CN214538897U - 一种多通道气体样品自混合装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多通道气体样品自混合装置，包括混合罐体、混合罐顶盖、混合腔体、样品喷头以及混合筛板；所述混合罐体上沿通过罐体法兰螺栓穿过对应位置的混合罐顶盖将混合罐顶盖与混合罐体匹配螺合固定；混合罐顶盖内顶壁螺合固定有2‑12路的样品喷头；混合腔体容置于混合罐体内，且混合腔体上沿通过混合腔体法兰螺栓穿过对应位置的混合罐顶盖以及柱状凸块将混合腔体与混合罐顶盖匹配螺合固定；混合腔体内壁中部水平固定有混合筛板；本实用新型不借助外在运动机构，利用样品采集过程中产生压力，通过样品在混合罐入口及出口之间的压力差来实现样品混合，利用腔体结构通过分流，汇流，挤压，喷出，旋转，扰动，层流，紊流等实现充分混合的目的。

Description

一种多通道气体样品自混合装置

技术领域

本实用新型涉及气体分析系统的前置取样混合装置，尤其涉及一种多通道气体样品自混合装置。

背景技术

气体分析系统需要对多组样品进行取样后，将样品进行连续的，动态的，均匀的混合；然后通过气体分析系统对混合的气体样品进行分析。

传统混合装置多采用筛板，对流，分层等原理，特别是在内部无可运动结构下，主要通过需混合介质受外力（压力，吸力）流动后，利用内部的筛板，流经通道，迷宫结构来完成样品的混合。

传统设计完全依靠迷宫结构，利用对流，紊流，层流等流体特性来进行混合，如需达到充分混合的目的，仍需借助外在可运动机构（例如搅拌，震动等）方可实现充分混合的目的，对于无法安装可运动机构的应用，一般通过增大混合腔体容积来容纳更复杂迷宫结构的方式获得更好的混合效果。

同时，由于传统混合装置的迷宫结构，需要设置多层或多通道的复杂结构，通常会带来结构复杂，可维护及拆解性差，制造复杂，压力阻力大等影响。

发明内容

为解决上述问题，本实用新型提出了一种多通道气体样品自混合装置，具有在不借助外在运动机构前提下，尽可能使用更小的体积，充分利用样品在采集过程中产生的压力，通过样品在混合罐入口及出口之间的压力差来推动样品的混合过程，利用内部腔体结构的设计通过分流，汇流，挤压，喷出，旋转，扰动，层流，紊流等流体特性来实现充分混合的目的。

本实用新型的一种多通道气体样品自混合装置，包括混合罐体、混合罐顶盖、混合腔体、样品喷头以及混合筛板；

所述混合罐体上沿通过罐体法兰螺栓穿过对应位置的混合罐顶盖将混合罐顶盖与混合罐体匹配螺合固定；

混合罐顶盖内顶壁中部向下设有柱状凸块，混合罐顶盖中心向下设有混合样品出口盲孔，该混合样品出口盲孔下端位于柱状凸块垂向的中部，且该混合样品出口盲孔下端侧壁的周向向柱状凸块外侧壁均匀开设有四条水平向的混合样品出口通道，混合后的气体样品经由四路混合样品出口通道由混合样品出口盲孔处汇总流出；混合罐顶盖上表面周向垂直向下均匀开设有2-12路的样品入口，每路样品入口下方的柱状凸块下表面对应的位置处，螺合固定有一个样品喷头，以便气体样品由样品入口通过样品喷头喷入混合腔体内，每个样品喷头下端为缩径式结构，在缩径式结构的周向坡面上均匀分布有4-6路气孔，每个气孔的直径是样品入口直径的2/3，由于多组样品喷头同时喷出及气孔的变径结构，压力在样品喷头处有所增加后加大流速喷出；不同样品喷头喷出样品将产生对撞并形成乱流、混合、扰动，利用不同样品喷头之间喷出样品的原始压力，可在初级混合腔室内进行第一次混合；

混合腔体容置于混合罐体内，且混合腔体上沿通过混合腔体法兰螺栓穿过对应位置的混合罐顶盖以及柱状凸块将混合腔体与混合罐顶盖匹配螺合固定；混合腔体的下端悬设于混合罐体内底壁上方，混合腔体内壁中部水平固定有混合筛板，混合筛板将混合腔体内部分隔成上部的初级混合腔室和下部的次级混合腔室，次级混合腔室的外底面中部向下设有凸柱，凸柱外侧壁的周向放射状均匀水平分布有四条凸条，对应凸柱中心的次级混合腔室内底面位置至凸柱的垂向中部设有次级混合排气盲孔，次级混合排气盲孔下端内侧壁至每条凸条侧端面之间设有一条水平向的次级混合样品出口通道，以便次级混合样品由这四条次级混合样品出口通道排入混合罐体内；混合罐顶盖下端的柱状凸块外侧壁以及与之匹配固定的混合腔体外侧壁的直径小于混合罐体内侧壁的直径，以便由混合腔体底部喷出的次级混合样品向上流动，由柱状凸块外侧壁上的混合样品出口通道进入，进而由混合样品出口盲孔排出；混合腔体中下部外侧壁处设有扰流结构，以增加末级混合样品的混合时间，增长混合样品的流动长度；

相互密封固定的混合罐体内壁、混合罐顶盖内壁以及混合腔体外壁之间的空间构成末级混合腔室。

所述混合腔体包括内部呈圆柱状的初级混合腔室、内部呈漏斗状的次级混合腔室、多孔的混合筛板、带有次级混合排气盲孔的凸柱以及四条带有次级混合样品出口通道的凸条；所述初级混合腔室和一体构成的次级混合腔室之间为缩径式结构，由于初级混合腔室内底部为缩径式结构，初级混合后的样品将在该底部进行具有方向性的汇集，多孔的混合筛板嵌设固定于缩径式结构处，混合筛板主要起节流，保护初级混合的混合压力，梳理进入次级混合腔室样品状态的目的，内部呈漏斗状的次级混合腔室下端一体连接有带有次级混合排气盲孔的凸柱以及匹配设置的四条带有次级混合样品出口通道的凸条，样品通过混合筛板后，受重力及压力影响，将形成向下的流动，由于次级混合腔室呈锐角快速收缩结构，样品将在次级混合腔室内呈收缩混合，在不借助外在运动机构前提下，尽可能使用更小的体积，充分利用样品在采集过程中产生的压力，通过样品在混合罐入口及出口之间的压力差来推动样品的混合过程，利用内部腔体结构的设计通过分流、汇流、挤压、喷出、旋转、扰动、紊流等流体特性来实现充分混合的目的。

所述四条混合样品出口通道与四条次级混合样品出口通道为错位结构，既每条混合样品出口通道投影到四条次级混合样品出口通道所在平面的投影线与相邻每条次级混合样品出口通道之间为锐角关系，该锐角的角度是45°，混合样品出口盲孔形成与样品入口之间压力差引起的负压吸力，混合后的样品将沿着混合罐体呈圆周向上运动；利用扰流结构及向心力，将会分离出不需混合的杂质，杂质将受重力影响沿罐体向下运动至罐体底部，混合后的样品向上运动至混合样品出口通道汇集后由混合样品出口盲孔流出；由于混合样品出口通道与次级混合样品出口通道具有45°角度差，混合后的样品将不会从罐体底部沿直线运动至混合罐顶盖的混合样品出口通道。

所述混合腔体的次级混合腔室的外侧壁为漏斗形结构，该漏斗形结构外侧壁由上至下凸设有至少两片平行排列的扰流圆环，利用该扰流结构分离混合样品中的杂质以及延长气体样品的混合时间。

所述混合筛板为过滤膜筛板、吸收膜筛板或多功能筛板。

所述凸柱的次级混合排气盲孔下底壁至凸柱下端面之间设有上大下小的变径漏液小孔，其用于排出在混合气体样品过程中产生的冷凝液，液体样品由于流动阻力较大，底部小孔由于孔径较小，将产生一定的向上阻力来进一步形成混合动力。

每路样品入口内侧壁设有内螺纹，当需要减少样品数量时，可通过在混合罐顶盖外部相应的样品入口处螺合入螺纹盲堵进行密封；每条次级混合样品出口通道的直径与每路样品入口的直径相同，以确保压力降相同。

所述混合罐体内底壁为中部下凹结构，其具有汇聚气体样品混合中产生的冷凝水以及收集样品中杂质的功能，混合罐体内底壁中心处留有排污口，排污口设有可拆卸密封螺栓，在混合罐体底部预留有排污口，可在使用一段时间后，通入清洗液或压力空气，对装置整体进行清洁作业，并由底部排污口排出，当需要深入维护时，打开混合罐顶盖即可完成整体维护工作。

相互固定连接的混合罐顶盖与混合罐体上沿之间、混合腔体上沿与混合罐顶盖的柱状凸块之间、混合筛板与混合腔体内侧壁之间均设有密封圈，混合罐顶盖、混合腔体以及混合罐体之间均留有密封圈，并采用螺栓压紧连接后挤压密封圈变形密封，螺栓不接触样品，确保样品不与外界的连通。

根据样品介质的不同，温度，腐蚀性的要求，混合罐体、混合罐顶盖、混合腔体、样品喷头以及混合筛板可同为PEEK（聚醚醚酮树脂）、PC（聚碳酸酯）、PTFE（聚四氟乙烯）、PVDF（聚偏氟乙烯）或不锈钢材质。

有益效果

自混合：无需外部动力机构即可达到混合目的。

功能多样：多通道同时进行采样时，可提供去除无用杂质（固体颗粒），冷凝液体或根据要求增加过滤的有效样品。

混合均匀：经过通入多种组分的样品（不同比重，均为气态下），在出口对混合后样品进行组分测量后得出混合效果超过99. 5%以上，与传统混合设备相比，混合均匀度提高10-18%。

体积小：相比传统混合设备，充分利用样品向下及向上运动特点，在有限体积内设置更多的迷宫结构，同等混合效果下，体积可缩小30%以上。

容易加工：整体采用螺栓及密封圈密封，密封压力来源于法兰结构，传统加工工艺即可完成，无需焊接工艺，根据压力等级，可采用多组密封或更多螺栓达到密封要求。

可维护：本设计预留有日常维护的排污口及用于完整清洁的顶部拆装结构；可实现设备的简易维护及完全拆解维护；由于没有无法开启的焊接结构，可实现完整清洁，有效提高设备的使用周期。

压阻小：由于内部全部为圆柱结构，且空隙多为等直径尺寸，故压力衰减小，无需额外压力补偿；根据入口压力及出口压力不同，最小压力差测定小于5mbar。

附图说明

图1是本实用新型侧视结构示意图。

图2是本实用新型俯视结构示意图。

图3是图1的A-A向剖视结构示意图。

图4是图3的B-B向剖视结构示意图。

图5是图3的C-C向剖视结构示意图。

具体实施方式

参见图1-图5所示，一种多通道气体样品自混合装置，包括混合罐体1、混合罐顶盖2、混合腔体3、样品喷头4以及混合筛板5；

所述混合罐体1上沿通过罐体法兰螺栓11穿过对应位置的混合罐顶盖2将混合罐顶盖2与混合罐体1匹配螺合固定；

混合罐顶盖2内顶壁中部向下设有柱状凸块21，混合罐顶盖2中心向下设有混合样品出口盲孔22，该混合样品出口盲孔22下端位于柱状凸块21垂向的中部，且该混合样品出口盲孔22下端侧壁的周向向柱状凸块21外侧壁均匀开设有四条水平向的混合样品出口通道23；混合罐顶盖2上表面周向垂直向下均匀开设有12路的样品入口24，每路样品入口24下方的柱状凸块21下表面对应的位置处，螺合固定有一个样品喷头4，每个样品喷头4下端为缩径式结构，在缩径式结构的周向坡面上均匀分布有6路气孔41，每个气孔41的直径是样品入口24直径的2/3；

混合腔体3容置于混合罐体1内，且混合腔体3上沿通过混合腔体法兰螺栓31穿过对应位置的混合罐顶盖2以及柱状凸块21将混合腔体3与混合罐顶盖2匹配螺合固定；混合腔体3的下端悬设于混合罐体1内底壁上方，混合腔体3内壁中部水平固定有混合筛板5，混合筛板5将混合腔体3内部分隔成上部的初级混合腔室32和下部的次级混合腔室33，次级混合腔室33的外底面中部向下设有凸柱34，凸柱34外侧壁的周向放射状均匀水平分布有四条凸条35，对应凸柱34中心的次级混合腔室33内底面位置至凸柱34的垂向中部设有次级混合排气盲孔36，次级混合排气盲孔36下端内侧壁至每条凸条35侧端面之间设有一条水平向的次级混合样品出口通道37；混合罐顶盖2下端的柱状凸块21外侧壁以及与之匹配固定的混合腔体3外侧壁的直径小于混合罐体1内侧壁的直径；混合腔体3中下部外侧壁处设有扰流结构；

相互密封固定的混合罐体1内壁、混合罐顶盖2内壁以及混合腔体3外壁之间的空间构成末级混合腔室12。

所述混合腔体3包括内部呈圆柱状的初级混合腔室32、内部呈漏斗状的次级混合腔室33、多孔的混合筛板5、带有次级混合排气盲孔36的凸柱34以及四条带有次级混合样品出口通道37的凸条35；所述初级混合腔室32和一体构成的次级混合腔室33之间为缩径式结构，多孔的混合筛板5嵌设固定于缩径式结构处，内部呈漏斗状的次级混合腔室33下端一体连接有带有次级混合排气盲孔36的凸柱34以及匹配设置的四条带有次级混合样品出口通道37的凸条35。

所述四条混合样品出口通道23与四条次级混合样品出口通道37为错位结构，既每条混合样品出口通道23投影到四条次级混合样品出口通道37所在平面的投影线与相邻每条次级混合样品出口通道37之间为锐角关系，该锐角的角度是45°。

所述混合腔体3的次级混合腔室33的外侧壁为漏斗形结构，该漏斗形结构外侧壁由上至下凸设有三片平行排列的扰流圆环38。

所述混合筛板5为过滤膜筛板。

所述凸柱34的次级混合排气盲孔36下底壁至凸柱34下端面之间设有上大下小的变径漏液小孔39。

每路样品入口24内侧壁设有内螺纹；每条次级混合样品出口通道37的直径与每路样品入口24的直径相同。

所述混合罐体1内底壁为中部下凹结构，混合罐体1内底壁中心处留有排污口13，排污口13设有可拆卸密封螺栓14。

相互固定连接的混合罐顶盖2与混合罐体1上沿之间、混合腔体3上沿与混合罐顶盖2的柱状凸块21之间、混合筛板5与混合腔体3内侧壁之间均设有密封圈6。

混合罐体1、混合罐顶盖2、混合腔体3、样品喷头4以及混合筛板5可同为PEEK材质。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种多通道气体样品自混合装置，其特征在于：包括混合罐体（1）、混合罐顶盖（2）、混合腔体（3）、样品喷头（4）以及混合筛板（5）；

所述混合罐体（1）上沿通过罐体法兰螺栓（11）穿过对应位置的混合罐顶盖（2）将混合罐顶盖（2）与混合罐体（1）匹配螺合固定；

混合罐顶盖（2）内顶壁中部向下设有柱状凸块（21），混合罐顶盖（2）中心向下设有混合样品出口盲孔（22），该混合样品出口盲孔（22）下端位于柱状凸块（21）垂向的中部，且该混合样品出口盲孔（22）下端侧壁的周向向柱状凸块（21）外侧壁均匀开设有四条水平向的混合样品出口通道（23）；混合罐顶盖（2）上表面周向垂直向下均匀开设有2-12路的样品入口（24），每路样品入口（24）下方的柱状凸块（21）下表面对应的位置处，螺合固定有一个样品喷头（4），每个样品喷头（4）下端为缩径式结构，在缩径式结构的周向坡面上均匀分布有4-6路气孔（41），每个气孔（41）的直径是样品入口（24）直径的2/3；

混合腔体（3）容置于混合罐体（1）内，且混合腔体（3）上沿通过混合腔体法兰螺栓（31）穿过对应位置的混合罐顶盖（2）以及柱状凸块（21）将混合腔体（3）与混合罐顶盖（2）匹配螺合固定；混合腔体（3）的下端悬设于混合罐体（1）内底壁上方，混合腔体（3）内壁中部水平固定有混合筛板（5），混合筛板（5）将混合腔体（3）内部分隔成上部的初级混合腔室（32）和下部的次级混合腔室（33），次级混合腔室（33）的外底面中部向下设有凸柱（34），凸柱（34）外侧壁的周向放射状均匀水平分布有四条凸条（35），对应凸柱（34）中心的次级混合腔室（33）内底面位置至凸柱（34）的垂向中部设有次级混合排气盲孔（36），次级混合排气盲孔（36）下端内侧壁至每条凸条（35）侧端面之间设有一条水平向的次级混合样品出口通道（37）；混合罐顶盖（2）下端的柱状凸块（21）外侧壁以及与之匹配固定的混合腔体（3）外侧壁的直径小于混合罐体（1）内侧壁的直径；混合腔体（3）中下部外侧壁处设有扰流结构；

相互密封固定的混合罐体（1）内壁、混合罐顶盖（2）内壁以及混合腔体（3）外壁之间的空间构成末级混合腔室（12）。

2.根据权利要求1所述的一种多通道气体样品自混合装置，其特征在于：所述混合腔体（3）包括内部呈圆柱状的初级混合腔室（32）、内部呈漏斗状的次级混合腔室（33）、多孔的混合筛板（5）、带有次级混合排气盲孔（36）的凸柱（34）以及四条带有次级混合样品出口通道（37）的凸条（35）；所述初级混合腔室（32）和一体构成的次级混合腔室（33）之间为缩径式结构，多孔的混合筛板（5）嵌设固定于缩径式结构处，内部呈漏斗状的次级混合腔室（33）下端一体连接有带有次级混合排气盲孔（36）的凸柱（34）以及匹配设置的四条带有次级混合样品出口通道（37）的凸条（35）。

3.根据权利要求1所述的一种多通道气体样品自混合装置，其特征在于：所述四条混合样品出口通道（23）与四条次级混合样品出口通道（37）为错位结构，既每条混合样品出口通道（23）投影到四条次级混合样品出口通道（37）所在平面的投影线与相邻每条次级混合样品出口通道（37）之间为锐角关系，该锐角的角度是45°。

4.根据权利要求1所述的一种多通道气体样品自混合装置，其特征在于：所述混合腔体（3）的次级混合腔室（33）的外侧壁为漏斗形结构，该漏斗形结构外侧壁由上至下凸设有至少两片平行排列的扰流圆环（38）。

5.根据权利要求1所述的一种多通道气体样品自混合装置，其特征在于：所述混合筛板（5）为过滤膜筛板、吸收膜筛板或多功能筛板。

6.根据权利要求1所述的一种多通道气体样品自混合装置，其特征在于：所述凸柱（34）的次级混合排气盲孔（36）下底壁至凸柱（34）下端面之间设有上大下小的变径漏液小孔（39）。

7.根据权利要求1所述的一种多通道气体样品自混合装置，其特征在于：每路样品入口（24）内侧壁设有内螺纹；每条次级混合样品出口通道（37）的直径与每路样品入口（24）的直径相同。

8.根据权利要求1所述的一种多通道气体样品自混合装置，其特征在于：所述混合罐体（1）内底壁为中部下凹结构，混合罐体（1）内底壁中心处留有排污口（13），排污口（13）设有可拆卸密封螺栓（14）。

9.根据权利要求1所述的一种多通道气体样品自混合装置，其特征在于：相互固定连接的混合罐顶盖（2）与混合罐体（1）上沿之间、混合腔体（3）上沿与混合罐顶盖（2）的柱状凸块（21）之间、混合筛板（5）与混合腔体（3）内侧壁之间均设有密封圈（6）。

10.根据权利要求1所述的一种多通道气体样品自混合装置，其特征在于：混合罐体（1）、混合罐顶盖（2）、混合腔体（3）、样品喷头（4）以及混合筛板（5）可同为PEEK、PC、PTFE、PVDF或不锈钢材质。

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