CN107511192B - 一种气液压力平衡调节器及包括该调节器的排水集气装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气液压力平衡调节器及包括该调节器的排水集气装置，属于排水法测量气体设备领域，包括压力平衡调节器本体，用于与集气量筒底端密封配合进行排水集气，压力平衡调节器本体内设置有用于向集气量筒内进气的进气通道，进气通道包含一段毛细管段，进气通道内外接单向阀；压力平衡调节器本体内还设置有储水腔及用于将集气量筒排出的水排入储水腔的排水通道；储水腔的一侧还设置有出水嘴。本发明应用“无管化”设计理念，即不采用导管连接实现排水法收集计量气体；在保证高精度的同时提高了设备的便携性和操作性；而且通过储水腔的水冷却高温气体，排除水蒸气对实验精度干扰并避免管路内气压不稳或气体流速过大带来的倒吸或虹吸现象。

Description

一种气液压力平衡调节器及包括该调节器的排水集气装置

技术领域

本发明涉及排水法测量气体设备领域，特别是涉及一种端面密封型带气体冷却功能的气液压力平衡调节器及包括该调节器的排水集气装置。

背景技术

排水法作为目前主流的气体收集计量方法具有成本低廉、效果直观、易于学习等特点，目前所采用的排水法收集计量设备主要包括水槽、集气瓶、导管、密封胶塞等在内的多种部件，所需部件较为繁杂。同时收集气体在水下进行，需要人工进行反复操作，劳动重复性高。使用常规设备进行的排水集气计量时存在诸多缺点，例如：(1)导管中残存的空气会污染所收集的气体，对后期的气体组分判定造成影响；(2)当所收集的气体中混合有水蒸气时，水蒸气进入集气瓶导致气体体积计量错误；(3)当所收集的气体中混合有水蒸气时，部分水蒸气会因温度降低而冷凝堵塞导管，导致操作中断；(4)当收集的气体与环境温度存在差异时，会导致管路内气压不稳出现倒吸现象，影响实验进行；(5)流体流速不稳定时，会导致虹吸现象，导致收集的气体中混入空气(6)无法对气体收集速率进行调控；(7)密封效果差，密封部件易老化，使用后出现密封不严问题(8)需要水槽等设备配合操作，便携性差，野外使用不便；(9)人工重复性劳动多，浪费人力。

发明内容

本发明的目的是提供一种操作简单、无需导管连接从而避免因导管连接带来空气污染、水蒸汽冷凝堵塞的问题的一种带气体冷却功能的气液压力平衡调节器。

本发明的另一个目的是提供一个包括该气液压力平衡调节器的排水集气装置。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种带气体冷却功能的气液压力平衡调节器，包括压力平衡调节器本体，用于与集气量筒底端密封配合进行排水集气，所述压力平衡调节器本体内设置有用于向集气量筒内从下往上进气的进气通道，所述进气通道包含一段毛细管段，所述进气通道内外接用于控制气体从气源到所述进气通道内单向流动的单向阀；所述压力平衡调节器本体内还设置有储水腔及用于将所述集气量筒排出的水排入所述储水腔的排水通道，所述储水腔的一侧还设置有与所述储水腔连通的出水嘴。所述出水嘴优选设置在所述储水腔的一侧高位。

本发明通过控制毛细管段的直径，控制进气口处的气-液两相压力平衡，即在不同气压条件下，量筒内水的重力与毛细管力、大气压力之和平衡，从而使水不从进气口中流出，毛细管力是指进入单向阀内的极少量空气与进入毛细管段内的水的两相界面处产生的毛细管力，当气源的气体从单向阀进入毛细管段时，平衡就会破坏。

进一步地，所述压力平衡调节器本体内的储水腔环所述进气通道设置。

进一步地，所述压力平衡调节器本体的一侧设置有用于控制水流量的流量调节拨轮和与所述流量调节拨轮相配合使用的空腔；

所述排水通道包括与所述集气量筒的排水口连通的出水口和与所述储水腔连通的第一进水口，所述出水口和所述第一进水口通过所述空腔连通形成所述排水通道，所述出水口和所述第一进水口为错位设计，所述流量调节拨轮通过无极调节所述出水口的水流量。

进一步地，所述流量调节拨轮包括用于与所述空腔配合使用的拨轮轴和与所述拨轮轴相连的把手，所述拨轮轴上设置有用于实现对水流量无极调节的螺旋状排水槽，所述出水口的水经过所述螺旋状排水槽流入所述第一进水口。

优选地，所述把手上设置有防滑刻槽。

进一步地，所述出水口的管道部分向所述空腔内延伸一部分与所述螺旋状排水槽连通，通过旋转所述流量调节拨轮控制所述出水口的水流是否进入所述螺旋状排水槽；所述拨轮轴与所述空腔之间采用端面密封结构，所述拨轮轴面上螺旋状排水槽的两端各设有一个密封罗圈。

进一步地，所述拨轮轴与所述空腔之间采用零工差工艺加工。

进一步地，所述储水腔设置有至少一个用于加水的第二进水口，所述第二进水口用于加冷却水，所述出水嘴设置在所述储水腔的一侧高位，用于排出储水腔内加满的水以及量筒内排出的水。

进一步地，所述压力平衡调节器本体上还设置有用于封闭所述压力平衡调节器本体的底盖和用于固定底盖的底盖压圈，所述底盖压圈和底盖的中部与所述进气通道连通。

另一方面，提供一种包括所述的气液压力平衡调节器的排水集气装置，还包括与所述压力平衡调节器本体的上端密封连接的集气量筒。

进一步地，所述集气量筒通过法兰和密封圈与压力平衡调节器本体的上端密封连接。

进一步地，所述集体量筒与所述压力平衡调节器本体通过沿径向设置的楔紧螺钉连接。优选为三个分布均匀的楔紧螺钉。

由于采用上述技术方案，本发明至少具有以下优点：

(1)本发明应用“无管化”设计理念，即不采用导管连接实现排水法收集计量气体；通过实现进气通道处气-液两相间压力平衡，在保证高精度计量的同时也提高了设备的便携性和操作性；整个设备体积小，重量轻，在收集气体过程中无需人工操作。

(2)本发明内部创造性地采用内置储水腔体设计，可在收集计量气体过程中对气体进行降温处理，保证实验过程的稳定性、气样不受污染以及实验数据准确性；同时内置储水腔体的设计也解决了外接冷却系统占地大、运输麻烦需要人为操作等缺点。

(3)本发明采用了外部进水口、排水口同时与储水腔体贯通设计，当气体温度低，无需循环水冷却时，量筒内的水通过拨轮轴上螺旋状排水槽进入储水腔体后，对气体进行冷却。当气体温度高，需要循环冷却时，可通过进水口向储水腔体通入循环水与量筒内排出的水同时对气体进行冷却，实现了冷却效果和效率的最优配置。

(4)本发明中实现了气体收集速率的无极调控，通过流量调节拨轮上螺旋状排水槽宽窄控制排出水的流量，进而控制气体的收集速率，拨轮外部有防滑刻槽，方便操作。

(5)发明中采用的集气量筒是由特殊尺寸量筒、法兰和密封垫圈组合而成，与压力平衡调节器组合使用，方便组装，密封性能好，量筒采用高硼玻璃制作，抗腐蚀，耐高温，能够耐受一定程度的冲击，同时表面有刻度可直接观察气体收集情况。

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1本发明的中气液压力平衡调节器的内部结构示意图；

图2本发明的包括气液压力平衡调节器的排水集气装置的结构分解示意图；

图3本发明的包括气液压力平衡调节器的排水集气装置的结构示意图；

图4本发明的中气液压力平衡调节器的外观的正面结构示意图；

图5本发明的中气液压力平衡调节器的外观的立体结构示意图。

具体实施方式

本发明提供一种气液压力平衡调节器的一个实施例，如图1至图5所示，包括压力平衡调节器本体1，用于与集气量筒8底端密封配合进行排水集气，压力平衡调节器本体1内设置有用于向集气量筒内从下往上进气的进气通道12，进气通道12包含一段毛细管段，进气通道12外接用于控制气体从气源到进气通道内单向流动的单向阀7；压力平衡调节器本体1内还设置有储水腔13及用于将集气量筒8排出的水排入储水腔13的排水通道，储水腔13的一侧还可以设置有与储水腔13连通的出水嘴4。

本发明通过控制毛细管段的直径，控制进气口处的气-液两相压力平衡，即在不同气压条件下，量筒内水的重力与毛细管力、大气压力之和平衡，从而使水不从进气口中流出，毛细管力是指进入单向阀内的极少量空气与进入毛细管段内的水的两相界面处产生的毛细管力，当气源的气体从单向阀进入毛细管段时，平衡就会破坏。

进气通道12位于压力平衡调节器本体1上，采用特殊设计，使其在集气量筒8装满水未与气源连通时，靠近单向阀7一侧的空气与进入压力平衡调节器本体1内水的两相界面处产生的毛细管压力，与集气量筒8内的水的重力所导致的压力平衡，保持水不会流出。这一技术的应用实现了无需导管连接而排水集气，从根本上排出了导管在排水集气法中所带来的弊端。同时由于控制气-液两相压力平衡，当气源仅仅产生微量的气体，该装置亦可收集记录，较以往的实验装置大大提高了实验精度。

本发明在使用时，将单向阀7通过旋钮方式安装在压力平衡调节器上，之后将装满水后的量筒8与压力平衡调节器组装成排水集气装置，然后通过单向阀7与气源连接，实验开始时，气体通过单向阀7进入压力平衡调节器本体1，进而进入量筒8，将量筒8内的水通过排水通道排出到储水腔13内，不用额外携带水槽，减小设备体积，易于携带，从而实现“无管化”的排水集气工作。

出水嘴4优选设置在储水腔13的一侧高位。起到对经过储水腔的排出水的引流作用，同时避免排水过长引起的虹吸现象，出水嘴4与压力平衡调节器本体连接处优选设有两个密封罗圈，保证密封性，出水嘴4外环优选可以采用倒钩式设计，在有需要时可连接管道，将水引导至其他地方。出水嘴4可以优选设置在高位，可以使水在储水腔13内充分循环起到冷却进气通道内的高温气体的作用。

优选地，储水腔在使用之初需要加水，用以防止实验过程中因为进气通道内气体流速过快带来的虹吸现象以及气压不稳造成的倒吸现象。

作为一种改进，压力平衡调节器本体1内的储水腔13环进气通道12设置。集气量筒排出的水经过排水管道进入储水腔体13，储水腔13采用环状空心设计，可容纳150ml左右的水，包裹进气通道12，对经过进气通道12进入压力平衡调节器的气体起到冷却作用，避免温差过大引起气压不稳带来的倒吸现象，。

优选地，压力平衡调节器本体1的一侧可以设置有用于控制水流量的流量调节拨轮2和与流量调节拨轮相配合使用的空腔；排水通道可以包括与集气量筒的排水口连通的出水口10和与储水腔13连通的第一进水口14，出水口10和第一进水口14通过空腔连通形成排水通道，出水口10和第一进水口14为错位设计，流量调节拨轮2通过无极调节出水口10的水流量。出水口10位于的接触面的最低位置保证量筒8内的水能够全部通过出水口10排出。从集气量筒8内排出的水经过流量调节拨轮2进入储水腔13。

进一步地，流量调节拨轮2可以包括用于与空腔配合使用的拨轮轴和与拨轮轴相连的把手，拨轮轴上可以设置有用于实现对水流量无极调节的螺旋状排水槽，出水口10的水经过螺旋状排水槽流入第一进水口14。螺旋状排水槽的宽窄可以控制排出水的流量，进而控制气体的收集速率。

优选地，把手上可以设置有防滑刻槽，方便操作。

进一步地，出水口10的管道部分向空腔内延伸一部分与螺旋状排水槽连通，通过旋转流量调节拨轮2控制出水口10的水流是否进入螺旋状排水槽，通过旋转流量调节拨轮2使出水口10的延伸部分与螺旋状排水槽连通则量筒内的水能顺流进入第一进水口14，当出水口10的延伸部分不与螺旋状排水槽连通时则水流被则拨轮轴部分所挡不流动，出水口10的延伸部分还能用于防止操作人员将流量调节拨轮2拧过，以减少部件间磨损，延长使用寿命；

拨轮轴与空腔之间可以采用端面密封结构，拨轮轴面上螺旋状排水槽的两端可以各设有一个密封罗圈，可保证整体5MPa下密封。拨轮轴两端的密封圈优选设置在出水口10和第一进水口14的两端，从出水口10经过螺旋状排水槽再到第一进水口14形成相对封闭的排水管道，用以防止水进入压力平衡器其他部位。

进一步地，拨轮轴与空腔之间可以采用零工差工艺加工。

进一步地，储水腔13可以设置有至少一个用于加水的第二进水口11，第二进水口11用于加外部冷却水，出水嘴4设置在所述储水腔的一侧高位，用于排出储水腔内加满的水。出水嘴4可以优选设置在高位，可以使水在储水腔13内充分循环起到冷却进气通道内的高温气体的作用，当储水腔13中水满之后，才会经过出水嘴4排出压力平衡调节器。

进一步地，压力平衡调节器本体1上还可以设置有用于封闭压力平衡调节器本体1的底盖5和用于固定底盖5的底盖压圈6，底盖压圈6和底盖5的中部与进气通道12连通，用于单向阀7的旋转塞入。底盖5和底盖压圈6用于封闭压力平衡调节器本体1，保证其密封性，同时装置的内部部件不受粉尘污染以及外力碰撞。

另一方面，提供一种包括的气液压力平衡调节器的排水集气装置，还包括与压力平衡调节器本体1的上端密封连接的集气量筒8。

进一步地，集气量筒8可以通过法兰9和密封圈与压力平衡调节器本体的上端密封连接。特殊设计的集气量筒8与法兰9和密封垫圈组合，与压力平衡调节器本体1连接，使用时集气量筒8内部装满水，配合压力平衡调节器本体1可以实现收集和计量功能。

优选地，集体量筒8与压力平衡调节器本体1可以通过沿径向设置的楔紧螺钉3连接。优选为三个分布均匀的楔紧螺钉3。通过三个分布均匀的楔紧螺钉3能够实现将集气量筒8与压力平衡调节器本体1的快速组装，简化了操作过程和降低了对操作人员的要求，实际操作过程中所需时间不超过3分钟。

本发明在使用时，首先将单向阀7通过旋钮方式安装在压力平衡调节器上。之后将装满水后的量筒8与压力平衡调节器本体1组装成排水集气装置，通过三个分布均匀的楔紧螺钉3能够实现将集气量筒8与压力平衡调节器1的快速组装，简化了操作过程和降低了对操作人员的要求，实际操作过程中所需时间不超过3分钟。然后通过单向阀7与气源连接，准备工作结束后，旋钮打开流量调节拨轮2。由于采用了无极调节的方式，可通过调节拨轮2调节合适的气体速率，防止流速过大带来的虹吸现象，方便其他实验操作。

气体通过单向阀7进入压力平衡调节器本体1，进而进入集气量筒8，将集气量筒8内的水经由出水口10排入到储水腔13内。压力平衡调节器本体1与集气量筒8接触面处采用密封胶圈与不锈钢面接触式密封，出水口10位于的接触面的最低位置保证量筒8内的水能够全部通过出水口10排出。排出的水经过调节拨轮2进入储水腔13，储水腔13采用环装空心设计，可容纳150ml左右的水，包裹进气通道12，对经过进气通道12进入压力平衡调节器本体1的气体起到冷却作用，避免温差过大带来的倒吸现象影响实验。当储水腔13中水满之后，经过出水嘴4排出压力平衡调节器本体1。出水嘴4位置高于储水腔13，因此当储水腔13中水满之后，才会排水。

当长时间收集高温气体，集气量筒8内排入储水腔13内的水不足以冷却气体时，可通过进水口11向储水腔13通入冷水循环，压力平衡调节器本体1上设置有两个进水口，可同时向储水腔13通入循环水进行冷却，储水腔13内多余的水通过出水嘴4排出。进水口11位置高于出水嘴4，因此通过进水口11通入储水腔13的水会在其中有效循环后在排出。经过实际实验验证，当收集温度90℃的气体时，无需通过向进水口11通入循环水进行降温。收集温度大于100℃的气体时，2小时内无需通过进水口11通入循环水进行降温。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种气液压力平衡调节器，其特征在于，包括压力平衡调节器本体，用于与集气量筒底端密封配合进行排水集气，所述压力平衡调节器本体内设置有用于向集气量筒内从下往上进气的进气通道，所述进气通道包含一段毛细管段，所述进气通道外接用于控制气体从气源到所述进气通道内单向流动的单向阀；

所述压力平衡调节器本体内还设置有储水腔及用于将所述集气量筒排出的水排入所述储水腔的排水通道；

所述储水腔的一侧还设置有与所述储水腔连通的出水嘴；

所述压力平衡调节器本体的一侧设置有用于控制水流量的流量调节拨轮和与所述流量调节拨轮相配合使用的空腔；

所述排水通道包括与所述集气量筒的排水口连通的出水口和与所述储水腔连通的第一进水口，所述出水口和所述第一进水口通过所述空腔连通形成所述排水通道，所述出水口和所述第一进水口为错位设计，所述流量调节拨轮通过无极调节所述出水口的水流量。

2.根据权利要求1所述的气液压力平衡调节器，其特征在于，所述流量调节拨轮包括用于与所述空腔配合使用的拨轮轴和与所述拨轮轴相连的把手，所述拨轮轴上设置有用于实现对水流量无极调节的螺旋状排水槽，所述出水口的水经过所述螺旋状排水槽流入所述第一进水口。

3.根据权利要求2所述的气液压力平衡调节器，其特征在于，所述出水口的管道部分向所述空腔内延伸一部分与所述螺旋状排水槽连通，通过旋转所述流量调节拨轮控制所述出水口的水流是否进入所述螺旋状排水槽；

所述拨轮轴与所述空腔之间采用端面密封结构，所述拨轮轴上螺旋状排水槽的两端各设有一个密封罗圈。

4.根据权利要求1所述的气液压力平衡调节器，其特征在于，所述压力平衡调节器本体内的储水腔环所述进气通道设置。

5.根据权利要求1所述的气液压力平衡调节器，其特征在于，所述储水腔设置有至少一个用于加水的第二进水口，所述第二进水口用于加冷却水，所述出水嘴设置在所述储水腔的一侧高位，用于排出储水腔内加满的水以及量筒内排出的水。

6.根据权利要求1至5任一所述的气液压力平衡调节器，其特征在于，所述压力平衡调节器本体上还设置有用于封闭所述压力平衡调节器本体的底盖和用于固定底盖的底盖压圈，所述底盖压圈和底盖的中部与所述进气通道连通。

7.一种排水集气装置，其特征在于，包括权利要求1至6任一所述的气液压力平衡调节器，还包括与所述压力平衡调节器本体的上端密封连接的集气量筒。

8.根据权利要求7所述的排水集气装置，其特征在于，所述集气量筒通过法兰和密封圈与压力平衡调节器本体的上端密封连接。

9.根据权利要求8所述的排水集气装置，其特征在于，所述集气量筒与所述压力平衡调节器本体通过沿径向设置的楔紧螺钉连接。

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