CN105092319B - 一种实现气体冷阱捕集和热脱附的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及环境监测技术领域，公开了一种实现气体冷阱捕集和热脱附的装置。所述装置采用在加热丝中钎焊热电偶型温度传感器的结构，不但可以实现通过温度补偿方式对升温速率和温度恒定点位进行精确控制，还具有较少加热冷点和低活性的特点，从而避免加热不均和发生催化分解及氧化作用等反应的现象，保障装置的安全和使用寿命，具有更强的实用性。

Description

一种实现气体冷阱捕集和热脱附的装置

技术领域

本发明涉及环境监测技术领域，具体地，涉及一种实现气体冷阱捕集和热脱附的装置。

背景技术

在诸如气体浓缩仪等环境监测设备中，为了对诸如挥发性有机物等目标物质进行定性定量分析，需要配置一个冷阱捕集及热脱附装置，捕集样品气体中的目标物质，其基本原理是先低温富集目标物质，再高温挥发目标物质，以便后续进行监测。

但是现有的冷阱捕集及热脱附装置还存在如下问题：(1)温控精度不高，不便对冷阱捕集及热脱附装置的升温速率和温度恒定点位进行精确控制；(2)存在较多的加热冷点，容易促发加热不均现象，造成热脱附时目标物质的被吸附或者冷凝，甚至损伤冷阱捕集及热脱附装置，降低使用寿命；(3)冷阱捕集及热脱附装置的活性不够低，会与流经的气体产生催化分解及氧化作用等反应，进一步降低使用寿命。

针对上述现有冷阱捕集及热脱附装置的问题，有必要提供一种新型的冷阱捕集及热脱附装置，不但能够实现对升温速率和温度恒定点位进行精确控制，还具有较少加热冷点和低活性的特点，从而避免加热不均和发生催化分解及氧化作用等反应的现象，保障冷阱捕集及热脱附装置的安全和使用寿命，具有更强的实用性。

发明内容

针对前述现有冷阱捕集及热脱附装置的问题，本发明提供了一种实现气体冷阱捕集和热脱附的装置，采用在加热丝中钎焊热电偶型温度传感器的结构，不但可以实现通过温度补偿方式对升温速率和温度恒定点位进行精确控制，还具有较少加热冷点和低活性的特点，从而避免加热不均和发生催化分解及氧化作用等反应的现象，保障装置的安全和使用寿命，具有更强的实用性。

本发明采用的技术方案，提供了一种实现气体冷阱捕集和热脱附的装置，其特征在于，包括：惰性管、用于连通惰性管和外部气路管的连接部件、加热丝、导热片和制冷部件；所述惰性管的两端分别配置一个所述连接部件，且在两连接部件之间设置以缠绕方式包裹所述惰性管的所述加热丝，所述导热片包裹所述加热丝，且连接所述制冷部件；所述加热丝上焊接有热电偶型温度传感器。在所述实现气体冷阱捕集和热脱附的装置中，所述惰性管及两端的连接部件构成了一段气路，流通采样气体；所述加热丝用于加热所述惰性管，实现高温挥发目标物质；所述导热片和所述制冷部件用于通过导热制冷方式制冷所述惰性管，实现低温富集目标物质；所述热电偶型温度传感器用于检测所述惰性管外的温度，以便通过管内外温度补偿的方式控制所述加热丝或所述制冷部件的工作，进而实现对升温速率和温度恒定点位进行精确控制。此外由于所述惰性管的低活化性，由所述惰性管和所述连接部件组成的气路还具有低活性特点，可避免发生催化分解及氧化作用等反应的现象。因此所述实现气体冷阱捕集和热脱附的装置，不但可以实现通过温度补偿方式对升温速率和温度恒定点位进行精确控制，还具有低活性的特点，从而避免发生催化分解及氧化作用等反应的现象，保障装置的安全和使用寿命，具有更强的实用性。

具体的，所述加热丝上以钎焊方式焊接所述热电偶型温度传感器。所述热电偶型温度传感器以钎焊方式焊接在所述加热丝上，可使造成的加热冷点极为微小，从而可减小加热冷点的体积，避免出现加热不均的现象。

具体的，所述加热丝与所述连接部件之间设有隔热固定板。所述隔热固定板一方面用于隔绝所述加热丝对所述连接部件造成的加热影响，另一方面用于固定所述惰性管，缓解所述惰性管承受的应力，进而避免造成损伤现象。进一步具体的，所述隔热固定板与所述连接部件之间设有卡簧。通过所述卡簧，可进一步提升固定效果，保障所述惰性管的安全。

具体的，所述惰性管中设有吸附材料层和用于固定所述吸附材料层的惰性化金属筛网。通过所述吸附材料层，可进一步提升低温富集目标物质的量。

具体的，所述连接部件包括压紧盖、第一连接头、第一柔性密封环、惰性密封环、第二柔性密封环和第二连接头；所述第一连接头、所述第一柔性密封环和所述惰性密封环的轴心处分别设有用于插入外部气路管的第一通孔，其中所述第一连接头的中部轴心处还设有用于依次插入所述第一柔性密封环、所述惰性密封环和所述惰性管的第一空腔，所述第一连接头的阴端轴心处还设有用于插入所述第二柔性密封环的第二空腔；所述第二柔性密封环和第二连接头的轴心处分别设有用于插入所述惰性管的第二通孔；所述第一连接头的阳端穿过所述压紧盖，所述第一柔性密封环和所述惰性密封环与所述第一连接头间歇配合构成第一级密封结构，所述第二柔性密封环与所述第一连接头间隙配合构成第二级密封结构，所述第二连接头中部插入所述压紧盖的内腔，且与所述压紧盖间隙配合构成第三级密封结构。所述连接部件用于连通所述惰性管和外部气路管，并采用所述三级密封结构，可实现良好的密封效果，避免流经的气体泄漏到连接部件中的缝隙中并产生催化分解及氧化还原等反应现象，进而保障所述连接部件的使用寿命。此外，还可避免外部气路管与所述惰性管的端面接触，并缓解突变气体压力和外部的应力，进而保障所述惰性管的安全。

进一步具体的，所述第二连接头中部的外周环形表面设有外螺纹，所述压紧盖的内腔壁面设有与所述外螺纹匹配的内螺纹。通过所述第二连接头与所述压紧盖之间的螺纹结构，不但可压紧两者之间的多个部件，实现外部气路管和所述惰性管的紧密连接，还便于所述装置与外部气路的安装连接。

进一步具体的，所述第一柔性密封环为氟橡胶密封环或惰性化硅胶密封环，所述第二柔性密封环为石墨密封环。

具体的，所述加热丝为镍铬合金电加热丝。

具体的，所述制冷部件为电子制冷片或散热片。

综上，采用本发明所提供的实现气体冷阱捕集和热脱附的装置，具有如下有益效果：(1)采用在加热丝中设置热电偶型温度传感器的结构，可以实现通过温度补偿方式对升温速率和温度恒定点位进行精确控制；(2)所述热电偶型温度传感器以钎焊方式焊接在所述加热丝上，其造成的加热冷点极为微小，可减小加热冷点的体积，避免出现加热不均的现象；(3)由所述惰性管和所述连接部件组成的气路具有低活性特点，可避免发生催化分解及氧化作用等反应的现象，保障装置的安全和使用寿命，具有更强的实用性；(4)由所述隔热固定板和所述卡簧组成的固定结构，可对所述惰性管起到良好的固定作用，缓解所述惰性管承受的外部应力，进而避免造成损伤现象；(5)采用所述具有三级密封结构的连接部件，可实现良好的密封效果，保障所述连接部件的使用寿命和所述惰性管的安全；(6)所述实现气体冷阱捕集和热脱附的装置安装方便，具有普遍使用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的实现气体冷阱捕集和热脱附的装置的示意图。

图2是本发明提供的实现气体冷阱捕集和热脱附的装置中惰性管通过连接部件连通外部气路管的剖视图。

图3是本发明提供的实现气体冷阱捕集和热脱附的装置中连接部件的剖视拆分图。

上述附图中：1、惰性管 2、连接部件 201、压紧盖 202、第一连接头 203、第一柔性密封环 204、惰性密封环 205、第二柔性密封环 206、第二连接头 207、第一空腔 208、第二空腔 3、加热丝 4、导热片 5、制冷部件 6、隔热固定板 7、卡簧 8、外部气路管。

具体实施方式

以下将参照附图，通过实施例方式详细地描述本发明提供的实现气体冷阱捕集和热脱附的装置。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。

本文中描述的各种技术可以用于但不限于环境监测技术领域，还可以用于其它类似领域。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。

实施例一

图1示出了本发明提供的实现气体冷阱捕集和热脱附的装置的示意图，图2示出了本发明提供的实现气体冷阱捕集和热脱附的装置中惰性管通过连接部件连通外部气路管的剖视图，图3示出了本发明提供的实现气体冷阱捕集和热脱附的装置中连接部件的剖视拆分图。所述实现气体冷阱捕集和热脱附的装置，其特征在于，包括：惰性管1、用于连通惰性管1和外部气路管的连接部件2、加热丝3、导热片4和制冷部件5；所述惰性管1的两端分别配置一个所述连接部件2，且在两连接部件2之间设置以缠绕方式包裹所述惰性管1的所述加热丝3，所述导热片4包裹所述加热丝3，且连接所述制冷部件5；所述加热丝3上焊接有热电偶型温度传感器。

在所述实现气体冷阱捕集和热脱附的装置中，所述惰性管可以是但不限于是去活化石英管或去活化的耐高温玻璃管，其具有低活性和耐高温的特点，可避免与流通气体发生催化分解及氧化作用等反应的现象，同时可实现高温热脱附的目的；所述导热片4可以但不限于是铝片，其具有导热性好、重量轻及成本低等优点，能够较好的实现本发明中的作用。如图2所示，所述惰性管1及两端的连接部件2构成了一段气路，流通采样气体；如图1所示，所述加热丝3用于加热所述惰性管1，实现高温挥发目标物质；所述导热片4和所述制冷部件5用于通过导热制冷方式制冷所述惰性管1，实现低温富集目标物质；所述热电偶型温度传感器用于检测所述惰性管1外的温度，以便通过管内外温度补偿的方式控制所述加热丝3或所述制冷部件5的工作，进而实现对升温速率和温度恒定点位进行精确控制。

所述通过管内外温度补偿的方式可以但不限于如下方式：首先在所述装置流通气流前，利用所述热电偶型温度传感器测量所述惰性管1的外部温度，利用伸入所述惰性管1内部的测温探头测量所述惰性管的1内部温度，在测得多组内部温度与外部温度的对应数据后，可得到一个内部温度对应外部温度的对应换算表，或者更进一步的得到一个内部温度对应外部温度的函数曲线和公式，然后在所述装置流通气流后，只需通过所述热电偶型温度传感器测得所述惰性管1的外部温度，就可以根据前述的对应换算表或函数公式，计算得到所述惰性管1的内部温度，从而控制所述加热丝3或所述制冷部件5的工作，实现对所述装置的升温速率和温度恒定点位进行精确控制的目的。

所述装置的基本工作原理:在所述装置流通采样气流后，先通过所述热电偶型温度传感器、所述导热片4和所述制冷模块5使所述惰性管1维持在低温冷阱状态，从而冷凝富集采样气流中的目标物质；在捕集到足量的目标物质后，在所述装置中流通载气气流，然后通过所述电偶型温度传感器和所述加热丝3对所述惰性管1进行升温，直到进入高温热脱附状态，并予以维持，从而挥发捕集到的目标物质，将目标物质转移到诸如气质频谱仪等其它设备中。此外由于所述惰性管1的低活化性，由所述惰性管1和所述连接部件2组成的气路还具有低活性特点，可避免发生催化分解及氧化作用等反应的现象。因此所述实现气体冷阱捕集和热脱附的装置，不但可以实现通过温度补偿方式对升温速率和温度恒定点位进行精确控制，还具有低活性的特点，从而避免发生催化分解及氧化作用等反应的现象，保障装置的安全和使用寿命，具有更强的实用性。

具体的，所述加热丝3上以钎焊方式焊接所述热电偶型温度传感器。所述热电偶型温度传感器以钎焊方式焊接在所述加热丝3上，可使造成的加热冷点极为微小，从而可减小加热冷点的体积，避免出现加热不均的现象。

具体的，所述加热丝3与所述连接部件2之间设有隔热固定板6。所述隔热固定板6一方面用于隔绝所述加热丝3对所述连接部件2造成的加热影响，另一方面用于固定所述惰性管1，缓解所述惰性管1承受的应力，进而避免造成损伤现象。所述隔热固定板6可以是但不限于是一块呈框型的玻璃纤维聚合板，由于玻璃纤维聚合板具有耐热性强和机械强度好的特点，从而可通过设置在玻璃纤维聚合板上的对孔固定所述惰性管1的两端，从而达到良好的固定效果。进一步具体的，所述隔热固定板6与所述连接部件2之间设有卡簧7。通过所述卡簧7，可进一步提升固定效果，保障所述惰性管1的安全。

具体的，所述惰性管1中设有吸附材料层101和用于固定所述吸附材料层101的惰性化金属筛网102。通过所述吸附材料层101，可进一步提升低温富集目标物质的量，提高定性定量分析的检测频率。此外，工作温度是所述吸附材料层中101的填充材料(例如针对挥发性有机物，所述填充料为参考《环境空气挥发性有机物的测定吸附管采样-热脱附/气相色谱-质谱法》(HJ 644-2013)进行配置的材料)的重要工作参数，通过对所述惰性管1进行精确的温度控制，可以使所述吸附材料层101中的吸附材料达到最佳的吸附状态或脱附状态，大大提高所述吸附材料层101的工作效率。

具体的，所述连接部件2包括压紧盖201、第一连接头202、第一柔性密封环203、惰性密封环204、第二柔性密封环205和第二连接头206；所述第一连接头202、所述第一柔性密封环203和所述惰性密封环204的轴心处分别设有用于插入外部气路管的第一通孔，其中所述第一连接头202的中部轴心处还设有用于依次插入所述第一柔性密封环203、所述惰性密封环204和所述惰性管1的第一空腔207，所述第一连接头202的阴端轴心处还设有用于插入所述第二柔性密封环205的第二空腔208；所述第二柔性密封环205和第二连接头206的轴心处分别设有用于插入所述惰性管1的第二通孔；所述第一连接头202的阳端穿过所述压紧盖201，所述第一柔性密封环203和所述惰性密封环204与所述第一连接头202间歇配合构成第一级密封结构，所述第二柔性密封环205与所述第一连接头202间隙配合构成第二级密封结构，所述第二连接头206中部插入所述压紧盖201的内腔，且与所述压紧盖201间隙配合构成第三级密封结构。如图2和3所示，所述连接部件2用于连通所述惰性管1和外部气路管8，并采用所述三级密封结构，可实现良好的密封效果，避免流经的气体泄漏到连接部件中的缝隙中并产生催化分解及氧化还原等反应现象，进而保障所述连接部件2的使用寿命。此外，还可避免所述外部气路管8与所述惰性管1的端面接触，并缓解突变气体压力和外部的应力，进而保障所述惰性管1的安全。进一步具体的，所述惰性密封环204可以是但不限于是聚四氟乙烯密封环，其具有低活性特点，可避免与流通气体发生催化分解及氧化作用等反应的现象。

进一步具体的，所述第二连接头206中部的外周环形表面设有外螺纹，所述压紧盖201的内腔壁面设有与所述外螺纹匹配的内螺纹。通过所述第二连接头206与所述压紧盖201之间的螺纹结构，不但可压紧两者之间的多个部件，实现外部气路管8和所述惰性管1的紧密连接，还便于所述装置与外部气路的安装连接。

进一步具体的，所述第一柔性密封环203可以是当不限于是氟橡胶密封环或惰性化硅胶密封环，所述第二柔性密封环205可以是当不限于是石墨密封环。相比较于所述第二柔性密封环205，所述第一柔性密封环203具有更柔软的形变性，由于压紧所述第二柔性密封环205的作用力要小于压紧所述第一柔性密封环203的作用力，因此所述第一柔性密封环203和第二柔性密封环205可达到相近的形变效果，进而实现相近的密封效果。

具体的，所述加热丝3可以是但不限于是镍铬合金电加热丝。

具体的，所述制冷部件5可以是但不限于是电子制冷片或散热片。

上述提供的实现气体冷阱捕集和热脱附的装置，具有如下技术效果：(1)采用在加热丝中设置热电偶型温度传感器的结构，可以实现通过温度补偿方式对升温速率和温度恒定点位进行精确控制；(2)所述热电偶型温度传感器以钎焊方式焊接在所述加热丝上，其造成的加热冷点极为微小，可减小加热冷点的体积，避免出现加热不均的现象；(3)由所述惰性管和所述连接部件组成的气路具有低活性特点，可避免发生催化分解及氧化作用等反应的现象，保障装置的安全和使用寿命，具有更强的实用性；(4)由所述隔热固定板和所述卡簧组成的固定结构，可对所述惰性管起到良好的固定作用，缓解所述惰性管承受的外部应力，进而避免造成损伤现象；(5)采用所述具有三级密封结构的连接部件，可实现良好的密封效果，保障所述连接部件的使用寿命和所述惰性管的安全；(6)具有良好的温控区域，能保证在热脱附时目标物质不会在流路中凝结；(7)所述实现气体冷阱捕集和热脱附的装置安装方便，具有普遍使用性。

如上所述，可较好的实现本发明。对于本领域的技术人员而言，根据本发明的教导，设计出不同形式的实现气体冷阱捕集和热脱附的装置并不需要创造性的劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行变化、修改、替换、整合和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种实现气体冷阱捕集和热脱附的装置，其特征在于，包括惰性管(1)、用于连通惰性管(1)和外部气路管的连接部件(2)、加热丝(3)、导热片(4)和制冷部件(5)，其中，所述制冷部件(5)为电子制冷片；

所述惰性管(1)的两端分别配置一个所述连接部件(2)，且在两连接部件(2)之间设置以缠绕方式包裹所述惰性管(1)的所述加热丝(3)，所述导热片(4)包裹所述加热丝(3)，且连接所述制冷部件(5)；

所述加热丝(3)上以钎焊方式焊接有热电偶型温度传感器。

2.如权利要求1所述的一种实现气体冷阱捕集和热脱附的装置，其特征在于，所述加热丝(3)与所述连接部件(2)之间设有隔热固定板(6)。

3.如权利要求2所述的一种实现气体冷阱捕集和热脱附的装置，其特征在于，所述隔热固定板(6)与所述连接部件(2)之间设有卡簧(7)。

4.如权利要求1所述的一种实现气体冷阱捕集和热脱附的装置，其特征在于，所述惰性管(1)中设有吸附材料层(101)和用于固定所述吸附材料层(101)的惰性化金属筛网(102)。

5.如权利要求1所述的一种实现气体冷阱捕集和热脱附的装置，其特征在于，所述连接部件(2)包括压紧盖(201)、第一连接头(202)、第一柔性密封环(203)、惰性密封环(204)、第二柔性密封环(205)和第二连接头(206)；

所述第一连接头(202)、所述第一柔性密封环(203)和所述惰性密封环(204)的轴心处分别设有用于插入外部气路管的第一通孔，其中所述第一连接头(202)的中部轴心处还设有用于依次插入所述第一柔性密封环(203)、所述惰性密封环(204)和所述惰性管(1)的第一空腔(207)，所述第一连接头(202)的阴端轴心处还设有用于插入所述第二柔性密封环(205)的第二空腔(208)；

所述第二柔性密封环(205)和第二连接头(206)的轴心处分别设有用于插入所述惰性管(1)的第二通孔；

所述第一连接头(202)的阳端穿过所述压紧盖(201)，所述第一柔性密封环(203)和所述惰性密封环(204)与所述第一连接头(202)间歇配合构成第一级密封结构，所述第二柔性密封环(205)与所述第一连接头(202)间隙配合构成第二级密封结构，所述第二连接头(206)中部插入所述压紧盖(201)的内腔，且与所述压紧盖(201)间隙配合构成第三级密封结构。

6.如权利要求5所述的一种实现气体冷阱捕集和热脱附的装置，其特征在于，所述第二连接头(206)中部的外周环形表面设有外螺纹，所述压紧盖(201)的内腔壁面设有与所述外螺纹匹配的内螺纹。

7.如权利要求6所述的一种实现气体冷阱捕集和热脱附的装置，其特征在于，所述第一柔性密封环(203)为氟橡胶密封环或惰性化硅胶密封环，所述第二柔性密封环(205)为石墨密封环。

8.如权利要求1所述的一种实现气体冷阱捕集和热脱附的装置，其特征在于，所述加热丝(3)为镍铬合金电加热丝。