一种可凝性气体快速低温捕集装置的制作方法

[0001]
本实用新型是一种可凝性气体快速低温捕集装置，属于环境监测技术领域，特别是关于一种可凝性气体低温捕集的装置。


背景技术：

[0002]
在环境监测技术中，对气态污染物的低温捕集方法主要有4种：半导体制冷、液氮制冷、大功率压缩机制冷机、小功率热声制冷机。
[0003]
半导体制冷的制冷使用特种半导体材料，通电后直接制冷，不用制冷剂，具有可连续工作，无回转效应，工作时没有震动、噪音，寿命长，安装容易的优点。但半导体制冷缺点是制冷所能达到的温度较高，最低一般只能达到-70度，不能实现冷冻的物理方法对气体的完全捕集。因此半导体制冷的应用范围受到了限制。
[0004]
液氮作为一种常用的冷却剂，其原理就是液氮在气化过程中会吸收大量的热量，从而使周围环境的温度迅速降低。其最大的优势就是最低温度可达-196 度，气体可在这个温度下基本实现完全捕集。但由于这种方法是将液氮直接喷入冷阱外部的蒸发器中，因此液氮的消耗量较大，制冷的成本较高，且操作过程中需要频繁补充液氮，为使用和维护带来较大不便。
[0005]
大功率压缩机制冷机一般为使用制冷剂的复叠式制冷。大功率压缩机制冷机可连续工作，使用寿命长，只需用电即可工作，最低温度可达-150度以下，满足环境监测中对气态污染物低温捕集的需要。但是大功率压缩机制冷机在使用过程中耗电量大，产生的热量多，对环境温度要求高；另外大功率压缩机制冷机一般体积较大、重量较重，虽可完成捕集工作，但在运输和搬运过程中非常困难，在极端情况下还需吊车进行搬运。
[0006]
小功率热声制冷机与大功率压缩机制冷机相比，体积小、重量轻，在外场观测中易于搬运，耗电量小，对放置的环境温度要求没有那么严苛。但小功率热声制冷机的问题在于功率小，制冷量有限，实际带动的负荷小，一台制冷机最多只能带一通道低温捕集，如需多通道低温捕集就需要多台制冷机，成本比较高。另外小功率热声制冷机在制冷过程中，由于其功率较小，制冷机冷头温度可以达-150度以下，但实际低温捕集部件达不到-150度，容易造成捕集不完全的情况出现。
[0007]
针对上述问题，本实用新型目的是设计一套多通道的快速低温捕集装置，既做到了使用小功率热声制冷机的优点，体积小、重量轻、耗电量低，又能实现低温捕集，使实际捕集部件温度达到-150度以下，同时还能一机带动多通道阵列式的捕集部件，真正实现低成本、低功耗、便携的对气态污染物完全捕集装置。
[0008]
小功率制冷机在低压状态下可以达到设定的温度，但在实际使用过程中由于小功率制冷机制冷量小，在捕集部件加热过程中，会损耗过多的冷量来抵御加热产生的热量；在捕集部件降温的过程中，小功率制冷机制冷量小又会使捕集部件降温速度慢，降温时间长，不足以满足现场周期运转的要求。


技术实现要素：

[0009]
本实用新型的目的是提供一种可凝性气体快速低温捕集装置，克服现有方法捕集可凝性气体周期长、效率低的问题。
[0010]
一种可凝性气体快速低温捕集装置，包括制冷部件，其特征在于，还包括密封系统、真空控制部件和加热部件；
[0011]
其中，密封系统包括一带法兰的密封壳2，一密封盖4，若干密封螺钉5，密封盖4盖在带法兰的密封壳2的开口处，使密封盖4与带法兰的密封壳2形成一个密封空间；密封盖4上有若干密封螺钉5；带法兰的密封壳2的底面设有与制冷设备1连接的密封孔28；
[0012]
制冷部件包括小功率制冷设备1、冷块3和捕集部件16，冷块3和捕集部件16在密封壳2内，小功率制冷设备1的冷端19穿过密封壳2底部的密封孔 28与在密封壳2内的冷块3连接；在小功率制冷设备1的冷端19上设有冷端温度传感器6；
[0013]
捕集部件16包含1个捕集管20或包含多个捕集管20；捕集管20贴敷在冷块3壁上，捕集管20的端头通过密封螺钉5中间的密封孔伸到密封盖4的外部；
[0014]
真空控制部件包括真空计9、开关阀10、真空泵11和充气气路12，真空泵 11管路的一端穿过密封壳2壁伸在密封壳2内，真空泵11管路的另一端在密封壳2外，真空泵11用于对密封系统进行抽真空，真空泵11上设有开关阀10；真空计9测量端穿过密封壳2伸在密封壳2内，真空计9的显示表盘在密封壳2 外；
[0015]
加热部件包括加热装置、若干加热接头13、控制芯片23、电源24和电线 25，其中若干加热接头13分别连接在加热装置的两端的外壁上，控制芯片23 通过电线25与加热装置的两端的加热接头13连接，控制芯片23又与电源24 连接，电源24通过控制芯片23与电线25、加热接头13和加热装置形成回路；加热装置是套在捕集管20外壁的u型加热管22或者是捕集管20的外壁；捕集管20和其套有的u型加热管22成为一个整体后，再贴敷在冷块3上；在每个 u型加热管22外壁上设有实时温度传感器8，或在外壁是加热装置的捕集管20 的外壁上设有实时温度传感器8。
[0016]
在捕集管20外部的u型加热管22外，还套有pfa或者聚四氟乙烯材料的塑料管(201)，或在捕集管20外壁是加热装置的捕集管20外，还套有pfa 或者聚四氟乙烯材料的塑料管。
[0017]
带法兰的密封壳2和密封盖4是由热导率小的材料制成的。
[0018]
本实用新型具有以下优点：
[0019]
1、本实用新型采用真空状态下进行制冷捕集，减少自然对流给热；本实用新型的真空控制部件可以通过调节系统的真空度，实现对捕集部件温度的升降速度的控制。在捕集部件升温时降低真空度数值，快速升温的同时减少捕集部件的热量在系统中的损失；在捕集部件降温时加大真空度数值，加快冷块和捕集部件的冷量传递，实现快速降温；
[0020]
2、本实用新型采用热导率小的材料做密封附件，可减少外界热量对系统的影响，使得系统在制冷工作过程中不受外界环境的影响，提高制冷效率；本实用新型捕集管外部套有pfa或者聚四氟乙烯等材料的塑料管(201)，起到加热管、捕集管与冷块隔热、绝缘的作用。
[0021]
3、本实用新型由控制芯片或者程序控制的加热部件，可以在短时间内改变捕集部件的温度；
[0022]
4、本实用新型不仅实现低温制冷的要求，达到-150℃以下，而且体积很小，因此，本实用新型易于搬运和移动，有利于在户外多地点进行捕集气体。同时本实用新型耗电量也大大降低。
附图说明
[0023]
图1、本实用新型实施例总体结构示意图；
[0024]
图2、本实用新型加热装置a电路连接结构示意图；
[0025]
图3、本实用新型加热装置b电路连接结构示意图；
[0026]
图4、本实用新型实施例中加热装置a外部套有pfa或者聚四氟乙烯材料的塑料管的加热装置a电路连接结构示意图；
[0027]
图5、本实用新型实施例中捕集管外部套有pfa或者聚四氟乙烯材料的塑料管的加热装置b电路连接结构示意图。
[0028]
其中，1为小功率制冷设备，2为带法兰的密封壳，3为冷块，4为密封盖， 5为密封螺钉，6为冷端温度传感器，8为实时温度传感器，9为真空计，10为开关阀，11为真空泵，13为加热接头，16为捕集部件，19为小功率制冷设备1 的冷端，20为捕集管，22为u型加热管，23为控制芯片，24为电源，25为电线，28为密封孔，201为塑料管。
具体实施方式
[0029]
一种可凝性气体快速低温捕集装置，包括制冷部件，其特征在于，还包括密封系统、真空控制部件和加热部件；
[0030]
其中，密封系统包括一带法兰的密封壳2，一密封盖4，若干密封螺钉5，密封盖4盖在带法兰的密封壳2的开口处，使密封盖4与带法兰的密封壳2形成一个密封空间；密封盖4上有若干密封螺钉5；带法兰的密封壳2的底面设有与制冷设备1连接的密封孔28；
[0031]
制冷部件包括小功率制冷设备1、冷块3和捕集部件16，冷块3和捕集部件16在密封壳2内，小功率制冷设备1的冷端19穿过密封壳2底部的密封孔 28与在密封壳2内的冷块3连接；在小功率制冷设备1的冷端19上设有冷端温度传感器6；
[0032]
捕集部件16包含1个捕集管20或包含多个捕集管20；捕集管20贴敷在冷块3壁上，捕集管20的端头通过密封螺钉5中间的密封孔伸到密封盖4的外部；
[0033]
真空控制部件包括真空计9、开关阀10、真空泵11和充气气路12，真空泵 11管路的一端穿过密封壳2壁伸在密封壳2内，真空泵11管路的另一端在密封壳2外，真空泵11用于对密封系统进行抽真空，真空泵11上设有开关阀10；真空计9测量端穿过密封壳2伸在密封壳2内，真空计9的显示表盘在密封壳2 外；
[0034]
加热部件包括加热装置、若干加热接头13、控制芯片23、电源24和电线 25，其中若干加热接头13分别连接在加热装置的两端的外壁上，控制芯片23 通过电线25与加热装置的两端的加热接头13连接，控制芯片23又与电源24 连接，电源24通过控制芯片23与电线25、加热接头13和加热装置形成回路；加热装置是套在捕集管20外壁的u型加热管22或者是捕集管20的外壁；捕集管20和其套有的u型加热管22成为一个整体后，再贴敷在冷块3上；在每个 u型加热管22外壁上设有实时温度传感器8，或在外壁是加热装置的捕集管20 的外壁上设有实时温度传感器8。
[0035]
在捕集管20外部的u型加热管22外，还套有pfa或者聚四氟乙烯材料的塑料管(201)，或在捕集管20外壁是加热装置的捕集管20外，还套有pfa 或者聚四氟乙烯材料的塑料管。
[0036]
带法兰的密封壳2和密封盖4是由热导率小的材料制成的。
[0037]
本实用新型在使用时，包括下列步骤：
[0038]
步骤一、如所述的一种可凝性气体快速低温捕集装置，其中，将捕集部件 16放置在密封系统，并对捕集部件16设置加热装置22；
[0039]
步骤二、当要捕集可凝性气体时，开启小功率制冷设备1，小功率制冷设备1通过冷块3对捕集部件16进行制冷；同时真空控制部件对密封系统抽真空；
[0040]
步骤三、捕集部件16被冷块3持续冷却，并使密封系统达到设定的真空度；捕集部件16里的需捕集的可凝性气体逐步成为固态物质；
[0041]
步骤四、当捕集部件16捕集到设定的量的可凝性气体后，通过加热装置 22对捕集部件16加热，使捕集的固态物质成为可凝性气体被回收，在捕集部件 16加热的过程中，加大系统的真空度，减少捕集部件16的热量和冷块3的冷量的交换；
[0042]
步骤五、可凝性气体回收完成后，加热装置22停止加热，通过充气气路 12对密封系统加入少量气体，减小密封系统的真空度，使加热装置22与冷块3 之间有少量气体，加热装置22因气体的传导，迅速被冷块3冷却下来；
[0043]
步骤六、当需要继续捕集可凝性气体时，转入步骤三，如不再需要捕集可凝性气体，转入下一步；
[0044]
步骤七、关闭小功率制冷设备1，本次捕集工作完成。
[0045]
其中，步骤三所述的密封系统设定的真空度数值为大于0.5pa，小于10pa 期间的某一值，步骤四中加大系统的真空度，此时系统真空度数值小于1pa，步骤五中减小密封系统的真空度，此时密封系统的真空度数值为大于1pa，小于30pa期间的某一真空度。其中，步骤四中的真空度数值小于步骤三的真空度数值；步骤五的真空度数值大于步骤三的真空度数值。
[0046]
实施例：
[0047]
本实用新型的特征在于：它包括密封系统、制冷部件、真空控制部件和加热部件。
[0048]
密封系统包括一个密封的腔体，这个密封腔体由一小功率的制冷设备，一带法兰的密封壳，一密封盖，若干密封螺钉组成；小功率制冷设备与带法兰的密封壳一端连接，带法兰的密封壳与密封盖连接，密封盖上有若干密封螺钉；密封部件的材料选择热导率小的，减少外界热量对系统的影响。
[0049]
制冷部分包括小功率制冷设备、冷块和多通道捕集部件组成；小功率制冷设备的冷端与冷块紧密相连，保证小功率制冷设备的冷量充分快速导到冷块上；冷块上可安装多个通道的捕集部件，捕集部件应与冷块紧密相连，保证冷块上的冷量充分快速导到捕集部件。
[0050]
真空控制部件由密封系统加上真空计、开关阀、真空泵和充气气路组成。使用真空泵对密封系统进行抽真空，真空计测量密封系统的真空度，开关阀可在真空计达到要求后停止抽真空。充气气路与真空泵和开关阀配合控制，可以调整真空系统的真空度，通过调节真空度实现对捕集部件温度的升降速度的控制：在捕集部件升温过程中，真空泵工作，使系
统的真空度数值降至更低，减少捕集部件的热量在系统内的损耗；在捕集部件降温过程中，打开充气气路提高系统的真空度数值，冷块与捕集部件的冷量传递加快，实现捕集部件快速降温。
[0051]
加热部件为对捕集部件进行加热，在制冷的同时还可以对捕集部件加热，实现了对样品的捕集和转移分析的要求；
[0052]
下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述。
[0053]
本实用新型包括密封系统、制冷部件、真空控制部件和加热部件。
[0054]
密封系统包括一个密封的腔体，如图1所示，这个密封腔体由一小功率的制冷设备1，一带法兰的密封壳2，一密封盖4，若干密封螺钉5组成。小功率制冷设备1与带法兰的密封壳2一端连接，带法兰的密封壳2与密封盖4连接，密封盖4上有若干密封螺钉5。密封部件的材料选择热导率小的，减少外界热量对系统的影响。
[0055]
制冷部分包括小功率制冷设备1、冷块3和捕集部件16组成；小功率制冷设备1的冷端与冷块3紧密相连，保证小功率制冷设备1的冷量充分导到冷块3 上；冷块3上可安装若干捕集部件16，捕集部件16应与冷块3紧密相连，保证冷块3上的冷量充分导到捕集部件16。温度传感器6可以测量小功率制冷设备 1的实时温度。实时温度传感器8可以测量捕集部件的实时温度。
[0056]
真空控制部件由密封系统加上真空计9、开关阀10、真空泵11和充气气路 12组成。使用真空泵11对密封系统进行抽真空，真空计9测量密封系统的真空度，开关阀10可在真空度达到要求后停止抽真空。在捕集部件升温过程中，真空泵11工作，使系统的真空度数值降至更低，减少捕集部件热量在系统内的损耗；在捕集部件降温过程中，打开充气气路12提高系统真空度数值，冷块3与捕集部件16的冷量传递加快，实现捕集部件16快速降温。
[0057]
加热部件根据实时温度传感器8的温度测量，对捕集部件16进行加热处理，在制冷的同时还可以对捕集部件16加热，实现了对样品的捕集和转移分析的要求。本实用新型的加热部件可有图2和图3两种方式。图2包括冷块3，加热管 22，捕集管20，加热接头13，温度传感器8，控制芯片23、电源24和电线25。加热管22用于对加热温度进行调节，电源24为开关电源，控制芯片23可以是单片机控制芯片，也可以是自行设计的控制芯片。图3包括冷块3，加热和捕集管20，加热接头14，温度传感器7，控制芯片23、电源24和电线25。加热和捕集管20即是对加热温度进行调节设备也是样品捕集设备，电源24为开关电源，控制芯片23可以是单片机控制芯片，也可以是自行设计的控制芯片。
[0058]
本实用新型的一种多通道的快速低温捕集装置，制冷温度可达-150度以下，远低于现有的半导体制冷。与液氮相比，工作时不需要添加任何物质，在制冷效果上差别不大，极大地降低了成本。与大功率压缩机制冷机比，本实用新型结构小巧，耗电量少，运输方便。与小功率热声制冷机比，实际制冷温度更低，通过调节系统的真空度的设计，实现对捕集部件温度的升降温度的控制，满足环境监测对气态污染物的低温捕集的要求。