气体检测设备及具有该气体检测设备的烟气在线监测系统的制作方法

本实用新型涉及分析仪器技术领域，具体为一种气体检测设备及具有该气体检测设备的烟气在线监测系统。

背景技术：

目前，很多种类的气体检测仪为了防止水汽干扰测量结果或者防止水汽进入电气设备、精密设备中，需要将样品气体(下文中所称样气)中的水汽除去。常用的除水汽的方法是，在需要防止水汽进入的设备前级加装除湿器，以除去样气中的水汽。

例如，对于连续排放监测系统(continuousemissionmonitoringsystem，cems)又称在线监测系统，可以连续监测烟气排放的各项指标，并且实时地将各项指标数据发送给环保部门或者企业等相关方。该系统被配置在测量点以后，基本无需人工干预即可自动化地完成样气的预处理、测量、数据分析和上传。

图1是现有技术中一种在线检测系统的结构示意图，由于一些在线监测系统的分析仪3通常不宜过多与水汽接触，需要在分析仪3的前级加装除湿器1。除湿器1能够将样气中的水汽凝结为液态水，并且经由除湿器的排水出口1c排出，为了防止外部气体如空气经由排水出口1c反向流入样气气路中，需要将排水出口1c经由排水管路10连接到液封装置11。图1所示的液封装置11包括试管112和排液锅114，排水管路10的一端与除湿器1的排水出口1c连通，另一端伸入试管112的底部。从排水出口1c排出的液态水灌满试管112后，从试管112顶部溢出，并流入排液锅114内。排液锅114的侧壁开设有排液锅出口116，排液锅出口116的水平高度低于试管112的顶部。因此，当排液锅114内的水面到达排液锅出口116之后，继续流入排液锅114内的水量将从排液锅出口116排出。

样气在样气气路中的流动一般由泵2驱动，一旦除湿器1的样气入口1a侧被堵住，在泵2的负压作用下，试管112中的液体容易被吸入分析仪3中，造成分析仪3的损坏。

目前的一种解决上述问题的方案是，参考图2，在排水出口1c与液封装置11之间的排水管路10中，设置起缓冲作用的安全锅102。安全锅102的容积一般大于液封装置11中的试管112的容积，即使试管112中的水被完全抽出，也只能够部分地填充安全锅102，而不会有多余的水被倒吸至分析仪3内。

安全锅102的设置虽然解决了倒吸的问题，但同时带来了系统响应时间的增加。安全锅102相当于增大了从排水出口1c到液封装置11之间排水管路10的流道容积，而样气在流经除湿器1的过程中，会向排水管路10中扩散，直至填充这部分流道容积。排水管路10的流道容积越大，损耗在填充这部分流道容积(相当于样气的死体积)的样气量就越多，样气流至分析仪3并产生测量结果的响应时间也就越长，进而使防倒吸的安全性与系统的响应时间之间产生矛盾。

因此，如何兼顾防倒吸的安全性和系统的响应时间，是本领域亟待解决的技术问题。

为了解决上述问题，现有的一种替代方案如图2所示，该在线监测系统在排水出口1c与液封装置11之间设置有蠕动泵104。因为蠕动泵104与排水出口1c之间的排水管路10，其所使用的蠕动管管径很小，所以死体积就很小，对系统的响应时间影响较小。但是，蠕动泵104的使用又会造成其他问题，例如，排水管路10所采用的蠕动管为消耗品，需要定期更换；蠕动泵104为电气设备，可靠性相对较低，需要经常性地维护，维护成本较高；蠕动泵104能够通过的流量有限，一旦流量不足或者蠕动泵暂停工作，液态水会积蓄并进入分析仪3中，对分析仪3造成不可逆的损坏。

技术实现要素：

针对以上问题，本实用新型提供了一种气体检测设备，解决了如何兼顾防倒吸的安全性和系统的响应时间的问题，即使增大排水管路的流道容积，系统的响应时间依然能够得到保障。

该气体检测设备包括：用于对样气实施检测的分析仪；与分析仪连通，用于将样气吸入分析仪中的泵；除湿器，具有与泵连通的样气出口，除湿器能够将样气中的水分转化为液态水，并且经由除湿器的排水出口排出；经由排水管路与排水出口接通的第一液封装置，该气体检测设备还包括设置在排水出口与排水管路的接合处的第二液封装置。

设置在排水出口与排水管路的结合处的第二液封装置，能够在排水出口与排水管路之间形成液封，从而防止除湿器中流动的样气向排水管路中扩散，从而使得样气在流经除湿器时能够更加集中地向样品出口输送，避免系统的响应时间受到排水管路的流道容积大小的制约。通过以上方式，即使增大排水管路的流道容积以解决防倒吸的安全性问题，也不会对系统的响应时间造成负面干扰。

在本实用新型的较优技术方案中，第二液封装置利用其内部积累的液态水实现液封，该液态水即为样气中水汽凝结的液态水。因为用于液封的液体为由样气中的水汽凝结而成的液态水，所以无需为第二液封装置中用于液封的液体布置独立的管路系统，积累的液态水可以直接经由排水管路向第一液封装置排出，有效地简化了装置结构。

进一步地，在本实用新型的较优技术方案中，第二液封装置向排水管路中排放液态水，排放液态水的流量能够随着液态水积累量的增大而增大。

根据该较优技术方案，可以将液态水的液面稳定在规定位置或者范围内，从而使得，第二液封装置内一方面能够积累一定量的液态水，以维持样气气路与排水管路之间的密封；另一方面能够保障液态水的排放速度，防止因液态水积累速度过快，造成多余的液态水无法及时排出而流入分析仪的问题。

在本实用新型的较优技术方案中，第二液封装置为鸭嘴接头，鸭嘴接头包括沿重力方向呈自上而下伸缩状的鸭嘴结构，鸭嘴结构的上端开口连接到排水出口，鸭嘴结构的下端开口连接到排水管路。

鸭嘴接头为简单的机械装置，相比于蠕动泵等电气设备，装置成本以及维护成本均大幅降低，并且可靠性较好。鸭嘴结构小口径的下端开口不仅有利于液态水的积累，而且能够一定程度地抑制倒吸，大口径的上端开口能够提高可积累的液态水的总量。

进一步地，在本实用新型的较优技术方案中，鸭嘴结构具有能够使其下端开口伸缩的弹性。

以上技术方案利用简单的机械结构，即可将液态水的液面稳定在规定位置或者范围内。因为鸭嘴结构具有能够使其下端开口伸缩的弹性，当鸭嘴结构内积累的液态水的量较少时，鸭嘴结构所受压力较小，下端开口的打开程度也相应较小，排放液态水的流量也较小，有利于液态水在鸭嘴结构内的进一步积累；而随着鸭嘴结构内积累的水量增加，鸭嘴结构所受压力也随之增大，下端开口逐渐打开，排放液态水的流量相应增大，有利于液态水的排出。利用上述两种过程之间的平衡，鸭嘴结构排放液态水的流量能够随着液态水积累的量的增大而增大，从而利用简单的机械结构，将液态水的液面稳定在规定位置或者范围。

在本实用新型的较优技术方案中，第二液封装置也可以采用薄膜接头。薄膜接头具有水平设置的薄膜，不同量的液态水对于薄膜施加的压力不同，薄膜能够根据所受压力大小，适应性地改变透过薄膜的液体流量。

在本实用新型的较优技术方案中，第一密封装置包括排液锅和试管，试管放置在排液锅内，排水管路的末端插入至试管的底部，排液锅具有用于排出液态水的排液锅出口，排液锅出口的设置高度低于试管顶部的高度。由于试管的存在，在倒吸现象发生时，泵能够吸到的水的量仅为试管的容积，防止泵将排液锅内所有的液态水全部倒吸进分析仪中，从而降低液态水倒吸灌入分析仪中的风险。

进一步地，在本实用新型的较优技术方案中，排水管路中设置有安全锅，安全锅具有比试管更大的容积。因为安全锅比试管具有更大的容积，即使试管中的水被完全抽出，也只能够部分地填充安全锅，而不会有多余的水继续倒吸入分析仪内。另外，由于第二液封装置的存在，系统的响应时间受到安全锅的影响较小，仍旧能够维持在较高水平。

在本实用新型的较优技术方案中，气体检测设备用于烟气在线监测系统。

附图说明

图1是现有技术中一种在线检测系统的结构示意图；

图2是现有技术中另一种在线检测系统的结构示意图；

图3是现有技术中再一种在线检测系统的结构示意图；

图4是本实用新型实施方式一中气体检测设备的结构示意图；

图5是本实用新型实施方式二中气体检测设备的结构示意图；

图6是图5中的第二液封装置在两弹片扩开状态下的结构示意图；

图7是本实用新型实施方式三中气体检测设备的结构示意图。

附图标记：1-除湿器，1a-样气入口，1b-样气出口，1c-排水出口，10-排水管路，102-安全锅，104-蠕动泵，11-第一液封装置，112-试管，114-排液锅，116-排液锅出口，12-第二液封装置，120-鸭嘴接头，122-鸭嘴结构，124-第一弹片，126-第二弹片，128-内衬，2-泵，3-分析仪。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，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方式，都属于本实用新型保护的范围。

术语及解释

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型的实施方式中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施方式一

参考图4，本实施方式提供了一种气体检测设备，包括用于对样气实施检测的分析仪3；与分析仪3连通，用于将样气吸入分析仪3中的泵2；除湿器1，具有与泵2连通的样气出口1b，除湿器1能够将样气中的水凝结为液态水，并且经由除湿器1的排水出口1c排出；经由排水管路10与排水出口1c接通的第一液封装置11，该气体检测设备还包括设置在排水出口1c与排水管路10的接合处的第二液封装置12。

本实施方式中，泵2可以是任意类型可提供负压的泵，从而利用该负压，驱动样气从样气入口1a进入除湿器1、从样气出口1b离开除湿器1，并且驱动样气进入分析仪3中。在一些实施方式中，泵2的位置也可以设置在分析仪3的后级，或者根据需要调整至其他合适位置。

本实施方式中，除湿器1具有样气入口1a、样气出口1b以及排水出口1c，其中，样气入口1a和样气出口1b是相互连通的，除湿器1的除湿部件(未示出)设置在样气入口1a到样气出口1b的气流流动路径中，用于凝结样气中的水汽。排水出口1c与除湿部件相连通或者设置在除湿部件的下方，承接除湿部件得到的液态水。

样气在流经除湿器1的过程中，样气中的水分(例如以水蒸气或者小水滴形式存在的水)会被除湿器1凝结为液态水，液态水以水滴的形式，逐滴地经过排水出口1c排出。

第二液封装置12设置在排水出口1c的下方，能够将这些液态水水滴收集起来，并且积累形成体相(bulky)的液态水。第二液封装置12能够将这些体相的液态水，以完全堵住管道的形式，保持在排水出口1c和排水管路10之间，从而形成除湿器1与排水管路10之间的液封。

第二液封装置12能够进行除湿器1与排水管路10之间的液体传质，但不会进行气体传质。具体而言，第二液封装置12逐滴地接收来自除湿器1的液态水，同时以逐滴滴落的形式，向排水管路10中排出这些液态水，稳定状态下，接收和排出的速度基本平衡。而气体传质方面，由于液态水完全堵住管道，这些体相的液态水能够完成排水出口1c与排水管路10之间的液封，除湿器1中的气体无法透过该液封结构而向排水管路10中扩散。

通过以上方式，样气在流经除湿器1的过程中，能够集中地向样气出口1b输送，不会因为需要填充排水管路10而被损耗，减小了系统的死体积，提高了系统的响应速度。采用以上结构的气体检测设备，即使显著增大排水管路的流道容积以解决防倒吸的安全性问题(防倒吸的安全性问题：确保即使样气入口1a被堵住，也不会将第一液封装置11中的大量液体吸入分析仪3中)，也不会对响应时间造成干扰，从而有效兼顾防倒吸的安全性和系统的响应时间。

举例来说，即使进一步地加粗排水管道10，或者在排水管道10中设置安全锅等缓冲装置，以解决第一液封装置11的倒吸问题，由于除湿器1与排水管路10之间是气密(air-proof)的，上述结构改变也不会造成死体积的增加，更不会对系统的响应时间造成干扰。

此外，因为在本实施方式中，用于液封的液体即为样气中的水汽转化而成的液态水，所以无需为第二液封装置12中用于液封的液体布置独立的管路系统，积累的液态水可以直接经由排水管路10向第一液封装置11排出，有效地简化了装置结构。

实施方式二

参考图5，本实施方式提供的气体检测设备中，第二液封装置12为鸭嘴接头120。该鸭嘴接头120具有沿重力方向呈自上而下收缩状的鸭嘴结构122，其中，鸭嘴结构122的上端为大口径端，上端的开口为固定尺寸的开口，与除湿器1的排水出口1c直接连通，从而接收来自除湿器1的液态水；鸭嘴结构122的下端为小口径端，下端的开口与排水管路10直接连通，用于向排水管路10中排出汇集的液态水。

具体而言，鸭嘴结构122由相互倾斜且对称设置的第一弹片124和第二弹片126构成，第一弹片124和第二弹片126均具有向中心收缩的弹性，从而使鸭嘴结构122下端开口能够弹性收缩。在无外力作用下，第一弹片124与第二弹片126的下端相互抵接，两弹片之间不留空隙，从而将鸭嘴结构122的上方空间与下方空间气密性分隔。

在此状态下，上方空间内的液态水以及样气均难以向鸭嘴结构122的下方空间流动。针对样气的密封可以防止样气向排水管路10中的扩散，而针对液态水的密封可以使得，液态水一旦滴落至两弹片的抵接处，即被保持在两弹片之间，从而在两弹片之间逐渐积累，形成用于液封的体相液态水，进一步提高密封的可靠性。

当两弹片之间积累了一定量的液态水之后，因为积累的液态水在重力的作用下会对两弹片均施加侧向的压力，从而使两弹片分别向两侧张开。

如图6所示，向两侧张开后，第一弹片124和第二弹片126的下端形成开口并且逐渐扩张，液态水能够从张开形成的开口中流出，并且经由排水管路10排出。

如果液态水的量停止增加，那么，随着液态水的流出，积累的液态水的量将逐渐减少，液态水对两弹片的压力也会逐渐释放，从而使两弹片重新靠近并且闭合该开口。开口闭合之后，停留在第一弹片124和第二弹片126的下端处的液态水的量能够维持稳定。

如果液态水的量快速增加，例如针对一些样气中水汽含量较高的情况，随着积累的液态水的量的增多，第一弹片124和第二弹片126之间的下端开口也逐渐扩大，第二液封装置12容许通过的水的流量也相应增大。通过调节鸭嘴结构122的尺寸设置，例如是上端开口的尺寸大小，以及第一弹片124和第二弹片126的弹性或者两弹片之间可张开角度的大小，可以进一步提高第二液封装置12容许通过的水的流量，避免水无法被及时排出而发生水进入分析仪3的情形，提高分析仪3使用的安全性。

当第二液封装置12的液态水流入流量较大时，第二液封装置12能够适应性地增加排出液态水的流量；当第二液封装置12的液态水流入流量较小时，第二液封装置12能够适应性地减小排出液态水的流量。通过以上动态调节和平衡过程，液态水的流入和排出能够达到稳态平衡，将第二液封装置12内液态水的液面稳定在规定位置或者范围。

在以上适应性调节并到达稳态的过程中，鸭嘴结构122的上方空间与下方空间要么由两弹片抵接形成密封，要么由两弹片之间保持的液态水形成液封。样气均难以透过第二液封装置12，从而可以避免排水管路10的容积成为样气输送过程中的死体积。

本实施方式中，第一弹片124和第二弹片126可以采用硅胶、氟橡胶等可以柔软成型且具有一定弹性的材料制得。上述材料选择一方面利于两弹片之间在无液态水流入时形成抵接密封，另一方面使得两弹片随着液态水的量的增多可以弹性折弯，以扩张开口并适应性地调节水的流量。

本实施方式中，鸭嘴接头120的底部还连接有内衬128，内衬128采用聚氯乙烯、聚丙烯等耐腐蚀的硬质塑料制成，内衬128的外壁利用箍扣或者耐腐蚀胶水同鸭嘴接头120连接固定，内衬128的内壁具有螺纹，以连接排水管路10。

在一些实施方式中，在无外力作用下，第一弹片124与第二弹片126之间也可以保留一定的间隙，液态水利用表面张力保持在第一弹片124和第二弹片126之间。一旦积累的液态水的重力大于表面张力，液态水也能够落入排水管道10中进行排水。

本实施方式中，第二液封装置12排放液态水的流量能够随着液态水积累量的增大而增大。积累的液态水较少时，排出液态水的流量也较小，积累的液态水较多时，排出液态水的流量也相应增大。该排水流量的配置方式，一方面有利于积累一定量的液态水，以维持样气气路与排水管路10之间的密封；另一方面有利于提高液态水的排放流量上限，防止短时间内有大量液态水积累时，多余的液态水无法及时排出而流入分析仪3。

在一些实施方式中，也可以在鸭嘴结构122的底部，设置连接在第一弹片124和第二弹片126之间的薄膜(未示出)，薄膜上设置有开口。在这些实施方式中，向两侧分离的第一弹片124和第二弹片126能够牵拉薄膜，使薄膜上的开口扩张，进而以此方式增大通过液态水的流量。

实施方式三

图7是实施方式三中提供的气体检测设备的结构示意图。

本实施方式中，第一液封装置11的主要结构包括排液锅114、试管112，排液锅114上设置有排液锅出口116，此外，排水管路10中还设置有安全锅102。其他部件和附图标记均与实施方式二的图5中的结构相同，不再一一赘述。

本实施方式中，试管112竖直放置在排液锅114内，排水管路10的末端插入至试管112的底部，排液锅出口116的设置高度低于试管112的顶部，安全锅102具有比试管112更大的容积。

由于试管112的存在，在倒吸现象发生时，泵2能够吸到的水的量仅为试管112的容积，防止泵2将排液锅114内所有的液态水全部倒吸进分析仪3中，从而降低液态水倒吸灌入分析仪3中的风险。

因为安全锅102比试管112具有更大的容积，即使试管112中的水被完全抽出，也只能够部分地填充安全锅102，而不会有多余的水继续倒吸入分析仪3内。另外，由于第二液封装置12的存在，系统的响应时间受到安全锅102的影响较小，仍旧能够维持在较高水平。

实施方式四

本实用新型的实施方式四中的气体检测设备，其基本结构与实施方式一至实施方式三中的任一气体检测设备相同，或者是这些实施方式中结构的组合搭配，所以在此不再一一赘述，亦不再另行附图说明。

本实施方式中，该气体检测设备用于烟气在线监测系统。

烟气在线监测系统在被安装至测量点后，基本无需人工干预即可自动化完成样气的监测工作。因为无人工干预或者监管，一旦在监测过程中，出现水倒吸如分析仪而损坏分析仪的问题，将对系统造成不可逆的损害。利用本实施方式提供的方案，可以有效提高系统的响应速度，并且解决防倒吸的安全性问题，降低烟气在线监测系统的故障率。

在本实用新型的一些实施方式中，第二液封装置12也可以采用薄膜接头。薄膜接头具有水平设置的薄膜，不同量的液态水对于薄膜施加的压力不同，能够根据薄膜的特性，以及根据薄膜所受压力的大小，适应性地改变透过薄膜的液体流量。当薄膜所受的压力较大时，薄膜随应力发生形变，薄膜上的通孔的孔径增大，能够透过薄膜的液体流量也相应增大；当薄膜所受压力较小时，薄膜上的通孔收缩，能够透过薄膜的液体流量也相应减小。

本实施方式中，第二液封装置12相对于第一液封装置11为次级液封，使用较为简单的机械装置，液封所保持或使用的液体量也较小，即使泵2产生倒吸现象，较小的液体量也能够减小被吸入分析仪3中的可能。

以上仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。