基于水-氣置換技術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】本發明涉及靜態配氣法及其適用裝置，具體為一種基于水-氣置換技術的混合氣體定量配制和控速輸送方法和裝置。其包括一個帶密封頂蓋1（附圖的標示數字，下同）和下嘴5的剛性貯水容器3，頂蓋上裝有通氣管2，位于貯水容器內的一個軟容器4裝在通氣管2上，通氣管2用于軟容器的進氣或輸氣，下嘴5用于容器的放水或注水。本發明利用在保持氣壓平衡和溫度穩定的條件下，從剛性貯水容器內放出或注入一定體積的水6，則相等體積的氣體進入或輸出其中的軟容器的原理，實現了混合氣體的配制和輸送。本發明保持了軟容器靜態體積配氣法的優點，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控速輸送氣體等優點。
【專利說明】基于水-氣置換技術的氣體定量混配和控速輸送方法和裝

【技術領域】
[0001]本發明涉及靜態配氣法及其適用裝置，具體為一種基于水-氣置換技術的混合氣體定量配制和控速輸送方法和裝置。

【背景技術】
[0002]混合氣體配制方法分為靜態法和動態法兩類，每類又包括幾種配氣法。根據國家標準GB/T 10248-2005 (等同ISO 1664: 2003)，靜態體積法可用于平衡氣體中含有多于一種校準組分的混合氣。許多實驗室常需即配即用不同組分濃度的小量混合氣體，有的實驗還需配成的混合氣以一定流速持續或間歇輸送，例如細胞培養器皿或其放置容器內的供氣。公認靜態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便等多種優點。但是，目前用軟容器進行氣體混配，一般是用注射器將原料氣注入容器內，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，對軟容器內所配氣體的持續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點，彌補其不足之處，建立一種用軟容器進行氣體混配的新方法，相應地制作出性能優越的配氣和輸氣裝置，能更好地滿足多個領域和學科實驗室對混合氣體配制和輸送的需求。


【發明內容】

[0003]本發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]本發明的目的是通過以下技術方案實現的:其包括一個剛性容器，在容器頂壁上安裝有兩根硬質直管，用于通氣。一根硬質直管的一端伸入容器內約2cm，連接一個塑料袋；另一端在容器外，連接一個三通開關，此三通的另兩個端口分別與貯氣袋和檢壓計連接，在氣體配制后可用作塑料袋內氣體輸出的輸氣管。另一根硬質直管的容器內端管口與容器頂壁的內表面相平，容器外的一端伸出頂壁外表面recm，與外界相通。在容器側壁的緊靠底部處，安裝有一根硬質直管，用于注水和放水。各硬質管上可裝配三通開關；或連接軟管，在軟管上安裝夾子。所有管道連接處應確保不漏氣。所述剛性容器頂部可開放和關閉，可用帶密封圈的頂蓋，也可采用其它密封部件，但均應確保在關閉狀態下不漏氣。
[0005]通常，實驗室用本發明之配氣和輸氣裝置，所述剛性容器內腔的容積一般為5?10L，所述塑料袋的容量一般為21L，各管子內徑可為3?5_。
[0006]所述剛性容器、管子、氣袋和相關附件均用無毒材料制成，這些材料應是所接觸氣體的惰性物質，對氣體分子的吸附作用也很弱。
[0007]本發明主要是基于以下物理學原理:(1)在裝滿水的密閉剛性容器內，水中有空的軟容器(比如塑料袋，內無氣體，也無液體和固體物質)，當此軟容器與剛性容器外裝有氣體的軟容器(貯氣袋)相通時，從剛性容器內放出一定體積的水，停止放水后，在水中軟容器與貯氣袋內氣壓達到平衡和溫度保持穩定的條件下，則進入水中軟容器的氣體與放出水在體積上相等，即實現了水-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)同樣根據所述水-氣置換原理，如以一定流速向剛性容器內注水，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，安裝好容器頂蓋或可密封部件；(2)如貯水容器內有殘留氣體，從容器側壁下部的直管向容器內注水，使殘留氣體經頂部直管排出，然后將注水管和排氣管關閉；(3)用注射器吸出容器內塑料袋連接管內的氣體，再通過三通開關的連通作用，使貯氣袋和檢壓計與塑料袋內相通，⑷從貯水容器側壁下部的管子放水，當放出水的體積達到塑料袋內所需某種氣體的進氣體積時，關閉放水管，同時觀察檢壓計，在貯氣袋和塑料袋內氣壓平衡的狀態下，關閉貯氣袋通氣管，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)從容器內放出一定體積的水，使空氣從經頂部通于外界的直管進入容器內(塑料袋外)，適度搖晃容器，通過水的振蕩作用，使塑料袋內氣體充分混勻；然后重復步驟⑵的操作，使進入的空氣全部排出；(7)輸出塑料袋內配備的混合氣時，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，通過向貯水容器內注水而輸送配制的混合氣。
[0009]本發明的優點和特色在于:⑴設計簡單，而可靠性高；⑵適用原料氣的來源廣泛，除了市售氣體，也可用軟容器現場采集氣體，采集場地可為室內、礦井、隧道、有害氣體事故現場等各種環境，也可采集物質的揮發氣體、燃燒產生的氣體和實驗室自制氣體，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)裝置結構簡單，構件和配件數量少，制造成本小；且使用耗費低。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本發明核心結構示意圖，圖2為本發明一實施例的結構示意圖。

【具體實施方式】
[0011]以下結合實施例對本發明作進一步說明。
[0012]參照圖2，本實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，其上鉆通兩個孔，一個孔內緊插硬質直管10，另一個孔內緊插硬質直管9。直管10的一端伸入瓶內約2cm，連接塑料袋15 ;其瓶外端與三通開關8連接，此三通開關的另兩個端口分別與通氣管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5，此三通開關的另兩個端口分別連接檢壓計12和通氣管13。直管9的瓶內端管口與橡膠塞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，緊插硬質直管21，通過硅膠管與三通開關19連接。三通開關19的另兩個端口分別連接兩根硅膠管，其中一根與蠕動泵18連接。通氣管13的一端裝有三通開關16，此三通開關的另兩個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內盛有大半瓶無菌水，不銹鋼管22的瓶內管口約在水平面下3cm處,不銹鋼管24的瓶內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胞培養瓶26內相通。
[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，所有管子的內徑為3mm。
[0014]使用時，應按以下步驟進行操作。
[0015]⑴先在下嘴玻璃瓶14內注滿水，用手擠壓裝在橡膠塞11上的塑料袋15，使袋內氣體排出，然后將塑料袋塞入玻璃瓶內，并將橡膠塞緊塞瓶口。
[0016](2)通過直管21，向玻璃瓶內注水，使瓶內水面上方的氣體經直管9排出，然后將直管9關閉；繼續通過直管21向玻璃瓶內注水，使塑料袋15內的殘留氣體經通氣管3排出，將直管21和三通開關8關閉。
[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)轉動該三通開關8、三通開關5和三通開關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12及濾器17不通。在三通開關16的一個端口上連接注射器，用注射器將這些相通管子內的氣體抽出，立即關閉注射器連接的三通開關端口，取下注射器；此時，將夾子2松開，讓貯氣袋I內的氣體進入被抽出氣體的管子；可重復抽氣2次，使這些管子內原有的氣體被貯氣袋I內的氣體完全替代。
[0019](5)將檢壓計12連接管上的夾子6松開，從直管21放水，貯氣袋I內的氣體進入塑料袋15，當放出水的體積達到塑料袋內所需這種氣體的進氣體積時，關閉直管21，同時觀察檢壓計，在貯氣袋I和塑料袋15內氣壓平衡的狀態下，用夾子2將貯氣袋通氣管夾閉，并將三通開關8與貯氣袋通氣管連接的端口關閉，取下貯氣袋I。
[0020](6)在上述取下貯氣袋I的三通開關端口上，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 ;轉動三通開關8，使其與塑料袋15相通的端口關閉，而通氣管3與通氣管4相通；轉動三通開關5，使其與檢壓計12的端口關閉，而通氣管4與通氣管13相通；從上述三通開關16的一個端口，用注射器將通氣管3、通氣管4及通氣管13相通管段內的氣體抽出，立即關閉注射器連接的三通開關端口，取下注射器；此時，將夾子2松開，讓貯氣袋I’內的氣體進入被抽出氣體的管子；亦可重復抽氣2次，使這些管子內原有的氣體被貯氣袋I’內的氣體完全替代。轉動三通開關5，使其與檢壓計12的端口打開，按步驟(5)同法操作，使貯氣袋I’內氣體按所需體積通入塑料袋15。
[0021](7)重復第(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8、三通開關5和三通開關16的所有端口關閉。
[0022](8)從直管21放水，讓空氣從經直管9進入玻璃瓶14內，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，使塑料袋內氣體充分混勻。
[0023](9)通過直管21向玻璃瓶14內注水，使瓶內水面上方的空氣經頂部直管9排出，再將直管21和直管9均關閉。
[0024](10)向細胞培養瓶26輸出塑料袋15內的混合氣前，轉動三通開關8、三通開關5及三通開關16，讓塑料袋經通氣管4、通氣管13與外界相通；從向直管21容器注入少量水，將通氣管內原有氣體排出，由配成的混合氣替代，然后關閉三通開關16通向外界的端口，讓通氣管13與濾器17相通。
[0025](11)轉動三通開關19，使蠕動泵18與直管21相通；開動蠕動泵，以一定流速向玻璃瓶14內注水，從而將塑料袋15內的混合氣輸送到培養瓶26內。
【權利要求】
1.一種基于水-氣置換技術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，其內有一密封軟容器；在貯水容器頂蓋上有兩根硬質通氣管，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，由此分出兩個支管，在配制氣體時分別與貯氣袋和檢壓計連接，在輸送氣體時與需氣之處和和檢壓計相通；另一根通氣管用于貯水容器的排氣；在貯水容器側壁的緊靠底部處，安裝有一根硬質管，用于注水和放水。
2.根據權利求書I所述裝置，其特征在于:利用水-氣等體積置換技術，在保持氣壓平衡和溫度穩定的條件下，往裝滿水的密閉剛性容器內放出或注入一定體積的水，使得水中軟容器進入或輸出相等體積的氣體。
3.根據權利求書I所述裝置，其特征在于:在實現混合氣體的配制集裝以及控速輸送過程中，可由所連接檢壓計實時監測軟容器內壓力。
4.根據權利求書I所述裝置，其特征在于:通過一系列預先的連接管內抽氣和充氣步驟，使得配氣濃度更精確。
5.根據權利求書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，適度晃動或振蕩容器，利用水對其內軟容器的振蕩作用，使軟容器內氣體充分混勻。
6.根據權利求書I所述裝置，其特征在于:以一定流速向貯水容器內注水，則可以相等流速向外輸送軟容器內的混合氣體。
【文檔編號】B01L5/00GK104162372SQ201310365440
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2013年8月21日 優先權日:2013年8月21日
【發明者】汪保和, 張君, 潘軒, 唐琳, 唐文峴 申請人:湖南師范大學