ГЕНЕРАТОР ВЛАЖНОСТИ СЖАТЫХ ГАЗОВ Российский патент 2004 года по МПК G01W1/11 G01W1/18 

Изобретение относится к гигрометрии. Преимущественная область использования - получение сжатых газов с требуемым содержанием водяных паров для поверки средств измерения влажности газов.

Известен генератор влажности сжатых газов, содержащий сосуд равновесия с увлажненным носителем, расположенный в термостате, теплообменник, датчик температуры, датчик давления, входную и выходную газовые магистрали [1].

Недостаток этого генератора влажности сжатых газов заключается в том, что температура и давление сжатого газа при его насыщении водяными парами измеряются не в сосуде равновесия, а в выходной газовой магистрали. В результате этого насыщение газа водяными парами производится при параметрах, отличных от измеряемых, так как факторы локального изменения температуры и давления в сосуде равновесия не учитываются. По этой причине неизбежны погрешности в получении газа требуемой влажности.

Известен генератор влажности сжатых газов, содержащий сосуд равновесия с увлажненным носителем, расположенный в термостате, теплообменник, датчики температуры, датчик давления, входную и выходную газовые магистрали [2], который принят за прототип.

Недостаток прототипа заключается в том, что датчики температуры (дифференциальная термопара) установлены на поверхности корпуса сосуда равновесия у мест входа и выхода газа, а датчики давления (манометры) - в входной и выходной газовых магистралях (трубопроводах). Вследствие этого не исключается перепад температур и давлений в местах измерений и в сосуде равновесия. То есть недостатки прототипа [2] фактически те же, что и у аналога [1].

Результатом настоящего изобретения является повышение точности получения сжатых газов с требуемым содержанием водяных паров.

Указанный результат достигается тем, что в генераторе влажности сжатых газов, содержащем сосуд равновесия с увлажненным носителем, расположенном в термостате, теплообменник, датчики температуры, датчик давления, входную и выходную газовые магистрали, теплообменник, один конец которого соединен с входной газовой магистралью, а другой - с сосудом равновесия, заполнен адсорбентом, смешанным с дисперсным материалом высокой теплопроводности, а датчики температуры и давления установлены внутри сосуда равновесия, увлажненный носитель которого смешан с гидрофобным дисперсным материалом высокой теплопроводности.

Отличительные от прототипа признаки изобретения заключаются в том, что в предлагаемом генераторе влажности сжатых газов теплообменник, один конец которого соединен с входной газовой магистралью, а другой - с сосудом равновесия, заполнен адсорбентом, смешанным с дисперсным материалом высокой теплопроводности, а датчики температуры и давления установлены внутри сосуда равновесия, увлажненный носитель которого смешан с гидрофобным дисперсным материалом высокой теплопроводности.

Вариант практической реализации предлагаемого изобретения иллюстрируется чертежом, на котором показан генератор влажности сжатых газов.

Генератор влажности сжатых газов содержит сосуд равновесия 1, заполненный увлажненным носителем 2, датчик температуры 3, датчик температуры 4, датчик давления 5, фильтр 6, теплообменник 7, заполненный адсорбентом 8, входную газовую магистраль 9, газовую магистраль 10, выходную газовую магистраль 11 и термостат с регулируемой температурой.

Сосуд равновесия 1 выполнен из антикоррозионного материала высокой теплопроводности в виде полого цилиндрического корпуса, который заполнен увлажненным носителем 2 и рассчитан на высокое давление. Увлажненный носитель 2 представляет собой адсорбент с высокой удельной поверхностью. В качестве носителя могут быть использованы, например, силикагель - свыше 600 м²/г, шабазит - свыше 600 м²/г, активированный уголь - свыше 1000 м²/г, увлажненный дистиллированной водой.

Для улучшения условий тепломассообмена и, соответственно, уменьшения влияния факторов локального изменения температуры при насыщении газа водяными парами увлажненный адсорбент смешан с гидрофобным дисперсным материалом высокой теплопроводности (например, в виде медных никелированных опилок, шариков и т.п. в объемной пропорции 1:1), который фактически не влияет на процесс насыщения газа водяными парами.

Датчики температуры 3, 4 расположены внутри сосуда равновесия 1, соответственно, у входа и выхода газа, а датчик давления - 5 в его средней части. На выходе сосуда равновесия 1 установлен фильтр 6, препятствующий попаданию частиц в выходную газовую магистраль 11.

Теплообменник 7 представляет собой винтообразный трубопровод, навитый на сосуд равновесия 1, который заполнен адсорбентом 8, смешанным с дисперсным материалом высокой теплопроводности (медными шариками, опилками и т.п.) в объемной пропорции, например, 1:1. Теплообменник 7 соединен с входной газовой магистралью 9 и посредством газовой магистрали 10 с сосудом равновесия 1. Сосуд равновесия 1 с теплообменником 7 размещены в термостате с регулируемой температурой.

Генератор влажности сжатых газов работает следующим образом. Сжатый газ по входной газовой магистрали 9 подается в теплообменник 7, в котором происходит эффективный тепломассообмен вследствие контактирования газа с поверхностями адсорбента 8 и смешанного с ним дисперсного материала высокой теплопроводности.

Затем очищенный от примесей сжатый газ с температурой, практически равной температуре термостата, по газовой магистрали 10 поступает в сосуд равновесия 1, в котором происходит его насыщение водяными парами при температуре и давлении, измеряемых, соответственно, датчиками температуры 3, 4 и датчиком давления 5. При этом гидрофобный дисперсный материал высокой теплопроводности, с которым смешан увлажненный носитель 2, способствует выравниванию температурных полей, то есть позволяет практически исключить локальные перепады температуры газа по объему сосуда равновесия 1, не влияя на процесс насыщения газа водяными парами.

Далее сжатый газ, насыщенный водяными парами при измеренных величинах температуры и давления, через фильтр 6 поступает в выходную газовую магистраль 11.

Установившийся режим тепломассообмена в сосуде равновесия 1, при котором обеспечивается выдача потребителю сжатого газа с требуемым содержанием водяных паров, контролируется по допускаемому перепаду температур, измеряемого с помощью датчиков температуры 3, 4.

По сравнению с прототипом предлагаемый генератор влажности сжатых газов позволяет существенно повысить точность и быстродействие получения сжатых газов с требуемым содержанием водяных паров.

Это достигается тем, что в результате использования в теплообменнике 7 адсорбента, смешанного с дисперсным материалом высокой теплопроводности, а в сосуде равновесия 1 увлажненного носителя, смешанного с гидрофобным дисперсным материалом высокой теплопроводности, существенно повышается эффективность тепломассообмена и практически исключается неоднородность температурных полей. Кроме того, измерения температуры и давления газа непосредственно в сосуде равновесия 1 позволяют повысить точность получения сжатых газов с требуемым содержанием водяных паров.

Экономический эффект, ожидаемый от использования предлагаемого генератора влажности сжатых газов, определить на данной стадии разработки не представляется возможным.

Источники информации:

1. Способ увлажнения газов. А.с. СССР №631853, G 01 W 19/10, 1978.

2. Таблицы рекомендуемых справочных данных. Системы газ-лед. Растворимость льда в азоте и воздухе в диапазоне температур от -50°С до -2°С и давлений от 0,2 до 61 МПа. ГСССД №Р 88-84, Москва, 1984.

Использование: при получении сжатых газов с требуемым содержанием водяных паров для поверки средств измерения влажности газов. Сущность: генератор влажности сжатых газов включает сосуд равновесия, заполненный увлажненным носителем, два датчика температуры, датчик давления, фильтр, теплообменник, заполненный адсорбентом, входную газовую магистраль, выходную газовую магистраль и термостат с регулируемой температурой. При этом теплообменник заполнен адсорбентом, смешанным с дисперсным материалом высокой теплопроводности, а датчики температуры и датчик давления установлены внутри сосуда равновесия, увлажненный носитель которого смешан с гидрофобным материалом высокой теплопроводности. Технический результат изобретения заключается в повышении точности получения сжатых газов с требуемым содержанием водяных паров. 1 ил.

Генератор влажности сжатых газов, содержащий сосуд равновесия с увлажненным носителем, расположенный в термостате, теплообменник, датчики температуры, датчик давления, входную и выходную газовые магистрали, отличающийся тем, что теплообменник, один конец которого соединен с входной газовой магистралью, а другой с сосудом равновесия, заполнен адсорбентом, смешанным с дисперсным материалом высокой теплопроводности, а датчики температуры и давления установлены внутри сосуда равновесия, увлажненный носитель которого смешан с гидрофобным дисперсным материалом высокой теплопроводности, при этом датчики температуры расположены у входа и выхода газа.