自由基除水混勻反應裝置製造方法
2023-08-07 07:17:16
自由基除水混勻反應裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種自由基除水混勻反應裝置，包括乾燥管、混合接頭和化學放大反應器，乾燥管固定在化學放大反應器的前端，混合接頭固定在化學放大反應器的後端；乾燥管中形成有內管體和外管體，內管體為Nafion材質製成；混合接頭包括主進氣管、輔助進氣管和混合管，主進氣管與混合管連通，輔助進氣管插在混合管中；化學放大反應器包括前蓋、柱體和後蓋，前蓋上開設有兩個進氣孔，柱體中形成有反應腔，柱體的前端面開設有環形凹槽，環形凹槽中開設有多個與反應腔連通的氣道，前蓋與環形凹槽形成密閉的環形腔體，進氣孔與環形腔體連通；內管體和主進氣管分別與反應腔密封連接。實現提高自由基的測量靈敏度和測量精度。
【專利說明】自由基除水混勻反應裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種氣體檢測裝置，尤其涉及一種自由基除水混勻反應裝置。
【背景技術】
[0002]大氣自由基是對流層大氣光化學汙染的重要參與者，控制著多數大氣痕量化學組分的濃度水平、時空分布以及最終歸宿，是大氣細粒子顆粒物的主要來源，與地球溫室效應、酸雨、大氣氧化水平升高、全球氣候變化等重大的環境問題密切相關，對人類賴以生存的大氣環境有著十分重要的影響。
[0003]過去20多年以來，外場觀測已成為一種研究大氣自由基的重要方法。由於大氣自由基的化學活性高，壽命短(〈1 min)，濃度低(pptv級)，在線測定大氣自由基一直是一項非常具有挑戰性的工作。目前，過氧自由基化學放大法(peroxy radical measurement bychemical amplificat1n,以下簡稱:PERCA)是一種應用較為廣泛的大氣自由基測定方法，該方法是在過量NO、CO存在的條件下，通過鏈反應將低濃度的自由基轉換為高濃度的N02，鏈反應的次數也就是放大的倍數，又被稱為鏈長。在PERCA方法中，鏈長是關鍵參數，它決定著這一方法的靈敏度及準確性，可通過測定已知濃度的過氧自由基對放大系統進行標定得到。然而，水的存在會使這一方法的靈敏度顯著降低，這一現象被稱為水效應。由於水是地球表面分布最廣、濃度最高的氣體組分之一，其在大氣中的濃度含量變化範圍大，因此水效應不僅會降低PERCA方法的靈敏度，還會影響測定結果的準確性，導致現有技術中自由基的測量靈敏度較差且測量精度較低。
【發明內容】
[0004]本實用新型所要解決的技術問題是:提供一種自由基除水混勻反應裝置，解決現有技術中自由基的測量靈敏度較差且測量精度較低的缺陷，實現通過自由基除水混勻反應裝置提高自由基的測量靈敏度和測量精度。
[0005]本實用新型提供的技術方案是，一種自由基除水混勻反應裝置，包括乾燥管、混合接頭和化學放大反應器，所述乾燥管固定在所述化學放大反應器的前端，所述混合接頭固定在所述化學放大反應器的後端；所述乾燥管中形成有內管體和外管體，所述內管體插在所述外管體中，所述內管體為Naf1n材質製成；混合接頭包括主進氣管、輔助進氣管和混合管，所述主進氣管與所述混合管連通，所述輔助進氣管插在所述混合管中；所述化學放大反應器包括前蓋、柱體和後蓋，所述前蓋上開設有兩個進氣孔，所述柱體中形成有反應腔，所述柱體的前端面開設有環形凹槽，所述環形凹槽中開設有多個與所述反應腔連通的氣道，多個所述氣道的軸線相交形成一交匯點，所述前蓋固定在所述柱體的前端，所述前蓋與所述環形凹槽形成密閉的環形腔體，所述進氣孔與所述環形腔體連通，所述後蓋固定在所述柱體的後端；所述內管體和所述主進氣管分別與所述反應腔密封連接。
[0006]進一步的，所述內管體的兩埠位於所述乾燥管的兩端面，所述外管體的兩埠位於所述乾燥管的側壁上。
[0007]進一步的，所述外管體的一埠還連接有分子篩乾燥柱，所述分子篩乾燥柱還連接有空壓機。
[0008]進一步的，所述外管體靠近所述化學放大反應器的埠連接有所述分子篩乾燥柱。
[0009]進一步的，所述輔助進氣管和所述混合管的軸線平行，所述主進氣管和所述混合管的軸線垂直。
[0010]進一步的，所述前蓋上開設有安裝孔，兩個所述進氣孔位於所述安裝孔的兩側，所述柱體的前端面開設有第一螺紋孔，所述乾燥管插在所述安裝孔中並螺紋連接在所述第一螺紋孔中。
[0011]進一步的，所述後蓋開設有第二螺紋孔，所述主進氣管螺紋連接在所述第二螺紋孔中。
[0012]進一步的，所述柱體上繞其軸線均勻分布有多個所述氣道。
[0013]進一步的，多個所述氣道軸線的交匯點與所述內管體連通所述反應腔的埠距離為 5mm?10mmo
[0014]本實用新型提供的自由基除水混勻反應裝置，通過Naf1n材料製成的內管體移除了待測自由基氣體中所包含的水分，卻同時保留了幾乎全部的自由基氣體，從而消除了自由基化學放大測量中存在的水效應問題，有助於提高檢測靈敏度和檢測精度；同時，化學放大反應器中形成的環形腔體能夠實現C0和N0進行初步混勻，而環形腔體中的氣體通過多個氣道吹入到反應腔中並在交匯點處進行二次混勻，從而使得，C0和N0能夠充分的混勻以與待測自由基氣體進行反應，降低了自由基在輸運過程中的損耗，更有利於提高測量精度。另外，混合接頭採用同向混合方式設計，便於小流量C0與大流量自由基氣體的快速混合，提高測量模式轉換時的響應速度，提高了測試效率。由於水的濃度變化會造成鏈長的變化，因此本實用新型還有利於自由基化學放大測量的穩定性和準確性；由於本實用新型在自由基檢測階段就除掉了自由基氣體中所包含的水分，因此避免了後期水效應校正時採用的數值處理方法所帶來的誤差；另外，本實用新型中外管體的吹掃氣體來自於環境空氣，因此本實用新型在實際應用中非常容易實現，成本低廉卻能取得較好的效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本實用新型的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0016]圖1為本實用新型自由基除水混勻反應裝置實施例的原理圖；
[0017]圖2為本實用新型自由基除水混勻反應裝置實施例局部結構剖視圖。
【具體實施方式】
[0018]為使本實用新型實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。
[0019]如圖1-圖2所示，本實施例自由基除水混勻反應裝置，包括乾燥管100、混合接頭200和化學放大反應器300，所述乾燥管100固定在所述化學放大反應器300的前端，所述混合接頭200固定在所述化學放大反應器300的後端；所述乾燥管100中形成有內管體11和外管體12，所述內管體11插在所述外管體12中，所述內管體11為Naf1n材質製成；混合接頭200包括主進氣管21、輔助進氣管22和混合管23，所述主進氣管21與所述混合管23連通，所述輔助進氣管22插在所述混合管23中；所述化學放大反應器300包括前蓋32、柱體31和後蓋33，所述前蓋32上開設有兩個進氣孔321，所述柱體31中形成有反應腔310，所述柱體31的前端面開設有環形凹槽311，所述環形凹槽311中開設有多個與所述反應腔310連通的氣道312，多個所述氣道312的軸線相交形成一交匯點，所述前蓋32固定在所述柱體31的前端，所述前蓋32與所述環形凹槽312形成密閉的環形腔體，所述進氣孔321與所述環形腔體連通，所述後蓋33固定在所述柱體31的後端；所述內管體11和所述主進氣管21分別與所述反應腔310密封連接。
[0020]具體而言，本實施例自由基除水混勻反應裝置中的乾燥管100用於傳輸並乾燥待測自由基氣體，待測自由基氣體在內管體11中傳輸，而用於乾燥待測自由基氣體的乾燥氣體在外管體12中傳輸，由於內管體11由Naf1n材料製成，待測自由基氣體中的水分在Naf1n材料製成的內管體11的作用下將被轉移到外管體12中並乾燥氣體吸收帶出，以實現在去除待測自由基氣體中所包含的絕大部分水分的同時保留了幾乎全部的自由基氣體，從而有效降低了自由基化學放大測量中存在的水效應問題。待測自由基氣體去除水分後，進入到化學放大反應器300的反應腔310中，而N0和C0通過對應的進氣孔321進入到反應腔310中，N0和C0通過進氣孔321先進入到環形腔體中進行預混勻，然後，環形腔體中的N0和C0氣體經過多個氣道312注入到反應腔310中，由於多個所述氣道312的軸線相交形成一交匯點，使得噴入到反應腔310中的N0和C0混合氣體相互衝擊，從而使得N0和C0能夠更加均勻的混合均勻，保證加入的N0、C0氣體與自由基氣體在極短的時間完成均勻混合，更有利於自由基氣體與NO、C0氣體的快速均勻混合，降低了自由基在輸運過程中的損耗，提高了測量精度。而混合接頭採用同向混合方式設計，便於小流量C0與大流量自由基氣體的快速混合，便於切換檢測模式，提高測量模式轉換時的響應速度。其中，內管體11的內徑為1?3mm，長度為10?30mm，可以保證水的清除效果，同時減少自由基在內管體11內輸運過程中的壁損失。而所述內管體11的兩埠位於所述乾燥管100的兩端面，所述外管體12的兩埠位於所述乾燥管100的側壁上，自由基氣體在流經乾燥管100時僅與內管體11的管壁接觸，既提高了內管體11的利用率，又防止了自由基氣體在乾燥管100的主體材料表面的損耗，還避免氣路在接頭處產生變徑從而對自由基氣體的流動產生影響。另夕卜，化學放大反應器300柱體31中反應腔310的內徑為19?21mm，遠大於內管體11的內徑，自由基氣流從內管體11進入反應腔310的瞬間，會因為瞬間變徑作用在反應腔310的前端空間形成微真空，避免了大流量的自由基氣流對小流量的NO、C0氣體在混合點產生的氣阻，有利於氣體的快速均勻混合。而反應腔310的長度為300?500mm，從而保證自由基氣體在反應腔310內的停留時間大於3s，保證自由基鏈反應的完全進行。並且，輔助進氣管22和所述混合管23的軸線平行，所述主進氣管21和所述混合管23的軸線垂直，實現混合接頭200採用同向混合方式設計，便於小流量CO與大流量自由基氣體的快速混合，提高測量模式轉換時的響應速度。
[0021]進一步的，所述外管體12的一埠還連接有分子篩乾燥柱101，所述分子篩乾燥柱101還連接有空壓機102。具體的，空壓機102能夠直接將外界空氣注入到分子篩乾燥柱101中，經過分子篩乾燥柱101處理後形成乾燥空氣直接進入到外管體12中進行乾燥處理，成本低廉卻能取得較好的效果。優選的，外管體12靠近所述化學放大反應器300的埠連接有所述分子篩乾燥柱101，實現乾燥氣體的流動方向與待測自由基氣體的流動方向相反，以提高幹燥效率和效果。
[0022]更進一步的，所述前蓋32上開設有安裝孔(未圖示)，兩個所述進氣孔321位於所述安裝孔的兩側，所述柱體31的前端面開設有第一螺紋孔(未圖示)，所述乾燥管100插在所述安裝孔中並螺紋連接在所述第一螺紋孔中。而後蓋33開設有第二螺紋孔(未圖示)，所述主進氣管21螺紋連接在所述第二螺紋孔中，實現乾燥管100、混合接頭200和化學放大反應器300牢固可靠的連接固定在一起。而柱體31上繞其軸線均勻分布有多個所述氣道312，多個所述氣道312軸線的交匯點與所述內管體11連通所述反應腔310的埠距離為5mnTl0mm，通過設置合理的混合距離，一方面確保N0和C0混合時減小大流量的自由基氣流在混合點產生的氣阻，另一方面也使得自由基氣體能夠及時有效的與N0和C0發生化學反應。
[0023]本實施例自由基除水混勻反應裝置的具體使用過程如下:其中，待檢測的自由基氣體輸送到內管體中，乾燥氣體輸送到外管體中，混合管連接有二氧化氮測量儀；具體步驟包括:
[0024]步驟1、乾燥氣體在流量計的控制下以5飛L/min的流量流經乾燥管的外管體；
[0025]步驟2、背景檢測階段:C0輸送到輔助進氣管，N0通過前蓋的其中一進氣孔進入到環形腔體並經過氣道進入到反應腔，二氧化氮測量儀檢測到的信號為環境大氣中的no2&度；
[0026]步驟3、在自由基檢測階段:待檢測的自由基氣體以1?2L/min的流速進入內管體，C0切換流向通過前蓋的另一進氣孔進入到環形腔體中，CO、N0在環形腔體進行預混合後通過氣道進入反應腔；
[0027]步驟4、除水處理後的自由基氣體在反應腔的前端與加入的NO、C0氣體迅速均勻混合，發生化學放大反應轉換為no2氣體，此時二氧化氮測量儀檢測到的信號為環境大氣中的no2與自由基放大反應所產生的no2氣體濃度的總值；
[0028]步驟5、根據二氧化氮檢測裝置檢測出N02氣體濃度的差值，換算出自由基的濃度數值。
[0029]本實用新型提供的自由基除水混勻反應裝置，通過Naf1n材料製成的內管體移除了待測自由基氣體中所包含的水分，卻同時保留了幾乎全部的自由基氣體，從而消除了自由基化學放大測量中存在的水效應問題，有助於提高檢測靈敏度和檢測精度；同時，化學放大反應器中形成的環形腔體能夠實現C0和N0進行初步混勻，而環形腔體中的氣體通過多個氣道吹入到反應腔中並在交匯點處進行二次混勻，從而使得，C0和N0能夠充分的混勻以與待測自由基氣體進行反應，降低了自由基在輸運過程中的損耗，更有利於提高測量精度。另外，混合接頭採用同向混合方式設計，便於小流量C0與大流量自由基氣體的快速混合，提高測量模式轉換時的響應速度，提高了測試效率。由於水的濃度變化會造成鏈長的變化，因此本實用新型還有利於自由基化學放大測量的穩定性和準確性；由於本實用新型在自由基檢測階段就除掉了自由基氣體中所包含的水分，因此避免了後期水效應校正時採用的數值處理方法所帶來的誤差；另外，本實用新型中外管體的吹掃氣體來自於環境空氣，因此本實用新型在實際應用中非常容易實現，成本低廉卻能取得較好的效果。
[0030]最後應說明的是:以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本實用新型各實施例技術方案的精神和範圍。
【權利要求】
1.一種自由基除水混勻反應裝置，其特徵在於，包括乾燥管、混合接頭和化學放大反應器，所述乾燥管固定在所述化學放大反應器的前端，所述混合接頭固定在所述化學放大反應器的後端；所述乾燥管中形成有內管體和外管體，所述內管體插在所述外管體中，所述內管體為Naf1n材質製成；混合接頭包括主進氣管、輔助進氣管和混合管，所述主進氣管與所述混合管連通，所述輔助進氣管插在所述混合管中；所述化學放大反應器包括前蓋、柱體和後蓋，所述前蓋上開設有兩個進氣孔，所述柱體中形成有反應腔，所述柱體的前端面開設有環形凹槽，所述環形凹槽中開設有多個與所述反應腔連通的氣道，多個所述氣道的軸線相交形成一交匯點，所述前蓋固定在所述柱體的前端，所述前蓋與所述環形凹槽形成密閉的環形腔體，所述進氣孔與所述環形腔體連通，所述後蓋固定在所述柱體的後端；所述內管體和所述主進氣管分別與所述反應腔密封連接。
2.根據權利要求1所述的自由基除水混勻反應裝置，其特徵在於，所述內管體的兩埠位於所述乾燥管的兩端面，所述外管體的兩埠位於所述乾燥管的側壁上。
3.根據權利要求2所述的自由基除水混勻反應裝置，其特徵在於，所述外管體的一埠還連接有分子篩乾燥柱，所述分子篩乾燥柱還連接有空壓機。
4.根據權利要求3所述的自由基除水混勻反應裝置，其特徵在於，所述外管體靠近所述化學放大反應器的埠連接有所述分子篩乾燥柱。
5.根據權利要求1所述的自由基除水混勻反應裝置，其特徵在於，所述輔助進氣管和所述混合管的軸線平行，所述主進氣管和所述混合管的軸線垂直。
6.根據權利要求1所述的自由基除水混勻反應裝置，其特徵在於，所述前蓋上開設有安裝孔，兩個所述進氣孔位於所述安裝孔的兩側，所述柱體的前端面開設有第一螺紋孔，所述乾燥管插在所述安裝孔中並螺紋連接在所述第一螺紋孔中。
7.根據權利要求1所述的自由基除水混勻反應裝置，其特徵在於，所述後蓋開設有第二螺紋孔，所述主進氣管螺紋連接在所述第二螺紋孔中。
8.根據權利要求1所述的自由基除水混勻反應裝置，其特徵在於，所述柱體上繞其軸線均勻分布有多個所述氣道。
9.根據權利要求8所述的自由基除水混勻反應裝置，其特徵在於，多個所述氣道軸線的交匯點與所述內管體連通所述反應腔的埠距離為5mnTl0mm。
【文檔編號】G01N1/34GK204142709SQ201420627769
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月27日 優先權日:2014年10月27日
【發明者】王竹青, 鄭軼, 夏校良, 劉海林, 許巖 申請人:山東省科學院海洋儀器儀表研究所