CN107250785A - 制冷剂分析仪及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

一种制冷剂分析仪包括泵、过滤装置、温度/湿度调节器、电化学传感器以及控制装置，其中所述制冷剂分析仪被配置来使经调节的空气在初始化持续时间内循环通过感测室以获得初始输出值、确定所述初始输出值是否稳定在预定初始限值以下、使制冷剂在感测持续时间内循环通过所述感测室、操作所述控制装置以测量感测输出值、以及操作所述控制装置以基于所述感测输出值来确定所述制冷剂内的至少一种污染物的测量浓度。

Description

制冷剂分析仪及其使用方法
相关申请的交叉引用
本申请涉及并要求2015年2月2日提交的美国临时专利申请序列号62/110,887的优先权益，所述临时专利申请的内容据此整体并入本公开。
技术领域
目前公开的实施方案总体涉及用于识别和分析制冷剂气体中的气态杂质的装置，并且更具体地涉及制冷剂分析仪及其使用方法。
背景技术
已在制冷系统中发现诸如氯甲烷(R40)的假冒制冷剂。R40有毒、易燃并且与铝反应。R40与铝的反应产物已被识别为三甲基铝，其可在空气存在的情况下自燃。因此，需要有助于检测假冒制冷剂(即R40)的装置。
发明概述
在一个方面，提供制冷剂分析仪。所述制冷剂分析仪包括泵，所述泵可操作地联接到过滤装置。过滤装置可操作地联接到温度/湿度调节器，并且温度/湿度调节器可操作地联接到电化学传感器。
电化学传感器包括膜电极组件(MEA)，所述膜电极组件(MEA)由设置在感测电极与对电极之间的固体聚合物电解质(SPE)组成。集电器/气体扩散介质附接到电极并且连接到电路，所述电路包括测量和/或控制装置。外壳包括供制冷剂流动通过的开口。在一个实施方案中，电化学传感器还包括气密室，所述气密室还包含诸如水性盐或酸性溶液的液体材料，所述液体材料可通过透气膜而隔离以免与对电极接触。液体材料被配置来调节气密室内的湿度值。在一个实施方案中，湿度值小于或等于约60％的相对湿度。
在一个方面，提供用于检测制冷剂内的杂质的方法。所述方法包括使经调节的空气在初始化时间段内循环通过感测室以获得初始输出值的步骤。在一个实施方案中，初始化时间段大于或等于约5分钟。所述方法还包括确定初始输出值是否稳定在预定初始限值以下的步骤。在一个实施方案中，预定初始限值小于或等于约4μA/cm2。
在一个实施方案中，所述方法还包括使第一介质在基线持续时间内循环通过感测室以获得基线值的步骤。在一个实施方案中，第一介质包括干气。在一个实施方案中，基线持续时间小于或等于约3分钟。
在替代实施方案中，所述方法还包括确定基线值是否小于或等于初始输出值的步骤。在一个实施方案中，如果确定基线值大于初始输出值，那么方法继续进行以确定基线值是否正在增加。如果基线值正在增加，那么方法结束，直到机电传感器恢复到工作状态。
如果基线值小于初始输出值或者基线值大于初始输出值但稳定，那么方法前进到使制冷剂在感测持续时间内循环通过感测室的步骤。在一个实施方案中，感测持续时间小于或等于约3分钟。
所述方法还包括操作控制装置以测量感测输出值的步骤。在一个实施方案中，感测输出值包括电流密度值。
所述方法还包括操作控制装置以基于感测输出值来确定制冷剂内的至少一种污染物的测量浓度的步骤。在一个实施方案中，测量浓度包括感测输出值与初始输出值之间的变换差值。在另一个实施方案中，测量浓度包括感测输出值与基线值之间的变换差值。
在一个实施方案中，所述方法包括操作控制装置以产生指示存在至少一种污染物的信号的步骤。在一个实施方案中，至少一种污染物包括氯甲烷。在一个实施方案中，氯甲烷的存在包括大于或等于所测试的制冷剂的约0.5％的测量浓度。在一个实施方案中，信号选自由音频和视觉信号组成的组。
附图简述
通过结合附图参考以下对本公开的各种示例性实施方案的描述，本文所含的实施方案以及其他特征、优点和公开内容以及获得它们的方式将变得显而易见，并且本公开将得到更好的理解，其中：
图1示出根据本公开的实施方案的用于检测制冷剂内的杂质的系统的示意图；
图2A-2B示出根据本公开的实施方案的制冷剂分析仪的示意图；
图3A-3B示出根据本公开的实施方案的电化学传感器的示意图；并且
图4示出根据本公开的实施方案的用于检测制冷剂内的杂质的方法的示意性流程图。
发明详述
为了达到促进对本公开原理的理解的目的，现将参考附图中所示出的实施方案，并且将使用特定语言来描述所述实施方案。然而，应理解，不意图由此对本公开的范围进行限制。
图1示出用于检测制冷剂内的杂质(即氯甲烷)的系统的实施方案，所述系统总体上以10指示。系统10包括制冷剂分析仪12，所述制冷剂分析仪12可操作地联接到制冷剂容器14以分析储存在其中的制冷剂。在一个实施方案中，制冷剂分析仪12进一步联接到第一介质容器16。在一个实施方案中，第一介质包括干气，举几个非限制性实例例如空气、氮气或1，1，1，2-四氟乙烷(即，R-134a)。
图2A和2B示出制冷剂分析仪12的实施方案。制冷剂分析仪12包括泵18(例如，空气泵)，所述泵18可操作地联接到过滤装置20。过滤装置20可操作地联接到温度/湿度调节器22，并且温度/湿度调节器22通过阀26可操作地联接到电化学传感器24。在一个实施方案中，如图2B所示，温度/湿度调节器22进一步联接到阀30。泵18被配置来使环境空气循环通过过滤装置20并进入温度/湿度调节器22中。过滤装置20被配置来从通过泵18接收的空气中移除颗粒和气态物质。温度/湿度调节器22被配置来调节经过滤空气的湿度值，所述经过滤空气通过阀26供应给电化学传感器24。
图3A-3B示出包含在制冷剂分析仪12内的电化学传感器24的实施方案。在示出的实施方案中，电化学传感器24包括膜电极组件(MEA)，所述膜电极组件(MEA)由设置在感测电极34与对电极36之间的固体聚合物电解质(SPE)(即，离子导电聚合物或离子导电聚合物渗透的多孔基质)32组成。集电器/气体扩散介质38和40附接到电极并且连接到电路42，所述电路42包括测量和/或控制装置44。在一些实施方案中，任选的参考电极(未示出)可与SPE 32接触并且电连接到测量和/或控制装置44，以便监测感测电极34和/或对电极36的电位。外壳46包括供制冷剂流动通过的开口48和50。MEA的边缘抵靠密封件52密封，所述密封件52由密封材料(仅举一个非限制性实例，诸如橡胶)形成。密封件52确保试验气体和参考气体维持在MEA的相对侧上，尽管可使用本领域已知的其他技术(例如，将电化学传感器24设置在框架(未示出)中，所述框架被密封到外壳的边缘)。集电器38、40可由多孔导电网或毡形成，并且被描绘成具有厚度，使得它们也可用作气体扩散介质，所述气体扩散介质使得测试的制冷剂和参考气体(即，空气)能够到达电极34、36的表面。分别与感测电极34和对电极36相关联的集电器/气体扩散介质38和40可由(仅举几个非限制性实例)诸如石墨化碳、钛或不锈钢的抗氧化材料形成。测量和/或控制装置44可以是电压表或安培表，但在一些实施方案中可包括恒电位电路、微处理器、电子控制单元(ECU)或者具有集成的电压和/或安培数测量功能并且还可在电化学传感器24的操作期间在感测电极34与对电极36之间施加偏压的类似电子装置。在一个实施方案中，电化学传感器24还包括气密室54，所述气密室54还包含诸如水性盐或酸性溶液56的液体材料，所述液体材料可通过透气膜58而隔离以免与对电极36接触。液体材料被配置来调节气密室56内的湿度值。在一个实施方案中，湿度值小于或等于约60％的相对湿度。如图3B所示，电化学传感器24还可包括端板60，所述端板60具有在感测电极34上提供流场的流动通道62和肋62’。流动通道62的肋62’压靠组件，以维持电接触和围绕组件边缘的密封。虽然示出的电化学传感器24未描绘具有与对电极36相关联的开口以允许空气接触对电极36的通道的细节，但是应理解，电化学传感器24可以这种方式来进行配置。
图4示出总体上以100指示的方法的示意性流程图，所述方法用于通过利用系统10来检测制冷剂内的杂质，即氯甲烷。方法100包括使经调节的空气在初始化时间段内循环通过感测室以获得初始输出值的步骤102。在一个实施方案中，初始化时间段大于或等于约5分钟。应理解，在其他实施方案中，初始化时间段可小于约5分钟。还应理解，初始化时间段可根据环境温度和湿度条件而变化。例如，参考图2A和3A，环境空气被从泵18引导通过过滤装置20并进入温度/湿度调节器22中。经调节的空气通过阀26流入并流过开口48、50，其中经调节的空气与和感测电极34相关联的集电器/气体扩散介质38产生接触。
方法100还包括确定初始输出值是否稳定在预定初始限值以下的步骤104。在一个实施方案中，预定初始限值小于或等于约4μA/cm2。例如，继续参考图2A和3A，当经调节的空气流过感测电极34时，控制装置44检测感测电极与对电极36之间的电流。如果初始输出值无法保持在预定范围内，那么就指示电化学传感器24可能存在故障并且/或者空气可能含有活性污染物。因此，方法100结束，直到机电传感器24恢复到工作状态。应理解，可生成指定机电传感器24的故障的信号。稳定且低的初始输出值指示电化学传感器24在不受环境空气污染物干扰的情况下正确地进行操作。
在一个实施方案中，所述方法还包括使第一介质在基线持续时间内循环通过感测室以获得基线值的步骤106。在一个实施方案中，第一介质包括干气。例如，举几个非限制性实例，干气可包括干空气、氮气或1，1，1，2-四氟乙烷(R-134a)。在一个实施方案中，基线持续时间小于或等于约3分钟。应理解，在其他实施方案中，基线持续时间可大于约3分钟。在一个实施方案中，基线值包括电流密度值。例如，继续参考图2A和3A，来自第一介质容器16的R-134a可循环通过阀26并通过开口48、50，其中R-134a与和感测电极34相关联的集电器/气体扩散介质38产生接触，使得可获得基线值。
在一个实施方案中，方法100还包括确定基线值是否小于或等于来自步骤102的初始输出值的步骤108。例如，根据已选择的第一介质，控制装置44通过流过感测电极34和经调节的对电极36的第一介质的电化学反应来测量电流密度，以确定所选择的第一介质是否在所述类型介质的已知电流密度规格内。
在一个实施方案中，如果确定基线值大于初始输出值，那么方法前进到步骤110以确定基线值是否正在增加。如果基线值正在增加，那么方法100结束，直到机电传感器24恢复到工作状态。应理解，可生成指定机电传感器24的故障的信号。如果基线值小于初始输出值或者基线值大于初始输出值但稳定，那么方法前进到步骤114。
方法100还包括使制冷剂在感测持续时间内循环通过感测室的步骤114。在一个实施方案中，感测持续时间小于或等于约3分钟。应理解，在其他实施方案中，感测持续时间可大于约3分钟。例如，继续参考图2A和3A，在确定基线值在基线限值内之后，阀26操作来允许来自制冷剂容器14的制冷剂流动通过开口48、50。
方法100还包括操作控制装置44以测量感测输出值的步骤116。在一个实施方案中，感测输出值包括电流密度值。例如，继续参考图2A和3A，当制冷剂流动通过感测室时，控制装置44测量感测电极34处的相对于对电极36的电压或电流
方法100还包括操作控制装置44以基于感测输出值来确定制冷剂内的至少一种污染物的测量浓度的步骤118。在一个实施方案中，测量浓度包括感测输出值与初始输出值之间的变换差值。在另一个实施方案中，测量浓度包括感测输出值与基线值之间的变换差值。例如，在控制装置44测量来自步骤116的感测输出值之后，控制装置24从来自步骤102的初始输出值或者从在步骤106中获得的基线值中减去感测输出值，以确定所测试的制冷剂中的污染物的浓度。
在一个实施方案中，所述方法包括操作控制装置44以产生指示存在至少一种污染物的信号的步骤120。在一个实施方案中，至少一种污染物包括氯甲烷。应理解，控制装置44可操作来还产生指示不存在至少一种污染物的信号。在一个实施方案中，氯甲烷的存在包括大于或等于所测试的制冷剂的约0.5％的测量浓度。在一个实施方案中，信号选自由音频和视觉信号组成的组。例如，如果控制装置44计算出小于约0.5％的氯甲烷测量浓度，那么控制装置44可发送指示制冷剂中不存在氯甲烷的音频或视觉信号。如果控制装置44计算出大于约0.5％的氯甲烷测量浓度，那么控制装置可产生(举几个非限制性实例)音频信号(例如，蜂鸣器)或视觉信号(例如，点亮LED或显示数值测量浓度)中的一者或两者。
因此，应理解，本实施方案包括制冷剂分析仪12，所述制冷剂分析仪12包括电化学传感器24，所述电化学传感器24能够检测至少一种污染物(例如，氯甲烷)的浓度以在令人满意的检测限值内，并且所述电化学传感器24对其他氢氯氟烃和氢氟烃不具有交叉灵敏度。
虽然已在附图和前述描述中详细地示出并描述了本发明，但附图和前述描述在性质上应被认为是示例性的而非限制性的，应理解，仅示出并描述了某些实施方案，并且期望保护在本发明的精神范围内的所有改变和修改。

Claims (24)

1.一种利用制冷剂分析仪来检测制冷剂中的杂质的方法，其中所述制冷剂分析仪包括可操作地联接到控制装置的电化学传感器，所述电化学传感器包括设置在大气调节室内的对电极以及设置在感测室内的感测电极，所述方法包括以下步骤：
(a)使经调节的空气在初始化持续时间内循环通过所述感测室以获得初始输出值；
(b)确定所述初始输出值是否稳定在预定初始限值以下；
(c)使制冷剂在感测持续时间内循环通过所述感测室；
(d)操作所述控制装置以测量感测输出值；以及
(e)操作所述控制装置以基于所述感测输出值来确定所述制冷剂内的至少一种污染物的测量浓度。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述预定初始限值小于或等于约4微安/平方厘米。
3.如权利要求1所述的方法，其还包括在步骤(b)之后且在步骤(c)之前，使第一介质在基线持续时间内循环通过所述感测室以获得基线值。
4.如权利要求3所述的方法，其还包括：
确定所述基线值是否小于或等于所述初始输出值；以及
如果所述基线值大于所述初始输出值，就确定所述基线值是否正在增加。
5.如权利要求1所述的方法，其中步骤(e)还包括操作所述控制装置以产生指示所述制冷剂内存在污染物的信号。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述初始化持续时间大于或等于约5分钟。
7.如权利要求5所述的方法，其中所述污染物包括氯甲烷。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述氯甲烷的存在包括大于或等于所述测试的制冷剂的约0.5％的测量浓度。
9.如权利要求5所述的方法，其中所述信号选自由音频和视觉信号组成的组。
10.如权利要求3所述的方法，其中所述基线持续时间小于或等于约3分钟。
11.如权利要求3所述的方法，其中所述第一介质包括干气。
12.如权利要求1所述的方法，其中所述感测持续时间小于或等于约3分钟。
13.如权利要求3所述的方法，其中所述测量浓度包括所述感测输出值与所述基线值之间的差值。
14.如权利要求1所述的方法，其中所述测量浓度包括所述感测输出值与所述初始输出值之间的差值。
15.一种用于检测制冷剂中的杂质的制冷剂分析仪，其包括：
泵，其中所述泵被配置来使经调节的空气循环；
过滤装置，其可操作地联接到所述泵；
电化学传感器，其中所述电化学传感器被配置来允许制冷剂从中流动通过以建立感测输出值；
控制装置，其可操作地联接到所述电化学传感器，其中所述控制装置被配置来测量经调节的空气的初始输出值、第一介质的基线值，测量所述制冷剂的所述感测输出值，并且基于所述感测输出值来确定所述制冷剂内的至少一种污染物的测量浓度；以及
温度/湿度调节器，其可操作地联接到所述电化学传感器和所述过滤装置，其中所述温度/湿度调节器被配置来调节湿度值。
16.如权利要求15所述的制冷剂分析仪，其中所述电化学传感器被进一步配置来允许第一介质从中流动通过以建立基线值。
17.如权利要求15所述的制冷剂分析仪，其中所述测量浓度包括所述感测值与所述初始输出值之间的差值。
18.如权利要求16所述的制冷剂分析仪，其中所述测量浓度包括所述感测输出值与所述基线值之间的差值。
19.如权利要求16所述的制冷剂分析仪，其中所述控制装置被进一步配置来确定所述基线值是否小于或等于所述初始输出值。
20.如权利要求15所述的制冷剂分析仪，其中所述控制装置被进一步配置来产生指示制冷剂内存在所述至少一种污染物的信号。
21.如权利要求20所述的制冷剂分析仪，其中所述至少一种污染物包括氯甲烷。
22.如权利要求21所述的制冷剂分析仪，其中所述氯甲烷的存在包括大于或等于所述测试的制冷剂的约0.5％的测量浓度
23.如权利要求15所述的制冷剂分析仪，其中所述湿度值小于或等于约60％的相对湿度。
24.如权利要求15所述的制冷剂分析仪，其中所述第一介质包括干气。
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