CN207095950U - 气体前浓缩装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭露一种气体前浓缩装置，其包含：一冷凝器、一VOC采集器及一致冷器；该装置在执行挥发性有机物(Volatile organic compounds,VOC)采集浓缩作业时，可控制流向进行切换以使VOC采集器与冷凝器可相互衔接，让进入至冷凝器的待检测气体得以输送至VOC采集器，以透过VOC采集器来采集浓缩待检测气体中的VOC，并将除了VOC以外的气体排出；而其中，致冷器可提供冷却温度予冷凝器及VOC采集器，让冷凝器可进行冷凝降温以捕捉检测气体中的水气，以避免水气进入至VOC采集器，同时VOC采集器受到该冷却温度可降低VOC的活络性，藉此，可提升VOC的采集浓缩效果。

Description

气体前浓缩装置

技术领域

本实用新型是有关于一种气体采样处理技术，特别是有关于透过冷凝技术将待分析的气体中的水气先行凝结成液体或固体，使气体中的挥发性有机物在进行后续采样浓缩及层析处理时可不受水气影响的一种气体前浓缩装置。

背景技术

随着人类工业的进步，空气污染正逐渐地加剧，在污染空气的气体中若含有超过一定浓度的挥发性有机物(Volatile organic compounds, VOC)时，对人体的危害相当大的，其可伤害人的肝脏、肾脏、大脑及神经系统，在短时间内即可让人们感到头痛、恶心、四肢无力，甚至可能造成人们抽搐、昏迷或记忆力减退。

挥发性有机物可能来自于工业废气、汽/机车排气，或是香烟、油漆、涂料等所散发出来的气体，几乎是充斥在人们一般生活之中。为了避免挥发性有机物对人们造成健康上的伤害，大多数国家都会针对挥发性有机物的排放制订管制标准，为此就必须设定一套气体侦测分析系统以提供加装在工业用的气体环境或一般生活环境之中来对挥发性有机物的浓度加以侦测分析。

由于挥发性有机物在大气中的浓度都相当的低，因此在进行VOC的浓度检测层析作业前必须要执行前浓缩的步骤，以将被分析气体的VOC浓度提升至侦测极限之上。基于此，一般气体侦测分析系统设有一气体前浓缩装置，当待检测气体进入时，可透过气体前浓缩装置的VOC采集器来采集待检测气体中的挥发性有机物以达到浓缩的目的；待浓缩作业完成后，即可将采集浓缩的挥发性有机物输送至气相层析质谱仪，以透过气相层析质谱仪来执行挥发性有机物的层析作业，进而可计算出待检测气体所含挥发性有机物的浓度。

气体前浓缩装置例如为中国台湾专利349653号所揭露使用液态氮来冷冻气体样品捕捉管，以达到采集与浓缩待检测气体中的挥发性有机物的目的；又，中国台湾专利558631号另揭露气动阀组及浓缩捕捉管，能够将挥发性有机物进行采集、浓缩与自动分析；再者，中国台湾专利I575237号揭露采用旋转阀、二位十孔阀及采样循环，进行有机废气的自动监测。然而，由于气体中容易含有水气，在采集、浓缩与捕捉大气中VOC时，过多的水气会干扰后续VOC于层析管柱中各物种的分离情形，并且会减短分析仪器的寿命及于分析图谱上形成大量水气峰值而干扰了分析结果。而习知的气体前浓缩装置并无法将水气先行排除，例如中国台湾专利349653号是将水气与挥发性有机物一起冷冻于气体样品捕捉管内，因此并无法避免分析仪器受水气的干扰；又如中国台湾专利558631号需将浓缩捕捉管维持于低温状态，且还需额外以抽气帮浦持续抽气一预定时间以企图将水气等干扰物抽出，然而此种方式需耗费时间且并无法保证已将水气抽离；中国台湾专利I575237号则未有除水设备或机制。另外，其他现行采用于VOC捕捉浓缩时的除水方式例如Nafion dryer及DryPurging等方式，则会造成一些极性VOCs(Polar VOCs)、含氧VOC(OVOCs) 及C2 VOCs由于其易溶于水中的特性而一并被移除，因此影响了真实的分析结果。

实用新型内容

本实用新型所解决的技术问题即在提供一种气体前浓缩装置，透过冷凝技术将待分析的气体中的水气先行凝结成液体或固体，使气体中的挥发性有机物在进行后续采样浓缩及层析处理时可不受水气影响。

本实用新型所采用的技术手段如下所述。

提出一种气体前浓缩装置，其包含：一冷凝器，为一中空管体，该冷凝器具有一冷凝器前端及一冷凝器后端；一VOC采集器，为一管体，该VOC采集器具有一VOC采集器前端及一VOC采集器后端，该VOC采集器前端与该冷凝器后端相连通；以及一致冷器，该冷凝器连接或接触该致冷器。

依据上述技术特征，所述该冷凝器前端及该冷凝器后端皆具开口样态并与该中空管体贯通，以能够让一待检测气体通过。

依据上述技术特征，所述该VOC采集器前端及该VOC采集器后端皆具开口样态并与该管体贯通，以能够让该待检测气体进入及一其余气体流出。

依据上述技术特征，其中该气体前浓缩装置包含一另一致冷器，该VOC采集器连接或接触该另一致冷器。

依据上述技术特征，于一实施例中，该致冷器及该另一致冷器分别包含一致冷晶片。

依据上述技术特征，其中该致冷器包含一致冷晶片。

依据上述技术特征，其中该致冷器具有一致冷器表面，该冷凝器连接或接触该致冷器表面。

依据上述技术特征，其中该VOC采集器连接或接触该致冷器表面。

依据上述技术特征，其中该气体前浓缩装置更包含一多向阀，该多向阀能够连通该冷凝器后端及该VOC采集器前端。

依据上述技术特征，其中该气体前浓缩装置更包含一加热器，该加热器设置于该VOC采集器非与该致冷器表面连接或接触的一侧。

依据上述技术特征，其中该气体前浓缩装置更包含一加热器，该加热器包覆于该VOC采集器的表面。

依据上述技术特征，其中该加热器为电加热导线。

依据上述技术特征，其中该冷凝器为一中空玻璃管。

本实用新型所产生的技术效果如下。

1、此气体前浓缩装置特别设置有冷凝器及致冷器，透过冷凝降温的方式可使待检测气体中的水气被捕捉并锁附在冷凝器中，藉此可避免水气进入至VOC采集器而干扰VOC采集浓缩作业，并且，在后续透过气相层析仪进行VOC层析处理作业时，可提升分析准确性。

2、藉由致冷器可使VOC采集器降温，如此可降低被采集的VOC的活络性，进而提升VOC采集浓缩的效果。

附图说明

图1为本实用新型的气体前浓缩装置的多向阀的第一位置示意图。

图2为本实用新型的气体前浓缩装置的多向阀的第二位置示意图。

图3为本实用新型的气体前浓缩装置的采集分析方法的操作程序图。

图号说明：

10 冷凝器

101 冷凝器前端

102 冷凝器后端

20 VOC采集器

201 VOC采集器前端

202 VOC采集器后端

30 致冷器

301 致冷器表面

40 加热器

50 多向阀

60 气相层析质谱仪

A 待检测气体

B 其余气体

C 载流气体

D 冲提气体

P1 第一位置

P2 第二位置

S 采集分析方法

S1 低温准备程序

S2 除水程序

S3 捕捉及浓缩程序

S4 脱附及层析程序

W 凝态水。

具体实施方式

请同时参阅图1至图3，如图所示本实用新型的气体前浓缩装置包含：一冷凝器10、一VOC采集器20及一致冷器30，当然更可包含一加热器40及一多向阀50；其中，该VOC采集器20对应前述“先前技术”区段中所提及的气体样品捕捉管、浓缩捕捉管或采样循环，例如使用球形多孔性碳分子吸附剂或多孔性活性碳吸附剂填充于呈现一管体的捕捉管内以形成该VOC采集器20；而该多向阀50对应前述“先前技术”区段中所提及的气动阀组、旋转阀或二位十孔阀；因此，该VOC采集器20及该多向阀50的制作、运作原理、运作方式及所产生的功效，于此不再赘述。于本实施例中该多向阀50采用二位多孔阀中的二位六孔阀，该多向阀50能够因旋转而具有一第一位置P1及一第二位置P2而进行流向切换。

至少该冷凝器10连接或接触该致冷器30的一致冷器表面301；于本实施例中该冷凝器10及该VOC采集器20连接或接触该致冷器30的该致冷器表面301，且该加热器40连接或接触该VOC采集器20；该冷凝器10及该VOC采集器20互相连通，当该多向阀50在该第一位置P1时，该多向阀50能够连通该冷凝器10及该VOC采集器20。于本实施例中，该致冷器30为一致冷晶片，该致冷器30于采用致冷晶片的状况下能够将该致冷器表面301的温度降至摄氏负30度，致冷晶片的运作及原理为习知技艺，在此不赘述；该冷凝器10为一中空管体例如为透明中空玻璃管，该中空管体内部可以选择地不充填或充填有填充物例如玻璃棉或其他填充物以增加水气的吸附量或增加吸附面积，该冷凝器10于采用中空管体的状况下其两端分别具有一开口(图未绘出)。该加热器40呈片状，例如采用致冷晶片，并设置于该VOC采集器20非与该致冷器表面301连接或接触的一侧；或者该加热器40使用电加热导线包覆于该VOC采集器20的表面。

于另一实施态样，该冷凝器连接或接触该致冷器(例如第一个致冷晶片)的该致冷器表面，而该VOC采集器连接或接触一另一致冷器(例如第二个致冷晶片)的一另一致冷器表面。

请再度同时参阅图1至图3，当所述气体前浓缩装置在执行挥发性有机物(VOC)采集浓缩作业时，依序采取如下的一采集分析方法S的操作程序：低温准备程序S1：将该多向阀50进行流向切换至该第一位置P1，以使该多向阀50所采用二位多孔阀中的二位六孔阀连通该冷凝器10的一冷凝器后端102及该VOC采集器20的一VOC采集器前端201；并且，启动该致冷器30，例如启动致冷晶片使得该致冷器表面301的温度降至一预定温度并维持于约略为该预定温度，例如该预定温度为摄氏负30度并维持于约摄氏负30度。如前所述于本实施例中，该冷凝器10及该VOC采集器20连接或接触该致冷器30的该致冷器表面301，因此该冷凝器10及该VOC的温度降至摄氏负20度并维持于约摄氏负20度，低于一大气压下水的凝固点温度。温度的检测方式为习知技艺，例如可采用热电偶式(thermocouple)温度感测计或热敏式(thermistor)温度电子传感器，在此不赘述。

除水程序S2：接着，藉由一帮浦(图未绘出)的抽力持续将一待检测气体A经由该冷凝器10的一冷凝器前端101送进该冷凝器10；由于该冷凝器10的温度维持于约摄氏负20度，因此依据水的三相图(phase diagram)而言，该待检测气体A中所含的水气将会于该冷凝器10的壁面及前述填充物的表面或填充物的内部快速凝集成一凝态水W(液态水或甚至形成固态冰)。对于该待检测气体A而言，因而达到物理除水的目的。于此特别说明的是，于不同的实施样态，该冷凝器10的温度依照不同的需求而能够被控制维持于约摄氏负20度至摄氏10度之间。

捕捉及浓缩程序S3：再接着，该待检测气体A经由该冷凝器后端102被送出至该多向阀50后，经由该多向阀50的二位六孔阀进入该VOC采集器前端201及该VOC采集器20；由于该VOC采集器20的温度维持于约摄氏负20度，因此达到VOC捕捉及浓缩的功效，其原理为如“先前技术”所言的习知技艺，例如VOC分子于低温下的分子动能低，因此被该VOC采集器20内的吸附剂捕捉后，于低温下因分子扩散动能不足以挣脱吸附剂的吸附力，因此VOC分子于低温下即不再释出，其余原理不在此赘述。当该待检测气体A中的VOC被该VOC采集器20所捕捉及浓缩后，形成一其余气体B经由该VOC采集器20的一VOC采集器后端202被送至该多向阀50后排出。

脱附及层析程序S4：当所述气体前浓缩装置执行完成VOC采集浓缩作业后(即，前述捕捉及浓缩程序S3)，请特别参阅图2，又接着透过该多向阀50进行流向切换至该第二位置P2，以断开该冷凝器10与该VOC采集器20间的连通，并使得该VOC采集器20的该VOC采集器前端201经由该多向阀50连通一气相层析质谱仪60，以及将该VOC采集器20的该VOC采集器后端202连通至用以提供一载流气体C的一输送帮浦(图未绘出)；同时，启动该加热器40，以透过所述加热器40对该VOC采集器20进行迅速升温加热至摄氏250度~300度以使得先前经由该捕捉及浓缩程序S3低温冷却的VOC得以增加分子动能以挣脱该VOC采集器20的吸附剂而形成热脱附；又同时，藉由该抽器帮浦持续输送该载流气体C至已加热完成的该VOC采集器后端202及该VOC采集器20，使得热脱附后的VOC分子可被该载流气体C由该VOC采集器前端201输送离开该VOC采集器20并经由该多向阀50进入该气相层析质谱仪60，以透过该气相层析质谱仪60来进行层析作业，进而可计算出该待检测气体A所含VOC的种类及浓度值。

本实用新型于进行前述脱附及层析程序S4时，于该冷凝器10的该冷凝器前端101可通入一冲提气体D，使该冲提气体D通过该冷凝器10并将于前述该除水程序S2过程中所附着于该冷凝器10的该凝态水W，由该VOC采集器后端202被送至该多向阀50后排出。

上述中，于进行前述脱附及层析程序S4时，由于该冷凝器10及该VOC采集器20连接或接触该致冷器30的该致冷器表面301，且该加热器40连接或接触该VOC采集器20，因此当启动所述加热器40对该VOC采集器20加热时，亦可提供热传导而加热该冷凝器10，让所附着于该冷凝器10的该凝态水W因受热而加速升华或气化成气相，以加快由该VOC采集器后端202被送至该多向阀50后排出。

上述中，于进行前述脱附及层析程序S4的启动该加热器40时，该致冷器30可经由控制而关闭，以节省能源使用；或者，该致冷器30亦可以原本设定温度或是以相对冷却温度的较高温度持续开启，如此于下一回执行该采集分析方法S时，可以节省该低温准备程序S1中启动该致冷器30到达该预定温度的时间。

具体而言，本实用新型的气体前浓缩装置主要设有冷凝器及致冷器，当该装置在执行VOC采集浓缩作业时，可利用致冷器来提供冷却温度予冷凝器及VOC采集器，让冷凝器可进行冷凝降温以捕捉检测气体中的水气，以避免水气进入至VOC采集器而对采集作业产生干扰，同时VOC采集器受到该冷却温度可降低VOC的活络性，藉以可增加VOC的采集浓缩效果，进而让后续在执行VOC层析作业时可减少水分所导致的干扰与误差产生，以提升分析结果的数据的准确性及再现性。

Claims (11)

1.一种气体前浓缩装置，其特征在于，至少包含：

一冷凝器(10)，为一中空管体，该冷凝器(10)具有一冷凝器前端(101)及一冷凝器后端(102)；

一VOC采集器(20)，为一管体，该VOC采集器(20)具有一VOC采集器前端(201)及一VOC采集器后端(202)，该VOC采集器前端(201)与该冷凝器后端(102)相连通；以及

一致冷器(30)，该冷凝器(10)连接或接触该致冷器(30)。

2.如权利要求1所述的气体前浓缩装置，其特征在于，该气体前浓缩装置包含一另一致冷器，该VOC采集器(20)连接或接触该另一致冷器。

3.如权利要求2所述的气体前浓缩装置，其特征在于，该致冷器(30)及该另一致冷器分别包含一致冷晶片。

4.如权利要求1所述的气体前浓缩装置，其特征在于，该致冷器(30)包含一致冷晶片。

5. 如权利要求4所述的气体前浓缩装置，其特征在于，该致冷器(30) 具有一致冷器表面(301)，该冷凝器(10)连接或接触该致冷器表面(301)。

6.如权利要求5所述的气体前浓缩装置，其特征在于，该VOC采集器(20)连接或接触该致冷器表面(301)。

7.如权利要求6所述的气体前浓缩装置，其特征在于，该气体前浓缩装置包含一加热器(40)，该加热器(40)设置于该VOC采集器(20)非与该致冷器表面(301)连接或接触的一侧。

8.如权利要求6所述的气体前浓缩装置，其特征在于，该气体前浓缩装置包含一加热器(40)，该加热器(40)包覆于该VOC采集器(20)的表面。

9.如权利要求8所述的气体前浓缩装置，其特征在于，该加热器(40)为电加热导线。

10.如权利要求9所述的气体前浓缩装置，其特征在于，该冷凝器(10)为一中空玻璃管。

11.如权利要求10所述的气体前浓缩装置，其特征在于，该气体前浓缩装置包含一多向阀(50)，该多向阀(50)能够连通该冷凝器后端(102)及该VOC采集器前端(201)。