[發(fā)明專利]一種垂直溫度梯度可調(diào)型煙霧箱及其工作方法

有效

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• 申請日: 2016-03-16
• 公開（公告）號: CN105642373B
• 公開（公告）日: 2017-09-15
• 發(fā)明（設計）人: 佟勝睿;陳怡;葛茂發(fā)
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所
• 主分類號: B01L1/00
• 分類號: B01L1/00;B01D53/26
• 代理公司: 北京知元同創(chuàng)知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙)11535
• 代理人: 劉元霞,牛艷玲

技術領域

本發(fā)明屬于大氣環(huán)境試驗設備領域，涉及一種垂直溫度梯度可調(diào)型煙霧箱及其工作方法。

背景技術

煙霧箱是實驗室研究大氣污染過程的實驗模擬工具之一。利用煙霧箱可以將大氣污染過程中的重要化學反應過程提取出來進行模擬，并可人為控制反應條件如溫度、濕度、污染物濃度等，研究大氣污染過程中關鍵影響因素，實驗具有可重復性。并可將實驗所得結(jié)果與實際外場監(jiān)測相結(jié)合，發(fā)現(xiàn)大氣污染的規(guī)律，了解其污染的本質(zhì)。

利用煙霧箱模擬大氣污染過程的研究始于20世紀50年代的歐洲，近些年來由于我國大氣污染的加重而在我國大氣研究領域逐漸普及。但目前的煙霧箱對溫度的模擬只能實現(xiàn)箱體內(nèi)同一溫度的控制而不能實現(xiàn)模擬大氣層溫度梯度變化的現(xiàn)象。

在對流層中，一般情況下大氣溫度隨著高度增加而下降，每上升100米，溫度降低0.6℃左右。即低層大氣溫度高、密度小，高層大氣溫度低、密度大，使得大氣層容易發(fā)生“對流”運動。

在大氣污染過程中可將近地面層的污染物向高空乃至遠方輸散，從而使城市上空污染程度減輕。然而當受到地球的強烈輻射作用、地形、氣壓影響時會出現(xiàn)如輻射逆溫、地形逆溫以及下沉逆溫等氣溫隨高度增加而升高的反常現(xiàn)象，即出現(xiàn)“逆溫層”。它使得空氣垂直對流運動受到阻礙，從而阻礙了近地面層大氣污染物的上升擴散，使得大氣污染物停滯在近地面的大氣層中越積越多，加劇空氣污染的程度。由此可見，逆溫層的溫度效應在大氣污染過程中具有極其重要的研究意義。

綜上，大氣垂直溫度分布并不是一直保持一個恒定值不變，而是隨高度的變化而變化。但目前的煙霧箱并沒有能夠模擬大氣溫度梯度變化以及逆溫層現(xiàn)象的功能，不利于更加真實的模擬大氣污染的過程。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決煙霧箱溫度只能維持一個溫度而不能真實模擬大氣垂直溫度變化的問題，提出了一種垂直溫度梯度可調(diào)型煙霧箱及其工作方法，進一步地，該煙霧箱還能夠模擬逆溫層現(xiàn)象。

本發(fā)明提出的一種垂直溫度梯度變化的煙霧箱，該煙霧箱包括箱體，該煙霧箱還包括溫度分級控制裝置，溫度分級控制裝置包括通過管道依次連接的壓縮機、冷凝器、干燥過濾器和多級溫度控制部，多級溫度控制部還與壓縮機連接，從而形成循環(huán)體系。

進一步地，該煙霧箱還包括除濕裝置，除濕裝置設置在箱體內(nèi)部，用于對煙霧箱箱體內(nèi)的空氣進行除濕。

進一步地，多級溫度控制部的每級溫度控制部均包括通過管道依次連接的溫控裝置、毛細管和蒸發(fā)器，溫控裝置還與所述干燥過濾器連接，蒸發(fā)器還與壓縮機連接。

進一步地，蒸發(fā)器通過可控延時開關與壓縮機連接。

進一步地，溫度分級控制裝置采用溫度分級控制策略實現(xiàn)大氣垂直溫度分布的模擬。

進一步地，當需要減少溫度級數(shù)時，通過相鄰級的蒸發(fā)器設置相同溫度的方式來實現(xiàn)級數(shù)的減少。

進一步地，該煙霧箱還包括溫度測量部、濕度測量部、樣品進樣口、樣品采樣口、廢氣口以及模擬太陽光光源的紫外光燈。

進一步地，所述箱體具有保溫功能，該保溫功能通過在箱體夾層中設置保溫材料或保溫層實現(xiàn)。

進一步地，煙霧箱箱體內(nèi)壁的材料具有高的光反射率，并且具有優(yōu)良的熱導系數(shù)。

本發(fā)明還提出一種如前所述的煙霧箱的工作方法，該方法包括以下步驟：

步驟0：在箱體內(nèi)放入反應容器，進行啟動前的準備工作；

步驟1：打開除濕裝置對箱體內(nèi)的空氣進行除濕；

步驟2：除濕完畢后，在溫度分級控制裝置啟動時或啟動前關閉除濕裝置，各溫控裝置打開；

步驟3：壓縮機將制冷劑壓縮成高溫高壓狀態(tài)進入冷凝器中；冷凝器將高溫高壓的制冷劑轉(zhuǎn)化成液體形式的中溫高壓制冷劑；然后制冷劑進入干燥過濾器中除去水分；

步驟4：當每一級溫度控制部的溫度等于或低于該級所設定的溫度時，該級的溫控裝置關閉，制冷劑不流入該級的毛細管和蒸發(fā)器；當每一級溫度控制部的溫度高于該級所設定的溫度時，該級的溫控裝置打開，制冷劑流入該級的毛細管和蒸發(fā)器中進行制冷；

步驟5：重復步驟4，直到工作結(jié)束或中斷。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明提出的垂直溫度梯度可調(diào)型煙霧箱，利用溫度分級控制裝置實現(xiàn)對不同垂直大氣溫度變化模型進行模擬：降溫或升溫、驟降(升)或逐漸降溫(升溫)、梯度降溫(升溫)或逆溫層，以及其他溫度分布情況。通過該煙霧箱對大氣垂直溫度變化進行模擬，能夠更加接近真實大氣情況，加深對大氣垂直結(jié)構對大氣污染的影響的理解。尤其是能夠利用本發(fā)明模擬逆溫層結(jié)構，研究逆溫層對大氣污染形成的影響。