CN110841500A - 一种预热式气体多级混配装置 - Google Patents

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董智桥
陈先锋
赵齐
王晓彤
杨攀
朱惠薇
张冰倩
梁广钱
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Abstract

本发明公开了一种预热式气体多级混配装置，包括多个待混气体气瓶，所述待混气体气瓶用于盛装待混合气体；多个气体输入支路，所述气体输入支路用于输送所述待混气体气瓶中的待混合气体；多级混气室，所述多级混气室包括依次连通的第一级混合室、第二级混合室、第三级混合室以及缓气室，所述待混气体气瓶分别通过所述气体输入支路与所述第一级混合室连通；混合气输出管道，所述混合气输出管道连通在所述缓气室末端，用于输出混合后的混合气。通过精准控制、多级混合达到动态均匀混合的目的，使用安全可靠，能够实现多种气体的动态均匀混合，提高气体的混合均匀度。

Description

一种预热式气体多级混配装置
技术领域
本发明涉及气体混合技术领域，具体而言，涉及一种预热式气体多级混配装置。
背景技术
气体混合在工业生产和科学研究中应用广泛，气体的混合均匀度及混合精度对多元混合气体的制备、食品包装气制备以及工业中易燃有毒气体的处理等有着深远的影响，在多孔介质燃烧器预混燃烧中，气体混合均匀度对提高燃料的燃烧效率、减少污染物的排放也有着重大意义。
此外，高浓度的可燃性气体与空气混合后可以变成低浓度燃气，国内外学者专家在对低浓度燃气的***特性、燃烧特性等做了大量的实验研究，而这些实验的精度和基础在于试验气的混合精度和混合均匀度，气体混配不均匀则会带来设备运行不稳定或***的危险，实验室和工业中急需一种安全可靠、结构简单、能够均匀混合不同气体的混合装置。
目前，气体混合装置多采用输送管道外置循环***或高压气瓶内置搅拌***进行配气混气，前者占地面积大，混合装置复杂，在实验室中存在较大的安全隐患。后者配气混气不均匀，为了获得均匀的混合气体多需要静置较长时间或对高压气瓶进行滚动、摇匀，在标准气体用量较大时，不能满足需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单、安装方便、能够均匀混合不同气体的预热式多级混气装置，克服输送管道外置循环***混气安全隐患、高压气瓶内置搅拌***混气均匀度不足和其他混气装置结构复杂、混气不佳问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种预热式气体多级混配装置，包括：
多个待混气体气瓶，所述待混气体气瓶用于盛装待混合气体；
多个气体输入支路，所述气体输入支路用于输送所述待混气体气瓶中的待混合气体；
多级混气室，所述多级混气室包括依次连通的第一级混合室、第二级混合室、第三级混合室以及缓气室，所述待混气体气瓶分别通过所述气体输入支路与所述第一级混合室连通；
混合气输出管道，所述混合气输出管道连通在所述缓气室末端，用于输出混合后的混合气。
进一步，所述第一级混合室、第二级混合室、第三混合室由内向外依次设置且首尾连通，所述第一级混合室的进气端与多个气体输入支路连接，所述第一级混合室的出气端与所述第二级混合室的进气端连通，所述第二混合室的出气端与所述第三级混合室的进气端连通，所述第三级混合室的出气端与设置在所述第一级混合室、第二级混合室、第三级混合室尾端的缓气室连通，所述待混合其气体在所述第一级混合室、第二级混合室、第三级混合室中的扩散路线为蛇形。
进一步，所述缓气室外部设有超声波混合单元，所述超声波混合单元包括超声波振子和超声波发生器，所述超声波振子固定在所述缓气室底部，所述超声波发生器与所述超声波振子连接，所述超声波阵子个数为1-6个。
进一步，所述第一级混合室中设有预热混合装置，所述预热混合装置包括进液管、水泵、加热水槽、温度控制仪、电接点温度计、出液管和螺旋预热管，所述进液管设置在所述加热水槽中，水泵安装在所述进液管上，所述进液管的另一端连接螺旋预热管，所述螺旋预热管设置在所述第一级混合室中，所述螺旋预热管穿过所述第一级混合室后连接出液管，所述出液管的末端设置在所述加热水槽中，所述加热水槽中还设置电节点温度计，所述温度控制仪连接电接点温度计，所述温度控制仪根据所述电接点温度计测量的温度控制所述加热水槽中加热温度。
进一步，所述第二级混合室中设有扰流隔板，所述扰流隔板在所述第二级混合室中上下交错设置，所述扰流隔板个数为6-8个。
进一步，所述第三级混合室中填充多孔介质，所述多孔介质类型为不同孔隙大小的泡沫陶瓷、堆积床小球、金属丝网中的任意一种，孔隙率为40％以上。
进一步，所述气体输入支路上依次设置减压阀、压力表、截止阀、流量计、第一单向阀，所述流量计通过电缆连接质量流量控制仪。
进一步，所述混合气输出管道上依次设有第二单向阀和混合气过滤罐，所述混合后的气体经过所述混合气过滤罐过滤掉杂质后得到均匀混合的混合气体。
进一步，所述缓气室中安装浓度检测仪，所述浓度检测仪的检测孔设置在第一级混合室的出气端、第二级混合室的出气端、第三级混合室的出气端和缓气室顶部，所述浓度检测仪的的检测管可延伸至所述各检测孔中确定不同位置的浓度面分布。
进一步，还包括控制单元，所述控制单元包括终端控制电脑，所述终端控制电脑通过电缆与所述温度控制仪、超声波发生器、浓度检测仪、质量流量控制仪分别连接，所述的终端控制电脑控制和调节温度控制仪的温度值、质量流量控制仪的流量比、超声波发生装置的功率。
与现有技术相比，本发明至少包括以下有益效果：通过终端控制电脑控制待混合气体的质量流量比、螺旋预热管中水的温度、超声波发生装置的功率，精准控制，多级混合。将热水经螺旋预热管的进液口通入第一级混合室中，可提高气体混合的温度，高温的螺旋预热管能够增加气体分子的热运动，此外螺旋状的预热管可增大气体分子的碰撞，有利于气体混合。扰流隔板使经过第一级混合单元混合后的气体在隔板间扰流切割，进一步增加混合均匀度。多孔介质混合单元的多孔结构增加气体分子的碰撞，有助于气体混合均匀。超声波混合装置通过超声波振子产生的超声波与混合室顶板的作用产生驻波，通过驻波效应增加缓气室内混合气体的混合均匀度。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图中：
1-待混气体气瓶、2-减压阀、3-压力表、4-截止阀、5-流量计、6-气体输入支路、7-第一单向阀、8-多级混气室、9-第一级混合室、10-螺旋预热管、11-第二级混合室、12-扰流隔板、13-多孔介质、14-第三级混合室、15-缓气室、16-浓度检测仪、17-混合气输出管道、18-第二单向阀、19-混合气过滤罐、20-终端控制电脑、21-超声波振子、22-进液管、23-出液管、24-水泵、25-超声波发生器、26-加热水槽、27-电接点温度计、28-温度控制仪、29-质量流量控制仪。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
如图1所示，本申请实施例提供了一种预热式气体多级混配装置，包括：
多个待混气体气瓶1，所述待混气体气瓶1用于盛装待混合气体；
多个气体输入支路6，所述气体输入支路6用于输送所述待混气体气瓶1中的待混合气体；
多级混气室8，所述多级混气室8包括依次连通的第一级混合室9、第二级混合室11、第三级混合室14以及缓气室15，所述待混气体气瓶1分别通过所述气体输入支路6与所述第一级混合室9连通；
混合气输出管道17，所述混合气输出管道17连通在所述缓气室15末端，用于输出混合后的混合气。
在上述实施例中，待混合的气体从待混气体气瓶1中依次经过气体输入支路6进入到多级混气室8，在多级混气室8中依次通过第一级混合室9、第二级混合室11、第三级混合室14后进入缓气室15，在上述第一级混合室9、第二级混合室11、第三级混合室14中进行充分混合，进入缓气室15后通过混合气输出管道17输出。
在进一步优选的实施例中，所述第一级混合室9、第二级混合室11、第三混合室由内向外依次设置且首尾连通，所述第一级混合室9的进气端与多个气体输入支路6连接，所述第一级混合室9的出气端与所述第二级混合室11的进气端连通，所述第二混合室的出气端与所述第三级混合室14的进气端连通，所述第三级混合室14的出气端与设置在所述第一级混合室9、第二级混合室11、第三级混合室14尾端的缓气室15连通，所述待混合其气体在所述第一级混合室9、第二级混合室11、第三级混合室14中的扩散路线为蛇形。
在上述实施例中，第一级混合室9、第二级混合室11、第三混合室由内向外依次设置且首尾相连，使得带混合的气体在经过第一级混合室9、第二级混合室11、第三混合室时形成蛇形路线，能混合更加充分均匀。
进一步优选的实施例中，所述缓气室15外部设有超声波混合单元，所述超声波混合单元包括超声波振子21和超声波发生器25，所述超声波振子21固定在所述缓气室15底部，所述超声波发生器25与所述超声波振子21连接，所述超声波阵子个数为1-6个。
在上述实施例中，超声波阵子安装在缓气室15底部，通过超声波振子21产生的超声波与混合室顶板的作用产生驻波，通过驻波效应增加缓气室15内混合气体的混合均匀度。
进一步优选的实施例中，所述第一级混合室9中设有预热混合装置，所述预热混合装置包括进液管22、水泵24、加热水槽26、温度控制仪28、电接点温度计27、出液管23和螺旋预热管10，所述进液管22设置在所述加热水槽26中，水泵24安装在所述进液管22上，所述进液管22的另一端连接螺旋预热管10，所述螺旋预热管10设置在所述第一级混合室9中，所述螺旋预热管10穿过所述第一级混合室9后连接出液管23，所述出液管23的末端设置在所述加热水槽26中，所述加热水槽26中还设置电节点温度计，所述温度控制仪28连接电接点温度计27，所述温度控制仪28根据所述电接点温度计27测量的温度控制所述加热水槽26中加热温度。
在上述实施例中，水泵24将加热水槽26中的热水输送至螺旋预热管10中，螺旋预热管10进入第一级混合室9中，提高气体混合的温度，高温的螺旋预热管10使第一级混合室9中的温度升高，增加分子的热运动，另外螺旋状的预热管设置在第一级混合室9中，可增大气体分子的碰撞，有利于气体混合均匀，加热水槽26中设置电节点温度计，温度控制仪28连接电接点温度计27用于控制电热水槽中的加热温度。
进一步优选的实施例中，所述第二级混合室11中设有扰流隔板12，所述扰流隔板12在所述第二级混合室11中上下交错设置，所述扰流隔板12个数为6-8个。
在上述实施例中，扰流隔板12使经过第一级混合单元混合后的气体在隔板间扰流切割，进一步增加混合均匀度，扰流隔板12交错设置，当气体通过第二级混合室11时可以进一步增加经过第一级混合单元混合后的气体在隔板间扰流切割。
进一步优选的实施例中，所述第三级混合室14中填充多孔介质13，所述多孔介质13为不同孔隙大小的泡沫陶瓷、堆积床小球、金属丝网中的任意一种，孔隙率为40％以上。
在上述实施例中，经过第二级混合室11混合后的气体再通过第三级混合室14中的多孔介质13，一方面可以减缓气体分子的扩散速度，使混合气体混合均匀，另一方面，混合气体在通过多孔介质13时，多孔介质13的多孔结构增加了气体分子之间的碰撞，有助于气体混合均匀，在上述实施例中，堆积床小球为三氧化二铝材质，但不限于以上材质。
进一步优选的实施例中，所述气体输入支路6上依次设置减压阀2、压力表3、截止阀4、流量计5，第一单向阀7，所述流量计5通过电缆连接质量流量控制仪29。
在上述实施例中，流量计5为D07系列质量流量计，通过电缆与D08系列质量流量控制仪29连接，气体输入支路6上设有压力表3，减压阀2、截止阀4、流量计5可实时对各混合气之间的配比进行监测和调节。
进一步优选的实施例中，所述混合气输出管道17上依次设有第二单向阀18和混合气过滤罐19，所述混合后的气体经过所述混合气过滤罐19过滤掉杂质后得到均匀混合的混合气体。
进一步优选的实施例中，所述缓气室15中安装浓度检测仪16，所述浓度检测仪16的检测孔设置在第一级混合室的出气端、第二级混合室的出气端、第三级混合室的出气端和缓气室顶部，所述浓度检测仪的的检测管可延伸至所述各检测孔中确定不同位置的浓度面分布。
在上述实施例中，调节检测管的位置和高度可确定不同位置的浓度面分布，浓度检测仪检测不同位置浓度值并发送至中心控制电脑进行分析处理，当检测的浓度值分布均匀性指标没有达到预设均匀性指标时，中心控制电脑通过调节温度控制仪的温度、质量流量控制仪的流量比、超声波发生器的功率来控制混气过程，增加混气强度，实现对混气均匀性的智能控制。
进一步优选的实施例中，还包括控制单元，所述控制单元包括终端控制电脑20，所述终端控制电脑20通过电缆与所述温度控制仪28、超声波发生器25、浓度检测仪16、质量流量控制仪29分别连接，所述的终端控制电脑20控制和调节温度控制仪28的温度值、质量流量控制仪29的流量比、超声波发生装置的功率。
上述结构的工作原理是：以两种气体混合为例、待混合的两种气体通过质量流量控制仪29和流量计5的精准控制，以一定比例经过气体输入支路6进入多级混气室8中混合。进入第一级混合室9后经过螺旋预热混合单元的预热混合作用使气体分子间的碰撞增强，混合后的气体分别进入第二级混合室11的上下两个腔室，在扰流隔板12的作用下继续混合，经过第二级混合室11上下两个腔室混合后的气体分别进入第三混合室的上下两个腔室，在第三混合室中的多孔介质13混合单元的阻挡作用下混合。混合气经过第三混合室的混合后从第三级混合室14的上下两个腔室汇入到缓气室15中，在缓气室15中的超声波混合装置的作用充分均匀混合，最后从气体输出管路流出，经过混合气过滤罐19后得到均匀混合的混合气体，完成动态均匀的混气过程。
上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (10)

1.一种预热式气体多级混配装置，其特征在于:包括：
多个待混气体气瓶，所述待混气体气瓶用于盛装待混合气体；
多个气体输入支路，所述气体输入支路用于输送所述待混气体气瓶中的待混合气体；
多级混气室，所述多级混气室包括依次连通的第一级混合室、第二级混合室、第三级混合室以及缓气室，所述待混气体气瓶分别通过所述气体输入支路与所述第一级混合室连通；
混合气输出管道，所述混合气输出管道连通在所述缓气室末端，用于输出混合后的混合气。
2.根据权利要求1所述的一种预热式气体多级混配装置，其特征在于：所述第一级混合室、第二级混合室、第三混合室由内向外依次设置且首尾连通，所述第一级混合室的进气端与多个气体输入支路连接，所述第一级混合室的出气端与所述第二级混合室的进气端连通，所述第二混合室的出气端与所述第三级混合室的进气端连通，所述第三级混合室的出气端与设置在所述第一级混合室、第二级混合室、第三级混合室尾端的缓气室连通，所述待混合其气体在所述第一级混合室、第二级混合室、第三级混合室中的扩散路线为蛇形。
3.根据权利要求1所述的一种预热式气体多级混配装置，其特征在于：所述缓气室外部设有超声波混合单元，所述超声波混合单元包括超声波振子和超声波发生器，所述超声波振子固定在所述缓气室底部，所述超声波发生器与所述超声波振子连接，所述超声波阵子个数为1-6个。
4.根据权利要求1所述的一种预热式气体多级混配装置，其特征在于：所述第一级混合室中设有预热混合装置，所述预热混合装置包括进液管、水泵、加热水槽、温度控制仪、电接点温度计、出液管和螺旋预热管，所述进液管设置在所述加热水槽中，水泵安装在所述进液管上，所述进液管的另一端连接螺旋预热管，所述螺旋预热管设置在所述第一级混合室中，所述螺旋预热管穿过所述第一级混合室后连接出液管，所述出液管的末端设置在所述加热水槽中，所述加热水槽中还设置电节点温度计，所述温度控制仪连接电接点温度计，所述温度控制仪根据所述电接点温度计测量的温度控制所述加热水槽中加热温度。
5.根据权利要求1所述的一种预热式气体多级混配装置，其特征在于：所述第二级混合室中设有扰流隔板，所述扰流隔板在所述第二级混合室中上下交错设置，所述扰流隔板个数为6-8个。
6.根据权利要求1所述的一种预热式气体多级混配装置，其特征在于：所述第三级混合室中填充多孔介质，所述多孔介质类型为不同孔隙大小的泡沫陶瓷、堆积床小球、金属丝网中的任意一种，孔隙率为40％以上。
7.根据权利要求1所述的一种预热式气体多级混配装置，其特征在于：所述气体输入支路上依次设置减压阀、压力表、截止阀、流量计、第一单向阀，所述流量计通过电缆连接质量流量控制仪。
8.根据权利要求1所述的一种预热式气体多级混配装置，其特征在于：所述混合气输出管道上依次设有第二单向阀和混合气过滤罐，所述混合后的气体经过所述混合气过滤罐过滤掉杂质后得到均匀混合的混合气体。
9.根据权利要求1所述的一种预热式气体多级混配装置，其特征在于：所述缓气室中安装浓度检测仪，所述浓度检测仪的检测孔设置在第一级混合室的出气端、第二级混合室的出气端、第三级混合室的出气端和缓气室顶部，所述浓度检测仪的的检测管可延伸至所述各检测孔中确定不同位置的浓度面分布。
10.根据权利要求1所示的一种预热式气体多级混配装置，其特征在于：还包括控制单元，所述控制单元包括终端控制电脑，所述终端控制电脑通过电缆与所述温度控制仪、超声波发生器、浓度检测仪、质量流量控制仪分别连接，所述的终端控制电脑控制和调节温度控制仪的温度值、质量流量控制仪的流量比、超声波发生装置的功率。
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