ДОЗАТОР ГАЗООБРАЗНЫХ ВЕЩЕСТВ Российский патент 2002 года по МПК G01F11/00 

Изобретение относится к устройствам, дозирующим газообразные вещества при выделении их из загрязненной атмосферы.

Потребность в таких устройствах возникает, например, при обработке озоном различных мелкодисперсных материалов (мука, зерно, семена, корма). Качество обработки зависит от концентрации озона. Однако использование загрязненного газа в газоанализаторах, при измерении концентрации, приведет к выходу их из строя. При предварительной фильтрации газа озон распадается. Спектральные методы в загрязненной атмосфере дают большие погрешности.

Известен дозатор для сжиженных газов, содержащий дозирующий цилиндр с плавающим поршнем, входной и выходной каналы с клапанами и пневмоцилиндром с поршнем и штоком, пропущенным в дозирующий цилиндр [Авторское свидетельство СССР 613207, М.Кл. G 01 F 11/04, 1978].

Недостатком устройства является невысокая точность дозирования и необходимость очистки полученных доз.

Известно устройство для дозирования широкого диапазона веществ [Авторское свидетельство СССР 398824, М.Кл. G 01 F 13/00, 1972].

Недостатком устройства является невысокая точность дозирования и необходимость очистки полученных доз.

Также известно устройство, содержащее плавающий поршень, размещенный в корпусе с выходными каналами, которое перекрывается шариками из магнитного материала [Авторское свидетельство СССР 472257, М.Кл. G 01 F 11/00, 1973].

Недостатком устройства является невысокая точность дозирования и необходимость очистки полученных доз.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному является дозатор жидких, пастообразных и газообразных веществ, содержащий корпус с входными и выходными каналами, плавающий поршень и систему управления дозированием. Корпус разделен на три камеры, две крайние из которых сообщены с выходным каналом через среднюю камеру с плавающим поршнем, выполненным с дросселирующим отверстием и кольцевым уплотнением, причем средняя камера имеет подвижное седло и ее диаметр превышает диаметр плавающего поршня [Авторское свидетельство СССР 712671, М.Кл. G 01 F 11/00, 1980].

Недостатком устройства является невысокая точность дозирования и необходимость очистки полученных доз.

Задача изобретения - повышение точности дозирования исследуемого газа, выделенного из загрязненной атмосферы, за счет введения специальной адсорбирующей поверхности и отверстия, в котором установлен обратный клапан.

Поставленная задача достигается тем, что в дозатор газообразных веществ, содержащий рабочую камеру переменного объема с впускным и выпускным клапанами, систему управления клапанами, канал отвода отработанной атмосферы из полости камеры, расположенный в ее нижней части, в отличие от прототипа, в него введены промежуточная камера с загрязненной атмосферой, соединенная каналом подвода исследуемой загрязненной атмосферы через впускной клапан с рабочей камерой, которая соединена через выпускной клапан, канал подачи чистой среды и отвода десорбированного газа и двухпозиционный клапан с промежуточной камерой с чистой средой и газоанализатором, при этом рабочая камера содержит промежуточный накопитель, на котором располагается активная поверхность со слоем адсорбирующего материала и отверстие с установленным в нем обратным клапаном для отвода отработанной атмосферы из рабочей камеры, что необходимо для более чистой десорбции газа.

Поставленная задача достигается также тем, что в дозаторе газообразных веществ, в отличие от прототипа, промежуточный накопитель выполнен в виде поршня, при этом активная поверхность расположена на конце поршня.

Поставленная задача достигается также тем, что в дозаторе газообразных веществ, в отличие от прототипа, промежуточный накопитель выполнен в виде сильфона, при этом активная поверхность расположена на внутренних стенках сильфона.

Поставленная задача достигается также тем, что в дозатор газообразных веществ, в отличие от прототипа, введен основной накопитель, связанный с каналом подачи чистой среды и отвода десорбированного газа и содержащий пропускной клапан, присоединенный к газоанализатору.

Сущность устройства поясняется чертежами. На фиг.1 представлена схема дозатора газообразных веществ с промежуточным накопителем в виде поршня, на фиг. 2 - схема дозатора газообразных веществ с промежуточным накопителем в виде сильфона, на фиг.3 - схема дозатора газообразных веществ с применением основного накопителя.

Дозатор газообразных веществ с промежуточным накопителем в виде поршня содержит промежуточный накопитель, выполненный в виде штока с поршнем 1, который свободно перемещается в цилиндрической рабочей камере переменного объема 2, которая в свою очередь содержит два клапана - впускной 3, установленный в канале подвода исследуемой загрязненной атмосферы 4, и выпускной 5 - в канале подачи чистой среды и отвода десорбированного газа 6. На конце поршня располагается активная поверхность со слоем специального адсорбирующего материала 7, а в отверстии поршня - обратный клапан 8 для отвода отработанной атмосферы из рабочей камеры, что необходимо для более чистой десорбции газа. Устройство также содержит систему управления клапанами, которая управляет двухпозиционным клапаном 9, разделяющим процесс подачи и отвода газа из рабочей камеры, по сигналу с концевого выключателя 10, канал 11 для отвода отработанной атмосферы из полости камеры, расположенный в ее нижней части, промежуточные камеры с загрязненной атмосферой 12 и с чистой средой 13, газоанализатор 14, в который отводится десорбированный газ и который повышает чувствительность измерений.

Дозатор газообразных веществ с промежуточным накопителем в виде сильфона содержит промежуточный накопитель, выполненный в виде сильфона 1, который при разряжении образует цилиндрическую рабочую камеру переменного объема 2, которая в свою очередь содержит два клапана - впускной 3, установленный в канале подвода исследуемой загрязненной атмосферы 4, и выпускной 5 - в канале подачи чистой среды и отвода десорбированного газа 6. На внутренних стенках сильфона размещен слой специального адсорбирующего материала 7, а в отверстии, выполненном в его дне, - обратный клапан 8 для отвода отработанной атмосферы из рабочей камеры, что необходимо для более чистой десорбции газа. Устройство также содержит систему управления клапанами, которая управляет двухпозиционным клапаном 9, разделяющим процесс подачи и отвода газа из рабочей камеры, по сигналу с концевого выключателя 10, канал 11 для отвода отработанной атмосферы из полости камеры, расположенный в ее нижней части, промежуточные камеры с загрязненной атмосферой 12 и с чистой средой 13, газоанализатор 14, в который отводится десорбированный газ и который повышает чувствительность измерений.

Дозатор газообразных веществ с применением основного накопителя содержит промежуточный накопитель, выполненный в виде штока с поршнем 1, который свободно перемещается в цилиндрической рабочей камере переменного объема 2, которая в свою очередь содержит два клапана - впускной 3, установленный в канале подвода исследуемой загрязненной атмосферы 4, и выпускной 5 - в канале подачи чистой среды и отвода десорбированного газа 6. На конце поршня располагается активная поверхность со слоем специального адсорбирующего материала 7, а в отверстии поршня - обратный клапан 8 для отвода отработанной атмосферы из рабочей камеры, что необходимо для более чистой десорбции газа. Устройство также содержит систему управления клапанами, которая управляет двухпозиционным клапаном 9, разделяющим процесс подачи и отвода газа из рабочей камеры, по сигналу с концевого выключателя 10, канал 11 для отвода отработанной атмосферы из полости камеры, расположенный в ее нижней части, промежуточные камеры с загрязненной атмосферой 12 и с чистой средой 13, основной накопитель 14, в который отводится десорбированный газ, с пропускным клапаном 15, который выполняет функции сглаживания перепадов давления (ресивер) и при открытии которого газ подается в газоанализатор 16, который повышает чувствительность измерений.

При использовании промежуточного накопителя в виде поршня устройство работает следующим образом. В начальный момент времени поршень 1 находится в крайнем верхнем положении и начинает свое движение вниз, создавая за собой разряжение, что приводит к открыванию впускного клапана 3. Выпускной клапан 5 и обратный клапан 8 закрыты. Продолжая свое движение вниз при открытом впускном клапане, поршень засасывает по входному каналу 4 исследуемую газовую смесь из загрязненной атмосферы, в которой находится интересующий нас газ (например, озон) с парциальным давлением р. Попадая в пространство рабочей камеры 2, интересующий нас газ (например, озон) начинает адсорбироваться из загрязненного воздуха на специальную поверхность 7 (для озона ею может служить синтетическое волокно на основе активированного угля).

Зависимость количества адсорбированного вещества g_n на поверхность поршня S_n от парциального давления р газа в загрязненной газовой смеси выражается как

где g₀ и b - постоянные.

Далее поршень начинает свое движение вверх, закрывает впускной клапан 3, что приводит к увеличению давления атмосферы в рабочей камере. Это приводит к открыванию обратного клапана 8 в поршне цилиндра. При достижении поршнем крайнего верхнего положения весь объем отработанного газа переходит в пространство цилиндра, находящееся под поршнем. По сигналу с концевого выключателя 10 двухпозиционный клапан 9 перекидывается в положение б, при дальнейшем опускании поршня открывается клапан 5 и засасывается чистая среда, причем газ, находящийся под поршнем, под давлением через канал 11 выбрасывается наружу. При этом обратный клапан 8 закрыт. Парциальное давление дозируемого газа при этом резко падает и в пространстве цилиндра начинается процесс десорбции. Далее двухпозиционный клапан 9 перекидывается в положение а. При очередном движении вверх поршень выталкивает чистую среду с десорбированным в нее газом в газоанализатор 14. При этом клапан 8 закрыт за счет того, что диаметр канала 6 больше диаметра отверстия в поршне.

Концентрация газа, поступившего в газоанализатор, определяется следующим соотношением:

где V_ГА - объем газоанализатора.

В случае большой загрязненности исследуемой атмосферы возможно проведение разовых замеров. После них внутренние полости устройства и адсорбент следует промыть.

При использовании промежуточного накопителя в виде сильфона устройство работает следующим образом. В начальный момент времени сильфон 1 находится в сжатом состоянии и начинает свое движение вниз, создавая за собой разряжение, что приводит к открыванию впускного клапана 3. Выпускной клапан 5 и обратный клапан 8 закрыты. Продолжая свое движение вниз при открытом впускном клапане, сильфон засасывает по входному каналу 4 исследуемую газовую смесь из загрязненной атмосферы, в которой находится интересующий нас газ (например, озон) с парциальным давлением р. Попадая в пространство рабочей камеры 2, интересующий нас газ (например, озон) начинает адсорбироваться из загрязненного воздуха на специальную поверхность 7 (для озона ею может служить синтетическое волокно на основе активированного угля).

Зависимость количества адсорбированного вещества g_c на поверхность сильфона S_c от парциального давления р газа в загрязненной газовой смеси выражается как

где g₀ и b - постоянные.

Далее сильфон, начиная свое движение вверх, закрывает впускной клапан 3, что ведет к увеличению давления атмосферы в рабочей камере. Это приводит к открыванию обратного клапана 8 в дне сильфона. При достижении сильфоном первоначального положения весь объем отработанного газа под давлением через канал 11 выбрасывается наружу. По сигналу с концевого выключателя 10 двухпозиционный клапан 9 перекидывается в положение б, и при дальнейшем опускании сильфона открывается клапан 5 и засасывается чистая среда. При этом обратный клапан 8 закрыт. Парциальное давление дозируемого газа при этом резко падает и в пространстве цилиндра начинается процесс десорбции. Далее двухпозиционный клапан 9 перекидывается в положение а. При очередном движении вверх сильфон выталкивает чистую среду с десорбированным в нее газом в газоанализатор 14. При этом клапан 8 закрыт за счет того, что диаметр канала 6 больше диаметра отверстия в поршне. Так как адсорбирующая поверхность у сильфона больше, чем у поршня - S_c>S_n - количество десорбированного газа также увеличивается.

Концентрация газа, поступившего в газоанализатор, определяется следующим соотношением:

где V_ГА - объем газоанализатора.

В случае большой загрязненности исследуемой атмосферы возможно проведение разовых замеров. После них внутренние полости устройства и адсорбент следует промыть.

При использовании в дозаторе газообразных веществ основного накопителя устройство работает следующим образом. В начальный момент времени поршень 1 находится в крайнем верхнем положении и начинает свое движение вниз, создавая за собой разряжение, что приводит к открыванию впускного клапана 3. Выпускной клапан 5 и обратный клапан 8 закрыты. Продолжая свое движение вниз при открытом впускном клапане, поршень засасывает по входному каналу 4 исследуемую газовую смесь из загрязненной атмосферы, в которой находится интересующий нас газ (например, озон) с парциальным давлением р. Попадая в пространство рабочей камеры 2, интересующий нас газ (например, озон) начинает адсорбироваться из загрязненного воздуха на специальную поверхность 7 (для озона ею может служить синтетическое волокно на основе активированного угля).

Зависимость количества адсорбированного вещества g_n на поверхность поршня S_n от парциального давления р газа в загрязненной газовой смеси выражается как

где g₀ и b - постоянные.

Далее поршень начинает свое движение вверх, закрывает впускной клапан 3, что приводит к увеличению давления атмосферы в рабочей камере. Это приводит к открыванию обратного клапана 8 в поршне цилиндра. При достижении поршнем крайнего верхнего положения весь объем отработанного газа переходит в пространство цилиндра, находящееся под поршнем. По сигналу с концевого выключателя 10 двухпозиционный клапан 9 перекидывается в положение б, и при дальнейшем опускании поршня открывается клапан 5 и засасывается чистая среда, причем газ, находящийся под поршнем, под давлением через канал 11 выбрасывается наружу. При этом обратный клапан 8 закрыт. Парциальное давление дозируемого газа при этом резко падает и в пространстве цилиндра начинается процесс десорбции. Далее двухпозиционный клапан 9 перекидывается в положение а. При очередном движении вверх поршень выталкивает чистую среду с десорбированным в нее газом в основной накопитель 14. При этом клапан 8 закрыт за счет того, что диаметр канала 6 больше диаметра отверстия в поршне. Для увеличения концентрации газа в основном накопителе установлен пропускной клапан 15. При достижении необходимой концентрации, после выполнения поршнем нескольких циклов, клапан 15 открывается, и газ подается в газоанализатор. В отличие от предыдущего варианта чувствительность измерений повышается не за счет увеличения адсорбирующей поверхности, а за счет увеличения циклов работы.

Концентрация газа, поступившего в газоанализатор, определяется следующим соотношением:

где к - число циклов работы поршня;
V_ГА - объем газоанализатора.

В случае большой загрязненности исследуемой атмосферы возможно проведение разовых замеров. После них внутренние полости устройства и адсорбент следует промыть.

Итак, предлагаемое устройство позволяет дозировать необходимый газ при разделении или выделении его из загрязненной атмосферы без потери массы газа на разложение.

Изобретение относится к технике дозирования газообразных веществ при выделении их из газообразной атмосферы. Дозатор содержит рабочую камеру переменного объема с впускным и выпускным клапанами, систему управления клапанами, канал отвода отработанной атмосферы из полости камеры, расположенный в ее нижней части. Кроме того, в устройство введены промежуточная камера с загрязненной атмосферой, соединенная каналом подвода загрязненной атмосферы через впускной клапан с рабочей камерой. Последняя соединена через выпускной клапан, канал подачи чистой среды и отвода десорбированного газа и двухпозиционный клапан с промежуточной камерой с чистой средой и газоанализатором. Рабочая камера содержит промежуточный накопитель, на котором имеются активная поверхность со слоем адсорбирующего материала и отверстие с обратным клапаном. Промежуточный накопитель может быть выполнен в виде поршня с активной поверхностью на конце поршня либо в виде сильфона с активной поверхностью на его внутренних стенках. Дозатор может быть также снабжен основным накопителем, связанным с каналом подачи чистой среды и отвода десорбированного газа. Введение в устройство специальной адсорбирующей поверхности и отверстия, в котором установлен обратный клапан, обеспечивает повышенную точность дозирования исследуемого газа, выделенного из загрязненной атмосферы. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Дозатор газообразных веществ, содержащий рабочую камеру переменного объема с впускным и выпускным клапанами, систему управления клапанами, канал отвода отработанной атмосферы из полости камеры, расположенный в ее нижней части, отличающийся тем, что в него введены промежуточная камера с загрязненной атмосферой, соединенная каналом подвода исследуемой загрязненной атмосферы через впускной клапан с рабочей камерой, которая соединена через выпускной клапан, канал подачи чистой среды и отвода десорбированного газа и двухпозиционный клапан с промежуточной камерой с чистой средой и газоанализатором, при этом рабочая камера содержит промежуточный накопитель, на котором имеются активная поверхность со слоем адсорбирующего материала и отверстие с установленным в нем обратным клапаном. 2. Дозатор по п. 1, отличающийся тем, что промежуточный накопитель выполнен в виде поршня, при этом активная поверхность расположена на конце поршня. 3. Дозатор по п. 1, отличающийся тем, что промежуточный накопитель выполнен в виде сильфона, при этом активная поверхность расположена на внутренних стенках сильфона. 4. Дозатор по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что в него введен основной накопитель, связанный с каналом подачи чистой среды и отвода десорбированного газа и содержащий пропускной клапан, присоединенный к газоанализатору.