Устройство для отбора проб воздуха с примесями Советский патент 1980 года по МПК G01N1/22 

Изобретение относится к исспедова- Hffio физических и кимических свойств веществ, касается получения и подготовки образцов при исследовании газовых смесей и аэрозолей и может быть испол эовано при изучении загрязнений воздуш ной срецы, в частности во взрьюоопасных условиях, как радиоактивными, так и прочими компонентами (за исключением газов, не конденсируемых при температуре жидкого азота). Известно устройство для накопления газовой или пылевой пробы, которое использует протягивание воздуха воздухонадувными устройствами (аспиратор, эжектор, насос и др.) через накопительные элементы . Наиболее близким по технической сущ ности и достигаемому эффекту является устройство для отбора проб воздуха-с примесями, содержащее конденсирующий элемент с заличным-газоотводным, вспомогательным и выходным патрубками, наружный ограничительный сосуд с сорб- ционно-фильтрующей насадкой на входе и приемную емкость, установленную в термосе с жидким. азотом fel. Недостатком этих устройств является невозможность получения высококон- денсированной и представительной пробы воздуха, обеспечение непрерывного пробоотбора с сохранением его постоянной скорости и сохранением условия сжиженного воздуха в TOM же составе, а также мимизации бесполезных потерь хладагента. Цель изобретения - получение высо- коконденсированной и представительной пробы воздуха. Эта цель достигается тем, что конденсирующий элемент выполнен в виде двухслойного сосуда, установленного в наружный ограничительный сосуд, герметично связанный с ним посредством заливного газоотводного, выходного и вспомогательного патрубков и снабжен выходным патрубком, выполненным в виде двух двухслойных соосных цилиндров

ричем выходное отверстие внутреннего вухслойного цилиндра расположено над ыходным отверстием наружного двухслойого цилиндра, а выходное отверстие аружного двухслойного цилиндра выпол- j ено профилированным, а сам конденси ующий элемент выполнен из тонкой меаллической фольги с высокой теплопроодностью.

На фиг. 1 изображено предлагаемое ю стройство, поперечный разрез; на фиг. 2 выходной патрубок.

Пробоотборник содержит конденсирующий элемент 1, состоящий из двухслойного сосуда с заливным газоотводным 2, is вспомогательным 3 и выходным 4 патрубками и помещенный в наружный ограничительный сосуд 5 с сорбционно- ильтрующей насадкой б. Приемная емкость 7 помещена в термос 8 с жидким азо- 20 том. Выходной патрубок состоит из двух двухслойных цилиндров 9 и 10, полости 11 и 12 которых сообщаются между собой через впаянные трубопроводы 13 и 14, а выходное отверстие 15 внутрен- 25 него двухслойного цилиндра расположено над выходным профилированным отвер«стием 16 наружного двухслойного цилиндра. Двухслойный конденсирующий элемент имеет полость 17 и конденсирующие по- 30 верхности 18 и 19, контактирующие с объемом 20. Сорбционно-фильтрующая насадка имеет вход 21. Защитный кожух 22, имеющий газоотводное отверстие 23, ограничивает объем 24, в кото- 35 рый помещен термос с приемной емкостью, перемещающийся по направляющей 25.

Жидкий азот подается в полости 17, 11 и 12 конденсирующего элемента 1 и выходного патрубка 4 через заливной 0 газоотводный патрубок 2 и охлаждает конденсирующие поверхности 18 и 19, через которые происходит теплообмен воздуха, находящегося в объеме 20 ограничительного сосуда 5, с жидким азо- 45 том. Воздух, отдавая энергию жидкому азоту (через металлическую фольгу) сжижается, а жидкий азот испаряется и его газы выходят через заливной газоотводный патрубок 2 , .50

Сжиженный воздух под действием си- лы тяжести стекает в наружный цилиндр Ю выходного патрубка 4 через выходное отверстие 15 внутреннего цилиндра 9 с внутренней конденсирующей поверх- 55 ности 18 и по наружной поверхности внутреннего цилиндра 9 стекает с наружной конденсирующей поверхности 19. На место сжиженного воздуха за счет

возникающего разрежения в объем 20 поступают новые порции воздуха через вход 21 сорбционно-фильтрующей насадки 6.

Сочетание сжижения воздуха в том же составе с непрерывным удалением конденсата с конденсирующих поверхностей 18 и 19 через выходное отверстие 16 обеспечивается конструкцией выход- ного патрубка 4. Вложенные друг в друга соосно двухслойные цилиндры, охлаждемые жидким азотом, заливаемым в полости 11 и 12, позволяют проводить сбор конденсата одновременно с внутренней 18 и наружной 19 конденсирующих поверхностей без выпаривания сжиженного воздуха за счет теплообмена с ограничительным сосудом 5. Диаметр выходного профилированного отверстия 16 наружного цилиндра 10 подобран так, что вытекающий жидкий воздух закрывает отверстие 16 для выхода газообразного охлажденного воздуха, обогащенного азотом, обеспечивая тем самым сжижение воздуха в том же составе основных компонент.

Профилированное отверстие не может быть слищком больщим из-за нарущения в этом случае условия сжижения воздуха в том же составе в виду утечки через него охлажденного воздуха, обогащенного азотом, не может быть и слищ- ком маленьким засорения в этом случае кристаллами льда и углекислогтой.

Диаметр профилированного отверстия 16 подбирается опытным путем и его размеры зависят от сил поверхностного натяжения, от скорости конденсации и от высоты столба жидкости воздуха над выходным сечением отверстия 16. При любой заданной скорости конденсации и выбранной высоты цилиндра 1О всегда можно легко и быстро подобрать необ- ходимый диаметр выходного отверстия 16, обеспечивая условия непрерывного пробоотбора и сжижения воздуха в том же составе.

Длина наружного цилиндра 10 выходного патрубка 4 зависит от максимального возможного, сопротивления потоку входящего воздуха со стороны фильтров сорбционнон||ильтрующей насадки 6.

Через выходное отверстие 16 сжиженный воздух попадает в приемную емкость 17, помещенную в термос 8 с жидким азотом. Уже в самой приемной емкости 7 или же по пути в нее от выходного отверстия 16 сжиженный воздух

может быть подвергнут выпариванию в целях повышения концентрации примесей в жидкой пробе.

Сжиженный воздух может являться накопительным элементом для любых примесей, кроме неконденсируемых, при дранной температуре газообразных .

При регулировке скорости пробоотоо- ра изменяют уровень жидкого азота, омывающего поверхности 18 и 19, тем самым меняют площадь конденсации на -этих поверхностях и благодаря этому собирают в приемную емкость 7 различное количество конденсата за единицу времени.

В процессе пробоотбора конденсирующие поверхности 18 и 19 покрываются кристаллами льда и углекислоты, что приводит к резкому сокращению скорости-конденсации в начале пробоотбора. Одновременно с ростом кристаллов происходит их смыв потоками жидкого воздуха, поэ1Х му падение скорости конденсации замедляется и стабилизируется иа мнпнимальном уровне (около

-

0,04 .см ф ).

Для стабилизации скорости конденса- ции на максимальном уровне кристаллы льда и углекислоты удаляются с конденсирующих поверхностей 18 и 19, например, механическим путем при помощи щеток. Система очистки на чертеже не указана.

Защитный кожух 22 термоса 8 с жид КИМ азотом плотно прилегает к нижней части ограничительного сосуда 5 своей верхней частью. Отверстие 23 служит для отвода испаряющегося из термоса 8 жидкого азота, создающего азотную атмосферу в объеме 24, исключающую конденсацию воздуха в емкости 7. Крепление защитного кожуха 22 с термосом 8 и приемной емкостью 7 предусматри вает его легкую замену. В целях умень- щения поверхности теплообмена жидкого азота приемная емкость 7 до начала пробоотбора плавает на поверхности жид-

КОГО азота, а по мере накопления в ней сжиженного воздуха начинает погружать ся по направляющим 25, поднимая уро« вень испаряющегося жидкого азота. Тем самым исключается и выкипание сжиженного воздуха из приемной емкости по мере его накопления.

Вспомогательный патрубок 3 служит для ввода чувствительного элемента ре гулятора уровня жидкого азота.

Формула изобретения

1. Устройство для отбора проб воздуха с примесями, содержащее конденсирующий элемент с заливным газоотводным, вспомогательным и выходным патрубками, наружный ограничительный сосуд с сорбционно- фильтрующей насадкой на входе и приемную емкость, установленную в термосе с жидким азотом, отличающееся тем, что, с целью получения высококонденсированной и представительной пробы воздуха, обеспечения непрерывного пробоотбора с сохранением его постоянной скорости, конденсирующий элемент выполнен в виде двухслойного сосуда, а выходной патрубок, выполнен в виде двух двухслойных соосных цилиндров.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что выходное отверстие внутреннего двухслойного цилиндра расположено над выходным отверстием наружного двухслойного цилиндра.

3.Устройство по п. 1, отл ичаю щ е е с я тем, что конденсирующий элемент выполнен из тонкой металличес- кой фольги с высокой теплопроводностью.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Технический сборник научных трудов ВЦ НИИОТ Средства контроля тава воздущной производственной среды в СССР и за рубежом. М., 1974.

2.Патент Франции № 2178554, кл. Q 01 N 1/ОО, 1973 (прототип).

21

Фаг.1

uz. 2