CN205786517U - 一种挥发性有机物气体冷冻捕集系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种挥发性有机物气体冷冻捕集系统。包括：依次相连的进气装置、除水装置、捕集装置，所述除水装置包括：与除水装置冷端，除水装置冷凝头，所述除水装置冷凝头包括：由非金属材料构成的除水装置凹形池体，放置于所述除水装置凹形池体底部并且由钝化金属材料构成的呈平面螺旋形状的气体冷凝管道，从所述除水装置池体底部向外依次放置于所述气体冷凝管道上的除水装置绝缘片、除水装置隔热片和除水装置导热片。因此，本实用新型具有如下优点：(1)挥发性有机物气体浓缩效果好，可实现定量捕集；(2)能耗小并且无污染；(3)可以在线或离线分析极性和非极性各类挥发性有机物。

Description

一种挥发性有机物气体冷冻捕集系统

技术领域

本实用新型涉及一种样气捕集系统，属于环境监测领域，具体涉及一种挥发性有机物气体冷冻捕集系统。

背景技术

空气中的有机化合物通常用气相色谱和气相色谱/质谱方法进行测定，比如环境空气中臭氧前驱体碳氢化合物和有毒有害卤代烃及含氧有机物的测定。

环境空气中有机化合物的浓度比较低，难以用分析仪器直接进行测定；因此，需要对空气中的有机化合物进行浓缩后进行分析。浓缩仪应该满足：去除样品中的水分，对极性、非极性各类挥发性有机化合物都能够定量吸附和定量热解吸，各类挥发性有机化合物在浓缩及热解吸过程中不发生化学反应和不可逆吸附。

目前的浓缩气体的方法主要有吸附剂吸附浓缩和低温冷冻浓缩。但是，吸附剂具有选择性吸附和不可逆吸附等弊端，对低沸点有机化合物和部分极性有机化合物的吸附、热解吸效果不好。制冷方法有有液氮制冷、半导体制冷、压缩机制冷；液氮制冷成本高、受条件限制不易推广，半导体制冷效果较差，压缩机制冷耗电高、体积大、质量重，需要定期添加氟利昂制冷剂，污染环境。

实用新型内容

本实用新型主要是解决现有技术中所存在的吸附浓缩方法的吸附及解吸效果不好，以及低温冷冻的液氮制冷、半导体制冷、压缩机制冷存在的弊端，提供了一种挥发性有机物气体捕集装置。该捕集系统的制冷装置制冷效果好、无污染，捕集系统的捕集头可以定量捕集、定量热脱附极性、非极性各类挥发性有机物，从而能够在线或离线分析极性和非极性各类挥发性有机物。

为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种挥发性气体冷冻捕集系统，包括：依次相连的进气装置、除水装置、捕集装置，其中：

所述除水装置包括：与除水装置冷源相连接的除水装置冷端，安装于所述除水装置冷端上的除水装置冷凝头，所述除水装置冷凝头包括：由非金属材料构成的除水装置凹形池体，放置于所述除水装置凹形池体底部并且由钝化金属材料构成的呈平面螺旋形状的气体冷凝管道，从所述除水装置池体底部向外依次放置于所述气体冷凝管道上的除水装置绝缘片、除水装置隔热片和除水装置导热片，其中：所述气体冷凝管道分别与所属装置的进气端和出气端相连接，所述除水装置导热片与所述除水装置冷端相接触，所述气体冷凝管道的两端与加热电源相连；

所述捕集装置包括：与捕集装置冷源相连接的捕集装置冷端，安装于所述捕集装置冷端上的捕集装置冷凝头，所述捕集装置冷凝头包括：由非金属材料构成的捕集装置凹形池体，放置于所述捕集装置凹形池体底部并且由钝化金属材料构成的呈平面螺旋形状的气体捕集管道，从所述捕集装置池体底部向外依次放置于所述气体捕集管道上的捕集装置绝缘片、捕集装置隔热片和捕集装置导热片，其中：所述气体捕集管道分别与所属装置的进气端和出气端相连接，所述捕集装置导热片与所述捕集装置冷端相接触，所述气体捕集管道的两端与加热电源相连；

所述气体冷凝管道和所述的气体捕集管道连接有温度传感器。

优化的，上述的一种挥发性气体冷冻捕集系统，所述除水装置为两个，并且两个除水装置构成相互并行的两路气体通道。

优化的，上述的一种挥发性气体冷冻捕集系统，所述捕集装置的气体捕集管道包括多路并行的呈平面螺旋形状的气体管道，所述进气装置采集的气体进入捕集装置后分多路经平面螺旋形气体管道。

优化的，上述的一种挥发性气体冷冻捕集系统，所述进气装置包括依次连接的采样头、六位阀、电磁阀，所述电磁阀与除水装置的进气端相连。

优化的，上述的一种挥发性气体冷冻捕集系统，所述捕集装置的出气端与十二通阀相连，并且该十二通阀的阀门通道上还分别连接有采样泵、载气瓶，以及气体分析仪。

优化的，上述的一种挥发性气体冷冻捕集系统，所述六位阀和所述十二位阀上分别设置有与加热电源相连的六位阀加热块和十二位阀加热块。

优化的，上述的一种挥发性气体冷冻捕集系统，所述除水装置凹形池体外部设置有一个带有气体出入口的除水装置密封外罩。

优化的，上述的一种挥发性气体冷冻捕集系统，所述捕集装置凹形池体外部设置有一个带有气体出入口的捕集装置密封外罩。

因此，本实用新型具有如下优点：(1)挥发性有机物气体浓缩效果好，可实现定量捕集和定量热脱附；(2)能耗小并且无污染；(3)可以在线或离线分析极性和非极性各类挥发性有机物。

附图说明

附图1是本实用新型的一种结构示意图；

附图2是本实用新型除水装置结构示意图。

附图3是本实用新型捕集装置结构示意图。

附图4是本实用新型平面螺旋状气体管道结构示意图。

附图5本实用新型六位阀加热块与电源连接示意图。

附图6本实用新型十二位阀加热块与电源连接示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。图中，采样头1、六位阀2、六位阀加热块201、电磁阀3、除水装置4、除水装置冷源401、除水装置冷端402、除水装置冷凝头403、除水装置凹形池体404、气体冷凝管道405、除水装置绝缘片406、除水装置隔热片407、除水装置导热片408，除水装上盖409、除水装置接水盘410、除水装置密封圈411、除水装置固定板412、除水装置保温套413、捕集装置5、捕集装置冷源501、捕集装置冷端502、捕集装置冷凝头503、捕集装置凹形池体504、气体捕集管道505、捕集装置绝缘片506、捕集装置隔热片507、捕集装置导热片508，捕集装置上盖509、捕集装置接水盘510、捕集装置密封圈511、捕集装置固定板512、捕集装置保温套513、十二通阀6、十二位阀加热块601、采样泵7、载气瓶8，以及气体分析仪9。

实施例：

如图1所示，一种挥发性有机物气体冷冻捕集系统，包括：依次相连的采样头1、六位阀2、电磁阀3，电磁阀3、除水装置4、捕集装置5、十二通阀6，该十二通阀6的阀门通道上还分别连接有采样泵7、载气瓶8，以及气体分析仪9。

除水装置4包括：与除水装置冷源401相连接的除水装置冷端402，安装于除水装置冷端402上的除水装置冷凝头403，除水装置冷凝头403包括：由非金属材料构成的除水装置凹形池体404，放置于除水装置凹形池体404底部并且由钝化金属材料构成的呈平面螺旋形状的气体冷凝管道405，从除水装置池体404底部向外依次放置于气体冷凝管道405上的除水装置绝缘片406、除水装置隔热片407和除水装置导热片408，其中：气体冷凝管道405分别与所属装置的进气端和出气端相连接，除水装置导热片408与除水装置冷端402相接触，气体冷凝管道405的两端与加热电源相连；

除水装置凹形池体404外部设置有一个带有气体出入口的除水装置密封外罩。该除水装置密封外罩包括：固定于除水装置冷端402上的除水装置固定板412，除水装置固定板412上设置有除水装置保温套413，除水装置保温套413与一个可开闭的除水装置上盖409连接，当除水装置上盖409闭合后，除水装置固定板412、除水装置保温套413、除水装置上盖409形成一个将除水装置冷端402的顶部包裹于内的密闭空腔，除水装置上盖409上设置有两个通向密闭空腔内部的通气细管。在冷凝过程中，外部环境空气中的湿气会在装置的外壳结冰，影响除水装置的降温速度。向除水装置密闭空腔内充干燥气体，形成正压力，隔离除水装置与含湿空气接触，防止除水装置外壁结冰，影响降温速度。除水装置外壁如果有水珠形成，除水装置有除水装置接水盘410收集积水。

捕集装置5包括：与捕集装置冷源501相连接的捕集装置冷端502，安装于捕集装置冷端502上的捕集装置冷凝头503，捕集装置冷凝头503包括：由非金属材料构成的捕集装置凹形池体504，放置于捕集装置凹形池体504底部并且由钝化金属材料构成的呈平面螺旋形状的气体捕集管道505，从捕集装置池体504底部向外依次放置于气体捕集管道505上的捕集装置绝缘片506、捕集装置隔热片507和捕集装置导热片508，其中：气体捕集管道505分别与所属装置的进气端和出气端相连接，捕集装置导热片508与捕集装置冷端502相接触，气体捕集管道505的两端与加热电源相连。

捕集装置凹形池体504外部设置有一个带有气体出入口的捕集装置密封外罩。该捕集装置密封外罩包括：固定于捕集装置冷端502上的捕集装置固定板512，捕集装置固定板512上设置有捕集装置保温套513，捕集装置保温套513与一个可开闭的捕集装置上盖509连接，当捕集装置上盖509闭合后，捕集装置固定板512、捕集装置保温套513、捕集装置上盖509形成一个将捕集装置冷端502的顶部包裹于内的密闭空腔，捕集装置上盖509上设置有两个通向密闭空腔内部的通气细管。在捕集装过程中，外部环境空气中的湿气会在装置的外壳结冰，影响捕集装置的降温速度。向捕集装置密闭空腔内充干燥气体，形成正压力，隔离捕集装置与含湿空气接触，防止捕集装置外壁结冰，影响降温速度。捕集装置外壁如果有水珠形成，捕集装置有捕集装置接水盘510收集积水。

本实施例中，除水装置4为两个，并且两个除水装置4构成相互并行的两路气体通道。

本实施例中，捕集装置5中包括多路并行的呈平面螺旋形状的气体捕集管道505，进气装置采集的气体进入捕集装置5后分多路经平面螺旋形气体捕集管道505。

采用上述结构后，本实用新型进行气体捕集的方法包括以下步骤：

冷凝除水步骤，将样气送入除水装置4中的气体冷凝管道405内，启动除水装置冷源401制冷，控制冷凝温度将样气中的水分冷凝去除；低温除水是通过除水装置冷源401制冷到所需要低温，将流经气体冷凝管道405内的气体中的水气冷凝在除水管中实现的，制冷温度可调可控，温度用传感器测定，以便达到只除水不除挥发性有机物的目的；本实用新型使用的除水装置冷源401为一种商品制冷机，制冷温度可调控在-120℃至-20℃。

冷冻捕集步骤，将经过冷凝除水步骤处理后的样气送入捕集装置气体捕集管道505内，启动捕集装置冷源501制冷，控制冷冻温度将样气中的挥发性有机物冷冻捕集；捕集装置制冷温度可调可控，最低可至-150℃，温度用传感器测定；挥发性有机物被冷冻捕集在捕集装置气体管道505的内壁上；

加热解吸步骤，打开连接于捕集装置5的气体捕集管道505两端的加热电源，对气体捕集管道505进行快速加热，热脱附捕集管内的挥发性有机物；加热温度可调可控，以便达到被捕集的各类挥发性有机物都能快速定量解吸；采用电源直接对气体捕集管道505加热效果优于热扩散加热；

送气分析步骤，热解吸的挥发性有机物在载气8的吹扫下进入十二通阀6，然后进入气体分析仪9进行分析。

捕集系统具有三个进样口，分别采集样品气体，外标气体和内标气体；样品进样口具有连续进样和单次进样功能，分别用于在线连续分析和离线分析；

本实用新型的捕集系统也可以和任何分析系统联用；气体分析仪9优选为一种气相色谱仪/质谱联机，气相色谱配置有两个分流/不分流进样器，安装两个色谱柱，配置氢焰离子化检测器(FID)及质谱检测器(MS)，配备NIST谱库；分析系统可对捕集系统捕集的碳氢化合物、卤代烃及含氧挥发性有机物进行定性定量分析。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了采样头1、六位阀2、六位阀加热块201、电磁阀3、除水装置4、除水装置冷源401、除水装置冷端402、除水装置冷凝头403、除水装置凹形池体404、气体冷凝管道405、除水装置绝缘片406、除水装置隔热片407、除水装置导热片408，除水装上盖409、除水装置接水盘410、除水装置密封圈411、除水装置固定板412、除水装置保温套413、捕集装置5、捕集装置冷源501、捕集装置冷端502、捕集装置冷凝头503、捕集装置凹形池体504、气体捕集管道505、捕集装置绝缘片506、捕集装置隔热片507、捕集装置导热片508，捕集装置上盖509、捕集装置接水盘510、捕集装置密封圈511、捕集装置固定板512、捕集装置保温套513、十二通阀6、十二位阀加热块601、采样泵7、载气瓶8，以及气体分析仪9等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。

Claims (8)

1.一种挥发性有机物气体冷冻捕集系统，包括：依次相连的进气装置、除水装置(4)、捕集装置(5)，其特征在于，

所述除水装置(4)包括：与除水装置冷源(401)相连接的除水装置冷端(402)，安装于所述除水装置冷端(402)上的除水装置冷凝头(403)，所述除水装置冷凝头(403)包括：由非金属材料构成的除水装置凹形池体(404)，放置于所述除水装置凹形池体(404)底部并且由钝化金属材料构成的呈平面螺旋形状的气体冷凝管道(405)，从所述除水装置池体(404)底部向外依次放置于所述气体冷凝管道(405)上的除水装置绝缘片(406)、除水装置隔热片(407)和除水装置导热片(408)，其中：所述气体冷凝管道(405)分别与所属装置的进气端和出气端相连接，所述除水装置导热片(408)与所述除水装置冷端(402)相接触，所述气体冷凝管道(405)的两端与加热电源相连；

所述捕集装置(5)包括：与捕集装置冷源(501)相连接的捕集装置冷端(502)，安装于所述捕集装置冷端(502)上的捕集装置冷凝头(503)，所述捕集装置冷凝头(503)包括：由非金属材料构成的捕集装置凹形池体(504)，放置于所述捕集装置凹形池体(504)底部并且由钝化金属材料构成的呈平面螺旋形状的气体捕集管道(505)，从所述捕集装置池体(504)底部向外依次放置于所述气体捕集管道(505)上的捕集装置绝缘片(506)、捕集装置隔热片(507)和捕集装置导热片(508)，其中：所述气体捕集管道(505)分别与所属装置的进气端和出气端相连接，所述捕集装置导热片(508)与所述捕集装置冷端(502)相接触，所述气体捕集管道(505)的 两端与加热电源相连；

所述气体冷凝管道(405)和所述的气体捕集管道(505)连接有温度传感器。

2.根据权利要求1所述的一种挥发性有机物气体冷冻捕集系统，其特征在于，所述除水装置(4)为两个，并且两个除水装置(4)构成相互并行的两路气体通道。

3.根据权利要求1所述的一种挥发性有机物气体冷冻捕集系统，其特征在于，所述捕集装置(5)中包括多路并行的呈平面螺旋形状的气体捕集管道(505)，所述进气装置采集的气体进入捕集装置(5)后分多路经过平面螺旋形气体管道(505)。

4.根据权利要求1所述的一种挥发性有机物气体冷冻捕集系统，其特征在于，所述进气装置包括依次连接的采样头(1)、六位阀(2)、电磁阀(3)，所述电磁阀(3)与除水装置的进气端相连。

5.根据权利要求4所述的一种挥发性有机物气体冷冻捕集系统，其特征在于，所述捕集装置(5)的出气端与十二位阀(6)相连，并且该十二位阀(6)的阀门通道上还分别连接有采样泵(7)、载气瓶(8)，以及气体分析仪(9)。

6.根据权利要求5所述的一种挥发性有机物气体冷冻捕集系统，其特征在于，所述六位阀(2)和所述十二位阀(6)上分别设置有与加热电源相连的六位阀加热块(201)和十二位阀加热块(601)。

7.根据权利要求1所述的一种挥发性有机物气体冷冻捕集系统，其特征在于，所述除水装置凹形池体(404)外部设置有一个带有气体出入口的 除水装置密封外罩。

8.根据权利要求1所述的一种挥发性有机物气体冷冻捕集系统，其特征在于，所述捕集装置凹形池体(504)外部设置有一个带有气体出入口的捕集装置密封外罩。