CN100338454C - 旋转式气体收集装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种旋转式气体收集装置，它包括工作台、采样管、旋转式湿式扩散管、流量控制装置、进出液装置、分析装置和动力气泵，其特征在于：所述扩散管包括两间距可调且具有进、出气口的支撑座，同心套设且可旋转地支撑在支撑座上的内、外玻璃管；外玻璃管的两端分别设置一从动齿轮，与两从动齿轮啮合的主动齿轮分别连接在一传动杆上，传动杆连接一电机的输出端，扩散管的进气口连接采样管；扩散管的出气口连接流量控制装置，流量控制装置的出气口连接动力气泵；进出液装置的进液管一端连接扩散管的进液口，另一端连接储液罐，进出液装置的出液管一端连接扩散管的出液口，另一端通过一蠕动泵和一三通电磁阀连接分析装置，三通电磁阀还连接一排废液管。本发明可以广泛用于各种气态污染物的在线分析监测中。

Description

旋转式气体收集装置

技术领域

本发明涉及一种气体收集装置，特别是关于一种旋转式气体收集装置。

背景技术

大气痕量污染物种类多、浓度低、输送远、且毒性大，如何对其准确收集和测量已经成为目前环境监测中的关键问题。由于采样时气态和颗粒态大气污染物之间的相互干扰比较大，常规的固体阻留法和低温冷凝法都不能有效地将二者分离，而扩散管技术能够很好地排除气体和颗粒物之间的干扰，因此近年来已被用于大气痕量污染物的采样。扩散管技术是选择能阻留被测组分的吸收剂，将其涂渍于扩散管内壁，或者使其以一定的流速流过扩散管内壁，利用气体和颗粒物扩散系数的差异，使气体分子扩散到管壁上被吸收剂吸收，而颗粒物不受影响，可以一直通过扩散管，从而有效地分离大气中的气态污染物和颗粒物。

由于大气痕量污染物浓度很低，所以必须使用高流速、大容量且收集效率高的采样器。湿式扩散管是目前比较理想的一种气体收集装置，其可以使吸收液连续地流过扩散管内壁，获得润湿的表面，如此不但收集效率高、吸附容量大，而且可多个连用，如果选择不同的涂渍剂，还可以同时收集不同种类的气体。湿式扩散管与离子色谱联用后，可以组成一台气态污染物实时在线分析仪器，采样得到的样品可直接用离子色谱在现场分析，从而解决了以往样品采集与样品分析之间时间滞后的矛盾。

最近，荷兰能源研究所的J.Slanina等人以湿式扩散管技术为基础研制开发出了一套气体收集装置SJAC(The Steam Jet Aerosol Collector蒸气喷射气溶胶收集装置)。但是这种装置在实际监测中还存在着以下问题：1、SJAC气体收集装置使用红外发射接收装置来控制吸收液的液面，成本较高，而且容易受外界因素干扰。造成液面控制不准，影响气体流经扩散管的速度，使得气体难以保持层流状态通过扩散管，且会造成一部分颗粒物损失。2、SJAC气体收集装置中，扩散管旋转的动力由套在扩散管外管中间的传动皮带提供，传动皮带的另一端套在电机上。仪器工作时电机驱动传动皮带，传动皮带再带动扩散管旋转。这样使用容易造成扩散管旋转不稳定，形成的液面不均匀；而且容易磨损传动皮带，拉折玻璃管；更为严重的是，传动皮带工作一段时间后容易松动，从电机上面脱落下来，造成扩散管不再旋转。3、SJAC气体收集装置的扩散管的旋转速度固定不可调节，当污染物浓度高时，无法及时调高旋转速度加快吸收液对气态污染物的吸收。4、SJAC气体收集装置在低压状况下无法正常工作，存在漏气现象。5、SJAC气体收集装置由于体积庞大，质量过重，操作不方便，而且成本昂贵，所以在实际应用中很难广泛地推广使用。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种采样分离效果好，检测结果真实可靠，体积小、重量轻，可以在线进行大气污染物采样分析的旋转式气体收集装置。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种旋转式气体收集装置，它包括工作台、采样管、旋转式湿式扩散管、流量控制装置、进出液装置、分析装置和动力气泵，其特征在于：所述扩散管包括两间距可调且具有进气口、出气口的支撑座，同心套设且可旋转地支撑在所述支撑座上的内玻璃管、外玻璃管；所述外玻璃管的两端分别设置一从动齿轮，与所述两个从动齿轮啮合的两个主动齿轮分别连接在一传动杆上，所述传动杆连接一电机的输出端，所述扩散管的进气口连接所述采样管；所述扩散管的出气口连接所述流量控制装置，所述流量控制装置的出气口连接所述动力气泵；所述进出液装置的进液管一端连接所述扩散管的进液口，另一端连接储液罐，所述进出液装置的出液管一端连接所述扩散管的出液口，另一端通过一蠕动泵和一三通电磁阀连接所述分析装置，所述三通电磁阀还连接一排废液管。

所述两支撑座分别通过一支架连接在所述工作台上，所述两支撑座之间连接一组可调螺栓杆，所述两支撑座内分别设置一锥孔，所述两锥孔端部对称设置一轴座；两分别连接所述从动齿轮的轴套，转动地连接在所述两轴座内，所述外玻璃管的两端分别插设在所述两轴套的凹槽内；在所述两支撑座的锥孔内设置一芯杆，所述芯杆的一端具有一锥形头，另一端具有一旋转头，所述内玻璃管设置在所述锥形头和旋转头之间，所述锥形头和旋转头与外玻璃管之间设置有弹性卡子。

所述两轴座的端部与所述支撑座之间，以及内玻璃管、外玻璃管的两端分别设置有弹性密封垫。

带动所述传动杆的电机可以是直流减速电机。

所述流量控制装置包括一流量控制器和一设置在所述流量控制器进口前部的滤头。

所述分析装置包括一离子色谱仪和一计算机。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于在支撑座上固定了可旋转的同心连接的玻璃管，并在两玻璃管之间通过进出液装置提供吸收液，因此当气体在动力气泵的作用下进入旋转的两玻璃管之间时，由于气态污染物的扩散系数比颗粒物的扩散系数大，气态污染物先被两玻璃管内外表面形成的吸收液膜吸收，而固态的颗粒物会随气流的作用飞离吸收装置，从而有效地实现了空气中气态污染物和颗粒物的分离，最大程度地减少气体收集时颗粒物对其产生的干扰，也最大程度地减少了颗粒物在实验过程中的损失，为后面进一步收集分析空气中的颗粒物打下了基础。2、本发明通过进出液装置将扩散管与分析装置的的离子色谱连接起来，在吸收液采样完成后，马上就可以进样分析，并通过计算机给出分析结果，因此本发明可以非常方便地用于环境现场监测，极大地减少了人力和物力的投入，降低了人为因素对样品采集的影响，使得到的数据更加真实可靠。3、本发明在外玻璃管的两端设置从动齿轮，并将从动齿轮转动地连接在支撑座上，因此可以由电机通过传动杆带动主动齿轮，由主动齿轮通过从动齿轮转动带动外玻璃管转动，由外玻璃管通过两玻璃管之间的弹性卡子带动内玻璃管转动，使整体结构简单，运转灵活均匀，克服了现有技术的不足。4、本发明在轴座与支撑座之间，外玻璃管与其轴套之间，以及内玻璃管与固定它的芯杆的锥形头和旋转头之间设置橡胶密封垫，因此可以使固定部件之间的连接紧密，密封性好，不漏气；而在轴套与轴座之间的运动部位不放置密封材料，使运动接触表面的摩擦系数小，运转灵活，且在两侧弹性压力的作用下使运动贴合面更平整，密封性更好，使本发明即使在低压状态下也可以有效地收集气体污染物，而不会漏气。5、本发明由于采用直流减速电机，可以方便地通过电压的调节，实现电机转速的调节，因此当污染物浓度较高时，可以及时调高旋转速度加快吸收液对气态污染物的吸收，从而克服现有技术的缺点。6、本发明各部件结构简单，电路控制主要是通过时间继电器实现，在下一个环节采样的同时便可以自动进行上一个进样的检测分析，并给出分析结果，不但可以实现自动化采集分析，而且检测周期短，效率高。本发明采用湿式扩散管减少了采样的前期准备，操作方便；同时本发明体积小，重量轻，成本低，它可以广泛用于各种气态污染物的在线分析监测中。

附图说明

图1是本发明结构示意图

图2是本发明扩散管安装示意图

具体实施方式

本发明整个装置的核心为一旋转式湿式扩散管1，扩散管1的进气口连接采样管20，出气口依次连接流量控制装置30和动力气泵40，扩散管1的两端还连接进出液装置50，并通过进出液装置连接分析装置60，上述装置可以设置在一工作台70上。下面结合附图对本发明进行详细描述。

如图1、图2所示，本发明的扩散管1包括设置在工作台70上的两支架2，支架2上分别套设一尼龙或聚四氟乙烯材料制成的支撑座3，支撑座3可以呈圆柱形或其它形状。两支撑座3之间连接有四根调节间距用的螺栓杆4和螺母5，在两支架2的顶部设置有固定支撑座3的顶丝(图中未示出)。在两支撑座3内分别设置一锥孔，在每一锥孔的端部固定一轴座6，将两个从动齿轮7分别固定在一轴套8上，再将两轴套8，转动地连接在两轴座6内，在两轴套8的凹槽内安装一外玻璃管9。在支撑座3内设置有一芯杆10上，芯杆10的一端具有一锥形头11，另一端具有一旋转头12，在锥形头11和旋转头12外端的凹缘上安装一内玻璃管13，在锥形头11和旋转头12的外端面上分别设置有数个弹性卡子14，因为外玻璃管9比内玻璃管13稍长，这样突出的弹性卡子14正好可以将外玻璃管9顶住。将连接在一传动杆15上的两主动齿轮16与两从动齿轮7啮合，传动杆15的输入端连接电机17。具体安装调节时，先转动旋转头12带动芯杆10上的螺纹拧入锥形头11的螺孔中，以固定内玻璃管13的位置；然后将轴座6，从动齿轮7，轴套8，内、外玻璃管9、弹性卡子14安装在两支撑座3之间，转动设置在各螺栓杆4上的螺母5，调节两支撑座3之间的距离，将外玻璃管9固定住；最后将连接好的两支撑座3整体放入两支架2内，将两从动齿轮7对准两主动齿轮16，转动支架2上的顶丝，将支撑座3固定。电机17启动可以带动传动杆15和主动齿轮16转动，与主动齿轮16啮合的从动齿轮7可以带动外玻璃管9和通过弹性卡子14带动内玻璃管13一起缓慢转动。

上述电机17若采用直流减速电机，可以方便地根据污染物浓度的情况，特别是污染物浓度较高时，可以调高旋转速度加快吸收液对气态污染物的吸收。上述轴座6和轴套8的材料可以采用尼龙或其它具有一定弹性的材料，为了防止连接部位漏气，可以在轴座6与支撑座3的连接端，轴套8与外玻璃管9的连接端以及内玻璃管13与锥形头11和旋转头12的连接端设置橡胶密封垫18、19、19’。上述支撑座3的结构形式也是可以变化的，比如在工作台上设置滑动结构，直接将支撑座3滑动地安装在支架2上等。上述芯杆10的结构也可以变化，比如芯杆10上的螺纹头也可以设置在旋转头12一侧，转动旋转头12像转动一个螺母，同样可以将内玻璃管13定位。

本发明的采样管20由外径10mm，内径8mm左右的聚四氟乙烯管制成，由于聚四氟乙烯材料的不粘粘性，可以减小进样时气态污染物和颗粒物的损失，采样管20的出口密封连接在支撑座3的进气口21。

本发明的流量控制装置30包括一滤头31和一流量控制器32，流量的大小由流量控制器32设定，本实施例的设计流量为16.7l/min，滤头31连接在流量控制器32前面是为了防止空气中的颗粒物堵塞流量控制器32，滤头31的进气口连接支撑座的出气口22。本发明的流量控制装置30还可以包括其它设备或采用其它流量计量控制设备，滤头31和流量控制器32可以采用现成产品，流量控制器32的出气口连接动力气泵40。

本发明的进出液装置50包括一出液管51，其连接在一端支撑座3的出液口52上，出液管51的出口连接一蠕动泵53，蠕动泵53的出口连接一三通电磁阀54，电磁阀54的另两个出口，一个连接一排废液管55，一个连接分析装置60。在另一端支撑座3的进液口56上插入一进液管57，进液管57的出口高于预充入的吸收液液面高度，进液管57的进口通过一蠕动泵53’连接一储液罐58。蠕动泵53和蠕动泵53’可以用一个具有双通道的蠕动泵53代替，即在蠕动泵53中同时设置一根进液管57和一出液管51，这样便可以通过蠕动泵53的正反向旋转，实现进液出液控制。输入内、外玻璃管9、13之间的吸收液，可以在扩散管1的转动中使两玻璃管9、13的管壁上部形成液膜，两管壁的下部充满液体，控制液体的充入量，就可以控制两玻璃管9、13之间气体流过的截面积，从而控制气体的流速，使之以一稳定的状态流过扩散管。

本发明的分析装置60包括一离子色谱61和一计算机62，本实施例中离子色谱61的型号为ICS-90睿智型离子色谱，由美国戴安公司生产，此仪器体积小，携带方便，检测限低，灵敏度高，能够快速准确地分析出吸收液中各离子成分的浓度大小，检测结果可以通过计算机62显示出来。本发明的分析装置60也可以采取其它分析仪器，或其它型号的离子色谱61。

本发明的电路控制方面，可以通过设置若干时间继电器和计算机控制实现各部分的启停时间，实现吸收液的进液量、样品的采集时间、气体进样、废液排除、离子色谱检测等控制，由于电路控制部分只需根据设计的操作顺序启停各装置，非本发明要求保护的内容，故在此不再赘述。

上述本发明的各部分结构和连接，以及现成设备的选用和添加都是可以变化的，这些变化不应排除在本发明的保护范围之外。

本发明工作时，首先启动蠕动泵53正转，通过进液管57从储液罐58中把新鲜的吸收液输入扩散管1的内、外玻璃管9、13之间，而在蠕动泵53中的另一出液管51，由于离子色谱61的进液装置关闭，而处于非导通状态，该过程通过时间继电器控制进行4分钟。然后蠕动泵53关闭，动力气泵40和电机17启动，扩散管1在电机17和传动机构的带动下转动；在动力气泵40的作用下，空气通过采样管20进入转动的扩散管1，由于气态污染物与颗粒物的扩散系数不同，通过扩散管1的气态污染物先往两玻璃管9、13的管壁扩散，被其上形成的吸收液液膜吸收，而空气中的颗粒物会随气流从扩散管1的出气口22排出。转动的两玻璃管9、13之间的吸收液不断将管壁上液膜吸收的气态污染物溶入吸收液中，亦即采样过程。从扩散管1的出气口22进入流量控制装置30的气流，首先通过滤头31过滤，然后进入流量控制器32计量，并从动力气泵40排出，采样过程通过时间继电器控制进行20分钟。采样时间到后，动力气泵40关闭，蠕动泵53再次开启并反转6分钟，使扩散管1中的吸收液排出。在这6分钟中，电磁阀54前2分钟不工作，吸收液通过出液管53流向分析装置60的离子色谱61，亦即离子色谱61进样。通过时间继电器控制，2分钟后，电磁阀54工作，吸收液通过排废液管55将进样剩余的吸收液排出，此过程需要4分钟。在蠕动泵53反转的过程中，由于进液管57的出口位置高于液面，因此吸收液不会返流回储液罐58。

本发明实施例的一个周期为30分钟，进入离子色谱61的吸收液，在离子色谱61中进行色谱分析需要20分钟，然后可以通过计算机给出分析结果。因为在离子色谱61进行污染物分析的同时，系统的另一采样过程已经开始，两个过程是同时进行，因此本发明的操作周期可以认为是30分钟一个周期，时间周期非常短，而且整个系统的运行时间是可以调节的。

Claims (10)

1、一种旋转式气体收集装置，它包括工作台、采样管、旋转式湿式扩散管、流量控制装置、进出液装置、分析装置和动力气泵，其特征在于：所述扩散管包括两间距可调且具有进气口、出气口的支撑座，同心套设且可旋转地支撑在所述支撑座上的内玻璃管、外玻璃管；所述外玻璃管的两端分别设置一从动齿轮，与所述两个从动齿轮啮合的两个主动齿轮连接在一传动杆上，所述传动杆连接一电机的输出端，所述扩散管的进气口连接所述采样管；所述扩散管的出气口连接所述流量控制装置，所述流量控制装置的出气口连接所述动力气泵；所述进出液装置的进液管一端连接所述扩散管的进液口，另一端连接储液罐，所述进出液装置的出液管一端连接所述扩散管的出液口，另一端通过一蠕动泵和一三通电磁阀连接所述分析装置，所述三通电磁阀还连接一排废液管。

2、如权利要求1所述的旋转式气体收集装置，其特征在于：所述两支撑座分别通过一支架连接在所述工作台上，所述两支撑座之间连接一组可调螺栓杆，所述两支撑座内分别设置一锥孔，所述两锥孔端部对称设置一轴座；两分别连接所述从动齿轮的轴套，转动地连接在所述两轴座内，所述外玻璃管的两端分别插设在所述两轴套的凹槽内；在所述两支撑座的锥孔内设置一芯杆，所述芯杆的一端具有一锥形头，另一端具有一旋转头，所述内玻璃管设置在所述锥形头和旋转头之间，所述锥形头和旋转头与外玻璃管之间设置有弹性卡子。

3、如权利要求1所述的旋转式气体收集装置，其特征在于：所述两轴座的端部与所述支撑座之间，以及内玻璃管、外玻璃管的两端分别设置有弹性密封垫。

4、如权利要求2所述的旋转式气体收集装置，其特征在于：所述两轴座的端部与所述支撑座之间，以及内玻璃管、外玻璃管的两端分别设置有弹性密封垫。

5、如权利要求1或2或3或4所述的旋转式气体收集装置，其特征在于：带动所述传动杆的电机为直流减速电机。

6、如权利要求1或2或3或4所述的旋转式气体收集装置，其特征在于：所述流量控制装置包括一流量控制器和一设置在所述流量控制器进口前部的滤头。

7、如权利要求5所述的旋转式气体收集装置，其特征在于：所述流量控制装置包括一流量控制器和一设置在所述流量控制器进口前部的滤头。

8、如权利要求1或2或3或4或7所述的旋转式气体收集装置，其特征在于：所述分析装置包括一离子色谱仪和一计算机。

9、如权利要求5所述的旋转式气体收集装置，其特征在于：所述分析装置包括一离子色谱仪和一计算机。

10、如权利要求6所述的旋转式气体收集装置，其特征在于：所述分析装置包括一离子色谱仪和一计算机。

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