专利名称：一种硅胶干燥系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及气体以及大气颗粒物干燥设备领域，特别是涉及一种大气气溶胶的硅胶干燥系统。
背景技术：
相对湿度是影响颗粒物光学性质的关键因素，现有实验仪器本身的测量技术原理决定了它不能在高相对湿度下很好运行。一般研究都针对相对湿度45%以下的干燥气溶胶进行(气溶胶是液态或固态微粒在空气中的悬浮体系)，因此除湿对气溶胶颗粒物光学性质的研究至关重要。现有的美国博纯公司Nafion干燥管可以对采样管路中颗粒物进行干燥，但其在气溶胶颗粒物大流量采样时效果不理想，并且维护费用很高。而目前常用的硅胶扩散干燥管需要频繁更换干燥剂，不仅费力费时而且造成数据大量缺失。
发明内容
本发明的目的是提供一种自动持续对样品进行干燥，且使用维护简便的硅胶干燥系统。为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案本发明公开了一种硅胶干燥系统，包括样品气干燥装置，所述样品气干燥装置包括样品气入口、样品气出口、至少两个硅胶柱和样品气流控制阀；所述硅胶柱包括进气口、 出气口和填充在从进气口到出气口之间的硅胶干燥剂，所述样品气入口通过独立的进气管道分别与各硅胶柱的进气口连通，所述样品气出口通过独立的出气管道分别与各硅胶柱的出气口连通，所述样品气流控制阀设置在样品气入口侧或样品气出口侧，可控地在至少两个硅胶柱之间进行开关切换，使至少两个硅胶柱中的一个形成样品气流通路。本发明的一种实施方式中，所述硅胶柱包括内管和外管，所述内管和外管之间构成封闭的夹层，所述夹层中填充硅胶干燥剂，所述内管两端分别连通进气口和出气口，所述内管的管壁为微型网孔结构。本发明的一种实施方式中，所述内管管壁上的微型网孔结构的孔径小于Imm;所述内管为直筒状结构。本发明的一种改进实施方式中，所述样品气流控制阀包括第一控制阀和第二控制阀，所述第一控制阀设置在样品气入口和各硅胶柱进气口之间，所述第二控制阀设置在样品气出口和各硅胶柱出气口之间，所述第一控制阀与硅胶柱进气口之间的各进气管道上开有第一风口，所述第二控制阀与硅胶柱出气口之间的各出气管道上开有第二风口 ；所述硅胶干燥系统还包括硅胶柱干燥装置和干燥气流控制阀，所述硅胶柱干燥装置分别与各硅胶柱的第一风口连通，所述第二风口与外界连通，所述干燥气流控制阀设置在硅胶柱干燥装置与各硅胶柱的第一风口之间或第二风口处，可控地在各硅胶柱之间进行开关切换，使至少一个硅胶柱与硅胶柱干燥装置保持连通。一种实施方式中，干燥气流控制阀包括第三控制阀和第四控制阀，第三控制阀设
4置在硅胶柱干燥装置与各硅胶柱的第一风口之间，第四控制阀设置在各硅胶柱的第二风口处。本发明的另一种改进实施方式中，所述的硅胶干燥系统还包括实时监控装置，所述实时监控装置包括温度检测组件和湿度检测组件；所述温度检测组件分别安置于所述硅胶柱干燥装置上，以及各硅胶柱第二风口的上；所述湿度检测组件分别安置于样品气出口上，以及各硅胶柱第二风口的上；所述实时监控装置通过温度检测组件和湿度检测组件的检测，实时显示硅胶柱干燥装置的温度以及各硅胶柱的温度和湿度；实时监控装置与硅胶柱干燥装置、样品气流控制阀和干燥气流控制阀电连接，并根据检测到的温度或湿度与设定的温度或湿度阈值的比较，自动控制所述硅胶柱干燥装置的开关，以及各样品气流控制阀和干燥气流控制阀的开合。本发明另一种改进实施方式中，所述硅胶柱干燥装置包括干燥气驱动组件和发热组件，所述干燥气驱动组件通过独立的管道各硅胶柱的第一风口连通，所述第三控制阀设置在干燥气驱动组件与各硅胶柱的第一风口之间；所述发热组件设置于干燥气驱动组件与各硅胶柱的连通管道上或者直接设置于硅胶柱上，所述发热组件具有独立控制的电动开关，所述电动开关与所述实时监控装置电连接。本发明另一种改进实施方式中，更优选的，所述干燥气驱动组件为无油空气压缩机。本发明的第三种改进实施方式中，所述硅胶干燥系统，还包括冷却装置，所述冷却装置通过独立的管道分别与各硅胶柱的第二风口连通。由于采用以上技术方案，本发明的有益效果在于本发明的硅胶干燥系统由于具有多个硅胶柱，因此可以实现可控的连续自动的对大气样品进行持续干燥。硅胶柱干燥装置的使用，使得本发明的硅胶干燥系统能够在不影响对大气样品进行干燥工作的同时，实现硅胶柱的干燥再生，以保证了大气样品更有效的连续干燥，并且减少了频繁的人工操作以及昂贵的维护费用。实时监控装置的使用，使得整个干燥系统更智能合理，实现了高度的自动化；使得硅胶柱无论是运行干燥工作还是干燥再生都能达到最有效合理的发挥作用，提高了硅胶柱的使用效率。
图1是本发明实施例中硅胶干燥系统的结构示意图。
具体实施例方式本发明实施例中的硅胶干燥系统包括样品气干燥装置，其中样品气干燥装置包括样品气入口、样品气出口、至少两个硅胶柱和样品气流控制阀。硅胶柱包括进气口、出气口和填充在从进气口到出气口之间的硅胶干燥剂，所述样品气入口通过独立的进气管道分别与各硅胶柱的进气口连通；样品气出口通过独立的出气管道分别与各硅胶柱的出气口连通。样品气流控制阀设置在样品气入口侧或样品气出口侧，可控地在至少两个硅胶柱之间进行开关切换，使至少两个硅胶柱中的一个形成样品气流通路。
需要指出的是，在采用本发明的硅胶干燥系统对大气颗粒物干燥时，由于大气颗粒物还需要进入下一环节进行检测，必须保证大气颗粒物不受损失。因此，本发明优选的， 硅胶柱包括内管和外管，内管和外管之间构成封闭的夹层，并且在夹层中填充硅胶干燥剂； 内管两端分别连通进气口和出气口，内管的管壁为微型网孔结构。使得大气颗粒物在硅胶柱内管中流动，而水蒸气则通过微型网孔结构扩散到夹层中的硅胶中，从而实现对大气颗粒物的干燥。其中微型网孔结构的设计，既要保证水蒸气能够通过，以便于其扩散到硅胶中；又要确保不会对大气颗粒物造成影响，即确保大气颗粒物不能被滞留损失掉；因此，本发明的微型网孔结构优选的孔径小于1mm。此外，为了增加样品气在内管中的滞留时间，从而更有效的保证大气颗粒物的干燥效果，按需求增加柱体长度。需要指出的是，同样为了避免大气颗粒物在内管中滞留或者粘附，内管的内管壁必须是光滑的。还需要指出的是，为了减少颗粒物在内管流动附着损失，样品气在硅胶柱内管中的流动优选的为层流流动。因此，根据样品气在内管的停留时间和雷诺数小于2000的要求设计硅胶柱的内管长度和管径即可。其中样品气在内管的停留时间可以根据具体干燥情况和环境来确定，本领域技术人员可以知道如何判断；而雷诺数的技术也是公知常识。上述硅胶干燥系统通过样品气流控制阀可以在硅胶柱之间进行切换，从而基本实现本发明对大气颗粒物持续干燥的基本构思。在此基础上，本发明的第一种改进方式是，在硅胶干燥系统中添加硅胶柱干燥装置及干燥气流控制阀。并且，上述样品气流控制阀包括第一控制阀和第二控制阀，第一控制阀设置在样品气入口和各硅胶柱进气口之间，第二控制阀设置在样品气出口和各硅胶柱出气口之间，第一控制阀与硅胶柱进气口之间的各进气管道上开有第一风口，第二控制阀与硅胶柱出气口之间的各出气管道上开有第二风口 ；硅胶柱干燥装置分别与各硅胶柱的第一风口连通，硅胶柱的第二风口与外界连通。干燥气流控制阀设置在硅胶柱干燥装置与各硅胶柱的第一风口之间或第二风口处，可控地在各硅胶柱之间进行开关切换，使至少一个硅胶柱与硅胶柱干燥装置保持连通。需要指出的是，其中第一控制阀可以设置在各硅胶柱进气口与样品气入口的连接管道上，用以独立的控制管道开合；也可以设置在各硅胶柱进气口与样品气入口的交汇点， 并能够实现选择性开启其中一个硅胶柱，而封闭其它硅胶柱。第二控制阀的设置方式可以对照第一控制阀的设置进行。在上述第一种改进方式中，优选的，干燥气流控制阀包括第三控制阀和第四控制阀，第三控制阀设置在硅胶柱干燥装置与各硅胶柱的第一风口之间，第四控制阀设置在各硅胶柱的第二风口处。第三控制阀可以独立的开合，独立的控制每个硅胶柱与硅胶柱干燥装置的连通；第四控制阀也可以独立的开合，独立的控制每个硅胶柱与外界的连通。本发明的具体实施方式
中，硅胶柱干燥装置包括干燥气驱动组件和发热组件，干燥气驱动组件通过独立的管道各硅胶柱的第一风口连通，第三控制阀设置在干燥气驱动组件与各硅胶柱的第一风口之间；发热组件设置于干燥气驱动组件与各硅胶柱的连通管道上或者直接设置于硅胶柱上，发热组件具有独立控制的电动开关。需要指出的是，当发热组件直接设置于硅胶柱上，对硅胶柱进行加热时，干燥气驱动组件就向硅胶柱中提供干燥气体，以配合硅胶柱的加热干燥再生。当发热组件设置于干燥气驱动组件与硅胶柱的连通管道上时，干燥气驱动组件向硅胶柱提供的是经过发热组件加热的热风，同样能够实现硅胶柱的加热干燥再生。另外，为了避免在硅胶柱加热再生的过程中，提供的干燥气流对硅胶柱造成污染，本发明使用的干燥气驱动组件为无油空气压缩机，并且发热组件优选为电发热组件。上述第一种改进的实施方式中实现了对硅胶柱的干燥再生，使得对大气颗粒物的干燥能够循环的持续进行。但是，为了使得硅胶柱的干燥再生能够更有效的控制，对大气颗粒物的干燥中使得硅胶柱能够使用；本发明提出的第二种改进方式，在本发明的硅胶干燥系统中添加实时监控装置，该实时监控装置包括温度检测组件和湿度检测组件。温度检测组件分别安置于所述硅胶柱干燥装置上，具体可安装于硅胶柱干燥装置的发热组件上和/ 或各硅胶柱第二风口的上。湿度检测组件分别安置于样品气出口上和/或各硅胶柱第二风口的上；实时监控装置通过温度检测组件和湿度检测组件的检测，实时显示硅胶柱干燥装置的温度以及各硅胶柱的温度和湿度；实时监控装置与硅胶柱干燥装置、样品气流控制阀和干燥气流控制阀电连接，并根据检测到的温度或湿度与设定的温度或湿度阈值的比较， 自动控制硅胶柱干燥装置的开关，以及各样品气流控制阀和干燥气流控制阀的开合。针对硅胶柱的加热干燥再生，本发明还提出了第三种改进的实施方式，即在第一或第二种改进方式中添加一个冷却装置，所述冷却装置通过独立的管道分别与各硅胶柱的第二风口连通。用以冷却硅胶柱加热干燥过程中排出的尾气，以避免对工作人员或仪器造成影响或损伤。下面通过集合本发明所有改进方式中的一种优选实施例并结合附图对本发明作进一步详细说明。以下实施例仅仅对本发明进行进一步的说明，不应理解为对本发明的限制。如图1所示的实施例中，硅胶干燥系统包括样品气干燥装置、硅胶柱干燥装置、冷却装置18和实时监控装置16。其中样品气干燥装置包括样品气入口 20、样品气出口 21、第一硅胶柱1、第二硅胶柱2 ；两个硅胶柱分别采用三通管22与样品气入口 20连通，采用三通管23与样品气出口 21连通；第一硅胶柱1的两端分别具有第一控制阀3和第二控制阀4， 用于控制第一硅胶柱与样品气入口和样品气出口连通；第二硅胶柱2的两端分别具有第一控制阀5和第二控制阀6，用于控制第二硅胶柱2与样品气入口和样品气出口连通。硅胶柱为包括外管和内管的双筒结构，外管和内管的夹层中填充硅胶，用于填充的硅胶为颗粒大小一致的干燥硅胶粒，并且经过网筛筛选，去除粒径小于3mm的细小硅胶粒。硅胶柱的内管具有小于Imm网孔的微型网孔结构。硅胶柱内管直径13mm，长度和管径满足在样品气流量为19L/min时雷诺数小于2000，硅胶柱内管的内壁光滑。第一控制阀3与第一硅胶柱1之间的连接管道上开有第一硅胶柱1的第一风口， 第一控制阀5与第二硅胶柱2之间的连接管道上开有第二硅胶柱2的第一风口 ；第二控制阀4与第一硅胶柱1之间的连接管道上开有第一硅胶柱1的第二风口，第二控制阀6与第二硅胶柱2之间的连接管道上开有第二硅胶柱2的第二风口。硅胶柱干燥装置包括无油空气压缩机17和电发热组件19，两个硅胶柱的第一风口与无油空气压缩机17分别采用独立的管道通过三通阀8连通，在三通阀8与两个硅胶柱的连通管道上设有电发热组件19，三通阀8选择性的将第一硅胶柱1或第二硅胶柱2与无油空气压缩机17连通，无油空气压缩机 17为硅胶柱提供干净的干燥气流，电发热组件19对干燥气流进行加热，给硅胶柱提供恒温热风。在三通阀8与无油空气压缩机17之间设有二通阀7，用于完全封闭硅胶柱与无油空气压缩机17的连通。第一硅胶柱1和第二硅胶柱2的第二风口与尾气排放管M分别采用独立的管道通过三通阀9连通，在三通阀9与两个硅胶柱的第二风口的连通管道上设有冷却装置18，尾气排放管M上设有二通阀10。其中三通阀9选择性的将第一硅胶柱1或第二硅胶柱2与外界连通，二通阀10用以封闭两个硅胶柱与外界的连通，冷却装置18用于在对硅胶柱进行加热干燥时，冷却排放的尾气。实时监控装置16包括安装于电发热组件19上的温度检测组件13、安装于第一硅胶柱1与冷却装置18连通管道之间的温度检测组件15、安装于第二硅胶柱2与冷却装置 18连通管道之间的温度检测组件14，以及安装于样品气出口 21的湿度检测组件11、安装于尾气排放管M上的湿度检测组件12。实时监控装置16通过温度检测组件和湿度检测组件的检测，实时显示电发热组件19的温度以及各硅胶柱的温度和湿度。实时监控装置16与无油空气压缩机17、电发热组件19、第一控制阀3和第一控制阀5、第二控制阀4和第二控制阀6、三通阀8和三通阀9、二通阀7和二通阀10电连接，并根据检测到的温度或湿度与设定的温度或湿度阈值的比较，自动控制电发热组件19、无油空气压缩机17的开关，第一控制阀、第二控制阀、二通阀、三通阀的开合。本发明的实时监控装置16中，安装于电发热组件19上的温度检测组件13的温度阈值可根据干燥硅胶柱需要的温度进行设置，一般温度范围为60°C -120°C ；安装于两个硅胶柱上的温度检测组件15和温度检测组件14的温度阈值为30°C;安装于样品气出口 21的湿度检测组件11的湿度阈值为湿度45% ；安装于尾气排放管M上的湿度检测组件12的湿度阈值为湿度25%。使用时，第一硅胶柱1对大气颗粒物进行干燥，第二硅胶柱2备用。第一硅胶柱1 两端的第一控制阀3和第二控制阀4开启，将第一硅胶柱1与样品气入口 20和样品气出口 21连通；第二硅胶柱2两端的第一控制阀5和第二控制阀6关闭，同时二通阀7和二通阀 10也关闭，第二硅胶柱2处于完全封闭状态。实时监控装置16中的湿度检测组件11实时显示样品气出口 21处的湿度情况，当其湿度大于湿度阈值，即湿度大于45%时，进行硅胶柱的切换。具体的，实时监控装置16控制第一硅胶柱1两端的第一控制阀3和第二控制阀 4关闭；并开启第二硅胶柱2两端的第一控制阀5和第二控制阀6，将第二硅胶柱2与样品气入口 20和样品气出口 21连通。同时，开启二通阀7和二通阀10，控制三通阀8将无油空气压缩机17与第一硅胶柱1连通，控制三通阀9将尾气排放管M与第一硅胶柱1连通，开启无油空气压缩机17、电发热组件19和冷却装置18，对第一硅胶柱1进行热风干燥再生。 实时监控装置16根据温度检测组件和湿度检测组件实时显示第一硅胶柱的温度和湿度、 第二硅胶柱的湿度以及电发热组件的温度。实时监控装置16根据其中温度检测组件13实时显示电发热组件19的温度，电发热组件通过实时监控装置16最高恒温在120°C工作，当安装于尾气排放管M上的湿度检测组件12的湿度值小于25%的湿度阈值时，关闭电发热组件19。此时无油空气压缩机17继续开启，当安装于第一硅胶柱1与冷却装置18连通管道之间的温度检测组件15实时显示的温度小于30°C时，第一硅胶柱1完成干燥再生，关闭无油空气压缩机17，关闭二通阀7和二通阀10，使第一硅胶柱1处于封闭状态，以备用。当实时监控装置16中安装于样品气出口 21的湿度检测组件11实时显示的湿度大于45%时， 重复进行上述的硅胶柱切换和硅胶柱干燥。
上述实施例中，第一控制阀和第二控制阀可以为电动球阀，所有连通管道可以采用带保温套的耐高温硅橡胶管或者金属管，以达到既能承受高温又能保温的目的。以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种硅胶干燥系统，包括样品气干燥装置，其特征在于所述样品气干燥装置包括样品气入口、样品气出口、至少两个硅胶柱和样品气流控制阀；所述硅胶柱包括进气口、出气口和填充在从进气口到出气口之间的硅胶干燥剂，所述样品气入口通过独立的进气管道分别与各硅胶柱的进气口连通，所述样品气出口通过独立的出气管道分别与各硅胶柱的出气口连通，所述样品气流控制阀设置在样品气入口侧或样品气出口侧，可控地在至少两个硅胶柱之间进行开关切换，使至少两个硅胶柱中的一个形成样品气流通路。
2.根据权利要求1所述的硅胶干燥系统，其特征在于所述硅胶柱包括内管和外管，所述内管和外管之间构成封闭的夹层，所述夹层中填充硅胶干燥剂，所述内管两端分别连通进气口和出气口，所述内管的管壁为微型网孔结构。
3.根据权利要求2所述的硅胶干燥系统，其特征在于所述内管管壁上的微型网孔结构的孔径小于1mm。
4.根据权利要求3所述的硅胶干燥系统，其特征在于所述内管为直筒状结构。
5.根据权利要求1-4任一项所述的硅胶干燥系统，其特征在于所述样品气流控制阀包括第一控制阀和第二控制阀，所述第一控制阀设置在样品气入口和各硅胶柱进气口之间，所述第二控制阀设置在样品气出口和各硅胶柱出气口之间，所述第一控制阀与硅胶柱进气口之间的各进气管道上开有第一风口，所述第二控制阀与硅胶柱出气口之间的各出气管道上开有第二风口；所述硅胶干燥系统还包括硅胶柱干燥装置和干燥气流控制阀，所述硅胶柱干燥装置分别与各硅胶柱的第一风口连通，所述第二风口与外界连通，所述干燥气流控制阀设置在硅胶柱干燥装置与各硅胶柱的第一风口之间或第二风口处，可控地在各硅胶柱之间进行开关切换，使至少一个硅胶柱与硅胶柱干燥装置保持连通。
6.根据权利要求5所述的硅胶干燥系统，其特征在于干燥气流控制阀包括第三控制阀和第四控制阀，第三控制阀设置在硅胶柱干燥装置与各硅胶柱的第一风口之间，第四控制阀设置在各硅胶柱的第二风口处。
7.根据权利要求6所述的硅胶干燥系统，其特征在于还包括实时监控装置，所述实时监控装置包括温度检测组件和湿度检测组件；所述温度检测组件分别安置于所述硅胶柱干燥装置上，以及各硅胶柱第二风口的上； 所述湿度检测组件分别安置于样品气出口上，以及各硅胶柱第二风口上；所述实时监控装置通过温度检测组件和湿度检测组件的检测，实时显示硅胶柱干燥装置的温度以及各硅胶柱的温度和湿度；实时监控装置与硅胶柱干燥装置、样品气流控制阀和干燥气流控制阀电连接，并根据检测到的温度或湿度与设定的温度或湿度阈值的比较， 自动控制所述硅胶柱干燥装置的开关，以及各样品气流控制阀和干燥气流控制阀的开合。
8.根据权利要求6所述的硅胶干燥系统，其特征在于所述硅胶柱干燥装置包括干燥气驱动组件和发热组件，所述干燥气驱动组件通过独立的管道和各硅胶柱的第一风口连通，所述第三控制阀设置在干燥气驱动组件与各硅胶柱的第一风口之间；所述发热组件设置于干燥气驱动组件与各硅胶柱的连通管道上或者直接设置于硅胶柱上，所述发热组件具有独立控制的电动开关，所述电动开关与所述实时监控装置电连接。
9.根据权利要求8所述的硅胶干燥系统，其特征在于所述干燥气驱动组件为无油空气压缩机。
10.根据权利要求8所述的硅胶干燥系统，其特征在于还包括冷却装置，所述冷却装置通过独立的管道分别与各硅胶柱的第二风口连通。
全文摘要
本发明公开了一种硅胶干燥系统，包括样品气干燥装置，该样品气干燥装置包括样品气入口、样品气出口、至少两个硅胶柱和样品气流控制阀；硅胶柱设有进气口、出气口，样品气入口和样品气出口分别通过独立的进气管道和出气管道独立的与各硅胶柱的进气口和出气口连通，样品气流控制阀设置在样品气入口侧和样品气出口侧，可控地在各硅胶柱之间开关切换，使其中的一个形成样品气流通路。本发明的硅胶干燥系统可在多个硅胶柱间切换使用，实现了对大气样品的持续自动干燥。进一步的，硅胶干燥系统中还包括硅胶柱干燥装置和实时监控装置，实现硅胶柱的自动智能的干燥和切换使用。本发明的硅胶干燥系统特别适合于大气环境监测中对大气颗粒物进行干燥。
文档编号G01N1/34GK102553401SQ20111042636
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月19日 优先权日2011年12月19日
发明者何凌燕, 兰紫娟, 曾立武, 栾胜基, 黄晓锋 申请人:北京大学深圳研究生院