一种臭氧气体的浓度控制系统技术方案

本发明专利技术提供了一种臭氧气体的浓度控制系统，涉及大气气溶胶反应机理实验研究技术领域。本发明专利技术提供的臭氧气体的浓度控制系统包括臭氧发生系统和臭氧稀释系统，其中，所述臭氧稀释系统包括零气发生器、第一稀释瓶、第二稀释瓶、第一限流管和第二限流管。本发明专利技术通过将臭氧发生系统与臭氧稀释系统连接，使臭氧发生系统中产生的高浓度臭氧在臭氧稀释系统的稀释瓶中进行分级稀释，从而得到可连续稳定输出、并满足实验所需的低浓度臭氧。并满足实验所需的低浓度臭氧。并满足实验所需的低浓度臭氧。

【技术实现步骤摘要】
一种臭氧气体的浓度控制系统


[0001]本专利技术涉及大气气溶胶反应机理实验研究
，特别涉及臭氧气体的浓度控制领域，尤其涉及一种臭氧气体的浓度控制系统。

技术介绍

[0002]大气平流层臭氧(O3)是地球的保护层，可防止紫外线对地面辐射，然而，近地面臭氧却是大气的污染物，影响人类健康。根据《GB3095
‑
2012环境空气质量标准》，臭氧的日8小时平均值和每小时平均值最大不超过60.7ppb 和93.5ppb(二级浓度限值)。近年来，研究者发现，近地面臭氧浓度升高，有时甚至高达几百个ppb，对大气光化学过程、PM
2.5
浓度、二次有机气溶胶的形成均产生重要影响。
[0003]因此，在臭氧的环境监测和评估方面，除了仪器的直接观测外，还需要在研究工作中制备一定浓度的臭氧，用于模拟臭氧光化学过程，控制实验条件，例如臭氧的浓度、实验温度、相对湿度等，以研究臭氧在大气中气溶胶的形成与老化过程中的反应机理。
[0004]臭氧易分解，储存较困难，通常遵循“现制现用”原则。臭氧的发生方法主要有高压放电法、紫外照射法(也称光化学法)、电解水法等。市售的臭氧发生器，例如某型号臭氧发生器利用高压放电原理，窄高压脉冲使得气体放电，实现由高纯氧气(O2)转化为臭氧的过程，其臭氧产率上限为 46.7ppm/h、浓度上限为和467ppm。基本原理示意式如下：
[0005]O2+能量
→
2O
ꢀꢀꢀ
(1)
[0006]O+O2→
O3ꢀꢀꢀ
(2)
[0007]在常用的流动管(flow tube reactor)或者烟雾箱(smog chamber)模拟实验中，通常采用接近大气浓度水平或者比大气浓度水平略高的臭氧(ppb级)开展研究，而很多臭氧发生器所产生的初始臭氧浓度为ppm级，因此上述设备产生的臭氧浓度高，波动大，无法直接用于探索气溶胶化学反应机理的模拟实验；另一方面，高浓度的臭氧直接排出会产生浪费，并不是一种经济的实验方式。
[0008]目前市售的紫外照射法制备的臭氧校准仪，可以快速而稳定的发生低浓度臭氧(ppb级)，常用于臭氧检测设备的校准，但并不适合长时间运行的模拟实验，这些实验通常几天甚至几十天连续提供臭氧。紫外照射法产生臭氧的缺点是能耗高、臭氧浓度低，用于大量生产臭氧并连续供给实验所需并不是最佳方法。
[0009]另外，在制备臭氧的过程会受到气源的类型、气体的流量、臭氧发生器的功率、仪器的稳定性等因素的影响。因此，在用到臭氧的模拟实验研究工作中，需要开发一种臭氧气体的稀释装置和浓度控制方法，将从各种臭氧发生器中产生的高浓度臭氧予以稀释后，产生无其他干扰成分(无金属粒子等杂质)的低浓度的臭氧(<300ppb)，并保持在稳定的浓度水平，以满足模拟实验所需。

技术实现思路

[0010]本专利技术的主要目的是提供一种臭氧气体的浓度控制系统，以实现将臭氧发生器中
所产生的高浓度臭氧(ppm级)，经过低成本的载气气体稀释后，产生低浓度(ppb级)的臭氧，并保持臭氧浓度保持在稳定水平，从而保证可连续供给化学反应模拟实验。
[0011]为实现上述目的，本专利技术提出了一种臭氧气体的浓度控制系统，包括臭氧发生系统和臭氧稀释系统，其中，所述臭氧稀释系统包括零气发生器、第一稀释瓶、第二稀释瓶、第一限流管和第二限流管；所述第一稀释瓶和所述第二稀释瓶上均设置有臭氧进气口、臭氧出气口和零气进气口；所述臭氧发生系统与所述第一稀释瓶的臭氧进气口连接；所述零气发生器分别与所述第一稀释瓶的零气进气口和所述第二稀释瓶的零气进气口连接；所述第一稀释瓶的臭氧出气口与所述第二稀释瓶的臭氧进气口通过所述第一限流管连接；所述第二稀释瓶的臭氧出气口与所述第二限流管的进气端连接，稀释后的臭氧经所述第二限流管的排气端排出。
[0012]本专利技术技术方案中，所述臭氧发生系统中产生的高浓度臭氧(ppm级)通过第一稀释瓶的臭氧进气口进入第一稀释瓶，与此同时，经臭氧稀释系统的零气发生器产生的零气通过第一稀释瓶的零气进气口进入第一稀释瓶，臭氧和零气在第一稀释瓶中混合，臭氧得到第一次稀释；第一次稀释后的臭氧经过第一限流管进入第二稀释瓶，与此同时，经臭氧稀释系统的零气发生器产生的零气还通过第二稀释瓶的零气进气口进入第二稀释瓶，第一次稀释后的臭氧和零气在第二稀释瓶中混合，臭氧得到第二次稀释，第二次稀释后的臭氧浓度降低至ppb级，经过第二限流管排出后可直接用于供给化学反应模拟实验。
[0013]作为本专利技术所述臭氧气体的浓度控制系统的优选实施方式，所述第一稀释瓶的臭氧出气口还连接有第一压力检测系统，所述第一压力检测系统与所述第一限流管之间并联连接；所述第二稀释瓶的臭氧出气口还连接有第二压力检测系统和第一旋拧阀，所述第二压力检测系统、所述第二限流管和所述第一旋拧阀之间并联连接。
[0014]本专利技术技术方案中，通过第一压力检测系统和第二压力检测系统可分别检测第一稀释瓶和第二稀释瓶中的气压，操作人员根据第一压力检测系统和第二压力检测系统检测到的气压值可以判断第一稀释瓶和第二稀释瓶中气压是否符合预设条件，本专利技术要求第一稀释瓶中的气压大于第二稀释瓶中的气压。
[0015]第一旋拧阀与第二稀释瓶的臭氧出气口连接，且第二压力检测系统、第二限流管和第一旋拧阀之间并联连接，第一旋拧阀可以控制气流的开通和关闭。当第一旋拧阀关闭时，第二稀释瓶出气口流出的低浓度臭氧通过限流管排出；当第一旋拧阀开通时，由于限流管的内径远小于第一旋拧阀管路管径，此时，第二稀释瓶出气口流出的低浓度臭氧则直接通过第一旋拧阀排出，此时，第二稀释瓶出气口流出的低浓度臭氧不经过限流管排出。
[0016]作为本专利技术所述臭氧气体的浓度控制系统的优选实施方式，所述第一稀释瓶的零气进气口与所述第二稀释瓶的零气进气口并联连接，在所述零气发生器与所述第一稀释瓶的零气进气口、所述第二稀释瓶的零气进气口之间，还设置有质量流量控制器、旋拧阀中的至少一种。
[0017]本专利技术技术方案中，将第一稀释瓶的零气进气口与第二稀释瓶的零气进气口并联连接，可以使零气发生器产生的零气分别进入第一稀释瓶和第二稀释瓶。并且，进一步在零气发生器与第一稀释瓶的零气进气口、第二稀释瓶的零气进气口之间设置质量流量控制器，可以控制零气进入第一稀释瓶和第二稀释瓶的流量。需要注意的是，质量流量控制器的个数可根据实际情况进行调整，例如，可以在第一稀释瓶和第二稀释瓶前面分别设置一个
质量流量控制器，从而实现第一稀释瓶零气进气口和第一稀释瓶零气进气口零气流量的独立控制；也可以将第一稀释瓶和第二稀释瓶采用同一个质量流量控制器进行控制，此时，第一稀释瓶零气进气口和第一稀释瓶零气进气口零气流量相同。
[0018]除此之外，为了进一步保证零气的可控性，可以在零气发生器与第一稀释瓶的零气进气口、第二稀释瓶的零气进气口之间增设旋拧阀，通过旋拧阀的开关控制零气气流的开通和关闭。旋拧阀的位置亦可根据实际情况进行调整，通常情本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种臭氧气体的浓度控制系统，其特征在于，包括臭氧发生系统和臭氧稀释系统，其中，所述臭氧稀释系统包括零气发生器、第一稀释瓶、第二稀释瓶、第一限流管和第二限流管；所述第一稀释瓶和所述第二稀释瓶上均设置有臭氧进气口、臭氧出气口和零气进气口；所述臭氧发生系统与所述第一稀释瓶的臭氧进气口连接；所述零气发生器分别与所述第一稀释瓶的零气进气口和所述第二稀释瓶的零气进气口连接；所述第一稀释瓶的臭氧出气口与所述第二稀释瓶的臭氧进气口通过所述第一限流管连接；所述第二稀释瓶的臭氧出气口与所述第二限流管的进气端连接，稀释后的臭氧经所述第二限流管的排气端排出。2.如权利要求1所述的臭氧气体的浓度控制系统，其特征在于，所述第一稀释瓶的臭氧出气口还连接有第一压力检测系统，所述第一压力检测系统与所述第一限流管之间并联连接；所述第二稀释瓶的臭氧出气口还连接有第二压力检测系统和第一旋拧阀，所述第二压力检测系统、所述第二限流管和所述第一旋拧阀之间并联连接。3.如权利要求1所述的臭氧气体的浓度控制系统，其特征在于，所述第一稀释瓶的零气进气口与所述第二稀释瓶的零气进气口并联连接，在所述零气发生器与所述第一稀释瓶的零气进气口、所述第二稀释瓶的零气进气口之间，还设置有质量流量控制器、旋拧阀中的至少一种。4.如权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙翠枝，赵军，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：