专利名称：一种气体除水装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种除水装置，具体是指一种通过Nafion管两侧的渗透压进行 除水的装置。
背景技术：
气体采样系统是固定污染源烟气在线监测系统、大气环境监测系统、气体分析仪 中最关键的部件。样气含有水份会导致分析数据的不准确甚至造成分析仪器致命性损坏。 如在红外分析领域中，样气中的水份会干扰红外分析结果导致分析数据不 准确。在分析水 溶性、腐蚀性气体中，水份可使分析仪器被腐蚀造成分析仪器致命性损坏。国内外的气体采样系统对样气的处理过程中主要采用电子制冷、压缩机制冷、干 燥剂等方法。电子制冷与压缩机制冷法都是应用降低样气露点温度使其达到样气干燥的目 的。电子制冷与压缩机制冷法在使用过程中常见的问题是1、管道及仪器被水或微粒淤塞； 2、水溶性分析物的流失；3、分析仪被酸雾腐蚀；4、为了达到理想的除水效果太低的露点温 度会因为结冰导致管路堵塞。干燥剂除水无法用于腐蚀性气体分析中并且需要经常维护。随着国家对环境保护工作的日益重视，各种气体分析的精度不断提高，对气体采 样系统的要求也在不断提高。电子制冷或压缩机制冷法除水所带来的问题将影响我国气体 检测行业的发展。
实用新型内容本实用新型针对现有技术中的不足，提出了一种方便操作、效果良好的除水装置。本实用新型是通过下述技术方案得以实现的—种气体除水装置，它包括气体采样管、气泵、Nafion管、仪表风发生器，其特征 在于气体采样管的管壁安装有加热器，Nafion管是聚四氟乙烯和氟-3，6- 二环氧-4-甲 基-7-癸烯-硫酸的共聚物复合而成的高分子膜管，气体采样管与气泵连接，气泵与Nafion 管的内管连接，仪表风发生器与Nafion管的外管连接。作为优选，上述的一种气体除水装置，所述的样气从气体采样管出来后，经1 5um微孔过滤器，和经0. 1 0. 2um的微孔过滤器过滤，再进入到气泵。作为优选，上述的一种气体除水装置，所述的Nafion管由多根管子组合，用氟橡 胶固定成蜂窝状，将其封装在不锈钢316L管内，组成一个Nafion管组。本实用新型中，样气从进口进入Nafion管后，由于Nafion管含有磺酸基团， Nafion具有极强的渗水性。通过磺酸基团，在Nafion管壁上形成了一个交联的离子通道， 水在管壁表面经过磺酸基吸收后，通过离子通道迅速地转移至管壁的另一面，然后蒸发。干 燥的仪表风通过仪表风进口源源不断的将水蒸气带走，达到样气除水干燥的目的。此管只 对羟基起吸附作用，一个磺酸基团可以接受13个水分子。因此在一定干燥度的仪表风的吹 扫下可以将气体露点温度达到_27°C -40°C。气体采样技术方案有两部分。一是采样部分，主要气体采样器；气泵收集的样气通过较粗的过滤器过滤样气中体积较大的颗粒物，再通过较细的过滤器过滤样气中体积较小 的颗粒物，以免影响Nafion管的除水性能。对过滤后的样气加热至100°C，以4L/min的流 速进入Nafion管。用仪表风发生器产生的干燥的仪表风吹扫Nafion管表面，带走水蒸气。 将Nafion管分为样气进口部分和样气出口部分，样气进口部分加热至50°C，使Nafion管快 速将水蒸气带走，但是无法充分除去样气中的水份。将样气出口部分冷却至20°C，可将样气 中残留的水份除去。二是仪表风发生器，仪表风发生器提供吹扫Nafion管干燥的仪表风， 使Naf ion管内、管外形成水气分压梯度差，达到Nafion管源源不断的向管外输送水份的目 的。仪表风发生器采用无热再生式的分子筛干燥器，目前无热再生式的分子筛干燥器技术 在内非常成熟，价格低廉，可达到_70°C露点，但需经常维护。为了降低维护量，在仪表风发 生器入口前将空气过滤，除油，除水。在仪表风发生器出口进行过滤。基本可达到3-4年无 需维护。有益效果本实用新型可用于大气环境监测、在线污染源监测、各种气体分析、快 速应急指挥车等行业。可替代国外昂贵的气体采样系统，用于CEMS中，完全满足GB/T76的 标准。由于其成本低，除水性能高，体积小等特点，为将来气体分析、环境保护等行业的技术 发展、国产化进程加快了速度。说明书附图
图1除水装置装配结构示意
图1、气体采样管 2、1 5um微孔过滤器 3、0. 1 0. 2um微孔过滤器 4、 气泵5、Nafion管 6、仪表风发生器 7、加热器
具体实施方式
以下结合附图，对本实用新型的实施作具体说明实施例一根据
图1所示结构，样气通过气体采样管1由管壁的加热器7加热至120°C，一方 面使气体中的水份不出现结露的现象，另一方面保护气体采样管1不被腐蚀。样气以每分 钟IL的流速通过气体采样管1后进入采样过滤加热器7加热至120°C，使气体中的水份进 一步蒸发，过滤样气中大颗粒物。带有120°C的样气通过过滤精度分别为5um微孔过滤器2和0. Ium微孔过滤器3。 过滤器采用聚四氟乙烯材料制成，滤芯采用高分子PE材料制成，具有耐高温、耐腐蚀的特 点。通过两级过滤后的样气温度下降至80°C以内，满足气泵4的工作温度。Nafion管5采用50根Nafion分子交换膜管用氟橡胶固定成蜂窝状，目的是加大 样气的干燥量。外壳与进、出气口采用不锈钢316L精加工成型，密封固定。Naf ion管5入 口部分工作在加热状态，加热至90°C，出口部分工作在常温状态。气泵4将采样器预处理后 的样气从Nafion管5样气入口进入管内。样气中的水份因为Nafion管5内的Nafion分 子交换膜管的管内壁与管外壁存湿度梯度差而开始向管外壁传递水分子。由于入口部分工 作在加热状态，水分子的传递速度比较快，但露点温度不够低。当除去部分水份的样气进入 Nafion管5的下半部分时，由于工作在常温下，使样气中没有除去的水份进一步排除。在Nation管5中，离子通道由管的内表面延伸至外表面。水分子首先与内表面 上的磺酸基基团相结合，管壁深处的磺酸基基团结合的水分子较少(假设外表面水蒸汽的压强低于内表面水蒸汽的压强)，因此对水分子有更强的吸引力，管内表面的水分子就会 很快通过磺酸基基团，到达管壁的外表面，散发到环境中，实现对湿样品气溶胶的去溶。由 Nafion管5排出的水分被干燥的吹扫气(通常是空气)带出系统，则管壁内外存在的压力 梯度会保证去溶过程持续进行。 式中Vp为干气流速；Vs为样气流速；Ps为样气压力；Pv为干气压力。仪表风发生器6产生每分钟4L的露点为_70°C的干燥气吹扫Nafion管5外管壁， 使管壁内外存在的压力梯度，将蒸发出的水气带走。仪表风从Nafion管5的仪表风进口进 入，以稳定的流速吹扫吹扫Nafion管5外管壁，再从仪表风出口进入大气中，见附图2。仪表风发生器6生产流速稳定、干燥的仪表风。仪表风发生器6由三部分组成。 一是气泵，气泵为仪表风发生器提供稳定的空气，空气通过油水分离器除油后进入过滤器。 过滤器过滤空气中的颗粒物进入电子制冷器。二是电子制冷器，电子制冷器是初步除去空 气中的水份，保护无热再生式的分子筛干燥器。过滤后的空气进入电子制冷器将温度下降 至4°C。实施过程中对电子制冷器的精度和耐腐程度要求不高，因为仅用于空气的干燥。三 是无热再生式的分子筛干燥器。无热再生式的分子筛干燥器可以将冷却后的空气进一步干 燥，达到-70°C的露点。分子筛干燥器在国内是一项很成熟的技术，成本低但需要维护，通过 前一级制冷除水后可使分子筛干燥器工作4年。分子筛干燥器干燥后的空气通过过滤器滤 除分子筛干燥器中的颗粒物后进入Nafion管的仪表风进口。根据测试，当样气温度为25°C时，可达到_45°C的露点，因此除水效果非常理想。
权利要求一种气体除水装置，它包括气体采样管(1)、气泵(4)、Nafion管(5)、仪表风发生器(6)，其特征在于气体采样管(1)的管壁安装有加热器(7)，气体采样管(1)与气泵(4)连接，气泵(4)与Nafion管(5)的内管连接，仪表风发生器(6)与Nafion管(5)的外管连接。
2.根据权利要求1所述的一种气体除水装置，其特征在于所述的Nafion管(5)由多根 管子组合，用氟橡胶固定成蜂窝状，将其封装在不锈钢316L管内，组成一个Nafion管组。
专利摘要本实用新型公布了一种除水装置，具体是指一种通过Nafion管两侧的渗透压进行除水的装置。本实用新型特征是它包括气体采样管、气泵、Nafion管、仪表风发生器等，其中气体采样管的管壁安装有加热器，气体采样管与气泵连接，气泵与Nafion管的内管连接，仪表风发生器与Nafion管的外管连接，在气泵前加装两级微孔过滤器。本实用新型的优点是成本低，除水性能高，体积小等，本实用新型可广泛应用于大气环境监测、在线污染源监测、各种气体分析、快速应急指挥车等行业。
文档编号B01D53/22GK201609628SQ20092011725
公开日2010年10月20日 申请日期2009年4月9日 优先权日2009年4月9日
发明者方军, 李文乐, 杨斌, 谢建立, 黄安 申请人:陈明