大氣環(huán)境模擬實驗艙的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種大氣環(huán)境模擬的實驗裝備，可模擬單一或復合空氣污染因素環(huán)境以及實際環(huán)境中不同海拔高度的大氣狀態(tài)等，用于研宄空氣污染物的生物學影響或大氣二次污染形成的機制等。
【背景技術】
[0002]隨著我國城市化、工業(yè)化的不斷推進和快速發(fā)展，城市空氣污染問題日益嚴重，我國空氣污染強度大，覆蓋范圍廣，呈現(xiàn)明顯的區(qū)域污染特征；此外，復合型污染特征突出，空氣污染呈現(xiàn)明顯的季節(jié)性特征，影響程度嚴重。特別是2013年以來，霧霾發(fā)生頻率之高、波及之廣、程度之重前所未有，給人們的生產(chǎn)生活和身體健康都造成了嚴重的影響。開展空氣污染物對生物的影響以及大氣二次污染物形成機制研宄極為必要。大氣環(huán)境模擬實驗艙可以模擬單一或復合空氣污染因素環(huán)境，為研宄空氣污染物的生物影響機制提供理想的平臺。此外，大氣環(huán)境模擬艙也是研宄環(huán)境大氣痕量氣體反應演化的關鍵技術手段，在艙內(nèi)模擬實際環(huán)境中不同海拔高度的大氣狀態(tài)，用于研宄大氣二次污染形成的機制。然而，目前該方向相關研宄尚處于起步階段，基于各研宄機構用于系統(tǒng)性研宄空氣污染物的模擬設備相對較少，大部分為僅能滿足自身實驗需要的自制模擬裝置。不同實驗室使用的大氣環(huán)境模擬裝置未實現(xiàn)標準化，易出現(xiàn)實驗數(shù)據(jù)時間重復性、空間重復性不穩(wěn)定等問題。此外，這些模擬設備的內(nèi)部環(huán)境并不能滿足實驗對象的基本生存和生長需求，不適用開展空氣污染物生物學和健康效應影響的研宄。本發(fā)明研制一種保證實驗條件穩(wěn)定可靠、實現(xiàn)實驗數(shù)據(jù)可重復性，并能有效防止實驗過程中二次污染的大氣模擬艙。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]發(fā)明目的:本發(fā)明主要通過對單一或復合的空氣污染因子進行準確調(diào)控，在保證實驗對象基本生存條件、防止二次污染的前提下，為深入系統(tǒng)地研宄空氣污染物對生物、材料等實驗對象的影響提供理想的實驗平臺，并可在艙內(nèi)模擬實際環(huán)境中不同海拔高度的大氣狀態(tài)，以用于研宄大氣二次污染形成的機制，可廣泛應用于低壓醫(yī)學、環(huán)境科學、生命科學、材料科學等領域，具有十分重要的應用前景和價值。
[0004]技術方案:本發(fā)明大氣環(huán)境模擬實驗艙的艙體I包括艙門2、不銹鋼網(wǎng)3、實驗臺
4、集成控制機柜5、人工污染物模擬源6、氣體處理系統(tǒng)7、氣體循環(huán)系統(tǒng)8、溫濕度控制系統(tǒng)9、氣體收集系統(tǒng)10、氣氛及顆粒污染物采樣傳感器11、紫外-可見光燈組12，所述氣體處理系統(tǒng)7和所述氣體循環(huán)系統(tǒng)8相連，所述人工污染物模擬源6通過管道與艙體I相連，所述氣體收集系統(tǒng)10與所述氣氛及顆粒污染物采樣傳感器11相連，所述集成控制機柜5采集其它各部分的數(shù)據(jù)進行處理，并控制各部分的工作。
[0005]有益效果:
1.準確模擬城市環(huán)境中的空氣環(huán)境，可實現(xiàn)對單一或復合空氣污染物影響研宄；
2.可模擬實際環(huán)境中不同海拔高度的大氣狀態(tài)，研宄大氣二次污染形成的機制； 3.可模擬不同壓強及溫濕度環(huán)境，研宄不同海拔高度對空氣污染物轉化的影響；
4.通過良好的溫濕度、光照等調(diào)控，可滿足不同實驗對象的基本生存條件；
5.實現(xiàn)實驗條件的標準化，保證實驗的時間重復性、空間重復性；
6.具有良好的密閉性，防止實驗過程中氣體的泄漏，確保操作人員安全。
【附圖說明】
[0006]下面結合附圖和實施方向對本發(fā)明進一步說明。圖1是本發(fā)明的主體三維構造圖。圖中標記為，1.艙體，2.艙門，3.不銹鋼網(wǎng)，4.實驗臺，5.集成控制機柜，6.人工模擬污染物源，7.氣體處理系統(tǒng)，8.氣體循環(huán)系統(tǒng)，9.溫濕度控制系統(tǒng)，10.氣體收集系統(tǒng)，11.氣氛及顆粒物采樣傳感器，12紫外-可見光燈組。
【具體實施方式】
[0007]本發(fā)明分為外部結構和內(nèi)部結構，外部結構包括:艙體1、艙門2、集成控制機柜5、人工模擬污染物源6，氣體處理系統(tǒng)7，氣體收集系統(tǒng)10，內(nèi)部結構包括:不銹鋼網(wǎng)3，實驗臺4、氣體循環(huán)系統(tǒng)8、溫濕度控制系統(tǒng)9、氣氛及顆粒污染物采樣傳感器11、紫外-可見光燈組
12ο
[0008]艙體I由耐壓、保溫材料制成的球狀構造，艙體I正面安裝有氣密性良好的圓盤狀封閉艙門2，以防在實驗過程中艙內(nèi)壓強的升高或者降低導致氣體泄漏，對外界形成二次污染。在艙體I內(nèi)約四分之一高度的位置，焊接剛性致密不銹鋼網(wǎng)3，方便操作人員行走和實驗材料、實驗臺的放置。為方便樣品放置以及實驗臺的調(diào)整，實驗臺4由輕質惰性材料制成，放置于艙體I中間，主要用于放置實驗樣品。
[0009]集成控制機柜5主要負責對艙內(nèi)實驗參數(shù)進行實時精調(diào)控并進行記錄，幫助操作人員實時了解艙體實驗條件變化情況。所述集成控制機柜5界面有儀器開關、溫度、濕度、光照強度、光照時間、污染物輸入體積、艙內(nèi)氣壓的參數(shù)控制按鈕，對實驗艙的所有功能實現(xiàn)軟件調(diào)節(jié)。
[0010]人工模擬污染物源6用于模擬氣體污染物環(huán)境。所述人工模擬污染物源6分為氣瓶和大氣污染物生成裝置兩部分。(I)氣瓶，存儲如氧氣、氮氣、二氧化碳等各種氣體。(2)大氣污染物生成裝置，可按實驗需要，生成所需的大氣污染物，包括運輸工具排放尾氣，燃料燃燒、生產(chǎn)過程中排除的煙塵廢棄等生產(chǎn)性污染。兩者在集成控制機柜5的調(diào)控下，通過管道向實驗艙體I輸入不同體積的單一或不同比例的復合氣體污染物，使艙內(nèi)氣氛環(huán)境達到實驗所要求的技術指標，對實驗臺4上的實驗樣品進行暴露處理?；蛲ㄟ^輸入不同比例的氣體混合物，模擬實際環(huán)境下的特定大氣狀態(tài)，以研宄大氣二次污染形成的機制。所述人工模擬污染物源6的氣瓶可進行拆卸更換，并留有預留接口，可根據(jù)實驗需要進行添加或更換。
[0011]氣體循環(huán)系統(tǒng)8用于模擬不同海拔高度環(huán)境。所述氣體循環(huán)系統(tǒng)8可迅速向艙內(nèi)輸入空氣，增加艙內(nèi)氣壓；或將艙內(nèi)空氣排出，降低艙內(nèi)氣壓，可實現(xiàn)實時調(diào)控艙內(nèi)壓強，壓強調(diào)控范圍為30KPa-200KPa ( ±10Pa)。配合調(diào)整溫濕度控制系統(tǒng)9，達到模擬不同海拔高度環(huán)境的目的。所述氣體處理系統(tǒng)7連接氣體循環(huán)系統(tǒng)8，可處理艙內(nèi)排出的氣體污染物，廢氣經(jīng)過多重處理達到安全標準方可排放，以防造成二次污染。
[0012]溫濕度控制系統(tǒng)9用于實現(xiàn)熱環(huán)境模擬。溫濕度控制系統(tǒng)9在目前市場已有成熟技術，可實現(xiàn)溫度-50-70°C (±1.0°C)，濕度5-95 RH% ( ±3.0% )范圍的調(diào)控。操作人員可設置不同的溫濕度條件，配合不同壓強條件，模擬不同海拔高度環(huán)境。另外，通過有效設置溫濕度范圍，可人工調(diào)節(jié)實驗箱內(nèi)部小氣候，以保證實驗生物的基本生存需要。
[0013]所述氣氛及顆粒污染物采樣傳感器11可實現(xiàn)艙內(nèi)溫度、濕度、光強、氣壓條件的實時監(jiān)測，精確度為±0.1 ;并可通過氣氛及顆粒污染物采樣傳感器11定時或隨時采集艙內(nèi)氣體樣品進行分析檢測。氣體收集系統(tǒng)10連接著系統(tǒng)氣氛及顆粒污染物采樣傳感器11，將采集到了氣體樣品收集于氣瓶內(nèi)。氣體收集系統(tǒng)10的氣瓶可進行拆卸更換，并留有預留接口，可根據(jù)實驗需要進行添加或更換。
[0014]紫外-可見光燈組12用于實現(xiàn)光環(huán)境模擬。紫外-可見光燈組12均勻分布艙體I內(nèi)壁四周，保證內(nèi)部光照均勻分布。利用電氣控制法，通過各種不同的調(diào)光器，可實現(xiàn)光強的調(diào)控。操作人員可根據(jù)具體實驗需要，設置光照時間，人工模擬晝夜變化或紫外光照條件，以適應實驗需要或者保證實驗生物的基本生存需要。
[0015]本發(fā)明通過構建大氣環(huán)境模擬實驗艙，可準確模擬城市環(huán)境中溫濕度、光照、海拔高度的環(huán)境，還原現(xiàn)實城市大氣環(huán)境；可提供穩(wěn)定、精準的生物培養(yǎng)條件；采用數(shù)字化控制系統(tǒng)，可根據(jù)艙內(nèi)監(jiān)測結果進行實時反饋調(diào)節(jié)，實現(xiàn)溫濕度、氣壓、光強等參數(shù)的精確控制；能夠用于單一或復合空氣污染物生物學效應研宄以及大氣二次污染形成的機制研宄。本發(fā)明可廣泛應用于環(huán)境科學、生命科學、醫(yī)學、農(nóng)學、工業(yè)等領域的科學研宄，具有十分重要的應用價值。
【主權項】
1.一種大氣環(huán)境模擬實驗艙，艙體(I)包括:艙門(2)、不銹鋼網(wǎng)(3)、實驗臺(4)、集成控制機柜(5)、人工污染物模擬源(6)、氣體處理系統(tǒng)(7)、氣體循環(huán)系統(tǒng)(8)、溫濕度控制系統(tǒng)(9)、氣體收集系統(tǒng)(10)、氣氛及顆粒污染物采樣傳感器(11)、紫外-可見光燈組(12)，所述氣體處理系統(tǒng)(6)和所述氣體循環(huán)系統(tǒng)(7)相連，所述人工污染物模擬源(6)通過管道與艙體(I)相連，所述氣體收集系統(tǒng)(10)與所述氣氛及顆粒污染物采樣傳感器(11)相連，所述集成控制機柜(5)采集其它各部分的數(shù)據(jù)進行處理，并控制各部分的工作。
2.根據(jù)權利要求書I所述的大氣環(huán)境模擬實驗艙，其特征是:艙體(I)由耐壓、保溫材料制成的球狀構造，艙體(I)正面安裝有氣密性良好的圓盤狀封閉艙門(2)。
3.根據(jù)權利要求書2所述的大氣環(huán)境模擬實驗艙，其特征是:在艙體(I)約四分之一高度的位置，焊接剛性致密不銹鋼網(wǎng)(3)。
4.根據(jù)權利要求書I所述的大氣環(huán)境模擬實驗艙，其特征是:所述集成控制機柜(5)界面有儀器開關、溫度、濕度、光照強度、光照時間、污染物輸入體積、艙內(nèi)氣壓的參數(shù)控制按鈕，對實驗艙的所有功能實現(xiàn)軟件調(diào)節(jié)。
5.根據(jù)權利要求書I所述的大氣環(huán)境模擬實驗艙，其特征是:所述人工模擬污染物源(6)分為氣瓶和大氣污染物生成裝置兩部分。
6.根據(jù)權利要求書6所述的大氣環(huán)境模擬實驗艙，其特征是:所述人工模擬污染物源(6)的氣瓶可進行拆卸更換，并留有預留接口，可根據(jù)實驗需要進行添加或更換。
7.根據(jù)權利要求書I所述的大氣環(huán)境模擬實驗艙，其特征是:所述氣體處理系統(tǒng)(7)連接氣體循環(huán)系統(tǒng)(8 )，可處理艙內(nèi)排出的氣體污染物，廢氣經(jīng)過多重處理達到安全標準方可排放，以防造成二次污染。
8.根據(jù)權利要求書I所述的大氣環(huán)境模擬實驗艙，其特征是:所述氣體循環(huán)系統(tǒng)(8)可實現(xiàn)實時調(diào)控艙內(nèi)壓強，壓強調(diào)控范圍為30KPa_200KPa ( ±10Pa)。
9.根據(jù)權利要求書I所述的大氣環(huán)境模擬實驗艙，其特征是:所述氣氛及顆粒污染物采樣傳感器(11)可實現(xiàn)艙內(nèi)溫度、濕度、光強、氣壓條件的實時監(jiān)測，精確度為±0.1 ;并可通過氣氛及顆粒污染物采樣傳感器(11)定時或隨時采集艙內(nèi)氣體樣品進行分析檢測。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種大氣環(huán)境模擬的實驗裝備，可模擬單一或復合空氣污染因素環(huán)境以及實際環(huán)境中不同海拔高度的大氣狀態(tài)等；可準確模擬城市環(huán)境中溫濕度、光照環(huán)境，還原現(xiàn)實城市大氣環(huán)境；可提供穩(wěn)定、精準的生物培養(yǎng)條件；在防止二次污染的前提下，能夠用于單一或復合空氣污染物生物學效應研究以及大氣二次污染形成的機制研究。本發(fā)明分為外部結構和內(nèi)部結構，外部結構包括：艙體、艙門、集成控制機柜、人工模擬污染物源，氣體處理系統(tǒng)，氣體收集系統(tǒng)，內(nèi)部結構包括：不銹鋼網(wǎng)，實驗臺、氣體循環(huán)系統(tǒng)、溫濕度控制系統(tǒng)、氣氛及顆粒污染物采樣傳感器、紫外-可見光燈組。
【IPC分類】B01L1-00
【公開號】CN104707671
【申請?zhí)枴緾N201510132788
【發(fā)明人】蔡澎, 林康偉, 唐超, 張晶, 喻慧
【申請人】中國科學院城市環(huán)境研究所
【公開日】2015年6月17日
【申請日】2015年3月26日