一种可调纯度的高通量氮气发生器的制作方法

本实用新型涉及氮气发生器领域，具体为一种可调纯度的高通量氮气发生器。

背景技术：

在实验室的仪器分析中，氮气作为一种常用的气源，例如常常应用于液相色谱-质谱联用仪(lc/ms)和气相色谱-质谱联用仪(gc/ms)等，这些仪器广泛用于环境分析、食品分析、医学研究等领域。由于钢瓶储气罐自身的局限性，现在的实验室大都采用氮气发生器作为提供氮气的装置。现有的氮气发生器根据产生氮气的原理不同，大致可分成四类，分别是电化学分离、物理吸附氮气发生器、空纤维膜分离氮气发生器和新型合成分子筛氮气发生器，由于不同制氮原理的氮气发生器对氮气的分离程度不同，所以可产生不同纯度的氮气，为了满足不同仪器分析的需求，大都采用高纯度氮气发生器，对于氮气纯度要求不高的分析仪器，存在资源浪费的现象，无形之中提高了实验的成本。其次，氮气发生器单位时间产生的氮气容量有限，所以一台氮气发生器往往只能连接一台分析仪器，这就使氮气发生器给多台分析仪器同时提供氮气造成了困难。

本实用新型的目的在于提供一种可调纯度的高通量氮气发生器，实现了一台氮气发生器可以同时连接两台分析仪器，同时可以满足不同分析仪器对不同纯度氮气的需求。

技术实现要素：

1.要解决的技术问题

为了克服现有技术中氮气发生器存在氮气纯度低和产气量小，无法满足一台氮气发生器同时为多台液质联用仪和气质联用仪提供氮气等缺陷，本实用新型提供了一种高通量的氮气发生器，可以同时链接两台或者三台液质联用仪或气质联用仪。此外采用对两种氮气分离器的并联，实现了氮气发生器对不同氮气浓度的选择。

2.技术方案

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种氮气发生器，包括空气预处理单元、空气净化单元和氮气制备单元，所述的空气预处理单元包括依次相连的空气压缩机、压力控制阀、气路开关阀一和空气储罐，所述的空气净化单元由依次相连的水滴过滤器一、冷冻式压缩空气干燥器、气路开关阀二、超级油滴过滤器和除尘过滤器一和水滴过滤器二组成；所述的氮气制备单元依次由plc控制器一、电磁阀一与电磁阀二相连、plc控制器二、电磁阀二、电磁阀三、碳分子筛柱一、碳分子筛柱二、中空纤维膜空气分离器、氮气储罐一、氮气储罐二和除尘过滤器二等组成。

储气罐还设有安全阀和排污阀。

所述冷冻式压缩空气干燥器包括冷却风扇，风扇与热变换器相对，热变换器和冷冻压缩机串联。

所述冷冻压缩机为盘管式冷凝器。

所述的超级水滴过滤器为吸附式除水过滤器。

所述的碳分子筛柱包括电磁阀二、电磁阀三、碳分子筛柱一和碳分子筛柱二，所述的plc控制器二分别连接电磁阀二和电磁阀三，所述的电磁阀二分别连接碳分子筛柱一和碳分子筛柱二，所述的碳分子筛柱一和碳分子筛柱二并联连接，电磁阀三的一端分别连接氮气储罐一和除尘过滤器二，电磁阀三的另一端连接碳分子筛柱一和碳分子筛柱二。任一碳分子筛柱吸附产生氮气，并连接氮气储罐一，则另外一碳分子筛柱脱附再生，产生的滤气通过除尘过滤器二排到空气当中。当压缩空气经电磁阀二调节进入其中一组碳分子筛柱时，只允许氮气通过碳分子筛柱，处理过的气体经电磁阀三后进入储气罐一，空气中的氮气以外的杂质均被去除，经过除尘过滤器过滤后排到空气中。碳分子筛柱可反复清洗再次使用，进气和排气的过程通过电磁阀二和电磁阀三控制。

上述的电磁阀一与plc控制器一串连，通过plc控制器一和电磁阀一的启闭，使空气根据要求选择碳分子筛过滤器和中空纤维膜空气分离器。当需要制备纯度为99.9％的氮气时，plc控制器一会控制电磁阀一的启闭，使空气流入中空气纤维膜空气分离器，经过滤产生的氮气进入氮气储罐二后备用，之后进入分析仪器；当需要制备纯度为99.999％的氮气时，plc控制器一，会控制电磁阀一，接通通往碳分子筛的气路。碳分子筛过滤器包括plc控制器二、电磁阀二、电磁阀三和碳分子筛柱一和碳分子筛柱二，此过滤器为可再生碳分子筛柱洗涤器，plc控制器二会调节电磁阀二和电磁阀三的启闭，任一碳分子筛柱吸附产生氮气，则另外一碳分子筛柱脱附再生。当压缩空气经过一碳分子筛柱时，只允许氮气通过碳分子筛柱，空气中除氮气外的杂质均被除去，处理过的气体经电磁阀三分别进入氮气储罐一和除尘过滤器二。

空气压缩机连接空压阀，空压阀控制气路压力。

工作原理：

本实用新型通过空气压缩机将空气打入空气储罐储存，压力开关控制阀控制着空气压缩机的运行与暂停，空气储罐下面的排污阀用于将空气中的液态水排出，对于空气进行一级除水；从空气储罐出来的空气通过水滴过滤器进行二级除水，相对干燥的空气进入冷冻式压缩空气干燥器，通过热变换器的冷却和冷冻压缩机压缩；干燥的空气通过超级油滴污过滤器、除尘过滤器一和水滴过滤器的净化，净化后的空气通过plc控制器一和电磁阀一进入制氮单元，因本实用新型有两种制氮模式，通过plc控制器一对电磁阀一的控制从而实现对两种制氮模式的切换。当空气通过电磁阀二、碳分子筛柱一、碳分子筛柱二时，plc控制器二通过对电磁阀二和电磁阀三的控制进而调控两个碳分子筛柱交替连续制氮，并储存到氮气储罐一，可源源不断为仪器提供99.9995％的氮气；当空气经过中空纤维膜空气分离器时，利用膜分离技术产生高纯度氮气，直接储存到氮气储罐二，以便为仪器提供纯度为99.9％氮气。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

(1)本实用新型的氮气发生器较传统的氮气发生器相比，通过plc控制器调节电磁阀，提供不同浓度的氮气，同一个氮气发生器可以产生浓度为99.9％和99.9995％的氮气，满足了不同分析仪器对不同浓度氮气的需要。

(2)通过plc控制器控制电磁阀，可以实现气路在两种不同氮气发生器之间的切换。

(3)采用大容量的气罐，增加了单位时间的气体流量，满足了两台分析仪器同时对氮气的需求。

(4)对制备氮气过程中产生的废气，经过滤器后排出，避免了对环境的污染。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图中标号说明：

1、空气压缩机，2、压力控制阀，3、气路开关阀一，4、空气储罐，5、安全阀，6、排污阀，7、水滴过滤器一，8、冷冻式压缩空气干燥器，9、热变换器，10、冷却风扇，11、冷冻压缩机，12、气路开关阀二，13、超级油滴过滤器，14、除尘过滤器一，15、水滴过滤器二，16、plc控制器一，17、电磁阀一，18、电磁阀二，19、碳分子筛柱一，20、碳分子筛柱二，21、plc控制器二，22、电磁阀三，23、除尘过滤器二，24、氮气储罐一，25、中空纤维膜空气分离器，26、氮气储罐二。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

实施例1

一种高通量氮气发生器，包括空气压缩单元、空气冷冻压缩干燥单元、空气净化单元和氮气制备单元，如图1所示。空气压缩单元依次相连空气压缩机1、压力控制阀2、气路开关阀一3、空气储罐4，压力控制阀2通过设置压力表上的示值来控制空气压缩机的运行与暂停，通常压力表示值在0.6～0.8mpa时，空气压缩机停止工作，当压力表的示值小于0.6mpa时，空气压缩机开始工作。空气储罐4上面的安全阀5可以调控压力，空气储罐4下面的排污阀6用于排除空气中的液态水。空气冷冻压缩干燥单元主要是冷冻式压缩空气干燥器8，包括热变换器9、冷却风扇10、冷冻压缩机11，冷却风扇10正对着热变换器9安装，通过风冷为热变换器9制冷，空气压缩单元与空气冷冻压缩干燥单元通过水滴过滤器一7连接，水滴过滤器一7对空气进行二级除水。空气净化单元依次相连超级油滴过滤器13、除尘过滤器一14、水滴过滤器二15，空气冷冻压缩干燥单元与空气净化单元通过气路开关阀12相连。氮气制备单元由碳分子筛制氮模式和中空纤维膜分离制氮模式组成，电磁阀二18、碳分子筛柱一19、碳分子筛柱二20、plc控制器二21和电磁阀二22、除尘过滤器二23、氮气储罐一24组成碳分子筛制氮单元，其中plc控制器二21通过控制电磁阀一18和电磁阀三22使碳分子筛柱一19和碳分子筛柱二20交替制氮和交替排出废气。中空纤维膜空气分离器25和氮气储罐二26组成中空纤维膜分离制氮单元，两种制氮模式的切换通过plc控制器一16控制电磁阀二17得以实现。