製冷劑分析儀及其使用方法與流程
2023-05-15 02:25:11 1
相關申請的交叉引用
本申請涉及並要求2015年2月2日提交的美國臨時專利申請序列號62/110,887的優先權益，所述臨時專利申請的內容據此整體併入本公開。
目前公開的實施方案總體涉及用於識別和分析製冷劑氣體中的氣態雜質的裝置，並且更具體地涉及製冷劑分析儀及其使用方法。
背景技術：
已在製冷系統中發現諸如氯甲烷(r40)的假冒製冷劑。r40有毒、易燃並且與鋁反應。r40與鋁的反應產物已被識別為三甲基鋁，其可在空氣存在的情況下自燃。因此，需要有助於檢測假冒製冷劑(即r40)的裝置。
發明概述
在一個方面，提供製冷劑分析儀。所述製冷劑分析儀包括泵，所述泵可操作地聯接到過濾裝置。過濾裝置可操作地聯接到溫度/溼度調節器，並且溫度/溼度調節器可操作地聯接到電化學傳感器。
電化學傳感器包括膜電極組件(mea)，所述膜電極組件(mea)由設置在感測電極與對電極之間的固體聚合物電解質(spe)組成。集電器/氣體擴散介質附接到電極並且連接到電路，所述電路包括測量和/或控制裝置。外殼包括供製冷劑流動通過的開口。在一個實施方案中，電化學傳感器還包括氣密室，所述氣密室還包含諸如水性鹽或酸性溶液的液體材料，所述液體材料可通過透氣膜而隔離以免與對電極接觸。液體材料被配置來調節氣密室內的溼度值。在一個實施方案中，溼度值小於或等於約60％的相對溼度。
在一個方面，提供用於檢測製冷劑內的雜質的方法。所述方法包括使經調節的空氣在初始化時間段內循環通過感測室以獲得初始輸出值的步驟。在一個實施方案中，初始化時間段大於或等於約5分鐘。所述方法還包括確定初始輸出值是否穩定在預定初始限值以下的步驟。在一個實施方案中，預定初始限值小於或等於約4μa/cm2。
在一個實施方案中，所述方法還包括使第一介質在基線持續時間內循環通過感測室以獲得基線值的步驟。在一個實施方案中，第一介質包括幹氣。在一個實施方案中，基線持續時間小於或等於約3分鐘。
在替代實施方案中，所述方法還包括確定基線值是否小於或等於初始輸出值的步驟。在一個實施方案中，如果確定基線值大於初始輸出值，那麼方法繼續進行以確定基線值是否正在增加。如果基線值正在增加，那麼方法結束，直到機電傳感器恢復到工作狀態。
如果基線值小於初始輸出值或者基線值大於初始輸出值但穩定，那麼方法前進到使製冷劑在感測持續時間內循環通過感測室的步驟。在一個實施方案中，感測持續時間小於或等於約3分鐘。
所述方法還包括操作控制裝置以測量感測輸出值的步驟。在一個實施方案中，感測輸出值包括電流密度值。
所述方法還包括操作控制裝置以基於感測輸出值來確定製冷劑內的至少一種汙染物的測量濃度的步驟。在一個實施方案中，測量濃度包括感測輸出值與初始輸出值之間的變換差值。在另一個實施方案中，測量濃度包括感測輸出值與基線值之間的變換差值。
在一個實施方案中，所述方法包括操作控制裝置以產生指示存在至少一種汙染物的信號的步驟。在一個實施方案中，至少一種汙染物包括氯甲烷。在一個實施方案中，氯甲烷的存在包括大於或等於所測試的製冷劑的約0.5％的測量濃度。在一個實施方案中，信號選自由音頻和視覺信號組成的組。
附圖簡述
通過結合附圖參考以下對本公開的各種示例性實施方案的描述，本文所含的實施方案以及其他特徵、優點和公開內容以及獲得它們的方式將變得顯而易見，並且本公開將得到更好的理解，其中：
圖1示出根據本公開的實施方案的用於檢測製冷劑內的雜質的系統的示意圖；
圖2a-2b示出根據本公開的實施方案的製冷劑分析儀的示意圖；
圖3a-3b示出根據本公開的實施方案的電化學傳感器的示意圖；並且
圖4示出根據本公開的實施方案的用於檢測製冷劑內的雜質的方法的示意性流程圖。
發明詳述
為了達到促進對本公開原理的理解的目的，現將參考附圖中所示出的實施方案，並且將使用特定語言來描述所述實施方案。然而，應理解，不意圖由此對本公開的範圍進行限制。
圖1示出用於檢測製冷劑內的雜質(即氯甲烷)的系統的實施方案，所述系統總體上以10指示。系統10包括製冷劑分析儀12，所述製冷劑分析儀12可操作地聯接到製冷劑容器14以分析儲存在其中的製冷劑。在一個實施方案中，製冷劑分析儀12進一步聯接到第一介質容器16。在一個實施方案中，第一介質包括幹氣，舉幾個非限制性實例例如空氣、氮氣或1，1，1，2-四氟乙烷(即，r-134a)。
圖2a和2b示出製冷劑分析儀12的實施方案。製冷劑分析儀12包括泵18(例如，空氣泵)，所述泵18可操作地聯接到過濾裝置20。過濾裝置20可操作地聯接到溫度/溼度調節器22，並且溫度/溼度調節器22通過閥26可操作地聯接到電化學傳感器24。在一個實施方案中，如圖2b所示，溫度/溼度調節器22進一步聯接到閥30。泵18被配置來使環境空氣循環通過過濾裝置20並進入溫度/溼度調節器22中。過濾裝置20被配置來從通過泵18接收的空氣中移除顆粒和氣態物質。溫度/溼度調節器22被配置來調節經過濾空氣的溼度值，所述經過濾空氣通過閥26供應給電化學傳感器24。
圖3a-3b示出包含在製冷劑分析儀12內的電化學傳感器24的實施方案。在示出的實施方案中，電化學傳感器24包括膜電極組件(mea)，所述膜電極組件(mea)由設置在感測電極34與對電極36之間的固體聚合物電解質(spe)(即，離子導電聚合物或離子導電聚合物滲透的多孔基質)32組成。集電器/氣體擴散介質38和40附接到電極並且連接到電路42，所述電路42包括測量和/或控制裝置44。在一些實施方案中，任選的參考電極(未示出)可與spe32接觸並且電連接到測量和/或控制裝置44，以便監測感測電極34和/或對電極36的電位。外殼46包括供製冷劑流動通過的開口48和50。mea的邊緣抵靠密封件52密封，所述密封件52由密封材料(僅舉一個非限制性實例，諸如橡膠)形成。密封件52確保試驗氣體和參考氣體維持在mea的相對側上，儘管可使用本領域已知的其他技術(例如，將電化學傳感器24設置在框架(未示出)中，所述框架被密封到外殼的邊緣)。集電器38、40可由多孔導電網或氈形成，並且被描繪成具有厚度，使得它們也可用作氣體擴散介質，所述氣體擴散介質使得測試的製冷劑和參考氣體(即，空氣)能夠到達電極34、36的表面。分別與感測電極34和對電極36相關聯的集電器/氣體擴散介質38和40可由(僅舉幾個非限制性實例)諸如石墨化碳、鈦或不鏽鋼的抗氧化材料形成。測量和/或控制裝置44可以是電壓表或安培表，但在一些實施方案中可包括恆電位電路、微處理器、電子控制單元(ecu)或者具有集成的電壓和/或安培數測量功能並且還可在電化學傳感器24的操作期間在感測電極34與對電極36之間施加偏壓的類似電子裝置。在一個實施方案中，電化學傳感器24還包括氣密室54，所述氣密室54還包含諸如水性鹽或酸性溶液56的液體材料，所述液體材料可通過透氣膜58而隔離以免與對電極36接觸。液體材料被配置來調節氣密室56內的溼度值。在一個實施方案中，溼度值小於或等於約60％的相對溼度。如圖3b所示，電化學傳感器24還可包括端板60，所述端板60具有在感測電極34上提供流場的流動通道62和肋62』。流動通道62的肋62』壓靠組件，以維持電接觸和圍繞組件邊緣的密封。雖然示出的電化學傳感器24未描繪具有與對電極36相關聯的開口以允許空氣接觸對電極36的通道的細節，但是應理解，電化學傳感器24可以這種方式來進行配置。
圖4示出總體上以100指示的方法的示意性流程圖，所述方法用於通過利用系統10來檢測製冷劑內的雜質，即氯甲烷。方法100包括使經調節的空氣在初始化時間段內循環通過感測室以獲得初始輸出值的步驟102。在一個實施方案中，初始化時間段大於或等於約5分鐘。應理解，在其他實施方案中，初始化時間段可小於約5分鐘。還應理解，初始化時間段可根據環境溫度和溼度條件而變化。例如，參考圖2a和3a，環境空氣被從泵18引導通過過濾裝置20並進入溫度/溼度調節器22中。經調節的空氣通過閥26流入並流過開口48、50，其中經調節的空氣與和感測電極34相關聯的集電器/氣體擴散介質38產生接觸。
方法100還包括確定初始輸出值是否穩定在預定初始限值以下的步驟104。在一個實施方案中，預定初始限值小於或等於約4μa/cm2。例如，繼續參考圖2a和3a，當經調節的空氣流過感測電極34時，控制裝置44檢測感測電極與對電極36之間的電流。如果初始輸出值無法保持在預定範圍內，那麼就指示電化學傳感器24可能存在故障並且/或者空氣可能含有活性汙染物。因此，方法100結束，直到機電傳感器24恢復到工作狀態。應理解，可生成指定機電傳感器24的故障的信號。穩定且低的初始輸出值指示電化學傳感器24在不受環境空氣汙染物幹擾的情況下正確地進行操作。
在一個實施方案中，所述方法還包括使第一介質在基線持續時間內循環通過感測室以獲得基線值的步驟106。在一個實施方案中，第一介質包括幹氣。例如，舉幾個非限制性實例，幹氣可包括幹空氣、氮氣或1，1，1，2-四氟乙烷(r-134a)。在一個實施方案中，基線持續時間小於或等於約3分鐘。應理解，在其他實施方案中，基線持續時間可大於約3分鐘。在一個實施方案中，基線值包括電流密度值。例如，繼續參考圖2a和3a，來自第一介質容器16的r-134a可循環通過閥26並通過開口48、50，其中r-134a與和感測電極34相關聯的集電器/氣體擴散介質38產生接觸，使得可獲得基線值。
在一個實施方案中，方法100還包括確定基線值是否小於或等於來自步驟102的初始輸出值的步驟108。例如，根據已選擇的第一介質，控制裝置44通過流過感測電極34和經調節的對電極36的第一介質的電化學反應來測量電流密度，以確定所選擇的第一介質是否在所述類型介質的已知電流密度規格內。
在一個實施方案中，如果確定基線值大於初始輸出值，那麼方法前進到步驟110以確定基線值是否正在增加。如果基線值正在增加，那麼方法100結束，直到機電傳感器24恢復到工作狀態。應理解，可生成指定機電傳感器24的故障的信號。如果基線值小於初始輸出值或者基線值大於初始輸出值但穩定，那麼方法前進到步驟114。
方法100還包括使製冷劑在感測持續時間內循環通過感測室的步驟114。在一個實施方案中，感測持續時間小於或等於約3分鐘。應理解，在其他實施方案中，感測持續時間可大於約3分鐘。例如，繼續參考圖2a和3a，在確定基線值在基線限值內之後，閥26操作來允許來自製冷劑容器14的製冷劑流動通過開口48、50。
方法100還包括操作控制裝置44以測量感測輸出值的步驟116。在一個實施方案中，感測輸出值包括電流密度值。例如，繼續參考圖2a和3a，當製冷劑流動通過感測室時，控制裝置44測量感測電極34處的相對於對電極36的電壓或電流
方法100還包括操作控制裝置44以基於感測輸出值來確定製冷劑內的至少一種汙染物的測量濃度的步驟118。在一個實施方案中，測量濃度包括感測輸出值與初始輸出值之間的變換差值。在另一個實施方案中，測量濃度包括感測輸出值與基線值之間的變換差值。例如，在控制裝置44測量來自步驟116的感測輸出值之後，控制裝置24從來自步驟102的初始輸出值或者從在步驟106中獲得的基線值中減去感測輸出值，以確定所測試的製冷劑中的汙染物的濃度。
在一個實施方案中，所述方法包括操作控制裝置44以產生指示存在至少一種汙染物的信號的步驟120。在一個實施方案中，至少一種汙染物包括氯甲烷。應理解，控制裝置44可操作來還產生指示不存在至少一種汙染物的信號。在一個實施方案中，氯甲烷的存在包括大於或等於所測試的製冷劑的約0.5％的測量濃度。在一個實施方案中，信號選自由音頻和視覺信號組成的組。例如，如果控制裝置44計算出小於約0.5％的氯甲烷測量濃度，那麼控制裝置44可發送指示製冷劑中不存在氯甲烷的音頻或視覺信號。如果控制裝置44計算出大於約0.5％的氯甲烷測量濃度，那麼控制裝置可產生(舉幾個非限制性實例)音頻信號(例如，蜂鳴器)或視覺信號(例如，點亮led或顯示數值測量濃度)中的一者或兩者。
因此，應理解，本實施方案包括製冷劑分析儀12，所述製冷劑分析儀12包括電化學傳感器24，所述電化學傳感器24能夠檢測至少一種汙染物(例如，氯甲烷)的濃度以在令人滿意的檢測限值內，並且所述電化學傳感器24對其他氫氯氟烴和氫氟烴不具有交叉靈敏度。
雖然已在附圖和前述描述中詳細地示出並描述了本發明，但附圖和前述描述在性質上應被認為是示例性的而非限制性的，應理解，僅示出並描述了某些實施方案，並且期望保護在本發明的精神範圍內的所有改變和修改。