一種水-氣界面氣泡通量採集裝置的製作方法

2023-04-25 05:37:21

本發明涉及氣泡採集技術領域，特別涉及一種水-氣界面氣泡通量採集裝置。

背景技術：

富營養化水體普遍被認為是重要的溫室氣體釋放源，如二氧化碳co2、甲烷ch4、氧化亞氮n2o。在當前水體富營養化程度不斷上升，以及全球增溫的環境背景下，人們對水體中溫室氣體的釋放強度變化越來越關注。如，富營養化水體發生的硝化-反硝化反應是水體脫氮的重要途徑之一，硝化-反硝化反應的中間氣態產物n2o及最終氣態產物氮氣n2的釋放受到關注，但是其中通過氣泡擴散釋放的部分具有較大的監測難度。如何採集氧化亞氮n2o、氮氣n2、甲烷ch4等不溶於水或者難溶於水氣體由水體向大氣釋放的氣泡通量是當前的一個技術瓶頸，尤其在大型水庫或深水湖泊風浪條件下，目前採樣的採樣裝置，結構鬆散容易解體；且裝置複雜體積較大，不利於野外運輸、投放與回收；同時由於缺乏合理的集氣合收集方式，在風浪條件下採樣精度差。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種水-氣界面氣泡通量採集裝置，解決了現有技術的採集裝置接收鬆散容易解體，且在風浪條件下採樣精度差的問題。

為了達到上述目的，本發明實施例提供一種水-氣界面氣泡通量採集裝置，包括：

支架本體，所述支架本體能夠懸浮於水平面上；

設置於所述支架本體的第一端的集氣瓶，所述集氣瓶設置於所述水平面以上，所述集氣瓶的瓶口朝向所述水平面設置；

設置於所述支架本體的第二端的集氣罩，所述集氣罩設置於所述水平面以下，所述集氣罩內充滿水體；

與所述集氣瓶的瓶口密封連接的進氣管和排水管，所述集氣瓶中裝有無菌水；

所述進氣管的第一端與所述集氣瓶的瓶口連接，所述進氣管的第二端通過一止水系統與所述集氣罩的排氣端連接，所述集氣罩的進氣端與所述支架本體的第二端連接；其中

氣泡通量採集過程中，所述集氣罩中水體釋放的氣體通過所述止水系統進入所述進氣管，並通過所述進氣管進入所述集氣瓶，集氣瓶中的無菌水從所述排水管排出，使得所述集氣瓶中充滿水體中釋放的氣體。

其中，所述支架本體的第二端還設置有多個配重部件使得所述水-氣界面氣泡通量採集裝置的重心位於所述水平面以下。

其中，所述支架本體包括：

第一支架，所述集氣瓶設置於所述第一支架上；

第二支架，所述集氣罩設置於所述第二支架內；

連接所述第一支架和所述第二支架的連接裝置；以及

與所述連接裝置連接，用於控制所述第一支架位於所述水平面以上並控制所述第二支架位於所述水平面以下的浮力裝置。

其中，所述集氣瓶通過一集氣瓶連接裝置與所述第一支架連接。

其中，所述止水系統設置於一法蘭柱體內，所述法蘭柱體的一端與所述連接裝置連接，另一端與所述集氣罩的排氣端連接。

其中，所述連接裝置為一圓盤，且所述圓盤上設置有一與所述進氣管相匹配的通孔，所述進氣管穿過所述通孔與所述法蘭柱體連接；其中，所述進氣管與所述通孔密封連接。

其中，所述浮力裝置為能夠充放氣的橡膠輪胎。

其中，所述集氣罩為錐形結構，且所述集氣罩的內表面具有塗覆疏水性塗層。

其中，所述法蘭柱體與所述連接裝置通過管箍密封連接。

其中，所述第一支架和第二支架均採用不鏽鋼材料製作。

本發明的上述技術方案至少具有如下有益效果：

本發明實施例的水-氣界面氣泡通量採集裝置中，通過設置一能夠懸浮於水 平面上的支架本體，使得該氣泡通量採集裝置能夠放置於水面採樣點上進行氣泡通量採集；且通過集氣罩的排氣端通過止水系統、進氣管與集氣瓶的瓶口密封連接，保證了集氣瓶與空氣的隔離，加大提高採樣精度；同時本發明實施例中氣泡通量採集裝置的重心位於水平面以下，從而使得裝置的抗風浪性能大大提高，適應大型湖庫風浪條件的使用。

附圖說明

圖1表示本發明實施例提供的水-氣界面氣泡通量採集裝置的結構示意圖；

圖2表示本發明實施例提供的水-氣界面氣泡通量採集裝置中連接裝置的具體結構圖。

具體實施方式

為使本發明要解決的技術問題、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖及具體實施例進行詳細描述。

本發明針對現有技術的採集裝置接收鬆散容易解體，且在風浪條件下採樣精度差的問題，提供一種水-氣界面氣泡通量採集裝置，通過設置一能夠懸浮於水平面上的支架本體，使得該氣泡通量採集裝置能夠放置於水面採樣點上進行氣泡通量採集；且通過集氣罩的排氣端通過止水系統、進氣管與集氣瓶的瓶口密封連接，保證了集氣瓶與空氣的隔離，加大提高採樣精度；同時本發明實施例中氣泡通量採集裝置的重心位於水平面以下，從而使得裝置的抗風浪性能大大提高，適應大型湖庫風浪條件的使用。

如圖1所示，本發明實施例提供一種水-氣界面氣泡通量採集裝置，包括：

支架本體，所述支架本體能夠懸浮於水平面上；

設置於所述支架本體的第一端的集氣瓶1，所述集氣瓶1設置於所述水平面以上，所述集氣瓶1的瓶口朝向所述水平面設置；

設置於所述支架本體的第二端的集氣罩2，所述集氣罩2設置於所述水平面以下，所述集氣罩2內充滿水體；

與所述集氣瓶1的瓶口密封連接的進氣管3和排水管4，所述集氣瓶1中裝有無菌水；

所述進氣管3的第一端與所述集氣瓶1的瓶口連接，所述進氣管3的第二端通過一止水系統5與所述集氣罩2的排氣端連接，所述集氣罩2的進氣端與所述支架本體的第二端連接；其中

氣泡通量採集過程中，所述集氣罩2中水體釋放的氣體通過所述止水系統5進入所述進氣管3，並通過所述進氣管3進入所述集氣瓶1，集氣瓶1中的無菌水從所述排水管4排出，使得所述集氣瓶1中充滿水體中釋放的氣體。

本發明的上述實施例中，採用集氣罩2、止水系統5、進氣管3以及集氣瓶1之間進行密封連接，有效保證了集氣瓶和進氣管的密封性，從而極大地提高採樣精度。其中，集氣瓶1可使用市面上常見的帶有橡皮塞的玻璃輸液瓶。測量前，先將集氣瓶1用無菌水注滿(防止微生物生長)，使其內部沒有氣泡存在，然後將瓶口密封。測量時，將該氣泡通量採集裝置緩慢放於水面採樣點上，使集氣罩2中的氣體通過止水系統5的頂端從進氣管3排出，然後將進氣管3與集氣瓶1的瓶口相連，並開始計時。集氣罩2採集到的水體中釋放氣體會通過進氣管3進入集氣瓶1中，集氣瓶1中的無菌水從排水管4排出，從而使得集氣瓶中充滿水體中釋放的氣體。

進一步的，本發明的上述實施例中，所述支架本體的第二端還設置有多個配重部件6使得所述水-氣界面氣泡通量採集裝置的重心位於所述水平面以下。

本發明實施例中採用下支架配重設計、集氣罩下置深度可調節的設計以及集氣瓶低位設計來使得整個裝置的重心位於水面以下，以避免風浪導致裝置傾覆影響；從而使得裝置的抗風浪性能大大提高，適應大型湖庫風浪條件的使用。其中集氣罩下置深度可根據水面採樣點的風浪情況來進行調節，不限於一固定值。其集氣瓶低位設計具體指集氣瓶距離支架本體第二端的距離較短以保證支架本體的重心位於水面之下。

具體的，如圖1所示，本發明實施例中所述支架本體包括：

第一支架7，所述集氣瓶1設置於所述第一支架7上；

第二支架8，所述集氣罩2設置於所述第二支架8內；

連接所述第一支架7和所述第二支架8的連接裝置9；以及

與所述連接裝置9連接，用於控制所述第一支架7位於所述水平面以上並控制所述第二支架8位於所述水平面以下的浮力裝置10。

本發明的上述實施例中，浮力裝置10能夠保證第一支架7位於水平面以上，第二支架8位於水平面以下。具體的，所述浮力裝置10為能夠充放氣的橡膠輪胎；且浮力裝置10的高度可調節，通過對作為浮力裝置的輪胎高度的調整，以保證集氣罩始終保持在水平面以下。進一步的，浮力裝置10與連接裝置9通過一輪胎連接裝置11連接，具體的，可採用焊接連接的方式保證其穩定性。

本發明實施例中採用橡膠輪胎為浮力標配浮力裝置，輪胎可以放氣，減少體積便於運輸；同時支架系統具有可以與泡沫、標準船用救生圈等替代浮體連接的方式，以滿足野外採樣條件。

進一步的，本發明的上述實施例中，所述集氣瓶1通過一集氣瓶連接裝置12與所述第一支架7連接。集氣瓶連接裝置12的設置是為了方便集氣瓶1的拆卸，保證集氣瓶1的重複使用。

需要說明的是，本發明的上述實施例中所述止水系統5設置於一法蘭柱體內，所述法蘭柱體的一端與所述連接裝置9連接，另一端與所述集氣罩2的排氣端連接。本發明實施例採用法蘭及螺紋連接、同步密封的集氣方式，有效保證了集氣瓶和進氣管的密封性。

具體的，如圖2所示，本發明實施例中所述連接裝置9為一圓盤，且所述圓盤上設置有一與所述進氣管相匹配的通孔91，所述進氣管3穿過所述通孔91與所述法蘭柱體連接；其中，所述進氣管3與所述通孔91密封連接。

進一步的，本發明的上述實施例中所述集氣罩2為錐形結構，且所述集氣罩的內表面具有塗覆疏水性塗層。具體的，集氣罩採用錐形結構，減少不必要的曲面，並採用新型防水材料，減少集氣罩的內表面張力，從而達到減少集氣罩內表面氣泡的粘附作用，從而保證採樣精度；同時使得集氣罩拆卸替換方便。

具體的，所述法蘭柱體與所述連接裝置9通過管箍密封連接；且所述第一支架和第二支架均採用不鏽鋼材料製作。

綜上，本發明實施例提供如圖1所示的氣泡通量採集裝置，第二支架8通過連接裝置9與第一支架7連接，集氣罩2上表面與止水系統5通過管箍密封連接，下表面與第二支架8底部相連。作為浮力裝置的橡膠輪胎10通過輪胎連接裝置11與連接裝置9連接。止水系統5的頂端通過進氣管3與集氣瓶1的瓶口相連，集氣瓶1上還連接有排水管4，集氣瓶瓶口密封，通過連接裝置9與第 一支架7相連，法蘭柱體中空設計，同時起到連接、密封和到氣的作用。

本發明的上述實施例提供的水-氣界面氣泡通量採集裝置便於拆卸安裝、具有較大機械強度的支架系統：採樣不鏽鋼材料製作標準管件，所有支撐管和連接管可實現通用互換，具備易拆卸組裝、便於運輸的優點和野外使用的特點；同時為防治風浪對氣泡收集過程的影響，本發明實施例採用集氣罩下置深度可調節、低位集氣瓶、排氣管和排水管同步密封的設計方式；所述集氣罩開口朝下，上部用通用法蘭柱體與上支架系統和浮力裝置牢固連接，下部支架與法蘭柱體連接，並可以在5-10cm範圍內調整，通過對作為浮力裝置的輪胎高度的調整，以保證集氣罩始終保持在水面以下。集氣瓶採樣低位設計，加上下支架的配重作用，使整體裝置的重心位於水面以下，以避免風浪導致裝置傾覆影響。集氣罩頂端通過法蘭柱體內止水系統、進氣管與集氣瓶的瓶口相連，以保證集氣瓶與空氣的隔離。集氣瓶瓶口、連接管件用矽膠密封。

以上所述是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明所述原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。