[实用新型]基于定量抽气-充气技术的刚性容器气体置换装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及气体置换装置，具体为基于抽气-充气技术的刚性容器气体置换装置。

背景技术

在电子、冶金、化工、食品、生物、医药等多个行业中，由于工作的技术要求，常需在刚性容器内充满不同组分比例的混合气体或某种高纯度气体。

例如，在密闭工作台（其操作舱室即是一种刚性容器）内，进行锂离子电池、半导体、超级电容、特种灯、细胞培养、厌氧菌培养、某些化合物处理、保质食品封装等操作，需先进行工作台操作舱室的抽真空，尽量将舱室内的空气抽净，然后充入已配好的混合气体、或各种组分气体、或某种高纯度气体。这种抽真空不仅要求舱室（包括舱体材料和管道连接）的耐压性高、真空泵性能高，而且真空泵易磨损。

又如，在存放某些化学试剂、生物材料和易变质物的刚性容器内，为了防止氧化或其它化学反应，需要去除容器气相空间内的氧气，充入某种惰性气体。由于这类容器较小而壁薄，且常用塑料等耐压性较低的材料制成，以现行抽真空为基础的充气技术更不适用。在现有其它小型低耐压性刚性容器内气相空间处理技术中，有一种作法是，将已配好的混合气体或某种高纯度气体注入容器，同时排出容器内空气，通过逐渐稀释作用，以求置换容器内空气。这种方法耗气多、耗时长，达到气体精确配比的难度大。

此外，在刚性容器内放置脱氧剂是去除其中氧气的一种常用作法，但这种方法难以用于内装液体的容器。尤其在生物医学等学科实验室，对塑料或玻璃容器内液体（如细胞培养液）上方气相空间的气体组分浓度有一定的要求，包括正常生理氧浓度、低氧和高氧浓度、适宜的二氧化碳浓度、其它被试气体（如环境污染气体）的多种浓度，对这类容器内空气组分的置换，目前尚缺乏方便实用的方法。

发明内容

本实用新型针对现有刚性容器气体置换技术的不足，尤其是为了解决耐压性较低刚性容器内气体置换的技术问题，提供一种可靠性高、实用性强的方法，并提供有效实施这种方法的装置。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案。

 一种基于定量抽气-充气技术的刚性容器气体置换方法，其基本原理是：在温度稳定的状态下，以压强为定量参照指标，从刚性容器内抽气，使容器内气压减低1/2，则抽出的气体量等于容器内气体量的1/2；接着向刚性容器内充入原料气，使容器内气压恢复到抽气前水平，则充入的原料气量与抽出气体量相等。所述充入原料气所含组分与抽出气体不同，或组分配比不同。如此进行的一次抽气和一次充气计为一轮抽气-充气。通过所述一轮或多轮抽气-充气，能在刚性容器的气相空间内充满所需组分浓度的混合气体或某种高纯度（可高于99.9999%）气体。

进一步的，实施所述基于定量抽气-充气技术的刚性容器气体置换方法，进行 R（≥1）轮抽气-充气，至R－1轮抽气-充气＋第R次抽气，使所述刚性容器内空气组分（主要是N₂和O₂）的含量增多或减少到一定数值，或同时使非N₂非O₂气体的含量增至一定数值。接着，进行第R次充气，向所述刚性容器内充入需配气体的各种组分，使容器内气体组分的配比达到或接近所需值。然后，向所述刚性容器内微调补充气体组分，最终使容器内气体的组分配比精确地达到所需值。

实施所述基于定量抽气-充气技术的刚性容器气体置换方法，根据需配气体的组分配比要求计算：① 使刚性容器内达到一定的O₂体积分数、N₂体积分数或非O₂非N₂气体体积分数所需的抽气-充气轮数R；② R－1轮抽气-充气＋第R次抽气后，刚性容器内达到的O₂体积分数、N₂体积分数或非O₂非N₂气体体积分数；③ 第R次充气的气体组分充入量。

所述抽气-充气轮数R和所述R－1轮抽气-充气＋第R次抽气后刚性容器内气体组分体积分数的计算，分为以下五种情况。

 1） 如所述刚性容器内所需气体要求O₂体积分数F_d-O2低于空气的O₂体积分数，进行R轮抽气-充气时，前R－1轮充入非O₂气体，用式Ⅰ-1计算所需的抽气-充气轮数R_l-O2：