CN108139348B - 制冷剂分析仪及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于检测制冷剂(例如，氯甲烷(R40)或氯二氟甲烷(R22))中的杂质的方法和分析仪，其中所述制冷剂分析仪(12)包括第一感测装置(16)，优选地是非色散红外传感器(NDIR)，所述第一感测装置与第二感测装置(18)流动连通，所述第二感测装置优选地是电化学传感器。所述第一感测装置被配置来确定制冷剂的第一特性(例如，IR范围内的吸收)，并且所述第二感测装置被配置来检测所述制冷剂的第二特性(例如，以ppmv为单位的浓度)。优选地，所述制冷剂分析仪是用于检测杂质的系统(10)的一部分，并且进一步优选地，它包括流动调节器(20)、洗涤器(24)和处理器(22)。所述洗涤器优选地与所述第一感测装置流动连通，并且它优选地包括填充材料，所述填充材料包括氧化铝(Al2O3，氧化铝)。
Description
相关申请的交叉引用
本申请是国际专利申请，所述申请要求2015年7月28日提交并且标题为“制冷剂分析仪及其使用方法(REFRIGERANT ANALYZER AND A METHOD OF USING THE SAME)”的美国临时专利申请序列号62/197,778的优先权，所述申请整体并入本文。
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)，也被称为一氯甲烷的假冒制冷剂。R40有毒、易燃并且与铝反应。R40与铝的反应产物可包括三甲基铝，三甲基铝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，提供利用制冷剂分析仪检测制冷剂中的杂质的方法，其中所述制冷剂分析仪包括第一感测装置，所述第一感测装置与第二感测装置流动连通。所述方法包括使制冷剂传送穿过所述第一感测装置以便检测所述制冷剂的第一特性；以及使所述制冷剂传送穿过所述第二感测装置以便检测所述制冷剂的第二特性。
在一个方面，提供制冷剂分析仪。所述制冷剂分析仪包括：第一感测装置，其中所述第一感测装置被配置来至少确定制冷剂的第一特性；以及第二感测装置，所述第二感测装置与所述第一感测装置流动连通，所述第二感测装置被配置来至少确定所述制冷剂的第二特性。
附图简述
图1示出包括多个传感器的气体检测器的示意图。
图2示出包括多个传感器和洗涤器的气体检测器的示意图。
图3示出组分光学传感器的示意图。
图4示出组分电化学传感器的示意图。
图5示出检测感兴趣制冷剂的方法的示意性流程图。
图6示出用于检测制冷剂杂质的逻辑流程图。
图7示出用于利用物种洗涤功能识别并量化制冷剂杂质的逻辑流程图。
发明详述
为了促进对本公开原理的理解，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，并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，所述系统整体以10指示。系统10包括与制冷剂容器14流动连通的制冷剂分析仪12。
制冷剂分析仪12包括被配置来至少确定制冷剂的第一特性的第一感测装置16。在一个实施方案中，第一特性包括由制冷剂吸收的电磁能量的波长。在一个实施方案中，波长小于或等于约15,500纳米。例如，第一感测装置16被配置来至少检测制冷剂内的低浓度杂质。在一个实施方案中，第一感测装置16包括非色散红外传感器。
制冷剂分析仪12还包括与第一感测装置16流动连通的第二感测装置18。第二感测装置18被配置来至少确定制冷剂的第二特性。在一个实施方案中，第二特性包括至少部分地基于所感测电子输出的测量浓度水平。在一个实施方案中，所测量浓度水平大于或等于以体积计约1000百万分率(ppmv)。在一个实施方案中，第二感测装置18包括电化学传感器。可替代地，可将待试验制冷剂并行馈送到第一感测装置16和第二感测装置18，与如图1所示的顺序馈送相反。
在图1的实施方案中，制冷剂分析仪12包括与第一感测装置16流动连通的第一流动调节器20。第一流动调节器20被配置来至少调节制冷剂从制冷剂容器14穿过制冷剂分析仪12的流动。制冷剂分析仪12还可包括与第一感测装置16和第二感测装置18电连通的处理器22。处理器22被配置来从第一感测装置16和第二感测装置18接收数据和/或如果检测到污染物生成警报信号。
如图2所示，制冷剂分析仪12可包括与第一感测装置16和第二感测装置18流动连通的洗涤器24。在一个实施方案中，洗涤器24包括多孔氧化铝洗涤器。例如，这种洗涤器24可包括匣，所述匣填充有氧化铝粒料以用于将R40吸附到粒料表面。为使本领域技术人员易于使用，这种匣可以是可再用的、可再填充的、可替换的或包括上述至少一个的组合。洗涤器24被配置来选择性地移除制冷剂中的一些杂质，以便可针对杂质的准确识别和量化在第一感测装置16与第二感测装置18之间制造区分响应。
在图2中，制冷剂分析仪12还可包括与第一感测装置16、第一流动调节器20和干式洗涤器24流动连通的第二流动调节器26。第一流动调节器20可被配置来至少调节制冷剂穿过制冷剂分析仪12的流动。第二流动调节器26(例如，仅举一个非限制性实例，自动3通阀门)可引导制冷剂流动穿过洗涤器24或旁通洗涤器24以便进入第一感测装置16。
图3示出可包括样品室28的第一感测装置16，所述样品室28包括近端30、远端32、输入端口34和输出端口36。样品室28可被配置来允许制冷剂流动穿过其中而不改变制冷剂的组成。例如，制冷剂可通过输入端口34进入样品室28并通过输出端口36退出。
第一感测装置16还包括红外线灯38。红外线灯38可设置在样品室28内或与其相邻的任何位置。例如，红外线灯38可与样品室28的近端30相邻定位。红外线灯38可被配置来引导红外光穿过样品室28。第一感测装置16还可包括滤光器40。滤光器40可设置在样品室28内或与其相邻。例如，滤光器40可与样品室28的远端32相邻定位。滤光器40可被配置来消除所有光，除了选定气体分子可吸收的波长区域。
例如，滤光器40可被配置来透射小于或等于约15,500纳米的波长。为了检测感兴趣的制冷剂的存在，滤光器40可透射大于或等于约13,000纳米且小于或等于约15,000纳米的波长。
第一感测装置16还包括非色散红外传感器42。非色散红外传感器42可与滤光器40相邻并面对红外线灯38设置。例如，滤光器40可位于红外线灯38与非色散红外传感器42之间。非色散红外传感器42可在来自红外线灯38的光已经传送穿过样品室28内的制冷剂并穿过滤光器40之后测量它的能量。如果非色散红外传感器42检测到由滤光器40传送的波长范围内的光，这可指示样品室内的制冷剂是假冒的。
第一感测装置16还可包括可操作地耦接到非色散红外传感器42和红外线灯38的控制器44。控制器44可被配置来从非色散红外传感器42接收数据并向红外线灯38提供功率信号。
第一感测装置16还可包括与样品室28相邻设置的参考室46，其中参考室46包括设置在其中的参考样品。参考室46可被配置来提供用于非色散红外传感器42的参考以便改进样品室28内的制冷剂的读数的准确度。例如，参考样品可包括(举几个非限制性实例)制冷剂(例如，R134a)或空气。
图4示出第二感测装置18。在示出的实施方案中，第二感测装置18包括膜电极组件(MEA)，所述膜电极组件(MEA)由设置在感测电极50与对电极52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)48组成。集电器/气体扩散介质54和56附接到电极并且连接到电路58，所述电路58包括测量和/或控制装置60。在一些实施方案中，任选的参考电极(未示出)可与SPE 48接触并且电连接到测量和/或控制装置60，以便实现紧凑且一体化的多传感器装置。
外壳62包括供制冷剂流动穿过的开口64和66。MEA的边缘抵靠密封件68密封，所述密封件68由密封材料(仅举一个非限制性实例，诸如橡胶)形成。密封件68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18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54、56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(例如，空气)能够到达电极50、52的表面。分别与感测电极50和对电极52相关联的集电器/气体扩散介质54和56可由(仅举几个非限制性实例)诸如石墨化碳、钛、贵金属(例如，钌、铑、钯、银、金、锇、铱、铂等)或不锈钢的抗氧化材料形成。测量和/或控制装置60可包括电压表、安培表、恒电位电路、微处理器、电子控制单元(ECU)或包括以上至少一个的组合，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18的操作期间在感测电极50与对电极52之间施加偏压的类似电子装置。
第二感测装置18还可包括气密室70，所述气密室70还包含诸如水性盐或酸性溶液72的液体材料，所述液体材料可通过透气膜74而隔离以免与对电极52接触。液体材料被配置来调节气密室70内的湿度值。例如，湿度值可在小于或等于约60％的相对湿度的值下调节。
图5示出整体以100指示的方法的示意性流程图，所述方法用于利用制冷剂分析仪10检测感兴趣的制冷剂(例如，诸如R40等的假冒制冷剂)。方法100包括使制冷剂循环穿过第一感测装置16以便检测制冷剂的第一特性的步骤102。例如，参考图1和3，制冷剂容器14可操作地联接到制冷剂分析仪12，并且制冷剂从制冷剂容器14流动穿过第一阀20到第一感测装置16中。第一感测装置16操作非色散红外传感器42以便在小于或等于约15,500纳米的波长，例如大于或等于约13,000纳米且小于或等于约14,400纳米的波长下检测能级。
当制冷剂流动穿过样品室28时，控制器44操作红外线灯38以便使光照射穿过样品室28。滤光器40透射小于约15,500纳米的波长，或在一些实施方案中，大于或等于约13,000纳米且小于或等于约14,400纳米的波长。非色散红外传感器42检测被允许传送穿过滤光器40的波长。应理解，在13,020纳米-14,400纳米范围内检测到的波长指示存在于制冷剂容器14中的假冒制冷剂R40。
步骤102还可包括使制冷剂循环穿过干式洗涤器24。在污染物在第二感测装置18内不可检测的情况下，制冷剂传送穿过洗涤器24。例如，参考图2，制冷剂通过第一阀20进入制冷剂分析仪并被引导至洗涤器24，其中洗涤器24在使制冷剂循环穿过第一感测装置16之前移除制冷剂内的一些杂质。
方法100还包括使制冷剂循环穿过第二感测装置18以便检测制冷剂的第二特性的步骤104。例如，参考图1和4，制冷剂继续穿过第二感测装置18，其中控制装置60测量所感测输出值，例如感测电极54处的相对于对电极56的电压或电流。控制装置60基于所感测输出值来确定制冷剂内的污染物的测量浓度。
方法100还包括操作制冷剂分析仪12以便提供是否确定污染物存在的指示的步骤106，并且使用本文所公开的设备和方法估计其浓度范围。例如，第一感测装置16和第二感测装置18可单独地生成指示污染物存在的信号。可对第一感测装置16和第二感测装置18的输出进行分析以便准确地识别并量化杂质，如图6和7所示。
可替代地，第一感测装置16和第二感测装置18可将数据传输到处理器22。如图6和7所示，处理器22可分析由第一感测装置16和第二感测装置18接收的数据以便确定制冷剂内的污染物的存在。
图6示出可在制冷剂分析仪12中使用的逻辑。在情境1中，第一感测装置16和第二感测装置18对具有污染物的制冷剂生成响应，所述污染物在本文所限定的参数内。举例来说，处理器22可生成指示R40的存在的信号。在情境2中，第一感测装置16对污染物生成响应，但所述污染物在第二感测装置18中不可检测，处理器22可生成指示在小于1000ppmv的浓度水平或与第二感测装置18相关联的检测极限下的R40或R22的存在的信号。如果认为来自情境1和2的输出不充分，采用如图2所示的实施方案来识别污染物。这个方案在图7中示为情境3。
图7示出如图2所示的制冷剂分析仪12内的逻辑的实施方案。在情境2中，如果第一感测装置16的输出不提供基于对这些物种的吸收特性区分R40与R22的充分分辨率，应在洗涤器24的辅助下进行附加分析。确定逻辑如图7中的情境3呈现。
在情境3.1中，如果在制冷剂已经传送穿过洗涤器24后存在减轻的波长吸收，处理器22可生成指示R40和R22两者在小于1000ppmv的浓度水平下存在的信号。在情境3.2中，如果在制冷剂已经传送穿过洗涤器24后不存在变化，处理器22可生成指示在小于1000ppmv的浓度水平或与第二感测装置18相关联的检测极限下仅R22的存在的信号。在一些实施方案中，处理器22可在不指示浓度水平的情况下生成指示杂质存在的信号，所述杂质诸如R22、R40或包括上述至少一个的组合。以此方式，制冷剂分析仪12可提供制冷剂是被假冒制冷剂污染还是未被污染的二进制指示。
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结合高灵敏度的第一感测装置16和高选择性的第二感测装置18以生成差别响应，以便实现制冷剂内的污染物的检测。高灵敏度的第一感测装置16可检测低至10ppmv的杂质(例如，R22、R40等)的浓度，例如10ppmv至10,000ppmv、或10ppmv至2000ppmv、或10ppmv至1,000ppmv的浓度。高选择性的第二感测装置18可对R40具有灵敏度(即，每单位浓度的信号强度)，所述灵敏度是对可存在于传送穿过制冷剂分析仪12的制冷剂样品中的其他杂质的灵敏度的无限倍，例如灵敏2至1000倍。
实施方案1：一种利用制冷剂分析仪检测制冷剂中的杂质的方法，其中所述制冷剂分析仪包括第一感测装置，所述第一感测装置与第二感测装置流动连通，所述方法包括使制冷剂传送穿过所述第一感测装置以便检测所述制冷剂的第一特性，以及使所述制冷剂传送穿过所述第二感测装置以便检测所述制冷剂的第二特性。
实施方案2：如实施方案1所述的方法，其中所述第一特性包括波长。
实施方案3：如前述实施方案中任一项所述的方法，其中所述第一特性包括波长，并且所述波长小于或等于约15,500纳米。
实施方案4：如前述实施方案中任一项所述的方法，其中所述第二特性包括至少部分地基于所感测输出的所测量浓度水平。
实施方案5：如前述实施方案中任一项所述的方法，其中所述第二特性包括至少部分地基于所感测输出的所测量浓度水平，并且所述所测量浓度水平大于或等于约1000ppmv。
实施方案6：如前述实施方案中任一项所述的方法，其还包括使所述制冷剂传送穿过洗涤器。
实施方案7：如前述实施方案中任一项所述的方法，其还包括使所述制冷剂传送穿过所述洗涤器，并且其中所述洗涤器包括填充材料，所述填充材料包括氧化铝。
实施方案8：如前述实施方案中任一项所述的方法，其还包括首先使所述制冷剂传送穿过所述洗涤器。
实施方案9：如前述实施方案中任一项所述的方法，其还包括将所述第一制冷剂分为第一制冷剂流和第二制冷剂流，以及使所述第一制冷剂流传送穿过所述洗涤器而不使所述第二制冷剂流传送穿过所述洗涤器。
实施方案10：如前述实施方案中任一项所述的方法，其还包括操作所述制冷剂分析仪以便提供是否确定污染物存在的指示。
实施方案11：一种制冷剂分析仪，所述制冷剂分析仪包括：第一感测装置，其中所述第一感测装置被配置来至少确定制冷剂的第一特性；以及第二感测装置，所述第二感测装置与所述第一感测装置流动连通，所述第二感测装置被配置来至少确定所述制冷剂的第二特性。
实施方案12：如实施方案11所述的制冷剂分析仪，其还包括洗涤器，所述洗涤器与所述第一感测装置流动连通。
实施方案13：如实施方案12所述的制冷剂分析仪，其中所述洗涤器包括填充材料，所述填充材料包括氧化铝。
实施方案14：如实施方案11-13中任一项所述的制冷剂分析仪，其中所述第一感测装置包括非色散红外传感器。
实施方案15：如实施方案11-13中任一项所述的制冷剂分析仪，其中所述第二感测装置包括电化学传感器。
实施方案16：如实施方案11-15中任一项所述的制冷剂分析仪，其还包括处理器，所述处理器与所述第一感测装置和所述第二感测装置连通。
实施方案17：如实施方案9-16中任一项所述的制冷剂分析仪，其中所述第一特性包括波长。
实施方案18：如实施方案17所述的制冷剂分析仪，其中所述波长小于或等于约15,500纳米。
实施方案19：如实施方案11-18中任一项所述的制冷剂分析仪，其中所述第二特性包括至少部分地基于所感测输出的所测量浓度水平。
实施方案20：如实施方案19所述的制冷剂分析仪，其中所述所测量浓度水平大于或等于约1000ppmv。
实施方案21：如实施方案11-20中任一项所述的制冷剂分析仪，其中所述洗涤器在所述第一感测装置的流体上游。
实施方案22：如实施方案11-21中任一项所述的制冷剂分析仪，其中所述洗涤器在所述第二感测装置的流体上游。
实施方案23：如实施方案11-22中任一项所述的制冷剂分析仪，其还包括流动调节器，所述流动调节器可操作地耦合到所述洗涤器和所述第二感测装置，其中所述流动调节器被配置来制造第一制冷剂流和第二制冷剂流。
实施方案24：如实施方案23所述的制冷剂分析仪，其中所述第一制冷剂流传送穿过所述洗涤器并且所述第二制冷剂流不传送穿过所述洗涤器。
虽然已在附图和前述描述中详细地示出并描述了本公开，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，并且期望保护在本公开的精神范围内的所有改变和修改。
Claims (18)
1.一种利用制冷剂分析仪检测制冷剂中的杂质的方法，其中所述制冷剂分析仪包括第一感测装置，所述第一感测装置与第二感测装置流动连通，所述方法包括：
(a) 将所述制冷剂分为第一制冷剂流和第二制冷剂流，以及使所述第一制冷剂流传送穿过洗涤器而不使所述第二制冷剂流传送穿过所述洗涤器；
(b) 使所述第一制冷剂流传送穿过所述第一感测装置以便检测所述第一制冷剂流的制冷剂的第一特性；
(c) 使所述第二制冷剂流传送穿过所述第一感测装置以便检测所述第二制冷剂流的制冷剂的第一特性；以及
(d) 使所述第二制冷剂流传送穿过所述第二感测装置以便检测所述第二制冷剂流的制冷剂的第二特性。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一特性包括光波长由所述制冷剂的吸收。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述第一特性包括光波长由所述制冷剂的吸收，并且所述波长小于或等于15500纳米。
4.如权利要求1或2所述的方法，其中所述第二特性包括至少部分地基于所感测输出的所测量浓度水平。
5.如权利要求1或2所述的方法，其中所述第二特性包括至少部分地基于所感测输出的所测量浓度水平，并且所述所测量浓度水平大于或等于1000 ppmv。
6.如权利要求1或2所述的方法，其中所述洗涤器包括填充材料，所述填充材料包括氧化铝。
7.如权利要求1或2所述的方法，其还包括：
(c) 操作所述制冷剂分析仪以便提供是否确定污染物存在的指示。
8.一种制冷剂分析仪，其包括：
洗涤器；
第一感测装置，
流动调节器，所述流动调节器可操作地耦合到所述洗涤器和所述第一感测装置，其中所述流动调节器被配置来制造第一制冷剂流和第二制冷剂流；
其中所述第一感测装置被配置来至少确定所述第一制冷剂流和第二制冷剂流的制冷剂的第一特性；以及
第二感测装置，所述第二感测装置与所述第一感测装置流动连通，所述第二感测装置被配置来至少确定所述第二制冷剂流的制冷剂的第二特性；以及
其中，所述第一制冷剂流传送穿过所述洗涤器，而所述第二制冷剂流不传送穿过所述洗涤器。
9.如权利要求8所述的制冷剂分析仪，其中所述洗涤器包括填充材料，所述填充材料包括氧化铝。
10.如权利要求8或9所述的制冷剂分析仪，其中所述第一感测装置包括非色散红外传感器。
11.如权利要求8或9所述的制冷剂分析仪，其中所述第二感测装置包括电化学传感器。
12.如权利要求8或9所述的制冷剂分析仪，其还包括处理器，所述处理器与所述第一感测装置和所述第二感测装置连通。
13.如权利要求8或9所述的制冷剂分析仪，其中所述第一特性包括光波长由所述制冷剂的吸收。
14.如权利要求13所述的制冷剂分析仪，其中所述第一特性包括光波长由所述制冷剂的吸收，并且所述波长小于或等于15500纳米。
15.如权利要求8或9所述的制冷剂分析仪，其中所述第二特性包括至少部分地基于所感测输出的所测量浓度水平。
16.如权利要求15所述的制冷剂分析仪，其中所述所测量浓度水平大于或等于1000ppmv。
17.如权利要求8或9所述的制冷剂分析仪，其中所述洗涤器在流体方面在所述第一感测装置上游。
18.如权利要求8或9所述的制冷剂分析仪，其中所述洗涤器在流体方面在所述第二感测装置上游。
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