CN110849680A - 一种气体富集装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及气体检测设备技术领域，尤其涉及一种气体富集装置。该气体富集装置包括富集腔体、多级冷却装置和加热器，所述富集腔体包括富集本体以及构造在所述富集本体上的多个气体通道，各所述气体通道相互平行，且各所述气体通道分别贯通所述富集本体的相对两端；所述多级冷却装置和所述加热器分别设置在所述富集本体的外侧壁上。该气体富集装置，能够对各种痕量轻质气体进行富集，提高进入气体检测设备前的轻质气体浓度，进而便于通过气体检测设备检测轻质气体的组分和浓度。

Description

一种气体富集装置

技术领域

本发明涉及气体检测设备技术领域，尤其涉及一种气体富集装置。

背景技术

对电力变压器油中的溶解气体以及环境空气中的轻质气体进行检测时，由于轻质气体的浓度很低，超出了热导检测器(TCD)、火焰离子化检测仪(FID)及电子鼻等现有气体检测设备的响应极限，很难利用这些气体检测设备进行有效检测。

目前，常用的检测方式是对待检测的气体进行富集，将其有效浓度提高10～1000倍后，再利用现有的气体检测设备进行检测。现有的气体富集设备常采用富集管，在富集管的腔室内部填充特定的吸附材料，从而实现对气体的富集。然而，现有的吸附材料，难以实现对轻质气体的有效吸附。也即，现有的气体富集设备，不适用于轻质气体的富集。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种气体富集装置，解决现有的气体富集设备难以对轻质气体进行有效的吸附富集的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种气体富集装置，包括富集腔体、多级冷却装置和加热器，所述富集腔体包括富集本体以及构造在所述富集本体上的多个气体通道，各所述气体通道相互平行，且各所述气体通道分别贯通所述富集本体的相对两端；所述多级冷却装置和所述加热器分别设置在所述富集本体的外侧壁上。

进一步地，所述富集本体的两端对应设有进气端口和出气端口，各所述气体通道的进口分别与所述进气端口相连通，各所述气体通道的出口分别与所述出气端口相连通。

具体地，所述进气端口和所述出气端口均为锥形结构，所述进气端口的横截面从与所述富集本体连接的一端至远离所述富集本体的另一端逐渐减小，所述出气端口的横截面从与所述富集本体连接的一端至远离所述富集本体的另一端逐渐减小。

进一步地，所述进气端口与进气管路相连，所述出气端口与出气管路相连。

进一步地，还包括单向阀，所述单向阀设置于所述出气端口与所述出气管路之间，或所述单向阀设置于所述出气管路上。

进一步地，所述多级冷却装置包括至少两个制冷器，各所述制冷器依次叠加设置，各所述制冷器的叠加方向与所述气体通道的延伸方向相垂直；所述富集本体的外侧壁与其中一个所述制冷器的制冷面紧密接触，其余所述制冷器的制冷面分别与相邻的所述制冷器的散热面紧密接触。

具体地，所述制冷器采用半导体制冷器或液氮制冷器。

具体地，所述加热器采用电加热片，所述电加热片与所述富集本体的外侧壁紧密接触。

具体地，所述富集本体采用导热金属制成。

具体地，所述多级冷却装置和所述加热器对应设置在所述富集本体的相对两侧。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：

本发明提供的气体富集装置，通过在富集腔体的外侧壁上设置多级冷却装置，能够大幅度降低富集腔体的温度，提高富集腔体吸附轻质气体的效率，通过在富集本体上构造多个贯通的气体通道，能够大幅增加富集腔体吸附气体组分的容量，提高轻质气体的富集浓度，通过在富集腔体的外侧壁上设置加热器，能够使富集腔体吸附的轻质气体快速从富集腔体脱附出，便于气体检测设备进行检测。由此，通过本发明所述的气体富集装置，能够对各种痕量轻质气体进行富集，提高进入气体检测设备前的轻质气体浓度。

本发明提供的气体富集装置，通过在出气端口与出气管路之间或者在出气管路上设置单向阀，能够密闭富集腔体处于加热脱附阶段持续脱附的轻质气体，进而提高进入气体检测设备的轻质气体瞬态浓度。

附图说明

图1是本发明实施例气体富集装置的结构示意图；

图2是本发明实施例气体富集装置中多级冷却装置的结构示意图；

图3是本发明实施例气体富集装置中富集腔体的结构示意图。

图中：1：富集腔体；101：富集本体；102：气体通道；103：进气端口；104：出气端口；2：多级冷却装置；201：第一级制冷器；202：第二级制冷器；3：加热器；4：进气管路；5：出气管路；6：单向阀。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。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的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。

如图1至图3所示，本发明实施例提供一种气体富集装置，包括富集腔体1、多级冷却装置2和加热器3，其中多级冷却装置2和加热器3均安装在富集腔体1上。

富集腔体1包括富集本体101以及构造在富集本体101上的多个气体通道102，各气体通道102相互平行，并且各气体通道102分别贯通富集本体101的左右两端。

其中，多级冷却装置2和加热器3分别设置在富集本体101的外周侧壁上。

在使用时，可以将本发明实施例所述的气体富集装置安装在气体检测设备的进口前，从而对进入气体检测设备前的轻质气体进行富集处理。

本发明实施例所述的气体富集装置，通过在富集本体101的外周侧壁上设置多级冷却装置2，用于对富集腔体1进行冷却，能够大幅度降低富集腔体1内部的温度，进而提高富集腔体1吸附轻质气体的效率，通过在富集本体101上构造多个贯通的气体通道102，能够大幅增加富集腔体1内部吸附气体组分的容量，提高轻质气体的富集浓度，通过在富集本体101的外周侧壁上设置加热器3，用于对富集腔体1快速加热，从而使富集腔体1内部吸附的轻质气体快速的从富集腔体1脱附出，便于气体检测设备进行检测。

由此，通过本发明所述的气体富集装置，能够对各种痕量轻质气体进行富集，提高进入气体检测设备前的轻质气体浓度，进而便于通过气体检测设备检测轻质气体的组分和浓度。

在本发明的进一步实施例中，富集腔体1还包括对应设置在富集本体101左右两端的进气端口103和出气端口104，各气体通道102从左至右延伸设置，各气体通道102的进口分别与进气端口103相连通，各气体通道102的出口分别与出气端口104相连通。也即，待检测气体先进入进气端口103中，然后再由进气端口103进入到各气体通道102中。而从各气体通道102输出的待检测气体经由出气端口104排出富集腔体1的内部。通过在富集本体101的左右两端分别设置进气端口103和出气端口104，能够使待检测气体更加均匀的在各气体通道102中流通吸附。

在本发明的具体实施例中，进气端口103和出气端口104均为锥形结构。

其中，进气端口103的横截面从与富集本体101连接的一端至远离富集本体101的另一端逐渐减小。进气端口103的这种结构形式，能够使待检测气体更加快速、均匀的进入到各气体通道102中。

其中，出气端口104的横截面从与富集本体101连接的一端至远离富集本体101的另一端逐渐减小。出气端口104的这种结构形式，能够进一步提高从各气体通道102输出的待检测气体的瞬时浓度。

在本发明的进一步实施例中，进气端口103与进气管路4相连，出气端口104与出气管路5相连。其中，出气管路5可以与气体检测设备的进气口相连。

也即，待检测气体通过进气管路4输送至富集腔体1进行吸附富集。富集后的待检测气体通过出气管路5输送至气体检测设备，用于气体检测设备进行气体检测。

在本发明的进一步实施例中，该气体富集装置还包括单向阀6，可以将单向阀6设置于出气端口104与出气管路5之间，还可以将单向阀6设置于出气管路5上。通过设置单向阀6，能够控制富集腔体1中待检测气体的流通状态。

当富集腔体1处于冷却吸附阶段，单向阀6处于导通状态，从而能够将待检测气体持续送入富集腔体1，被富集腔体1的各气体通道102吸附，实现对待检测气体的富集。

当富集腔体1处于加热脱附阶段，单向阀6处于关闭状态，从而能够将富集腔体1中经过加热脱附的待检测气体封闭在富集腔体1内部以及与单向阀6连接的气路中，当需要对待检测气体进行检测时再打开单向阀6，从而提高进入气体检测设备前的轻质气体瞬态浓度。

在本发明的进一步实施例中，多级冷却装置2包括至少两个制冷器，各制冷器依次叠加设置，各制冷器的叠加方向与气体通道102的延伸方向相垂直。其中，制冷器的设置数量，可以根据实际使用需求而定。例如，可以设置两个、三个或者三个以上。

在本实施例中，多级冷却装置2包括两个制冷器，这两个制冷器分别为第一级制冷器201和第二级制冷器202。其中，第一级制冷器201的制冷面与富集本体101的外侧壁紧密接触，第二级制冷器202的制冷面与第一级制冷器201的散热面紧密接触。

也即，当多个制冷器依次叠加设置时，其中一个制冷器的制冷面应当与富集本体101的外侧壁紧密接触，其余制冷器的制冷面分别与相邻的制冷器的散热面紧密接触。

在本发明的具体实施例中，制冷器可以根据实际使用需求采用半导体制冷器或液氮制冷器。

例如，在本实施例中，第一级制冷器201采用半导体制冷器，第二级制冷器202可以采用液氮制冷器。

在本发明的具体实施例中，加热器3优选采用电加热片，电加热片与富集本体101的外侧壁紧密接触，从而增加电加热片与富集本体101的接触面积，进而提高加热效率。

当然，加热器3也可以根据实际使用需求采用其他类型，例如加热管、加热盘等。

在本发明的具体实施例中，富集本体101采用导热金属制成，从而便于导热或导冷。

具体来说，富集本体101优选采用铜制成。

在本发明的具体实施例中，富集本体101的横截面优选采用矩形，便于多级冷却装置2和加热器3在富集本体101上安装布置。其中，多级冷却装置2和加热器3对应设置在富集本体101的相对两个侧壁上。

当然，富集本体101的横截面形状，也可以根据实际使用需求采用其他结构，例如圆形、椭圆型、三角形或四边以上的多边形。

本发明实施例所述的气体富集装置工作过程如下：

当富集腔体1处于冷却吸附阶段，单向阀6处于打开状态，此时多级冷却装置2开始工作，加热器3不工作，待检测气体被持续输送至富集腔体1，并且在多级冷却装置2的冷却作用下，大幅度降低富集腔体1内部的温度，从而使待检测气体被富集腔体1的各气体通道102吸附，持续1～5分钟后，富集腔体1吸附饱和，此时关闭单向阀6。

当富集腔体1处于加热脱附阶段，单向阀6处于关闭状态，此时多级冷却装置2停止工作，迅速打开加热器3，在30ms内，能够使富集腔体1的内部温度达到200℃，从而使吸附的待检测气体快速脱附并被密闭在富集腔体1内部以及富集腔体1与单向阀6之间的出气管路5中。

当需要对待检测气体进行检测分析时，再次打开单向阀6，使密闭的高浓度轻质气体瞬时进入到气体检测设备中。

综上所述，本发明实施例所述的气体富集装置，能够对各种痕量轻质气体进行富集，提高进入气体检测设备前的轻质气体浓度，进而便于通过气体检测设备检测轻质气体的组分和浓度。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种气体富集装置，其特征在于：包括富集腔体、多级冷却装置和加热器，所述富集腔体包括富集本体以及构造在所述富集本体上的多个气体通道，各所述气体通道相互平行，且各所述气体通道分别贯通所述富集本体的相对两端；所述多级冷却装置和所述加热器分别设置在所述富集本体的外侧壁上。

2.根据权利要求1所述的气体富集装置，其特征在于：所述富集本体的两端对应设有进气端口和出气端口，各所述气体通道的进口分别与所述进气端口相连通，各所述气体通道的出口分别与所述出气端口相连通。

3.根据权利要求2所述的气体富集装置，其特征在于：所述进气端口和所述出气端口均为锥形结构，所述进气端口的横截面从与所述富集本体连接的一端至远离所述富集本体的另一端逐渐减小，所述出气端口的横截面从与所述富集本体连接的一端至远离所述富集本体的另一端逐渐减小。

4.根据权利要求2所述的气体富集装置，其特征在于：所述进气端口与进气管路相连，所述出气端口与出气管路相连。

5.根据权利要求4所述的气体富集装置，其特征在于：还包括单向阀，所述单向阀设置于所述出气端口与所述出气管路之间，或所述单向阀设置于所述出气管路上。

6.根据权利要求1所述的气体富集装置，其特征在于：所述多级冷却装置包括至少两个制冷器，各所述制冷器依次叠加设置，各所述制冷器的叠加方向与所述气体通道的延伸方向相垂直；所述富集本体的外侧壁与其中一个所述制冷器的制冷面紧密接触，其余所述制冷器的制冷面分别与相邻的所述制冷器的散热面紧密接触。

7.根据权利要求6所述的气体富集装置，其特征在于：所述制冷器采用半导体制冷器或液氮制冷器。

8.根据权利要求1所述的气体富集装置，其特征在于：所述加热器采用电加热片，所述电加热片与所述富集本体的外侧壁紧密接触。

9.根据权利要求1所述的气体富集装置，其特征在于：所述富集本体采用导热金属制成。

10.根据权利要求1所述的气体富集装置，其特征在于：所述多级冷却装置和所述加热器对应设置在所述富集本体的相对两侧。

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