一种低温冷凝除水装置的制作方法

1.本发明属于样品处理技术领域，具体涉及一种低温冷凝除水装置。


背景技术：

2.在样品采样过程中，需要将气体中的水分去除，保证进入分析仪的气体是干燥的，除湿后的气体要接近于标准气。《在线分析系统工程技术》中，一般预处理系统中除水的方式主要有压缩机冷凝器、电子冷凝器、nafion管除湿器、深冷冷凝器，压缩冷凝器和电子冷凝器可以将气体露点控制在2℃左右，nafion管除湿器可以将出口露点控制在零下20℃。以上nafion管除湿器和深冷冷凝器虽然可以达到较低的露点，但也存在一些不足：
3.nafion管除湿器的不足之处。1)nafion管除湿器干燥过程中不能有液态水。否则nafion发生的自催化反应会导致nafion管变冷，从而失去干燥能力；2)nafion管应避免和含湿氨气接触。因为铵根离子会和黄酸基发生化学反应，导致nafion管受到不可逆的破坏。3)气体要求高。需要对样气和反吹气体进行除油、除尘。
4.深冷冷凝器的不足之处。1)一般深冷冷凝器配有一个制冷温度为2℃的预冷通道，和两个各-30℃的深冷通道，深冷通道每3个小时轮流切换。深冷通道在结霜和化霜的过程中容易导致电子制冷模块受冷凝液的电化学腐蚀，以至于不能够正常运行。在整个运行过程中切换次数多，导致深冷通道的电子制冷模块定期性损坏；2)深冷通道需要每三个小时切换一次，循环次数较多，直接影响电子制冷模块的使用寿命；3)深冷通道最低温度只能达到-30℃
5.本发明实现了一种结构简单，成本低廉，使用寿命更久的低温除水装置。


技术实现要素：

6.本发明提供了一种低温冷凝除水装置，其目的在于解决了现有技术中的深冷冷凝器最低温度只能达到零下30℃，两路电子制冷模块循环次数多，电子制冷模块寿命短的缺点的问题。
7.本发明提供了一种低温冷凝除水装置，包括：一级除水模块以及二级除水模块；
8.所述一级除水模块包含压缩机、电磁阀一、散热器、毛细管、一级导热块、蒸发器以及一级真空冷凝管，所述压缩机的两端均安装有连接管路一，两个连接管路一上均安设有电磁阀一，位于右侧的连接管路一的右端连接有散热器，位于左侧的连接管路一的左端连接有蒸发器，所述散热器上连接有毛细管的一端，所述毛细管的另一端同蒸发器相连接，所述一级导热块中安装有一级真空冷凝管，蒸发器嵌入进一级导热块。
9.进一步地，所述二级除水模块包含二级一路、二级二路以及二级三路；
10.所述二级一路包含二级一路电子制冷模块、二级一路普通冷凝管、二级一路导热块，所述二级一路电子制冷模块的一侧同一级导热块相连接，所述二级一路电子制冷模块的另一侧同二级一路导热块相连接，所述二级一路导热块中安设有二级一路普通冷凝管；
11.所述二级二路包含二级二路电子制冷模块、二级二路导热块、二级二路普通冷凝
管，所述二级二路电子制冷模块的一侧同一级导热块相连接，所述二级二路电子制冷模块的另一侧同二级二路导热块相连接，所述二级二路导热块中安设有二级二路普通冷凝管；
12.所述二级三路包含二级三路电子制冷模块、二级三路导热块、二级三路普通冷凝管，所述二级三路电子制冷模块的一侧同一级导热块相连接，所述二级三路电子制冷模块的另一侧同二级三路导热块相连接，所述二级三路导热块中安设有二级三路普通冷凝管。
13.进一步地，所述二级一路普通冷凝管、二级二路普通冷凝管、二级三路普通冷凝管均包含主体管一、样气入口一、样气出口一、排液口一、普通导流管，所述主体管一的一端设置有排液口一，所述主体管一的另一端设置有样气出口一以及样气入口一，所述普通导流管位于主体管一中，所述样气入口一同普通导流管相连接。
14.进一步地，所述一级真空冷凝管包含主体管二、样气入口二、样气出口二、排液口二、真空导流管，所述主体管二的一端设置有排液口二，所述主体管二的另一端设置有样气出口二以及排液口二，所述真空导流管位于主体管二中，所述真空导流管同样气入口二相连接。
15.进一步地，所述一级导热块、二级一路导热块、二级二路导热块、二级三路导热块均为中空设置，所述二级一路普通冷凝管、二级二路普通冷凝管、二级三路普通冷凝管分别插入连接到对应的二级一路导热块、二级二路导热块、二级三路导热块中，所述一级真空冷凝管插入连接到一级导热块中。
16.进一步地，所述二级一路导热块与一级导热块同二级一路电子制冷模块、二级二路导热块与一级导热块同二级二路电子制冷模块、二级三路导热块与一级导热块同二级三路电子制冷模块之间均安设着导热件，所述导热件可以采用导热硅脂或导热垫，所述二级一路导热块、二级二路导热块、二级三路导热块的内部都安设着辅助加热件，辅助加热件可采用聚酰胺加热膜,所述二级一路电子制冷模块、二级二路电子制冷模块、二级三路电子制冷模块均设置有防潮保护件，所述防潮保护件可采用硅胶或环氧树脂。
17.进一步地，所述二级一路普通冷凝管、二级二路普通冷凝管、二级三路普通冷凝管以及一级真空冷凝管上均安装有排液蠕动泵，所述二级一路普通冷凝管、二级二路普通冷凝管、二级三路普通冷凝管的样气入口一处均安装有电磁阀二，所述一级真空冷凝管、二级一路普通冷凝管、二级二路普通冷凝管、二级三路普通冷凝管均采用高硼硅玻璃材质。
18.进一步地，所述样气出口二连接有一级样气出口，所述二级一路普通冷凝管的样气入口一连接有二级一路样气入口，二级二路普通冷凝管的样气入口一连接有二级二路样气入口，二级三路普通冷凝管的样气入口一连接有二级三路样气入口，所述二级一路普通冷凝管、二级二路普通冷凝管、二级三路普通冷凝管的样气出口一并联连接有二级样气出口，所述二级一路普通冷凝管的排液口一连接有二级一路排水口，所述二级二路普通冷凝管的排液口一连接有二级二路排水口，所述二级三路普通冷凝管的排液口一连接有二级三路排水口，所述排液口二连接有一级排水口，所述样气入口二连接有一级样气入口。
19.与现有技术相比，本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
20.1、设计了带有超低温电子制冷模块，最大限度的降低了样气温度，最低可达零下60℃，避免了样气中水分对测量组分的干扰，提高分析设备的测量准确性。
21.2、通过给制冷模块涂有硅胶和环氧树脂，避免潮湿空气对制冷模块造成的电化学腐蚀，保证设备的整体可靠性。
22.3、二级制冷采用三个并联流路循环切换除水的方式，降低每个流路的循环次数，有助于延长电子制冷模块的使用寿命。
23.本发明未改变样气中的组分和含量，通过物理降温的方式达到最优的除水效果，不受气体成分、浓度、温度的影响，该装置最低温可达到零下60℃，可靠性高，使用范围广，适用性强，目前市场上还未有类似的产品，给客户提供了满足分析特殊组分、浓度的可靠除水产品，其在实验室分析、环境监测、气体纯度分析、工艺过程监测、排放气体分析和等领域具有广阔的应用前景。
24.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
25.附图用来提供对本发明进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
26.图1为本发明的整体结构示意图；
27.图2为本发明的普通冷凝管结构示意图；
28.图3为本发明的真空冷凝管结构示意图；
29.图4为本发明的外部管路连接图；
30.图5为本发明的工作流程图。
31.附图标记：1、压缩机；2、电磁阀一；3、散热器；4、毛细管；5、一级导热块；6、蒸发器；7、一级真空冷凝管；8、二级一路电子制冷模块；9、二级二路电子制冷模块；10、二级三路电子制冷模块；11、二级一路普通冷凝管；12、二级二路普通冷凝管；13、二级三路普通冷凝管；14、二级一路导热块；15、二级二路导热块；16、二级三路导热块；17、样气入口一；18、样气出口一；19、排液口一；20、普通导流管；21、样气入口二；22、样气出口二；23、排液口二；24、真空导流管；25、一级样气入口；26、一级样气出口；27、二级一路样气入口；28、二级二路样气入口；29、二级三路样气入口；30、二级样气出口；31、一级排水口；32、二级一路排水口；33、二级二路排水口；34、二级三路排水口。
具体实施方式
32.为了使得本发明的技术方案的目的、技术方案和优点更加清楚，下文中将结合本发明具体实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。附图中相同的附图标记代表相同的部件。需要说明的是，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.如图1-5所示，本发明提出一种低温冷凝除水装置，包括：一级除水模块以及二级除水模块；
34.一级除水模块包含压缩机 1、电磁阀一 2、散热器 3、毛细管4、一级导热块5、蒸发器6以及一级真空冷凝管7，压缩机1的两端均安装有连接管路一，两个连接管路一上均安设有电磁阀一2，位于右侧的连接管路一的右端连接有散热器3，位于左侧的连接管路一的左
端连接有蒸发器6，散热器3上连接有毛细管4的一端，毛细管4的另一端同蒸发器6相连接，一级导热块5中安装有一级真空冷凝管7，蒸发器6嵌入进一级导热块5，压缩机1采用134a无氟压缩机，不会对环境造成污染，通过压缩机1将氟利昂压缩，再由散热器3降低氟利昂温度，经过毛细管4降低氟利昂压力使之变为液体，进入蒸发器6后气化吸热降低一级导热块5的温度，一级导热块5同步将温度传递给一级真空冷凝管7，装置中安设有温度控制器，温度控制器的调节控制电磁阀一2开启、关闭，以至于一级制冷恒温在0～5℃的目的，一级除水模块先除去液态水，避免在二级制冷严重堵塞普通冷凝管。
35.二级除水模块包含二级一路、二级二路以及二级三路；二级一路包含二级一路电子制冷模块 8、二级一路普通冷凝管 11、二级一路导热块14，二级一路电子制冷模块8的一侧同一级导热块5相连接，二级一路电子制冷模块8的另一侧同二级一路导热块14相连接，二级一路导热块14中安设有二级一路普通冷凝管11；二级二路包含二级二路电子制冷模块 9、二级二路导热块 15、二级二路普通冷凝管12，二级二路电子制冷模块9的一侧同一级导热块5相连接，二级二路电子制冷模块9的另一侧同二级二路导热块15相连接，二级二路导热块15中安设有二级二路普通冷凝管12；二级二路包含二级三路电子制冷模块 10、二级三路导热块 16、二级三路普通冷凝管13，二级三路电子制冷模块10的一侧同一级导热块5相连接，二级三路电子制冷模块10的另一侧同二级三路导热块16相连接，二级三路导热块16中安设有二级三路普通冷凝管13，二级一路电子制冷模块8、二级二路电子制冷模块9、二级三路电子制冷模块10采用超低温电子制冷模块，最大温差可以达到零下65℃，一般电子制冷模块只能达到零下30℃，极大降低了二级制冷温度，避免水气对高精度要求的气体分析造成干扰，影响测量的准确性，二级除水模块的三路切换由单片机定时控制，二级除水模块为三个并联的电子制冷流路，二级一路普通冷凝管 11、二级二路普通冷凝管 12、二级三路普通冷凝管13二级三流路依次循环实现准备、制冷、化霜的三种状态，制冷和化霜初设单片控制循环周期为1～6小时一次，保证最终除水后的露点达到零点60℃，满足分析准确性的要求以及去除样气中的气溶胶物质。
36.二级一路普通冷凝管 11、二级二路普通冷凝管 12、二级三路普通冷凝管13均包含主体管一、样气入口一 17、样气出口一 18、排液口一19、普通导流管20，主体管一的一端设置有排液口一19，主体管一的另一端设置有样气出口一18以及样气入口一17，普通导流管20位于主体管一中，样气入口一17同普通导流管20相连接。
37.一级真空冷凝管7包含主体管二、样气入口二21、样气出口二22、排液口二23、真空导流管24，主体管二的一端设置有排液口二23，主体管二的另一端设置有样气出口二22以及排液口二23，真空导流管24位于主体管二中，真空导流管24同样气入口二21相连接。
38.一级导热块 5、二级一路导热块 14、二级二路导热块 15、二级三路导热块16均为中空设置，二级一路普通冷凝管11、二级二路普通冷凝管12、二级三路普通冷凝管13分别插入连接到对应的二级一路导热块 14、二级二路导热块 15、二级三路导热块16中，一级真空冷凝管7插入连接到一级导热块5中。
39.二级一路导热块14与一级导热块5同二级一路电子制冷模块8、二级二路导热块15与一级导热块5同二级二路电子制冷模块9、二级三路导热块16与一级导热块5同二级三路电子制冷模块10之间均安设着导热件，导热件可以采用导热硅脂或导热垫，二级一路导热块14、二级二路导热块15、二级三路导热块16的内部都安设着辅助加热件，辅助加热件可采
用聚酰胺加热膜,二级一路电子制冷模块8、二级二路电子制冷模块9、二级三路电子制冷模块10均设置有防潮保护件，防潮保护件可采用硅胶或环氧树脂，防潮保护件防止潮湿空气形成的电化学腐蚀，辅助加热件为二级一路导热块14、二级二路导热块15、二级三路导热块16进行加热化霜，起到制冷结霜，加热化霜的作用。
40.二级一路普通冷凝管 11、二级二路普通冷凝管 12、二级三路普通冷凝管13以及一级真空冷凝管7上均安装有排液蠕动泵，二级一路普通冷凝管 11、二级二路普通冷凝管 12、二级三路普通冷凝管13的样气入口一17处均安装有电磁阀二，一级真空冷凝管7、二级一路普通冷凝管 11、二级二路普通冷凝管 12、二级三路普通冷凝管13均采用高硼硅玻璃材质，二级除水模块的三个冷凝管通过内部的电磁阀二进行切换工作。
41.样气出口二22连接有一级样气出口26，二级一路普通冷凝管11的样气入口一17连接有二级一路样气入口57，二级二路普通冷凝管12的样气入口一17连接有二级二路样气入口28，二级三路普通冷凝管13的样气入口一17连接有二级三路样气入口29，二级一路普通冷凝管 11、二级二路普通冷凝管 12、二级三路普通冷凝管13的样气出口一18并联连接有二级样气出口30，二级一路普通冷凝管11的排液口一19连接有二级一路排水口32，二级二路普通冷凝管12的排液口一19连接有二级二路排水口33，二级三路普通冷凝管13的排液口一19连接有二级三路排水口34，排液口二23连接有一级排水口31，样气入口二21连接有一级样气入口25。
42.具体实施方式：
43.s1:准备工作。压缩机1开始工作，一级真空冷凝管7降低到目标温度2℃，同时二级一路电子制冷模块8、二级二路电子制冷模块9、二级三路电子制冷模块10的热端被制冷至2℃。
44.s2:一级制冷将一级真空冷凝管7温度始终恒定在2℃。同时二级一路电子制冷模块8开始工作，直至二级一路普通冷凝管11的目标温度降至零下60℃。
45.s3:二级一路普通冷凝管11的温度恒定在零下60℃，并维持1～6小时。将到二级二路普通冷凝管12、二级三路普通冷凝管13升温至20℃，并恒定10～30分钟后关闭。
46.s4:二级一路普通冷凝管11的温度继续维持在零下60℃，二级二路电子制冷模块9开始工作，直至二级二路普通冷凝管12温度降至零下60℃。
47.s5:电磁阀一2温度达到零下60℃，二级一路电子制冷模块8停止工作10～30分钟，二级一路普通冷凝管11温度开始缓慢上升。
48.s6:二级一路普通冷凝管11加热至20℃并维持10～30分钟，确保二级一路普通冷凝管11成功的除霜。二级二路普通冷凝管12维持零下60℃。
49.s7:关闭二级一路普通冷凝管11的加热。二级二路普通冷凝管12温度恒定零下60℃，并维持1～6小时。
50.s8:二级二路普通冷凝管12温度仍恒定在零下60℃。二级三路普通冷凝管13开始降温，目前温度零下60℃。
51.s9:二级三路普通冷凝管13达到零下60℃，关闭二级二路普通冷凝管12的电子制冷模块20分钟。
52.s10:二级三路普通冷凝管13温度恒定在零下60℃。二级二路普通冷凝管12开始加热至20℃并维持10～30分钟。
53.s11:从s2开始不断重复。
54.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。