本實(shí)用新型屬于機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域，主要用于科研或生產(chǎn)領(lǐng)域需要精確控制流動(dòng)氣氛中水汽含量的場(chǎng)合，尤其是涉及一種用于流動(dòng)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(duì)于諸多科研或生產(chǎn)領(lǐng)域都有顯著影響，如機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣處理催化劑的性能評(píng)價(jià)、對(duì)水汽敏感的物質(zhì)或器件的制備等。市場(chǎng)上常見(jiàn)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(chǎng)所的蒸汽發(fā)生器，多用來(lái)蒸發(fā)液態(tài)水進(jìn)入開(kāi)放空間，且裝置龐大，構(gòu)造復(fù)雜，成本高昂。構(gòu)造簡(jiǎn)單易用的裝置，以精確控制“流動(dòng)氣氛”中的含水量，成為實(shí)驗(yàn)室中一線科研人員的迫切需求。

常見(jiàn)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(guò)不斷的調(diào)試才可達(dá)到期望的濕度，且難以實(shí)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(jiǎn)單高效的裝置以滿(mǎn)足精確控制大流量氣氛中高含水量的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型的目的在于提供一種易于搭建，操作簡(jiǎn)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(shí)用新型提供了一種用于流動(dòng)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(duì)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(shí)用新型的用于流動(dòng)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(rùn)氣流后輸出。

進(jìn)一步而言，根據(jù)本實(shí)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(rùn)氣流（輸出的流動(dòng)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(dòng)氣氛中的水汽含量。

較佳地，本實(shí)用新型的用于流動(dòng)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(shí)干燥氣流的大流速可通過(guò)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(duì)螺帽、以及連接該對(duì)螺帽的螺絲；所述螺絲內(nèi)腔是聯(lián)通的；所述一對(duì)螺帽內(nèi)分別設(shè)有橡膠密封墊。借助于此，可有效地實(shí)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(rùn)氣流。

較佳地，所述液態(tài)水注入裝置可以是蠕動(dòng)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(shí)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(shí)用新型的用于流動(dòng)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?？筛鶕?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(shí)用新型中用于流動(dòng)氣氛中水汽濃度控制的裝置設(shè)計(jì)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(jià)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(shuō)明

圖1為根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施形態(tài)的用于流動(dòng)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(shí)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(shí)施方式

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

本實(shí)用新型提出了一種新型水汽含量控制裝置的設(shè)計(jì)方案。本實(shí)用新型的用于流動(dòng)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(duì)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(rùn)氣流后輸出。

更具體而言，本實(shí)用新型通過(guò)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(lái)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?cái)?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(shí)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(rùn)氣流后輸出。

由此，根據(jù)本實(shí)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(rùn)氣流（輸出的流動(dòng)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(dòng)氣氛中的水汽含量。

本實(shí)用新型所述裝置可提供含水汽0-100 vol %的流動(dòng)氣氛（50-10000 毫升每分鐘）。本實(shí)用新型中所述裝置用于精確調(diào)控流動(dòng)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(shí)用新型中所述裝置要求流動(dòng)氣氛最好不含與水反應(yīng)的成分。

在本實(shí)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(shí)干燥氣流的大流速可通過(guò)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(duì)螺帽、以及連接該對(duì)螺帽的螺絲；所述螺絲內(nèi)腔是聯(lián)通的；所述一對(duì)螺帽內(nèi)分別設(shè)有橡膠密封墊。但本實(shí)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(rùn)氣流。

又，上述裝置中的液態(tài)水注入裝置可以是蠕動(dòng)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(shí)用新型一實(shí)施形態(tài)的用于流動(dòng)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(duì)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(shí)施形態(tài)中，液態(tài)水注入裝置1可以是注射泵或蠕動(dòng)泵等實(shí)驗(yàn)室常見(jiàn)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(shí)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(rùn)出氣）的單一管路，由此輸出濕潤(rùn)氣流。

使用時(shí)，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(shí)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(shí)現(xiàn)方式，整個(gè)密封件2在使用時(shí)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(duì)螺帽21、以及連接所述一對(duì)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(duì)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(méi)有開(kāi)孔的，使用時(shí)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(guò)實(shí)際測(cè)驗(yàn)，連接安全牢固，穿孔處也無(wú)蒸汽泄露。注意螺絲22內(nèi)腔是聯(lián)通的，可供水滴通過(guò)而進(jìn)入流體管路7中。其中橡膠密封墊23對(duì)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(shí)用新型所述裝置安全可靠，便于搭建，易于操作，可實(shí)現(xiàn)精確控制，在實(shí)驗(yàn)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(shí)用新型的基本特征的宗旨下，本實(shí)用新型可體現(xiàn)為多種形式，因此本實(shí)用新型中的實(shí)施形態(tài)是用于說(shuō)明而非限制，由于本實(shí)用新型的范圍由權(quán)利要求限定而非由說(shuō)明書(shū)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(jià)范圍內(nèi)的所有變化都應(yīng)理解為包括在權(quán)利要求書(shū)中。