样气冷凝装置和样气冷凝方法与流程

本发明涉及一种样气处理装置和方法，更具体地，涉及一种样气冷凝装置和样气冷凝方法。

背景技术：

随着我国汽车保有量的不断增加，机动车排放的尾气对环境造成很大的影响。当前国家颁布的法规规定对机动车的排气污染物：一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化合物(NOX)进行监测。对上述有害气体的检测一般采用不分光红外法(NDIR)。

但在实际检测中，机动车发动机工作排出的气体中包含了大量的气态的水。这些气态的水如果不经去除，就会产生下面的后果：a.随着样气温度逐渐下降，沿着分析仪的气路会不断冷凝出液态水，这些液态水将导致气路堵塞，并吸附在气室壁、镜片上，从而影响红外光的传输，对检测结果造成影响；b.样气中没有冷凝出来的气态水，因为红外吸收的波长与被检测气中的NOX有重叠，造成背景气干扰，同样会对检测结果造成影响。

因此采用不分光红外法对机动车排气污染物进行检测时，必须对样气中的气态水进行冷凝处理才能保证检测能连续进行，保证检测结 果的准确性。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，提出了一种样气冷凝装置，包括：

电子制冷片，电子制冷片包括热端和冷端；

加热管，加热管设置在热端上，加热管的下端设置有样气入口、加热管的上端设置有加热气体出口；和

冷凝管，冷凝管设置在冷端上，冷凝管与加热管相连接，冷凝管的上端设置有与加热气体出口相配合的加热气体入口。

进一步地，加热管以弯折形状布置在热端。

进一步地，样气冷凝装置还包括：

散热器，散热器的一侧与热端相连接，散热器的另一侧包括多个相互平行的散热片。

进一步地，冷凝管包括：

内管，内管的上端与加热气体入口相连接，内管的下端靠近冷凝管的底部；

冷凝气出口，冷凝气出口设置在冷凝管的顶部且与冷凝管的内部空腔相连通；和

冷凝水出口，冷凝水出口设置在冷凝管的底部。

进一步地，冷凝管还包括：

外管，外管设置在内管的外侧且位于冷凝管内部，使得内管能够 沿外管的长度方向贯穿外管，其中外管的内部为真空状态。

进一步地，样气冷凝装置还包括：

保温管，保温管设置在冷凝管的上侧，内管能够穿过保温管经由加热气体入口与加热管相连通，冷凝气出口通过穿过保温管的冷凝气出气管与外界相连通。

进一步地，样气冷凝装置还包括：

冷凝管座，冷凝管放置在冷凝管座中。

进一步地，样气冷凝装置还包括：

两个隔热套，两个隔热套中的一个套装在冷端与冷凝管的外侧，两个隔热套中的另一个套装在热端的外侧。

根据本发明的另一方面，提出了一种样气冷凝方法，该样气冷凝方法以上述样气冷凝装置来执行，该方法包括：

A步骤：给电子制冷片通电，电子制冷片的热端对加热管进行加热，电子制冷片的冷端对冷凝管进行制冷；

B步骤：样气经由加热管的样气入口进入加热管；

C步骤：加热后的样气经由加热管的加热气体出口和冷凝管的加热气体入口进入冷凝管；和

D步骤：冷凝后的样气和产生的液态水分别通过冷凝管的顶部的冷凝气出口和冷凝管的底部的冷凝水出口输送到样气冷凝装置的外部。

进一步地，A步骤还包括：

通过散热器对电子制冷片的热端进行散热。

进一步地，C步骤还包括：

外管对内管内的加热后的样气进行保温，其中内管设置在冷凝管的内部且上端与加热气体入口相连接，外管设置在内管的外侧且位于冷凝管内部。

进一步地，C步骤还包括：

加热后的样气先经过设置在冷凝管的上侧的保温管的保温过程再进入冷凝管。

根据本发明的样气冷凝装置能够获得简单的结构，占用空间较小，便于与其它装置配合使用，并且可以提高气体分析的准确度。

附图说明

图1是根据本发明实施例的样气冷凝装置的冷凝过程示意图；

图2A是根据本发明实施例的样气冷凝装置的正视图；和

图2B是图2A的B-B向剖视图。

具体实施方式

下面参照附图详细描述本发明的说明性、非限制性实施例，对根据本发明实施例的样气冷凝装置和样气冷凝方法做进一步说明。

参照图1和图2B，根据本发明的样气冷凝装置包括电子制冷片、加热管3和冷凝管4。电子制冷片的热端和冷端分别与加热管3和冷凝管4连接，用于对加热管3进行加热、对冷凝管4进行制冷，从而使得样气流经加热管3时被加热升温，流动至冷凝管4时因温度大幅 降低而使其中的液态水得到冷凝，达到去除样气中液态水的目的。

电子制冷片包括热端1和冷端2。电子制冷片利用特定类型的半导体材料构成P-N结，形成热电偶对，产生珀尔帖效应，即通过直流电制冷。加热管3设置在电子制冷片的热端1上，加热管3的下端设置有样气入口31、上端设置有加热气体出口32。加热管3用于从外界接收待冷凝的样气并将加热后的气体通过加热气体出口32输送到冷凝管4。冷凝管4设置在电子制冷片的冷端2上，电子制冷片的冷端2为冷凝管4制造了低温的工作环境。冷凝管4与加热管3相连接，并且冷凝管4的上端设置有与加热气体出口32相配合的加热气体入口47，用于接收由加热管3加热的样气并进一步进行冷凝处理。电子制冷片的热端1与加热管3相连接，在通电的情况下对加热管3内流动的样气进行加热。冷端2与冷凝管4相连接，为冷凝管4制造温度较低的工作环境，从而与加热管形成较大的温差，从而提高冷凝的效果。

优选地，加热管3以弯折形状布置在电子制冷片的热端1。这样的布置方式可以增加加热管3与热端1的接触面积，进一步提高加热效果。需要明确的是，加热管3在电子制冷片的热端1的布置形状不限于此，可以根据具体工作环境以任意形状布置在电子制冷片的热端1。

进一步地，根据本发明的样气冷凝装置还包括散热器5，该散热器5的一侧与电子制冷片的热端1相连接，另一侧包括多个相互平行的散热片51。散热器5用于将热端1的一部分热量扩散出去，在保 证热端1对加热管3的加热温度的情况下，保护电子制冷片不被高温烧坏。

进一步地，根据本发明的样气冷凝装置的冷凝管4包括内管41、冷凝气出口42和冷凝水出口43。内管41的上端与冷凝管4的加热气体入口47相连接、下端靠近冷凝管4的底部。内管41用于接收从加热管3输送的经加热后的样气，并将该样气输送到冷凝管4的靠近底部的位置，使得加热后的样气在冷凝管4内得到充分冷却，使其中气态水冷却为液态水排出。冷凝气出口42设置在冷凝管4的顶部且与冷凝管4的内部空腔相连通，使经过冷却后的气体排出冷凝管4。另外，将冷凝气出口42设置在冷凝管4的顶部可以增加气体在冷凝管4内的冷凝空间、延长冷凝时间，使冷凝效果更明显。冷凝水出口43设置在冷凝管4的底部，以方便液态水的流出。冷凝管4的上述结构可以增加加热后的样气在冷凝管4内的停留时间，从而提高冷凝效率。

根据本发明的另一个示例，冷凝管4还可以包括外管44，该外管44设置在内管41的外侧、冷凝管4的内部，使得内管41可以沿外管44的长度方向贯穿该外管44，其中外管44的内部为真空状态。通过在内管41的外侧设置外管44，使得内管41与外管44之间的空间呈真空状态，使得流动在内管41内的被加热的样气可以在基本保持原来的温度的情况下被输送到靠近冷凝管4的底部的位置，使得加热后的样气可以尽量长时间地在冷凝管4内流动，从而延长样气的冷凝时间，提高冷凝效果。

参照图2B，样气冷凝装置还包括保温管45，保温管45设置在冷凝管4的上侧，并且内管41可以穿过该保温管45经由加热气体入口47与加热管3的加热气体出口32相连通，冷凝气出口42通过穿过保温管的冷凝气出气管48与外界相连通。通过设置该保温管45可以进一步保持由加热管3输送的被加热的样气的温度，使得内管41的出口处与冷凝管4内部的温差最大化，提高冷凝效果。

可选地，根据本发明的样气冷凝装置还可以包括冷凝管座46，使得冷凝管4可以放置在冷凝管座46中，保证样气冷凝过程冷凝管4的稳定。另外，根据本发明的样气冷凝装置还可以包括两个隔热套，两个隔热套中的一个61套装在冷端2与冷凝管4的外侧，用于保持冷端的低温环境。两个隔热套中的另一个62套装在热端的外侧，用于保持热端的高温环境。两个隔热套的作用是尽量增加加热管处于冷凝管4处的温差，提高样气中气态水的冷凝效果。

根据本发明的另一个实施例，提出了一种样气冷凝方法，该样气冷凝方法使用上述样气冷凝装置来执行。该样气冷凝方法包括以下步骤：A步骤：给电子制冷片通电，由电子制冷片的热端1对加热管3进行加热、冷端2对冷凝管4进行制冷；B步骤：样气经由加热管3的样气入口31通入加热管3，由加热管3对样气进行加热；C步骤：加热后的样气经由加热管3的加热气体出口32和冷凝管4的加热气体入口48进入冷凝管4，在冷凝管4内对加热后的样气进行冷凝；和D步骤：冷凝后的样气和产生的液态水分别通过冷凝管4顶部的冷凝气出口42和冷凝管4底部的冷凝水出口43输送到所述样气冷凝装 置的外部，从而完成对样气中气态水的冷凝程序，进一步对样气进行分析。

进一步地，上述A步骤还包括通过散热器5对电子制冷片的热端1进行散热，从而在维持热端高温的情况下保证电子制冷片的安全。

进一步地，上述C步骤还包括：外管44对内管41内的加热后的样气进行保温，其中内管41设置在冷凝管4的内部且上端与加热气体入口47相连接，外管44设置在内管41的外侧且位于冷凝管4内部。采用在内管41外部套装外管44的方案，可以保证加热后的样气在内管41中流动的过程中的温度基本保持不变，从而使得样气流出内管41后的温度与冷凝管4内的温度差最大化，达到更好的冷凝效果。

进一步地，上述C步骤还可以包括：加热后的样气先经过设置在冷凝管4上侧的保温管45的保温过程再进入冷凝管4。保温管45可以对通入内管41的加热后的样气进一步起到保温的效果，使得加热后的样气由内管41的出口出去时，样气的温度与冷凝管4内部的温度差较大，达到更好的冷凝效果。

尽管对本发明的典型实施例进行了说明，但是显然本领域技术人员可以理解，在不背离本发明的精神和原理的情况下可以进行改变，其范围在权利要求书以及其等同物中进行了限定。