一種時控冷卻裝置及時控冷卻方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種時控冷卻裝置及時控冷卻方法，該裝置包括：液氮儲存罐、液氮回收罐、容納管、富集氣體管、液氮泵、第一電磁閥、第二電磁閥、空壓機(jī)及控制器。該方法包括：打開液氮泵和第二電磁閥，將液氮儲存罐中的液氮抽到容納管中，當(dāng)所述容納管注滿時，關(guān)閉液氮泵和第二電磁閥；通過容納管中的液氮對位于容納管中的富集氣體管內(nèi)的氣體樣品進(jìn)行冷凍富集；當(dāng)冷凍富集完成后，打開第一電磁閥和第二電磁閥，空壓機(jī)將容納管中的液氮排出到液氮回收罐中。本發(fā)明解決了現(xiàn)有儀器富集氣體的U型管因敞口保溫瓶內(nèi)液氮汽化液面下降使實(shí)際冷卻長度不一，影響富集效果的問題，且解決了因液氮液面下降快而無法實(shí)現(xiàn)無人看守大批量樣品的自動測試問題。
【專利說明】
一種時控冷卻裝置及時控冷卻方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及冷凍設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種時控冷卻裝置及時控冷卻方法。
【背景技術(shù)】
[0002]穩(wěn)定同位素質(zhì)譜儀在測量空氣中氧化亞氮時，氧化亞氮?dú)怏w需要通過液氮來進(jìn)行冷凍富集。測試前，儀器將U型金屬管豎直放入裝有液氮的敞口保溫瓶中，使待測的N2O冷凍，并停留在U型管內(nèi)，而N2等氣體隨著載氣通過U型管排出系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)N2O的富集。富集完成后，將U型金屬管從液氮中提出，U型管內(nèi)溫度迅速回到室溫，使得N2O重新轉(zhuǎn)化為氣態(tài)，隨著載氣進(jìn)入質(zhì)譜檢測。目前商業(yè)化的儀器均為單個樣品手動進(jìn)樣，當(dāng)有大量樣品同時待測時，一套自動化進(jìn)樣系統(tǒng)顯然更為便捷省力。在解決自動進(jìn)樣系統(tǒng)開發(fā)研制的同時，液氮冷凍裝置同時需要相應(yīng)配套更新，因目前冷阱的液氮罐均為3升左右，且為在室溫下敞口放置，每個樣品測試約需要半個小時，測試5-8個樣后，敞口液氮罐內(nèi)液氮液面即自然揮發(fā)下降過半，使得浸在液氮中的金屬管長度變短，影響富集效果，使試驗結(jié)果不穩(wěn)定，需要手動及時添加液氮，這個步驟顯然制約了自動進(jìn)樣系統(tǒng)的施行。
[0003]因此，迫切需要一套可以通過精確控時調(diào)節(jié)冷阱在液氮-室溫兩個界面切換的自動化裝置，從而實(shí)現(xiàn)真正意義上的無人看守大批量樣品的自動測試。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提出一種時控冷卻裝置及時控冷卻方法，其是采用定時程序控制器來實(shí)現(xiàn)自動控制的冷卻裝置，液氮罐為封閉的，解決了現(xiàn)有儀器富集氣體的U型管因液氮汽化液面下降使實(shí)際冷卻長度不一，影響富集效果的問題，且解決了因液氮液面下降快而無法實(shí)現(xiàn)無人看守大批量樣品的自動測試的問題。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
本發(fā)明提供一種時控冷卻裝置，其包括:液氮儲存罐、液氮回收罐、容納管、富集氣體管、液氮栗、第一電磁閥、第二電磁閥、空壓機(jī)以及控制器，其中，
所述液氮儲存罐、所述容納管以及所述液氮回收罐依次通過管道連接，且所述液氮儲存罐、所述容納管以及所述液氮回收罐為封閉的；
所述富集氣體管位于所述容納管中，所述富集氣體管的兩端露在所述容納管的外面，用于對通過富集氣體管中的氣體樣品進(jìn)行冷凍富集；
所述空壓機(jī)通過所述第一電磁閥連接到所述液氮儲存罐和所述容納管之間的管道上； 所述第二電磁閥設(shè)置于所述容納管和所述液氮回收罐之間的管道上；
所述液氮栗與所述液氮儲存罐相連；
所述控制器分別與所述第一電磁閥和所述第二電磁閥相連，用于控制所述第一電磁閥和所述第二電磁閥的開關(guān)。
[0006]較佳地，所述控制器還與所述液氮栗相連，用于控制所述液氮栗的開關(guān)，進(jìn)一步地，所述控制器還與所述空壓機(jī)相連，用于控制所述空壓機(jī)的開關(guān)，整個系統(tǒng)采用同一控制器進(jìn)行控制，由同一控制器在不同的時間點(diǎn)給不同的器件不同的指令，更加的精準(zhǔn)。
[0007]較佳地，還包括:安全閥，所述安全閥設(shè)置于所述液氮儲存罐和所述第一電磁閥之間的管道上，用于防止由于液氮汽化導(dǎo)致所述管道內(nèi)壓力過大，提高了整個系統(tǒng)的安全性。
[0008]較佳地，還包括:螺母，所述容納管通過所述螺母密封;所述螺母還用于固定所述富集氣體管，采用螺母密封效果更好。
[0009]較佳地，所述容納管和所述富集氣體管為U型管，可以增大富集氣體管與液氮的接觸面積，提高冷凍效果。
[0010]較佳地，所述管道的外壁包裹有保冷層，如聚氨酯泡沫，設(shè)置保冷層能夠盡量減少循環(huán)過程中的冷損失，達(dá)到最佳的冷卻效果。
[0011 ]本發(fā)明還提供一種時控冷卻裝置的冷卻方法，其包括以下步驟:
Sll:打開液氮栗和第一電磁閥，將液氮儲存罐中的液氮抽到容納管中，當(dāng)所述容納管注滿時，關(guān)閉所述液氮栗和所述第一電磁閥；
SI 2:通過所述容納管中的液氮對位于所述容納管中的富集氣體管內(nèi)的氣體進(jìn)行冷凍富集；
S13:當(dāng)冷凍富集完成后，打開第二電磁閥和所述第一電磁閥，空壓機(jī)將所述容納管中的液氮排出到液氮回收罐中。
[0012]較佳地，所述步驟S13之后還包括:
S14:所述容納管中的液氮排出后，所述富集氣體管中的冷凍富集后的氣體重新轉(zhuǎn)化為氣態(tài)。
[0013]較佳地，所述步驟Sll中，當(dāng)所述容納管注滿時，延遲預(yù)設(shè)時間后，再關(guān)閉所述液氮栗和所述第二電磁閥，這樣可以確保容納管能夠注滿，多余的液氮將流入液氮回收罐中，可回收利用。
[0014]較佳地，所述步驟Sll中判斷所述容納管是否注滿的方法為:控制所述液氮栗的流量，然后根據(jù)所述容納管的容量，計算所述容納管注滿的時間，自動判斷容納管是否注滿，更加的智能。
[0015]相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
(1)本發(fā)明提供的時控冷卻裝置及其冷卻方法，從液氮儲存罐、到容納管，再到液氮回收罐，整個冷卻系統(tǒng)都為封閉的，不存在敞口液氮罐內(nèi)液氮液面自然揮發(fā)下降的問題，進(jìn)而解決了現(xiàn)有儀器富集氣體的U型管因液氮汽化液面下降使實(shí)際冷卻長度不一，影響富集效果的問題;且通過減少液氮的揮發(fā)，節(jié)約可能源，降低了成本；
(2)本發(fā)明的時控冷卻裝置及其冷卻方法，通過控制器自動控制第一電磁閥和第二電磁閥的開關(guān)，來實(shí)現(xiàn)富集氣體管在液氮-室溫兩個界面之間的切換，從而實(shí)現(xiàn)了真正意義上的無人看守大批量樣品的自動測試；
(3)本發(fā)明的時控冷卻裝置及其冷卻方法，不存在敞口液氮罐內(nèi)液氮液面自然揮發(fā)下降的問題，進(jìn)而解決了現(xiàn)有技術(shù)中由于液氮汽化使液面下降，需要人工不定時的添加液氮的麻煩。
[0016]當(dāng)然，實(shí)施本發(fā)明的任一產(chǎn)品并不一定需要同時達(dá)到以上所述的所有優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0017]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步說明:
圖1為本發(fā)明的時控冷卻裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明的較佳實(shí)施例的時控冷卻裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明的時控冷卻方法的流程圖。
[0018]標(biāo)號說明:1_液氮儲存罐，2-容納管，3-液氮回收罐，4-富集氣體管，5-液氮栗，6-第一電磁閥，7-第二電磁閥，8-空壓機(jī)，9-控制器，10-螺母，11-保冷層，12-安全閥。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0020]實(shí)施例1:
結(jié)合圖1，本實(shí)施例對本發(fā)明的時控冷卻裝置進(jìn)行詳細(xì)描述，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，其包括:液氮儲存罐1、容納管2、液氮回收罐3、富集氣體管4、液氮栗5、第一電磁閥6、第二電磁閥7、空壓機(jī)8以及控制器9。其中，液氮儲存罐I與容納管2的一端通過管道相連，容納管2的另一端與液氮回收罐3通過管道相連，液氮儲存罐1、容納管2以及液氮回收罐3都為封閉的，組成封閉系統(tǒng)；富集氣體管4設(shè)置于容納管2中，其兩端穿過容納管2露在容納管2的外面，用于對通過其的氣體樣品進(jìn)行冷凍富集，如穩(wěn)定同位素質(zhì)譜儀測量樣品中氧化亞氮時，通過容納管2中的液氮可以對富集氣體管4中的氧化亞氮進(jìn)行冷凍富集;空壓機(jī)8通過第一電磁閥6連接到液氮儲存罐I和容納管2之間的管道上，第二電磁閥7設(shè)置于容納管2和液氮回收罐3之間的管道上，在進(jìn)行冷凍富集時，第一電磁閥6是關(guān)閉的，當(dāng)冷凍富集完成后，打開第一電磁閥6和第二電磁閥7，空壓機(jī)8工作，將容納管2中的液氮排出到液氮回收罐3中，富集氣體管4內(nèi)溫度回到室溫，使得富集的氣體重新轉(zhuǎn)化為氣態(tài)，用于后續(xù)的檢測;液氮栗5與液氮儲存罐I相連，用于將液氮儲存罐I中的液氮抽到容納管2中；控制器9分別與第一電磁閥6和第二電磁閥7相連，用于控制第一電磁閥6和第二電磁閥7的開關(guān)。
[0021]本實(shí)施例中，容納管2和富集氣體管4都設(shè)置為U型的，可以增加富集氣體管4與空氣的接觸面積，同時也可增加富集氣體管4和容納管2的接觸面積，提高富集效果。不同實(shí)施例中，也可以不為U型，可以為其他更復(fù)雜的形狀。
[0022]本實(shí)施例中，容納管2的密封是通過螺母10實(shí)現(xiàn)的，螺母10與富集氣體管4焊接連接，其不僅用于對容納管2進(jìn)行密封，還用于固定富集氣體管4。
[0023]本實(shí)施例中，為了減少與外界的熱量交換，在管道的外壁上包裹有保冷層11，如聚氨酯泡沫，能夠減少循環(huán)過程中的冷損失，達(dá)到最佳的冷卻效果。
[0024]較佳實(shí)施例中，控制器9還可與液氮栗5和空壓機(jī)8相連，同時控制液氮栗5和空壓機(jī)8的開關(guān)，方便控制同步，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0025]較佳實(shí)施例中，時控冷卻裝置還包括:安全閥12，其設(shè)置于液氮儲存罐I和第一電磁閥6之間的管道上，用于防止由于液氮汽化而引起的管道內(nèi)壓力過大的問題，如圖2所示。
[0026]較佳實(shí)施例中，管道采用304材質(zhì)的無縫鋼管，密封及保溫效果更好。
[0027]實(shí)施例2:
結(jié)合圖3，本實(shí)施例對本發(fā)明的時控冷卻方法進(jìn)行詳細(xì)描述，其流程圖如圖3所示，其包括以下步驟:
Sll:當(dāng)需要富集氣體時，打開液氮栗和第二電磁閥，將液氮儲存罐中的液氮抽到容納管中，當(dāng)容納管注滿時，關(guān)閉液氮栗和第二電磁閥；
S12:通過容納管中的液氮對位于容納管中的富集氣體管內(nèi)的氣體進(jìn)行冷凍富集；
S13:經(jīng)過一定時間后，冷凍富集完成，打開第一電磁閥和第二電磁閥，空壓機(jī)將容納管中的液氮排出到液氮回收罐中；
S14:容納管中的液氮排出后，富集氣體管內(nèi)的溫度迅速回到室溫，其中冷凍富集后的氣體重新轉(zhuǎn)化為氣態(tài)，可以用于后續(xù)的檢測。
[0028]本實(shí)施例中，判斷容納管是否注滿的方法為:控制液氮栗的流量，然后根據(jù)容納管的容量，計算容納管注滿的時間，經(jīng)過該時間后，控制器控制液氮栗和第二電磁閥關(guān)閉。
[0029]較佳實(shí)施例中，步驟SII中當(dāng)容納管注滿時，為了保證容納管中液氮注滿，可以延遲一段時間后，再關(guān)閉液氮栗和第二電磁閥，多余的液氮流入液氮回收罐3中，可進(jìn)行回收再利用。
[0030]此處公開的僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，本說明書選取并具體描述這些實(shí)施例，是為了更好地解釋本發(fā)明的原理和實(shí)際應(yīng)用，并不是對本發(fā)明的限定。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在說明書范圍內(nèi)所做的修改和變化，均應(yīng)落在本發(fā)明所保護(hù)的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種時控冷卻裝置，其特征在于，包括:液氮儲存罐、液氮回收罐、容納管、富集氣體管、液氮栗、第一電磁閥、第二電磁閥、空壓機(jī)以及控制器，其中， 所述液氮儲存罐、所述容納管以及所述液氮回收罐依次通過管道連接，且所述液氮儲存罐、所述容納管以及所述液氮回收罐為封閉的； 所述富集氣體管位于所述容納管中，所述富集氣體管的兩端露在所述容納管的外面，用于對通過其中的氣體樣品進(jìn)行冷凍富集； 所述空壓機(jī)通過所述第一電磁閥連接到所述液氮儲存罐和所述容納管之間的管道上； 所述第二電磁閥設(shè)置于所述容納管和所述液氮回收罐之間的管道上； 所述液氮栗與所述液氮儲存罐相連； 所述控制器分別與所述第一電磁閥和所述第二電磁閥相連，用于控制所述第一電磁閥和所述第二電磁閥的開關(guān)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的時控冷卻裝置，其特征在于，所述控制器還與所述液氮栗相連，用于控制所述液氮栗的開關(guān)，進(jìn)一步地， 所述控制器還與所述空壓機(jī)相連，用于控制所述空壓機(jī)的開關(guān)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的時控冷卻裝置，其特征在于，還包括:安全閥，所述安全閥設(shè)置于所述液氮儲存罐和所述第一電磁閥之間的管道上，用于防止所述管道內(nèi)壓力過大。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的時控冷卻裝置，其特征在于，還包括:螺母，所述容納管通過所述螺母密封； 所述螺母還用于固定所述富集氣體管。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的時控冷卻裝置，其特征在于，所述容納管和所述富集氣體管為U型管。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的時控冷卻裝置，其特征在于，所述管道的外壁包裹有保冷層。7.一種時控冷卻方法，其特征在于，包括以下步驟: Sll:打開液氮栗和第二電磁閥，將液氮儲存罐中的液氮抽到容納管中，當(dāng)所述容納管注滿時，關(guān)閉所述液氮栗和所述第二電磁閥； S12:通過所述容納管中的液氮對位于所述容納管中的富集氣體管內(nèi)的氣體進(jìn)行冷凍富集； S13:當(dāng)冷凍富集完成后，打開第一電磁閥和所述第二電磁閥，空壓機(jī)將所述容納管中的液氮排出到液氮回收罐中。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的時控冷卻方法，其特征在于，所述步驟S13之后還包括: S14:所述容納管中的液氮排出后，所述富集氣體管中的冷凍富集后的氣體重新轉(zhuǎn)化為氣態(tài)。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的時控冷卻方法，其特征在于，所述步驟SII中，當(dāng)所述容納管注滿時，延遲預(yù)設(shè)時間后，再關(guān)閉所述液氮栗和所述第二電磁閥。10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的時控冷卻方法，其特征在于，所述步驟SII中判斷所述容納管是否注滿的方法為:控制所述液氮栗的流量，然后根據(jù)所述容納管的容量，計算所述容納管注滿的時間。
【文檔編號】G01N1/42GK105823301SQ201610199911
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年4月1日
【發(fā)明人】莊榆佳, 張晗, 耿春女, 徐培麗, 張利
【申請人】上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院