CN218629153U - 一种填埋区域温室气体取样装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于温室气体取样技术领域，具体涉及一种填埋区域温室气体取样装置，包括控制器、静态箱、外循环管道以及取样机构；静态箱包括箱体，外循环管道的两端分别与箱体连通，取样机构与外循环管道连通，箱体的顶部配装有气压平衡阀；气压平衡阀、取样机构均分别与控制器控制连接；在控制器的控制下，气压平衡阀、取样机构联动：当所述取样机构处于采样状态时，气压平衡阀打开，箱体与外界大气环境连通。由此可知，本实用新型基于气压平衡法设计控制器、气压平衡阀及取样机构之间的控制关系，使得取样机构在抽取样品时，能够与外界大气环境连通，防止采样气体体积较大时导致静态箱内外气压不平衡，影响静态箱内的面源气体释放速度。

Description

一种填埋区域温室气体取样装置

技术领域

本实用新型属于温室气体取样技术领域，具体涉及一种填埋区域温室气体取样装置。

背景技术

二氧化碳(CO2)、氧化亚氮(N2O)、甲烷(CH4)等是地球大气中主要的温室气体，温室效应会造成巨大的气候影响和环境的危害，全世界一直在致力于减少温室气体排放，延缓或降低温室效应。垃圾填埋场是温室气体的主要排放源之一，静态箱法是目前用于填埋区域测定CO2、CH4和N2O等温室气体通量的最为普遍的方法之一。现有的温室气体取样静态箱采用分体式设计，常采用土封+水封方式实现整体装置密封，适用于填埋项目覆土表面的采样。填埋场作为甲烷的主要释放源头之一，其尚未覆土封场之前，填埋区域表面覆盖一层HDPE膜，膜下面即为垃圾。因常规温室气体排放通量的检测，无需破坏HDPE膜，分体式静态箱设备不适宜于覆膜区域的采样。

专利文献CN 206671003 U公开了一种具有过滤功能的土壤温室气体取样静态箱，该装置内部装有紫外杀菌装置，抽气口装设有过滤层和活性炭，可以清除抽取后的气体的粉尘、杂质和异味。该装置可节省对后期对采集气体的净化工序，但缺乏自动采样功能。

专利文献CN 207866583 U公开了一种样品自动采集装置，该装置以静态箱为本体，装设有控制装置、隔膜泵、电磁阀。通过将静态箱内的气体抽出来进行外循环，并在外循环管道上装设有气体采集装置，可实现自动采样。同时，这种样品自动采集装置仅测量静态箱内的气温变化，尚未考虑样品抽取时造成的气压变化对采样过程的影响。

实用新型内容

本实用新型提供一种填埋区域温室气体取样装置，其首要技术目的是基于气压平衡法设计静态箱构造，使得气体取样装置在抽取样品时，能够与外界大气环境连通，防止采样气体体积较大时导致静态箱内外气压不平衡，影响静态箱内的面源气体释放速度。本实用新型的次要技术目的是改变静态箱的下部结构，使得本实用新型所述的取样装置适用于填埋场覆膜场景的的温室气体取样检测。本实用新型的第三个技术目的是自动监测静态箱内温度的同时，也完成静态箱内气压的监测并反馈，以为后续静态箱内所采集数据的分析处理时提供气压数值。

为实现上述的技术目的，本实用新型将采取如下的技术方案：

一种填埋区域温室气体取样装置，包括控制器、静态箱、外循环管道以及取样机构；所述的静态箱包括箱体，外循环管道的两端分别与箱体连通，取样机构与外循环管道连通，所述箱体的顶部配装有气压平衡阀；所述气压平衡阀、所述取样机构均分别与所述控制器控制连接； 在所述控制器的控制下，所述气压平衡阀、取样机构联动：当所述取样机构处于采样状态时，所述气压平衡阀打开，箱体与外界大气环境连通；反之，所述气压平衡阀则闭合，箱体与外界大气环境截止。

优选地，所述箱体为一体式结构，所述箱体底面与填埋堆体覆膜相接触；且所述箱体底面四周设置有裙边。

优选地，所述箱体上安装有温度压力传感器；所述的温度压力传感器能够实时监测箱体内的温度、气压并反馈至控制器。

优选地，所述箱体内悬置有抽气管；所述抽气管的上端贯通箱体顶面中部设置，下端则竖直朝向所述箱体内部延伸；所述抽气管与所述箱体接触处的外侧设置有电动泵，电动泵的进口与所述抽气管的上端连通，出口与所述外循环管道的上端连通；所述的电动泵与所述控制器控制连接。

优选地，所述外循环管道的管壁上设置有若干个采样口；每一个采样口均与一个取样机构连通；每一个取样机构均包括隔膜泵和采样袋；所述隔膜泵的进口与所述采样口连通，出口则与所述采样袋的袋口连通；各隔膜泵均与所述控制器控制连接，并在控制器的控制下，一一与所述气压平衡阀联动连接：当任一隔膜泵处于工作状态时，所述的气压平衡阀均打开。

优选地，所述采样口的数量为5个。

优选地，还包括用于搅动所述箱体内气体的风扇，所述风扇设置于所述箱体内壁上。

优选地，所述的气压平衡阀为电磁阀。

优选地，还包括逆止阀，所述采样口与隔膜泵之间的连接管道上安装有所述的逆止阀；

优选地，所述控制器与所述隔膜泵、电动泵、风扇的控制连接线路上，均安装有计时器。

通过以上技术方案，相对于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型采用温度压力传感器，并配备数据记录器，根据设定的时间间隔记录对应的参数，可导出和发送数据，以减少人为操作时遗漏记录采样过程的参数情况，更加便捷。

2、本实用新型为自动采样，不仅在采样时间控制上更加精确，减少了人为操作带来的采样时长延误，或者人为操作误差；同时大大解放了人力。

3、本实用新型中采用进气口和隔膜泵关联，二者同时启闭，即在采样的同时电磁阀开启，采样结束时电磁阀关闭。电磁阀开启是用以平衡箱体内的气压，减少因样品抽取过程导致箱体内气压减小，进而加速箱体内的温室气体释放速率，导致对试验数据造成影响；而且，二者采样自动关联控制，避免了人工操作时忘记开启电磁阀等情况发生。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型整体结构示意图；

图2是本实用新型各个阀门及泵的启停控制***框图。

图中：1、箱体；2、风扇；3、抽气管；4、进气口；5、电磁阀；6、温度压力传感器；7、电动泵；8、外循环管道；9、隔膜泵；9-1、第一隔膜泵；9-2、第二隔膜泵；9-3、第三隔膜泵；9-4、第四隔膜泵；9-5、第五隔膜泵；10、采样袋；11、控制器；12、风扇计时器；13-1、第一计时器；13-2、第二计时器；13-3、第三计时器；13-4、第四计时器；13-5、第五计时器；14、裙边。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。

因常规温室气体排放通量的检测，无需破坏HDPE膜，分体式静态箱设备不适宜于覆膜区域的采样，因此，本实施例提供一种优选实施方案，一种填埋区域温室气体取样装置，适用于填埋场覆膜场景的温室气体检测。如图1所示，所述取样装置包括箱体1、裙边14、风扇2、抽气管3、电动泵7、进气口4、温度压力传感器6、外循环管道8以及若干取样机构，其中：

上述箱体1为一体式结构，所述箱体1底面与填埋堆体覆膜相接触。上述裙边14沿所述箱体1底面四周设置，增大所述取样装置与填埋堆体覆膜之间的接触面积。优选地，通过透明宽胶带黏贴所述裙边14和覆膜接触面，以保证无气体泄露进入所述箱体1内部。

上述风扇2设置于所述箱体1内壁上，所述风扇2用于所述箱体1内气体，保证所述箱体1内部气体混合均匀。

上述抽气管3从所述箱体1顶面中部垂直向所述箱体1内部延伸，所述抽气管3底部靠近所述箱体1底面但不与所述箱体1底面接触，且所述抽气管3管壁开设有若干抽气孔。进一步的，在所述抽气管3与所述箱体1接触处设置有上述电动泵7，所述电动泵7一端与所述抽气管3连接，另一端与上述外循环管道8的一端连接。若干所述抽气孔的设置，使得所述电动泵7抽取的所述箱体1内部的气体更具代表性；优选地，所述电动泵7含流量计。

所述外循环管道8从所述箱体1顶部外部环境延伸至所述箱体1侧壁下方位置，且所述外循环管道8的另一端与所述箱体1侧壁连接。进一步地，所述外循环管道8管壁上根据需要设置若干个采样口，根据梯度法计算温室气体排放通量的原理，至少设置5个及以上的采样口，采样数目越多，样品数据越多，可用于拟合的曲线的点越多，对曲线拟合的斜率越准确。

进一步地，在所述箱体1上开设有上述进气口4，优选地，在所述进气口4处设置有电磁阀5。所述电磁阀5可控制所述进气口4的启闭，所述进气口4开启时，直接与外界大气相通，主要是作为样品采集时，平衡所述箱体1内气压使用。所述电磁阀5可选择双向阀门，即所述箱体1内外气体可互通，或选择单向阀门，即仅允许外界气体进入所述箱体1内部，不允许所述箱体1内气体外漏。

上述取样机构包括隔膜泵9和采样袋15，所述隔膜泵9设置于所述采样口处，所述采样袋15设置于所述隔膜泵9远离所述外循环管道8的一侧。在所述隔膜泵远离所述外循环管道的一侧设置逆止阀。

具体地，当所述隔膜泵9启动时，将所述外循环管道8内气体抽入所述采样袋15中，即完成一次采样，具体采样体积可根据实验室检测限要求决定。所述隔膜泵9关闭后，由于所述逆止阀的作用，所述采样袋15内的气体不会倒流至所述外循环管道8中。为达到平衡所述箱体1内气压的目的，每个所述隔膜泵9分别单独与所述电磁阀5均设置为关联关系，只要有一个所述隔膜泵9启闭那么所述电磁阀5就需要与该所述隔膜泵9同步启闭。

上述所述温度压力传感器6设置于所述箱体1上，且所述温度压力传感器6部分延伸至所述箱体1内部；用于实时检测所述箱体1内部温度和压力。与其他静态箱设备不同，所述取样装置引入了压力参数，用于温室气体排放通量计算时折算压力变化的影响。

进一步地，本实施方案还包括控制器11，所述控制器11与所述风扇2、所述电磁阀5、所述温度压力传感器6、所述电动泵7、若干所述隔膜泵9分别连接并控制。优选地，所述采样口、所述隔膜泵9、所述逆止阀、所述采样袋15的设置个数均与所需采样次数一致。

实施例1

如图2所示，设定所述隔膜泵9和所述采样袋10均具有5个，分别为第一隔膜泵9-1、第二隔膜泵9-2、第三隔膜泵9-3、第四隔膜泵9-4、第五隔膜泵9-5、第一采样袋、第二采样袋、第三采样袋、第四采样袋、第五采样袋。所述取样装置还包括电源10、风扇计时器12、第一计时器13-1、第二计时器13-2、第三计时器13-3、第四计时器13-4、第五计时器13-5，其中：

所述电源10采用可充电式，所述电源10为所述控制器11进行供电。所述控制器11对所述风扇2、所述电动泵7、所述第一隔膜泵9-1、所述第二隔膜泵9-2、所述第三隔膜泵9-3、所述第四隔膜泵9-4以及所述第五隔膜泵9-5进行控制，所述风扇2和所述电动泵7始终保持开启状态。

所述第一隔膜泵9-1与所述第一采样袋连接，所述第二隔膜泵9-2与所述第二采样袋连接，所述第三隔膜泵9-3与所述第三采样袋连接，所述第四隔膜泵9-4与所述第四采样袋连接，所述第五隔膜泵9-5与所述第五采样袋连接。

采样间隔时长为提前设定，本实施方案设定每间隔5min进行一次气体采样。即所述风扇计时器12、所述第一计时器13-1、所述第二计时器13-2、所述第三计时器13-3、所述第四计时器13-4、所述第五计时器13-5同时开始计时，然后分别在对应时间间隔点进行气体采样。

当所述箱体1准备工作完成后，即所有计时器开始计时。当所述第一计时器13-1计时达到5min时，反馈信息至所述控制器11，所述控制器11发出指令控制所述第一隔膜泵9-1开始，同时所述电磁阀5开启，直至所述第一采样袋采集完毕，所述控制器11控制所述第一隔膜泵9-1与所述电磁阀5同时关闭；当所述第二计时器13-2计时达到10min时，反馈信息至所述控制器11，所述控制器11发出指令控制所述第二隔膜泵9-2开始，同时所述电磁阀5开启，直至所述第二采样袋采集完毕，所述控制器11控制所述第二隔膜泵9-2与所述电磁阀5同时关闭；当所述第三计时器13-3计时达到15min时，反馈信息至所述控制器11，所述控制器11发出指令控制所述第三隔膜泵9-3开始，同时所述电磁阀5开启，直至所述第三采样袋采集完毕，所述控制器11控制所述第三隔膜泵9-3与所述电磁阀5同时关闭；当所述第四计时器13-4计时达到20min时，反馈信息至所述控制器11，所述控制器11发出指令控制所述第四隔膜泵9-4开始，同时所述电磁阀5开启，直至所述第四采样袋采集完毕，所述控制器11控制所述第四隔膜泵9-4与所述电磁阀5同时关闭；当所述第五计时器13-5计时达到25min时，反馈信息至所述控制器11，所述控制器11发出指令控制所述第五隔膜泵9-5开始，同时所述电磁阀5开启，直至所述第五采样袋采集完毕，所述控制器11控制所述第五隔膜泵9-5与所述电磁阀5同时关闭；采样结束，关闭所述风扇2、所述电动泵7以及关闭所述电源10。

进一步地，所述温度压力传感器6配备有数据实时记录器，根据设定的相应的时间间隔，记录对应时间所述箱体1内的温度和压力，可在采样完成后可通过USB接口导出或通过自带的蓝牙设备发送至云端。

进一步地，在所述箱体1顶部设置可视化的控制界面，可根据实验需求自行设定各个阀的开启和关闭的时间，通过不同阀合理的开闭，以实个性化的样品收集频率，从而满足采样人的不同需求。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。

本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种填埋区域温室气体取样装置，包括控制器、静态箱、外循环管道以及取样机构；所述的静态箱包括箱体，外循环管道的两端分别与箱体连通，取样机构与外循环管道连通，其特征在于：所述箱体的顶部配装有气压平衡阀；所述气压平衡阀、所述取样机构均分别与所述控制器控制连接；

在所述控制器的控制下，所述气压平衡阀、取样机构联动：当所述取样机构处于采样状态时，所述气压平衡阀打开，箱体与外界大气环境连通；反之，所述气压平衡阀则闭合，箱体与外界大气环境截止。

2.根据权利要求1所述的填埋区域温室气体取样装置，其特征在于：所述箱体为一体式结构，所述箱体底面与填埋堆体覆膜相接触；且所述箱体底面四周设置有裙边。

3.根据权利要求1或2所述的填埋区域温室气体取样装置，其特征在于：所述箱体上安装有温度压力传感器；所述的温度压力传感器能够实时监测箱体内的温度、气压并反馈至控制器。

4.根据权利要求3所述的填埋区域温室气体取样装置，其特征在于：所述箱体内悬置有抽气管；所述抽气管的上端贯通箱体顶面中部设置，下端则竖直朝向所述箱体内部延伸；所述抽气管与所述箱体接触处的外侧设置有电动泵，电动泵的进口与所述抽气管的上端连通，出口与所述外循环管道的上端连通；所述的电动泵与所述控制器控制连接。

5.根据权利要求4所述的填埋区域温室气体取样装置，其特征在于：所述外循环管道的管壁上设置有若干个采样口；每一个采样口均与一个取样机构连通；每一个取样机构均包括隔膜泵和采样袋；所述隔膜泵的进口与所述采样口连通，出口则与所述采样袋的袋口连通；

各隔膜泵均与所述控制器控制连接，并在控制器的控制下，一一与所述气压平衡阀联动连接：当任一隔膜泵处于工作状态时，所述的气压平衡阀均打开。

6.根据权利要求5所述的填埋区域温室气体取样装置，其特征在于：所述采样口的数量为5个。

7.根据权利要求5所述的填埋区域温室气体取样装置，其特征在于：还包括用于搅动所述箱体内气体的风扇，所述风扇设置于所述箱体内壁上，并与所述控制器控制连接。

8.根据权利要求7所述的填埋区域温室气体取样装置，其特征在于：所述的气压平衡阀为电磁阀。

9.根据权利要求8所述的填埋区域温室气体取样装置，其特征在于：还包括逆止阀，所述采样口与隔膜泵之间的连接管道上安装有所述的逆止阀。

10.根据权利要求7所述的填埋区域温室气体取样装置，其特征在于：所述控制器与所述隔膜泵、电动泵、风扇的控制连接线路上，均安装有计时器。

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