CN108680422A - 去除高纯度惰性气体中水分的净化装置、系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了去除高纯度惰性气体中水分的净化装置、系统及方法，包括：氧化锆陶瓷管，所述氧化锆陶瓷管的内外表面分别设有电极，其中一个电极为正电极，另一个电极为负电极；氧化锆陶瓷管在设定的温度下且所述正电极及负电极通电形成电势差，将通过氧化锆陶瓷管的高纯度惰性气体中的水分子去除。本发明去除高纯度惰性气体中水分的净化装置，可同时清除水分子和氧分子，净化过程中净化装置本身无损耗，净化能力稳定，可长期工作不需要做任何维护工作。
Description
技术领域
本发明涉及测试技术领域，特别是涉及去除高纯度惰性气体中水分的净化装置、系统及方法。
背景技术
目前，包装材料在进行水蒸气阻隔性测试时，一般需要几乎无水无氧的高纯惰性气体作为载气，例如氮气、氦气等。渗透过试样的待测气体被载气携带入测试元件,测试待测气体的成分，当载气中水分含量超标，则会影响待测气体的水分检测结果，导致包装材料对水蒸气阻隔性测试结果不准确，尤其检测高阻隔材料时，不同气瓶的载气，其纯度有差别，不同气瓶的载气中自带的微量水分子含量不同则会影响检测结果，导致多次测试时检测数据重复性差，检测数据不稳定。
为了降低载气中水分对上述测试结果的影响，在载气进入检测设备前需采用一定措施，例如对载气提前干燥、净化。目前常用的干燥气体的方法是干燥剂除水，对于干燥剂而言，除水一定量后，其除水的性能会降低，需要活化后再使用，这就造成除水步骤繁琐。且，由于大部分包装材料的水蒸气阻隔性测试为高精度检测，为保证检测精度，使用的载气纯度高于一般的高纯度载气，因此，常规的利用干燥剂干燥净化除水的方法，无法实现净化高纯载气中微量水分子、氧分子等杂质的目的。
综上所述，现有技术对高纯度惰性气体中微量水的去除，尚缺乏相应的技术方案。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明的目的之一是提供了去除高纯度惰性气体中水分的净化装置，该装置利用氧化锆陶瓷管在高温下通电时，对水分子、氧分子电离出氧离子，并对氧离子的传递性能：将通过氧化锆陶瓷管内气流中的水分子、氧分子电离出氧离子，并在电动势差的作用下将氧离子传递到氧化锆陶瓷管外部，达到了清除载气中的水分子、氧分子的作用，净化高纯度惰性气体中水分。
去除高纯度惰性气体中水分的净化装置，包括：氧化锆陶瓷管，所述氧化锆陶瓷管的内外表面分别设有电极，其中一个电极为正电极，另一个电极为负电极；
所述氧化锆陶瓷管在设定的温度下且所述正电极及负电极通电形成电势差，将通过氧化锆陶瓷管的高纯度惰性气体中的水分子去除。
进一步优选的技术方案，所述去除高纯度惰性气体中水分的净化装置还能去除通过氧化锆陶瓷管的高纯度惰性气体中的氧分子。
进一步优选的技术方案，所述氧化锆陶瓷管的内外表面分别设置有作为电极的涂层，其中内表面通负电极，外表面通正电极。
进一步优选的技术方案，所述氧化锆陶瓷管内外表面的涂层均为铂金电极涂层。
进一步优选的技术方案，所述高纯惰性气体为氮气或氦气，或其它在高温下性质稳定，不与周围其它气体发生化学反应的气体。
本申请还公开了去除高纯度惰性气体中水分的净化系统，包括所述去除高纯度惰性气体中水分的净化装置，还包括加热控温系统，所述加热控温系统用于加热氧化锆陶瓷管，使其处于设定的温度。
一种应用，水蒸气透过率测试系统，所述水蒸气透过率测试系统所利用的惰性气体通过上述去除高纯度惰性气体中水分的净化装置去除水分。
另一种应用，氧气透过率测试系统，所述氧气透过率测试系统所利用的惰性气体通过上述去除高纯度惰性气体中水分的净化装置去除氧分子。
上述技术方案中，氧化锆陶瓷管在高温下其两极通电时，能使得氧化锆陶瓷管通过的惰性气体中的水分子催化出氧离子及氢离子，同时还能使得高纯度惰性气体中的氧分子催化为氧离子。
本申请还公开了上述去除高纯度惰性气体中水分的净化装置的净化方法，包括：
对氧化锆陶瓷管加热至设定温度使其处于高温状态；
氧化锆陶瓷管的两极通电形成电动势差；
将高纯度惰性气体通入氧化锆陶瓷管，除去高纯度惰性气体的水及氧。
上述方案中，高纯度惰性气体通入氧化锆陶瓷管，水分子催化为氧离子和氢离子；
氧离子在电动势差的作用下透过氧化锆陶瓷管移动至氧化锆陶瓷管外部并形成氧分子析出，所述氢离子形成氢气，实现微量水分子的净化。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明的净化装置能同时清除高纯度惰性气体中的水和氧，利用氧化锆陶瓷管高温下通电实现对水分子、氧分子的电解并排出相应的氧离子，在使用过程中氧化锆陶瓷管本身并没有损耗，可反复使用，净化能力稳定，可长期工作不需要做任何维护工作。
2、本发明的净化装置，其净化效果可以达到作为载气的高纯度惰性气体中的含水含氧量均在1ppm(浓度或体积比例为百万分之一)以下。
3、本发明整体结构简单，巧妙的使用氧化锆陶瓷管高温在高温下通电的性能去除作为载气的高纯度惰性气体中的水及氧，使用方便。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本申请实施例子的结构示意图；
图2为图1中I(管壁)的局部放大图；
图中，1、涂层I(通负电极)，2、固态电解质，3、涂层II(通正电极)，4、管壁，5、加热控温系统。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在无法对高精度检测中使用的高纯度的惰性气体中的微量的水的高效去除的问题，为了解决如上的技术问题，本申请提出了去除高纯度惰性气体中水分的净化装置。
本申请的一种典型的实施方式中，如图2所示，提供了去除高纯度惰性气体中水分的净化装置，上述去除高纯度惰性气体中水分的净化装置，包括固态电解质2，本申请中固态电解质需要满足的条件为：处于高温下且在其两极通电时形成电势差，能使得通过的高纯度惰性气体中的微量水分子催化为氧离子和氢离子。
具体实施时，固态电解质优选为氧化锆陶瓷管，氧化锆陶瓷管管壁4内外表面需要涂电极材料，具体的可为铂金电极涂层，内壁为涂层I(通负电极)1，外壁为涂层II(通正电极)3。
本申请的另一种典型的实施方式中，氧化锆陶瓷管也可直接设置有具体的电极结构。
本申请的再一种典型的实施方式中，如图1所示，加热控温系统5与加热元件相连，用于控制氧化锆陶瓷管的温度。
目前根据相关研究，氧化锆陶瓷管加热所处的高温一般为600-700℃，最佳温度是700℃。也就是氧化锆陶瓷管在处于高温700度时，能较好的实现去除水分子和氧分子。氧化锆陶瓷管路在满足温度等条件时，作为载气的高纯度惰性气体流经氧化锆陶瓷管路时，就可以除去载气的水及氧。
另外，固态电解质的形状不限于管状，其它能满足施加正负电极且能通过高纯度惰性气体实现对其微量水分子去除的形状均在本申请的保护范围内。
本实施例子中上述去除高纯度惰性气体中水分的净化装置工作过程如下：
在氧化锆管的内外壁上涂铂金电极，管外壁为正电极，管内壁为负电极；
利用加热控温系统给氧化锆陶瓷管加热至设定的温度，对正电极、负电极进行通电；
含有微量水的高纯度惰性气体通过氧化锆陶瓷管；
氧化锆陶瓷材料在高温下其材料内部存在许多氧离子空穴，氧化锆陶瓷管内的水分子在高温下被铂电极催化为氧离子，氧离子在电压作用下通过氧离子空穴由负极向正极移动，在管外侧释放电子并形成氧分子析出。氢离子得电子生成氢气。这个过程因为材料两侧外加电压的存在会持续不断进行，这样在管内的水分子中氧离子以离子形式扩散到管外，使管内侧气体中的水分子得到了净化。
净化后的气体，作为更高纯度载气通入相应的测试仪器，供试验时使用。在应用时，净化后的高纯度载气可以通入水蒸气透过率测试系统或氧气透过率测试系统。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (9)
1.去除高纯度惰性气体中水分的净化装置，其特征是，包括：氧化锆陶瓷管，所述氧化锆陶瓷管的内外表面分别设有电极，其中一个电极为正电极，另一个电极为负电极；
所述氧化锆陶瓷管在设定的温度下且所述正电极及负电极通电形成电势差，将通过氧化锆陶瓷管的高纯度惰性气体中的水分子去除。
2.如权利要求1所述的去除高纯度惰性气体中水分的净化装置，其特征是，所述去除高纯度惰性气体中水分的净化装置还能去除通过氧化锆陶瓷管的高纯度惰性气体中的氧分子。
3.如权利要求1所述的去除高纯度惰性气体中水分的净化装置，其特征是，所述氧化锆陶瓷管的内外表面分别设置有作为电极的涂层，其中内表面通负电极，外表面通正电极。
4.如权利要求1所述的去除高纯度惰性气体中水分的净化装置，其特征是，所述氧化锆陶瓷管内外表面的涂层均为铂金电极涂层。
5.如权利要求1所述的去除高纯度惰性气体中水分的净化装置，其特征是，所述高纯惰性气体为氮气或氦气，或其它在高温下性质稳定，不与周围其它气体发生化学反应的气体。
6.去除高纯度惰性气体中水分的净化系统，其特征是，包括权利要求1-5任一所述去除高纯度惰性气体中水分的净化装置，还包括加热控温系统，所述加热控温系统用于加热氧化锆陶瓷管，使其处于设定的温度。
7.水蒸气透过率测试系统，所述水蒸气透过率测试系统所利用的惰性气体通过权利要求1-5任一所述去除高纯度惰性气体中水分的净化装置去除水分。
8.氧气透过率测试系统，所述氧气透过率测试系统所利用的惰性气体通过权利要求1-5任一所述去除高纯度惰性气体中水分的净化装置去除氧分子。
9.去除高纯度惰性气体中水分的净化装置的净化方法，其特征是，包括：
对氧化锆陶瓷管加热至设定温度使其处于高温状态；
氧化锆陶瓷管的两极通电形成电动势差；
将高纯度惰性气体通入氧化锆陶瓷管，除去高纯度惰性气体的水及氧。
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