多功能現代海底熱液活動模擬反應裝置的製作方法

2023-04-22 22:00:06

專利名稱：多功能現代海底熱液活動模擬反應裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種多功能現代海底熱液活動模擬反應裝置。
背景技術：
現代海底熱液活動以其特有的運移機制、成礦機制、生態系統以及對大洋甚至全球的重大的熱通量和物質通量吸引著人們的關注，成為全世界研究的熱點。目前，對現代海底熱液活動的系統研究，一方面集中在野外的現場觀測和取樣，以期發現更多的熱液活動場和獲得更為翔實和準確的地球物理和地球化學的數據資料；另一方面則是加強室內的模擬研究工作，包括數值模擬和實驗模擬，以提高人類對熱液活動的規律性認識。熱液活動的深海調查需要花費大量的人力和物力，即使如此也很難獲得連續的資料；而室內模擬研究，特別是實驗模擬研究則有著不可比擬的優勢，首先，實驗研究的實現要比深海調查經濟，可以彌補野外調查的不足；其次，實驗研究的數據資料能夠為現場調查提供必要的理論指導，現場獲得的知識也需要實驗模擬結果進行解釋；此外，實驗模擬結果為數值模擬研究提供所必需的熱、動力學參數以及驗證數值模擬結果。熱液循環模式研究(主要涉及到巖石一海水的反應)和熱液擴散模式研究是現代海底熱液活動的模擬實驗研究一直關注的兩個研究領域。國內這方面的實驗模擬裝置多為國外引進，且局限於巖石一海水的反應研究，無法涉及熱液流體擴散模式的研究；另外，實驗裝置的設計也沒有考慮到與野外採樣裝置的連接。為了更好的開展現代海底熱液活動的實驗模擬系統研究，深化對現代海底熱液活動規律性的認識，研製開發野外採樣和室內研究相結合、可綜合進行熱液循環模式和熱液擴散模式等多種實驗研究為一體的多功能現代海底熱液活動模擬實驗裝置成為現在急需解決的問題，能夠大大推動我國對現代海底熱液活動，這一世界熱點科學問題的系統研究，搶佔海洋科技發展的制高點。

發明內容
本實用新型的目的是提供一套可以模擬熱液環境，進行包括熱液擴散、熱液循環等多種研究的實驗裝置，即多功能現代海底熱液活動模擬反應裝置。
本實用新型包括與可連接野外採樣器的截止閥相連通的圓筒形擴散反應艙、壓力控制裝置和相應的可同時進行數據採集的計算機控制裝置，其特徵是它還包括與擴散反應艙體底端相連的液體試樣泵入裝置。
所述的液體試樣泵入裝置包括試樣容器、高壓輸液泵、三通閥、兩通閥和預熱裝置，其連接方式為與擴散反應艙連通的鈦管通過預熱裝置，依次連接兩通閥、高壓輸液泵和進樣容器；或者經由擴散反應艙側壁的觀測窗口與擴散反應艙相連通的鈦管通過預熱裝置依次同兩通閥、三通閥和高壓輸液泵相連接。
考慮到液體試料的進樣和對熱液羽狀體擴散過程的實時監測、取樣和多種傳感器的連接的需要，在擴散反應艙的側壁開有至少一對正對的觀測窗口。
所述的壓力控制裝置包括高壓輸液泵、兩通閥、三通閥和蓄能器，其連接方式為擴散反應艙通過其底端的鈦管與三通閥相連通，三通閥另外兩端的其中一端連接蓄能器，另外一端則依次相連兩通閥與高壓泵。
考慮到實驗安全的需要，在擴散反應艙的頂端設置一個通過鈦管與擴散反應艙體相連接的安全溢流閥。
考慮到實時取樣的需要，在擴散反應艙的頂端設置一個經由鈦管與擴散反應艙相連的取樣閥。
由此構築的本實用新型，不僅僅可以進行熱液羽狀體的演化模式實驗研究，還可以進行水巖反應實驗，以及對多種傳感器的校正。


圖1本實用新型的總體結構示意圖。
其中1截止閥 2擴散反應艙 3觀測窗口 4安全溢流閥 5取樣閥 6計算機控制置7蓄能器 8三通閥 9兩通閥 10高壓泵 11兩通閥 12三通閥 13兩通閥 14高壓輸液泵 15試樣容器 16預熱裝置 17預熱裝置。
具體實施方式
本實用新型包括與可連接野外採樣器的截止閥1相連通的圓柱形擴散反應艙2、壓力控制裝置和相應的可同時進行數據採集的計算機控制裝置6，其特徵是它還包括與擴散反應艙2底端相連的液體試樣泵入裝置。上述的截止閥可以連接熱液的野外採樣裝置，實現室內研究和現場採用的相結合。
所述的液體試樣生成和泵入裝置包括試樣容器15、高壓輸液泵14、兩通閥11、三通閥12、兩通閥13、預熱裝置16和預熱裝置17，其連接方式為與擴散反應艙2連通的鈦管通過預熱裝置16，依次連接兩通閥11、三通閥12、高壓輸液泵14和進樣容器15；或者經由擴散反應艙2側壁的觀測窗口3與擴散反應艙相連通的鈦管通過預熱裝置17依次同兩通閥13、三通閥12和高壓輸液泵14相連接。上述的預熱裝置16和預熱裝置17為通常的加熱裝置，包括加熱層和保溫層，可以使進入擴散反應艙2內的流體具有高溫高壓熱液流體特徵。
考慮到對熱液羽狀體擴散過程的實時監測的需要，在擴散反應艙2的側壁開有至少一對正對的觀測窗口3；為了進行熱液羽狀體橫行運移的實驗，觀測窗口3可以作為液體試料進樣的通道；此外，觀測窗口3還可以根據不同的實驗需要，加載相應的攝像裝置、雷射裝置和不同的傳感器，滿足對擴散反應艙2內反應的實時監測，同時可以對不同的傳感器進行校正。
所述的壓力控制裝置包括高壓泵10、兩通閥9、三通閥8和蓄能器7，其連接方式為擴散反應艙2通過其底端的鈦管與三通閥8相連通，該三通閥8另外兩端分別連接蓄能器7，和與高壓泵10相連的兩通閥9。所述的高壓泵10為市售產品。加壓時，加壓液體依次經過高壓泵10、兩通閥9、三通閥8進入擴散反應艙2，對擴散反應艙2內已有液體進行加壓，當擴散反應艙2內的壓力高於或低於設定壓力的時候，蓄能器7自動啟動，通過三通閥8，對擴散反應艙2內的壓力自動進行調節。因此蓄能器7可以維持筒體1內的壓力，使其不會發生較大的波動。
又在擴散反應艙2頂端設置的安全溢流閥4可以保證實驗過程的安全，熱液反應涉及到高溫高壓的環境，當擴散反應艙內部的壓力超過設定壓力之後，安全溢流閥4將自動溢出熱液流體，並保持筒體2的內部壓力。上述安全溢流閥4為市售產品。
考慮到取樣的需要，在擴散反應艙的頂端設置一個經由鈦管與擴散反應艙相連的取樣閥5。
上述的取樣閥5以及兩通閥9、11與兩通閥13和三通閥8、12都是市售的產品。
進行熱液羽狀體擴散實驗時首先在擴散反應艙2內注滿海水，利用壓力控制裝置對擴散反應艙2加壓到設定值，液體試料的進樣方式有兩種，第一種可進行熱液羽狀體縱向方向運移過程的研究，配置好的液體試樣經由高壓輸液泵14，依次通過三通閥12和兩通閥11，經過包有預熱裝置16的鈦管加熱到設定溫度，進入到擴散反應艙內2；另外一種方式則是液體試樣經由高壓輸液泵14，依次通過三通閥12、兩通閥13經過包有預熱裝置17的鈦管加熱到設定溫度，進入擴散反應艙2，這種進樣的方式可以進行羽狀體的橫行上的運移研究，進入擴散反應艙2內的液體試樣的速度由高壓輸液泵14控制。若需要監測擴散反應艙2內的反應，可通過外設的加載在觀測窗口3的監測裝置，如一端是攝像裝置，另外一端則設置一光源相配合；如果一端為雷射發射裝置，另外一端則設置為雷射接收裝置；觀測窗口3上還可以加載所需的多種傳感器，既可以利用傳感器收集擴散反應艙2內熱液樣品的異常數據，還可以對一些傳感器的參數進行校正；觀測窗口3也可以作為取樣的通道，同時獲取擴散反應艙內2不同位置的反應樣品。通過這些觀測裝置獲得的數據資料通過數據線直接傳輸到計算機控制裝置6，進行保存處理。
進行水巖反應時首先在擴散反應艙2內加入巖石樣品和液體樣品，利用壓力控制裝置對擴散反應艙進行加壓，利用加熱層對擴散反應艙進行加溫，實驗的過程中，可以利用擴散反應艙頂端的取樣閥5取得少量的樣品。
由此構築的本實用新型，結構合理，實用性強，可進行現代海底熱液羽狀體擴散過程和水巖反應等的多種實驗研究。
權利要求1.一種多功能現代海底熱液活動模擬反應裝置，包括與可連接野外採樣器的截止閥(1)相連通的圓柱形擴散反應艙(2)、壓力控制裝置和相應的可同時進行數據採集的計算機控制裝置(6)，其特徵是它還包括與擴散反應艙(2)底端相連的液體試樣泵入裝置，該液體試樣泵入裝置包括試樣容器(15)、高壓輸液泵(14)、三通閥(12)、兩通閥(11)、和預熱裝置(16)，其連接方式為與擴散反應艙(2)連通的鈦管穿過預熱裝置(16)，依次連接兩通閥(11)、三通閥(12)、高壓輸液泵(14)和進樣容器(15)。
2.如權利要求1所述的多功能現代海底熱液活動模擬反應裝置，其特徵是上述液體試樣泵入裝置的連接方式還可經由擴散反應艙(2)側壁的觀測窗口(3)，以相連通的鈦管穿過預熱裝置(17)並依次同兩通閥(13)、三通閥(12)和高壓輸液泵(14)相連接。
3.如權利要求1所述的多功能現代海底熱液活動模擬反應裝置，其特徵是上述在擴散反應艙(2)的側壁開有至少一對正對的觀測窗口(3)。
4.、如權利要求1所述的多功能現代海底熱液活動模擬反應裝置，其特徵是所述的壓力控制裝置包括高壓泵(10)、兩通閥(9)、三通閥(8)和蓄能器(7)，其連接方式為擴散反應艙(2)通過其底端的鈦管與三通閥(8)相連通，該三通閥(8)另外兩端分別連接蓄能器(7)，和與高壓泵(10)相連的兩通閥(9)。
5.如權利要求1所述的多功能現代海底熱液活動模擬反應裝置，其特徵是所述的擴散反應艙(2)的頂端設置一個安全溢流閥(4)。
6.如權利要求1所述的多功能現代海底熱液活動模擬反應裝置，其特徵是所述的擴散反應艙(2)的頂端設置一個經由鈦管與擴散反應艙(2)相連的取樣閥(5)。
專利摘要本實用新型涉及一種多功能現代海底熱液活動模擬反應裝置。包括與截止閥相連通的圓筒形擴散反應艙、壓力控制裝置和相應的可同時進行數據採集的計算機控制裝置，其特徵是它還包括與擴散反應艙體底端相連的包括試樣容器、高壓輸液泵、三通閥、兩通閥和預熱裝置的液體試樣泵入裝置。且在擴散反應艙的側壁開有至少一對正對的觀測窗口。在底端設置一個與擴散反應艙相連的安全溢流閥。又考慮到實時取樣的需要，在擴散反應艙的頂端設置一個經由鈦管與擴散反應艙相連的取樣閥。以及包括高壓輸液泵、兩通閥、三通閥和蓄能器的壓力控制裝置。其結構合理，實用性強，可進行現代海底熱液羽狀體擴散過程和水巖反應等多種實驗研究。
文檔編號G09B25/00GK2840237SQ200520124800
公開日2006年11月22日 申請日期2005年11月17日 優先權日2005年11月17日
發明者翟世奎, 李懷明, 於增慧, 周東輝 申請人:中國海洋大學