ГАЗОАНАЛИЗАТОР ВОДОРОДА Российский патент 2009 года по МПК G01N27/14 

Изобретение относится к области измерения концентраций водорода и может быть использовано для контроля газовой атмосферы в помещениях промышленных предприятий с опасными условиями производства, в частности для обеспечения водородной взрывобезопасности под защитной оболочкой АЭС и взрывозащитных камер.

Известен газоанализатор водорода типа WS85 фирмы SIEMENS, содержащий чувствительный элемент в виде керамической основы, на которой нанесен слой активированной платины. Чувствительный элемент помещен в рабочую камеру с пористой стенкой, проницаемой для газа, и измерителем температуры в камере. Принцип действия рассматриваемого газоанализатора заключается в каталитическом сжигании водорода в воздухе и измерении теплового эффекта реакции, который зависит от концентрации водорода.

Недостатком каталитического газоанализатора является необходимость присутствия в анализируемой атмосфере достаточного количества кислорода для полного сжигания водорода, что не всегда выполнимо. В частности, при аварийных ситуациях на АЭС воздух может замещаться другими газами и водяным паром. В этих условиях рассматриваемый газоанализатор оказывается неработоспособным. В то же время основным назначением газоанализаторов водорода для АЭС как раз и является контроль водорода при проектных и запроектных авариях, когда возможно накопление водорода до взрывоопасной концентрации.

В качестве прототипа выбрано устройство для определения наличия газа в скважине во время бурения (п. РФ №2315864, опубл. 17.06.2003), содержащее, по меньшей мере, одну сенсорную камеру, которую можно присоединять к бурильной колонне для бурения скважины, причем каждая сенсорная камера содержит объем выбранного газа и мембранную стенку, сквозь которую может проникать пластовый газ из потока бурового раствора в сенсорную камеру. Датчик выполнен так, чтобы посредством его можно было определять изменение выбранной характеристики упомянутого объема газа, происходящее в результате проникновения пластового газа из потока бурового раствора сквозь мембранную стенку в сенсорную камеру.

Недостатком датчика является то, что он не обеспечивает контроль в области низких и криогенных температур.

Задачей данного изобретения является создание надежного, простого и дешевого газоанализатора с длительным сроком службы с возможностью работы в криогенной и низкотемпературной области.

Технический результат: обеспечение возможности концентрации водорода в широком диапазоне вплоть до 100% при высоких температурах и наличии в измеряемой среде посторонних газов, водяного пара, источников радиоактивного излучения.

Технический результат достигается тем, что в газоанализаторе водорода, содержащем сенсорную камеру, выполненную с возможностью присоединения к контролируемому объему, сенсорная камера содержит датчик и пористую или диффузионную мембранную стенку, селективную к водороду, сенсорная камера заполнена водородочувствительным веществом с экзотермическим откликом, датчик выполнен в виде, по крайней мере, одной термопары или терморезистора. Мембранная стенка выполнена из ударопрочного материала. Сенсорная камера снабжена герметичным патроном с крепежным кронштейном для присоединения ее к контролируемому объему. Мембрана может быть выполнена из фторопласта или пористой нержавеющей стали. В качестве водородочувствительного вещества с экзотермическим откликом может использоваться диоксид марганца палладированный. Датчик соединен с устройством для обработки данных.

На чертеже изображена конструкция газоанализатора водорода.

Газоанализатор содержит сенсорную камеру 1, одна сторона которой выполнена в виде пористой или диффузионной мембраны 2 из фторопласта или пористой нержавеющей стали. Предпочтительно, чтобы мембрана имела форму полусферы для более равномерного поступления водорода. Сенсорная камера 1 заполнена водородочувствительным веществом с экзотермическим откликом, например диоксидом марганца палладированным. Также в ней размещена термопара 3, соединенная с устройством для обработки данных 4. Сенсорная камера 1 закреплена в несущем кольце 5, закрепленном на кронштейне 6, имеющем гермоввод 7 для возможности герметичной установки газоанализатора в контролируемый объем 8.

Газоанализатор работает следующим образом.

Газоанализатор помещают в контролируемый объем 8, соединив его с последним посредством гермоввода 7. При возникновении утечки водорода последний, проникая через мембрану 2, вступает в экзотермическую реакцию с диоксидом марганца палладированным. В теле датчика 3 возникает градиент температур. Выходной сигнал пропорционален разности температур между горячим и холодным спаем термопары 3.

В качестве термоэлектрической пары выбирают комбинацию материалов, создающую достаточно высокую термоЭДС (разница коэффициентов термоЭДС материалов должна быть как можно больше) и пригодную для данного интервала рабочих температур. Для увеличения чувствительности используют последовательное включение нескольких термопар. Также увеличения чувствительности можно добиться при использовании в качестве термоэлектрической пары материалов с высоким коэффициентом термоЭДС. Такими материалами, как известно, являются полупроводники.

В зависимости от количества выделенного тепла меняется напряжение на выходе, что является показателем концентрации водорода в контролируемой емкости.

Изобретение может быть использовано для контроля газовой атмосферы в помещениях промышленных предприятий с опасными условиями производства, в частности для обеспечения водородной взрывобезопасности под защитной оболочкой АЭС и взрывозащитных камер. В газоанализаторе водорода, содержащем сенсорную камеру, выполненную с возможностью присоединения к контролируемому объему, сенсорная камера содержит датчик и пористую или диффузионную мембранную стенку, селективную к водороду, сенсорная камера заполнена водородочувствительным веществом с экзотермическим откликом, датчик выполнен в виде, по крайней мере, одной термопары или терморезистора. Мембранная стенка выполнена из ударопрочного материала. Сенсорная камера снабжена герметичным патроном с крепежным кронштейном для присоединения ее к контролируемому объему. Изобретение обеспечивает создание надежного, простого и дешевого газоанализатора с длительным сроком службы. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Газоанализатор водорода, содержащий сенсорную камеру, выполненную с возможностью присоединения к контролируемому объему, сенсорная камера содержит датчик и пористую или диффузионную мембранную стенку, селективную к водороду, отличающийся тем, что сенсорная камера заполнена водородочувствительным веществом с экзотермическим откликом, датчик выполнен в виде, по крайней мере, одной термопары или терморезистора, а мембранная стенка выполнена из ударопрочного материала, при этом сенсорная камера снабжена герметичным патроном с крепежным кронштейном для присоединения ее к контролируемому объему.

2. Газоанализатор по п.1, отличающийся тем, что мембрана выполнена из фторопласта или пористой нержавеющей стали.

3. Газоанализатор по п.1, отличающийся тем, что в качестве водородочувствительного вещества с экзотермическим откликом используется диоксид марганца палладированный или тетраоксид кобальта палладированный.

4. Газоанализатор по п.1, отличающийся тем, что датчик соединен с устройством для обработки данных.