碳汇数据采集装置

技术领域

本发明涉及大气碳含量检测技术领域，具体涉及碳汇数据采集装置。

背景技术

二氧化碳是大气中介质因素，其增加会对温室效应产生严重影响。一方面，随着二氧化碳含量的增加，温室效应会受到更强的抑制和控制，对地球的气候系统产生不利影响。地球的全球气温将会持续升高，产生全球变暖的状况，并带来极端天气现象的持续增加，如暴风雨，洪水，台风，冰雹等；

因而需要对大气中的碳含量进行检测，以控制二氧化碳与一氧化碳的排放，现有的碳数据采集法通常采用化学法去生成含碳固体后，依据含碳固体的质量去推算大气中的碳含量，该方法操作复杂不便于实时监控；

现有的FID检测法能够有效的检测有机化合物中碳的含量，但要测定大气中一氧化碳和二氧化碳的含量不能直接使用FID法，因为这两种物质在FID上几乎没有响应信号。

因此，发明碳汇数据采集装置很有必要。

发明内容

为此，本发明提供碳汇数据采集装置，通过利用碳转化机构将大气中的一氧化碳与二氧化碳甲烷化，后将甲烷导入到以氢气和氧气燃烧的火焰中，在高温下产生化学电离使其形成离子流，后将形成的离子流数据通过电离电极环导入到气相色谱仪中，从而对大气中的碳含量进行采集，以解决现有的FID检测法不能检测大气中的碳含量，同时利用化学法检测操作复杂且不便于实时监控的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：碳汇数据采集装置，包括燃烧测定组件与外框架，所述燃烧测定组件位于外框架内部且与外框架连接，所述燃烧测定组件包括执行机构，所述执行机构顶部连接有尾气处理机构，所述执行机构底部连接有碳转化机构；

所述执行机构包括温控筒壳，所述温控筒壳外壁与外框架顶部固定连接，所述温控筒壳顶部内壁开设有环形卡槽，所述温控筒壳内壁固定安装有电加热丝，所述环形卡槽顶部固定安装有紧定筒台，所述紧定筒台内壁固定安装有底受热筒,所述底受热筒内壁固定安装有防护筒，所述防护筒底部侧壁固定安装有分支管且分支管位于温控筒壳底部，所述防护筒底部内壁密封固定安装有混合气管且混合气管贯穿防护筒，所述防护筒顶部固定安装有绝缘混合筒且混合气管顶部位于绝缘混合筒内部，所述绝缘混合筒顶部固定安装有气体喷头。

优选的，所述温控筒壳顶部外壁通过螺栓固定安装有燃烧筒，所述燃烧筒中部外壁固定安装有绝缘夹头，所述绝缘夹头设有两组且位于同一竖直面上，两组所述绝缘夹头内壁均固定安装有电离电极环，两组所述电离电极环外接气相色谱仪两极，两组所述电离电极环均位于气体喷头正上方，所述燃烧筒外壁固定安装有电子打火器且电子打火器输出端位于气体喷头上方，所述燃烧筒顶部固定安装有气体循环壳且气体循环壳与燃烧筒内部连通，所述气体循环壳中部内壁固定安装有集气漏斗且集气漏斗贯穿气体循环壳，所述集气漏斗底部位于电离电极环正上方且与气体喷头中线重合，所述气体循环壳侧壁固定安装有助燃气管且助燃气管与气体循环壳内部连通。

优选的，所述尾气处理机构包括中转管，所述中转管前端管口处固定安装有弯管，所述弯管底部管口与集气漏斗顶部密封固定连接，所述中转管内壁固定安装有隔板，所述中转管底部固定安装有处理底管，位于隔板前端的所述中转管与处理底管内部连通，所述处理底管内壁固定安装有固体环形干燥剂，所述固体环形干燥剂内壁固定安装有内管，所述内管顶部与隔板后端的中转管内部连通，所述内管底部位于处理底管内部且处理底管底部封堵，所述中转管末端管口处固定安装有负吸风扇。

优选的，所述碳转化机构包括双头反应筒，所述双头反应筒底部外壁与外框架中部固定连接，所述双头反应筒底部内壁固定安装有电加热片，所述双头反应筒两端筒口处均固定安装有电磁阀一，所述混合气管底部与顶部的电磁阀一输出端密封固定连接且混合气管底部位于双头反应筒内部，双头反应筒底部的所述电磁阀一输出端密封固定安装有T型反应管，所述T型反应管顶部内壁固定安装有网状镍板，所述T型反应管中部外壁固定安装有进支管。

优选的，所述外框架底部内壁固定安装有氢气罐，所述氢气罐顶部两侧均固定安装有电磁阀二，两组所述电磁阀二输出端分别固定安装有进氢管一与进氢管二，所述进氢管一另一管口与进支管密封固定连接，所述进氢管二另一管口与分支管密封固定连接。

优选的，所述外框架中部固定安装有压缩罐，所述压缩罐两端与侧壁均固定安装有电磁阀三，底部的所述电磁阀三输出端固定安装有空气进管，所述空气进管外界气体压缩机，顶部的所述电磁阀三输出端固定安装有空气出管，所述空气出管另一管口与T型反应管底部管口密封固定连接，位于压缩罐侧壁的所述电磁阀三输出端与助燃气管另一管口密封固定连接。

本发明的有益效果是：

1、通过启动与空气进管连接的气体压缩机并同时打开压缩罐底部的电磁阀三，将压缩后的空气排入到压缩罐内，对空气压缩完成后关闭压缩罐底部的电磁阀三同时打开顶部的电磁阀三，此时在气压的作用下压缩罐内的待检大气通过空气出管进入到T型反应管内，同时打开与进氢管一连接的电磁阀二使氢气罐内的氢气通过进支管进入到T型反应管内，同时打开T型反应管顶部的电磁阀一并通过电加热片给待检大气与氢气进行加热，含碳的待检大气与氢气在受热后经过网状镍板的催化作用，能够将待检大气内的一氧化碳与二氧化碳气体进行甲烷化，从而形成甲烷气体，此后打开双头反应筒顶部的电磁阀一使生成的甲烷气体通过混合气管进入到绝缘混合筒内部，同时打开与进氢管二连接的电磁阀二，使氢气罐内的氢气作为燃气进入到绝缘混合筒内，并与甲烷气体进行充分混合后通过气体喷头喷出燃烧，此后进行碳数据采集；

2、由于在将空气中的一氧化碳与二氧化碳均转化为甲烷，在转化的过程中会产生高温水蒸气，这些水蒸气会随着甲烷被一同喷出，同时氢气的燃烧也会产生水蒸气，在对碳含量检验的过程中，从～摄氏度，碳含量检测的灵敏度几乎相同，但在摄氏度以下，碳含量检测的灵敏度会显著下降，这是由于水蒸气冷凝造成的，因而这些产生的水蒸气会影响碳数据采集的精度，此时，启动中转管末端的负吸风扇，使其产生的吸力依次通过处理底管、弯管作用于集气漏斗内，从而将气体喷头喷出的高温水蒸气与燃烧产生的水蒸气以及燃烧残渣吸入到集气漏斗内，后由隔板的阻隔作用将产生的水蒸气由固体环形干燥剂吸附，同时将燃烧后的残渣由内管以及负吸风扇排出，降低水蒸气冷凝对碳含量检测灵敏度的影响。

附图说明

图1为本发明提供的该装置的结构示意图；

图2为本发明提供的燃烧测定组件的结构示意图；

图3为本发明提供的执行机构、尾气处理机构与碳转化机构的连接图；

图4为本发明提供的碳转化机构的结构示意图；

图5为本发明提供的执行机构与尾气处理机构的连接结构图；

图6为本发明提供的尾气处理机构的结构示意图；

图7为本发明提供的执行机构的结构示意图；

图8为本发明提供的执行机构的拆分图；

图9为本发明提供的执行机构的剖视图；

图10为本发明提供的执行机构的部分拆分图；

图11为本发明提供的混合气管的安装位置图。

图中：燃烧测定组件100、执行机构110、温控筒壳111、环形卡槽112、电加热丝113、紧定筒台114、底受热筒115、防护筒116、分支管117、混合气管118、绝缘混合筒119、气体喷头120、燃烧筒130、绝缘夹头131、电离电极环132、电子打火器133、气体循环壳134、集气漏斗135、助燃气管136、尾气处理机构140、中转管141、弯管142、隔板143、负吸风扇144、处理底管145、内管146、固体环形干燥剂147、碳转化机构150、双头反应筒151、电加热片152、电磁阀一153、T型反应管154、网状镍板155、进支管156、氢气罐160、电磁阀二161、进氢管一162、进氢管二163、压缩罐170、电磁阀三171、空气进管172、空气出管173、外框架200。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

参照附图1-11，本发明提供的碳汇数据采集装置，包括燃烧测定组件100与外框架200，燃烧测定组件100位于外框架200内部且与外框架200连接，燃烧测定组件100包括执行机构110，执行机构110顶部连接有尾气处理机构140，执行机构110底部连接有碳转化机构150；

执行机构110包括温控筒壳111，温控筒壳111外壁与外框架200顶部固定连接，温控筒壳111顶部内壁开设有环形卡槽112，温控筒壳111内壁固定安装有电加热丝113，环形卡槽112顶部固定安装有紧定筒台114，紧定筒台114内壁固定安装有底受热筒115,底受热筒115内壁固定安装有防护筒116，防护筒116底部侧壁固定安装有分支管117且分支管117位于温控筒壳111底部，防护筒116底部内壁密封固定安装有混合气管118且混合气管118贯穿防护筒116，防护筒116顶部固定安装有绝缘混合筒119且混合气管118顶部位于绝缘混合筒119内部，绝缘混合筒119顶部固定安装有气体喷头120，温控筒壳111顶部外壁通过螺栓固定安装有燃烧筒130，燃烧筒130中部外壁固定安装有绝缘夹头131，绝缘夹头131设有两组且位于同一竖直面上，两组绝缘夹头131内壁均固定安装有电离电极环132，两组电离电极环132外接气相色谱仪两极，采用FID检测法利用气相色谱仪能够对待检大气中的碳含量进行采集，两组电离电极环132均位于气体喷头120正上方，燃烧筒130外壁固定安装有电子打火器133且电子打火器133输出端位于气体喷头120上方，燃烧筒130顶部固定安装有气体循环壳134且气体循环壳134与燃烧筒130内部连通，气体循环壳134中部内壁固定安装有集气漏斗135且集气漏斗135贯穿气体循环壳134，集气漏斗135底部位于电离电极环132正上方且与气体喷头120中线重合，气体循环壳134侧壁固定安装有助燃气管136且助燃气管136与气体循环壳134内部连通，具体的，启动电子打火器133将由气体喷头120喷出的氢气与甲烷的混合气体点燃，同时启动与两组电离电极环132连接的气相色谱仪，当甲烷进入以氢气和氧气燃烧的火焰，在高温下产生化学电离，电离产生比基流高几个数量级的离子，在高压电场的定向作用下，形成离子流，微弱的离子流(10-12～10-8A)经过气相色谱仪中高阻(106～1011Ω)的放大，成为与进入火焰的有机化合物的量成正比的电信号，因此可以根据气相色谱仪反馈的电信号的大小对有机物进行定量分析，从而采集待检空气中碳的含量，特别的，在对碳含量检验的过程中，从80～200摄氏度，碳含量检测的灵敏度几乎相同，但在80摄氏度以下，碳含量检测的灵敏度会显著下降，这是由于水蒸气冷凝造成的，氢气的燃烧也会产生水蒸气，该反应方程式为：O

进一步地，尾气处理机构140包括中转管141，中转管141前端管口处固定安装有弯管142，弯管142底部管口与集气漏斗135顶部密封固定连接，集气漏斗135为弯管142提供支撑，中转管141内壁固定安装有隔板143，隔板143能够隔绝吸入的水蒸气与燃烧残渣，中转管141底部固定安装有处理底管145，位于隔板143前端的中转管141与处理底管145内部连通，处理底管145内壁固定安装有固体环形干燥剂147，固体环形干燥剂147能够吸收产生的水蒸气，固体环形干燥剂147内壁固定安装有内管146，内管146顶部与隔板143后端的中转管141内部连通，内管146底部位于处理底管145内部且处理底管145底部封堵，中转管141末端管口处固定安装有负吸风扇144，具体的，启动中转管141末端的负吸风扇144，使其产生的吸力依次通过处理底管145、弯管142作用于集气漏斗135内，从而将气体喷头120喷出的高温水蒸气与燃烧产生的水蒸气以及燃烧残渣吸入到集气漏斗135内，后由隔板143的阻隔作用将产生的水蒸气由固体环形干燥剂147吸附，同时将燃烧后的残渣由内管146以及负吸风扇144排出，降低水蒸气冷凝对碳含量检测灵敏度的影响。

进一步地，碳转化机构150包括双头反应筒151，双头反应筒151底部外壁与外框架200中部固定连接，外框架200为双头反应筒151提供支撑，双头反应筒151底部内壁固定安装有电加热片152，双头反应筒151两端筒口处均固定安装有电磁阀一153，混合气管118底部与顶部的电磁阀一153输出端密封固定连接且混合气管118底部位于双头反应筒151内部，双头反应筒151底部的电磁阀一153输出端密封固定安装有T型反应管154，T型反应管154顶部内壁固定安装有网状镍板155，网状镍板155能够作为高效催化剂将一氧化碳与二氧化碳进行甲烷化，该反应方程式为：CO+3H

进一步地，外框架200底部内壁固定安装有氢气罐160，外框架200为氢气罐160提供支撑，氢气罐160顶部两侧均固定安装有电磁阀二161，两组电磁阀二161输出端分别固定安装有进氢管一162与进氢管二163，进氢管一162另一管口与进支管156密封固定连接，氢气罐160通过进氢管一162向T型反应管154内输入氢气原料，进氢管二163与另一管口与分支管117密封固定连接，氢气罐160通过进氢管二163向绝缘混合筒119内输入燃料，具体的，甲烷气体生成一段时间后，通过关闭电磁阀三171与电磁阀二161停止对T型反应管154内气体的输入，此后打开双头反应筒151顶部的电磁阀一153使生成的甲烷气体通过混合气管118进入到绝缘混合筒119内部，同时打开与进氢管二163连接的电磁阀二161，使氢气罐160内的氢气作为燃气进入到绝缘混合筒119内，并与甲烷气体进行充分混合，。

进一步地，外框架200中部固定安装有压缩罐170，外框架200为压缩罐170提供支撑，压缩罐170两端与侧壁均固定安装有电磁阀三171，底部的电磁阀三171输出端固定安装有空气进管172，空气进管172外界气体压缩机，气体压缩机能够将待检大气进行压缩并通过空气进管172排入到压缩罐170内，顶部的电磁阀三171输出端固定安装有空气出管173，空气出管173另一管口与T型反应管154底部管口密封固定连接，空气出管173能够向T型反应管154内输入压缩后的大气，位于压缩罐170侧壁的电磁阀三171输出端与助燃气管136另一管口密封固定连接，助燃气管136能够将压缩罐170内的大气作为助燃剂排入到燃烧筒130内，具体的，通过启动与空气进管172连接的气体压缩机并同时打开压缩罐170底部的电磁阀三171，将压缩后的空气排入到压缩罐170内，对空气压缩完成后关闭压缩罐170底部的电磁阀三171同时打开顶部的电磁阀三171，此时在气压的作用下压缩罐170内的待检大气通过空气出管173进入到T型反应管154内，特别的，当氢气与甲烷的混合气体喷出后，通过打开压缩罐170侧壁的电磁阀三171，使压缩罐170内的空气以助燃剂的形式通过助燃气管136进入到气体循环壳134内，后经过气体循环壳134的循环进入到燃烧筒130内，便于氢气进行燃烧。

本发明的使用过程如下：本领域技术人员通过启动与空气进管172连接的气体压缩机并同时打开压缩罐170底部的电磁阀三171，将压缩后的空气排入到压缩罐170内，对空气压缩完成后关闭压缩罐170底部的电磁阀三171同时打开顶部的电磁阀三171，此时在气压的作用下压缩罐170内的待检大气通过空气出管173进入到T型反应管154内，同时打开与进氢管一162连接的电磁阀二161使氢气罐160内的氢气通过进支管156进入到T型反应管154内，同时打开T型反应管154顶部的电磁阀一153并通过电加热片152给待检大气与氢气进行加热，含碳的待检大气与氢气在受热后经过网状镍板155的催化作用，能够将待检大气内的一氧化碳与二氧化碳气体进行甲烷化，从而形成甲烷气体；

甲烷气体生成一段时间后，通过关闭电磁阀三171与电磁阀二161停止对T型反应管154内气体的输入，此后打开双头反应筒151顶部的电磁阀一153使生成的甲烷气体通过混合气管118进入到绝缘混合筒119内部，同时打开与进氢管二163连接的电磁阀二161，使氢气罐160内的氢气作为燃气进入到绝缘混合筒119内，并与甲烷气体进行充分混合，此后通过气体喷头120将氢气与甲烷的混合气体喷出，在喷出之前启动温控筒壳111内部的电加热丝113能够给混合气管118内部的甲烷气体进行保温，同时能够给未来得及甲烷化的空气进行甲烷化；

将氢气与甲烷的混合气体喷出后，通过打开压缩罐170侧壁的电磁阀三171，使压缩罐170内的空气以助燃剂的形式通过助燃气管136进入到气体循环壳134内，后经过气体循环壳134的循环进入到燃烧筒130内，此时启动电子打火器133将由气体喷头120喷出的氢气与甲烷的混合气体点燃，同时启动与两组电离电极环132连接的气相色谱仪，当甲烷进入以氢气和氧气燃烧的火焰，在高温下产生化学电离，电离产生比基流高几个数量级的离子，在高压电场的定向作用下，形成离子流，微弱的离子流(10-12～10-8A)经过气相色谱仪中高阻(106～1011Ω)的放大，成为与进入火焰的有机化合物的量成正比的电信号，因此可以根据气相色谱仪反馈的电信号的大小对有机物进行定量分析，从而采集待检空气中碳的含量；

由于在将空气中的一氧化碳与二氧化碳均转化为甲烷，在转化的过程中会产生高温水蒸气，这些水蒸气会随着甲烷被一同喷出，同时氢气的燃烧也会产生水蒸气，在对碳含量检验的过程中，从80～200摄氏度，碳含量检测的灵敏度几乎相同，但在80摄氏度以下，碳含量检测的灵敏度会显著下降，这是由于水蒸气冷凝造成的，因而这些产生的水蒸气会影响碳数据采集的精度，此时，启动中转管141末端的负吸风扇144，使其产生的吸力依次通过处理底管145、弯管142作用于集气漏斗135内，从而将气体喷头120喷出的高温水蒸气与燃烧产生的水蒸气以及燃烧残渣吸入到集气漏斗135内，后由隔板143的阻隔作用将产生的水蒸气由固体环形干燥剂147吸附，同时将燃烧后的残渣由内管146以及负吸风扇144排出，降低水蒸气冷凝对碳含量检测灵敏度的影响。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案对本发明加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的任何简单修改或等同置换，尽属于本发明要求保护的范围。