CN109692544B - 气液分离器及大气采样设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气液分离器，连接于气泵之前用于对采样气流中的水汽进行分离，防止液体进入所述气泵，所述采样气流是夹带水汽和气体的流体混合物，包括：冷凝器及制冷装置，所述制冷装置用于对所述冷凝器进行制冷，且所述冷凝器设有进气口及出气口，所述夹带水汽和气体的流体混合物在所述气泵的作用下从所述进气口进入所述冷凝器内，所述水汽在所述冷凝器内遇冷液化而与所述气体形成气液分离，所述气体由所述出气口出来经所述气泵重新回到空气中。本发明是一种防倒吸，冷凝脱水及自动排水的气液分离器，此外本发明还公开了一种具有该气液分离器的大气采样设备。
Description
技术领域
本发明涉及大气采样技术领域，尤其涉及一种防倒吸，冷凝脱水及自动排水的气液分离器气液分离器及具有该气液分离器的大气采样设备。
背景技术
1.空气监测是指对存在于空气中的污染物质进行定点、连续或定时的采样和测量，空气监测的项目主要包括二氧化硫、氮氧化物、碳氢化合物、浮尘等，市场上的采样仪器常用溶液吸收法进行环境空气采样。采样时，用抽气装置将欲测空气以一定流量抽入装有吸收液的吸收瓶中，采样结束后，倒出吸收液进行测定，根据测得结果及采样体积计算空气中污染物的浓度。
2.在使用采样仪器进行采样时，仪器操作员在现场会有一定概率将吸收瓶的进气口和出气口接反，易造成酸碱吸收液倒吸进入仪器中，污染气路，倒吸液随着气流游走还会腐蚀气路中的各部件，增加了仪器损坏的风险。
3.使用采样仪器时为了保护抽气泵，通常在气体进入气泵之前需去除大气中含有的水分以及气体通过吸收液后所产生的酸碱水汽，防止水汽进入气泵造成气泵损坏。尤其在采样气体经过吸收液之后，吸收液变成水汽产生源，会极大地增加气体中的含水量和携带的酸碱物质。目前去除气体中水分的常规方法是，在气泵与吸收瓶之间放置干燥瓶，干燥瓶中装有干燥剂。干燥剂在吸收水分及溶于水中的酸碱物质后，需定时定期更换或将干燥剂经过烘干后重复利用，否则会降低甚至失去吸水效果。此类仪器通常需要在户外进行长时间采样，仪器操作员经常不能及时地更换干燥剂，因此极大地增加了气泵的损坏风险。
4.当吸收液倒吸发生后，当前市场上普遍采用手动排液完成采样仪器的排液功能，如果采样员不能及时排液，聚集在仪器中的液体会在气体的流动下经过管路和气泵，大大增加损毁气泵的概率。
因此，亟需一种防倒吸，冷凝脱水及自动排水的气液分离器。
发明内容
本发明的目的是提供一种防倒吸，冷凝脱水及自动排水的气液分离器。
为了实现上述目的，本发明提供的技术方案为：提供一种气液分离器，连接于气泵之前用于对采样气流中的水汽进行分离，防止液体进入所述气泵，所述采样气流是夹带水汽和气体的流体混合物，包括：冷凝器及制冷装置，所述制冷装置用于对所述冷凝器进行制冷，且所述冷凝器设有进气口及出气口，所述夹带水汽和气体的流体混合物在所述气泵的作用下从所述进气口进入所述冷凝器内，所述水汽在所述冷凝器内遇冷液化而与所述气体形成气液分离，所述气体由所述出气口出来经所述气泵重新回到空气中。
所述气液分离器连接于吸收瓶与所述气泵之间。
所述制冷装置为低温气体产生装置，所述低温气体产生装置用于将低温气体接触于所述冷凝器的外壁处，通过所述冷凝器的外壁对所述冷凝器的内部进行制冷；或
所述制冷装置为低温液体产生装置，所述低温液体产生装置用于将低温液体接触于所述冷凝器的外壁处，通过所述冷凝器的外壁对所述冷凝器的内部进行制冷。
所述制冷装置为帕尔贴模组，所述帕尔贴模组设于所述冷凝器的外壁处，并用于通过所述冷凝器的外壁对所述冷凝器的内部进行制冷。
所述帕尔贴模组包括半导体制冷片、散热器及散热风扇，所述半导体制冷片的制冷的一面贴紧所述冷凝器的外壁处，所述散热器的吸热面贴紧所述半导体制冷片的发热的一面，所述散热风扇对所述散热器的散热鳍片进行风冷。
还包括用于检测流体阻力变化的阻力件，所述阻力件插设于所述冷凝器的进气口处，所述阻力件的上端为进气端，下端为出气端，所述吸收瓶出来的夹带水汽和气体的流体混合物从所述阻力件的进气端进入所述阻力件内部的管道，并经所述阻力件的出气端进入所述冷凝器内，所述阻力件呈长管结构，且内部的管道设置有一段内径小于其他部分的内径的测阻力结构，所述测阻力结构的两端还设有测压孔，所述测压孔连接有一差压传感器，所述差压传感器用于通过所述测压孔检测流经所述测阻力结构内的流体阻力大小。
还包括第一控制***，所述差压传感器连接所述第一控制***，所述第一控制***还与所述气泵连接，若所述差压传感器检测到所述测阻力结构内的气流阻力骤然增大，所述第一控制***则停止所述气泵工作。
还包括冷凝组件，所述冷凝组件内置于所述冷凝器内，所述冷凝组件设有用于增大表面积的结构，所述吸收瓶出来的夹带水汽和气体的流体混合物从所述阻力件的进气端进入所述阻力件内部的管道，并从所述阻力件的出气端出来并着附到所述冷凝组件上，所述水汽在所述冷凝组件的表面上遇冷液化成液体。
所述冷凝器的下端设置成倒圆锥形状，所述水汽在所述冷凝器内遇冷液化后形成的液体积聚在所述冷凝器的底部。
还包括电性连接的第二控制***、液位传感器及蠕动泵，所述冷凝器的底端还设有排液孔，所述蠕动泵连接于所述排液孔上，所述液位传感器设于所述冷凝器内用于检测所述冷凝器内的液位高低，若所述冷凝器内的液位超过预设值，则所述第二控制***控制所述蠕动泵抽走积聚在所述冷凝器的底部的液体。
所述冷凝器包括金属内胆和保温层结构，所述保温层结构包覆于所述金属内胆外部，且所述保温层结构对应所述帕尔贴模组处设有镂空结构，所述帕尔贴模组与所述冷凝器的金属内胆的外壁接触。
此外，本发明还公开了一种大气采样设备，包括以上所述的气液分离器。
与现有技术相比，所述吸收瓶出来的夹带水汽和气体的流体混合物在所述气泵的作用下从所述进气口进入所述冷凝器内，所述水汽在所述冷凝器内遇冷液化而与所述气体气液分离，所述气体由所述出气口出来经所述气泵重新回到空气中。此外，若所述冷凝器内的液位超过预设值，则所述第二控制***控制所述蠕动泵抽走积聚在所述冷凝器的底部的液体。本发明能够极大地减少甚至避免人工手动排水，当冷凝水或倒吸液的液面高度达到预设值时，所述第二控制***控制所述蠕动泵抽走积聚在所述冷凝器的底部水。
通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。
附图说明
图1所示为本发明气液分离器的一个实施例的示意图。
图2所示为冷凝器贴上帕尔贴模组的一个视图。
图3所示为冷凝器贴上帕尔贴模组的另一个视图。
图4所示为阻力件的一个实施例的示意图。
具体实施方式
现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。如上所述，如图1所示，本发明提供一种气液分离器100，连接于气泵2之前用于对采样气流中的水汽进行分离，防止液体进入所述气泵2，所述采样气流是夹带水汽和气体的流体混合物，包括：冷凝器3及制冷装置，所述制冷装置用于对所述冷凝器3进行制冷，且所述冷凝器3设有进气口31及出气口32，所述吸收瓶1出来的夹带水汽和气体的流体混合物在所述气泵2的作用下从所述进气口31进入所述冷凝器3内，所述水汽在所述冷凝器3内遇冷液化而与所述气体形成气液分离，所述气体由所述出气口32出来经所述气泵2重新回到空气中。需要说明的是，采样过程中，可能会出现倒吸现象，即是所述吸收瓶1内的液体可能会被抽进所述气泵2内，造成采样中断，严重的还会对所述气泵2等设备造成损坏，或者是由于所述吸收瓶1内的液体挥发，或者是由于采样气流的湿度过大，同样会对所述气泵2造成损坏。此时，如果所述冷凝器3是一个温度明显低于采样气流，所述采样气流即是所述夹带水汽和气体的流体混合物，因此，所述夹带水汽和气体的流体混合物中的水汽会产生遇冷液化作用，而被分离而收集在所述冷凝器3内，所述夹带水汽和气体的流体混合物中的气体最终在所述气泵2的作用下，重新回到空气中。由此，只需保持所述冷凝器3是一个低温状态，所述夹带水汽和气体的流体混合物中的水汽则持续会产生遇冷液化的作用，将水汽分离出来，而所述夹带水汽和气体的流体混合物中的所述气体则是一个相对干燥的气体，通过所述气泵2的抽气作用重新回到空气中。
一个实施例中，所述气液分离器100连接于吸收瓶1与所述气泵2之间，从所述吸收瓶1出来的采样气流，先进入所述气液分离器100进行气液分离，然后进入所述气泵2。
一个实施例中，所述制冷装置为低温气体产生装置，所述低温气体产生装置用于将低温气体接触于所述冷凝器3的外壁处，通过所述冷凝器3的外壁对所述冷凝器3的内部进行制冷；或
所述制冷装置为低温液体产生装置，所述低温液体产生装置用于将低温液体接触于所述冷凝器3的外壁处，通过所述冷凝器3的外壁对所述冷凝器的内部进行制冷。
本实施例中，所述低温气体产生装置可以是通过冷凝器、压缩机及蒸发器循环制冷以产生低温气体，或者由液氮喷射而气化形成低温气体；所述低温液体产生装置可以是冰水混合物，或者直接是经过制冷的低温的液体等物质。无论是所述低温气体产生装置还是所述低温液体产生装置，均需要持续对所述冷凝器3持续制冷，确保所述冷凝器内部保持持续的低温。
一个实施例中，如图1、2和3所示，所述制冷装置为帕尔贴模组4，所述帕尔贴模组4设于所述冷凝器3的外壁处，并用于通过所述冷凝器3的外壁对所述冷凝器3的内部进行制冷。本实施例中，所述冷凝器3为矩形腔体，在所述冷凝器3的四个侧面均贴上所述帕尔贴模组4，能够确保所述冷凝器3内部处于一个低温状态，且由于所述帕尔贴模组4相对容易安装，损坏之后维修或者更换的成本也相对低廉，容易被推广应用。
如图2和3所示的实施例中，所述帕尔贴模组4包括半导体制冷片41、散热器42及散热风扇43，所述半导体制冷片41的制冷的一面贴紧所述冷凝器3的外壁处，所述散热器42的吸热面贴紧所述半导体制冷片41的发热的一面，所述散热风扇43对所述散热器42的散热鳍片进行风冷。所述散热器42的吸热面为平整的一面，尽可能地与所述半导体制冷片41的发热的一面贴紧，且所述半导体制冷片41的制冷的一面与所述冷凝器3的外壁之间还可以涂覆用于增大接触面积，提高导热能力的导热硅脂等物质，所述散热器42设有散热鳍片的一面安装所述散热风扇43，所述散热风扇43能够快速地对所述散热器42的散热鳍片进行风冷，加快所述散热器42的散热鳍片上的热量散发到空气中，能够有效地提高所述半导体制冷片41的制冷效果。
如图1、4所示的实施例中，还包括用于检测流体阻力变化的阻力件5，所述阻力件5插设于所述冷凝器3的进气口处，所述阻力件5的上端为进气端，下端为出气端，所述吸收瓶1出来的夹带水汽和气体的流体混合物从所述阻力件5的进气端进入所述阻力件内部的管道，并经所述阻力件5的出气端进入所述冷凝器3内，所述阻力件5呈长管结构，且内部的管道设置有一段内径小于其他部分的内径的测阻力结构51，所述测阻力结构51的两端还设有测压孔52，所述测压孔52连接有一差压传感器6，所述差压传感器6用于通过所述测压孔52检测流经所述测阻力结构51内的流体阻力大小。具体地，所述阻力件5由于在其内部设有所述测阻力结构51，具体地所述测阻力结构51设置在所述阻力件5的中部，因此其具有中部节流的结构特点，当流体即是气体或液体流过时会在所述测阻力结构51处受到节流阻力，管路中的压力差和流量的平方与流体密度的乘积成正比关系，当流体中有液体倒吸进装置中时，即是如果流体中有液体流经所述测阻力结构51处时，此时的流体(包括有气体及液体)密度会骤升，此时所述流经所述测阻力结构51的流体的压力会对应地骤升。
如图1所示的实施例中，还包括第一控制***7，所述差压传感器6连接所述第一控制***7，所述第一控制***7还与所述气泵2连接并控制所述气泵2工作，若所述差压传感器6检测到所述测阻力结构51内的流体阻力骤然增大，所述第一控制***7则停止所述气泵2工作。所述差压传感器6检测到所述测阻力结构51的流体阻力骤然上升，此时，实际上是所述吸收瓶1内的吸收液出现了倒吸现象，因此，所述差压传感器6会传递信号给所述第一控制***7，所述第一控制***7对所述气泵2进行停机保护，防止吸收液进入所述气泵2以使所述气泵2受到损坏。
需要说明的是，所述冷凝器3的出气口可以设置所述阻力件5，此时所述阻力件5的下端为进气端，上端为出气端，所述冷凝器3内的气体(此时理论上已经完成气液分离，但是实际仍然存在气液分离不良的个例)从所述阻力件5的下端进入所述阻力件5，流经所述测阻力结构51，此时如果气流夹带有液体，由于流体密度会骤升，此时流经所述测阻力结构51的流体的压力会对应地骤升，所述差压传感器6检测到所述测阻力结构51的流体阻力骤然上升，则表示流经所述冷凝器3内含有较多的液体，即是发生了吸收液倒吸的现象，所述差压传感器6会传递信号给所述第一控制***7，所述第一控制***7对所述气泵2进行停机保护。
一个实施例中，如图1所示，还包括冷凝组件13，所述冷凝组件13内置于所述冷凝器3内，且其最佳位置是位于所述阻力件5的出气端的正下方，所述冷凝组件13设有用于增大表面积的结构，所述吸收瓶1出来的夹带水汽和气体的流体混合物从所述阻力件5的进气端进入所述阻力件内部的管道，并从所述阻力件5的出气端出来并着附到所述冷凝组件13上，所述水汽在所述冷凝组件13的表面上遇冷液化成液体。需要说明的是，所述冷凝组件13必须是导热性能良好的金属结构，所述冷凝组件13尽可能地与所述冷凝器3的内壁接触，与所述冷凝器3的内壁形成良好的热传递，所述冷凝组件13设置成表面积尽可能大的结构，充分地与所述夹带水汽和气体的流体混合物进行接触，让所述水汽在所述冷凝器3内的所述冷凝组件13上遇冷液化而与所述气体形成气液分离。比如，所述冷凝组件13可以设置成皱褶结构、蜂窝结构或者众多鳍片等增大表面积的结构。
如图1所示的实施例中，所述冷凝器3的下端设置成倒圆锥形状，所述水汽在所述冷凝器3内遇冷液化后形成的液体积聚在所述冷凝器3的底部。由于所述冷凝器3的底部设置成倒圆锥形状，因此在所述冷凝器3的内壁上冷凝形成的液体，容易顺着该倒圆锥形状往下流到所述冷凝器3的底部积聚，等待排液。
如图1所示的实施例中，还包括电性连接的第二控制***8、液位传感器9及蠕动泵10，所述冷凝器3的底端还设有排液孔11，所述蠕动泵10连接于所述排液孔11上，所述液位传感器9设于所述冷凝器3内用于检测所述冷凝器3内的液位高低，若所述冷凝器3内的液位超过预设值，则所述第二控制***8控制所述蠕动泵10抽走积聚在所述冷凝器3的底部的液体。因此，通过设置所述第二控制***8、液位传感器9及蠕动泵10，能够及时排出所述冷凝器3内的液体，能确保所述冷凝器3内积聚的液体的液位保持在相对安全线之下。
一个实施例中，如图3所示，所述冷凝器3包括金属内胆33和保温层结构34，所述保温层结构34包覆于所述金属内胆33外部，且所述保温层结构34对应所述帕尔贴模组4处设有镂空结构12，所述帕尔贴模组4与所述冷凝器3的金属内胆33的外壁接触。通过设置所述保温层结构34，能够很好地防止所述金属内胆33和外部进行热交换，造成能源的浪费。通过设置所述镂空结构12，则能够让所述帕尔贴模组4的所述半导体制冷片41的制冷的一面直接与所述金属内胆33的外壁接触，如此能够有效地提高所述帕尔贴模组4的制冷效果。
此外，本发明还公开了一种大气采样设备，包括所述气液分离器100。
下面描述本发明气液分离器的工作过程：
1、启动制冷装置对冷凝器进行制冷，直到冷凝器处于一个相对低温的状态，比如低于周边环境10度左右的温度；
2、启动气泵进行抽气，空气中的气体依次进入吸收瓶、冷凝器，并气泵重新回到空气中。
在实际工作过程中，步骤2中，空气中的气体进入吸收瓶，气体由所述吸收瓶内的吸收液吸收之后，从所述吸收瓶进入所述冷凝器，此时进入所述冷凝器的气体实际上就是夹带水汽和气体的流体混合物，假如发生了倒吸现象，所述阻力件配合所述差压传感器和所述第一控制***会关停所述气泵工作，在没有发生倒吸现象时，采样气流仍然会夹带有水汽，即所述水汽和气体的混合物中的水汽会在所述冷凝器内冷凝成液体，积聚在所述冷凝器的底部，而气体则经所述气泵重新回到空气中，当所述液位传感器检测到当所述冷凝器底部的液体积聚到一定高度时，所述第二控制***则控制蠕动泵工作，将所述冷凝器内的液体抽走。
以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (9)
1.一种气液分离器，连接于吸收瓶与气泵之间，用于对采样气流中的水汽进行分离，防止液体进入所述气泵，所述采样气流是夹带水汽和气体的流体混合物，其特征在于，包括：
冷凝器及制冷装置，所述制冷装置用于对所述冷凝器进行制冷，且所述冷凝器设有进气口及出气口，所述夹带水汽和气体的流体混合物在所述气泵的作用下从所述进气口进入所述冷凝器内，所述水汽在所述冷凝器内遇冷液化而与所述气体形成气液分离，所述气体由所述出气口出来经所述气泵重新回到空气中；
阻力件，所述阻力件用于检测流体阻力变化，所述阻力件插设于所述冷凝器的进气口处，所述阻力件的上端为进气端，下端为出气端，所述吸收瓶出来的夹带水汽和气体的流体混合物从所述阻力件的进气端进入所述阻力件内部的管道，并经所述阻力件的出气端进入所述冷凝器内，所述阻力件呈长管结构，且内部的管道设置有一段内径小于其他部分的内径的测阻力结构，所述测阻力结构的两端还设有测压孔，所述测压孔连接有一差压传感器，所述差压传感器用于通过所述测压孔检测流经所述测阻力结构内的气流阻力大小，以及
第一控制***，所述差压传感器连接所述第一控制***，所述第一控制***还与所述气泵连接，若所述差压传感器检测到所述测阻力结构内的流体阻力骤然增大，所述第一控制***则停止所述气泵工作。
2.如权利要求1的所述气液分离器，其特征在于，所述制冷装置为低温气体产生装置，所述低温气体产生装置用于将低温气体接触于所述冷凝器的外壁处，通过所述冷凝器的外壁对所述冷凝器的内部进行制冷；或
所述制冷装置为低温液体产生装置，所述低温液体产生装置用于将低温液体接触于所述冷凝器的外壁处，通过所述冷凝器的外壁对所述冷凝器的内部进行制冷。
3.如权利要求1的所述气液分离器，其特征在于，所述制冷装置为帕尔贴模组，所述帕尔贴模组设于所述冷凝器的外壁处，并用于通过所述冷凝器的外壁对所述冷凝器的内部进行制冷。
4.如权利要求3的所述气液分离器，其特征在于，所述帕尔贴模组包括半导体制冷片、散热器及散热风扇，所述半导体制冷片的制冷的一面贴紧所述冷凝器的外壁处，所述散热器的吸热面贴紧所述半导体制冷片的发热的一面，所述散热风扇对所述散热器的散热鳍片进行风冷。
5.如权利要求1的所述气液分离器，其特征在于，还包括冷凝组件，所述冷凝组件内置于所述冷凝器内，所述冷凝组件设有用于增大表面积的结构，所述吸收瓶出来的夹带水汽和气体的流体混合物从所述阻力件的进气端进入所述阻力件内部的管道，并从所述阻力件的出气端出来并着附到所述冷凝组件上，所述水汽在所述冷凝组件的表面上遇冷液化成液体。
6.如权利要求1～5任一项的所述气液分离器，其特征在于，所述冷凝器的下端设置成倒圆锥形状，所述水汽在所述冷凝器内遇冷液化后形成的液体积聚在所述冷凝器的底部。
7.如权利要求6的所述气液分离器，其特征在于，还包括电性连接的第二控制***、液位传感器及蠕动泵，所述冷凝器的底端还设有排液孔，所述蠕动泵连接于所述排液孔上，所述液位传感器设于所述冷凝器内用于检测所述冷凝器内的液位高低，若所述冷凝器内的液位超过预设值，则所述第二控制***控制所述蠕动泵抽走积聚在所述冷凝器的底部的液体。
8.如权利要求3的所述气液分离器，其特征在于，所述冷凝器包括金属内胆和保温层结构，所述保温层结构包覆于所述金属内胆外部，且所述保温层结构对应所述帕尔贴模组处设有镂空结构，所述帕尔贴模组与所述冷凝器的金属内胆的外壁接触。
9.一种大气采样设备，其特征在于，包括如权利要求1所述的气液分离器。
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