CN211988394U - 一种混合气体标准溶液制作的控气系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种混合气体标准溶液制作的控气系统，包括多个用于组分气输送的第一分支管和一个用于载气输送的第二分支管，以及实现第一分支管，第二分支管近真空状态的真空系统，以及对组分气和载气进行混合的混气单元；混气单元包括连接真空系统，并进行组分气和载气的混合气体输送的总分管道，以及设置在总分管道上的涡扇混气机构，涡扇混气机构与第一分支管和第二分支管连接，并接收组分气和载气，总分管道延伸入末端设置有用于喷出组分气和载气的混合气体的通气盘管，通过多重混合以及反馈混合的方式，使组分气流和载气气流在进入混合容器内前均完全的混合。

Description

一种混合气体标准溶液制作的控气系统

技术领域

本实用新型实施例涉及痕量溶解三元混合气体标准溶液制作技术领域，具体涉及一种混合气体标准溶液制作的控气系统。

背景技术

天然气水合物是一种潜力巨大的未来超级清洁能源，分布范围广，储量规模巨大，能量密度高，已经得到世界各界的广泛重视与关注。海水中烃类气体及其它气体的含量异常是天然气水合物存在的重要识别标志之一，对海水中气体含量异常的实时检测，可以为水合物资源详查、勘探提供线索和依据。

海水中溶解气体为多元混合气体，深海海水及海水中气体含量的即时检测方法是当前海洋科学仪器研究的前沿课题，也是近几年来海洋技术领域研究的热点和焦点，而保障海水多元混合气体系统测量准确度的一个重要前提是能对该系统进行准确标定，能持续提供定值多元混合标准气体是高精度标定该系统的必要条件。

现有的气体配制方法主要包括称量法、分压法、体积法、渗透法以及静态容积法等，其中，称重法的生产效率比较低，分压法气体混匀程度不高，且充填气体时会产生热量，体积法的生产技术要求很高，精确度低，渗透管法只适合配制浓度低的标准气体，不易维持其量值长时间不变，而静态容积法只适合配制量少的标准气体。

在传统的配置方法中，均是通过组分气和载气直接混合，由于组分气流和载气气流均具有一定的流速，在混合气管中会形成气流道，组分气流和载气气流在进入混合容器内均无法完全的混合，并且在传统的配置方法通过直接混合的方式由于管道内的压力处于变化的过程中，无法持续动态的输出混合气体。

实用新型内容

为此，本实用新型实施例提供一种混合气体标准溶液制作的控气系统，解决了传统的标准气体制备过程中在均是通过组分气和载气直接混合，由于组分气流和载气气流均具有一定的流速，在混合气管中会形成气流道，组分气流和载气气流在进入混合容器内均无法完全的混合，并且在传统的配置方法通过直接混合的方式由于管道内的压力处于变化的过程中，无法持续动态的输出混合气体的问题。

为了实现上述目的，本实用新型的实施方式提供如下技术方案：

一种混合气体标准溶液制作的控气系统，包括多个用于组分气输送的第一分支管和一个用于载气输送的第二分支管，以及实现所述第一分支管，所述第二分支管近真空状态的真空系统，以及对所述组分气和载气进行混合的混气单元；

所述混气单元包括连接所述真空系统，并进行组分气和载气的混合气体输送的总分管道，以及设置在总分管道上的涡扇混气机构，所述涡扇混气机构与所述第一分支管和第二分支管连接，并接收所述组分气和载气，所述总分管道延伸入末端设置有用于喷出组分气和载气的混合气体的通气盘管。

作为本实用新型的一种优选方案，所述第一分支管、所述第二分支管以及所述真空系统的管路上均安装有压力传感器和质量流量控制器。

作为本实用新型的一种优选方案，所述涡扇混气机构包括用于连接所述第一分支管的上层腔室和连接所述第二分支管，并用于所述载气与组分气体混合的下层腔室，所述上层腔室和所述下层腔室内部设置有同轴转动的涡扇；

所述真空系统通过管道连接至所述第二分支管与所述下层腔室的连接处。

作为本实用新型的一种优选方案，所述下层腔室连接有直管主体。

作为本实用新型的一种优选方案，所述总分管道上设置有螺旋管，位于螺旋管和涡扇混气机构之间的所述总分管道通过快速接头连接在一起。

本实用新型的实施方式具有如下优点：

本实用新型技术方案运用质量守恒定律计算载气和各组分气的流量比，利用高精度的质量流量控制器和控制系统来控制气体的质量流量通过，并通过第三分支管和涡扇混气机构对混合气的在混合仓载体内部压差变换进行反馈，以及通过设置螺旋管，来保证不受温度和压力等条件影响，配制效率高，既可以用于标气的大量生产又可用于实验室少量标气的制作，气体混匀程度高，精确度高，可以随制随用动态输出，安全稳定，装置简易，成本低廉，操作简便。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本实用新型实施方式中痕量溶解三元混合气体标准溶液的制作系统的结构框图；

图2为本实用新型实施方式中定比例气体输送机构结构示意图；

图3为本实用新型实施方式中桨叶结构示意图；

图4为本实用新型实施方式中涡扇混气机构结构示意图；

图5为本实用新型实施方式中快速接头结构示意图；

图6为本实用新型实施方式中气液混合器示意图。

图中：

1-第一分支管；2-第二分支管；3-真空系统；4-压力传感器；5-质量流量控制器；6-总分管道；7-涡扇混气机构；8-通气盘管；9-螺旋管；10- 快速接头；11-直管主体；12-内压传感器；13-丝网分离体；14-泄压阀； 15-单向阀；16-混合仓体；17-进水管；18-原液进管；19-标液出管；20- 喷水盘管；21-中心转轴；22-磁力加热搅拌机构；23-搅拌子；24-保温水夹套；25-固定圈；26-桨叶；27-内桨叶；28-外桨叶；29-导流片；30-辐射杆；

101-双向管体；102-螺纹段；103-螺纹套管；104-变径层套管；105- 等径管；106-凸起；107-环形凹槽；108-内嵌环槽；109-环形销舌；110- 内密封圈；

701-上层腔室；702-下层腔室；703-涡扇。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提供了一种痕量溶解三元混合气体标准溶液的制作系统，包括

定比例气体输送单元，用于提供预设比例的组分气和载气；

混气单元，对定比例气体输送单元供给的组分气和载气进行混合，后得到中间气体；

供液单元，用于提供高纯清洗水和喷洒原液；

气液混合器，将所述中间气体在定温密封环境下进行体积和气体压力的标定以获得目标气体，并在定温密封环境下进行原液体积的标定以获得目标液体，再将目标气体和目标液体进行持续的搅拌混合，得到标准溶液，并将标准溶液动态的排出。

如图1至图6所示，本实用新型提供了一种用于上述组分气和载气的控气系统，包括定比例气体输送单元和混气单元，包括多个用于组分气输送的第一分支管1和一个用于载气输送的第二分支管2，以及实现第一分支管1，第二分支管2、混气单元和混合器的近真空状态的真空系统3。

第一分支管1、第二分支管2以真空系统3的管路上均安装有压力传感器4和质量流量控制器5，实时的检测输送管路中的气体压力、流量以及质量，并通过质量流量控制器5对输送管路中的流量和质量进行实时的调节，

本实用新型还在第一分支管1和第二分支管2位于质量流量控制器5 的两端设置直通阀，其作用是，用于关闭输送管路中的输送状态，以及通过关闭直通阀，启动真空系统3，便于完成输送管路内的近真空状态。

第一分支管1的组分气供气装置可以是供气瓶，第二分支管2的载气的供气装置可以是载气瓶。

本实用新型进一步地提供了一种用于上述载气和组分气混合的初步混合装置，即混气单元，具体包括，混气单元包括连接真空系统3和混合器的总分管道6以及设置在总分管道6上的涡扇703混气机构7，涡扇703混气机构7与定比例气体输送单元连接，并接收组分气和载气，总分管道6 延伸入混合器内部的末端设置有用于喷出组分气和载气的混合气体的通气盘管8；

通过涡扇703混气机构7，对改变定比例气体输送单元输送的混合气体流量，由涡扇703混气机构7控制总分管道6向混合器中输送的混合气体的流速。

位于混合气内部的总分管道6上设置有螺旋管9，位于螺旋管9和涡扇 703混气机构7之间的总分管道6通过快速接头10连接。

涡扇703混气机构7包括用于连接第一分支管1的上层腔室701和连接第二分支管2，并用于载气与组分气体混合的下层腔室702，上层腔室701 和下层腔室702内部设置有同轴转动的涡扇703，并且上层腔室701和下层腔室702内部是连通的状态；

进一步说明的是，上层腔室701和下层腔室702内部的涡扇703可以是同轴转动，也可以是两个转轴分别转动。

真空系统3通过管道连接至第二分支管2与下层腔室702的连接处。

在工作时，组分气体通过第一分支管1流入涡扇703混气机构7，通过上层腔室701的初步混合后，与通过第二分支管2进入下层腔室702的载气混合，最后再由总分管道6将组分气与载气混合的气体送入至螺旋管9，最后由通气盘管8进行喷出。

下层腔室702连接有由气液混合器混合后，并通过设置在气液混合器上的泄压阀14排出的目标气体的直管主体11。

直管主体11内部设置有用于气液分离的丝网分离体13，直管主体11 上设置有单向阀15。

泄压阀14内部设置有用于监测气液混合器内顶部气压的内压传感器 12，同时将内压传感器12采集的气液混合器内顶部气压的电信号作为单向阀15工作的驱动信号。

在定温密闭环境内的气液混合器中的目标气体的气压达到预定压力值时，并停止中间气体的通入，同时向定气液混合器中添加预先制备好的原液，直至目标气体完全排出气液混合器；

待气液混合器内液体压力稳定后，并保持原液持续通入，获得标准溶液，并持续动态的输出标准溶液，而在持续输出时，受到动态的输出标准溶液的标液出管的流量影响，未与原液完全溶解的气体将溢出原液表面，进而累积在气液混合器的内顶部，当气液混合器的内顶部的目标气体的压力值达到泄压阀14的设定值，内压传感器12将传递电信号，打开直管主体11上的单向阀15，使得气液混合器的内顶部的目标气体进入下层腔室702，进行再次的循环溶解。

同时为了不影响标准溶液进入下层腔室702内，进而影响定比例气体输送机构的组分气和载气的比例，在直管主体11内设置用于气液分离的丝网分离体13，并且通过单向阀15避免下层腔室702中的组分气和载气的混合气反向进入气液混合器中，进而影响标准溶液的标定。

本实用新型进一步地提供了一种上述载气和组分气混合后的气体与原液混合的气液混合装置，即气液混合器，具体包括混合仓体16，且气体比例输送机构通过总分管道6连接混合仓体16，混合仓体15，混合仓体 16内部设置有用于与通气盘管9喷出的气体形成对流的搅拌机构，混合仓体16的底部设置有磁力加热搅拌器22，混合仓体16内底部设置有磁力加热搅拌机构22驱动转动的搅拌子23；

供液单元包括安装在混合仓体16上的进水管17、原液进管18和标液出管19，原液进管18位于混合仓体16内部的末端连接有喷水盘管20。

搅拌机构包括中心转轴21，以及等间距安装在中心转轴21上的混合叶片，混合叶片包括与混合仓体16内壁接触的固定圈25，以及螺旋阵列在中心转轴21和固定圈25之间的桨叶26，桨叶26包括用于形成下降流的内桨叶27和用于形成上升流且径向距离小于内桨叶27的外桨叶28，外桨叶28和内桨叶27之间设置有维持上升流或下降流的流向的导流片29。

内桨叶27和外桨叶28沿固定圈的径向连接在同一个辐射杆30上，且所述辐射杆30的两端分别连接在中心转轴21和固定圈25上，内桨叶27和外桨叶28的螺旋方向相反。

本实用新型的有两种工作状态，

一是，可通过外置的驱动机构，例如电机或者马达驱动中心转轴21 进行转动；

二是、通过通气盘管8向混合仓体16内喷射定向的气体，使得混合仓体的液体形成定向涡流，或者通过进水管向混合仓体16内喷射定向水流形成定向涡流，此时中心转轴1固定安装在混合仓体16上，桨叶3通过轴承安装在中心转轴上。

且所述桨叶的每个叶片上设置有条形贯穿槽，用于对水体进行导向。

而无论是哪种工作状态下的桨叶都能实现混合仓体16内的水流形成例如磁场形式的循环水流，而该循环水流的具体形成方式为：

水体在内桨叶的转动导向下形成水流柱与位于混合仓体16底部的通气盘管正接触，由于通气盘管喷出的气体具有一定的出速度，进而能够尽可能的增大两者的接触面，并且在导流片的导流作用下，将内桨叶和外桨叶形成的水体循环分隔开，并且将内桨叶和外桨叶形成的水体循环是从下往上循环，增加了气体与液体的接触路径，能够使得气液充分混合。

内桨叶和外桨叶沿固定圈的径向连接在同一个辐射杆上，且辐射杆的两端分别连接在中心转轴和固定圈上，内桨叶和外桨叶的螺旋方向相反。

内桨叶和外桨叶在轴向上存在2～3cm的高度差，且内桨叶和外桨叶沿固定圈的径向的宽度逐渐减小，内桨叶和外桨叶之间存在10°～30°的角度差，内外水流的流速不同，内桨叶由于桨叶宽度要大于外桨叶的宽度，也就使得内桨叶形成的水流循环速度要慢与外桨叶形成的水流速度，继而使得内桨叶形成的水流与通气盘管的喷出的气体接触时间长。

进一步地，所述的通气盘管8具体为均匀分布有气孔的环形管。

导流片29位于相邻两个内桨叶27之间，且导流片29两端分别连接在相邻两个辐射杆上。

外桨叶的末端与固定圈的内壁不完全连接，固定圈的截面呈倒正态分布曲线的形状。

进一步地，本实用新型还提供了利用该混合叶片的搅拌桨，包括将该混合叶片等间距安装在中心转轴上，中心转轴的底部设置有若干个嵌装在混合仓体16底壁上的支撑架。

所述通气盘管8位于搅拌子23的上部，并从混合仓体16的底部向上喷出混合气体，所述原液进管20位于混合仓体16顶部的侧壁上。

混合仓体16内壁中设置有保温水夹套24，且保温水夹套24内的介质通过磁力加热搅拌机构22进行加热，磁力加热搅拌器驱动混合仓体16内的搅拌子23运动，对气体起到搅拌作用，并通过保温水夹套24为混合仓体16内提供一个恒温的混合环境。

进一步地，本实用新型提供了一种快速接头，具体包括双向管体101 以及通过螺纹段102螺旋连接在双向管体101上的两个螺纹套管103；其中螺纹套管103活动套装在双向管体101上，用于将定值三元混合标准气体的制作的过程的容器罐连接的软管套装在双向管体101的两端，再转动螺纹套管103，使得软管套装在螺纹套管103与双向管体101之间，通过螺纹套管103压紧软管，反向转动螺纹套管103则会对软管解除锁紧。

传统的快速接头10的接头处都是直接设置层套的防滑凸起106，软管直接套装在防滑凸起106上，进行管道的快速连接，而这种连接方在实验室中尤其的对气体或者液体精准度要求较高的情况下无法适用，当管内的气压或者液压呈变化时，软管和快速接头10的连接处容易产生膨胀或者收缩，进而使得气体外泄或者吸入外界空气，进而影响实验的结果。

本实用新型中在双向管体101的两端设置有变径层套管104，变径层套管104的末端设置有等径管105，等径管105的作用是增大与软管内壁平行接触的表面，在软管与等径管105套接时，无论软管内的气压如何变化，也不会在连接处使得软管膨胀泄气。

等径管105上设置有与螺纹套管103内部设置的凸起106相配合的环形凹槽107，变径层套管104与双向管体101的连接处设置有自密封结构，自密封结构包括设置在双向管体101上的内嵌环槽108以及设置在螺纹套管103内部的环形销舌109，内嵌环槽108中设置有内密封圈110。

本实用新型还通过在螺纹套管103与变径层套管104处的结合，在总分管道6与变径层套管104套接时，形成密封空间形成具有稳定压力的密封腔室，在软管内的压力过大或者过小时，均能够保证其总分管道6的连接的稳定，不会出现泄气的情况。

位于内嵌环槽108的外侧的双向管体101上设置有外密封圈，内嵌环槽108与环形销舌109的接触面为斜面，斜面的倾斜角度为10°～20°，环形销舌109的轴向长度比内嵌环槽108的轴向长度短1～2mm。

螺纹套管103内部包括直管段和圆台段，且圆台段轴向延伸至环形销舌109的根部。

变径层套管104的每一层套管的管径逐渐增大，直至与等径管105的直径相同。

凸起106包括紧邻的两个半圆形状的凸起圈，两个凸起圈之间存在一定的间隙，且位于内侧的凸起圈高度要高于位于外侧的凸起圈，其作用是在长时间的套接过程中，软管在环形凹槽107夹持，外侧的凸起圈将软管扣入环形凹槽107，软管变形的部分被内侧的凸起圈压持在等径管105 的表面，进而实现密封；

并且适用于管径存在2～3mm差距的软管，在套接时，管径较薄则用内侧的凸起圈将软管的管壁压入环形凹槽107，外侧的凸起圈将软管位于环形凹槽107外侧的部分压持在等径管105表面。

进一步地，本实用新型主要原理依据为质量守恒定律，在任何与周围隔绝的物质系统或孤立系统中，不论发生何种变化或过程，其总质量保持不变，一个系统质量的改变总是等于该系统输入和输出质量的差值。本方案中涉及的控气系统和混合系统，当对外阀门关闭时均为密封的孤立系统，满足质量守恒定律。

应用该方案制作的动态输出的目标值三元混合标准气体不仅可用于近海底原位地球化学综合传感系统的标定或校准，同时还可以应用于其他测量混合气体中分组分相对含量仪器的标定或校准，在质量监督和质量控制、仪器仪表校准、水资源环境监测分析方法评价、标准气体动态制作等领域。

本实用新型具有不受温度和压力等条件影响，配制效率高，气体混匀程度高，精确度高，可以随制随用动态输出，安全稳定，装置简易，成本低廉，操作简便等特点。

本实用新型进一步补充完善了动态输出目标值三元混合标准气体的制作方法，弥补了水合物资源调查中对于海水中混合气体含量异常标志识别的不足，确保了近海底原位多参量地球化学综合传感系统分析测试海水中混合气体相对含量的准确度，为我国海域天然气水合物矿体精细勘探和开发、质量监督和质量控制、仪器仪表校准、水资源环境监测分析方法评价等提供了必要的技术支撑。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。

Claims (5)

1.一种混合气体标准溶液制作的控气系统，其特征在于，包括多个用于组分气输送的第一分支管(1)和一个用于载气输送的第二分支管(2)，以及实现所述第一分支管(1)，所述第二分支管(2)近真空状态的真空系统(3)，以及对所述组分气和载气进行混合的混气单元；

所述混气单元包括连接所述真空系统(3)，并进行组分气和载气的混合气体输送的总分管道(6)，以及设置在总分管道(6)上的涡扇混气机构(7)，所述涡扇混气机构(7)与所述第一分支管(1)和第二分支管(2)连接，并接收所述组分气和载气，所述总分管道(6)延伸入末端设置有用于喷出组分气和载气的混合气体的通气盘管(8)。

2.根据权利要求1所述的一种混合气体标准溶液制作的控气系统，其特征在于，所述第一分支管(1)、所述第二分支管(2)以及所述真空系统(3)的管路上均安装有压力传感器(4)和质量流量控制器(5)。

3.根据权利要求1所述的一种混合气体标准溶液制作的控气系统，其特征在于，所述涡扇混气机构(7)包括用于连接所述第一分支管(1)的上层腔室(701)和连接所述第二分支管(2)，并用于所述载气与组分气体混合的下层腔室(702)，所述上层腔室(701)和所述下层腔室(702)内部设置有同轴转动的涡扇(703)；

所述真空系统(3)通过管道连接至所述第二分支管(2)与所述下层腔室(702)的连接处。

4.根据权利要求3所述的一种混合气体标准溶液制作的控气系统，其特征在于，所述下层腔室(702)连接有直管主体(11)。

5.根据权利要求4所述的一种混合气体标准溶液制作的控气系统，其特征在于，所述总分管道(6)上设置有螺旋管(9)，位于螺旋管(9)和涡扇混气机构(7)之间的所述总分管道(6)通过快速接头(10)连接在一起。

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