本實用新型屬于大氣環(huán)境試驗設(shè)備領(lǐng)域，涉及一種垂直溫度梯度可調(diào)型煙霧箱。

背景技術(shù)：

煙霧箱是實驗室研究大氣污染過程的實驗?zāi)M工具之一。利用煙霧箱可以將大氣污染過程中的重要化學(xué)反應(yīng)過程提取出來進行模擬，并可人為控制反應(yīng)條件如溫度、濕度、污染物濃度等，研究大氣污染過程中關(guān)鍵影響因素，實驗具有可重復(fù)性。并可將實驗所得結(jié)果與實際外場監(jiān)測相結(jié)合，發(fā)現(xiàn)大氣污染的規(guī)律，了解其污染的本質(zhì)。

利用煙霧箱模擬大氣污染過程的研究始于20世紀(jì)50年代的歐洲，近些年來由于我國大氣污染的加重而在我國大氣研究領(lǐng)域逐漸普及。但目前的煙霧箱對溫度的模擬只能實現(xiàn)箱體內(nèi)同一溫度的控制而不能實現(xiàn)模擬大氣層溫度梯度變化的現(xiàn)象。

在對流層中，一般情況下大氣溫度隨著高度增加而下降，每上升100米，溫度降低0.6℃左右。即低層大氣溫度高、密度小，高層大氣溫度低、密度大，使得大氣層容易發(fā)生“對流”運動。

在大氣污染過程中可將近地面層的污染物向高空乃至遠方輸散，從而使城市上空污染程度減輕。然而當(dāng)受到地球的強烈輻射作用、地形、氣壓影響時會出現(xiàn)如輻射逆溫、地形逆溫以及下沉逆溫等氣溫隨高度增加而升高的反常現(xiàn)象，即出現(xiàn)“逆溫層”。它使得空氣垂直對流運動受到阻礙，從而阻礙了近地面層大氣污染物的上升擴散，使得大氣污染物停滯在近地面的大氣層中越積越多，加劇空氣污染的程度。由此可見，逆溫層的溫度效應(yīng)在大氣污染過程中具有極其重要的研究意義。

綜上，大氣垂直溫度分布并不是一直保持一個恒定值不變，而是隨高度的變化而變化。但目前的煙霧箱并沒有能夠模擬大氣溫度梯度變化以及逆溫層現(xiàn)象的功能，不利于更加真實的模擬大氣污染的過程。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型為了解決煙霧箱溫度只能維持一個溫度而不能真實模擬大氣垂直溫度變化的問題，提出了一種垂直溫度梯度可調(diào)型煙霧箱，進一步地，該煙霧箱還能夠模擬逆溫層現(xiàn)象。

本實用新型提出的一種垂直溫度梯度變化的煙霧箱，該垂直溫度梯度變化的煙霧箱包括箱體，該垂直溫度梯度變化的煙霧箱還包括溫度分級控制裝置，溫度分級控制裝置包括通過管道依次連接的壓縮機、冷凝器、干燥過濾器和多級溫度控制部，多級溫度控制部還與壓縮機連接，從而形成循環(huán)體系。

進一步地，該煙霧箱還包括除濕裝置，除濕裝置設(shè)置在箱體內(nèi)部，用于對煙霧箱箱體內(nèi)的空氣進行除濕。

進一步地，多級溫度控制部的每級溫度控制部均包括通過管道依次連接的溫控裝置、毛細管和蒸發(fā)器，溫控裝置還與所述干燥過濾器連接，蒸發(fā)器還與壓縮機連接。

進一步地，蒸發(fā)器通過一開關(guān)與壓縮機連接。

進一步地，該開關(guān)為可控延時開關(guān)。

進一步地，溫控裝置包括溫控開關(guān)和溫控閥門，溫控閥門受溫控開關(guān)控制。

進一步地，該煙霧箱還包括溫度測量部和濕度測量部。

進一步地，該煙霧箱還包括樣品進樣口、樣品采樣口和廢氣口。

進一步地，該煙霧箱還包括模擬太陽光光源的紫外光燈。

進一步地，所述箱體的夾層中設(shè)置保溫材料或保溫層。

本實用新型的有益效果：本實用新型提出的垂直溫度梯度可調(diào)型煙霧箱，利用溫度分級控制裝置實現(xiàn)對不同垂直大氣溫度變化模型進行模擬：降溫或升溫、驟降(升)或逐漸降溫(升溫)、梯度降溫(升溫)或逆溫層，以及其他溫度分布情況。通過該煙霧箱對大氣垂直溫度變化進行模擬，能夠更加接近真實大氣情況，加深對大氣垂直結(jié)構(gòu)對大氣污染的影響的理解。尤其是能夠利用本實用新型模擬逆溫層結(jié)構(gòu)，研究逆溫層對大氣污染形成的影響。

附圖說明

圖1是本實用新型的煙霧箱體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實用新型的煙霧箱分級制冷系統(tǒng)圖。

圖3是本實用新型煙霧箱的工作方法流程圖。

附圖標(biāo)記說明：1.箱體夾層2.反應(yīng)容器6.溫度探頭7.紫外光燈8.除濕裝置9.進樣采樣口10.煙霧箱門11.壓縮機12.冷凝器13.干燥器14.溫控閥門15.毛細管16.蒸發(fā)器17.可控延時開關(guān)18.煙霧箱箱體內(nèi)壁

具體實施方式

為使本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本實用新型進一步詳細說明。但本領(lǐng)域技術(shù)人員知曉，本實用新型并不局限于附圖和以下實施例。

本實用新型提出的垂直溫度梯度變化的煙霧箱，其俯視圖如圖1所示，該煙霧箱包括溫度分級控制裝置、除濕裝置8和箱體。

所述箱體包括可開合的煙霧箱門10，并能與箱體其他部件貼合時實現(xiàn)密封配合，從而達到箱內(nèi)的密封要求。箱門10可開設(shè)透明窗，便于觀察箱內(nèi)情況。

所述箱體具有保溫功能，可通過在箱體夾層1中設(shè)置保溫材料或保溫層實現(xiàn)，保溫材料或保溫層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。

所述箱體設(shè)有溫濕度測量口、樣品進樣采樣口9、廢氣口以及模擬太陽光光源的紫外光燈7。溫濕度測量口在圖1中示出了設(shè)置溫度探頭6的示例，紫外光燈7可以采用黑光燈。

為了進一步提高模擬效果，煙霧箱箱體內(nèi)壁18的材料優(yōu)選具有高的光反射率，并且具有優(yōu)良的熱導(dǎo)系數(shù)的材料，例如可以采用拋光的不銹鋼板、鍍鋅銅板，但不局限于此。

除濕裝置8設(shè)置在箱體內(nèi)部，用于對煙霧箱箱體內(nèi)的空氣進行除濕。本實用新型可通過除濕裝置降低煙霧箱體內(nèi)的相對濕度，從而避免煙霧箱體中濕度太大而在箱體內(nèi)壁吸附結(jié)霜，影響控溫的實現(xiàn)。

溫度分級控制裝置可以采用溫度分級制冷系統(tǒng)實現(xiàn)，溫度分級制冷系統(tǒng)如圖2所示，包括通過管道依次連接的壓縮機11、冷凝器12、干燥過濾器13和多級溫度控制部，多級溫度控制部再連接壓縮機11，從而形成制冷循環(huán)體系。在本實用新型中，冷凝器采用冷凝管。

多級溫度控制部實現(xiàn)分級溫度的控制，每級溫度控制部均包括通過管道連接的溫控裝置、毛細管15和蒸發(fā)器16，其中，溫控裝置可以采用溫控開關(guān)配合溫控閥門14的方式，溫控閥門14受溫控開關(guān)控制。干燥過濾器13連接溫控閥門14，溫控閥門14連接毛細管15，毛細管15連接蒸發(fā)器16，蒸發(fā)器16連接到壓縮機11，或者通過另一開關(guān)17連接到壓縮機11以防止鄰級蒸發(fā)器中的制冷劑進入。多級溫度控制部還可設(shè)置旁路管路，多余的制冷劑可通過旁路管路回到壓縮機11。

另外，每級蒸發(fā)器16與壓縮機11之間的開關(guān)17可采用可控延時開關(guān)，當(dāng)達到相應(yīng)溫度時，蒸發(fā)器前的溫控閥門14關(guān)閉，蒸發(fā)器后的可控延時開關(guān)17經(jīng)過所設(shè)定的延遲時間后關(guān)閉，該設(shè)定的延遲時間可以保證蒸發(fā)器中的制冷劑基本流出。

如圖1和2所示，為了美觀，壓縮機11、冷凝器12、干燥過濾器13、毛細管15和蒸發(fā)器16設(shè)置在箱體夾層1中。為保證冷凝效果，蒸發(fā)器16緊貼箱體內(nèi)壁，冷凝器12盡量靠近箱體外壁，壓縮機11、干燥過濾器13、毛細管15無需緊貼箱體內(nèi)壁。

壓縮機、冷凝器和干燥過濾器的數(shù)量根據(jù)實際情況可靈活選擇。多級溫度控制部可以共用同一套壓縮機11、冷凝器12和干燥過濾器13，如圖2所示；當(dāng)然，也可以多級溫度控制部中的一部分共用同一套壓縮機11、冷凝器12和干燥過濾器13，甚至也可以多級溫度控制部中的每級各自使用一套壓縮機11、冷凝器12和干燥過濾器13。

本實用新型中的溫度分級控制裝置采用溫度分級控制策略實現(xiàn)大氣垂直溫度分布的模擬。設(shè)置的溫度級數(shù)小于或等于溫度控制部的級數(shù)，如溫度控制部有5級，則最多可以實現(xiàn)5個溫度級數(shù)的設(shè)置，當(dāng)需要減少溫度級數(shù)時，可通過相鄰級的蒸發(fā)器設(shè)置相同溫度的方式來實現(xiàn)級數(shù)的減少。仍以5級溫度控制部為例，當(dāng)需要設(shè)置的溫度級數(shù)為4級時，可以將5級溫度控制部中某兩個相鄰蒸發(fā)器的溫度設(shè)置為相同的溫度；當(dāng)需要設(shè)置的溫度級數(shù)為3級時，可以將5級溫度控制部中某兩個相鄰蒸發(fā)器的溫度設(shè)置為相同的溫度，另兩個相鄰蒸發(fā)器的溫度設(shè)置為相同的溫度。

一般來說，多級溫度控制部整體呈現(xiàn)溫度升高或降低的狀態(tài)，即本實用新型的煙霧箱既可以模擬大氣溫度正常溫度梯度情況，也可以模擬大氣溫度異常例如逆溫層的情況。當(dāng)然，為了更真實地模擬大氣垂直溫度的梯度，多級溫度控制部也可以按照大氣溫度的實際情況設(shè)置各級蒸發(fā)器的溫度，例如大氣溫度不是隨著高度增加呈現(xiàn)規(guī)律的升溫或降溫。也就是說，本實用新型的煙霧箱通過分級溫度控制，既可以模擬下部熱上部冷的溫度分布情況，也可以模擬上部熱下部冷的溫度分布情況，還可以模擬混合式的溫度分布情況。

同時，本實用新型中的分級溫度設(shè)置可以為逐級升溫或降溫，也可以是溫度驟升或驟降，此時只需要改變溫度分級的數(shù)目和相鄰兩級之間的溫度梯度。如需驟升或驟降，則需要將溫度梯度調(diào)大、級數(shù)減少；如需逐級升溫或降溫，則需要將溫度梯度調(diào)小、級數(shù)增加。

本實用新型所述的煙霧箱為實際大氣垂直情況的縮小版，即用煙霧箱的1m或者其他合適高度模擬實際大氣垂直結(jié)構(gòu)的100m(或其他合適高度)。若實際大氣溫度變化情況為從地面到離地高度500m處的溫度變化情況為以1℃/100m的溫度遞增。則此時可以以煙霧箱從煙霧箱底到離底部5m以1℃/m的速度升溫模擬實際大氣情況；隨后以0.6℃/m的速度降溫模擬實際大氣情況。例如，模擬垂直溫度變化情況為0m-500m，-5℃～5℃，以2℃/100m的梯度遞增。煙霧箱構(gòu)造為1米一個溫控級，總共設(shè)置6級。各級的溫度分別設(shè)定為-5℃、-3℃、-1℃、1℃、3℃、5℃。

下面結(jié)合圖1至3說明本實用新型煙霧箱的工作過程。

將作大氣實驗用的反應(yīng)容器2通過箱門10放入箱體內(nèi)，在反應(yīng)容器和箱體上各自連接好樣品進樣口和采樣口以及溫濕度探頭等準(zhǔn)備工作。若反應(yīng)需要連續(xù)光照，則提前打開箱體內(nèi)的紫外光燈7，以防后期引起箱體內(nèi)的溫度波動；如只需短暫光照，則可以不進行任何操作。實驗過程中，反應(yīng)容器懸掛或者安放于煙霧箱中，反應(yīng)容器內(nèi)通入所需要的反應(yīng)性物質(zhì)，通過煙霧箱對其進行光照和溫度的控制。反應(yīng)容器一般由F46膜制成。

在啟動煙霧箱的溫度分級制冷系統(tǒng)之前先打開除濕裝置8對煙霧箱體內(nèi)的空氣進行除濕，以防止在煙霧箱內(nèi)壁積霜，影響溫度控制。除濕完畢在制冷系統(tǒng)啟動時或啟動前關(guān)閉除濕裝置。

當(dāng)啟動煙霧箱的溫度分級制冷系統(tǒng)后，各溫控閥門14打開，壓縮機11開始工作。壓縮機11將制冷循環(huán)體系中氣體形式的制冷劑壓縮成高溫高壓狀態(tài)進入冷凝器12中；冷凝器12將高溫高壓的制冷劑轉(zhuǎn)化成液體形式的中溫高壓制冷劑；然后制冷劑進入干燥過濾器13中除去可能產(chǎn)生的水分，防止堵塞管路。

在每一級中，該級的溫度探頭6所探測的溫度高于該級所設(shè)定的溫度時，通過干燥過濾器13的制冷劑再通過該級的毛細管15進入對應(yīng)的蒸發(fā)器16中進行制冷，最后回到壓縮機11。毛細管15在制冷循環(huán)體系中實現(xiàn)了冷凝器12的高壓和蒸發(fā)器16的低壓之間的轉(zhuǎn)換。

在每一級中，當(dāng)該級的溫度探頭6所探測的溫度等于或低于該級所設(shè)定的溫度時，溫控開關(guān)控制溫控閥門關(guān)閉，制冷劑不流入，該級溫度可由夾層的保溫材料維持穩(wěn)定；當(dāng)該級的溫度探頭6探測溫度高于所設(shè)定溫度時，溫控開關(guān)控制溫控閥門14打開，制冷劑流入各級毛細管15、蒸發(fā)器16中進行制冷。如此反復(fù)該步驟，直到工作結(jié)束或中斷。當(dāng)各級溫控系統(tǒng)均處于穩(wěn)定狀態(tài)時即可模擬大氣實驗。

制冷劑需要具有較寬的溫控范圍和制冷效果，可以采用液氨或其他常用制冷劑，但不局限于液氨。

以上，對本實用新型的實施方式進行了說明。但是，本實用新型不限定于上述實施方式。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。