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一种气体收集和排放系统
申请号	CN201410191000.4	申请日	2014-05-07	公开(公告)号	CN105090735A	公开(公告)日	2015-11-25
申请人	神华集团有限责任公司; 北京低碳清洁能源研究所;			发明人	张峰; 翁力;
摘要	本发明公开了一种气体收集和排放系统，该系统包括：气柜，用于收集和排放气体；气柜压力调整装置，用于在所述气柜收集气体和/或所述气柜排放气体时调整气柜内部气体的压力为正压、零压或负压；控制装置，用于在所述气柜收集气体时打开进气阀并关闭排气阀，并在所述气柜排放气体时关闭进气阀并打开排气阀。本发明提供的气体收集和排放系统可以在不同压力下进行气体收集和排放，并可以实现可以全自动连续运行，从而能够对气体进行准确计量，也便于在实验室或者工业环境中实施。
权利要求	1.一种气体收集和排放系统，其特征在于，该系统包括：气柜，用于收集和排放气体；气柜压力调整装置，用于在所述气柜收集气体和/或所述气柜排放气体时调整气柜内部气体的压力为正压、零压或负压；控制装置，用于在所述气柜收集气体时打开进气阀并关闭排气阀，并在所述气柜排放气体时关闭进气阀并打开排气阀。 2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，气柜压力调整装置包括施力单元、第一配重、绳索以及滑轮系统；所述施力单元，用于拖曳或推举所述第一配重；所述第一配重通过所述绳索以及滑轮系统作用于所述气柜。 3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述气柜压力调整装置还包括导向柱和支架，所述导向柱沿所述气柜的移动方向设置，所述支架垂直于导向柱并与所述导向柱固定连接，所述滑轮系统包含至少两个定滑轮，所述定滑轮固定在所述支架上，使得所述滑轮系统的一端与气柜连接，另一端与第一配重连接。 4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述施力单元为气缸，所述第一配重位于所述气缸的气缸臂的顶端。 5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述施力单元为绞盘机，所述第一配重通过定滑轮与绞盘机连接。 6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述气柜顶上设有第二配重，所述气柜压力调整装置通过调节所述第一配重和/或所述第二配重的重量调整所述气柜内部气体的压力。 7.根据权利要求1-6任意一项所述的系统，其特征在于，该系统还包括速度传感器；所述控制装置还用于根据速度传感器输出的信号以及气柜钟罩内截面面积计算出气体流量。 8.根据权利要求1-6任意一项所述的系统，其特征在于，所述气柜包括第一气柜和第二气柜，所述控制装置用于控制所述第一气柜和第二气柜轮替收集并排放气体。 9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述气柜压力调整装置包括第一气柜压力调整装置和第二气柜压力调整装置，所述第一气柜压力调整装置用于在所述第一气柜进气时调整所述第一气柜内部气体的压力为正压、零压或负压；所述第二气柜压力调整装置，用于在所述第二气柜进气时调整所述第二气柜内部气体的压力为正压、零压或负压。 10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述气柜上设有刻度尺和压力仪表，分别用于指示所述气柜内气体的体积和压力。
说明书全文	一种气体收集和排放系统技术领域 [0001] 本发明涉及计量领域，具体地，涉及一种气体收集和排放系统。背景技术 [0002] 在实验室环境中，存在许多收集和计量反应气体的需求，例如在煤热解小型试验装置中，由于热解反应的压力太低而不适于使用流量计来进行计量，需要考虑试验室的环境而采用流量计之外的装置来收集和计量反应生成的气体。为了在实验室环境下收集并计量例如煤热解小型试验装置中的反应气体，需要针对具体的试验装置设计出专用的气体收集装置，成本高。发明人注意到在工业生产中，为了存储气体大量使用气柜，气柜中的气体呈正压力。如上所述，之所以不能用流量计来计量试验室环境中的反应气体，主要原因是反应的压力太低，如果通过工业生产中所使用的气柜那样使用正压力来收集气体，则进一步增加了气体收集和计量的难度。因此，有必要提供一种利用气柜来收集和计量较低压力反应气的技术方案以便将气柜应用到气体的收集计量领域。发明内容 [0003] 本发明的目的是提供一种气体收集和排放系统，用于收集和排放反应气体以便于对反应气体进行计量。 [0004] 为了实现上述目的，本发明提供一种气体收集系统，包括：气柜，用于收集和排放气体；气柜压力调整装置，用于在所述气柜收集气体和/或所述气柜排放气体时调整气柜内部气体的压力为正压、零压或负压；控制装置，用于在所述气柜收集气体时打开进气阀并关闭排气阀，并在所述气柜排放气体时关闭进气阀并打开排气阀。 [0005] 优选地，气柜压力调整装置包括施力单元、第一配重、绳索以及滑轮系统；所述施力单元，用于拖曳或推举所述第一配重；所述第一配重通过所述绳索以及滑轮系统作用于所述气柜。 [0006] 优选地，所述气柜压力调整装置还包括导向柱和支架，所述导向柱沿所述气柜的移动方向设置，所述支架垂直于导向柱并与所述导向柱固定连接，所述滑轮系统包含至少两个定滑轮，所述定滑轮固定在所述支架上，使得所述滑轮系统的一端与气柜连接，另一端与第一配重连接。 [0007] 优选地，所述施力单元为气缸，所述第一配重位于所述气缸的气缸臂的顶端。 [0008] 优选地，所述施力单元为绞盘机，所述第一配重通过定滑轮与绞盘机连接。 [0009] 优选地，所述气柜上设有第二配重，所述气柜压力调整装置通过调节所述第一配重和/或所述第二配重的重量调整所述气柜内部气体的压力。 [0010] 优选地，该系统还包括速度传感器；所述控制装置还用于根据速度传感器输出的信号以及气柜钟罩内截面面积计算出气体流量。 [0011] 优选地，所述气柜包括第一气柜和第二气柜，所述控制装置用于控制所述第一气柜和第二气柜轮替收集并排放气体。 [0012] 优选地，所述气柜压力调整装置包括第一气柜压力调整装置和第二气柜压力调整装置，所述第一气柜压力调整装置用于在所述第一气柜进气时调整所述第一气柜内部气体的压力为正压、零压或负压；所述第二气柜压力调整装置，用于在所述第二气柜进气时调整所述第二气柜内部气体的压力为正压、零压或负压。 [0013] 优选地，所述气柜上设有刻度尺和压力仪表，分别用于指示所述气柜内气体的体积和压力。 [0014] 本发明提供的气体收集和排放系统可以在正、负、零等不同压力下进行气体收集和排放，并可以实现全自动连续运行，同时还能够对气体的流量、体积、压力等参数进行准确计量，也便于在实验室或者工业环境中实施。 [0015] 本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明 [0016] 附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中： [0017] 图1是本发明提供的气体收集和排放系统的示意图； [0018] 图2是本发明提供的气柜俯视图； [0019] 图3是本发明提供的利用气缸推举实现的气体收集和排放系统示意图。 [0020] 附图标记说明 [0021] 100 气柜 200 气柜压力调整装置[0022] 300 控制装置 101 进气管 [0023] 102 排气管 103 底座 [0024] 104 气柜外桶 105 气柜钟罩 [0025] 106 第一配重 107 限位开关 [0026] 108 导向柱 109 压力仪表 [0027] 110 刻度尺 111 溢流管 [0028] 112 进水管 113 排污阀 [0029] 114 压缩空气 115 气缸缸体 [0030] 116 气缸臂 117 支架 [0031] 118 速度传感器 119 取样阀 [0032] 120 第二配重具体实施方式 [0033] 以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。 [0034] 为了收集和准确计量反应气体，本发明提供了一种气体收集和排放系统，如图1所示，包括气柜100，用于收集和排放气体；气柜压力调整装置200，用于调整在所述气柜收集气体和/或所述气柜排放气体时气柜内部气体的压力；控制装置300，用于在所述气柜收集气体时打开进气阀并关闭排气阀，并在所述气柜排放气体时关闭进气阀并打开排气阀。通过对收集的气体进行计量，可以得到气体收集压力，气体排放压力，气体瞬时流量，累计流量等等参数。可以利用一个气柜来实现本发明，比如在收集气体时，打开进气阀并关闭排气阀，在气柜收集到预定体积的气体以后，可以关闭进气阀打开排气阀，从而可以将气体排出。此后，可以再次打开进气阀并关闭排气阀。如此循环往复，可以通过一个气柜来实现气体的收集和排放，并可以完成气体的计量。这种方式的缺陷在于，在排气的过程中，需要关闭进气阀，从而导致反应生成的气体不能实时地排出，存在一定的安全风险，也可能降低反应的效率。 [0035] 因此，优选地，本发明采用两个气柜来实现。图2示出了具有两个气柜的实现方式的俯视图。由于采用了两个气柜，可以通过两个气柜轮替收集并排放气体，实现全自动连续工作，从而使得反应生成的气体可以实时地排出，有利于降低反应的安全风险并能够提高反应效率。在气柜轮替工作的过程中，一个气柜收集到额定量的气体之后，可以关闭该气柜的进气阀，并打开另一个气柜的进气阀且关闭另一个气柜的排气阀，这时此另一个气柜开始收集气体。对于已经收集到额定量气体的气柜，可以打开其排气阀，排出气柜内部的气体。在收集气体的过程中，可以通过对气柜钟罩施加拉力，使得气柜钟罩内部压强与大气压相同从而实现零压进气，或者使得气柜钟罩内部的压强小于大气压，从而实现负压进气，这样可以有效地收集气压比较低的热解气。在排气的过程中，为了加快排气的过程，可以减少对气柜钟罩的拉力，优选地，该拉力可以为零，从而通过气柜钟罩的自重以及气柜钟罩自身的配重来形成正压，从而加快气体的排出。 [0036] 图3示出了利用气缸推举和配重实现的气体收集和排放系统示意图。图中示出了两个气柜，在此着重描述其中一个气柜的工作过程。如上所述，本发明期望实现对气柜内气体压力进行调整，为了达到这一目标，本发明通过配重来抵消气柜钟罩本身的重力。例如，可以通过在导向柱108上安装与其垂直的支架117，在支架117上设置两个定滑轮，第一配重106利用绳索依次通过两个定滑轮并连接到气柜钟罩105的顶部，从而可以提供拉力来抵消气柜钟罩的重量，其中第一配重106的重量可以进行选择，例如大于气柜钟罩的重量，小于气柜钟罩的重量或等于气柜钟罩的重量。现在以图2中左侧的气柜为例进行说明。在进气的过程中，打开气柜钟罩105的进气阀，随着气体的增加气柜钟罩105上移，压力仪表109可以实时地输出压力值，刻度尺110也可以显示出收集的气体体积。通过气体体积和时间可以计算某一时间段内的瞬时流量，还可以通过速度传感器的值和气柜钟罩内截面面积(即气体作用的有效面积)计算出气体流量，具体而言二者的乘积即为气体流量。可以根据需要打开进水管112来补充因进气而通过溢流管111损失的水。在气柜钟罩105到达限位开关107以后，就意味着气体已经收集满了，此时需要打开与右侧气柜钟罩105的进气阀，关闭其排气阀，并关闭左侧气柜钟罩105的进气阀，还可以打开左侧气柜钟罩105的排气阀(该排气阀可以根据需要滞后一段时间打开，也可以在关闭进气阀时打开)。左侧气柜钟罩105的排气阀打开以后，为了加速排气，可以启用气缸来抵消配重。例如打开气缸的进气阀，压缩空气114可以进入气缸缸体115，从而抬升气缸臂116来抵消第一配重106的重力，从而左侧气柜钟罩105内的气体在该气柜钟罩105重力的作用下排出。为了加速排出气体，还可以在该左侧气柜钟罩105上增加第二配重120，可以进一步地加快气体排出的过程。 [0037] 需要说明的是，压力仪表109测得的数据可以与气缸上的第一配重106和气柜钟罩105自身重量以及第二配重120(如果有的话)之间的差值除以气柜钟罩105内容纳气体部分的环进行相互校验，也可以作为增加配重的参考。还可以将速度传感器的信号转换为瞬时流量(例如根据刻度尺的读数)，该瞬时流量也可以和利用时间和体积得到的瞬时流量进行相互校验。压力计算可以依据P＝F/S来计算，P＝钟罩内的气体压力，F＝钟罩侧重量(钟罩+第二配重120)减去第一配重106的重量，S＝钟罩内容纳气体部分的环表面积。当F为正值时，形成正压，F为负值时，形成负压，F为0时，形成零压。 [0038] 作为另外一种实施方式，可以使用绞盘机拖曳取代气缸托举，搅拌机可以包括卷带盘、减速器和电机。使用绞盘机拖曳的工作过程基本上与图3的工作过程类似，在进气的过程中绞盘机可以不对第一配重施加拉力，通过第一配重106自身的压力来实现正压、负压或零压进气，在排气的过程中，可以通过绞盘机对第一配重106施加拉力从而抵消第一配重106的重量，使得可以依靠气柜钟罩自身的重量快速地排出气体。 [0039] 以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。 [0040] 另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。 [0041] 此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

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