一种垂直温度梯度可调型烟雾箱及其工作方法技术

本发明专利技术涉及一种垂直温度梯度变化的烟雾箱，该烟雾箱包括箱体，该烟雾箱还包括温度分级控制装置，温度分级控制装置包括通过管道依次连接的压缩机、冷凝器、干燥过滤器和多级温度控制部，从而形成循环体系。本发明专利技术还提出了该烟雾箱的工作方法。本发明专利技术利用温度分级控制装置能够实现对不同垂直大气温度变化进行模拟，能够更加接近真实大气情况，加深对大气垂直结构对大气污染的影响的理解，尤其是能够模拟逆温层结构，研究逆温层对大气污染形成的影响。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于大气环境试验设备领域，涉及一种垂直温度梯度可调型烟雾箱及其工作方法。
技术介绍
烟雾箱是实验室研究大气污染过程的实验模拟工具之一。利用烟雾箱可以将大气污染过程中的重要化学反应过程提取出来进行模拟，并可人为控制反应条件如温度、湿度、污染物浓度等，研究大气污染过程中关键影响因素，实验具有可重复性。并可将实验所得结果与实际外场监测相结合，发现大气污染的规律，了解其污染的本质。利用烟雾箱模拟大气污染过程的研究始于20世纪50年代的欧洲，近些年来由于我国大气污染的加重而在我国大气研究领域逐渐普及。但目前的烟雾箱对温度的模拟只能实现箱体内同一温度的控制而不能实现模拟大气层温度梯度变化的现象。在对流层中，一般情况下大气温度随着高度增加而下降，每上升100米，温度降低0.6℃左右。即低层大气温度高、密度小，高层大气温度低、密度大，使得大气层容易发生“对流”运动。在大气污染过程中可将近地面层的污染物向高空乃至远方输散，从而使城市上空污染程度减轻。然而当受到地球的强烈辐射作用、地形、气压影响时会出现如辐射逆温、地形逆温以及下沉逆温等气温随高度增加而升高的反常现象，即出现“逆温层”。它使得空气垂直对流运动受到阻碍，从而阻碍了近地面层大气污染物的上升扩散，使得大气污染物停滞在近地面的大气层中越积越多，加剧空气污染的程度。由此可见，逆温层的温度效应在大气污染过程中具有极其重要的研究意义。综上，大气垂直温度分布并不是一直保持一个恒定值不变，而是随高度的变化而变化。但目前的烟雾箱并没有能够模拟大气温度梯度变化以及逆温层现象的功能，不利于更加真实的模拟大气污染的过程。
技术实现思路
本专利技术为了解决烟雾箱温度只能维持一个温度而不能真实模拟大气垂直温度变化的问题，提出了一种垂直温度梯度可调型烟雾箱及其工作方法，进一步地，该烟雾箱还能够模拟逆温层现象。本专利技术提出的一种垂直温度梯度变化的烟雾箱，该烟雾箱包括箱体，该烟雾箱还包括温度分级控制装置，温度分级控制装置包括通过管道依次连接的压缩机、冷凝器、干燥过滤器和多级温度控制部，多级温度控制部还与压缩机连接，从而形成循环体系。进一步地，该烟雾箱还包括除湿装置，除湿装置设置在箱体内部，用于对烟雾箱箱体内的空气进行除湿。进一步地，多级温度控制部的每级温度控制部均包括通过管道依次连接的温控装置、毛细管和蒸发器，温控装置还与所述干燥过滤器连接，蒸发器还与压缩机连接。进一步地，蒸发器通过可控延时开关与压缩机连接。进一步地，温度分级控制装置采用温度分级控制策略实现大气垂直温度分布的模拟。进一步地，当需要减少温度级数时，通过相邻级的蒸发器设置相同温度的方式来实现级数的减少。进一步地，该烟雾箱还包括温度测量部、湿度测量部、样品进样口、样品采样口、废气口以及模拟太阳光光源的紫外光灯。进一步地，所述箱体具有保温功能，该保温功能通过在箱体夹层中设置保温材料或保温层实现。进一步地，烟雾箱箱体内壁的材料具有高的光反射率，并且具有优良的热导系数。本专利技术还提出一种如前所述的烟雾箱的工作方法，该方法包括以下步骤：步骤0：在箱体内放入反应容器，进行启动前的准备工作；步骤1：打开除湿装置对箱体内的空气进行除湿；步骤2：除湿完毕后，在温度分级控制装置启动时或启动前关闭除湿装置，各温控装置打开；步骤3：压缩机将制冷剂压缩成高温高压状态进入冷凝器中；冷凝器将高温高压的制冷剂转化成液体形式的中温高压制冷剂；然后制冷剂进入干燥过滤器中除去水分；步骤4：当每一级温度控制部的温度等于或低于该级所设定的温度时，该级的温控装置关闭，制冷剂不流入该级的毛细管和蒸发器；当每一级温度控制部的温度高于该级所设定的温度时，该级的温控装置打开，制冷剂流入该级的毛细管和蒸发器中进行制冷；步骤5：重复步骤4，直到工作结束或中断。本专利技术的有益效果：本专利技术提出的垂直温度梯度可调型烟雾箱，利用温度分级控制装置实现对不同垂直大气温度变化模型进行模拟：降温或升温、骤降(升)或逐渐降温(升温)、梯度降温(升温)或逆温层，以及其他温度分布情况。通过该烟雾箱对大气垂直温度变化进行模拟，能够更加接近真实大气情况，加深对大气垂直结构对大气污染的影响的理解。尤其是能够利用本专利技术模拟逆温层结构，研究逆温层对大气污染形成的影响。附图说明图1是本专利技术的烟雾箱体结构示意图。图2是本专利技术的烟雾箱分级制冷系统图。图3是本专利技术烟雾箱的工作方法流程图。附图标记说明：1.箱体夹层2.反应容器6.温度探头7.紫外光灯8.除湿装置9.进样采样口10.烟雾箱门11.压缩机12.冷凝器13.干燥器14.温控阀门15.毛细管16.蒸发器17.可控延时开关18.烟雾箱箱体内壁具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。但本领域技术人员知晓，本专利技术并不局限于附图和以下实施例。本专利技术提出的垂直温度梯度变化的烟雾箱，其俯视图如图1所示，该烟雾箱包括温度分级控制装置、除湿装置8和箱体。所述箱体包括可开合的烟雾箱门10，并能与箱体其他部件贴合时实现密封配合，从而达到箱内的密封要求。箱门10可开设透明窗，便于观察箱内情况。所述箱体具有保温功能，可通过在箱体夹层1中设置保温材料或保温层实现，保温材料或保温层采用的材料可以是聚氨酯、聚苯乙烯材料等，但不局限于聚氨酯和聚苯乙烯。所述箱体设有温湿度测量口、样品进样采样口9、废气口以及模拟太阳光光源的紫外光灯7。温湿度测量口在图1中示出了设置温度探头6的示例，紫外光灯7可以采用黑光灯。为了进一步提高模拟效果，烟雾箱箱体内壁18的材料优选具有高的光反射率，并且具有优良的热导系数的材料，例如可以采用抛光的不锈钢板、镀锌铜板，但不局限于此。除湿装置8设置在箱体内部，用于对烟雾箱箱体内的空气进行除湿。本专利技术可通过除湿装置降低烟雾箱体内的相对湿度，从而避免烟雾箱体中湿度太大而在箱体内壁吸附结霜，影响控温的实现。温度分级控制装置可以采用温度分级制冷系统实现，温度分级制冷系统如图2所示，包括通过管道依次连接的压缩机11、冷凝器12、干燥过滤器13和多级温度控制部，多级温度控制部再连接压缩机11，从而形成制冷循环体系。在本专利技术中，冷凝器采用冷凝管。多级温度控制部实现分级温度的控制，每级温度控制部均包括通过管道连接的温控装置、毛细管15和蒸发器16，其中，温控装置可以采用温控开关配合温控阀门14的方式，温控阀门14受温控开关控制。干燥过滤器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种垂直温度梯度变化的烟雾箱，该烟雾箱包括箱体，其特征在于，该烟雾箱还包括温度分级控制装置，温度分级控制装置包括通过管道依次连接的压缩机、冷凝器、干燥过滤器和多级温度控制部，多级温度控制部还与压缩机连接，从而形成循环体系。

【技术特征摘要】
1.一种垂直温度梯度变化的烟雾箱，该烟雾箱包括箱体，其特征在于，该烟雾箱还包括
温度分级控制装置，温度分级控制装置包括通过管道依次连接的压缩机、冷凝器、干燥过滤
器和多级温度控制部，多级温度控制部还与压缩机连接，从而形成循环体系。
2.根据权利要求1所述的烟雾箱，其特征在于，该烟雾箱还包括除湿装置，除湿装置设
置在箱体内部，用于对烟雾箱箱体内的空气进行除湿。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的烟雾箱，其特征在于，多级温度控制部的每级温
度控制部均包括通过管道依次连接的温控装置、毛细管和蒸发器，温控装置还与所述干燥过
滤器连接，蒸发器还与压缩机连接。
4.根据权利要求3所述的烟雾箱，其特征在于，蒸发器通过可控延时开关与压缩机连接。
5.根据权利要求3所述的烟雾箱，其特征在于，温度分级控制装置采用温度分级控制策
略实现大气垂直温度分布的模拟。
6.根据权利要求5所述的烟雾箱，其特征在于，当需要减少温度级数时，通过相邻级的
蒸发器设置相同温度的方式来实现级数的减少。
7.根据权利要求3所述的烟雾箱，其特征在于，该烟雾箱还包括温度测量部、湿度测量
部、样品进样口、样品采样口、废气口以及...

【专利技术属性】
技术研发人员：佟胜睿，陈怡，葛茂发，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11