CN110801769A - 一种高压混合气体的配制系统及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及制备高压气体领域，具体是涉及一种高压混合气体的配制系统及使用方法。该配制系统包括气源控制部、第一增压器、混合气体容器、第二增压器、取样仓，气源控制部用于提供配制混合气体所需的各种气体。气源控制部的出气口与第一增压器的进气口连通，第一增压器的出气口与混合气体容器连通，第一增压器和混合气体容器相互配合，用于对气源控制部排放的气体进行一级增压。混合气体容器和第一增压器的进气口之间连通有输气管道，第一增压器的出气口还与第二增压器的进气口连通，第二增压器的出气口与取样仓连通，第一增压器、第二增压器、取样仓相互配合，用于对从混合气体容器中排放出的气体进行二级增压。

Description

一种高压混合气体的配制系统及使用方法

技术领域

本发明涉及制备高压气体领域，具体是涉及一种高压混合气体的配制系统及使用方法。

背景技术

在高压科学领域，气体是非常重要的研究对象，通过改变其温度、压力、磁场等参数可以诱发普通条件下不存在的新物理、新化学，是探索新材料的一个重要途径。同时，气体也是高压环境下优异的传压介质，可以将压力比较均匀的传导给固体样品，形成近似的静水压条件。

常压或者低压下，气体因为密度小，在到达高压条件下体积会严重收缩，样品含量少，无法获取有效的实验数据，不能满足需要。因此，在高压实验中，一般会将气体加压到100MPa以上的压力(通常为200MPa)，再充入取样仓里进行取样，对于某些特殊实验，气体甚至会被加压到500MPa以上。

除了单一种类的气体，气体的混合物也是极其重要的的研究对象，目前，亟需配制高压混合气体的系统，以解决高压实验对高压混合气体急需的问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的之一是提供了一种高压混合气体的配制系统，使用该系统能够配制出高压混合气体，满足高压实验对高压混合气体的需求。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种高压混合气体的配制系统，该配制系统包括气源控制部、第一增压器、混合气体容器、第二增压器、取样仓，所述气源控制部用于提供配制混合气体所需的各种气体；

所述气源控制部的出气口与第一增压器的进气口相连，所述第一增压器的出气口与混合气体容器相连，所述第一增压器和混合气体容器相互配合，用于对气源控制部排放的气体进行一级增压；

所述混合气体容器和第一增压器的进气口之间连通有输气管道，所述第一增压器的出气口还与第二增压器的进气口相连，所述第二增压器的出气口与取样仓相连，所述取样仓内部存储高压混合气体的质量小于混合气体容器内部存储高压混合气体的质量，所述第一增压器、第二增压器、取样仓相互配合，用于对从混合气体容器中排放出的气体进行二级增压，并将二级增压之后的气体保存在取样仓内。

进一步，该配制系统还包括缓冲罐，所述气源控制部的出气口与缓冲罐的进气口连通，所述缓冲罐的出气口与第一增压器的进气口连通。

进一步，所述缓冲罐的出气口处设置有第一阀门，所述第一增压器的出气口处连通有管道，该管道上连通有两个分支管道；

其中一个分支管道与混合气体容器连通，该分支管道的起点至混合气体容器依次设置有第二阀门、第三阀门，所述气源控制部排放的气体依次流经缓冲罐、第一阀门、第一增压器、第二阀门、第三阀门、混合气体容器进行一级增压；

所述输气管道上设置有第四阀门，所述输气管道的端部连接在第二阀门和第三阀门之间；或者，所述输气管道的端部连接在混合气体容器；另一个分支管道与第二增压器的进气口连通，该分支管道上设置有第五阀门，所述混合气体容器排放的气体依次流经第三阀门、第四阀门、第一增压器、第五阀门、第二增压器、取样仓进行二级增压，并将二级增压之后的气体保存在取样仓内。

进一步，所述取样仓的内部设置有取样器，所述取样器与取样仓形成的空腔用于存储高压混合气体。

进一步，所述取样仓连通有气体回收管道和/或所述取样仓连通有排放管；所述气体回收管道上设置有回收阀门，用于将取样器取样之后剩余的气体回收至混合气体容器；所述排放管上设置有排放阀门，用于将取样器取样之后剩余的气体排放至系统外部。

进一步优选的，所述气体回收管道的进气口与取样仓连通，所述气体回收管道的出气口与第一增压器连通，所述气体回收管道和第一增压器相互配合，用于将取样器取样之后剩余的气体回收至混合气体容器。

进一步，该配制系统还包括与系统连通的真空泵，用于在使用之前将系统抽为真空，且真空泵的进气口处设置有第六阀门。

进一步优选的，所述气源控制部的每一个气源支路均包括依次连通的气源、气源阀门、流量计、单向阀，气源支路并联之后与缓冲罐的进气口连通，或者，所述气源控制部的每一个气源支路均包括依次连通的气源、气源阀门，气源支路并联之后与流量计的进气口连通，所述流量计的出气口与缓冲罐的进气口连通。

进一步优选的，所述混合气体容器的数量为多个，各个所述混合气体容器相互并联，每一个混合气体容器与其相应的第三阀门连通。

本发明的目的之二是提供一种高压混合气体的配制系统的使用方法，该使用方法包括如下步骤：

S1，在配制高压混合气体之前，对系统进行抽真空操作，具体步骤如下：

关闭排放阀门、气源控制部的各个气源阀门，打开第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门、回收阀门；

启动真空泵，直至整个系统为真空状态，之后关闭第四阀门、第五阀门、第六阀门、回收阀门；

S2，对混合气体进行一级增压，具体步骤如下：

打开气源控制部的各个气源阀门、气源，每个气源向系统输送气体，当缓冲罐出气口处的第一压力计检测出气体压力值达到第一增压器工作所需要的气体压力值时，启动第一增压器，各种气体依次流经气源阀门、流量计、单向阀、缓冲罐，第一增压器将缓冲罐内的气体输送至混合气体容器中，当流量计检测出气体流量达到设定值时，关闭该气体所在支路的气源阀门，直至所有气体均达到其对应的设定值时；

关闭气源控制部的各个气源阀门，此时第一增压器继续工作，直至第一压力计检测的压力值小于第一增压器工作所需要的压力值时，关闭第一增压器，并关闭第一阀门、第二阀门；

S3，对混合气体容器中的气体进行二级增压，具体步骤如下：

打开第四阀门、第五阀门，启动第二增压器，第一增压器和第二增压器相互配合，混合气体容器中的气体进入到取样仓内，直至取样仓进气口处的第三压力计检测出取样仓内的高压混合气体的压力达到设定值时，完成对高压混合气体的配制，此时关闭第四阀门、第五阀门；

S4，取样器对取样仓内的高压混合气体进行取样，取样之后，打开回收阀门、第二阀门，取样仓内剩余的高压混合气体在气压作用下经气体回收管道、第一增压器进入到混合气体容器，此时第一增压器是停止工作的；

当第二压力计和第三压力计示数相同时，第一增压器开始工作，将取样仓内残余气体加压输送到混合气体容器内，关闭第三阀门，打开取样仓，取出取样器。

本发明的有益效果如下：

(1)气源控制部向系统输送配制混合气体所需要的各种气体，第一增压器将气体输送至混合气体容器中，在对气体进行一级增压的同时也使得各种气体在混合气体容器中得到混合，第一增压器和第二增压器相互配合对混合气体容器中的气体进行二级增压，解决了现有技术一次增压对气源压力要求过高的问题。

(2)通过最终需要的总气量估算出气源需要提供的低压气体的用量，通过流量计来精确计量，再通过第一增压器来加压至混合气体容器中，解决了气体在高压下因压缩比不同，无法准确配比的问题。

(3)缓冲罐对待增压的气体进行缓冲，其缓存的量用于满足增压器一次增压所需要的气量和气压，否则增压器无法正常工作。同时，气体在缓冲罐内可以进行初步混合。

(4)混合气体容器能够使得气体充分混合，同时也控制了配制气体的总量，提高系统高压安全系数。也用于气体的回收存储，防止配制的高压混合气体的浪费。

(5)真空泵对整个系统的管道、腔体等进行抽真空操作，能够将系统内的杂质气体予以清除，保证后续样品气体的纯度。

(6)当各路气体同时为开启状态时，单向阀可以防止因压差倒流而引起的气源污染。

附图说明

图1a和图1b为本发明的多路气源同时打开的系统结构图；

图2为本发明的一路气源单独打开的系统结构图；

图3为本发明的带有多个混合气体容器的系统结构图。

图中标注符号的含义如下：

1-气源控制部 10-气源 11-气源阀门 12-流量计 13-单向阀

2-缓冲罐 3-第一增压器 4-混合气体容器 5-输气管道 6-第二增压器

7-取样仓 70-取样器 8-气体回收管道 9-真空泵

V1～V6-第一阀门～第六阀门 V7-排放阀门 V8-回收阀门

G1～G3-第一压力计～第三压力计

具体实施方式

以下结合实施例和说明书附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种高压混合气体的配制系统，如图1a所示，该配制系统包括气源控制部1、缓冲罐2、第一增压器3、混合气体容器4、第二增压器6、取样仓7，气源控制部1用于提供配制混合气体所需的各种气体。取样仓7内部存储的混合气体的质量小于混合气体容器4的质量，即取样仓7内部用于存储高压混合气体的容量小于混合气体容器4内部用于存储高压混合气体的容量。

气源控制部1包括多路气源支路，本实施例中，气源支路的数量为三种，每一路气源支路均包括依次连通的气源10、气源阀门11、流量计12、单向阀13，气源支路并联之后与缓冲罐2的进气口连通。本实施例中流量计12为质量流量控制器。

缓冲罐2的出气口所在的管道沿气体流向依次设置有第一压力计G1、第一阀门V1、第一增压器3、第二压力计G2、第二阀门V2、第三阀门V3、混合气体容器4，第一增压器3将缓冲罐2的低压气体输送至高压的混合气体容器4内，对混合气体进行一级增压。

在第二阀门V2和第三阀门V3之间连通有输气管道5，输气管道5的另一端连通在第一增压器3的进气口，第一增压器3的出气口所在的管道还连通第二增压器6，第二增压器6的进气口设置有第五阀门V5，第二增压器6出气口所在的管道与取样仓7连通，第一增压器3、第二增压器6相互配合，用于对混合气体容器4内的气体进行二级增压。

如图1b所示，输气管道5也可以直接与混合气体容器4相连。

第二增压器6出气口与取样仓7之间的管道上连通有气体回收管道8，气体回收管道8上设置有回收阀门V8，气体回收管道8连通第一增压器3、混合气体容器4，从而使得气体回收管道8将取样仓7与混合气体容器4连通，用于将取样器70取样之后剩余的气体回收至混合气体容器4。

第二增压器6出气口所在的管道沿气体流向的延长方向上设置有排放管，排放管上设置有排放阀门V7，取样仓7与该排放管连通。

本实施例中，可以只有气体回收管道8或者只有排放管，也可以是两者同时存在。

排放管上设置有用于抽真空的管道，该管道上设置有第六阀门V6、真空泵9，用于在使用之前将系统抽为真空。

实施例2

在实施例1的基础上，如图2所示，本实施例中，每一个气源支路均包括依次连通的气源10、气源阀门11，气源支路并联之后与流量计12的进气口连通，流量计12的出气口与缓冲罐2的进气口连通。其余部分和实施例1相同，在配制混合气体时，单独打开其中一个气源支路的气源阀门11，当该气体流量达到设定值时，关闭该气源支路的气源阀门11，再依次打开其它气源支路的气源阀门11。

实施例3

在实施例1、2的基础上，如图3所示，混合气体容器4的数量为三组，每一个混合气体容器4的进出气口处设置有与其相应的第三阀门V3，当需要配置一种混合气体时，打开相应的第三阀门V3，取样之后，剩余的气体回收至该混合气体容器4。

实施例4

在实施例1、2、3的基础上，使用该配制系统配制高压混合气体的方法包括如下步骤，

S1，在配制高压混合气体之前，对系统进行抽真空操作，具体步骤如下：

关闭排放阀门V7、气源控制部1的三个气源阀门11，打开第一阀门V1、第二阀门V2、第三阀门V3、第四阀门V4、第五阀门V5、第六阀门V6、回收阀门V8；

启动真空泵9，直至整个系统为真空状态，之后关闭第四阀门V4、第五阀门V5、第六阀门V6、回收阀门V8。将系统抽为真空，能够防止其它的气体污染需要制备的高压混合气体

S2，对混合气体进行一级增压，具体步骤如下：

打开气源控制部1的各个气源阀门11、气源10，气源10的设置为0.5-1MPa左右，每个气源10向系统输送气体，当缓冲罐2出气口处的第一压力计G1检测出气体压力值达到第一增压器3工作所需要的气体压力值时，启动第一增压器3，各种气体依次流经气源阀门11、流量计12、单向阀13、缓冲罐2，第一增压器3将缓冲罐2内的气体输送至混合气体容器4中，当流量计12检测出气体流量达到设定值时，关闭该气体所在支路的气源阀门11，直至所有气体均达到其对应的设定值时，此时关闭第一阀门V1、第二阀门V2；

S3，对混合气体容器4中的气体进行二级增压，具体步骤如下：

打开第四阀门V4、第五阀门V5，启动第二增压器6，第一增压器3和第二增压器6相互配合，混合气体容器4中的气体进入到取样仓7内，直至取样仓7进气口处的第三压力计G3检测出取样仓7内的高压混合气体的压力达到设定值时，完成对高压混合气体的配制，此时关闭第四阀门V4、第五阀门V5；

S4，取样器70对取样仓7内的高压混合气体进行取样，取样之后，打开回收阀门V8、第二阀门V2，取样仓7内剩余的高压混合气体在气压作用下经气体回收管道8、第一增压器3进入到混合气体容器4，此时第一增压器3是停止工作的；

当第二压力计G2和第三压力计G3示数相同时，第一增压器3开始工作，将取样仓7内残余气体加压输送到混合气体容器4内，关闭第三阀门V3，打开取样仓7，取出取样器70。

Claims (10)

1.一种高压混合气体的配制系统，其特征在于：该配制系统包括气源控制部(1)、第一增压器(3)、混合气体容器(4)、第二增压器(6)、取样仓(7)，所述气源控制部(1)用于提供配制混合气体所需的各种气体；

所述气源控制部(1)的出气口与第一增压器(3)的进气口相连，所述第一增压器(3)的出气口与混合气体容器(4)相连，所述第一增压器(3)和混合气体容器(4)相互配合，用于对气源控制部(1)排放的气体进行一级增压；

所述混合气体容器(4)和第一增压器(3)的进气口之间连通有输气管道(5)，所述第一增压器(3)的出气口还与第二增压器(6)的进气口相连，所述第二增压器(6)的出气口与取样仓(7)相连，所述取样仓(7)内部存储高压混合气体的质量小于混合气体容器(4)内部存储高压混合气体的质量；所述第一增压器(3)、第二增压器(6)、取样仓(7)相互配合，用于对从混合气体容器(4)中排放出的气体进行二级增压，并将二级增压之后的气体保存在取样仓(7)内。

2.如权利要求1所述的配制系统，其特征在于：该配制系统还包括缓冲罐(2)，所述气源控制部(1)的出气口与缓冲罐(2)的进气口连通，所述缓冲罐(2)的出气口与第一增压器(3)的进气口连通。

3.如权利要求2所述的配制系统，其特征在于：所述缓冲罐(2)的出气口处设置有第一阀门(V1)，所述第一增压器(3)的出气口处连通有管道，该管道上连通有两个分支管道；

其中一个分支管道与混合气体容器(4)连通，该分支管道的起点至混合气体容器(4)依次设置有第二阀门(V2)、第三阀门(V3)，所述气源控制部(1)排放的气体依次流经缓冲罐(2)、第一阀门(V1)、第一增压器(3)、第二阀门(V2)、第三阀门(V3)、混合气体容器(4)进行一级增压；

所述输气管道(5)上设置有第四阀门(V4)，所述输气管道(5)的端部连接在第二阀门(V2)和第三阀门(V3)之间；或者，所述输气管道(5)的端部连接在混合气体容器(4)；另一个分支管道与第二增压器(6)的进气口连通，该分支管道上设置有第五阀门(V5)，所述混合气体容器(4)排放的气体依次流经第三阀门(V3)、第四阀门(V4)、第一增压器(3)、第五阀门(V5)、第二增压器(6)、取样仓(7)进行二级增压，并将二级增压之后的气体保存在取样仓(7)内。

4.如权利要求1或2或3所述的配制系统，其特征在于：所述取样仓(7)的内部设置有取样器(70)，所述取样器(70)与取样仓(7)形成的空腔用于存储高压混合气体。

5.如权利要求4所述的配制系统，其特征在于：所述取样仓(7)连通有气体回收管道(8)和/或所述取样仓(7)连通有排放管；所述气体回收管道(8)上设置有回收阀门(V8)，用于将取样器(70)取样之后剩余的气体回收至混合气体容器(4)；所述排放管上设置有排放阀门(V7)，用于将取样器(70)取样之后剩余的气体排放至系统外部。

6.如权利要求5所述的配制系统，其特征在于：所述气体回收管道(8)的进气口与取样仓(7)连通，所述气体回收管道(8)的出气口与第一增压器(3)连通，所述气体回收管道(8)和第一增压器(3)相互配合，用于将取样器(70)取样之后剩余的气体回收至混合气体容器(4)。

7.如权利要求1所述的配制系统，其特征在于：该配制系统还包括与系统连通的真空泵(9)，用于在使用之前将系统抽为真空，且真空泵(9)的进气口处设置有第六阀门(V6)。

8.如权利要求2或3或7所述的配制系统，其特征在于：所述气源控制部(1)的每一个气源支路均包括依次连通的气源(10)、气源阀门(11)、流量计(12)、单向阀(13)，气源支路并联之后与缓冲罐(2)的进气口连通；或者，所述气源控制部(1)的每一个气源支路均包括依次连通的气源(10)、气源阀门(11)，气源支路并联之后与流量计(12)的进气口连通，所述流量计(12)的出气口与缓冲罐(2)的进气口连通。

9.如权利要求2或3或7所述的配制系统，其特征在于：所述混合气体容器(4)的数量为多个，各个所述混合气体容器(4)相互并联，每一个混合气体容器(4)与其相应的第三阀门(V3)连通。

10.如权利要求9所述的配制系统的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，在配制高压混合气体之前，对系统进行抽真空操作，具体步骤如下：

关闭排放阀门(V7)、气源控制部(1)的各个气源阀门(11)，打开第一阀门(V1)、第二阀门(V2)、第三阀门(V3)、第四阀门(V4)、第五阀门(V5)、第六阀门(V6)、回收阀门(V8)；

启动真空泵(9)，直至整个系统为真空状态，之后关闭第四阀门(V4)、第五阀门(V5)、第六阀门(V6)、回收阀门(V8)；

S2，对混合气体进行一级增压，具体步骤如下：

打开气源控制部(1)的各个气源阀门(11)、气源(10)，气源(10)向系统输送气体，当缓冲罐(2)出气口处的第一压力计(G1)检测出气体压力值达到第一增压器(3)工作所需要的气体压力值时，启动第一增压器(3)，各种气体依次流经气源阀门(11)、流量计(12)、单向阀(13)、缓冲罐(2)，第一增压器(3)将缓冲罐(2)内的气体输送至混合气体容器(4)中，当流量计(12)检测出气体流量达到设定值时，关闭该气体所在支路的气源阀门(11)，直至所有气体均达到其对应的设定值时；

关闭气源控制部(1)的各个气源阀门(11)，此时第一增压器(3)继续工作，直至第一压力计(G1)检测的压力值小于第一增压器(3)工作所需要的压力值时，关闭第一增压器(3)，并关闭第一阀门(V1)、第二阀门(V2)；

S3，对混合气体容器(4)中的气体进行二级增压，具体步骤如下：

打开第四阀门(V4)、第五阀门(V5)，启动第二增压器(6)，第一增压器(3)和第二增压器(6)相互配合，混合气体容器(4)中的气体进入到取样仓(7)内，直至取样仓(7)进气口处的第三压力计(G3)检测出取样仓(7)内的高压混合气体的压力达到设定值时，完成对高压混合气体的配制，此时关闭第四阀门(V4)、第五阀门(V5)；

S4，取样器(70)对取样仓(7)内的高压混合气体进行取样，取样之后，打开回收阀门(V8)、第二阀门(V2)，取样仓(7)内剩余的高压混合气体在气压作用下经气体回收管道(8)、第一增压器(3)进入到混合气体容器(4)，此时第一增压器(3)是停止工作的；

当第二压力计(G2)和第三压力计(G3)示数相同时，第一增压器(3)开始工作，将取样仓(7)内残余气体加压输送到混合气体容器(4)内，关闭第三阀门(V3)，打开取样仓(7)，取出取样器(70)。

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