本實用新型屬于機(jī)械設(shè)計領(lǐng)域，主要用于科研或生產(chǎn)領(lǐng)域需要精確控制流動氣氛中水汽含量的場合，尤其是涉及一種用于流動氣氛中水汽濃度控制的裝置。

背景技術(shù)：

氣氛中的含水量對于諸多科研或生產(chǎn)領(lǐng)域都有顯著影響，如機(jī)動車尾氣處理催化劑的性能評價、對水汽敏感的物質(zhì)或器件的制備等。市場上常見的蒸汽發(fā)生器，如用于制衣廠，干洗店，飯店，饃店，食堂，餐廳，廠礦，豆制品廠等場所的蒸汽發(fā)生器，多用來蒸發(fā)液態(tài)水進(jìn)入開放空間，且裝置龐大，構(gòu)造復(fù)雜，成本高昂。構(gòu)造簡單易用的裝置，以精確控制“流動氣氛”中的含水量，成為實驗室中一線科研人員的迫切需求。

常見的處理措施是將干燥氣氛通入水中鼓泡，并控制水溫以達(dá)到“加濕”的目的。該方法必須通過不斷的調(diào)試才可達(dá)到期望的濕度，且難以實現(xiàn)較大的濕度值（水溫難以達(dá)到較高數(shù)值，如>100℃）或者適應(yīng)較大的氣流量。因此，急需一種簡單高效的裝置以滿足精確控制大流量氣氛中高含水量的需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型的目的在于提供一種易于搭建，操作簡便，安全可靠的，可精確控制大流量氣氛中較高含水量的裝置。

為此，本實用新型提供了一種用于流動氣氛中水汽濃度控制的裝置，包括：液態(tài)水注入裝置、流體管路、加熱裝置和外部氣源，所述液態(tài)水注入裝置與所述流體管路相連接以將液態(tài)水注入所述流體管路中；所述加熱裝置用于對所述流體管路進(jìn)行加熱；所述外部氣源在所述加熱裝置的下游側(cè)連通至所述流體管路。

本實用新型的用于流動氣氛中水汽濃度控制的裝置，利用液態(tài)水注入裝置將液態(tài)水注入到流體管路內(nèi)部，在加熱裝置的作用下將液態(tài)水轉(zhuǎn)變?yōu)樗魵?，隨后在加熱裝置的下游側(cè)，使從外部氣源流入的氣流能夠與水蒸氣混合產(chǎn)生濕潤氣流后輸出。

進(jìn)一步而言，根據(jù)本實用新型，可控制所述液態(tài)水注入裝置的液態(tài)水的注入速率和從所述外部氣源流入的氣流的流量以控制濕潤氣流（輸出的流動氣氛）中的水汽含量。其中，注入速率的調(diào)節(jié)使所述裝置可平穩(wěn)產(chǎn)生水汽，與所述外部氣源流入的氣流的流量相結(jié)合，可精確控制輸出的流動氣氛中的水汽含量。

較佳地，本實用新型的用于流動氣氛中水汽濃度控制的裝置還包括連接所述流體管路與所述液態(tài)水注入裝置的密封件。借助于此，液態(tài)水注入裝置與流體管路的連接靠密封件密封，以保證生成水蒸氣的單向輸出，同時干燥氣流的大流速可通過伯努利原理將水汽“吸入”自身氣流中。

又，較佳地，所述密封件包括分別連接于所述液態(tài)水注入裝置和所述流體管路的端部處的一對螺帽、以及連接該對螺帽的螺絲；所述螺絲內(nèi)腔是聯(lián)通的；所述一對螺帽內(nèi)分別設(shè)有橡膠密封墊。借助于此，可有效地實現(xiàn)液態(tài)水注入裝置與流體管路之間的密封連接。

較佳地，所述外部氣源經(jīng)由三口閥與所述流體管路連通。借助于此，可有效地將外部氣源與流體管路連通。更具體地，外部氣源的進(jìn)氣端管路與流體管路經(jīng)三口閥連通后合并成作為出氣端的單一管路，由此輸出濕潤氣流。

較佳地，所述液態(tài)水注入裝置可以是蠕動泵或注射泵。

較佳地，所述加熱裝置為管式爐或加熱帶。所述加熱裝置的選擇不限上述，只需將液態(tài)水加熱變成水蒸汽即可。

較佳地，所述加熱裝置的溫度為150～1000℃。該溫度可有利于將液態(tài)水轉(zhuǎn)變?yōu)樗魵?。流體管路可被加熱到足夠高的溫度以及時蒸發(fā)掉注入的液態(tài)水，因此達(dá)到穩(wěn)定輸出水蒸氣的目的。

較佳地，本實用新型的用于流動氣氛中水汽濃度控制的裝置還包括在所述加熱裝置的下游側(cè)覆蓋所述流體管路的外部的加熱帶。借助于此，可在流體管路前段部分使用加熱裝置，后段部分使用加熱帶。其中加熱帶包裹于所述流體管路表面。可根據(jù)要求的水汽分壓決定是否啟用加熱帶（若出氣端水汽分壓大于出氣端溫度下的飽和蒸氣壓，則需要啟用加熱帶）。

較佳地，所述流體管路為組裝件或一體式部件。

較佳地，所述流體管路為金屬質(zhì)耐熱、耐水件。

本實用新型中用于流動氣氛中水汽濃度控制的裝置設(shè)計新穎，結(jié)構(gòu)可靠，便于搭建，易于操作，控制精確，可重復(fù)使用，且用途廣泛，具有極大的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)價值。該裝置可廣泛調(diào)節(jié)水汽含量0-100 vol %，可適應(yīng)較寬的氣體流量范圍50-10000 毫升每分鐘，尤其適用于恒定的或者緩慢變化的氣體流量。

附圖說明

圖1為根據(jù)本實用新型一實施形態(tài)的用于流動氣氛中水汽濃度控制的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1所示的裝置中的密封件的一實施形態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖標(biāo)記：

1、液態(tài)水注入裝置；

11、注射器針頭；

2、密封件；

21、 螺帽；

22、 螺絲；

23、 橡膠密封墊；

3、加熱裝置；

4、進(jìn)氣端；

5、出氣端；

6、加熱帶；

7、流體管路。

具體實施方式

以下通過下述實施方式進(jìn)一步說明本實用新型，應(yīng)理解，下述實施方式僅用于說明本實用新型，而非限制本實用新型。

本實用新型提出了一種新型水汽含量控制裝置的設(shè)計方案。本實用新型的用于流動氣氛中水汽濃度控制的裝置包括液態(tài)水注入裝置（優(yōu)選可以恒定的或者緩慢變化的速度注入液態(tài)水），加熱裝置（優(yōu)選可以保持恒溫150-1000℃），流體管路和外部氣源。具體地，液態(tài)水注入裝置與流體管路相連接以將液態(tài)水注入流體管路中。加熱裝置用于對流體管路進(jìn)行加熱。外部氣源在加熱裝置的下游側(cè)連通至流體管路。

由此，利用液態(tài)水注入裝置將液態(tài)水注入到流體管路內(nèi)部，在加熱裝置的作用下將液態(tài)水轉(zhuǎn)變?yōu)樗魵?，隨后在加熱裝置的下游側(cè)，使從外部氣源流入的氣流能夠與水蒸氣混合產(chǎn)生濕潤氣流后輸出。

更具體而言，本實用新型通過液態(tài)水注入裝置以速率x’ml/min往流體管路中注入液態(tài)水，流體管路被加熱裝置加熱進(jìn)而蒸發(fā)其內(nèi)部的液態(tài)水，產(chǎn)生水汽的速率x（ml/min）可用理想氣體狀態(tài)方程來估算：PV=nRT，其中n為物質(zhì)的量，約等于x’/18 (每分鐘)；R為通用氣體常數(shù)，等于8.314J·mol^-1·K^-1；T為溫度，以K為單位，取常溫數(shù)值300K；P為壓力，以Pa為單位，取常壓數(shù)值101325Pa。則V = 1367.55*x’*10^-6 （以m³為單位），即x = 1367.55*x’（ml/min）。所述流體管路可被加熱裝置加熱到足夠高的溫度以及時蒸發(fā)掉注入的液態(tài)水，因此達(dá)到穩(wěn)定輸出水蒸氣的目的。隨后，從外部氣源通入氣流，使所述氣流能夠與水蒸氣混合產(chǎn)生濕潤氣流后輸出。

由此，根據(jù)本實用新型，可控制所述液態(tài)水注入裝置的液態(tài)水的注入速率和從所述外部氣源流入的氣流的流量以控制濕潤氣流（輸出的流動氣氛）中的水汽含量。其中，注入速率的調(diào)節(jié)使所述裝置可平穩(wěn)產(chǎn)生水汽，與所述外部氣源流入的氣流的流量相結(jié)合，可精確控制輸出的流動氣氛中的水汽含量。

本實用新型所述裝置可提供含水汽0-100 vol %的流動氣氛（50-10000 毫升每分鐘）。本實用新型中所述裝置用于精確調(diào)控流動氣氛中的水汽含量，可平穩(wěn)產(chǎn)生水汽，還可以重復(fù)循環(huán)利用。

另，本實用新型中所述裝置要求流動氣氛最好不含與水反應(yīng)的成分。

在本實用新型的上述裝置中，還可包括連接流體管路與液態(tài)水注入裝置的密封件。借助于此，液態(tài)水注入裝置與流體管路的連接靠密封件密封，以保證生成水蒸氣的單向輸出，同時干燥氣流的大流速可通過伯努利原理將水汽“吸入”自身氣流中。

優(yōu)選地，該密封件可包括分別連接于所述液態(tài)水注入裝置和所述流體管路的端部處的一對螺帽、以及連接該對螺帽的螺絲；所述螺絲內(nèi)腔是聯(lián)通的；所述一對螺帽內(nèi)分別設(shè)有橡膠密封墊。但本實用新型不限于此，只要能夠?qū)崿F(xiàn)液態(tài)水注入裝置與流體管路之間的密封連接的任何結(jié)構(gòu)均可。

此外，外部氣源可經(jīng)由三口閥與流體管路連通。借助于此，可有效地將外部氣源與流體管路連通。更具體地，外部氣源的進(jìn)氣端管路與流體管路經(jīng)三口閥連通后合并成作為出氣端的單一管路，由此輸出濕潤氣流。

又，上述裝置中的液態(tài)水注入裝置可以是蠕動泵或注射泵，而加熱裝置可以是管式爐等。所述流體管路可為組裝件或一體式部件，優(yōu)選為金屬質(zhì)耐熱、耐水件。此外，在所述加熱裝置的下游側(cè)可設(shè)有覆蓋所述流體管路的外部的加熱帶，可根據(jù)要求的水汽分壓決定是否啟用加熱帶（若出氣端水汽分壓大于出氣端溫度下的飽和蒸氣壓，則需要啟用加熱帶）。

圖1示出了根據(jù)本實用新型一實施形態(tài)的用于流動氣氛中水汽濃度控制的裝置。如圖1所示，其主要組成有：液態(tài)水注入裝置1，流體管路7和加熱裝置3。其中，液態(tài)水注入裝置1與流體管路7相連接以將液態(tài)水注入流體管路7中，加熱裝置3用于對流體管路7進(jìn)行加熱。此外還包括與水汽混合的外部氣源（外部氣流），該外部氣源在加熱裝置3的下游側(cè)連通至流體管路7。

在本實施形態(tài)中，液態(tài)水注入裝置1可以是注射泵或蠕動泵等實驗室常見裝置，加熱裝置3可以是管式爐等，流體管路7可為組裝式或整體式構(gòu)件（一體式部件）。所述裝置用到的流體管路7及其中所用部件須是金屬質(zhì)耐熱、耐水件。

此外，還如圖1所示，本實施形態(tài)中，外部氣源可經(jīng)由三口閥與流體管路7連通。具體地，外部氣源的進(jìn)氣端4（干燥進(jìn)氣）管路與流體管路7經(jīng)三口閥連通后合并成作為出氣端5（濕潤出氣）的單一管路，由此輸出濕潤氣流。

使用時，設(shè)定好液態(tài)水注入速度，液態(tài)水注入高溫流體管路7后，迅速被蒸發(fā)而在三口閥處與外源氣流混合。

若要求較大含水量的氣氛，除了使用管式爐等加熱裝置外，如圖1中所示，還可在流體管路7其他部分的外部包裹或纏繞加熱帶6等，以防止水分冷凝在流體管路7上。此外，還可將流體管路7整體直接包裹上加熱帶，或直接整體置于管式爐等加熱裝置中。

需要特別強(qiáng)調(diào)的是液態(tài)水注入裝置1與流體管路7的連接靠密封件2密封，密封件2的引入是為了密封連接液態(tài)水注入裝置1和流體管路7，防止產(chǎn)生的水蒸氣從兩者“連接處”逃逸（詳述如下）。

圖2為圖1所示的裝置中的密封件2的一實施形態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖，即圖2給出密封件2的一種實現(xiàn)方式，整個密封件2在使用時按照如圖2所示的方向放置。

如圖2所示，密封件2可包括分別連接于所述液態(tài)水注入裝置1和所述流體管路7的端部處的一對螺帽21、以及連接所述一對螺帽21的螺絲22，所述螺絲22的內(nèi)腔是聯(lián)通的，所述一對螺帽21內(nèi)分別設(shè)有橡膠密封墊23。

更具體地，圖2中右側(cè)中的橡膠密封墊23是沒有開孔的，使用時只需將液態(tài)水注入裝置1的注射器針頭11完全插入該橡膠密封墊23，即可避免針頭被蒸汽噴出。經(jīng)過實際測驗，連接安全牢固，穿孔處也無蒸汽泄露。注意螺絲22內(nèi)腔是聯(lián)通的，可供水滴通過而進(jìn)入流體管路7中。其中橡膠密封墊23對高溫、高濃度水汽的環(huán)境要有一定的耐受性，可定期更換。

工業(yè)應(yīng)用性：

本實用新型所述裝置安全可靠，便于搭建，易于操作，可實現(xiàn)精確控制，在實驗室、需精確控制水汽的生產(chǎn)領(lǐng)域等方面具有極大的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前景。

在不脫離本實用新型的基本特征的宗旨下，本實用新型可體現(xiàn)為多種形式，因此本實用新型中的實施形態(tài)是用于說明而非限制，由于本實用新型的范圍由權(quán)利要求限定而非由說明書限定，而且落在權(quán)利要求界定的范圍，或其界定的范圍的等價范圍內(nèi)的所有變化都應(yīng)理解為包括在權(quán)利要求書中。