一种低温模拟真实大气环境的反应装置的制作方法

本实用新型属大气环境试验设备领域，涉及一种低温模拟真实大气环境的反应装置。

背景技术：

大气化学反应是大气环境化学的一个重要研究领域，大气化学中不论是模式研究还是外场观测都需要反应机理、反应动力学参数等方面信息，因此实验室模拟真实大气环境下的大气化学反应有重要的意义。

然而对流层大气中气溶胶粒子和气体成分十分复杂，不但含有多种气溶胶颗粒，例如海盐颗粒物、矿尘颗粒物、烟炱和液滴等，而且还有大量的如氮氧化物、硫氧化物、臭氧和有机物等人类活动释放的多种污染气体共存。因此如何同时控制温度、相对湿度等环境条件的耦合，更真实的模拟大气环境是制约实验室研究的关键因素。

近年来，有关于大气化学反应的实验室模拟反应腔研究逐步发展，对不同痕量气体在气溶胶表面的吸附、反应等动力学物理化学常数的定量测量方面，发展起来的手段主要包括流动管反应腔、努森池、透射傅里叶变换红外光谱、漫反射红外傅里叶变换光谱仪、烟雾箱、下落滴装置等。大多数采用的实验装置可实现相对湿度的准确控制，然而对于反应温度尤其是低温的控制还存在一定问题。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本实用新型提出了一种低温模拟真实大气环境的反应装置。

一种低温模拟真实大气环境的反应装置，该反应装置包括：冷却部、反应腔、冷凝液夹层和常温循环水夹层，反应腔外部依次设置该冷凝液夹层和该常温循环水夹层，反应腔、冷凝液夹层和常温循环水夹层相互不连通；

冷却部密封设置在常温循环水夹层外侧壁上，与冷凝液夹层连通；

连入反应腔的气体进气口和气体出气口通过管道经由冷却部与反应腔连通，气体经冷却部冷却后进入反应腔；

冷凝液进口和冷凝液出口与冷却部相连，冷凝液经由冷却部进入冷凝液夹层；

常温循环水的进口和出口与常温循环水夹层连通。

进一步地，反应腔、冷凝液夹层和常温循环水夹层的顶部均通过上盖密封或单独密封。

进一步地，该上盖为三窗口式上盖。

进一步地，该反应腔的主体及零件使用不锈钢和特氟龙材料。

进一步地，反应腔内部设置有圆台，圆台顶部形成凹槽，用于固定盛放待反应样品的样品托。

进一步地，加热装置位于圆台内部的空腔中，用于对放置在圆台上的样品进行加热，该空腔与反应腔不连通。

进一步地，加热装置采用电阻丝加热的方式，电阻丝通电后发热从而对圆台上放置的样品进行加热。

进一步地，加热装置通过热电偶连接至温度控制器，实现对样品温度的控制。

进一步地，样品托的底部设置有温度探头。

进一步地，该温度探头采用铂电阻传感器采集温度。

本实用新型的有益效果：本实用新型提出的一种低温模拟真实大气环境的反应装置，其内部为三层相互嵌套的独立夹层，由里到外依次是反应腔、冷凝液夹层和循环水夹层。反应腔用来盛放待反应的样品，并允许经冷却的反应气体与样品相接触以提供低温环境，保持反应腔温度与外部环境相同以防止检测窗片等结霜。同时搭配连有温控探头和加热电阻丝的温度控制仪，可以模拟低温的反应环境，准确控制反应腔内温度并防止检测窗片结霜，可以实现反应腔内温度的准确保证。再次，冷凝液夹层与冷却部连通，经由冷却部一直延伸到反应气体的进气口处，在反应气体进入反应腔之前就通过包裹气体流通管道的冷凝液将气体冷却，能够保证进入到反应腔内的气体已经达到目标温度。此外，反应腔的主体及零部件全部使用不锈钢和特氟龙材料制作，不含杂质亦不易吸附，对实验的结果影响甚小。

附图说明

图1为本实用新型的模拟真实大气环境反应装置的立体效果图(未包括上盖部分)。

图2为实用新型的模拟真实大气环境反应装置的俯视图。

图3为实用新型的模拟真实大气环境反应装置的侧视图。

图4为实用新型的模拟真实大气环境反应装置水平方向的剖面图。

图中标注的数字分别表示：1连入反应腔的气体进气口，3连入反应腔的气体出气口，2冷凝液进口，4冷凝液出口，5冷却部，6温度探头，7常温循环水的进口，8常温循环水 的出口，9反应腔，10冷凝液夹层，11固定样品托的凹槽，12反应腔中的圆台，13加热装置，14常温循环水夹层。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、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，对本实用新型进一步详细说明。但本领域技术人员知晓，本实用新型并不局限于附图和以下实施例。

本实用新型提出的低温模拟真实大气环境的反应装置，如图1至4所示，该反应装置包括：冷却部5和反应腔9，反应腔9在图1至4中所示为圆柱形箱体，但不限于该形状。反应腔9外部沿其径向依次设置冷凝液夹层10和常温循环水夹层14，反应腔9、冷凝液夹层10和常温循环水夹层14相互不连通。图1至4中所示冷凝液夹层10为与反应腔同轴的圆柱形箱体，常温循环水夹层14为方形箱体，本领域技术人员知晓冷凝液夹层10和常温循环水夹层14的形状不限于图1至4中所示的形状。反应腔9、冷凝液夹层10和常温循环水夹层14均底部密封，顶部均通过上盖密封或单独密封。

该反应腔可以搭配不同的上盖从而对整个腔体密封(未在图中标明)。不同上盖的设计可以满足不同检测方法的需要，例如，漫反射红外光谱仪搭配的上盖可设计成三窗口式，一面作为观察和光辐射窗口，另两个窗口是作为红外光透过窗口。

为了减少对实验结果的影响，反应腔的主体及零件优选使用不锈钢和特氟龙材料制作，由于不锈钢和特氟龙材料不含杂质亦不易吸附，因此可以有效减少反应腔的材质对实验结果的影响。

冷却部5密封设置在常温循环水夹层14外侧壁上，与冷凝液夹层10连通。

连入反应腔的气体进气口1和连入反应腔的气体出气口3通过管道经由冷却部5连入反应腔9，冷却部5包裹在气体进气口1和气体出气口3管道外，但与气体进气口1和气体出气口3管道不相通。

冷凝液进口2和冷凝液出口4与冷却部5相连，冷凝液经冷却部5连入冷凝液夹层10，冷却部5对流经的气体和冷凝液进行冷却。气体在进入反应腔9之前通过冷却部5冷却，从而保证进入到反应腔9内的气体已经达到目标温度。冷却部5的长度由气体的流速与冷却效率决定。

常温循环水的进口7和常温循环水的出口8与常温循环水夹层14连通。

反应腔9内部设置有圆台12，圆台12顶部形成凹槽11，用于固定盛放待反应样品的样 品托。优选地，圆台12的高度保证反应气体与待反应样品有效接触，且与反应腔顶部的距离适用于红外光谱仪和拉曼光谱仪对样品表面的检测。

加热装置13位于圆台12内部的空腔中，用于对放置在圆台上的样品进行加热，该空腔与反应腔9不连通。加热装置例如为电阻丝，电阻丝通电后发热从而对圆台上放置的样品进行加热。加热装置13通过热电偶连接至温度控制器，实现对样品温度的控制。

样品托底部可设置温度探头6，例如为在图1和2中所示的细管中插入铂电阻传感器，可以精确探测反应腔内的温度。

低温模拟真实大气环境的反应装置的工作过程为：进行低温反应时，待反应样品置于反应腔9中的凹槽11内。夹层10中通入冷凝液，夹层14通入常温循环水，通过温度探头6和加热装置13对整个反应装置进行温度控制。当温度稳定于实验温度时，反应气体通过进气口1进入反应腔9中进行反应。

以上，对本实用新型的实施方式进行了说明。但是，本实用新型不限定于上述实施方式。凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。