CN113813619B - 水蒸气产生装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了水蒸气产生装置和方法，所述水蒸气产生装置包括：填料设置在第一容器内，所述第一容器具有出口；过滤模块用于阻止液态水的穿过，并允许水蒸气穿过；所述过滤模块设置在所述第一容器内，且处于所述填料的上侧；气流均匀器设置在所述第一容器内，且处于所述填料的下侧；第一管道用于将液态水送入所述第一容器内填料的下侧，第二管道用于将气体送入所述第一容器内气流均匀器的下侧，气体依次穿过所述气流均匀器、填料、过滤模块和所述出口；从所述出口排出的水蒸气进入降压单元，加热单元用于加热所述降压单元；所述第一容器设置在温控箱内。本发明具有水蒸气含量稳定等优点。
Description
技术领域
本发明涉及气体产生，特别涉及水蒸气产生装置和方法。
背景技术
在烟气GFC红外项目中，需要用到稳定的水标气用于建立水的向量，在测出烟气中水浓度的同时，可以对其它组分气体做出水的干扰补偿。
对于水蒸气标气的获得，通常采用了以下3种方式：
1. 采用本专利申请人的水气发生器产生的水标气。此水气发生器采用称重法，将一定重量的水高温汽化后与氮气混合，得到不同浓度的水标气，但其缺点湿度稳定性不高，特别是对于水含量10000ppm以内的低浓度水标气，更加难以稳定制备；
2. 购买标气，经咨询了各标气公司，水标气浓度很不稳定，不建议购买；
3. 自制水标气发生装置。经查询，湿度发生器的制备通常有双温法、双压法、分流法、渗透法、固定湿度点法和库伦法等。后三种方法较为复杂，制备成本较高，采用双温法、双压法及分流法制备水标气，但所得效果都不太理想，水标气湿度会有100ppm左右波动。考虑此三种传统传统方法对发生设备的要求较高，在实验室条件下制备的水标气浓度不容易稳定，因此需要寻求一种新的制备稳定湿度水标气的方法。
发明内容
为解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种水蒸气产生装置。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
水蒸气产生装置，所述水蒸气产生装置包括：
第一容器和填料，所述填料设置在所述第一容器内，所述第一容器具有出口；
过滤模块，所述过滤模块用于阻止液态水的穿过，并允许水蒸气穿过；所述过滤模块设置在所述第一容器内，且处于所述填料的上侧；
气流均匀器，所述气流均匀器设置在所述第一容器内，且处于所述填料的下侧；
第一管道和第二管道，所述第一管道用于将液态水送入所述第一容器内填料的下侧，所述第二管道用于将气体送入所述第一容器内气流均匀器的下侧，气体依次穿过所述气流均匀器、填料、过滤模块和所述出口；
降压单元和加热单元，从所述出口排出的水蒸气进入降压单元，所述加热单元用于加热所述降压单元；
温控箱，所述第一容器设置在所述温控箱内。
本发明还提供了水蒸气产生方法，该发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
水蒸气产生方法，所述水蒸气产生方法为：
液态水进入第一容器内，所述第一容器处于温控箱内；
气体进入所述第一容器内，穿过气流均匀器，并与液态水进行气液交换；
气体携带液态水进入填料中，气体与所述填料表面的水进行气液平衡；所述第一容器内的压强不低于阈值P0，使得所述第一容器内水蒸气的绝对含量是稳定值；
水蒸气穿过过滤模块，液态水被所述过滤模块截留，之后水蒸气排出所述第一容器；
排出第一容器的水蒸气降压。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
水蒸气浓度稳定；
第一容器、填料、气流均匀器、过滤模块和温控箱组合成一个整体，在工作时第一容器内的压强不低于阈值，使得输出第一容器内水蒸气为饱和气体，浓度稳定；
通过调整进入第一容器的气体的压强以及排出缓冲罐的水蒸气的压力，使得所述第一容器内压强稳定，从而保证了输出所述第一容器的水蒸气的浓度稳定性；
第三容器和（具有溢流口）第二容器的设计，使得进入第一管道的液态水的压力稳定；
利用膨胀阀等降压单元，并使用加热单元去加热，防止水蒸气在降压过程中出现冷凝水，保证了水蒸气浓度的稳定性。
附图说明
参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：
图1是根据本发明实施例的水蒸气产生装置的结构示意图。
具体实施方式
图1和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了解释本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。
实施例1
图1给出了本发明实施例的水蒸气产生装置的结构示意图，如图1所示，所述水蒸气产生装置包括：
第一容器11和填料21，所述填料21设置在所述第一容器11内，所述第一容器11具有出口；
过滤模块23，所述过滤模块23用于阻止液态水的穿过，并允许水蒸气穿过；所述过滤模块23设置在所述第一容器11内，且处于所述填料21的上侧；
气流均匀器22，所述气流均匀器22设置在所述第一容器11内，且处于所述填料21的下侧；
第一管道51和第二管道52，所述第一管道51用于将液态水送入所述第一容器11内填料21的下侧，所述第二管道52用于将气体送入所述第一容器11内气流均匀器22的下侧，气体依次穿过所述气流均匀器22、填料21、过滤模块23和所述出口；
降压单元44和加热单元91，从所述出口排出的水蒸气进入降压单元44，所述加热单元91用于加热所述降压单元44；
温控箱31，所述第一容器11设置在所述温控箱31内。
为了保持第一容器11内压强的稳定，进一步地，所述水蒸气产生装置还包括：
缓冲罐81，排出所述降压单元44的水蒸气进入所述缓冲罐81；
第一调压阀43，排出所述缓冲罐81的水蒸气经过所述第一调压阀43。
为了是进入第一容器11的气体的压强的稳定，进一步地，所述水蒸气产生装置还包括：
稳压阀41和第二调压阀42，所述稳压阀41和第二调压阀42设置在所述第二管道52上，第二管道52内的气体依次经过稳压阀41和第二调压阀42。
为了保证进入第一容器11内的液体水的压力稳定，进一步地，所述水蒸气产生装置还包括：
第二容器13，所述第二容器13具有溢流口，所述第一管道51连通所述第二容器13；
第三容器12和泵91，所述泵91将所述第三容器12内的水送入所述第二容器13。
为了获得各种浓度的水蒸气，进一步地，所述水蒸气产生装置还包括：
第一流量控制器71，水蒸气依次进入所述第一调压阀43、第一流量控制器71和混合模块53；
第二流量控制器72，稀释气依次进入所述第二流量控制器72和混合模块53；
混合模块53，水蒸气和稀释气在所述混合模块53内混合。
为了使气体均匀地进入填料中，进一步地，所述气流均匀器22具有多个贯穿的通孔，距所述气流均匀器22的中心轴线越远，通孔与所述中心轴线间的夹角越大。
本发明实施例的水蒸气产生方法，所述水蒸气产生方法为：
液态水进入第一容器11内，所述第一容器11处于温控箱31内；
气体进入所述第一容器11内，穿过气流均匀器22，并与液态水进行气液交换；
气体携带液态水进入填料21中，气体与所述填料21表面的水进行气液平衡；所述第一容器11内的压强不低于阈值P0，使得所述第一容器11内水蒸气的绝对含量是稳定值；
水蒸气穿过过滤模块23，液态水被所述过滤模块23截留，之后水蒸气排出所述第一容器11；
排出第一容器11的水蒸气降压。
为了将所述的第一容器11内气体压强维持在定值，进一步地，气体依次经过稳压和调压后进入所述第一容器内；
降压后的水蒸气进入缓冲罐81内，之后排出，排出的水蒸气经过调压后排往下游；
调节气体进入第一容器11时的压强，以及调节排出缓冲罐81的水蒸气的压强，使得所述第一容器11内的水蒸气的压强不低于所述阈值P0。
为了维持第一容器11内水蒸气含量的稳定，进一步地，所述阈值P0的获得方式为：
，T是所述第一容器11内的温度。
实施例2
根据本发明实施例1的水蒸气产生装置和方法的应用例。
在该应用例中，如图1所示，第三容器12和第二容器13分别采用上端开口的容器，利用蠕动泵将第三容器12内的液态水送至第二容器13内，送入第二容器13内的流量大于第一管道51内的流量，使得第二容器13内的液态水从第二容器13上端的溢流口溢流，从而保证进入第一管道51内的液态水压力的稳定性；
第一容器11内，自下而上地，依次设置气流均匀器22、填料21和过滤模块23，通过第一管道51送入第一容器11内的液态水的液面高于所述气流均匀器22，也即气流均匀器22浸没在水中；过滤模块23采用过滤膜，过滤精度是0.1μm，允许水蒸气的透过，阻止液态水的穿过；所述气流均匀器22具有多个贯穿的通孔，孔径为1mm，距所述气流均匀器22的中心轴线越远，通孔与所述中心轴线间的夹角越大，自下而上地，通孔的中心轴线与气流均匀器22的中心轴线件的距离逐渐变大；第一压力传感器61设置在第一容器11上，第二压力传感器62设置在缓冲罐81上；
减压单元44采用膨胀阀，加热单元92加热所述降压单元44，使得降压单元44的温度和第一容器11的温度基本相同，均为30℃，从而防止出现冷凝水；降压单元44和加热单元92均设置在温控箱31内；降压后的水蒸气依次进入缓冲罐81、第一调压阀43、第一流量控制器71和混合模块53，稀释气依次进入第二流量控制器72和混合模块53，所述混合模块53采用第三管道，第一流量控制器71和第二流量控制器72均采用MFC；
第二管道52上依次设置稳压阀41和第二调压阀42，采用高纯氮气，依次经过所述稳压阀41、第二调压阀42以及第一容器。
本发明实施例的水蒸气产生方法，所述水蒸气产生方法为：
液态水进入第三容器12内，之后通过蠕动泵送至第二容器13内，液态水从第二容器13顶端的溢流口溢流；第二容器13底部的液态水通过第一管道51进入第一容器11内，第一容器11的液态水淹没气流均匀器22；
高纯氮气经过稳压阀41和第二调压阀42后进入第一容器11内，穿过气流均匀器22，并与液态水进行气液交换；
气体携带液态水进入填料21中，气体与所述填料21表面的水进行气液平衡；水蒸气穿过过滤模块23，液态水被所述过滤模块23截留，之后水蒸气排出所述第一容器11；所述第一容器11处于温控箱31内，控温在30℃；
排出第一容器11的水蒸气在降压单元44内降压，降压后的水蒸气进入缓冲罐81内，之后排出，排出的水蒸气依次经过第一调压阀43、第一流量控制器71和混合模块；
高纯氮气依次经过第二流量控制器72和混合模块；
在上述方法中，通过调节第一调压阀43和第二调压阀42，使得所述第一容器11内的水蒸气压强不低于阈值，T的单位是摄氏度，本实施例阈值P0取400KPa，缓冲罐81内压力是100KPa，使得所述第一容器11内水蒸气的绝对含量是稳定值。
Claims (9)
1.水蒸气产生装置，其特征在于，所述水蒸气产生装置包括：
第一容器和填料，所述填料设置在所述第一容器内，所述第一容器具有出口；
过滤模块，所述过滤模块用于阻止液态水的穿过，并允许水蒸气穿过；所述过滤模块设置在所述第一容器内，且处于所述填料的上侧；
气流均匀器，所述气流均匀器设置在所述第一容器内，且处于所述填料的下侧；
第一管道和第二管道，所述第一管道用于将液态水送入所述第一容器内填料的下侧，淹没所述气流均匀器，所述第二管道用于将气体送入所述第一容器内气流均匀器的下侧，气体依次穿过所述气流均匀器、填料、过滤模块和所述出口，当气体向上穿过所述气体均匀器，与液态水进行气液交换，并携带液态水向上进入所述填料，气体与所述填料表面的水进行气液平衡；
降压单元和加热单元，从所述出口排出的水蒸气进入降压单元，所述加热单元用于加热所述降压单元；
温控箱，所述第一容器设置在所述温控箱内；
第一流量控制器，排出降压单元的水蒸气依次进入所述第一流量控制器和混合模块；
第二流量控制器，稀释气依次进入所述第二流量控制器和混合模块；
混合模块，水蒸气和稀释气在所述混合模块内混合。
2.根据权利要求1所述的水蒸气产生装置，其特征在于，所述水蒸气产生装置还包括：
缓冲罐，排出所述降压单元的水蒸气进入所述缓冲罐；
第一调压阀，排出所述缓冲罐的水蒸气经过所述第一调压阀。
3.根据权利要求1所述的水蒸气产生装置，其特征在于，所述水蒸气产生装置还包括：
稳压阀和第二调压阀，所述稳压阀和第二调压阀设置在所述第二管道上，第二管道内的气体依次经过稳压阀和第二调压阀。
4.根据权利要求1所述的水蒸气产生装置，其特征在于，所述水蒸气产生装置还包括：
第二容器，所述第二容器具有溢流口，所述第一管道连通所述第二容器；
第三容器和泵，所述泵将所述第三容器内的水送入所述第二容器。
5.根据权利要求1所述的水蒸气产生装置，其特征在于，所述混合模块是第三管道。
6.根据权利要求1所述的水蒸气产生装置，其特征在于，所述气流均匀器具有多个贯穿的通孔，距所述气流均匀器的中心轴线越远，通孔与所述中心轴线间的夹角越大。
7.水蒸气产生方法，所述水蒸气产生方法为：
液态水进入第一容器内，淹没气流均匀器，所述第一容器处于温控箱内；
气体进入所述第一容器内，向上穿过气流均匀器，并与液态水进行气液交换；
气体携带液态水向上进入填料中，气体与所述填料表面的水进行气液平衡；所述第一容器内的压强不低于阈值P0，使得所述第一容器内水蒸气的绝对含量是稳定值；
水蒸气向上穿过过滤模块，液态水被所述过滤模块截留，之后水蒸气排出所述第一容器；
排出第一容器的水蒸气降压后依次进入第一流量控制器和混合模块；
稀释气依次进入第二流量控制器和混合模块；
水蒸气和稀释气在所述混合模块内混合。
8.根据权利要求7所述的水蒸气产生方法，其特征在于，气体依次经过稳压和调压后进入所述第一容器内；
降压后的水蒸气进入缓冲罐内，之后排出，排出的水蒸气经过调压后排往下游；
调节气体进入第一容器时的压强，以及调节排出缓冲罐的水蒸气的压强，使得所述第一容器内的水蒸气的压强不低于所述阈值P0。
9.根据权利要求7所述的水蒸气产生方法，其特征在于，所述阈值P0的获得方式为：
，T是所述第一容器内的温度。
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