CN109507135B - 一种基于腔衰荡光谱技术的有机硝酸盐多通道加热装置 - Google Patents

一种基于腔衰荡光谱技术的有机硝酸盐多通道加热装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于腔衰荡光谱技术的有机硝酸盐多通道加热装置，包括壳体，壳体内设置有多通道加热器，通道加热器对排入其中的有机硝酸盐气体进行加热；多通道加热器的一端连接有若干个进气口，另一端连接有若干个出气口，进气口和出气口分别位于壳体相对的两侧；多通道加热器上还连接有用于疏通内部气流的均热导流机构。本发明通过设置通过多个通道，可同时热解不同温度要求的各类有机硝酸盐，并通过均热导流机构将多通道加热器内部的热量均匀分配，使得产生的热量可以对石英管内部的有机硝酸盐气体进行均匀加热，提高加热分解的效果，从而提高后续的检测精度；同时，本装置还具备布局合理、简单易用、成本低、易于携带维修等优良特性。

Description

一种基于腔衰荡光谱技术的有机硝酸盐多通道加热装置
技术领域
本发明涉及有机硝酸盐测量技术领域，尤其涉及一种基于腔衰荡光谱技术的有机硝酸盐多通道加热装置。
背景技术
有机硝酸盐指大气中一类含有硝酸盐基团(-ONO2)的有机化合物的总称。有机硝酸盐大致分为两类：AN(RONO2)与PN(RO2NO2)。其中，RONO2在450摄氏度时会分解为RO与NO2，RO2NO2在250摄氏度时会分解为RO2与NO2。
现有设备CRDS(腔衰荡光谱技术)可以测得NO2含量，但无法测得有机硝酸盐含量，所以通过对有机硝酸盐加热，使其分解生成NO2，可间接测量有机硝酸盐。在此过程中，我们需要气体加热装置。
然而，现有的气体加热装置却多存在以下弊端：(1)通常只有一个加热通道；由于有机硝酸盐热解生成NO2的温度范围不尽相同，若只有一个加热通道，便无法同时热解不同温度要求的各类有机硝酸盐，严重影响其使用效率；(2)加热通道内部的热量分配不均匀；加热通道内部热量的分布不均，将会造成有机硝酸盐气体的受热不均，从而影响其分解效果。在目前的加热气体领域中，当然也存在一些没有上述弊端的多通道加热装置，但却都是一些大型加热设备。这些大型加热设备的结构件复杂、操作麻烦、价格昂贵，且不易携带，不适用于实验。
据此，目前急需一种结构简单、操作方便、成本较低、易于携带，且热量分配均匀的基于腔衰荡光谱技术的有机硝酸盐多通道加热装置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种结构简单、操作方便、成本较低、易于携带，且热量分配均匀的基于腔衰荡光谱技术的有机硝酸盐多通道加热装置。
本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：
一种基于腔衰荡光谱技术的有机硝酸盐多通道加热装置，包括壳体，所述壳体内设置有多通道加热器，通道加热器对排入其中的有机硝酸盐气体进行加热；所述多通道加热器的一端连接有若干个进气口，另一端连接有若干个出气口，所述进气口和出气口分别位于壳体相对的两侧；所述多通道加热器上还连接有用于疏通内部气流的均热导流机构。
作为本发明的优选方式之一，所述多通道加热器包括与进气口连接的第一通道、第二通道和第三通道，其中，第一通道与第一进气口相连，第二通道与第二进气口相连，第三通道与第三进气口相连；所述第一通道、第二通道和第三通道的末端分别连接一扰流弯管，扰流弯管末端再连接对应的出气口；
所述第一通道、第二通道和第三通道的中部还分别套设有一固定在壳体上的自熄玻纤维耐高温套管；所述自熄玻纤维耐高温套管的侧端安装有均热导流机构，自熄玻纤维耐高温套管的内壁上安装有管式纳米隔热件。
作为本发明的优选方式之一，所述管式纳米隔热件内部的第一通道/第二通道/第三通道具体采用石英管；所述石英管的外壁套设有铜管，铜管与石英管之间采用导热硅脂填充，铜管的外壁上缠绕有镍铬电阻丝；
此外，所述管式纳米隔热件的内壁上靠近石英管的一侧还设置有K型温度探头；所述扰流弯管末端和出气口之间安装有转子流量计和温度探测显示仪；所述壳体的底部嵌入有电源开关和USB接口；所述镍铬电阻丝、K型温度探头、转子流量计和温度探测显示仪均与电源开关电性连接。
作为本发明的优选方式之一，靠近所述进气口方向的第一通道、第二通道和第三通道之间通过PFA管相连，并且，所述第二通道的一端还安装有PFA四通阀；所述PFA四通阀与各PFA管相连。
作为本发明的优选方式之一，所述第一通道、第二通道、第三通道和各PFA管上均安装有一限流阀。
作为本发明的优选方式之一，所述限流阀的规格为
Figure BDA0001948624700000031
作为本发明的优选方式之一，所述自熄玻纤维耐高温套管前端的第一通道、第二通道、第三通道上还分别设有一转接头。
作为本发明的优选方式之一，所述转接头具体为PFA转接头。
作为本发明的优选方式之一，所述自熄玻纤维耐高温套管通过环形支架与壳体相连，环形支架与壳体之间通过螺栓固定；所述第一通道、第二通道和第三通道的底端通过异型隔热件支架与壳体相连，异型隔热件支架与壳体之间通过螺栓固定；此外，所述壳体的底部四角处还分别嵌设有一个橡胶减震缓冲垫。
作为本发明的优选方式之一，所述均热导流机构具体包括设置在自熄玻纤维耐高温套管上的耐热换气座；所述耐热换气座上连接有若干保温合金管，管式纳米隔热件上均匀设置有若干与保温合金管连接的隔热通道，隔热通道上靠近石英管的一端连接有锥形斗，相邻的锥形斗之间通过隔热片固定连接；此外，所述耐热换气座的内部还设置有一汇聚槽，各隔热通道的内部分别设置有一测温元件。
作为本发明的优选方式之一，所述汇聚槽的上下两端还分别连接有一导气筒，导气筒的内部安装有液压活塞，液压活塞外表面连接有液压推杆；所述汇聚槽的内壁还安装有通过电机驱动的电动旋流器，旋流器的表面设有若干个吸风槽，相邻的吸风槽之间安装有旋流片。
作为本发明的优选方式之一，所述旋流片具体包括凸起片和凹陷片；所述凸起片与凹陷片之间通过金属轴连接，金属轴上设有限位件。
本发明相比现有技术的优点在于：
(1)本发明通过设置通过三个通道，可同时热解不同温度要求的各类有机硝酸盐，并且通过均热导流机构将多通道加热器内部的热量均匀分配，使得产生的热量可以对石英管内部的有机硝酸盐气体进行均匀加热，提高加热分解的效果，从而提高后续的检测精度；同时，本装置还具备布局合理、简单易用、成本低、易于携带维修等优良特性；
(2)本发明在进行加热的时候，在管内特定范围内能够维持温度的均一性，在温度达到预设温度后能够将温度维持在预设温度上下0.2℃内。
附图说明
图1是实施例1中基于腔衰荡光谱技术的有机硝酸盐多通道加热装置的俯视结构示意图；
图2是实施例1中均热导流机构结的结构示意图；
图3是实施例1中旋流片的结构示意图；
图4是实施例1中电动旋流器的截面结构示意图。
图中：1为壳体，2为限流阀，3为进气口，31为第一进气口，32为第二进气口，33为第三进气口；4为第三通道，5为PFA管，6为第二通道，7为PFA四通阀，8为第一通道，9为橡胶减震缓冲垫，10为管式纳米隔热件，11为自熄玻纤维耐高温套管，12为环形支架，13为K型温度探头，14为异型隔热件支架，15为扰流弯管，16为电源开关，17为USB接口，18为转子流量计，19为出气口，20为温度探测显示仪，21为石英管，22为铜管，23为导热硅脂，24为镍铬电阻丝，25为接头，26为均热导流机构，2601为耐热换气座，2602为保温合金管，2603为隔热通道，2604为锥形斗，2605为隔热片，2606为汇聚槽，2607为导气筒，2608为液压活塞，2609为液压推杆，2610为电动旋流器，2611为吸风槽，2612为旋流片，2613为凸起片，2614为凹陷片，2615为金属轴，2616为测温元件，2617为限位件，27为多通道加热器。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1-4所示，本实施例的一种基于腔衰荡光谱技术的有机硝酸盐多通道加热装置，包括壳体1，壳体1内设置有多通道加热器27，通道加热器27对排入其中的有机硝酸盐气体进行加热。多通道加热器27的一端连接有若干个进气口3，另一端连接有若干个出气口19，其中，进气口3和出气口19分别位于壳体1相对的两侧。多通道加热器27上还连接有用于疏通内部气流的均热导流机构26。
需要检测的有机硝酸盐气体通过进气口3进入到多通道加热器27内部，经过加热之后，从出气口19排出进行检测，从而实现有机硝酸盐气体的加热分解。此外，其通过多个通道，可同时热解不同温度要求的各类有机硝酸盐，并且在管内特定的范围内能够维持温度的均一性，在温度达到预设温度后能够将温度维持在预设温度上下0.2℃内。同时，在进行加热的时候，利用均热导流机构26对热量分布不均部位的气体进行混流交换，可使得整个加热过程的热量均匀分布，提高有机硝酸盐气体的分解效果，避免局部反应不彻底的情况发生。
多通道加热器27包括与进气口3连接的第一通道8、第二通道6和第三通道4，其中，第一通道8与第一进气口31相连，第二通道6与第二进气口32相连，第三通道4与第三进气口33相连。第一通道8、第二通道6和第三通道4的末端分别连接一扰流弯管15，扰流弯管15末端再连接对应的出气口19。第一通道8、第二通道6和第三通道4的中部还分别套设有一固定在壳体1上的自熄玻纤维耐高温套管11，自熄玻纤维耐高温套管11的侧端安装有均热导流机构26，自熄玻纤维耐高温套管11的内壁上安装有管式纳米隔热件10。
在气体通过进气口3进入之后，分别进入到第一通道8、第二通道6和第三通道4内部，并利用自熄玻纤维耐高温套管11进行加热，实现加热分解过程。
管式纳米隔热件10内部的第一通道8/第二通道6/第三通道4具体采用石英管21。石英管21的外壁套设有铜管22，铜管22与石英管21之间采用导热硅脂23填充，铜管22的外壁上缠绕有镍铬电阻丝24。具体加热时，通过镍铬电阻丝24通电加热，热量通过导热硅脂23和铜管22均匀传输到石英管21上，通过石英管21对第一通道8、第二通道6和第三通道4内部的有机硝酸盐气体进行加热；而设置的管式纳米隔热件10则起到隔热作用，进一步防止热量溢出。
进一步地，自熄玻纤维耐高温套管11前端的第一通道8、第二通道6、第三通道4上还分别设有一转接头25。该转接头25具体为PFA转接头，通过PFA转接头，每个通道均可以自行设定温度，完成不同的检测过程。并且，管式纳米隔热件10的内壁上靠近石英管21的一侧还设置有K型温度探头13，扰流弯管15末端和出气口19之间安装有转子流量计18和温度探测显示仪20，壳体1的底部嵌入有电源开关16和USB接口17，镍铬电阻丝24、K型温度探头13、转子流量计18和温度探测显示仪20均与电源开关16电性连接。本实施例利用K型温度探头13来检测第一通道8、第二通道6和第三通道4的加热温度，加热之后的气体通过转子流量计18进行流量监测，而温度探测显示仪20可以显示检测的温度，从而进行合理的温度控制。
进一步地，靠近进气口3方向的第一通道8、第二通道6和第三通道4之间通过PFA管5(规格为
Figure BDA0001948624700000071
)相连，且第二通道6的一端还安装有PFA四通阀7，PFA四通阀7与各PFA管5相连。此外，第一通道8、第二通道6、第三通道4和各PFA管5上均安装有一限流阀2。本实施例通过合理打开限流阀2，使得通过进气口3排入的有机硝酸盐气体可以被均匀分流到第一通道8、第二通道6和第三通道4这三个管道之中，实现气体的均匀分配，有利于后续的加热分解过程的进行，用以完成对有机硝酸盐气体的不同分解要求。
自熄玻纤维耐高温套管11通过环形支架12与壳体1相连，环形支架12与壳体1之间通过螺栓固定；第一通道8、第二通道6和第三通道4的底端通过异型隔热件支架14与壳体1相连，异型隔热件支架14与壳体1之间通过螺栓固定；此外，壳体1的底部四角处还分别嵌设有一个橡胶减震缓冲垫9。
具体工作时，本装置通过第一通道8、第二通道6、第三通道4和PFA四通阀7组成多个通道，各通道进气口3与石英管21之间设有限流阀2，以此控制进气方式；铜管22缠绕镍铬电阻丝24，缠绕方式为前密后疏，保证石英管21内温度分布范围均匀。其中，所用镍铬电阻丝24的功率能使加热温度稳定上升，不会升温过慢或过载；镍铬电阻丝24外部包裹纳米隔热件，其熔点大于1200℃，400℃时导热系数为0.024W/mK，主要成分为SiO2，此纳米隔热管能有效隔热并阻燃；石英管21加热段末端处的K型温度探头13，用以监测温度，且K型温度探头13位置处采用不锈钢材质保护套，长约30cm，保证能够长期在高温下工作；镍铬电阻丝24以及K型温度探头13均连接至镶嵌在后面板上的温度探测显示仪20，通过温度探测显示仪20可以对管式纳米隔热件10内的温度进行实时读取；壳体1后面板镶嵌有一个电源开关16和三个分电源开关用以控制温度探测显示仪20，经加热之后的气体通入CRDS设备，测量此时气体中NO2含量，用以推算有机硝酸盐含量。
均热导流机构26具体包括设置在自熄玻纤维耐高温套管11上的耐热换气座2601。耐热换气座2601上连接有若干保温合金管2602，管式纳米隔热件10上均匀设置有若干与保温合金管2602连接的隔热通道2603，隔热通道2603上靠近石英管21的一端连接有锥形斗2604，相邻的锥形斗2604之间通过隔热片2605固定连接；此外，耐热换气座2601的内部还设置有一汇聚槽2606，各隔热通道2603的内部分别设置有一测温元件2616。在自熄玻纤维耐高温套管11对石英管21加热的时候，通过均热导流机构26均匀控制热量的分布，使得热量可以均匀分布在管道上对有机硝酸盐气体进行加热。
由于在自熄玻纤维耐高温套管11加热的时候，通过镍铬电阻丝2通电产生的热量开始传输，此时，通过锥形斗2604和隔热通道2603的中空式结构来容纳空气，以便于加热；在不同位置靠近石英管21的热量传输到锥形斗2604和隔热通道2603之后，通过保温合金管2602传输到耐热换气座2601的汇聚槽2606之中进行热量交换；由于不同位置的锥形斗2604的加热热量不一样，导致空气被加热的温度也不一样，将不同热量的气体传输到耐热换气座2601之中进行混合，之后再次均匀分配，从而实现热量的分配，实现均匀加热。
汇聚槽2606的上下两端还分别连接有一导气筒2607，导气筒2607的内部安装有液压活塞2608，液压活塞2608外表面连接有液压推杆2609，且汇聚槽2606的内壁还安装有通过电机驱动的电动旋流器2610。本实施例通过上下的两个液压推杆2609的上下推动作用，实现抽气和放气的控制。当需要抽气时，两个液压推杆2609收缩，两个液压活塞2608相向相互远离式运动，从而增大汇聚槽2606的容纳体积；之后，将锥形斗2604和隔热通道2603的带热量的气体抽入到汇聚槽2606之中，通过电动旋流器2610的旋转作用，将不同位置抽入的气体相互混合，实现热量的均匀混合；之后，再将两个液压推杆2609拉伸，两个液压活塞2608相对相互靠近运动，压缩汇聚槽2606的体积，从而将汇聚槽2606内部的气体重新排入到锥形斗2604和隔热通道2603内部，从而实现热量的均匀分配，使得整个自熄玻纤维耐高温套管11内部产生的热量可以均匀分配到第一通道8、第二通道6、第三通道4的具体部位，实现均匀加热，提高后续的检测精度。
旋流器2610的表面还设有若干个吸风槽2611，相邻的吸风槽2611之间安装有旋流片2612。在进行旋流搅拌的时候，通过电动旋流器2610的旋转作用，可带动旋流片2612转动增大搅动面积，从而提高汇聚槽2606的混流效果。
进一步地，旋流片2612具体包括凸起片2613和凹陷片2614，凸起片2613与凹陷片2614之间通过金属轴2615连接，金属轴2615上设有限位件2617。在转动旋流片2612的时候，其上的凸起片2613和凹陷片2614分别相对转动，从而产生两个不同方向的剪切力作用，使得汇聚槽2606内部的气体混合更加均匀，实现不同温度气体的均匀混合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于腔衰荡光谱技术的有机硝酸盐多通道加热装置，包括壳体(1)，其特征在于，所述壳体(1)内设置有多通道加热器(27)，通道加热器(27)对排入其中的有机硝酸盐气体进行加热；所述多通道加热器(27)的一端连接有若干个进气口(3)，另一端连接有若干个出气口(19)，所述进气口(3)和出气口(19)分别位于壳体(1)相对的两侧；所述多通道加热器(27)上还连接有用于疏通内部气流的均热导流机构(26)；
所述多通道加热器(27)包括与进气口(3)连接的第一通道(8)、第二通道(6)和第三通道(4)，其中，第一通道(8)与第一进气口(31)相连，第二通道(6)与第二进气口(32)相连，第三通道(4)与第三进气口(33)相连；所述第一通道(8)、第二通道(6)和第三通道(4)的末端分别连接一扰流弯管(15)，扰流弯管(15)末端再连接对应的出气口(19)；
所述第一通道(8)、第二通道(6)和第三通道(4)的中部还分别套设有一固定在壳体(1)上的自熄玻纤维耐高温套管(11)；所述自熄玻纤维耐高温套管(11)的侧端安装有均热导流机构(26)，自熄玻纤维耐高温套管(11)的内壁上安装有管式纳米隔热件(10)；
所述均热导流机构(26)具体包括设置在自熄玻纤维耐高温套管(11)上的耐热换气座(2601)；所述耐热换气座(2601)上连接有若干保温合金管(2602)，管式纳米隔热件(10)上均匀设置有若干与保温合金管(2602)连接的隔热通道(2603)，隔热通道(2603)上靠近石英管(21)的一端连接有锥形斗(2604)，相邻的锥形斗(2604)之间通过隔热片(2605)固定连接；此外，所述耐热换气座(2601)的内部还设置有一汇聚槽(2606)，各隔热通道(2603)的内部分别设置有一测温元件(2616)。
2.根据权利要求1所述的基于腔衰荡光谱技术的有机硝酸盐多通道加热装置，其特征在于，所述管式纳米隔热件(10)内部的第一通道(8)/第二通道(6)/第三通道(4)具体采用石英管(21)；所述石英管(21)的外壁套设有铜管(22)，铜管(22)与石英管(21)之间采用导热硅脂(23)填充，铜管(22)的外壁上缠绕有镍铬电阻丝(24)；
此外，所述管式纳米隔热件(10)的内壁上靠近石英管(21)的一侧还设置有K型温度探头(13)；所述扰流弯管(15)末端和出气口(19)之间安装有转子流量计(18)和温度探测显示仪(20)；所述壳体(1)的底部嵌入有电源开关(16)和USB接口(17)；所述镍铬电阻丝(24)、K型温度探头(13)、转子流量计(18)和温度探测显示仪(20)均与电源开关(16)电性连接。
3.根据权利要求1所述的基于腔衰荡光谱技术的有机硝酸盐多通道加热装置，其特征在于，靠近所述进气口(3)方向的第一通道(8)、第二通道(6)和第三通道(4)之间通过PFA管(5)相连，并且，所述第二通道(6)的一端还安装有PFA四通阀(7)；所述PFA四通阀(7)与各PFA管(5)相连。
4.根据权利要求3所述的基于腔衰荡光谱技术的有机硝酸盐多通道加热装置，其特征在于，所述第一通道(8)、第二通道(6)、第三通道(4)和各PFA管(5)上均安装有一限流阀(2)。
5.根据权利要求1所述的基于腔衰荡光谱技术的有机硝酸盐多通道加热装置，其特征在于，所述自熄玻纤维耐高温套管(11)前端的第一通道(8)、第二通道(6)、第三通道(4)上还分别设有一转接头(25)。
6.根据权利要求1所述的基于腔衰荡光谱技术的有机硝酸盐多通道加热装置，其特征在于，所述自熄玻纤维耐高温套管(11)通过环形支架(12)与壳体(1)相连，环形支架(12)与壳体(1)之间通过螺栓固定；所述第一通道(8)、第二通道(6)和第三通道(4)的底端通过异型隔热件支架(14)与壳体(1)相连，异型隔热件支架(14)与壳体(1)之间通过螺栓固定；此外，所述壳体(1)的底部四角处还分别嵌设有一个橡胶减震缓冲垫(9)。
7.根据权利要求1所述的基于腔衰荡光谱技术的有机硝酸盐多通道加热装置，其特征在于，所述汇聚槽(2606)的上下两端还分别连接有一导气筒(2607)，导气筒(2607)的内部安装有液压活塞(2608)，液压活塞(2608)外表面连接有液压推杆(2609)；所述汇聚槽(2606)的内壁还安装有通过电机驱动的电动旋流器(2610)，旋流器(2610)的表面设有若干个吸风槽(2611)，相邻的吸风槽(2611)之间安装有旋流片(2612)。
8.根据权利要求7所述的基于腔衰荡光谱技术的有机硝酸盐多通道加热装置，其特征在于，所述旋流片(2612)具体包括凸起片(2613)和凹陷片(2614)；所述凸起片(2613)与凹陷片(2614)之间通过金属轴(2615)连接，金属轴(2615)上设有限位件(2617)。
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