ИМПАКТОР Российский патент 2005 года по МПК G01N15/02 

Изобретение относится к устройствам отбора взвешенных частиц (аэрозоля) из воздуха и разделения их по фракциям известных размеров и может быть применено для анализа дисперсного состава и концентрации промышленной и природной пыли в окружающей среде.

Известен каскадный импактор для определения дисперсного состава аэрозолей, состоящий из четырех взаимноперпендикулярных секций, содержащих накопительную пластину (см. К.R.May. "The Cascade Impactor: An Instrument for Sampling Coarse Aerosols" J. Sci. Instrum., 1945, v. 22, 187).

Недостатком известного устройства является ограниченная возможность измерения размеров аэрозолей в широком диапазоне, т.к. в готовом устройстве необходимо изменять ширину сортировочных щелей и число каскадов, а также большие потери частиц вследствие завихрений, вызванных несимметричностью обтекания потоком накопительных пластинок.

Наиболее близким и выбранным в качестве прототипа является импактор Marple, описанный в патенте США №3983743, кл. G 01 N 15/02 под названием “Способ анализа газа, содержащего частицы, и устройство для осуществления этого способа”.

Импактор содержит крышку, основание, последовательно установленные между ними секции осаждения с прорезными отверстиями в днище и накопительными пластинами, а также выходной фильтр.

Недостатками известного технического решения являются ограниченные эксплуатационные возможности, обусловленные необходимостью изготовления другого импактора при измерении взвешенных частиц других размеров, близость каскадов друг к другу, что приводит к потери частиц на стенке в местах столкновения струй; неудобство в эксплуатации, заключающееся в том, что накопительные пластинки ненадежно фиксируются в импакторе и легко сдвигаются при сборке импактора, нарушая его работоспособность, сложность в процессе эксплуатации оперирования с секциями осаждения (смазка поверхности, установка и извлечение).

Задачей заявляемого изобретения является создание импактора, имеющего расширенные эксплуатационные возможности, более простого в изготовлении, предоставляющего пользователю возможности изменения параметров устройства в зависимости от решаемой задачи, а также более удобного в обращении. Это достигается тем, что в импакторе, содержащем крышку, основание, последовательно установленные по потоку секции осаждения с прорезными отверстиями в днище и с накопительными пластинами, а также выходной фильтр, согласно изобретению, секции осаждения выполнены в виде стаканов, снабжены внутренними выступами и сменными пластинками с выборками, образующими при сборке сортировочную щель, ширина которой уменьшается в каждой следующей секции по направлению движения аэрозольного потока, при этом сменные пластинки прикреплены к внешней стороне днища с перекрыванием прорезных отверстий, а накопительные пластины установлены на внутренние выступы параллельно днищу с зазором.

Технический результат заключается в том, чтобы за счет использования отдельно изготавливаемых сменных пластинок с выборками удалось обеспечить применение одного устройства в широком диапазоне скоростей пробоотбора (от 2 л/мин до 20 л/мин) путем установки для требуемой скорости пробоотбора своего набора сменных пластинок; упростить изготовление устройства, поскольку при изготовлении выборок на сменных пластинках, образующих сортировочную щель при сборке, не требуется специального технологического оборудования; повысить удобство сборки-разборки импактора и избежать неправильной установки накопительных пластин на каскадах.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности признаков аналога позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию “новизна” по действующему законодательству.

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию “изобретательский уровень”.

На фиг.1 представлен общий вид предлагаемого импактора; на фиг.2 - разрезы А-А и В-В, на фиг.3 - вид С.

Импактор (фиг.1) содержит крышку 1, вертикально и последовательно установленные по потоку секции осаждения 2 в виде цилиндрических стаканов, основание 6 со штуцером 14 для подключения насоса. Все секции 2 импактора установлены на основании 6, уплотнены кольцами 7 и скреплены с помощью накидных шпилек 12. Секции осаждения 2 (фиг.3) снабжены внутренними выступами 9 и выполнены с прорезными отверстиями 10. На внутренние выступы 9 установлены накопительные пластины 4, на перфорированное дно нижней секции осаждения установлен выходной фильтр 5 и зафиксирован уплотнительным кольцом 8. Сменные пластинки 3 (фиг.2) выполнены с выборками, образующими сортировочную щель 11, размер которой уменьшается в каждой следующей секции по направлению движения аэрозольного потока, прикреплены к внешней стороне днища секций осаждения 2 с помощью винтов 13.

Работает устройство следующим образом. Аэрозоль прокачивается через систему последовательно соединенных секций осаждения 2, имеющих на выходе щели 11 для ускорения потока до определенной скорости, накопительные пластины 4 для осаждения частиц и выходной фильтр 5 для задержки самых мелких частиц. Накопительные пластины 4 находятся на заданном расстоянии от выходного среза сопла. Аэрозольный поток при выходе из сопла меняет направление движения на 90°, и тем самым создаются условия соударения наиболее инерционных аэрозольных частиц с накопительной пластиной 4. Последовательно сужающиеся щели 11 следующих секций осаждения 2, все более ускоряя аэрозольный поток, создают условия для осаждение все более мелких и мелких частиц. Размер щели 11 определяется по известной формуле, связывающей аэродинамический диаметр 50% отсекания D₅₀ с шириной W щели и объемной скоростью пробоотбора Q

где St - среднее число Стокса для данного импактора, μ - вязкость среды (воздуха), L - длина щели, С_с - поправка Каннингема.

Самая мелкая фракция накапливается на выходном фильтре 5. Переход из одной секции осаждения в другую аэрозольный поток осуществляет по обе стороны от накопительной пластины 4. Здесь скорость потока небольшая и эффект инерционного осаждения частиц на боковой стенке импактора минимален. На предприятии изготовлен опытный образец импактора для анализа дисперсного состава аэрозолей на территории промышленной площадки и проведены его успешные испытания. Опытный образец имеет максимальный габаритный диаметр 60 мм, высоту - до 130 мм, массу - до 200 г. Импактор (секции осаждения 2) изготовлен из алюминия, сборные пластинки 3 и накопительные пластины 4 - из титана. Уплотнительные кольца 7 и 8 - из резины.

Калибровка импактора показала, что он полностью удовлетворяет требованиям измерения дисперсности аэрозоля в области 0.5-12 мкм по аэродинамической шкале диаметров и измерения концентрации аэрозоля в воздушней среде в диапазоне скоростей пробоотбора от 2 до 20 л/мин. Импактор с успехом может применяться как персональный носимый прибор для диагностики аэрозольной среды на рабочем месте или в бытовой сфере.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании изобретения следующей совокупности условий: импактор предназначен для диагностики аэрозольной среды в универсальных условиях (полевых, бытовых, лабораторных), с необходимой точностью измерения дисперсности аэрозоля, с большим диапазоном изменения скорости пробоотбора, для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных конструктивных решений и способов применения; импактор, воплощенный в заявленном изобретении, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем достигаемого технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию “промышленная применимость”.

Использование: изобретение относится к устройствам для отбора взвешенных частиц (аэрозоля) из воздуха и разделения их по фракциям известных размеров и может быть применено для анализа дисперсного состава и концентрации промышленной и природной пыли в окружающей среде. Сущность изобретения: устройство содержит крышку, основание, последовательно установленные по потоку секции осаждения с прорезными отверстиями в днище и с накопительными пластинами, а также выходной фильтр. Секции осаждения выполнены в виде стаканов, снабжены внутренними выступами и сменными пластинками с выборками, образующими при сборке сортировочную щель, при этом пластинки прикреплены к внешней стороне днища с перекрыванием прорезных отверстий. Накопительные пластины установлены на внутренние выступы параллельно днищу с зазором для свободного прохода аэрозольного потока из одной секции в другую. Технический результат изобретения заключается в расширении эксплуатационных возможностей с одновременным упрощением изготовления устройства, предоставлении пользователю возможности изменения параметров устройства в зависимости от решаемой задачи, а также повышении удобства обращения с устройством. 3 ил.

Импактор, содержащий крышку, основание, последовательно установленные между ними по потоку секции осаждения, с прорезными отверстиями в днище и с накопительными пластинами, а также выходной фильтр, отличающийся тем, что секции осаждения выполнены в виде стаканов, снабжены внутренними выступами и сменными пластинками с выборками, образующими при сборке сортировочную щель, ширина которой уменьшается в каждой следующей секции по направлению движения аэрозольного потока, при этом сменные пластинки прикреплены к внешней стороне днища с перекрыванием прорезных отверстий, а накопительные пластины установлены на внутренние выступы параллельно днищу с зазором.