一种时控冷却装置及时控冷却方法
【专利摘要】本发明公开了一种时控冷却装置及时控冷却方法，该装置包括：液氮储存罐、液氮回收罐、容纳管、富集气体管、液氮泵、第一电磁阀、第二电磁阀、空压机及控制器。该方法包括：打开液氮泵和第二电磁阀，将液氮储存罐中的液氮抽到容纳管中，当所述容纳管注满时，关闭液氮泵和第二电磁阀；通过容纳管中的液氮对位于容纳管中的富集气体管内的气体样品进行冷冻富集；当冷冻富集完成后，打开第一电磁阀和第二电磁阀，空压机将容纳管中的液氮排出到液氮回收罐中。本发明解决了现有仪器富集气体的U型管因敞口保温瓶内液氮汽化液面下降使实际冷却长度不一，影响富集效果的问题，且解决了因液氮液面下降快而无法实现无人看守大批量样品的自动测试问题。
【专利说明】
一种时控冷却装置及时控冷却方法
技术领域
[0001]本发明涉及冷冻设备技术领域，特别涉及一种时控冷却装置及时控冷却方法。
【背景技术】
[0002]稳定同位素质谱仪在测量空气中氧化亚氮时，氧化亚氮气体需要通过液氮来进行冷冻富集。测试前，仪器将U型金属管竖直放入装有液氮的敞口保温瓶中，使待测的N2O冷冻，并停留在U型管内，而N2等气体随着载气通过U型管排出系统，从而实现N2O的富集。富集完成后，将U型金属管从液氮中提出，U型管内温度迅速回到室温，使得N2O重新转化为气态，随着载气进入质谱检测。目前商业化的仪器均为单个样品手动进样，当有大量样品同时待测时，一套自动化进样系统显然更为便捷省力。在解决自动进样系统开发研制的同时，液氮冷冻装置同时需要相应配套更新，因目前冷阱的液氮罐均为3升左右，且为在室温下敞口放置，每个样品测试约需要半个小时，测试5-8个样后，敞口液氮罐内液氮液面即自然挥发下降过半，使得浸在液氮中的金属管长度变短，影响富集效果，使试验结果不稳定，需要手动及时添加液氮，这个步骤显然制约了自动进样系统的施行。
[0003]因此，迫切需要一套可以通过精确控时调节冷阱在液氮-室温两个界面切换的自动化装置，从而实现真正意义上的无人看守大批量样品的自动测试。
【发明内容】
[0004]本发明针对上述现有技术中存在的问题，提出一种时控冷却装置及时控冷却方法，其是采用定时程序控制器来实现自动控制的冷却装置，液氮罐为封闭的，解决了现有仪器富集气体的U型管因液氮汽化液面下降使实际冷却长度不一，影响富集效果的问题，且解决了因液氮液面下降快而无法实现无人看守大批量样品的自动测试的问题。
[0005]为解决上述技术问题，本发明是通过如下技术方案实现的:
本发明提供一种时控冷却装置，其包括:液氮储存罐、液氮回收罐、容纳管、富集气体管、液氮栗、第一电磁阀、第二电磁阀、空压机以及控制器，其中，
所述液氮储存罐、所述容纳管以及所述液氮回收罐依次通过管道连接，且所述液氮储存罐、所述容纳管以及所述液氮回收罐为封闭的；
所述富集气体管位于所述容纳管中，所述富集气体管的两端露在所述容纳管的外面，用于对通过富集气体管中的气体样品进行冷冻富集；
所述空压机通过所述第一电磁阀连接到所述液氮储存罐和所述容纳管之间的管道上； 所述第二电磁阀设置于所述容纳管和所述液氮回收罐之间的管道上；
所述液氮栗与所述液氮储存罐相连；
所述控制器分别与所述第一电磁阀和所述第二电磁阀相连，用于控制所述第一电磁阀和所述第二电磁阀的开关。
[0006]较佳地，所述控制器还与所述液氮栗相连，用于控制所述液氮栗的开关，进一步地，所述控制器还与所述空压机相连，用于控制所述空压机的开关，整个系统采用同一控制器进行控制，由同一控制器在不同的时间点给不同的器件不同的指令，更加的精准。
[0007]较佳地，还包括:安全阀，所述安全阀设置于所述液氮储存罐和所述第一电磁阀之间的管道上，用于防止由于液氮汽化导致所述管道内压力过大，提高了整个系统的安全性。
[0008]较佳地，还包括:螺母，所述容纳管通过所述螺母密封;所述螺母还用于固定所述富集气体管，采用螺母密封效果更好。
[0009]较佳地，所述容纳管和所述富集气体管为U型管，可以增大富集气体管与液氮的接触面积，提高冷冻效果。
[0010]较佳地，所述管道的外壁包裹有保冷层，如聚氨酯泡沫，设置保冷层能够尽量减少循环过程中的冷损失，达到最佳的冷却效果。
[0011 ]本发明还提供一种时控冷却装置的冷却方法，其包括以下步骤:
Sll:打开液氮栗和第一电磁阀，将液氮储存罐中的液氮抽到容纳管中，当所述容纳管注满时，关闭所述液氮栗和所述第一电磁阀；
SI 2:通过所述容纳管中的液氮对位于所述容纳管中的富集气体管内的气体进行冷冻富集；
S13:当冷冻富集完成后，打开第二电磁阀和所述第一电磁阀，空压机将所述容纳管中的液氮排出到液氮回收罐中。
[0012]较佳地，所述步骤S13之后还包括:
S14:所述容纳管中的液氮排出后，所述富集气体管中的冷冻富集后的气体重新转化为气态。
[0013]较佳地，所述步骤Sll中，当所述容纳管注满时，延迟预设时间后，再关闭所述液氮栗和所述第二电磁阀，这样可以确保容纳管能够注满，多余的液氮将流入液氮回收罐中，可回收利用。
[0014]较佳地，所述步骤Sll中判断所述容纳管是否注满的方法为:控制所述液氮栗的流量，然后根据所述容纳管的容量，计算所述容纳管注满的时间，自动判断容纳管是否注满，更加的智能。
[0015]相较于现有技术，本发明具有以下优点:
(1)本发明提供的时控冷却装置及其冷却方法，从液氮储存罐、到容纳管，再到液氮回收罐，整个冷却系统都为封闭的，不存在敞口液氮罐内液氮液面自然挥发下降的问题，进而解决了现有仪器富集气体的U型管因液氮汽化液面下降使实际冷却长度不一，影响富集效果的问题;且通过减少液氮的挥发，节约可能源，降低了成本；
(2)本发明的时控冷却装置及其冷却方法，通过控制器自动控制第一电磁阀和第二电磁阀的开关，来实现富集气体管在液氮-室温两个界面之间的切换，从而实现了真正意义上的无人看守大批量样品的自动测试；
(3)本发明的时控冷却装置及其冷却方法，不存在敞口液氮罐内液氮液面自然挥发下降的问题，进而解决了现有技术中由于液氮汽化使液面下降，需要人工不定时的添加液氮的麻烦。
[0016]当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
【附图说明】
[0017]下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明:
图1为本发明的时控冷却装置的结构示意图；
图2为本发明的较佳实施例的时控冷却装置的结构示意图；
图3为本发明的时控冷却方法的流程图。
[0018]标号说明:1_液氮储存罐，2-容纳管，3-液氮回收罐，4-富集气体管，5-液氮栗，6-第一电磁阀，7-第二电磁阀，8-空压机，9-控制器，10-螺母，11-保冷层，12-安全阀。
【具体实施方式】
[0019]下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0020]实施例1:
结合图1，本实施例对本发明的时控冷却装置进行详细描述，其结构示意图如图1所示，其包括:液氮储存罐1、容纳管2、液氮回收罐3、富集气体管4、液氮栗5、第一电磁阀6、第二电磁阀7、空压机8以及控制器9。其中，液氮储存罐I与容纳管2的一端通过管道相连，容纳管2的另一端与液氮回收罐3通过管道相连，液氮储存罐1、容纳管2以及液氮回收罐3都为封闭的，组成封闭系统；富集气体管4设置于容纳管2中，其两端穿过容纳管2露在容纳管2的外面，用于对通过其的气体样品进行冷冻富集，如稳定同位素质谱仪测量样品中氧化亚氮时，通过容纳管2中的液氮可以对富集气体管4中的氧化亚氮进行冷冻富集;空压机8通过第一电磁阀6连接到液氮储存罐I和容纳管2之间的管道上，第二电磁阀7设置于容纳管2和液氮回收罐3之间的管道上，在进行冷冻富集时，第一电磁阀6是关闭的，当冷冻富集完成后，打开第一电磁阀6和第二电磁阀7，空压机8工作，将容纳管2中的液氮排出到液氮回收罐3中，富集气体管4内温度回到室温，使得富集的气体重新转化为气态，用于后续的检测;液氮栗5与液氮储存罐I相连，用于将液氮储存罐I中的液氮抽到容纳管2中；控制器9分别与第一电磁阀6和第二电磁阀7相连，用于控制第一电磁阀6和第二电磁阀7的开关。
[0021]本实施例中，容纳管2和富集气体管4都设置为U型的，可以增加富集气体管4与空气的接触面积，同时也可增加富集气体管4和容纳管2的接触面积，提高富集效果。不同实施例中，也可以不为U型，可以为其他更复杂的形状。
[0022]本实施例中，容纳管2的密封是通过螺母10实现的，螺母10与富集气体管4焊接连接，其不仅用于对容纳管2进行密封，还用于固定富集气体管4。
[0023]本实施例中，为了减少与外界的热量交换，在管道的外壁上包裹有保冷层11，如聚氨酯泡沫，能够减少循环过程中的冷损失，达到最佳的冷却效果。
[0024]较佳实施例中，控制器9还可与液氮栗5和空压机8相连，同时控制液氮栗5和空压机8的开关，方便控制同步，增加系统的稳定性。
[0025]较佳实施例中，时控冷却装置还包括:安全阀12，其设置于液氮储存罐I和第一电磁阀6之间的管道上，用于防止由于液氮汽化而引起的管道内压力过大的问题，如图2所示。
[0026]较佳实施例中，管道采用304材质的无缝钢管，密封及保温效果更好。
[0027]实施例2:
结合图3，本实施例对本发明的时控冷却方法进行详细描述，其流程图如图3所示，其包括以下步骤:
Sll:当需要富集气体时，打开液氮栗和第二电磁阀，将液氮储存罐中的液氮抽到容纳管中，当容纳管注满时，关闭液氮栗和第二电磁阀；
S12:通过容纳管中的液氮对位于容纳管中的富集气体管内的气体进行冷冻富集；
S13:经过一定时间后，冷冻富集完成，打开第一电磁阀和第二电磁阀，空压机将容纳管中的液氮排出到液氮回收罐中；
S14:容纳管中的液氮排出后，富集气体管内的温度迅速回到室温，其中冷冻富集后的气体重新转化为气态，可以用于后续的检测。
[0028]本实施例中，判断容纳管是否注满的方法为:控制液氮栗的流量，然后根据容纳管的容量，计算容纳管注满的时间，经过该时间后，控制器控制液氮栗和第二电磁阀关闭。
[0029]较佳实施例中，步骤SII中当容纳管注满时，为了保证容纳管中液氮注满，可以延迟一段时间后，再关闭液氮栗和第二电磁阀，多余的液氮流入液氮回收罐3中，可进行回收再利用。
[0030]此处公开的仅为本发明的优选实施例，本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，并不是对本发明的限定。任何本领域技术人员在说明书范围内所做的修改和变化，均应落在本发明所保护的范围内。
【主权项】
1.一种时控冷却装置，其特征在于，包括:液氮储存罐、液氮回收罐、容纳管、富集气体管、液氮栗、第一电磁阀、第二电磁阀、空压机以及控制器，其中， 所述液氮储存罐、所述容纳管以及所述液氮回收罐依次通过管道连接，且所述液氮储存罐、所述容纳管以及所述液氮回收罐为封闭的； 所述富集气体管位于所述容纳管中，所述富集气体管的两端露在所述容纳管的外面，用于对通过其中的气体样品进行冷冻富集； 所述空压机通过所述第一电磁阀连接到所述液氮储存罐和所述容纳管之间的管道上； 所述第二电磁阀设置于所述容纳管和所述液氮回收罐之间的管道上； 所述液氮栗与所述液氮储存罐相连； 所述控制器分别与所述第一电磁阀和所述第二电磁阀相连，用于控制所述第一电磁阀和所述第二电磁阀的开关。2.根据权利要求1所述的时控冷却装置，其特征在于，所述控制器还与所述液氮栗相连，用于控制所述液氮栗的开关，进一步地， 所述控制器还与所述空压机相连，用于控制所述空压机的开关。3.根据权利要求1所述的时控冷却装置，其特征在于，还包括:安全阀，所述安全阀设置于所述液氮储存罐和所述第一电磁阀之间的管道上，用于防止所述管道内压力过大。4.根据权利要求1所述的时控冷却装置，其特征在于，还包括:螺母，所述容纳管通过所述螺母密封； 所述螺母还用于固定所述富集气体管。5.根据权利要求1所述的时控冷却装置，其特征在于，所述容纳管和所述富集气体管为U型管。6.根据权利要求1所述的时控冷却装置，其特征在于，所述管道的外壁包裹有保冷层。7.一种时控冷却方法，其特征在于，包括以下步骤: Sll:打开液氮栗和第二电磁阀，将液氮储存罐中的液氮抽到容纳管中，当所述容纳管注满时，关闭所述液氮栗和所述第二电磁阀； S12:通过所述容纳管中的液氮对位于所述容纳管中的富集气体管内的气体进行冷冻富集； S13:当冷冻富集完成后，打开第一电磁阀和所述第二电磁阀，空压机将所述容纳管中的液氮排出到液氮回收罐中。8.根据权利要求7所述的时控冷却方法，其特征在于，所述步骤S13之后还包括: S14:所述容纳管中的液氮排出后，所述富集气体管中的冷冻富集后的气体重新转化为气态。9.根据权利要求7所述的时控冷却方法，其特征在于，所述步骤SII中，当所述容纳管注满时，延迟预设时间后，再关闭所述液氮栗和所述第二电磁阀。10.根据权利要求7所述的时控冷却方法，其特征在于，所述步骤SII中判断所述容纳管是否注满的方法为:控制所述液氮栗的流量，然后根据所述容纳管的容量，计算所述容纳管注满的时间。
【文档编号】G01N1/42GK105823301SQ201610199911
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年4月1日
【发明人】庄榆佳, 张晗, 耿春女, 徐培丽, 张利
【申请人】上海应用技术学院