采样装置相连的截止阀。所述的取样装置包括取样管、安全溢流阀、毛细取样管和取样容器，其连接方式为：筒体通过出样孔道，经取样管，与安全溢流阀相连，且经毛细取样管与接收容器相通。

附图说明

图1本发明的结构图。

其中：1进样装置；2反应装置；3取样装置；4试样容器；5截止阀；6高压输液泵；7三通阀；8加热保温层；9进样管；10筒体；11电加热环；12保温层；13壳体；14热电偶；15小压紧螺母；16密封杆；17压力计；18密封块；19大压紧螺母；20传感器接口；21取样管；22安全溢流阀；23毛细取样管；24取样容器。

图2筒体出口端封接结构中的密封杆16(a)和与其相适配的小压紧螺母15(b)的剖面示意图。其中e为出样孔道。

图3筒体入口端封接结构中的密封块18(a)和与其相适配的大压紧螺母19(b)的分解结构剖面示意图。其中c为进样孔道；d为传感器接口。

具体实施方式

本发明包括反应装置2以及相应的自动控制装置，其特征在于还包括与反应装置2相连的进样装置1和取样装置3。且反应装置是一个圆柱腔形的筒体10，其外部套有两个分别受控的电加热环11，该电加热环外包有保温层12和最外层的壳体13。所述筒体10的入口端由大压紧螺母19及与其相适配的密封块18实现密封，密封块18上有进样孔道c和供插入传感器的传感器接口20；筒体10的出口端通过小压紧螺母15及与其相适配的密封杆16密封，密封杆16中轴线上具出样孔道e，侧周边上具有压力计17和热电偶14。所述的进样装置1包括截止阀5、高压输液泵6、三通阀7、进样管9，其连接方式为：筒体10通过进样孔道c，经外有加热保温层8的进样管9，与三通阀7相连，三通阀7的另外两端分别连有与试样容器4相通的高压输液泵6和可与外加的野外采样装置相连的截止阀5。所述的取样装置3包括取样管21、安全溢流阀22、毛细取样管23和取样容器24，其连接方式为：筒体10通过出样孔道e，经取样管21，与安全溢流阀22相连，且经毛细取样管23与取样容器24相通。

本发明的反应装置2中的筒体10为钛质圆柱腔型结构，筒体10进口端的密封块18可以根据接入传感器的不同而更换。分别连接进样装置1和取样装置3的进样管9和取样管21、23均为钛质材料。保温层12采用陶瓷纤维材料，最外层壳体13由不锈钢材料制成。上述截止阀5、高压输液泵6、安全溢流阀22均为市售产品。

本发明的工作过程是这样的：工作前在筒体10中填充固体试样，并充满液体试样。截面为T形、分别有进样孔道c和传感器接口d的密封块18(见图2a)，同与之相适配的大压紧螺母19(见图2b)，经外螺纹对筒体10的入口端密封；截面为T形、中心有出样孔道e的柱状密封杆16(见图3a)，同与其相适配小压紧螺母15(见图3b)，经内螺纹对筒体10的出口端密封。进样有一种或两种通道，其一是野外采样装置中的样品经过截止阀5和三通阀7进入筒体10内，加热保温层8可以保证从野外采样装置出来的样品维持原来的温度；另一通道是配置好的液体试样置于试样容器4中，通过高压输液泵6，经由三通阀7进入筒体10，可以根据需要选择其中一种通道。加热保温层8可以保证冷样品预热后进入到筒体10内，防止冷样品直接进入筒内的温度干扰。反应过程中可以通过高压输液泵6、压力计17和安全溢流阀22控制筒内压力；凭借电加热环11、保温层12和热电偶14监控筒内温度；可以利用搭载在传感器接口20的传感器监测反应溶液的相关化学参数。反应过程中可以随时通过安全溢流阀22和毛细取样管23取得流体样品。

由此构筑的本发明结构合理，可以根据需要选择进样方式，实用性强，适用于现代海底热液系统的模拟实验工作。

Claims (8)

1一种现代海底热液系统模拟反应装置，包括反应装置(2)以及相应的自动控制装置，其特征是还包括与反应装置(2)相连的进样装置(1)和取样装置(3)。

2如权利要求(1)所述的现代海底热液系统模拟反应装置，其特征是所述的反应装置(2)是一个圆柱腔形的筒体(10)，其外部套有两个分别受控的电加热环(11)，该电加热环外包有保温层(12)和最外层的壳体(1)；所述筒体(10)的入口端通过大压紧螺母(19)及与其相适配的密封块(18)实现密封，密封块(18)上有进样孔道(c)和供插入传感器的传感器接口(20)；筒体(10)的出口端通过小压紧螺母(15)及与其相适配的密封杆(16)实现密封，密封杆(16)中轴线上具出样孔道(e)，侧周边上具有热电偶(14)和压力计(17)。

3如权利要求1所述的现代海底热液系统模拟反应装置，其特征是所述的进样装置(1)包括截止阀(5)、高压输液泵(6)、三通阀(7)、进样管(9)；筒体(10)通过进样孔道(c)，经外有加热保温层的进样管(9)，与三通阀(7)相连，三通阀(7)的另外两端分别连有与试样容器(4)相通的高压输液泵(6)和与野外采样装置相连的截止阀(5)。

4如权利要求1所述的现代海底热液系统模拟反应装置，其特征是所述的取样装置(3)包括取样管(21)、安全溢流阀(22)、毛细取样管(23)和接收容器(24)；筒体(10)通过出样孔道(e)，经取样管(21)，与安全溢流阀(22)相连，且经毛细取样管(23)与取样容器(24)相通。

5如权利要求1所述的现代海底热液系统模拟反应装置，其特征是反应装置(2)的筒体(10)为钛质圆柱腔型结构。

6如权利要求1所述的现代海底热液系统模拟反应装置，其特征是电加热环(11)外层的保温层(12)为陶瓷纤维材料。

7如权利要求1所述的现代海底热液系统模拟反应装置，筒体(10)的最外层壳体(13)为不锈钢材料。

8如权利要求1所述的现代海底热液系统模拟反应装置，其特征是筒体(10)进口端的密封块(18)根据接入传感器的不同而更换。

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