CN109506994B - 便携式采样系统及用于便携式采样系统的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用来干燥气体样品的方法，包括使净化气体流过全氟磺酸膜的管道的外部并使气体样品流过管道的内部，其中所述干燥操作是在深真空下进行，并且伴随所述净化气体的流动速率通常小于正在被干燥的所述气体样品的流动速率进行的。本发明还涉及一种便携式采样系统，包括被加热的探测器、输入/输出(I/O)系统和一个将探测器耦接到I/O系统的采用管的形式的膜干燥器。该干燥器使净化气体流过干燥膜并使气体样品流过该干燥膜，干燥膜采用全氟磺酸材料的管道的形式，并且其中干燥器在一些实施例中是在深真空下运行并且伴随所述净化气体的流动速率通常小于正在被干燥的所述气体样品的流动速率进行的。

Description

便携式采样系统及用于便携式采样系统的方法
相关案件声明
本案要求2017年9月14日提交的美国临时专利申请序列号62/558,799的优选权，并通过引用结合于本文中。
技术领域
本发明通常涉及气体除湿，更具体地涉及用于干燥烟气的便携式装置及其方法。
背景技术
烟道或“排气管”气包含当诸如煤、石油、天然气、木材或类似物在工业炉、蒸气锅炉或其他大型燃烧设备内燃烧时产生的燃烧产物。这些燃烧产物通过烟气排气管排向空气。燃烧产物包括二氧化碳、氮和水蒸汽以及含一氧化碳、氮氧化物和硫及颗粒物的少量污染物。这些污染物中的某些的水平受到控制，这样会需要经常监测以确保符合环境标准。
烟气通常由连续排放监测系统(“CEMS”)来监测。一个完整的CEMS通常包括：(i)样品传送和调节设备，(ii)样品-气体分析仪，和(iii)数据-获得及报告设备。一些CEMS是永久装置；其他的则包括至少某些便携式元件，例如样品传送及调节设备。
在从烟道获得烟气样品后，通常经过过滤并由传送及调节设备进行调节以去除湿气和颗粒物。这种调节不必改变被监测样品中的气体样品的组成。过滤和调节是重要的，因为许多样品-气体分析仪要求不含颗粒物的干燥样品气体以用于可靠及精确的操作。可凝结的水蒸气及颗粒物的存在会产生许多问题，包括堵塞管道和流体组件、模糊光学传感设备，并能造成泵、阀门和流量表失灵。冷凝水蒸气尤其会带来问题，因为某些感兴趣的组分，如二氧化硫，易于溶于液态水。除了造成被分析的气体流中的二氧化硫的不准确(降低)的读数，被溶解的二氧化硫与水反应形成能腐蚀设备的硫酸。
样品传送和调节设备通常包括过滤器、样品探测器、样品管线和气体调节系统。图1描绘出现有技术中的样品传送和调节设备的实例(以下称“便携式采样系统”)。所描绘的特定的便携式采样系统从新泽西州莱克伍德的PermaPure,LLC可商业获得，型号GASS 35。
如图1所描绘的，便携式采样系统100包括如图所示的互连的过滤器102、样品探测器104、加热的传送管线112和调节系统122。
样品探测器104从烟道获取烟气样品。样品探测器包括探测器杆(或“刺针”)106和探测器本体108。被插入烟道以获取样品的探测器杆106包括适合暴露在高温和腐蚀性烟气中的金属，如不锈钢或耐蚀耐高温镍基合金。探测器本体108例如通过加热器110提供加热，以防止冷凝的发生，冷凝会把二氧化硫从气体样品中激发出来。用于从烟气样品中过滤出颗粒物的过滤器102安装在探测器杆106的末端。过滤器102通常是烧结金属或金属丝网过滤器，其能将小至10微米的颗粒过滤出来。
加热的管线112将样品探测器104流体地耦接于调节系统122。该加热的管线通常为约2至3米(m)长；这2至3米使在按需要升高样品探测器104以插入烟道来获取样品时，使用者能将调节系统122放置在支撑表面(例如使用者站立的平台)上。该加热的管线包括绝缘加热套114和管道116，前者包围后者。加热套114包括加热元件和绝热体。管道116通常包括聚四氟乙烯(PTFE)或氟化乙丙烯(FEP)。加热的管线112被控制在约120至180℃的温度范围。该管线被加热的原因与样品探测器104被加热的原因相同；即防止冷凝。
调节系统122的凸件包括如图所示相互关联的过滤元件118、加热器120、两个干燥器126A和126B，以及两个真空泵128A和128B。调节系统122还包括控制器(未示出)以控制便携式取样系统100的某些组件的操作。
如前所述，样品传送和调节设备，例如便携式取样系统100，必须将烟气样品中的湿气去除。这个干燥过程使用一种“净化”气体。用作净化气体的气体源和状况在某种程度对调节系统的布局提出要求。例如，对于是否具有以下功能将要求不同的布局：
·可获得干燥的设备空气用于净化气体的使用；
·部分烟气样品能被用作净化气体；
·虽然烟气不能用作净化气体，但可获得相对干燥的环境空气用于此种目的和/或经调节的烟气样品的所需露点不是特别低；或
·烟气不能用作净化气体且环境空气相对潮湿和/或经调节的烟气样品的所需露点非常低。
在调节系统122中使用两个干燥器和两个真空泵使得在可获得相对潮湿的环境空气作为净化气体且经调节的烟气样品的所需露点相当低的情况下能够使用便携式取样系统100。
继续附图1的讲述，样品泵124通过加热的管线112将烟气样品101吸入样品探测器104内，并进入到调节系统122。气体样品101通过过滤元件118被过滤，过滤元件118可以包括聚结式过滤器和氨洗涤器。加热器120对入口管线、过滤元件118和干燥器126B的前半段(长度上)进行加热。加热器包括温度传感器(未示出)，传感器将信号传给系统控制器(未示出)。根据温度信号，控制器调整所需温度来在干燥器126B内保持希望的温度。
干燥器126A和126B使用NafionTM，一种磺化四氟乙烯基含氟聚合物-共聚物(例如全氟磺酸(PFSA))管道。NafionTM对通过其表面的转移潮气(例如从一种流动的气体流(通常在NafionTM管的内部)到另一种气体流(在该管的外部))具有极端的选择性。与真空泵128A连接的干燥器126A起到干燥净化气体发生器的作用。与真空泵128B连接的干燥器126B使用由干燥器126A产生的干燥的净化气体对烟气样品101进行干燥。
环境空气105通过管线130被吸入干燥器126A。离开干燥器126A的经干燥的空气被分成两股气流：循环气流109A和干燥的净化气体流109B。当潮湿环境空气105移动通过NafionTM管道的里面时，循环气流109A在真空下被吸过干燥器126A内的NafionTM管道的“外面”。潮湿环境空气105和循环气流109A之间的水蒸气压力差从环境空气中驱逐潮气。
当气体样品101移动通过NafionTM管道的里面时，干燥的净化气体流109B在真空下被吸过干燥器126B的NafionTM管道的“外面”。干燥器126B的入口处的温度被控制在高于预期的露点的温度。在某些实施例中，入口温度为约80℃。被干燥的样品气体103从干燥器126B出来并通过管线132离开调节系统以用于在气体分析仪(未示出)中进行分析。
为将潮气去除到所需水平，指南规定在建议的绝对真空度为0.4到0.5巴的情况下，净化气体109B的流量应是烟气样品103的流量的一至三倍。
虽然对其打算的目的有效，但便携式采样系统100仍存有缺陷；即其重量。由于烟气上的采样口的位置，操作者会被要求携带便携式采取系统上很多层楼梯。由于存在有两个干燥器、两个真空泵、多个过滤器以及加热装置，调节系统122重约12.5千克(kg)。并且，由于存在加热元件及相当厚度的热绝缘体，被加热的管线112具有约8至10厘米(cm)的外直径，依其长度重量约为4.5千克或更大。
根据上文所述，需要一种改进的方法及装置以将气体样品干燥至非常低的露点。
发明内容
本发明提供一种用于将气体干燥至非常低的露点的方法及装置，其中所述方法及装置避免了现有技术中的一些缺陷。
认识到便携式采样系统100的重量会有问题，本发明人寻求降低该重量。在被加热管线112(将样品探测器耦接到调节系统122)中的重的热绝缘和用于干燥器126B的加热器120显著地构成了便携式采样系统100的重量。本发明人推断如果能够设计出用于使用潮湿的净化气体将样品气体干燥至非常低的露点的便携式采样系统而具有相对减少的加热/隔绝需求，则会实现重量的实质减轻。
发明人想到如果膜干燥器126B(即负责干燥烟气样品的干燥器)被移动至将样品探测器耦接于调节系统的管线，在那条管线中的热绝缘量可被减少。换言之，由于干燥器将降低样品气体的露点，在温度降至比现有技术的便携式采样系统100的被加热的管线112能够承受(无冷凝)的实质更低的温度前，在该管线内将不发生冷凝。
在现有技术的便携式采样系统100的一些版本中，干燥器126A/126B包括配置在外管道或“壳”内的200根030NafionTM管道，每根NafionTM管道具有约30.5cm(12英寸)的长度并且壳具有大致相同的长度。并非将具有上述配置的干燥器简单设置进被加热的管线112内，本发明人重新设计了干燥器以便其也能提供被加热的管线112(即流体地将样品探测器耦接到下游的设备并提供所需的1.5m或更长的长度)的功能。特别地，在根据本文中教导的用于便携式采样系统的干燥器中，使用了极大缩减了数量的更长长度的NafionTM管道。在示例性例子中，6根050NafionTM被配置在一个外管道或“壳”内，其中多根NafionTM管道和所述壳为约1.5至3m的长度。换言之，在根据示例性实施例的便携式采样系统中，干燥器代替了被加热的管线112，其中干燥器的长度大体上等于被加热的管线112的长度。对这种方式有多种益处。
样品气体的露点随样品气体流过干燥器而降低。因为根据本文的教导，一个干燥器现在代替了被加热的管线112，样品气体的露点将随着该气体继续通过该干燥器朝下游的设备移动而降低(即湿度将下降)。因此，样品的温度能够比没有冷凝发生的现有技术的系统100降低至更低的水平(因为在系统100中，样品气体在离开被加热的管线112并进入调节系统122之后才被干燥)。因而，该新型干燥器设计的外管道需要的热绝缘远少于被加热的管线112。
跨越干燥器的改善的温度梯度。温度对NafionTM的性能有几种影响，影响的最终结果是温度应该在干燥器的入口处相对更加温暖并在其出口处相对更加寒冷。由于根据本发明的示例性实施例在便携式采样系统中加长了干燥器，能够建立所希望的温度梯度；好于在现有技术的系统100的明显较短的干燥器内能够建立的任何梯度。因此，除了由于干燥器的作用而使湿度下降使得在探测器本体的下游能够承受更低的温度的事实外，这种更低的温度能够实现更低的露点。
发明人想到如果干燥器在深真空度例如0.1巴绝对值的压强或更低能够进行运行，干燥器会趋于以真空保温(即由于热传导被极大地减少，热损失下降)的方式进行自绝缘。发明人推测在干燥器的净化端的深真空的隔离效果会将样品烟气保持足够长时间的温暖以使得湿气排出快于温度下降，因此防止发生冷凝。这便有可能更进一步地降低干燥器的壳的热绝缘的需求。这接下来会进一步降低相对于现有技术的系统100的被加热的管线112的那台加热器的重量。然而，在深真空运行被预期会存在以下问题。
现有技术中已知当使用例如NafionTM管子的膜干燥器时，在样品气体(例如在管子的内部)和净化气体(例如在管子的外部)之间的水的蒸气压差将湿气从样品气体驱使向净化气体。此外，自不必说需要大量的净化气体来将潮气从NafionTM管子的外表面带走以实现满意的干燥。
因此，将管子的外部置于真空下在样品气体和净化气体之间加大了水的蒸气压梯度。历史上，曾认为为了对温暖潮湿的样品气体实现令人满意的低露点(低的湿度)，有效的净化气体流量(flow rate)是重要的-相对更加重要于实现最深的可能的真空。事实上，在这方面的指南是：(1)净化气体的流量应该1至3倍于样品气体的流量，并且(2)标称真空度应为约0.5巴绝对值(参见，例如http://www.permapure.com/products/gas-sample- dryers/pd-gas-dryers/:“净化气体应该是以二至三倍于样品流量流动的仪器质量的空气(-40℃露点)或氮气”。值得注意的是：将湿的环境空气而非仪器空气用作净化气体使得实现低露点变得更加困难，在这种情况下使得净化气体流量愈发重要。)
然而，在本发明的背景下，发明人担心的是标称相对高的净化气体流量会将干燥器冷却太多，增大了干燥器内冷凝的风险。因此，一方面，担心过冷却和伴随冷凝，另一方面，担心相对低的净化气体流量会削弱干燥器去除潮湿的能力，这可能会导致冷凝。因此，发明人面临如何平衡这两个竞争参数的挑战。
随后的测试令人颇感惊讶地显示，在深真空度(即≤0.1巴绝对值)并在净化气体流量小于样品的质量流量(例如约其15％至99％)的情况下，NafionTM基干燥器能够将气体样品的露点减低至小于4℃，甚至当净化气体是热的潮湿空气也是如此。
事实上，作为根据本文教导的在便携式采样系统中使用与干燥器配置相关的深真空度和相对低的净化流量的结果，具有单个干燥器(且Nafion-TM的总体数量有所减少)的该系统提供了比现有技术中的采样系统100内的两个基于NafionTM的干燥器更加有效的干燥。
并且在尺寸和重量减小方面，鉴于被加热的管线112具有8至10厘米的外部直径和用于2.5米长度的4.5千克的重量，根据示例性实施例的便携式采样系统内的类似长度的干燥器具有约2.5至3厘米的外直径且预期重量小于0.5千克(该干燥器本身重约0.14千克，这种均衡代表绝缘和某些线路的短的长度)。
因此，根据本发明示例性实施例的便携式采样系统包括一个被加热的探测器、一个输入/输出(“I/O”)系统和一个将所述探测器耦接到所述I/O系统的以管道形式的膜干燥器。
虽然被加热的探测器有点类似于系统100的被加热的探测器，但在一些实施例中包含了能够达到深或近深真空度的真空泵。替代系统100的调节系统122，I/O系统在一些实施例中仅包括采样泵、管子、流量表和一个或多个阀。因为干燥不再发生在这个位置，术语“调节”不适用于这个集成的设备(因此采用“I/O”这种描述符)。回想下现有技术的系统100，其包括两个膜干燥器、两个真空泵、一个加热器、一个采样泵，相关的管线、一个流量表和数个阀。作为其削减的设备配套的结果，与调节系统122的12.5千克相比，本发明的I/O系统重约2.3千克，包括有外壳(在多个实施例中真空泵在探测器本体内)。此外，包含I/O系统的外壳的尺寸比需要用于调节系统122的外壳的尺寸的50％还小。
根据一些实施例，便携式采样系统中的干燥器进行运行使得净化气体处于“近深”真空下(即大于0.1巴绝对值至约0.2巴绝对值)，并且更优选地在“深”真空下(即0.1巴绝对值或更小)。已经发现对于净化气体比对于现有技术的系统100的实质上更低的流量(低至基于质量的气体样品量的约12％)提供了可接受的干燥性能。不造成整个干燥器的过度冷却的最高的净化流量提供了最佳性能。通过简单实验来最好地确定出最大的净化流量，并实际上可通过泵的操作特点被限定。然而，作为一般性建议，净化气体的流量应在样品气体的质量流量的约15％至99％的范围内。
附图说明
图1描绘出现有技术中的便携式采样系统。
图2描绘出根据本发明的说明性实施例的便携式采样系统。
图3描绘出用于在图2的便携式采样系统中使用的膜干燥器的截面图。
图4描绘出根据本发明的说明性实施例的用于干燥的方法。
图5描绘出以净化气体流量对样品气体流量的比(率)作为函数的干燥器长度的曲线图。
具体实施方式
以下术语被提供以随后明确的定义以在本公开及所附权利要求中的使用：
术语“潮湿”，当用来描述净化气体或环境空气时，意为具有在15至30℃范围内的露点。
短语“深真空”意为0.1巴绝对值或更小的真空度。
短语“近深真空”意为大于0.1巴绝对值并小于或等于0.2巴绝对值的真空度。
短语膜干燥器的“壳侧(shell side)”是指干燥膜(例如PFSA等)的多个管道的外侧以及含有干燥膜的多个管道的外管道的内侧的区域。
短语在膜干燥器的“管道侧”是指干燥膜(例如PFSA等)的多个管道内的区域。
短语“净化气体”是指被引向膜干燥器的壳侧的气体，该气体将在多个管道的外侧被净化以用于帮助从在管道内流动的气体去除潮气。
短语“非常柔性的”是指能够被形成具有8英寸或更小直径的环路(即圈)的某物。
术语“大体上”是指在标称值的正负15％内。例如，如果第一机件与第二机件被描述为“大体上相同的长度”，则该第一机件能够具有的长度处于比该第二机件的长度小15％至大15％的范围内。
术语“约”是指在标称值的正负15％内；即与“大体上”同义。
术语“气体”是指一种或多种气体(一种在室温下具有单一定义的热力学状态的物质)和/或一种或多种蒸气(一种气相和液相能够共存的物质)。例如，“烟气”通常包括气体和蒸气，并且包括多于一种的气体和蒸气。
图2描绘出根据本发明的说明性实施例的便携式采样系统200。便携式采样系统200的突出特点包括如图所示互连的样品探测器204、干燥器226和I/O系统222。
样品探测器204从烟道(与泵124和I/O系统222相连)获取烟气的样品101。样品探测器包括探测器杆(或“刺针”)106和探测器本体208。被插入烟道以获取样品的探测器杆106包括适合暴露在高温和腐蚀性烟气中的金属，如不锈钢或耐蚀耐高温镍基合金。
用于从烟气样品中过滤出颗粒物的过滤器102安装在探测器杆106的末端。过滤器102通常是烧结金属或金属丝网过滤器，其能将小至10微米的颗粒过滤出来。
在说明性实施例中，探测器本体208包括加热器10、氨洗涤器240、可选的入口露点传感器242和真空泵228。加热器210对探测器本体进行加热以防止发生冷凝，冷凝会把二氧化硫从气体样品中激发出来。加热器210也可用来加热氨洗涤器240。
氨洗涤器240被用于从烟气样品101中去除氨。氨洗涤器保护下游的气体分析仪免于因氨盐的形成而造成的堵塞。氨是一种高度活性气体，其偶尔被加入烟气以通过转变成氮和水来降低气体中的一氧化氮的含量。但当气体样品中有氨存在时，氨将易于与气体样品中的其他成分-例如二氧化硫-反应形成铵盐。这种盐具有相对的低沸点，因此铵盐在烟道中的较高温度下呈现为气体。但当烟气样品经过加热器226冷却下来时，铵盐以固体形式凝结出来，堵塞干燥器或下游的分析仪。
氨洗涤器240包括聚砜壳，聚砜壳围绕不锈钢-壳的外罩，或者，可替换地，所述壳及外罩均为不锈钢。外罩包含磷基洗涤介质及惰性陶瓷节鞍(burl saddles)。样品中的水蒸气激活所述洗涤介质以产生磷酸。在酸碱中和反应中，磷酸与氨反应产生氨的磷酸盐。这种化合物即使在升高的温度下仍是固体，并且在氨洗涤器内立即沉淀成可看到的盐渣。为适宜操作，氨洗涤器应被保持在样品的露点之上的温度以避免水溶性分析物的损失。加热器240，或与氨洗涤器240一体化的加热器(例如电阻带加热器等)，被用于该目的。
入口露点传感器242(如有的话)确定烟气样品101的露点。
商业上可获得的真空泵228用于在干燥器226内的NafionTM管道的外侧抽出近深真空(即大于0.1巴绝对值至约0.2巴绝对值)或者，优选地，深真空(0.1巴绝对值或更小)。
干燥器226提供至少双重功能；除了干燥，其流体地将样品探测器204耦接于I/O系统222，并提供必要的1.5米或更长的长度。短长度的加热套114包围干燥器226的第一0.1米左右以确保无冷却-并因此无冷凝-发生。
根据本申请的教导，干燥器226包括配置在热绝缘“壳”内的合适的PFSA膜的相对少的管道(例如少于二十并更为通常地在6至12根道的范围内)。在说明性实施例中，使用六根管道的050NafionTM(内直径0.05英寸)。在说明性实施例中，壳包括由氟化乙丙烯(FEP)制成的管线。在使用六根管道的050NafionTM的说明性实施例中，FEP管线具有3/8英寸的内直径。在一些实施例中，NafionTM管线和壳均具有约相同的长度；在说明性实施例中，该长度为约1.5m，但更为通常的是在约1.5m至5m的范围内。
图3描绘出干燥器226的截面图，其中六根NafionTM管道350配置在壳352内。在一些其他的实施例中，其他PFSA膜可适于使用。此外，凭借干燥器的长度、干燥器内相对低数量的NafionTM管道以及被使用材料(即NafionTM和FEP管线)的杨氏模量的低值，干燥器是非常柔性的。
结合本公开，本领域技术人员能够设计、制造并使用包含有PFSA膜的干燥器。
干燥器226的末端进入I/O系统222。I/O系统222包括真空泵124、可选择的露点传感器246、流量表248和颗粒物过滤器244。I/O系统包含在通常由金属或硬塑料制成的外罩内。
通过真空泵228的操作，I/O系统222吸入作为用于干燥器226的净化气体的环境潮湿空气105。在说明性实施例中，真空泵228位于探测器本体208内。然而，在一些其他的实施例中(未示出)，真空泵228配置在I/O系统222内而非在探测器本体内，其中在干燥器226旁延伸的管道将净化气体输送回真空泵。
空气105在过滤器244内被过滤，用于去除颗粒物。空气过滤器244，包括氟碳硼硅酸盐玻璃微纤维元件(从United Filtration Systems of Sterling Heights,MI或其他可商业获得)，适合用于将具有1微米或更大尺寸的颗粒物去除。经过滤的空气通过管线132送向干燥器226的末端227，该末端包括流量限制(未示出)以调节进入干燥器的空气流量。流量限制可以塞中孔(即量孔(orifice))、针阀或类似物来实施。可替换地，可以使用采用更大直径的更长的限制管线，这是有益的，因为不太可能被通过过滤器244的颗粒物堵塞。
没有按现有技术中的系统100的方式被干燥的空气105越过内部的NafionTM管道的外侧被传送至干燥器226的“壳”侧。在一些其他的实施例中，虽然空气105被去除潮气，但不是通过基于PFSA的干燥器。例如，在这类其他的实施例中，空气105是通过一种干燥器或冷凝冷却器。
除了吸入环境空气，I/O系统222将经调节的烟气样品103输出至空气分析仪(未示出)。经调节的烟气样品离开干燥器226进入管道134并被吸过真空泵124(该真空泵提供从烟气道吸入烟气样品101的吸力)。经调节的烟气样品103随后穿过串联的可选择的出口露点传感器246(如存在)、流量表248，并离开I/O系统222至气体分析仪以用于分析。
图4描绘出用于使用潮湿气体源例如环境空气将气体流干燥至低露点(例如4℃或更低)的方法400。方法400能被用于干燥烟气气体样品以用于在说明性实施例中的后续的分析。另外，可将方法400用于无法获得干燥的净化气体且气体流必须被干燥至低露点(例如4℃或更低)的应用中。应当理解的是，虽然便携式采样系统200被开发用于潮湿的气体源(例如潮湿的环境空气等)，但本文公开的采样系统和方法能被用于当干燥的气体源(例如干燥的装置空气、相对干燥的环境空气等)是可获得的时，干燥样品气体。
根据操作401，提供膜干燥器。膜优选地，但不是必须的，包括PFSA。如先前注意到的，PFSA干燥器还包括NafionTM干燥器。按照操作402，需要干燥的样品气体被吸过干燥膜(PFSA膜的管道等)的内侧。在操作403中，接触诸如潮湿环境空气的气体用作净化气体。根据操作404，该气体在近深真空或深真空的情况下被吸过膜干燥器的壳侧。
图5描绘出以净化气体对样品气体的质量流量的比(“气体-流量比”)作为函数的干燥器长度的曲线图。更具体地，y轴提供要求对每分钟1升(lpm)的样品气体流量实现-10℃露点的基于PD-6T的干燥器的按英寸计的长度。图5基于以下条件：
·被使用的干燥器：PD-6T(6根管道的050NafionTM(内直径0.05英寸))；
·真空水平：在干燥器内的管道外侧的深真空(0.1巴绝对值或更小)
·样品气体：入口：70℃的露点出口：-10℃的露点；
·净化气体：入口：15℃的露点。
图5示出对于具有1.5米(59英寸)的长度的PD-6T基干燥器，且在所述条件下，样品气体的目标潮湿水平(即-10℃的露点)令人惊讶地在气体-流量比低至0.15时便被满足。长度与气体流量比的关系在比低于约0.2时具有一般的指数形式。按照图5，对运行于0.1巴绝对值的PFSA干燥器，在0.1至0.2的气体流量比之间的曲线具有“膝段”)，在这段气体流量比之间的性能剧烈下降并且需要达到可接受的低露的干燥膜的长度变得无法接受的大。虽然通过增加气体流量比到0.3实现了可观的性能效益，但高于0.3后，性能的提升却比较小，而与此同时由于所增加的气体流量却导致真空泵的尺寸极大的增加。
假如气体流量比保持不变，干燥膜的被需要达到目标露点的长度与气体样品的流量(flow rate)呈线性增加。在多个实施例中，其中使用了短于1.5米的PD-6T基干燥器，人们能降低样品流量实现目标露点。在这方面，大多数的气体分析仪需要1lpm的气体流量，并且因此，大多数的便携式采样/调节系统的尺寸被设计为用于1.5lpm的(以提供用于分析仪的余量)。
本领域技术人员清楚在各实施例中干燥器包含多于六根050NafionTM的管道，相对于PD-6T干燥器，所需的用于给定条件的干燥器的长度将被减小。作为一阶近似，上述需求呈线性关系。换言之，对于是PD-6T干燥器两倍数量的管道(即十二根管道)的基于NafionTM的干燥器，该干燥器的长度是PD-6T干燥器长度的二分之一。尽管对于PFSA膜而非NafionTM膜，需要额外的管道或长度，但当处于0.1巴绝对值被净化时，描绘于图5中的曲线图的形状适用于所有PFSA膜干燥器。
在气体流量比上没有具体限制，除了前文解释过的高的净化气体流量会使干燥器冷却到在其内发生冷凝的程度。在那方面，可选择的露点传感器246可被用于调整净化气体流量的控制回路中，例如在避免任何冷凝的同时优化整个干燥器上的冷却/温度梯度。如前面所指出的，净化气体的流量在某种程度上是由真空泵的操作(即泵的操作曲线)确定的。此外，由于净化气体的流量增加，真空泵的尺寸也增加，招致成本及重量上的代价。
在一些实施例中，气体流量比小于1(即净化气体的质量流量(the mass flowrate)小于气体样品的质量流量)。更特别地，在一些实施例中，气体流量比应在约0.12至约0.99的范围内。在一些其他的实施例中，气体流量比小于约0.50。并且在一些额外的实施例中，气体流量比在约0.15至约0.50的范围内。在一些优选实施例中，气体流量比在约0.15至0.3的范围内。在一些进一步的实施例中，气体流量比在约0.12到0.2的范围内。
应当理解本公开仅教导了示例性实施例的一个例子，且本领域技术人员在阅读本公开后能够容易地想出本发明的许多变形，本发明的范围将由以下权利要求进行确定。

Claims (28)

1.一种使用净化气体来干燥气相样品的方法，该方法包括：
使用样品探测器从燃烧设备的烟道获得气相样品，
在所述样品探测器处将气相样品的颗粒过滤出，
使气相样品通过非常柔性的管，其中所述管包括：
（a）单个干燥器，该干燥器包括干燥气相样品的全氟磺酸膜的多个管道，和
（b）加热套，其包住所述多个管道的长度的一部分，其中所述一部分小于所述管道总长度的20%；以及
使净化气体流过所述多个管道的外表面。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述气相样品具有第一质量流量，并且其中，使净化气体流过所述管道的外表面进一步包括在深真空或近深真空且净化气体的质量流量小于所述气相样品的质量流量的情况下使所述净化气体流动。
3.如权利要求2所述的方法，其中使净化气体流过所述管道的外表面还包括：使所述净化气体以一种流量流动，该流量除小于所述气相样品的质量流量外，足以将其露点降至4℃或更低。
4.所权利要求2所述的方法，其中所述净化气体的质量流量是在所述气相样品的质量流量的0.12至0.3的范围内。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述多个管道和管具有大致相同的长度。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述净化气体的露点在10℃至35℃的范围内。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述净化气体为潮湿的净化气体。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述多个管道具有1.5米的长度。
9.如权利要求6所述的方法，其中所述气相样品具有第一质量流量，并且其中，使净化气体流过所述管道的外表面进一步包括在深真空或近深真空且净化气体的质量流量小于所述气相样品的质量流量的情况下使所述净化气体流动。
10.如权利要求9所述的方法，其中使净化气体流过所述管道的外表面还包括：使所述净化气体以一种流量流动，该流量除小于所述气相样品的质量流量外，足以将其露点降至4℃或更低。
11.如权利要求9所述的方法，其中所述净化气体的质量流量是在所述气相样品的质量流量的0.12至0.3的范围内。
12.如权利要求7所述的方法，其中所述气相样品具有第一质量流量，并且其中，使净化气体流过所述管道的外表面进一步包括在深真空或近深真空且净化气体的质量流量小于所述气相样品的质量流量的情况下使所述净化气体流动。
13.如权利要求12所述的方法，其中使净化气体流过所述管道的外表面还包括：使所述净化气体以一种流量流动，该流量除小于所述气相样品的质量流量外，足以将其露点降至4℃或更低。
14.如权利要求12所述的方法，其中所述净化气体的质量流量是在所述气相样品的质量流量的0.12至0.3的范围内。
15.如权利要求1所述的方法，其中所述一部分不及所述管的长度的10%。
16.一种使用潮湿的净化气体来干燥气相样品的方法，该方法包括：
使用样品探测器从燃烧设备的烟道获得气相样品，
在所述样品探测器处将所述气相样品的颗粒过滤出，
在单个干燥器内干燥所述气相样品，所述单个干燥器具有设置在管子内的少于二十个全氟磺酸膜的管道，所述管道和管子是非常柔性的，并且其中，小于所述管子的长度的20%被加热套包住，其中，干燥进一步包括：
（a）使气相样品流过所述管道的内部，和
（b）使处于深真空或近深真空的所述潮湿的净化气体流过所述管道的外部，其中所述净化气体的质量流量小于所述气相样品的质量流量，并足以将气相样品的露点降至4℃或更低。
17.如权利要求16所述的方法，其中使所述潮湿的净化气体流动包括使所述潮湿的净化气体以在所述气相样品的质量流量的0.12至0.3的范围内的质量流量进行流动。
18.如权利要求16所述的方法，其中小于所述管子的长度的10%被加热套包住。
19.如权利要求16所述的方法，其中所述管道具有1.5米的长度。
20.一种用于对来自烟道的气体采样并将至少部分的潮气从采样气体中去除的便携式采样系统，该系统包括：
样品探测器，该探测器取回气体样品，其中所述样品探测器包括；
探测器杆，其尺寸和布置使其可插入所述烟道，和
连接到所述探测器杆的探测器本体，其中所述探测器本体包括加热器；
装在外壳内的输入/输出系统，其中所述输入/输出系统包括第一真空泵，该第一真空泵被布置以提供将所述气体样品吸入所述样品探测器的吸力，并且其中所述输入/输出系统接收并过滤来自周围环境的气体以用作净化气体，
与所述样品探测器和输入/输出系统流体地耦接的管，所述管包括以多个管道形式的全氟磺酸膜，所述多个管道配置在管子形式的壳内，其中所述管的一部分被加热套包住，其中该一部分小于管的总长度的20%；以及
第二真空泵，该第二真空泵从所述输入/输出系统抽取所述净化气体送到并穿过构成所述壳的管子。
21.如权利要求20所述的便携式采样系统，其中所述管是非常柔性的。
22.如权利要求20所述的便携式采样系统，其中所述管具有至少1.5米的长度。
23.如权利要求20所述的便携式采样系统，其中所述第二真空泵在所述壳的内部及所述管道的外部之间的限定区域内抽取出近深真空。
24.如权利要求20所述的便携式采样系统，其中所述第二真空泵在所述壳的内部及所述管道的外部之间的限定区域内抽取出深真空。
25.如权利要求20所述的便携式采样系统，其中所述输入/输出系统不包含加热器。
26.如权利要求20所述的便携式采样系统，其中所述第二真空泵配置在所述探测器内。
27.如权利要求20所述的便携式采样系统，其中所述输入/输出系统进一步包括所述第二真空泵。
28.如权利要求20所述的便携式采样系统，其中所述多个管道包括少于20根管道。
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