基于水-氣置換技術(shù)的氣體定量混配和控速輸送方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及靜態(tài)配氣法及其適用裝置，具體為一種基于水-氣置換技術(shù)的混合氣體定量配制和控速輸送方法和裝置。其包括一個(gè)帶密封頂蓋1（附圖的標(biāo)示數(shù)字，下同）和下嘴5的剛性貯水容器3，頂蓋上裝有通氣管2，位于貯水容器內(nèi)的一個(gè)軟容器4裝在通氣管2上，通氣管2用于軟容器的進(jìn)氣或輸氣，下嘴5用于容器的放水或注水。本發(fā)明利用在保持氣壓平衡和溫度穩(wěn)定的條件下，從剛性貯水容器內(nèi)放出或注入一定體積的水6，則相等體積的氣體進(jìn)入或輸出其中的軟容器的原理，實(shí)現(xiàn)了混合氣體的配制和輸送。本發(fā)明保持了軟容器靜態(tài)體積配氣法的優(yōu)點(diǎn)，還具有組分氣體濃度精確性高、更易獲得較大的氣體配制量以及能持續(xù)控速輸送氣體等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】基于水-氣置換技術(shù)的氣體定量混配和控速輸送方法和裝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及靜態(tài)配氣法及其適用裝置，具體為一種基于水-氣置換技術(shù)的混合氣體定量配制和控速輸送方法和裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]混合氣體配制方法分為靜態(tài)法和動(dòng)態(tài)法兩類，每類又包括幾種配氣法。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 10248-2005 (等同ISO 1664: 2003)，靜態(tài)體積法可用于平衡氣體中含有多于一種校準(zhǔn)組分的混合氣。許多實(shí)驗(yàn)室常需即配即用不同組分濃度的小量混合氣體，有的實(shí)驗(yàn)還需配成的混合氣以一定流速持續(xù)或間歇輸送，例如細(xì)胞培養(yǎng)器皿或其放置容器內(nèi)的供氣。公認(rèn)靜態(tài)體積法適合于小量混合氣體的配制，其中軟容器用作混配室使這種配氣方法具有混配室容易抽空、混配室體積隨原料氣注入量而定、原料氣不需壓縮、容易混勻氣體及操作簡(jiǎn)便等多種優(yōu)點(diǎn)。但是，目前用軟容器進(jìn)行氣體混配，一般是用注射器將原料氣注入容器內(nèi)，存在注射器氣密性、注入量精確性和一次注入量受限等問題。而且，對(duì)軟容器內(nèi)所配氣體的持續(xù)或間歇輸送及其速度控制，尚無解決的方法。因此，保持用軟容器配制混合氣的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)其不足之處，建立一種用軟容器進(jìn)行氣體混配的新方法，相應(yīng)地制作出性能優(yōu)越的配氣和輸氣裝置，能更好地滿足多個(gè)領(lǐng)域和學(xué)科實(shí)驗(yàn)室對(duì)混合氣體配制和輸送的需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種混合氣體定量配制和定速輸送的方法和裝置。
[0004]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:其包括一個(gè)剛性容器，在容器頂壁上安裝有兩根硬質(zhì)直管，用于通氣。一根硬質(zhì)直管的一端伸入容器內(nèi)約2cm，連接一個(gè)塑料袋；另一端在容器外，連接一個(gè)三通開關(guān)，此三通的另兩個(gè)端口分別與貯氣袋和檢壓計(jì)連接，在氣體配制后可用作塑料袋內(nèi)氣體輸出的輸氣管。另一根硬質(zhì)直管的容器內(nèi)端管口與容器頂壁的內(nèi)表面相平，容器外的一端伸出頂壁外表面recm，與外界相通。在容器側(cè)壁的緊靠底部處，安裝有一根硬質(zhì)直管，用于注水和放水。各硬質(zhì)管上可裝配三通開關(guān)；或連接軟管，在軟管上安裝夾子。所有管道連接處應(yīng)確保不漏氣。所述剛性容器頂部可開放和關(guān)閉，可用帶密封圈的頂蓋，也可采用其它密封部件，但均應(yīng)確保在關(guān)閉狀態(tài)下不漏氣。
[0005]通常，實(shí)驗(yàn)室用本發(fā)明之配氣和輸氣裝置，所述剛性容器內(nèi)腔的容積一般為5?10L，所述塑料袋的容量一般為21L，各管子內(nèi)徑可為3?5_。
[0006]所述剛性容器、管子、氣袋和相關(guān)附件均用無毒材料制成，這些材料應(yīng)是所接觸氣體的惰性物質(zhì)，對(duì)氣體分子的吸附作用也很弱。
[0007]本發(fā)明主要是基于以下物理學(xué)原理:(1)在裝滿水的密閉剛性容器內(nèi)，水中有空的軟容器(比如塑料袋，內(nèi)無氣體，也無液體和固體物質(zhì))，當(dāng)此軟容器與剛性容器外裝有氣體的軟容器(貯氣袋)相通時(shí)，從剛性容器內(nèi)放出一定體積的水，停止放水后，在水中軟容器與貯氣袋內(nèi)氣壓達(dá)到平衡和溫度保持穩(wěn)定的條件下，則進(jìn)入水中軟容器的氣體與放出水在體積上相等，即實(shí)現(xiàn)了水-氣等體積置換；(2)在貯氣袋納裝高純氣體或已知組分含量氣體的條件下，通過所述水-氣置換方法分次向軟容器內(nèi)通入一定體積的各種氣體，即可配制出所需組分濃度的混合氣；(3)同樣根據(jù)所述水-氣置換原理，如以一定流速向剛性容器內(nèi)注水，則水中軟容器的氣體以相等的流速輸出。
[0008]使用本裝置的基本步驟如下:(1)先在所述剛性容器內(nèi)注滿水，將裝配在容器頂蓋或其它可密封部件上的塑料袋排凈氣體，然后將塑料袋塞入貯水容器內(nèi)，安裝好容器頂蓋或可密封部件；(2)如貯水容器內(nèi)有殘留氣體，從容器側(cè)壁下部的直管向容器內(nèi)注水，使殘留氣體經(jīng)頂部直管排出，然后將注水管和排氣管關(guān)閉；(3)用注射器吸出容器內(nèi)塑料袋連接管內(nèi)的氣體，再通過三通開關(guān)的連通作用，使貯氣袋和檢壓計(jì)與塑料袋內(nèi)相通，⑷從貯水容器側(cè)壁下部的管子放水，當(dāng)放出水的體積達(dá)到塑料袋內(nèi)所需某種氣體的進(jìn)氣體積時(shí)，關(guān)閉放水管，同時(shí)觀察檢壓計(jì)，在貯氣袋和塑料袋內(nèi)氣壓平衡的狀態(tài)下，關(guān)閉貯氣袋通氣管，取下貯氣袋；(5)接上裝有另一種氣體的貯氣袋，按步驟⑷同法操作，如此類推，將各種組分氣體和平衡氣體通入塑料袋中；(6)從容器內(nèi)放出一定體積的水，使空氣從經(jīng)頂部通于外界的直管進(jìn)入容器內(nèi)(塑料袋外)，適度搖晃容器，通過水的振蕩作用，使塑料袋內(nèi)氣體充分混勻；然后重復(fù)步驟⑵的操作，使進(jìn)入的空氣全部排出；(7)輸出塑料袋內(nèi)配備的混合氣時(shí)，先讓塑料袋通氣管與外界相通，向容器注入少量水，將通氣管內(nèi)原有氣體排出，由配成的混合氣替代；(8)將塑料袋通氣管與貯水容器外需氣容器連接，通過向貯水容器內(nèi)注水而輸送配制的混合氣。
[0009]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特色在于:⑴設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，而可靠性高；⑵適用原料氣的來源廣泛，除了市售氣體，也可用軟容器現(xiàn)場(chǎng)采集氣體，采集場(chǎng)地可為室內(nèi)、礦井、隧道、有害氣體事故現(xiàn)場(chǎng)等各種環(huán)境，也可采集物質(zhì)的揮發(fā)氣體、燃燒產(chǎn)生的氣體和實(shí)驗(yàn)室自制氣體，不受氣體量少的限制；(3)裝置的使用方便、操作簡(jiǎn)易，在非高壓條件下操作，安全性高；(4)利用水振蕩作用的氣體混勻方法；(5)控速注水的氣體輸送方法；(6)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，構(gòu)件和配件數(shù)量少，制造成本?。磺沂褂煤馁M(fèi)低。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明核心結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為本發(fā)明一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0011]以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0012]參照?qǐng)D2，本實(shí)施例包括下嘴玻璃瓶14，用作貯水容器。在玻璃瓶14的瓶口，安裝有橡膠塞11，其上鉆通兩個(gè)孔，一個(gè)孔內(nèi)緊插硬質(zhì)直管10，另一個(gè)孔內(nèi)緊插硬質(zhì)直管9。直管10的一端伸入瓶?jī)?nèi)約2cm，連接塑料袋15 ;其瓶外端與三通開關(guān)8連接，此三通開關(guān)的另兩個(gè)端口分別與通氣管3和通氣管4連接。通氣管3的另一端與貯氣袋I連接，管子上裝有夾子2 ;通氣管4的另一端裝有三通開關(guān)5，此三通開關(guān)的另兩個(gè)端口分別連接檢壓計(jì)12和通氣管13。直管9的瓶?jī)?nèi)端管口與橡膠塞11的下表面相平，瓶外的一端伸出橡膠塞11上表面r6cm，并連接硅膠管，其上裝有夾子7。在玻璃瓶14的下嘴，安裝有橡膠塞20，其上鉆通一孔，緊插硬質(zhì)直管21，通過硅膠管與三通開關(guān)19連接。三通開關(guān)19的另兩個(gè)端口分別連接兩根硅膠管，其中一根與蠕動(dòng)泵18連接。通氣管13的一端裝有三通開關(guān)16，此三通開關(guān)的另兩個(gè)端口也分別連接兩根硅膠管，其中一根與氣體除菌濾器17連接。濾器17的另一端連接不銹鋼管22，此不銹鋼管貫插在橡膠塞23上，橡膠塞23上還貫插有不銹鋼管24，橡膠塞裝在濕化瓶25的瓶口中。濕化瓶25內(nèi)盛有大半瓶無菌水，不銹鋼管22的瓶?jī)?nèi)管口約在水平面下3cm處,不銹鋼管24的瓶?jī)?nèi)管口約在水平面之上3cm處。不銹鋼管24通過連接的不銹鋼注射針頭而與細(xì)胞培養(yǎng)瓶26內(nèi)相通。
[0013]橡膠塞11與瓶口、橡膠塞20與下嘴口、橡膠塞23與瓶口及所有管道連接處都應(yīng)確保不漏氣。下嘴玻璃瓶14容量為10L，塑料袋15的容量為6L，濕化瓶25的容量為0.1L，所有管子的內(nèi)徑為3mm。
[0014]使用時(shí)，應(yīng)按以下步驟進(jìn)行操作。
[0015]⑴先在下嘴玻璃瓶14內(nèi)注滿水，用手?jǐn)D壓裝在橡膠塞11上的塑料袋15，使袋內(nèi)氣體排出，然后將塑料袋塞入玻璃瓶?jī)?nèi)，并將橡膠塞緊塞瓶口。
[0016](2)通過直管21，向玻璃瓶?jī)?nèi)注水，使瓶?jī)?nèi)水面上方的氣體經(jīng)直管9排出，然后將直管9關(guān)閉；繼續(xù)通過直管21向玻璃瓶?jī)?nèi)注水，使塑料袋15內(nèi)的殘留氣體經(jīng)通氣管3排出，將直管21和三通開關(guān)8關(guān)閉。
[0017](3)取裝有某種氣體的貯氣袋1，將其通氣管用夾子2夾閉，并與通氣管3連接。
[0018](4)轉(zhuǎn)動(dòng)該三通開關(guān)8、三通開關(guān)5和三通開關(guān)16，使塑料袋15通氣管、通氣管3、通氣管4與通氣管13相通，但與貯氣袋1、檢壓計(jì)12及濾器17不通。在三通開關(guān)16的一個(gè)端口上連接注射器，用注射器將這些相通管子內(nèi)的氣體抽出，立即關(guān)閉注射器連接的三通開關(guān)端口，取下注射器；此時(shí)，將夾子2松開，讓貯氣袋I內(nèi)的氣體進(jìn)入被抽出氣體的管子；可重復(fù)抽氣2次，使這些管子內(nèi)原有的氣體被貯氣袋I內(nèi)的氣體完全替代。
[0019](5)將檢壓計(jì)12連接管上的夾子6松開，從直管21放水，貯氣袋I內(nèi)的氣體進(jìn)入塑料袋15，當(dāng)放出水的體積達(dá)到塑料袋內(nèi)所需這種氣體的進(jìn)氣體積時(shí)，關(guān)閉直管21，同時(shí)觀察檢壓計(jì)，在貯氣袋I和塑料袋15內(nèi)氣壓平衡的狀態(tài)下，用夾子2將貯氣袋通氣管夾閉，并將三通開關(guān)8與貯氣袋通氣管連接的端口關(guān)閉，取下貯氣袋I。
[0020](6)在上述取下貯氣袋I的三通開關(guān)端口上，連接裝有另一種氣體的貯氣袋1’，打開該端口，再松開貯氣袋通氣管上的夾子2 ;轉(zhuǎn)動(dòng)三通開關(guān)8，使其與塑料袋15相通的端口關(guān)閉，而通氣管3與通氣管4相通；轉(zhuǎn)動(dòng)三通開關(guān)5，使其與檢壓計(jì)12的端口關(guān)閉，而通氣管4與通氣管13相通；從上述三通開關(guān)16的一個(gè)端口，用注射器將通氣管3、通氣管4及通氣管13相通管段內(nèi)的氣體抽出，立即關(guān)閉注射器連接的三通開關(guān)端口，取下注射器；此時(shí)，將夾子2松開，讓貯氣袋I’內(nèi)的氣體進(jìn)入被抽出氣體的管子；亦可重復(fù)抽氣2次，使這些管子內(nèi)原有的氣體被貯氣袋I’內(nèi)的氣體完全替代。轉(zhuǎn)動(dòng)三通開關(guān)5，使其與檢壓計(jì)12的端口打開，按步驟(5)同法操作，使貯氣袋I’內(nèi)氣體按所需體積通入塑料袋15。
[0021](7)重復(fù)第(6)步的操作，將各種組分氣體和平衡氣體通入塑料袋15中；將三通開關(guān)8、三通開關(guān)5和三通開關(guān)16的所有端口關(guān)閉。
[0022](8)從直管21放水，讓空氣從經(jīng)直管9進(jìn)入玻璃瓶14內(nèi)，至塑料袋15的上半部外為空氣，下半部外為水，停止放水。然后，將玻璃瓶放在振蕩器上振搖，或用手適度搖晃玻璃瓶，通過水的振蕩作用，使塑料袋內(nèi)氣體充分混勻。
[0023](9)通過直管21向玻璃瓶14內(nèi)注水，使瓶?jī)?nèi)水面上方的空氣經(jīng)頂部直管9排出，再將直管21和直管9均關(guān)閉。
[0024](10)向細(xì)胞培養(yǎng)瓶26輸出塑料袋15內(nèi)的混合氣前，轉(zhuǎn)動(dòng)三通開關(guān)8、三通開關(guān)5及三通開關(guān)16，讓塑料袋經(jīng)通氣管4、通氣管13與外界相通；從向直管21容器注入少量水，將通氣管內(nèi)原有氣體排出，由配成的混合氣替代，然后關(guān)閉三通開關(guān)16通向外界的端口，讓通氣管13與濾器17相通。
[0025](11)轉(zhuǎn)動(dòng)三通開關(guān)19，使蠕動(dòng)泵18與直管21相通；開動(dòng)蠕動(dòng)泵，以一定流速向玻璃瓶14內(nèi)注水，從而將塑料袋15內(nèi)的混合氣輸送到培養(yǎng)瓶26內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于水-氣置換技術(shù)的混合氣體定量配制和控速輸送方法和裝置，其特征在于包括一剛性貯水容器，其內(nèi)有一密封軟容器；在貯水容器頂蓋上有兩根硬質(zhì)通氣管，一根通氣管的一端伸入貯水容器并在其上連接密封軟容器，貯水容器外的一端連接三通開關(guān)，由此分出兩個(gè)支管，在配制氣體時(shí)分別與貯氣袋和檢壓計(jì)連接，在輸送氣體時(shí)與需氣之處和和檢壓計(jì)相通；另一根通氣管用于貯水容器的排氣；在貯水容器側(cè)壁的緊靠底部處，安裝有一根硬質(zhì)管，用于注水和放水。
2.根據(jù)權(quán)利求書I所述裝置，其特征在于:利用水-氣等體積置換技術(shù)，在保持氣壓平衡和溫度穩(wěn)定的條件下，往裝滿水的密閉剛性容器內(nèi)放出或注入一定體積的水，使得水中軟容器進(jìn)入或輸出相等體積的氣體。
3.根據(jù)權(quán)利求書I所述裝置，其特征在于:在實(shí)現(xiàn)混合氣體的配制集裝以及控速輸送過程中，可由所連接檢壓計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)軟容器內(nèi)壓力。
4.根據(jù)權(quán)利求書I所述裝置，其特征在于:通過一系列預(yù)先的連接管內(nèi)抽氣和充氣步驟，使得配氣濃度更精確。
5.根據(jù)權(quán)利求書I所述裝置，其特征在于:配制氣體過程中可放出貯水容器的部分水，適度晃動(dòng)或振蕩容器，利用水對(duì)其內(nèi)軟容器的振蕩作用，使軟容器內(nèi)氣體充分混勻。
6.根據(jù)權(quán)利求書I所述裝置，其特征在于:以一定流速向貯水容器內(nèi)注水，則可以相等流速向外輸送軟容器內(nèi)的混合氣體。
【文檔編號(hào)】B01L5/00GK104162372SQ201310365440
【公開日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2013年8月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月21日
【發(fā)明者】汪保和, 張君, 潘軒, 唐琳, 唐文峴 申請(qǐng)人:湖南師范大學(xué)