ПРОБООТБОРНИК ПАССИВНЫЙ Российский патент 2004 года по МПК G01N1/22 

Изобретение относится к устройствам отбора проб воздуха и может применяться в системах контроля за содержанием радиоактивных веществ в приземном слое атмосферы. Известно устройство для отбора пробы летучего вещества с диффузионным телом и устройством для адсорбирования летучего вещества (Европейский патент 714020 от 22.11.95 МПК G 01 N 1/24, опубл. 29.05.96 "Изобретения за рубежом №20/9, вып.84). Устройство представляет собой диффузионный корпус цилиндрической формы, в котором расположено адсорбционное средство таким образом, что диффузионный путь адсорбционных летучих веществ образован радиально-симметрично. Адсорбционное средство покрыто проволочной нержавеющей сеткой, при этом адсорбционное средство установлено концентрично диффузионному корпусу, а диффузионный корпус представляет собой пористую полимерную поверхность. Диффузионный корпус с обоих концов закрыт колпачками, на одном из них выполнено отверстие.

К недостаткам такой конструкции следует отнести следующие. Отсутствие сменного дозирующего элемента, позволяющего отбирать требуемое количество влаги (с присутствующей в ней оксидом трития) для назначенного времени экспозиции в условиях изменения сезонной влажности воздуха. Нестабильность градуировочного коэффициента, связанная с изменением проницаемости диффузионного корпуса из-за технологических разбросов размеров пор и засорения пор в процессе экспозиции на открытой местности, что в итоге приводит к неточности определения средней концентрации за время экспозиции отбираемого вещества из воздуха.

Известен пробоотборник пассивный, принятый за прототип (Пост пробоотборный ПМ №15023 от 23.02.2000, опубл. БИ №25 10.09.2000). Пробоотборник пассивный, заявленный в составе "Поста пробоотборного" представляет собой емкость, заполненную поглотителем, сообщенную с окружающим воздухом с помощью отверстий, выполненных на двух противолежащих торцах емкости. Имеются заглушки, которые могут быть установлены на любом из торцов в зависимости от выбранного времени экспозиции пробоотборника, таким образом они являются сменными элементами, дозирующими поступление диффузионного потока в пробоотборник. Пробоотборник пассивный предназначен для отбора трития в виде газа, а поглотителем выбран твердый окислитель, обеспечивающий низкотемпературное окисление водорода и твердым сорбентом паров воды.

Поскольку поверхности сорбции в данной конструкции пробоотборника расположены на торцах пробоотборника в виде плоскости, пробоотборник не обеспечивает равномерное распределение диффузионного потока к поверхности сорбции. В результате чего происходит изменение среднеинтегрального пути диффузионного потока к поверхности сорбции в процессе насыщения сорбента, особенно при высоких значениях влажности воздуха и относительно небольшом времени экспозиции. Как следствие не обеспечивается линейная зависимость поступления НТО в пробоотборник от времени экспозиции и возрастает погрешность определения средней концентрации НТО в воздухе за время экспозиции. Устранение этих причин в данной конструкции пробоотборника требует увеличения расстояния между поверхностью сорбции и дозирующим элементом, что приводит к снижению скорости поступления сорбируемого вещества в пробоотборник и как следствие к увеличению минимального времени экспозиции.

Задачей настоящего изобретения является создание универсального пробоотборника для отбора проб воздуха, в частности элементарного трития и его оксида, обеспечивающего линейную зависимость набора пробы от времени экспозиции, а также пропорциональность между скоростью поступления в пробоотборник и концентрацией отбираемого вещества в воздухе при уменьшенном времени экспозиции.

Техническим результатом применения заявляемого пробоотборника пассивного является получение пробы отбираемого вещества из воздуха, количество которой пропорционально среднеинтегральному значению отбираемого вещества в воздухе за время экспозиции согласно соотношению М=к·С·τ, где М - масса отобранной пробы, С - средняя концентрация отбираемого вещества в воздухе за время экспозиции, τ - время экспозиции, к - коэффициент пропорциональности, назначаемый для конкретного дозирующего элемента.

Технический результат достигается тем, что в известном пробоотборнике пассивном, содержащем емкость с противолежащими на торцах отверстиями, сменные элементы, дозирующие поступление газового потока в пробоотборник, поглотитель, в емкости размещен сорбционный узел, включающий корпус с двумя равновеликими элементами равномерного распределения потока к поглотителю, каждый из них представляет собой сетчатый каркас в виде стакана, установленными противолежащими относительно поперечной оси пробоотборника симметрии с зазором, поглотитель размещен в объеме между корпусом сорбционного узла и элементами равномерного распределения потока, включая зазор, ячейки сетки каркаса выбраны меньше гранул поглотителя, а дозирующие элементы представляют собой съемные пластины с отверстиями и установлены непосредственно на каждом элементе равномерного распределения диффузионного потока со стороны его поступления, при этом соблюдены условия:

0,8<h/R<1, r/R<1,

где R - радиус сетчатого каркаса;

h - высота сетчатого каркаса;

r - радиус отверстий пластины,

сорбционный узел выполнен извлекаемым.

Поглотитель может представлять собой в одном случае твердый окислитель, обеспечивающий низкотемпературное окисление водорода, и твердый сорбент паров воды, в другом - только твердый сорбент воды, например цеолит.

Набор требуемого количества пробы НТО для различного времени экспозиции в условиях изменения сезонной влажности обеспечивается посредством смены дозирующего элемента, то есть изменения диаметра отверстия пластины. Расположение пластины непосредственно над элементом равномерного распределения потока позволяет обеспечить приблизительно равное расстояние от центра отверстия пластины до различных участков поверхности сорбции. Последнее обстоятельство позволяет равномерно распределять диффузионный поток к поверхности сорбции. При этом с уменьшением диаметра отверстия в дозирующем элементе равномерность распределения возрастает. Выполнение дозирующего элемента в виде пластины позволяет также снизить диффузионное сопротивление потоку. Таким образом дозирующий элемент в виде пластины с отверстием, установленный непосредственно на каждом сетчатом стакане, выполняет одновременно две функции, работающие на технический результат.

Применение элемента равномерного распределения потока, выполненного в виде сетчатого каркаса в форме стакана совместно с дозирующим элементом, установленным заявляемым образом и размерами, позволяет обеспечить приблизительно одинаковое расстояние от центра отверстия дозирующего элемента к различным участкам сорбирующей поверхности. Тем самом в процессе насыщения сорбента сохраняется неизменньм значение эффективного пути от входа в пробоотборник к поверхности сорбции. Последнее обстоятельство обуславливает линейный характер отбора пробы и снижение погрешности определения среднеинтегральной концентрации вещества в воздухе за время экспозиции. В конечном итоге повышает достоверность результатов контроля содержания определяемых веществ в воздухе.

Использование сорбционного узла как самостоятельного элемента в конструкции пробоотборника позволяет упростить эксплуатацию пробоотборника благодаря возможности быстрой смены сорбционного узла и осуществления термовакуумной десорбции без извлечения сорбента. Это позволяет многократно использовать один сорбционный узел.

На чертеже представлена схема заявляемого устройства.

Устройство состоит из емкости 1, дозирующего элемента 2, выполненного в виде пластины с отверстием, съемного кольца 3, фиксирующего пластину, сорбционного узла 4, состоящего из корпуса 5 и двух элементов равномерного распределения потока 6, поглотителя 7. В процессе хранения и доставки пробоотборника к месту проведения пробоотбора вместо кольца 3 устанавливается резьбовая пробка с прокладкой, тем самом герметизируя внутреннюю полость пробоотборника.

Пробоотборник пассивный работает следующим образом. В емкость (1) устанавливают предварительно снаряженный поглотителем сорбционный узел (4), затем устанавливают дозирующий элемент (2) с собственным градуировочным коэффициентом, который выбирают в зависимости от времени экспозиции и влажности воздуха (для отбора проб НТО). Входные отверстия пробоотборника закрывают герметизирующими резьбовыми пробками и доставляют на место пробоотбора. На месте пробоотбора пробоотборник освобождают от пробок, на место которых устанавливают кольца (3), фиксирующие дозирующие элементы. За время экспозиции поглотитель-сорбент благодаря заявленным признакам устройства пробоотборника поглощает отбираемую пробу со скоростью, пропорциональной концентрации отбираемого вещества в воздухе. После окончании времени экспозиции пробоотборник закрывают герметизирующими пробками и доставляют в лабораторию для десорбции, например термовакуумной. Термовакуумную десорбцию проводят без извлечения поглотителя, так как сорбционный узел выполнен извлекаемым.

Примером конкретного исполнения может служить пробоотборник пассивный, выполненный согласно заявляемому устройству, где емкость (1) выполнена из алюминиевого сплава, корпус сорбционного узла (4) выполнен из нержавеющей стали, элементы равномерного распределения потока (6) - из металлической нержавеющей сетки, в качестве поглотителя использовался синтетический цеолит типа NaA. Размеры элемента равномерного распределения потока составляли: высота - 32 мм, диаметр - 51 мм. Диаметр отверстия в пластине дозирующего элемента - 20 мм.

Испытания проводились в производственных условиях. После выполнения термовакуумной десорбции с помощью градуировочного коэффициента используемого дозирующего элемента был, проведен расчет средней концентрации НТО в воздухе за время экспозиции. Погрешность по сравнению с известным пробоотборником пассивным была меньше в 1,3 раза Таким образом, заявляемый пробоотборник подтвердил заявляемый технический результат.

Изобретение используется в системах контроля за содержанием радиоактивных веществ в приземном слое атмосферы. Пробоотборник пассивный содержит емкость с противолежащими по торцам отверстиями, сменные элементы, дозирующие поступление газового потока в пробоотборник, и поглотитель. В емкости размещен сорбционный узел, включающий корпус с двумя равновеликими элементами равномерного распределения потока к поглотителю, каждый из них представляет собой сетчатый каркас в виде стакана, установленными противолежащими относительно поперечной оси симметрии с зазором. Поглотитель размещен в объеме между корпусом сорбционного узла и элементами равномерного распределения потока, включая зазор. Ячейки сетки каркаса выбраны меньше размера гранул поглотителя. Дозирующие элементы представляют собой съемные пластины с отверстиями и установлены непосредственно над каждым элементом равномерного распределения потока со стороны поступления потока, при этом соблюдаются условия: 0,8<h/R ≤ 1, r/R<1 где R - радиус сетчатого каркаса, h - высота сетчатого каркаса, r - радиус отверстия пластины, сорбционный узел выполнен извлекаемым. Изобретение позволяет повысить достоверность результатов контроля содержания определяемых веществ в воздухе.1 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Пробоотборник пассивный, содержащий емкость с противолежащими по торцам отверстиями, сменные элементы, дозирующие поступление газового потока в пробоотборник, поглотитель, отличающийся тем, что в емкости размещен сорбционный узел, включающий корпус с двумя равновеликими элементами равномерного распределения потока к поглотителю, каждый из них представляет собой сетчатый каркас в виде стакана, установленные противолежащими относительно поперечной оси симметрии с зазором, поглотитель размещен в объеме между корпусом сорбционного узла и элементами равномерного распределения потока, включая зазор, ячейки сетки каркаса выбраны меньше размера гранул поглотителя, а дозирующие элементы представляют собой съемные пластины с отверстиями и установлены непосредственно над каждым элементом равномерного распределения потока со стороны поступления потока, при этом соблюдены условия: 0,8<h/R ≤ 1,2, r/R < 1, где R - радиус сетчатого каркаса, h - высота сетчатого каркаса, r - радиус отверстия пластины, сорбционный узел выполнен извлекаемым.2. Пробоотборник пассивный по п.1, отличающийся тем, что поглотитель представляет собой твердый окислитель, обеспечивающий низкотемпературное окисление водорода, и твердый сорбент паров воды.3. Пробоотборник пассивный по п.1, отличающийся тем, что поглотитель представляет собой твердый сорбент паров воды, например, цеолит.