[发明专利]一种时控冷却装置及时控冷却方法

说明书

技术领域

本发明涉及冷冻设备技术领域，特别涉及一种时控冷却装置及时控冷却方法。

背景技术

稳定同位素质谱仪在测量空气中氧化亚氮时，氧化亚氮气体需要通过液氮来进行冷冻富集。测试前，仪器将U型金属管竖直放入装有液氮的敞口保温瓶中，使待测的N₂O冷冻，并停留在U型管内，而N₂等气体随着载气通过U型管排出系统，从而实现N₂O的富集。富集完成后，将U型金属管从液氮中提出，U型管内温度迅速回到室温，使得N₂O重新转化为气态，随着载气进入质谱检测。目前商业化的仪器均为单个样品手动进样，当有大量样品同时待测时，一套自动化进样系统显然更为便捷省力。在解决自动进样系统开发研制的同时，液氮冷冻装置同时需要相应配套更新，因目前冷阱的液氮罐均为3升左右，且为在室温下敞口放置，每个样品测试约需要半个小时，测试5-8个样后，敞口液氮罐内液氮液面即自然挥发下降过半，使得浸在液氮中的金属管长度变短，影响富集效果，使试验结果不稳定，需要手动及时添加液氮，这个步骤显然制约了自动进样系统的施行。

因此，迫切需要一套可以通过精确控时调节冷阱在液氮-室温两个界面切换的自动化装置，从而实现真正意义上的无人看守大批量样品的自动测试。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的问题，提出一种时控冷却装置及时控冷却方法，其是采用定时程序控制器来实现自动控制的冷却装置，液氮罐为封闭的，解决了现有仪器富集气体的U型管因液氮汽化液面下降使实际冷却长度不一，影响富集效果的问题，且解决了因液氮液面下降快而无法实现无人看守大批量样品的自动测试的问题。

为解决上述技术问题，本发明是通过如下技术方案实现的：

本发明提供一种时控冷却装置，其包括：液氮储存罐、液氮回收罐、容纳管、富集气体管、液氮泵、第一电磁阀、第二电磁阀、空压机以及控制器，其中，

所述液氮储存罐、所述容纳管以及所述液氮回收罐依次通过管道连接，且所述液氮储存罐、所述容纳管以及所述液氮回收罐为封闭的；

所述富集气体管位于所述容纳管中，所述富集气体管的两端露在所述容纳管的外面，用于对通过富集气体管中的气体样品进行冷冻富集；

所述空压机通过所述第一电磁阀连接到所述液氮储存罐和所述容纳管之间的管道上；

所述第二电磁阀设置于所述容纳管和所述液氮回收罐之间的管道上；

所述液氮泵与所述液氮储存罐相连；

所述控制器分别与所述第一电磁阀和所述第二电磁阀相连，用于控制所述第一电磁阀和所述第二电磁阀的开关。

较佳地，所述控制器还与所述液氮泵相连，用于控制所述液氮泵的开关，进一步地，所述控制器还与所述空压机相连，用于控制所述空压机的开关，整个系统采用同一控制器进行控制，由同一控制器在不同的时间点给不同的器件不同的指令，更加的精准。

较佳地，还包括：安全阀，所述安全阀设置于所述液氮储存罐和所述第一电磁阀之间的管道上，用于防止由于液氮汽化导致所述液氮储存罐和所述第一电磁阀之间的管道内压力过大，提高了整个系统的安全性。

较佳地，还包括：螺母，所述容纳管通过所述螺母密封；所述螺母还用于固定所述富集气体管，采用螺母密封效果更好。

较佳地，所述容纳管和所述富集气体管为U型管，可以增大富集气体管与液氮的接触面积，提高冷冻效果。

较佳地，所述液氮储存罐、所述容纳管以及所述液氮回收罐依次通过包裹有保冷层的管道连接，如聚氨酯泡沫，设置保冷层能够尽量减少循环过程中的冷损失，达到最佳的冷却效果。

本发明还提供一种时控冷却装置的冷却方法，采用前述的一种时控冷却装置，其包括以下步骤：

S11：打开液氮泵和第一电磁阀，将液氮储存罐中的液氮抽到容纳管中，当所述容纳管注满时，关闭所述液氮泵和所述第一电磁阀；

S12：通过所述容纳管中的液氮对位于所述容纳管中的富集气体管内的气体进行冷冻富集；

S13：当冷冻富集完成后，打开第二电磁阀和所述第一电磁阀，空压机将所述容纳管中的液氮排出到液氮回收罐中。

较佳地，所述步骤S13之后还包括：

S14：所述容纳管中的液氮排出后，所述富集气体管中的冷冻富集后的气体重新转化为气态。

较佳地，所述步骤S11中，当所述容纳管注满时，延迟预设时间后，再关闭所述液氮泵和所述第二电磁阀，这样可以确保容纳管能够注满，多余的液氮将流入液氮回收罐中，可回收利用。