現代海底熱液系統模擬反應裝置的製作方法

2023-04-22 22:00:16

專利名稱：現代海底熱液系統模擬反應裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於模擬現代海底熱液系統中各種反應的裝置，即現代海底熱液系統模擬反應裝置。
背景技術：
隨著陸地資源的大量消耗和人類資源的日益短缺，深海研究已逐漸成為世界各國都非常重視的研究領域。現代海底熱液活動是繼板塊學說之後的又一重大科學發現，從1977年首次在水深2500米的加拉帕戈斯隆起發現熱液噴口以來，涉及現代海底熱液活動的資源(礦產資源、深海生物基因資源等)及重大科學問題(如生命的起源等)已得到全世界的廣泛關注，現代海底熱液系統已成為重要的深海勘探目標和研究課題。目前熱液系統研究主要從兩方面展開，一方面是加強野外實地探測和取樣，以發現更多的熱液活動場，並在已發現熱液活動的地區進行詳細的樣品和參數獲取，據此對熱液體系的形成、發展及成礦規律進行理論研究；另一方面則是進行現代熱液活動的室內模擬(包括數值模擬和實驗模擬)和分析，逐步提高人類對熱液活動的規律性認識，並增強人類對熱液資源的勘探和開發能力。海洋調查和採樣費用昂貴，野外實測獲得的數據和樣品畢竟有限，而且有些參數無法從野外直接獲得，室內模擬實驗不但可以相對經濟地加深人們對熱液過程的理解，還可以彌補野外採樣的不足。目前國內採用的室內模擬反應裝置多是從國外購置，往往僅考慮室內實驗工作的完成，較少考慮到與野外採樣技術的結合。另外，多數為靜態封閉式反應裝置，很少考慮熱液體系的動態開放本質，即不考慮反應過程中流體相隨時間的變化，也不考慮積累效應的影響，與實際情況有較大差異。隨著我國海洋調查技術的深入發展，為更好開展現代海底熱液系統模擬實驗工作，也為了與國內野外調查技術相呼應，設計開發與野外工作相結合的開放式熱液體系模擬反應裝置顯然是非常必要的。

發明內容
本發明的目的是提供一種模擬現代海底熱液系統中涉及的反應的裝置，即現代海底熱液系統模擬反應裝置，以彌補已有技術的不足。
本發明設計中不但考慮了熱液體系中反應的開放動態本質，採用開放式流動設計；同時，考慮到室內反應裝置和野外實際採樣裝置的連接，具有連接熱液保真採樣器的接口；在結構設計和材料選擇上都應滿足20-400℃工作溫度和1-35Mpa工作壓力的技術要求。
因此，本發明包括反應裝置以及相應的自動控制裝置，其特徵在於還包括與反應裝置相連通的進樣裝置和取樣裝置。且反應裝置是一個圓柱腔形的筒體，外部套有兩個分別受控的電加熱環，該電加熱環外包有保溫層和最外層的殼體。所述筒體的入口端通過大壓緊螺母及與其相適配的密封塊實現密封，密封塊上具有進樣孔道和供插入傳感器的傳感器接口；筒體的出口端通過小壓緊螺母及與其相適配的密封杆實現密封，密封杆中軸線上具出樣孔道，側周邊上具有壓力計和熱電偶。所述的進樣裝置包括截止閥、高壓輸液泵、三通閥、進樣管，其連接方式為筒體通過進樣孔道，經外有加熱保溫層的進樣管，與三通閥相連，三通閥的另外兩端分別連有與試樣容器相通的高壓輸液泵和可與外加的野外採樣裝置相連的截止閥。所述的取樣裝置包括取樣管、安全溢流閥、毛細取樣管和取樣容器，其連接方式為筒體通過出樣孔道，經取樣管，與安全溢流閥相連，且經毛細取樣管與接收容器相通。


圖1本發明的結構圖。
其中1進樣裝置；2反應裝置；3取樣裝置；4試樣容器；5截止閥；6高壓輸液泵；7三通閥；8加熱保溫層；9進樣管；10筒體；11電加熱環；12保溫層；13殼體；14熱電偶；15小壓緊螺母；16密封杆；17壓力計；18密封塊；19大壓緊螺母；20傳感器接口；21取樣管；22安全溢流閥；23毛細取樣管；24取樣容器。
圖2筒體出口端封接結構中的密封杆16(a)和與其相適配的小壓緊螺母15(b)的剖面示意圖。其中e為出樣孔道。
圖3筒體入口端封接結構中的密封塊18(a)和與其相適配的大壓緊螺母19(b)的分解結構剖面示意圖。其中c為進樣孔道；d為傳感器接口。
具體實施例方式
本發明包括反應裝置2以及相應的自動控制裝置，其特徵在於還包括與反應裝置2相連的進樣裝置1和取樣裝置3。且反應裝置是一個圓柱腔形的筒體10，其外部套有兩個分別受控的電加熱環11，該電加熱環外包有保溫層12和最外層的殼體13。所述筒體10的入口端由大壓緊螺母19及與其相適配的密封塊18實現密封，密封塊18上有進樣孔道c和供插入傳感器的傳感器接口20；筒體10的出口端通過小壓緊螺母15及與其相適配的密封杆16密封，密封杆16中軸線上具出樣孔道e，側周邊上具有壓力計17和熱電偶14。所述的進樣裝置1包括截止閥5、高壓輸液泵6、三通閥7、進樣管9，其連接方式為筒體10通過進樣孔道c，經外有加熱保溫層8的進樣管9，與三通閥7相連，三通閥7的另外兩端分別連有與試樣容器4相通的高壓輸液泵6和可與外加的野外採樣裝置相連的截止閥5。所述的取樣裝置3包括取樣管21、安全溢流閥22、毛細取樣管23和取樣容器24，其連接方式為筒體10通過出樣孔道e，經取樣管21，與安全溢流閥22相連，且經毛細取樣管23與取樣容器24相通。
本發明的反應裝置2中的筒體10為鈦質圓柱腔型結構，筒體10進口端的密封塊18可以根據接入傳感器的不同而更換。分別連接進樣裝置1和取樣裝置3的進樣管9和取樣管21、23均為鈦質材料。保溫層12採用陶瓷纖維材料，最外層殼體13由不鏽鋼材料製成。上述截止閥5、高壓輸液泵6、安全溢流閥22均為市售產品。
本發明的工作過程是這樣的工作前在筒體10中填充固體試樣，並充滿液體試樣。截面為T形、分別有進樣孔道c和傳感器接口d的密封塊18(見圖2a)，同與之相適配的大壓緊螺母19(見圖2b)，經外螺紋對筒體10的入口端密封；截面為T形、中心有出樣孔道e的柱狀密封杆16(見圖3a)，同與其相適配小壓緊螺母15(見圖3b)，經內螺紋對筒體10的出口端密封。進樣有一種或兩種通道，其一是野外採樣裝置中的樣品經過截止閥5和三通閥7進入筒體10內，加熱保溫層8可以保證從野外採樣裝置出來的樣品維持原來的溫度；另一通道是配置好的液體試樣置於試樣容器4中，通過高壓輸液泵6，經由三通閥7進入筒體10，可以根據需要選擇其中一種通道。加熱保溫層8可以保證冷樣品預熱後進入到筒體10內，防止冷樣品直接進入筒內的溫度幹擾。反應過程中可以通過高壓輸液泵6、壓力計17和安全溢流閥22控制筒內壓力；憑藉電加熱環11、保溫層12和熱電偶14監控筒內溫度；可以利用搭載在傳感器接口20的傳感器監測反應溶液的相關化學參數。反應過程中可以隨時通過安全溢流閥22和毛細取樣管23取得流體樣品。
由此構築的本發明結構合理，可以根據需要選擇進樣方式，實用性強，適用於現代海底熱液系統的模擬實驗工作。
權利要求
1一種現代海底熱液系統模擬反應裝置，包括反應裝置(2)以及相應的自動控制裝置，其特徵是還包括與反應裝置(2)相連的進樣裝置(1)和取樣裝置(3)。
2如權利要求(1)所述的現代海底熱液系統模擬反應裝置，其特徵是所述的反應裝置(2)是一個圓柱腔形的筒體(10)，其外部套有兩個分別受控的電加熱環(11)，該電加熱環外包有保溫層(12)和最外層的殼體(1)；所述筒體(10)的入口端通過大壓緊螺母(19)及與其相適配的密封塊(18)實現密封，密封塊(18)上有進樣孔道(c)和供插入傳感器的傳感器接口(20)；筒體(10)的出口端通過小壓緊螺母(15)及與其相適配的密封杆(16)實現密封，密封杆(16)中軸線上具出樣孔道(e)，側周邊上具有熱電偶(14)和壓力計(17)。
3如權利要求1所述的現代海底熱液系統模擬反應裝置，其特徵是所述的進樣裝置(1)包括截止閥(5)、高壓輸液泵(6)、三通閥(7)、進樣管(9)；筒體(10)通過進樣孔道(c)，經外有加熱保溫層的進樣管(9)，與三通閥(7)相連，三通閥(7)的另外兩端分別連有與試樣容器(4)相通的高壓輸液泵(6)和與野外採樣裝置相連的截止閥(5)。
4如權利要求1所述的現代海底熱液系統模擬反應裝置，其特徵是所述的取樣裝置(3)包括取樣管(21)、安全溢流閥(22)、毛細取樣管(23)和接收容器(24)；筒體(10)通過出樣孔道(e)，經取樣管(21)，與安全溢流閥(22)相連，且經毛細取樣管(23)與取樣容器(24)相通。
5如權利要求1所述的現代海底熱液系統模擬反應裝置，其特徵是反應裝置(2)的筒體(10)為鈦質圓柱腔型結構。
6如權利要求1所述的現代海底熱液系統模擬反應裝置，其特徵是電加熱環(11)外層的保溫層(12)為陶瓷纖維材料。
7如權利要求1所述的現代海底熱液系統模擬反應裝置，筒體(10)的最外層殼體(13)為不鏽鋼材料。
8如權利要求1所述的現代海底熱液系統模擬反應裝置，其特徵是筒體(10)進口端的密封塊(18)根據接入傳感器的不同而更換。
全文摘要
本發明涉及一種現代海底熱液系統模擬反應裝置，包括反應裝置以及相應的自動控制裝置，其特徵是還包括與反應裝置相連的進樣裝置和取樣裝置，所述的反應裝置是一個圓柱腔形的筒體，其筒體入口端通過大壓緊螺母及與其相適配的密封塊實現密封，該密封塊上有進樣孔道和供插入傳感器的傳感器接口；筒體的出口端則通過小壓緊螺母及與其相適配的密封杆實現密封，密封杆中軸線上具有出樣孔道，側周邊上的具有壓力計和熱電偶。進樣裝置包括截止閥、高壓輸液泵、三通閥、進樣管；取樣裝置包括與筒體相連的取樣管、安全溢流閥、毛細取樣管和取樣容器。本發明結構合理，根據需要選擇進樣方式，實用性強，適用於現代海底熱液系統的模擬實驗工作。
文檔編號B01L99/00GK1721076SQ20051004346
公開日2006年1月18日 申請日期2005年5月4日 優先權日2005年5月4日
發明者於增慧, 李懷明, 翟世奎, 周東輝 申請人:中國海洋大學