CN103801203B

CN103801203B - 基于内置软容器的刚性容器气体混配装置及方法

Info

Publication number: CN103801203B
Application number: CN201410080150.8A
Authority: CN
Inventors: 汪保和; 罗林紫; 汪凌昊; 刘玲
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-03-06
Filing date: 2014-03-06
Publication date: 2015-08-19
Anticipated expiration: 2034-03-06
Also published as: CN103801203A

Abstract

本发明公开了一种基于内置软容器的刚性容器气体混配装置及方法。该基于内置软容器的刚性容器气体混配装置包括刚性容器、原料气输入组件和气体循环组件；刚性容器上设有排气阀；刚性容器内设有内置软容器，内置软容器外接流体充排组件，当内置软容器内充满流体时占满刚性容器内部空间，原料气输入组件和气体循环组件分别与刚性容器连接。该装置具有节能省时、安全可靠、结构简单、成本低廉、适用性强的优点。该气体混配方法包括以下步骤：1）开启排气阀；2）启动流体充排组件；3）启动原料气输入组件；4）断开原料气输入组件；5）启动气体循环组件，将刚性容器内原料气充分混合。该方法具有混配效率高、混配精度高的优点。

Description

基于内置软容器的刚性容器气体混配装置及方法

技术领域

本发明涉及气体混配装置及方法，尤其涉及基于内置软容器的刚性容器气体混配装置及方法。

背景技术

刚性容器是混合气体配制最常用的混配室。现有技术中，在刚性容器内混配气体，需先进行刚性容器的抽真空，然后将各种组分气体（原料气）充入刚性容器。其中，抽真空操作不仅需要容器具有高耐压性，而且耗能多、耗时长。这严重限制了该配气方法在一些领域中的应用，尤其是短时间内需要即配即用多种定比混合气体的实验室等场合。例如，对气体浓度有要求的超净工作台或生物安全柜。因此，现有需抽真空操作的刚性容器内气体混配的方法，已经不能满足多个领域和学科实验室对混合气体配制的需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种节能省时、安全可靠、结构简单、成本低廉、适用性强的基于内置软容器的刚性容器气体混配装置，以及混配效率高、混配精度高的基于内置软容器的刚性容器气体混配方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于内置软容器的刚性容器气体混配装置，包括刚性容器、原料气输入组件和气体循环组件，所述刚性容器上设有排气阀，所述原料气输入组件和气体循环组件分别与刚性容器连接，所述刚性容器内设有内置软容器，所述内置软容器外接流体充排组件，当内置软容器内充满流体时占满刚性容器内部空间。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述刚性容器经连管连有用于平衡刚性容器内压力的外置软容器，所述连管上设有压力平衡阀。

所述原料气输入组件包括两组以上原料气输入管路，各原料气输入管路包括依次串联的储气瓶、减压阀、气体过滤器、流量控制器和充气电磁阀，所述充气电磁阀出口端与刚性容器连通。

所述刚性容器上装设有气体浓度传感器，所述气体浓度传感器的信号线与对应原料气输入管路上的充气电磁阀连接。

所述气体浓度传感器的信号线还连接有浓度读数显示器。

所述气体循环组件包括气体循环泵、抽气管和注气管，所述抽气管一端与刚性容器连通，另一端与气体循环泵的输入端连通，所述注气管一端与刚性容器连通，另一端与气体循环泵的输出端连通。

所述流体充排组件包括正反流量计和流体充排泵，所述正反流量计一端与内置软容器连通，另一端连接一根三通管，所述三通管的第一支管通过第一三通阀与流体充排泵的抽气口连通，三通管的第二支管通过第二三通阀与流体充排泵的注气口连通。

一种基于上所述刚性容器气体混配装置的气体混配方法，包括以下步骤：

1）开启排气阀，使刚性容器与外界相通；

2）启动流体充排组件，向内置软容器内充入流体，当流体充满或达到设定值时，停止流体填充，同时关闭排气阀；

3）启动原料气输入组件，按设定配比向刚性容器内输入原料气，同时启动流体充排组件将内置软容器内流体排出，当流体排净或达到设定值时，停止流体排放；

4）原料气输入组件输入原料气结束后，与刚性容器断开连接；

5）启动气体循环组件，将刚性容器内原料气充分混合。

作为上述技术方案的进一步改进：

在进行所述步骤5）时，气体循环组件启动2－3分钟后，开启气体浓度传感器，根据被测气体浓度控制对应的充气电磁阀补充原料气，开始补气时，开启压力平衡阀使外置软容器与刚性容器连通，当被测气体浓度稳定在设定值时，停止补气。

在完成所述步骤5）后，开启排气阀，并启动流体充排组件向内置软容器内充入流体，通过排气阀输出混配好的气体。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的基于内置软容器的刚性容器气体混配装置，在刚性容器内设有内置软容器，内置软容器外接流体充排组件，当内置软容器内充满流体时占满刚性容器内部空间，通过内置软容器的充盈作用替代抽真空操作、并排出刚性容器内的空气，节能省时，且可靠性、安全性高；整个气体混配过程可在常压条件下完成，对刚性容器耐压性的要求降低，使容器制造的适用材质类型增多，用材量减少，成本降低；结构简单、制造方便，可广泛适用于多个专业和学科实验室对混合气体的配制。

本发明的基于内置软容器的刚性容器气体混配方法不需要在混配气体前对刚性容器抽真空，大大节省了准备时间，提高了混配气体的混配效率；刚性容器内的压力基本保持在一个大气压的安全范围内，安全性大大提高，对设施要求也大大降低；同时，混配精度高，通用性强，可用于配制各种混配气体，能广泛适用于多个专业和学科实验室。

附图说明

图1是本发明的基于内置软容器的刚性容器气体混配装置原理示意图。

图2是本发明的基于内置软容器的刚性容器气体混配装置结构示意图。

图3是本发明的基于内置软容器的刚性容器气体混配方法的流程图。

图中各标号表示：

1、刚性容器；11、排气阀；12、内置软容器；13、流体充排组件；130、流体充排泵；131、正反流量计；132、三通管；133、第一支管；134、第一三通阀；135、第二支管；136、第二三通阀；14、连管；15、外置软容器；16、压力平衡阀；2、原料气输入组件；21、储气瓶；22、减压阀；23、气体过滤器；24、流量控制器；25、充气电磁阀；26、气体浓度传感器；27、浓度读数显示器；3、气体循环组件；31、气体循环泵；32、抽气管；33、注气管。

具体实施方式

图1和图2示出了本发明的一种基于内置软容器的刚性容器气体混配装置实施例，该气体混配装置包括刚性容器1、原料气输入组件2和气体循环组件3，刚性容器1上设有排气阀11，原料气输入组件2和气体循环组件3分别与刚性容器1连接，刚性容器1内设有内置软容器12，内置软容器12外接流体充排组件13，当内置软容器12内充满流体时占满刚性容器1内部空间，通过内置软容器12的充盈作用替代抽真空操作，排出刚性容器1内的空气，节能省时，且可靠性、安全性高；整个气体混配过程可在常压条件下完成，对刚性容器1耐压性的要求降低，使容器制造的适用材质类型增多，用材量减少，成本降低；结构简单、制造方便，可广泛适用于多个专业和学科实验室对混合气体的配制。

本实施例中，刚性容器1经连管14连有用于平衡刚性容器1内压力的外置软容器15，连管14上设有压力平衡阀16，通过压力平衡阀16可以控制外置软容器15与刚性容器1的通断，用于补充原料气、调整气体配比时平衡刚性容器1内压力。

进一步的，原料气输入组件2包括两组以上原料气输入管路，各原料气输入管路包括依次串联的储气瓶21、减压阀22、气体过滤器23、流量控制器24和充气电磁阀25，充气电磁阀25出口端与刚性容器1连通，本实施例设三组原料气输入管路。

进一步的，刚性容器1上装设有气体浓度传感器26，气体浓度传感器26的信号线与对应原料气输入管路上的充气电磁阀25连接，气体浓度传感器26的信号线还连接有浓度读数显示器27，以便读取被测气体浓度，并根据被测气体浓度来确定补充对应的原料气，直至达到准确的配比；另外，该气体浓度传感器26由于可以精确控制配比，因此可相对降低对原料气的纯度要求，从而降低气体混配成本。本实施例设两组气体浓度传感器26和浓度读数显示器27。

本实施例中，气体循环组件3包括气体循环泵31、抽气管32和注气管33，抽气管32一端与刚性容器1连通，另一端与气体循环泵31的输入端连通，注气管33一端与刚性容器1连通，另一端与气体循环泵31的输出端连通，启动气体循环泵31时，可将刚性容器1内的气体充分混合，以便准确测量气体浓度。

本实施例中，流体充排组件13包括正反流量计131和流体充排泵130，正反流量计131一端与内置软容器12连通，另一端连接一根三通管132，三通管132的第一支管133通过第一三通阀134与流体充排泵130的抽气口连通，三通管132的第二支管135通过第二三通阀136与流体充排泵130的注气口连通，通过控制第一三通阀134和第二三通阀136的通断可以实现用流体充排泵130向内置软容器12充入流体，通过内置软容器12的膨胀排出刚性容器1内的空气，或是将内置软容器12内流体排出，以便在充入原料气时控制刚性容器1内的压力，当保持原料气充入量与内置软容器12内流体排出量平衡时可以实现刚性容器1内保持一个大气压。

本实施例中，刚性容器1由底座、顶盖和圆筒组成，底座是一有三个立脚的圆形不锈钢板，底座中央有一圆孔，圆孔中安装卡箍式丝扣接头，扣接具有一圆孔的塑料囊（该塑料囊即为内置于刚性容器1中的内置软容器12），同时在该接口连接流体充排组件13；顶盖为一块与底座板相同大小的不锈钢板，中部分布六个孔，其中三个孔分别连接三组原料气输入管路，两个孔安装浓度检测传感器26，一个孔安装排气阀11；圆筒的材质为聚碳酸酯（PC，透明），侧壁上有三个直管，一个直管用于经连管14连接外置软容器15，另两个直管分别用于连接气体循环组件3的抽气管32和注气管33。底座和顶盖的直径均为360mm，厚度均为8mm，底座上圆孔的直径为40mm，圆筒外径为300mm，壁厚5mm，各直管的内径均为10mm，刚性容器1的容量为20L，内置软容器12的最大可容纳容量为30L。排气阀11为选用三通阀门，其一个输出口用于排出刚性容器1内的空气，另一个输出口用于输出混配好的气体。

图3示出了本发明的基于内置软容器的刚性容器气体混配方法实施例，该方法是基于上述实施例的基于内置软容器的刚性容器气体混配装置来实现的，其包括以下步骤：

1）开启排气阀11，使刚性容器1与外界相通；

2）启动流体充排组件13，向内置软容器12内充入流体，当流体充满或达到设定值时，停止流体填充，同时关闭排气阀11；

3）启动原料气输入组件2，按设定配比向刚性容器1内输入原料气，同时启动流体充排组件13将内置软容器12内流体排出，当流体排净或达到设定值时，停止流体排放；

4）原料气输入组件2输入原料气结束后，与刚性容器1断开连接；

5）启动气体循环组件3，将刚性容器1内原料气充分混合。

该方法不需要在混配气体前对刚性容器1抽真空，大大节省了准备时间，提高了混配气体的混配效率；刚性容器1内的压力基本保持在一个大气压的安全范围内，安全性大大提高，对设施要求也大大降低；同时，混配精度高，通用性强，可用于配制各种混配气体，能广泛适用于多个专业和学科实验室。

本实施例中，在进行步骤5）时，气体循环组件3启动2－3分钟后，开启气体浓度传感器26，根据被测气体浓度控制对应的充气电磁阀25补充原料气，开始补气时，开启压力平衡阀16使外置软容器15与刚性容器1连通，当被测气体浓度稳定在设定值时，停止补气。

本实施例中，在完成步骤5）后，开启排气,11，并启动流体充排组件13向内置软容器12内充入流体，通过排气阀11输出混配好的气体。

本实施例所用流体为空气，在其它实施例中也可用水作为流体。

下面以按比例混配O₂、N₂、CO₂三种气体为例，结合上述装置实施例对本发明的方法作进一步详细说明。

图2中顶部的储气瓶21存储O₂、中部的储气瓶21存储N₂、底部的储气瓶21存储CO₂，左侧的气体浓度传感器26检测CO₂浓度，右侧的气体浓度传感器26检测O₂浓度，顶部的浓度读数显示器27显示O₂浓度，底部的浓度读数显示器27显示CO₂浓度。

1）开启排气阀11，使刚性容器1与外界相通；

2）启动流体充排组件13，向内置软容器12内充入流体，当流体充满时，停止流体填充，同时关闭排气阀11，刚性容器1内空气被排净；

3）启动三组原料气输入组件2，按设定配比向刚性容器1内输入O₂、N₂、CO₂三种气体，三种气体的充入量通过流量控制器24和充气电磁阀25按设定配比控制，同时启动流体充排组件13将内置软容器12内流体排出，当流体排净时，停止流体排放；

4）各原料气输入组件2输入原料气结束后，与刚性容器1断开连接；

5）启动气体循环组件3，将刚性容器1内原料气充分混合，气体循环组件3启动2－3分钟后，开启两个气体浓度传感器26，检测O₂、CO₂两种气体浓度，通过两个浓度读数显示器27读取O₂、CO₂两种气体浓度，若O₂、CO₂两种气体浓度偏低则补入对应气体，若O₂、CO₂两种气体浓度偏高，则补入N₂气体，以稀释O₂、CO₂两种气体，开始补气时，开启压力平衡阀16使外置软容器15与刚性容器1连通，当被测气体浓度稳定在设定值时，停止补气；

6）开启排气阀11，并启动流体充排组件13向内置软容器12内充入流体，通过排气阀11输出混配好的气体。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims

1.一种基于内置软容器的刚性容器气体混配装置，包括刚性容器（1）、原料气输入组件（2）和气体循环组件（3），所述刚性容器（1）上设有排气阀（11），所述原料气输入组件（2）和气体循环组件（3）分别与刚性容器（1）连接，其特征在于：所述刚性容器（1）内设有内置软容器（12），所述内置软容器（12）外接流体充排组件（13），当内置软容器（12）内充满流体时占满刚性容器（1）内部空间。

2.根据权利要求1所述的基于内置软容器的刚性容器气体混配装置，其特征在于：所述刚性容器（1）经连管（14）连有用于平衡刚性容器（1）内压力的外置软容器（15），所述连管（14）上设有压力平衡阀（16）。

3.根据权利要求1所述的基于内置软容器的刚性容器气体混配装置，其特征在于：所述原料气输入组件（2）包括两组以上原料气输入管路，各原料气输入管路包括依次串联的储气瓶（21）、减压阀（22）、气体过滤器（23）、流量控制器（24）和充气电磁阀（25），所述充气电磁阀（25）出口端与刚性容器（1）连通。

4.根据权利要求3所述的基于内置软容器的刚性容器气体混配装置，其特征在于：所述刚性容器（1）上装设有气体浓度传感器（26），所述气体浓度传感器（26）的信号线与对应原料气输入管路上的充气电磁阀（25）连接。

5.根据权利要求4所述的基于内置软容器的刚性容器气体混配装置，其特征在于：所述气体浓度传感器（26）的信号线还连接有浓度读数显示器（27）。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的基于内置软容器的刚性容器气体混配装置，其特征在于：所述气体循环组件（3）包括气体循环泵（31）、抽气管（32）和注气管（33），所述抽气管（32）一端与刚性容器（1）连通，另一端与气体循环泵（31）的输入端连通，所述注气管（33）一端与刚性容器（1）连通，另一端与气体循环泵（31）的输出端连通。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的基于内置软容器的刚性容器气体混配装置，其特征在于：所述流体充排组件（13）包括正反流量计（131）和流体充排泵（130），所述正反流量计（131）一端与内置软容器（12）连通，另一端连接一根三通管（132），所述三通管（132）的第一支管（133）通过第一三通阀（134）与流体充排泵（130）的抽气口连通，三通管（132）的第二支管（135）通过第二三通阀（136）与流体充排泵（130）的注气口连通。

8.一种基于如权利要求1至7中任一项所述基于内置软容器的刚性容器气体混配装置的气体混配方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）开启排气阀（11），使刚性容器（1）与外界相通；

2）启动流体充排组件（13），向内置软容器（12）内充入流体，当流体充满或达到设定值时，停止流体填充，同时关闭排气阀（11）；

3）启动原料气输入组件（2），按设定配比向刚性容器（1）内输入原料气，同时启动流体充排组件（13）将内置软容器（12）内流体排出，当流体排净或达到设定值时，停止流体排放；

4）原料气输入组件（2）输入原料气结束后，与刚性容器（1）断开连接；

5）启动气体循环组件（3），将刚性容器（1）内原料气充分混合。

9.根据权利要求8所述的基于内置软容器的刚性容器气体混配装置的气体混配方法，其特征在于：在完成所述步骤5）后，开启排气阀（11），并启动流体充排组件（13）向内置软容器（12）内充入流体，通过排气阀（11）输出混配好的气体。