CN105642144B - 一种通用稀释方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种通用稀释方法及装置,该方法包括如下步骤:动力泵从稀释流体源中抽取动力流体,动力流量调节阀调节抽取的动力流体流量;高效过滤器过滤动力流体中杂质形成洁净流体;洁净流体从文丘里射流器动力入口射入;洁净流体流经文丘里射流器吸入口附近,其吸入口形成负压;被稀释流体在文丘里射流器吸入口被吸入,吸入流量调节阀调节从被稀释流体源吸入的被稀释流体流量;被稀释流体和洁净流体在文丘里射流器中高效混合,稀释成混合稀释流体由其动力出口射出;混合稀释流体由文丘里射流器动力出口进入缓冲器释压,由缓冲器采样口采样。本发明提供的稀释方法和装置能广泛应用于高浓度流体源监测、定浓度校准流体制备、昂贵流体稀释等方面。

Description

一种通用稀释方法及装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种可以任意调节稀释比的通用稀释方法以及建立在此方法基础上 的气溶胶稀释装置。
背景技术
[0002] 稀释装置是实验室和现场取样监测中应用特别广泛的一种前处理装置,这种装置 将高浓度的取样气或标准气稀释到仪器操作最敏感、精度最高的浓度范围内。它的应用领 域包括:
[0003] 对气体分析仪进行校准,如气相层析、气体传感器、气体报警器等;
[0004] 模拟气体环境,用于有害气体、防爆,大气污染等模拟试验研究;
[0005] 动态校准环境空气监测仪器的标准设备;
[0006] 使用最少量昂贵的多成分气体钢瓶配出各种不同浓度的标准混合气。
[0007] 目前稀释装置一般采用将高浓度的取样气体或标准气体和稀释气通过流量调节 控制配置成一定比例的低浓度稀释气体的配气装置。需要采用多个精密的质量流量控制器 精密控制样气和稀释气的流量,也需要设计气体缓冲罐缓冲和拌匀稀释气体,对稀释均匀 性要求比较高的应用,有时还需要两级甚至多级的配气设计,不但成本高昂,而且结构复 杂,占空间大。特别地,对于有害气体、防爆,污染源等的在线监测试验研究中,出于空间和 场所以及安全性考虑,这种配气装置使用受到限制。
[0008] 鉴于此,本发明提供一种结构简单且适用于各种复杂环境的通用高效稀释装置和 方法。
发明内容
[0009] 本发明涉及一种可以任意调节稀释比的通用稀释方法。该稀释方法具有通用性, 稀释和被稀释介质可以同是液体,也可以同是气体,甚至可以是不同的流体状态;该种方法 不仅适用于一般流体稀释,而且适用于腐蚀性流体的稀释,在高浓度有害流体制备低浓度 无害样本、高浓度流体源监测、定浓度校准流体制备、昂贵流体稀释、模拟试验研究用流体 环境建设等方面有着及其广泛的应用。
[0010] 该稀释方法采用文丘里射流器作为核心元件,稀释流体源从文丘里射流器动力入 口射入,不仅作为被稀释流体源的稀释流体,同时为吸入口吸入被稀释流体源提供动力,被 稀释流体源和文丘里射流器动力入口射入的稀释流体源均匀高效混合后由文丘里射流器 动力出口射出,通过调节动力入口稀释流体源和吸入口吸入的被稀释流体源之间的流量比 例可以形成任意稀释比例的混合稀释流体。
[0011] 特别地,该方法可以应用于高浓度气溶胶的稀释,干净气源从文丘里射流器动力 入口射入,不仅作为高浓度气溶胶的稀释气,同时为吸入口采样高浓度气溶胶提供动力,采 样高浓度气溶胶和文丘里射流器动力入口射入的洁净气均匀高效混合后由文丘里射流器 动力出口射出,通过调节文丘里射流器动力入口洁净气源的动力流量和吸入口采样流量之 间的比例可以形成任意比例的低浓度的气溶胶气体。
[0012] 本发明涉及的高浓度气溶胶稀释方法,为高浓度气溶胶监测提供一种简单实用的 前处理方法,该前处理方法能将气溶胶浓度稀释到气溶胶监测仪器操作最敏感、精度最高 的范围内,为高浓度气溶胶监测提供了切实可行的方法。这种方法不仅适用于一般高浓度 气溶胶,而且适用于腐蚀性高浓度气溶胶。
[0013] 建立在该方法基础上,本发明还提供了一种可以任意调节稀释比的稀释装置,该 稀释装置采用一个动力栗实现了两路流体的高效混合,结构简单,节能环保。高浓度气溶胶 稀释装置是该种稀释装置的一个重要应用,它最重要的用途之一就是作为气溶胶监测器的 一种前处理装置,将高浓度气溶胶和干净气均匀高效混合,稀释成适合气溶胶监测仪器监 测的浓度,以利于气溶胶监测仪器采样监测,
[0014] 本发明提供的稀释方法包括如下步骤:
[0015] (1)动力栗从稀释流体源中抽取动力流体,动力流量调节阀调节抽取的动力流体 流量;
[0016] (2)高效过滤器过滤动力流体中杂质形成洁净流体;
[0017] (3)洁净流体从文丘里射流器动力入口射入;
[0018] ⑷洁净流体流经文丘里射流器吸入口附近,其吸入口形成负压;
[0019] (5)被稀释流体在文丘里射流器吸入口被吸入,吸入流量调节阀调节从被稀释流 体源吸入的被稀释流体流量;
[0020] (6)被稀释流体和洁净流体在文丘里射流器中高效混合,稀释成混合稀释流体由 其动力出口射出;
[0021] (7)混合稀释流体由文丘里射流器动力出口进入缓冲器释压,由缓冲器采样口采 样。
[0022] 特别地,本发明还提供了 一种气溶胶稀释方法,该方法包括如下步骤:
[0023] (1)动力栗抽取大气,动力流量调节阀调节吸入的动力流量;
[0024] (2)高效过滤器过滤大气中杂质和水分形成洁净气源;
[0025] (3)洁净气源从文丘里射流器动力入口射入;
[0026] ⑷洁净气源流经文丘里射流器吸入口附近,吸入口形成负压;
[0027] (5)高浓度气溶胶在吸入口被吸入,吸入流量调节阀调节吸入的高浓度气溶胶流 量;
[0028] ⑹高浓度气溶胶和洁净气源在文丘里射流器中高效混合;
[0029] ⑺低浓度气溶胶由动力出口进入缓冲器释压,监测仪器由缓冲器采样口采样。
[0030] 本发明还提供了一种建立在上述稀释方法基础上的稀释装置,该稀释装置包括:
[0031] 一个文丘里射流器,其包含三个端口:动力入口、动力出口、吸入口;
[0032] 一个动力栗,从稀释流体源中抽取动力流体,为文丘里射流器提供动力流;
[0033] —个高效过滤器,过滤来自动力栗的稀释流体,去除稀释流体中杂质形成洁净流 体;
[0034] —个动力流量调节阀,用来调节洁净动力流体的流量;
[0035] —个吸入流量调节阀,用来调节从被稀释流体源吸入的被稀释流体流量;
[0036] 一个缓冲器,用来释放动力流路中的压力;
[0037] 一个动力流路,动力流路始于稀释流体源,经过动力栗、高效过滤器、动力流量调 节阀、文丘里射流器,终止于文丘里射流器的动力出口;
[0038] —个吸入流路,吸入流路始于被稀释流体源,经过吸入流量调节阀,终止于文丘里 射流器的吸入口。
[0039] 其中所述吸入口增加被稀释流体源的个数为多个,所述装置能够实现多源混合稀 释,成为多源混合稀释装置。
[0040] 其中所述装置中的动力流路和吸入流路上的元件及管路采用防腐蚀材料以适用 于各种类型的流体应用。
附图说明
[0041] 图1为本发明核心元件文丘里射流器结构原理图;
[0042] 图2为本发明气溶胶稀释装置的优选实施例原理图;
[0043] 图3为本发明气溶胶稀释装置的另一优选实施例原理图。
[0044] 附图标记说明:1-文丘里射流器;2-动力流量调节阀;3-高效过滤器;4-动力栗;5、 51、52-吸入流量调节阀;6-缓冲器;61-采样管;62-采样适配器;7-三通;11-文丘里射流器 动力入口; 12-文丘里射流器吸入口; 13-文丘里射流器动力出口; 14-文丘里射流器颈部; al_动力气流;a2_洁净动力气流;b、bl、b2_高浓度气溶胶;ab-稀释气流;Π-动力流路;f2_ 吸入流路。
具体实施方式
[0045] 以下结合实施例,对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
[0046] 如图1所示,图1为本发明中核心元件文丘里射流器结构原理图,包含三个端口:动 力入口 11、动力出口 13和吸入口 12,可以由伯努利方程和连续方程推导得到压力、流量以及 文丘里射流器结构参数之间的关系式(1):
[0047]
Figure CN105642144BD00061
[0048] 其中:
[0049] P3为文丘里射流器吸入口压力;
[0050] Q1为吸入流量;
[0051] Q2为动力流量;
[0052] C1为前倾角阻力系数;
[0053] C为后倾角阻力系数;
[0054] Cl1为文丘里射流器喉部直径;
[0055] d2为文丘里射流器主管直径;
[0056] 1«为文丘里射流器总阻力参数;
[0057] γ为流体密度;
[0058] Δ ρ为前后压力差。
[0059] 由上式可知,文丘里射流器1吸入口 12处压力P3与动力出入口之间的压力差Δ ρ成 正比;文丘里射流器1吸入口 12处压力P3与动力流量和吸入流量之差的平方成正比。这样只 要文丘里射流器1的动力入口 11提供一定压力的流体动力,吸入口 12处不需要提供动力就 能自动吸入采样流体。同样,只要通过监测动力入口 11和吸入口 12之间的压力差就可以计 算得到当前稀释比。
[0060] 图2为本发明提供的稀释装置作为气溶胶稀释装置使用的一个优选实施例原理 图,在该气溶胶稀释装置中,文丘里射流器1作为此稀释装置的核心元件,干净气源从文丘 里射流器动力入口 11射入,不仅作为吸入口 12吸入的高浓度气溶胶的稀释气,同时为吸入 口 12采样高浓度气溶胶提供动力,从吸入口 12采样的高浓度气溶胶b和动力入口 11射入的 洁净气a2在文丘里射流器颈部14均匀高效混合后形成稀释气流ab由动力出口 13射出。在文 丘里射流器1的动力入口 11前端设置了动力流量调节阀2,用来调节洁净动力气流a2的流 量。洁净动力气流是通过高效过滤器3过滤来自动力栗4的大气al,去除大气al中杂质和水 分形成的。动力栗的动力设计根据吸入口 12需要的吸入负压通过关系式(1)计算。从动力栗 4抽取动力气流al,到高效过滤器3过滤大气al形成洁净动力气流a2,再到洁净动力气流a2 在文丘里射流器1颈部14均匀高效混合后形成稀释气流ab,形成了一个完整的动力流路Π。 动力流路Π始于动力栗4入口,经过动力栗4,高效过滤器3,动力流量调节阀2,文丘里射流 器1,终止于文丘里射流器1的动力出口 13进入缓冲器6释放动力流路Π中的压力,缓冲器6 内通过采样适配器62接入的采样管61正对动力出口 13中央,确保后置采样监测设备对稀释 气流ab正确采样,同时动力流路中的压力在缓冲器6中充分释放避免了过高的压力影响后 置采样监测设备正常采样。根据上述关系式(1),动力流路Π中流体在文丘里射流器1颈部 高速流动使吸入口 12处形成负压动力,待采样的高浓度气溶胶b在吸入口 12处被自动吸入。 吸入流量调节阀5用来调节吸入高浓度气溶胶b的流量。从高浓度气溶胶源b,经过吸入流量 调节阀5,进入吸入口 12形成吸入流路f2。分别通过调节设置在吸入流路f2上的吸入流量调 节阀5控制吸入流路f2的流量以及通过调节设置在动力流路Π上的动力流量调节阀2控制 动力流路Π的流量可以方便地调节气溶胶稀释比。
[0061] 图3为本发明气溶胶稀释装置的另一优选实施例原理图,该装置用来产生一定浓 度的混合气溶胶。和图2中实施例相比,高浓度气溶胶源由一个增加到多个(这里以两个作 为示例),分别为高浓度气溶胶源bl和b2,吸入流量调节阀51和吸入流量调节阀52分别调节 从源bl和b2吸入的气溶胶流量,两路气溶胶流在三通7中合路后自文丘里射流器1的吸入口 12被吸入。
[0062] 该稀释方法不限于气溶胶的稀释,稀释和被稀释介质可以同是液体,也可以同是 气体,甚至可以是不同的流体状态。如装置中动力栗4采用液栗,吸入口吸入需要的稀释的 液体,则该装置适用于液体的稀释。
[0063] 同样该稀释方法不仅适用于一般流体介质之间的稀释,也适用于腐蚀性流体介质 之间的稀释。如装置中核心元件文丘里射流器1以及吸入流路f2上吸入流量调节阀2、管路 接头采用防腐蚀材料(如氟塑料、氟塑树脂等),该装置适用于腐蚀性气溶胶的稀释。
[0064] 在本发明技术方案的基础上,凡根据本发明原理对个别部分进行的改变和等同变 换都应包含在本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1. 一种通用稀释方法,其特征在于包括以下步骤: (1)动力栗从稀释流体源中抽取动力流体,动力流量调节阀调节抽取的所述动力流体 流量; ⑵高效过滤器过滤所述动力流体中杂质形成洁净流体; ⑶所述洁净流体从文丘里射流器动力入口射入; ⑷所述洁净流体流经文丘里射流器吸入口处,吸入口形成负压; (5) 被稀释流体从所述文丘里射流器吸入口被吸入,吸入流量调节阀调节从被稀释流 体源吸入的所述被稀释流体流量; (6) 所述被稀释流体和所述洁净流体在所述文丘里射流器中高效混合,稀释成混合稀 释流体由文丘里射流器动力出口射出; (7) 所述混合稀释流体由所述文丘里射流器动力出口进入缓冲器释压,由缓冲器采样 口采样。
2. —种通用稀释方法,用于气溶胶的稀释,其特征在于包括以下步骤: (1)动力栗抽取大气,动力流量调节阀调节吸入的动力流量; ⑵高效过滤器过滤大气中杂质和水分形成洁净气源; ⑶所述洁净气源从文丘里射流器动力入口射入; ⑷所述洁净气源流经文丘里射流器吸入口处,吸入口形成负压; ⑸高浓度气溶胶在吸入口被吸入,吸入流量调节阀调节吸入的高浓度气溶胶流量; (6) 所述高浓度气溶胶和所述洁净气源在所述文丘里射流器中高效混合;稀释成低浓 度气溶胶; (7) 所述低浓度气溶胶由文丘里射流器动力出口进入缓冲器释压,监测仪器由缓冲器 米样口米样。
3. 根据权利要求2所述的通用稀释方法,其中所述文丘里射流器作为核心元件,所述洁 净气源从所述文丘里射流器动力入口射入,不仅作为高浓度气溶胶的稀释气,同时为吸入 口采样高浓度气溶胶提供动力。
4. 根据权利要求2所述的通用稀释方法,其中所述稀释方法采用高浓度气溶胶和文丘 里射流器动力入口射入的洁净气均匀高效混合后由所述文丘里射流器动力出口射出,通过 调节文丘里射流器动力入口干净气源的动力流量和吸入口采样流量之间的比例调节稀释 比。
5. 根据权利要求2所述的通用稀释方法,其中所述文丘里射流器动力入口射入的洁净 气是通过所述高效过滤器过滤所述动力栗抽取大气中的杂质和水分制备而成。
6. 根据权利要求1或2所述的通用稀释方法,其中所述稀释方法的稀释比是通过分别调 节设置在动力流路上的所述动力流量调节阀调节动力流量以及设置在吸入流路上的所述 吸入流量调节阀调节吸入流量来实现;或通过调节所述动力栗的工作负荷来实现。
7. 根据权利要求1或2所述的通用稀释方法,其中所述稀释方法不限于气溶胶的稀释, 稀释和被稀释介质能够同是液体或同是气体或是不同的流体状态。
8. —种通用稀释装置,其特征在于其包括: 一个文丘里射流器,其包含三个端口:动力入口、动力出口、吸入口; 一个动力栗,从稀释流体源中抽取动力流体,为文丘里射流器提供动力流; 一个高效过滤器,过滤来自动力栗的稀释流体,去除稀释流体中杂质形成洁净流体; 一个动力流量调节阀,用来调节洁净动力流体的流量; 一个吸入流量调节阀,用来调节从被稀释流体源吸入的被稀释流体流量; 一个缓冲器,用来释放动力流路中的压力; 一个动力流路,动力流路始于稀释流体源,经过动力栗、高效过滤器、动力流量调节阀、 文丘里射流器,终止于文丘里射流器的动力出口; 一个吸入流路,吸入流路始于被稀释流体源,经过吸入流量调节阀,终止于文丘里射流 器的吸入口。
9. 根据权利要求8所述的通用稀释装置,其中所述吸入口增加被稀释流体源的个数为 多个,所述装置能够实现多源混合稀释,成为多源混合稀释装置。
10. 根据权利要求8所述的通用稀释装置,其中所述装置中的动力流路和吸入流路上的 元件及管路采用防腐蚀材料以适用于各种类型的流体应用。
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