CN217587152U - 一种高精度温室气体分析仪用除水控制系统 - Google Patents

Abstract

一种高精度温室气体分析仪用除水控制系统，压缩泵的进气端连接有环境空气抽入管路，压缩泵的出气端经第一样气输送管路连接初级奈分除水管的进气端，初级奈分除水管的出气端经第二样气输送管路连接二级奈分除水管的进气端，二级奈分除水管的出气端经第三样气输送管路连接三通电磁阀组的样气进口端；三通电磁阀组的样气/标气出口端经样气/标气输送管路连接温室气体分析仪的进气端，温室气体分析仪的出气端经第一吹扫管路连接二级奈分除水管的吹扫气入口端，二级奈分除水管的吹扫气出口端经第二吹扫管路连接一级奈分除水管的吹扫气入口端，一级奈分除水管的吹扫气出口端连接吹扫气输出管路。本实用新型除水效率高，常温工作，显著降低能耗，无切换除冰/排水繁琐操作。

Description

一种高精度温室气体分析仪用除水控制系统

技术领域

本实用新型涉及温室气体探测技术领域，具体涉及一种高精度温室气体分析仪用除水控制系统。

背景技术

温室气体通常为大家熟知的为二氧化碳CO₂，温室气体本质上是能够产生温室效应的，一类对红外线有较强吸收的气体，除了熟知的CO₂、还有甲烷 CH₄、氧化亚氮N₂O、六氟化硫SF₆、全氟化碳PFCs、氢氟碳化物HFCs等。温室气体剧增可能带来自然灾害频发、水资源短缺、农作物产量改变、疾病危害加剧、海平面上升、生物数量变化、温室气体对气候变暖的影响，因此对环境中温室气体的分析监测具有现实意义。

现阶段，温室气体分析设备配套用的除水部分和控制气路切换部分为两个单独的系统，集成度不高；除水采用低温冷阱方式，在实际应用中遇到如下问题：

a)使冷阱维持在较低温度水平需要大量消耗电能；

b)故障率较高；

c)需要定期除冰、换吸附剂与制冷液，维护工作量繁重；

d)除湿效果不稳定；

e)需要使用大量制冷液(乙醇或其他有机试剂)，存在有机试剂中毒与消防风险。

综上所述，需要一种新的融合除水/气路切换的温室气体分析技术方案。

实用新型内容

为此，本实用新型提供一种高精度温室气体分析仪用除水控制系统，以解决现有温室气体分析除水与气路切换需要两套独立系统，且除水系统能耗高、需频繁维护、效果不稳定及存在安全风险的问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种高精度温室气体分析仪用除水控制系统，包括进气组件、除水组件、样气/标气切换组件和温室气体分析仪；所述进气组件包括压缩泵，所述除水组件包括初级奈分除水管和二级奈分除水管，所述样气/标气切换组件包括三通电磁阀组；

所述压缩泵的进气端连接有环境空气抽入管路，所述压缩泵的出气端经第一样气输送管路连接所述初级奈分除水管的进气端，所述初级奈分除水管的出气端经第二样气输送管路连接所述二级奈分除水管的进气端，所述二级奈分除水管的出气端经第三样气输送管路连接所述三通电磁阀组的样气进口端；

所述三通电磁阀组的样气/标气出口端经样气/标气输送管路连接所述温室气体分析仪的进气端，所述温室气体分析仪的出气端经第一吹扫管路连接所述二级奈分除水管的吹扫气入口端，所述二级奈分除水管的吹扫气出口端经第二吹扫管路连接所述初级奈分除水管的吹扫气入口端，所述初级奈分除水管的吹扫气出口端连接有吹扫气输出管路。

作为高精度温室气体分析仪用除水控制系统的优选方案，所述压缩泵和所述初级奈分除水管之间的所述第一样气输送管路上设有泄压阀，所述泄压阀用于排出所述第一样气输送管路中的多余气体及压缩产生的冷凝水。

作为高精度温室气体分析仪用除水控制系统的优选方案，所述二级奈分除水管和所述三通电磁阀组之间的所述第三样气输送管路上设有第一气压传感器，所述第一气压传感器用于监测进入所述三通电磁阀组的样气压力。

作为高精度温室气体分析仪用除水控制系统的优选方案，所述三通电磁阀组设有若干标气通道，所述标气通道用于引入标准气体。

作为高精度温室气体分析仪用除水控制系统的优选方案，所述三通电磁阀组和所述温室气体分析仪之间的所述样气/标气输送管路上设有第一压力/流量控制部件，所述第一压力/流量控制部件用于调节所述样气/标气输送管路输送的样气/标气流量和压力。

作为高精度温室气体分析仪用除水控制系统的优选方案，所述温室气体分析仪和所述二级奈分除水管之间的所述第一吹扫管路上设有第二压力/流量控制部件，所述第二压力/流量控制部件用于调节所述第一吹扫管路输送的吹扫气流量和压力。

作为高精度温室气体分析仪用除水控制系统的优选方案，所述样气/标气输送管路和所述第一吹扫管路之间连接有汇集旁路，所述汇集旁路用于将所述样气/标气输送管路的多余气体作为吹扫气输送至所述第一吹扫管路。

作为高精度温室气体分析仪用除水控制系统的优选方案，所述汇集旁路上设有单向阀，所述单向阀用于控制所述汇集旁路的气流；所述第一吹扫管路的气体流量大于进入所述温室气体分析仪的气体流量。

作为高精度温室气体分析仪用除水控制系统的优选方案，所述吹扫气输出管路上设有抽气泵，所述抽气泵用于抽出所述初级奈分除水管和所述二级奈分除水管内的吹扫气。

作为高精度温室气体分析仪用除水控制系统的优选方案，所述吹扫气输出管路上设有第二气压传感器，所述第二气压传感器用于监测进入所述吹扫气输出管路的吹扫气压力；

样气以正压工况状态进入所述初级奈分除水管和所述二级奈分除水管，所述初级奈分除水管和所述二级奈分除水管的吹扫气为负压，样气与吹扫气逆向流动。

本实用新型具有如下优点：设有进气组件、除水组件、样气/标气切换组件和温室气体分析仪；进气组件包括压缩泵，除水组件包括初级奈分除水管和二级奈分除水管，样气/标气切换组件包括三通电磁阀组；压缩泵的进气端连接有环境空气抽入管路，压缩泵的出气端经第一样气输送管路连接初级奈分除水管的进气端，初级奈分除水管的出气端经第二样气输送管路连接二级奈分除水管的进气端，二级奈分除水管的出气端经第三样气输送管路连接三通电磁阀组的样气进口端；三通电磁阀组的样气/标气出口端经样气/标气输送管路连接温室气体分析仪的进气端，温室气体分析仪的出气端经第一吹扫管路连接二级奈分除水管的吹扫气入口端，二级奈分除水管的吹扫气出口端经第二吹扫管路连接初级奈分除水管的吹扫气入口端，初级奈分除水管的吹扫气出口端连接有吹扫气输出管路。本实用新型可实现除水与气路切换，集成度高，体积较小，可全自动运行；采用选择性渗透膜除水技术，除水的效率高，常温下工作，显著降低能耗，且无切换除冰/排水的繁琐操作。

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申获得其他的实施附图。

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能涵盖的范围内。

图1为本实用新型实施例中提供的高精度温室气体分析仪用除水控制系统结构示意图；

图2为本实用新型实施例中提供的高精度温室气体分析仪用除水控制系统气流示意图。

图中，1、进气组件；2、除水组件；3、样气/标气切换组件；4、温室气体分析仪；5、压缩泵；6、初级奈分除水管；7、二级奈分除水管；8、三通电磁阀组；9、环境空气抽入管路；10、第一样气输送管路；11、第二样气输送管路；12、第三样气输送管路；13、样气/标气输送管路；14、第一吹扫管路； 15、第二吹扫管路；16、吹扫气输出管路；17、泄压阀；18、第一气压传感器； 19、第一压力/流量控制部件；20、第二压力/流量控制部件；21、汇集旁路； 22、单向阀；23、抽气泵；24、第二气压传感器。

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。

参见图1和图2，本实用新型实施例提供一种高精度温室气体分析仪用除水控制系统，包括进气组件1、除水组件2、样气/标气切换组件3和温室气体分析仪4；进气组件1包括压缩泵5，除水组件2包括初级奈分除水管6和二级奈分除水管7，样气/标气切换组件3包括三通电磁阀组8；

压缩泵5的进气端连接有环境空气抽入管路9，压缩泵5的出气端经第一样气输送管路10连接初级奈分除水管6的进气端，初级奈分除水管6的出气端经第二样气输送管路11连接二级奈分除水管7的进气端，二级奈分除水管7的出气端经第三样气输送管路12连接三通电磁阀组8的样气进口端；

三通电磁阀组8的样气/标气出口端经样气/标气输送管路13连接温室气体分析仪4的进气端，温室气体分析仪4的出气端经第一吹扫管路14连接二级奈分除水管7的吹扫气入口端，二级奈分除水管7的吹扫气出口端经第二吹扫管路15 连接初级奈分除水管的吹扫气入口端，初级奈分除水管的吹扫气出口端连接有吹扫气输出管路16。

本实施例中，初级奈分除水管6和二级奈分除水管7具有选择性渗透膜，本质上采用的是Nafion干燥管，常温下工作，显著降低能耗和散热，且无切换除冰/排水的繁琐操作。干燥原理完全不同于多微孔膜材料，没有物理意义上的小孔，且不会基于气体分子的大小来迁移气体。Nafion干燥管中气体的迁移是以其对磺酸基的化学亲和力为基础的。Nafion是聚四氟乙烯和全氟-3，6-二环氧-4-甲基-7-癸烯-硫酸的共聚物，磺酸基具有很高的亲水性，所以管壁吸收的水分，会从一个磺酸基向另一个磺酸基传递，直到最终到达另外一侧的管壁，而水分全部蒸发到干燥的反吹气中被带走。

本实施例中，压缩泵5和初级奈分除水管6之间的第一样气输送管路10上设有泄压阀17，泄压阀17用于排出第一样气输送管路10中的多余气体及压缩产生的冷凝水。

具体的，压缩泵5通过环境空气抽入管路9连续抽取环境空气，压缩泵5的出口压力为正压，出口处通过泄压阀17，将多余气体及压缩(并冷却)产生的冷凝水一同排出。环境样气以正压工况状态进入送至除水组件2的初级奈分除水管6和二级奈分除水管7。

本实施例中，二级奈分除水管7和三通电磁阀组8之间的第三样气输送管路 12上设有第一气压传感器18，第一气压传感器18用于监测进入三通电磁阀组8 的样气压力。三通电磁阀组8设有标气通道，标气通道用于引入标准气体。三通电磁阀组8和温室气体分析仪4之间的样气/标气输送管路13上设有第一压力/ 流量控制部件19，第一压力/流量控制部件19用于精确调节样气/标气输送管路 13输送的样气/标气流量和压力。温室气体分析仪4和二级奈分除水管7之间的第一吹扫管路14上设有第二压力/流量控制部件20，第二压力/流量控制部件20 用于精确调节第一吹扫管路14输送的吹扫气流量和压力。

具体的，三通电磁阀组8采用6+1通道阀组，0位通道为环境样气，a-b-c-d-e-f 通道为各自独立的1-6位标气通道。a-b-c-d-e-f标气通道的开启由系统接收到的温室气体分析仪4的外部控制信号，经中继后控制执行。

本实施例中，样气/标气输送管路13和第一吹扫管路14之间连接有汇集旁路21，汇集旁路21用于将样气/标气输送管路13的多余气体作为吹扫气输送至第一吹扫管路14。汇集旁路21上设有单向阀22，单向阀22用于控制汇集旁路21 的气流；第一吹扫管路14的气体流量大于进入温室气体分析仪4的气体流量。吹扫气输出管路16上设有抽气泵23，抽气泵23用于抽出初级奈分除水管6和二级奈分除水管7内的吹扫气。吹扫气输出管路16上设有第二气压传感器24，第二气压传感器24用于监测进入吹扫气输出管路16的吹扫气压力。

具体的，除水组件2的初级奈分除水管6和二级奈分除水管7采用的是串联模式，经初级除水的环境样气，先后经过初级奈分除水管6和二级奈分除水管7 除水后，露点温度可降低至-35℃以下，而后经过下游的样气/标气切换组件3，进入温室气体分析仪4。

具体的，第一压力/流量控制部件19可精确控制流经三通电磁阀组8后的环境样气或标气流量。环境样气或标气流量应测定为略高于温室气体分析仪4的流量，多余的气体经汇集旁路21，与温室气体分析仪4的尾气一起作为吹扫气进入初级奈分除水管6和二级奈分除水管7。由于温室气体分析仪4为无损伤测量，其尾气性质不会发生变化，因此将其尾气引入到初级奈分除水管6和二级奈分除水管7得吹扫气入口，可以提高系统的综合除水效率。

具体的，通过抽气泵23和第二压力/流量控制部件20可以调节流量，使得吹扫气能保持在负压，吹扫气流量由第二压力/流量控制部件20显示和记录。初级奈分除水管6、二级奈分除水管7的内管环境样气为正压，初级奈分除水管 6和二级奈分除水管7的外管吹扫气为负压，环境样气和吹扫气逆向流动，在各自的压力工况条件下，吹扫气与环境样气的露点差不小于10℃，以确保初级奈分除水管6和二级奈分除水管7的除水效率。

综上所述，本实用新型设有进气组件1、除水组件2、样气/标气切换组件3 和温室气体分析仪4；进气组件1包括压缩泵5，除水组件2包括初级奈分除水管 6和二级奈分除水管7，样气/标气切换组件3包括三通电磁阀组8；压缩泵5的进气端连接有环境空气抽入管路9，压缩泵5的出气端经第一样气输送管路10连接初级奈分除水管6的进气端，初级奈分除水管6的出气端经第二样气输送管路11 连接二级奈分除水管7的进气端，二级奈分除水管7的出气端经第三样气输送管路12连接三通电磁阀组8的样气进口端；三通电磁阀组8的样气/标气出口端经样气/标气输送管路13连接温室气体分析仪4的进气端，温室气体分析仪4的出气端经第一吹扫管路14连接二级奈分除水管7的吹扫气入口端，二级奈分除水管7的吹扫气出口端经第二吹扫管路15连接初级奈分除水管的吹扫气入口端，初级奈分除水管的吹扫气出口端连接有吹扫气输出管路16。压缩泵5通过环境空气抽入管路9连续抽取环境空气，压缩泵5的出口压力为正压，出口处通过泄压阀17，将多余气体及压缩(并冷却)产生的冷凝水一同排出。环境样气以正压工况状态进入送至除水组件2的初级奈分除水管6和二级奈分除水管7。除水组件2的初级奈分除水管6和二级奈分除水管7采用的是串联模式，经初级除水的环境样气，先后经过初级奈分除水管6和二级奈分除水管7除水后，露点温度可降低至-35℃以下，而后经过下游的样气/标气切换组件3，进入温室气体分析仪4。通过抽气泵23和第二压力/流量控制部件20可以调节流量，使得吹扫气能保持在负压，吹扫气流量由第二压力/流量控制部件20显示和记录。初级奈分除水管6、二级奈分除水管7的内管环境样气为正压，初级奈分除水管6和二级奈分除水管7的外管吹扫气为负压，环境样气和吹扫气逆向流动，在各自的压力工况条件下，吹扫气与环境样气的露点差不小于10℃，以确保初级奈分除水管6和二级奈分除水管7的除水效率。三通电磁阀组8采用6+1通道阀组，0位通道为环境样气，a-b-c-d-e-f通道为各自独立的1-6位标气通道。a-b-c-d-e-f标气通道的开启由系统接收到的温室气体分析仪4的外部控制信号，经中继后控制执行。第一压力/流量控制部件19可精确控制流经三通电磁阀组8后的环境样气或标气流量。环境样气或标气流量应测定为略高于温室气体分析仪4的流量，多余的气体经汇集旁路21，与温室气体分析仪4的尾气一起作为吹扫气进入初级奈分除水管6和二级奈分除水管7。由于温室气体分析仪4为无损伤测量，其尾气性质不会发生变化，因此将其尾气引入到初级奈分除水管6和二级奈分除水管7的吹扫气入口，可以提高系统的综合除水效率。

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 (10)

1.一种高精度温室气体分析仪用除水控制系统，其特征在于，包括进气组件(1)、除水组件(2)、样气/标气切换组件(3)和温室气体分析仪(4)；所述进气组件(1)包括压缩泵(5)，所述除水组件(2)包括初级奈分除水管(6)和二级奈分除水管(7)，所述样气/标气切换组件(3)包括三通电磁阀组(8)；

所述压缩泵(5)的进气端连接有环境空气抽入管路(9)，所述压缩泵(5)的出气端经第一样气输送管路(10)连接所述初级奈分除水管(6)的进气端，所述初级奈分除水管(6)的出气端经第二样气输送管路(11)连接所述二级奈分除水管(7)的进气端，所述二级奈分除水管(7)的出气端经第三样气输送管路(12)连接所述三通电磁阀组(8)的样气进口端；

所述三通电磁阀组(8)的样气/标气出口端经样气/标气输送管路(13)连接所述温室气体分析仪(4)的进气端，所述温室气体分析仪(4)的出气端经第一吹扫管路(14)连接所述二级奈分除水管(7)的吹扫气入口端，所述二级奈分除水管(7)的吹扫气出口端经第二吹扫管路(15)连接所述初级奈分除水管的吹扫气入口端，所述初级奈分除水管的吹扫气出口端连接有吹扫气输出管路(16)。

2.根据权利要求1所述的一种高精度温室气体分析仪用除水控制系统，其特征在于，所述压缩泵(5)和所述初级奈分除水管(6)之间的所述第一样气输送管路(10)上设有泄压阀(17)，所述泄压阀(17)用于排出所述第一样气输送管路(10)中的多余气体及压缩产生的冷凝水。

3.根据权利要求2所述的一种高精度温室气体分析仪用除水控制系统，其特征在于，所述二级奈分除水管(7)和所述三通电磁阀组(8)之间的所述第三样气输送管路(12)上设有第一气压传感器(18)，所述第一气压传感器(18)用于监测进入所述三通电磁阀组(8)的样气压力。

4.根据权利要求3所述的一种高精度温室气体分析仪用除水控制系统，其特征在于，所述三通电磁阀组(8)设有若干标气通道，所述标气通道用于引入标准气体。

5.根据权利要求4所述的一种高精度温室气体分析仪用除水控制系统，其特征在于，所述三通电磁阀组(8)和所述温室气体分析仪(4)之间的所述样气/标气输送管路(13)上设有第一压力/流量控制部件(19)，所述第一压力/流量控制部件(19)用于调节所述样气/标气输送管路(13)输送的样气/标气流量和压力。

6.根据权利要求5所述的一种高精度温室气体分析仪用除水控制系统，其特征在于，所述温室气体分析仪(4)和所述二级奈分除水管(7)之间的所述第一吹扫管路(14)上设有第二压力/流量控制部件(20)，所述第二压力/流量控制部件(20)用于调节所述第一吹扫管路(14)输送的吹扫气流量和压力。

7.根据权利要求6所述的一种高精度温室气体分析仪用除水控制系统，其特征在于，所述样气/标气输送管路(13)和所述第一吹扫管路(14)之间连接有汇集旁路(21)，所述汇集旁路(21)用于将所述样气/标气输送管路(13)的多余气体作为吹扫气输送至所述第一吹扫管路(14)。

8.根据权利要求7所述的一种高精度温室气体分析仪用除水控制系统，其特征在于，所述汇集旁路(21)上设有单向阀(22)，所述单向阀(22)用于控制所述汇集旁路(21)的气流；所述第一吹扫管路(14)的气体流量大于进入所述温室气体分析仪(4)的气体流量。

9.根据权利要求8所述的一种高精度温室气体分析仪用除水控制系统，其特征在于，所述吹扫气输出管路(16)上设有抽气泵(23)，所述抽气泵(23)用于抽出所述初级奈分除水管(6)和所述二级奈分除水管(7)内的吹扫气。

10.根据权利要求9所述的一种高精度温室气体分析仪用除水控制系统，其特征在于，所述吹扫气输出管路(16)上设有第二气压传感器(24)，所述第二气压传感器(24)用于监测进入所述吹扫气输出管路(16)的吹扫气压力。

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