Устройство для отбора проб воздуха с примесями

(51)М. Кл,О 01 Й 1/22 Государственный комитет по девам изобретений и открытий(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА ПРОБ ВОЗДУХА С ПРИМЕСЯМИИзобретение относится к исследова нию физических и химических свойств веществ, касается получения и подготов ки образцов при исследовании газовых смесей и аэрозолей и может быть исполь зовано при изучении загрязнений воздуш5 ной среды, в частности во взрывоопас ных условиях, как радиоактивными, так и прочими компонентами (за исключением газов, не конденсируемых при тем 10 пературе жидкого азота).Известно устройство для накопления газовой или пылевой пробы, которое использует протягивание воздуха воздухонадувными устройствами (аспиратор,15 эжектор, насос и др,) через накопитель ные элементы (11.Наиболее близким по технической сущ ности и достигаемому эффекту является устройство для отбора проб воздуха с примесями, содержащее конденсирующий элемент с заличным-газоотводным вспо могательным и выходным патрубками, наружный ограничительный сосуд с сорб 2ционно-фильтрующей насадкой на входе и приемную емкость, установленную в термосе с жидким. азотом 2.Недостатком этих устройств является невозможность получения высококонденсированной и представительной пробы воздуха, обеспечение непрерывного пробо отбора с сохранением его постоянной скорости и сохранением условия сжиженного воздуха в том же составе, а также мимизации бесполезных потерь хлад- агента.Цель изобретения - получение высококонденсированной 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 цилиндров3 7327 причем выходное отверстие внутреннего двухслойного цилиндра. расположено над выходным отверстием наружного двухслойного цилиндра, а выходное отверстие наружного двухслойного цилиндра выполнено профилированным, а сам конденсирующий элемент выполнен из тонкой металлической фольги с высокой теплопро вод ностью.На фиг. 1 изображено предлагаемое 10 устройство, поперечный разрез; на фиг.2выходной патрубок.Пробоотборник содержит конденсирующий элемент 1, состоящий из двухслойного сосуда с заливным газоотводным 2, 1 вспомогательным 3 и выходным 4 патрубками и помещенный в наружный ограничительный сосуд 5 с сорбционно-фильтрующей насадкой 6, Приемная емкость 7 помещена в термос 8 сжидким азо о 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 него двухслойного цилиндра расположено над выходным профилированным отверстием 16 наружного двухслойного цилиндра. Двухслойный конденсирующий элемент имеет полость 17 и конденсирующие по веркности 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- зБ 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 40 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 том, Воздух, отдавая энергию жидкому азоту (через металлическую фольгу) , сжижается, а жидкий азот испаряется и его газы выходят через заливной газоотводный патрубок Й . ЯСжиженный воздух под цействием си, лы тяжести стекает в наружный цилиндр10 выходного патрубка 4 через выходное отверстие 15 внутреннего. цилиндра9 с внутренней конденсирующей поверхности 1 8 и по наружной поверхности внутреннего цилиндра 9 стекает с наруж ной конденсирующей поверхности 19. На место сжиженного воздуха эа счет 27возникающего разрежения в объем 20поступают новые порции воздуха черезвход 21 сорбционно-фильтрующей насадки 6,Сочетание сжижения воздуха в томже составе с непрерывным удалениемконденсата с конденсирующих поверхностей 18 и 19 через выходное отверстие16 обеспечивается конструкцией выход-ного патрубка 4. Вложенные друг в друга соосно двухслойные цилиндры, охлаждаемые жидким азотом, заливаемым в полости 11 и 12, позволяют проводитьсбор конденсата одновременно с внутренней 1.8 и наружной 19 конденсирующихповерхностей без выпаривания сжиженного воздуха за счет теплообмена с ограничительным сосудом 5, Диаметр выходного профилированного отверстия 16 наружного цилиндра 1 0 подобран так, чтовытекающий жидкий воздух закрываетотверстие 1 6 для выхода газообразногоохлажденного воздуха, обогащенного азотом, обеспечивая тем самым сжижениевоздуха в том же составе основных ком"понент.Профилированное отверстие не можетбыть слишком большим из за нарушенияв этом случае условия сжижения воздуха в том же составе в виду утечки через него охлажденного воздуха, обогащенного азотом, не может быть и слишком маленьким из-оа засорения в этомслучае кристаллами льда и углекислотой.Диаметр профилированного отверстия16 подбирается опытным путем и егоразмеры зависят от сил поверхностногонатяжения, от скорости конденсации иот высоты столба жидкости воздуха надвыходным сечением отверстия 16. Прилюбой заданной скорости конденсации ивыбранной высоты цилиндра 10 всегдаможно легко и быстро подобрать необ-ходимый диаметр выходного отверстия16, обеспечивая условия непрерывногопробоотбора и сжижения воздуха в томже составе.Длина наружного цилиндра 10 выхоцного патрубка 4 зависит от максимального возможного сопротивления потокувходящего воздуха со стороны фильтровсорбционно-фильтрующей насадки 6,Через выходное отверстие 16 сжиженный воздух попадает в приемную емкость 17, помещенную в термос 8 сжидким азотом, Уже в самой приемнойемкости 7 или же по пути в нее от выходного отверстия 16 сжиженный воздухмсокет быть подвергнут выпариванию вцелях повышения концентрации примесейв жидкой пробе,Сжиженный воздух может являтьсянакопительным элементом для любыхпримесей, кроме неконденсируемых, приданной температуре газообразных фракций.При регулировке скорости пробоотоора изменяют уровень жидкого азота,омывающего поверхности 18 и 19, темсамым меняют площадь конденсации наэтих поверхностях и благодаря этомусобирают в приемную емкость 7 различное количество конденсата за единицувремени.В процессе пробоотбора конденсирующие поверхности 18 и 19 покрываютсякристаллами льда и углекислоты, чтоприводит к резкому сокращению скорости конденсации в начале пробоотбора.Одновременно с ростом кристаллов происходит их смыв потоками жидкоговоздуха, поэтому падение скоростиконденсации замедляется и стабилизируется на минимальном уровне (около5 20,04 см/мин.см).Для стабилизации скорости конденсации на максимальном уровне кристаллыльда и углекислоты удаляются с конденсирующих поверхностей 18 и 19, напм. ример, механическим путем при помощищеток. Система очистки на чертеже неуказана.Защитный кожух 22 термоса 8 с жидким азотом плотно прилегает к нижнейчасти ограничительного сосуда 5 своейверхней частью, Отверстие 23 служитдля отвода испаряющегося иэ термоса8 жидкого азота, создающего азотнуюатмосферу в объеме 24, исключающуюконденсацию воздуха в емкости 7. Крепление защитного кожуха 22 с термосом8 и приемной емкостью 7 предусматривает его легкую замену. В целях умень. шения поверхности теплообмена жидкогоазота приемная емкость 7 до началапробоотбора плавает на поверхности жид кого азота, а по мере накопления в нейсжиженного воздуха начинает погружаться по направляющим 25, поднимая уровень испаряющегося жидкого азота. Темсамым исключается и выкипание сжиженного воздуха иэ приемнгй емкости по мере его накопления.Вспомогательный патрубок 3 служитдля ввода чувствительного элемента ре гулятора уровня жидкого азота.ф о р м у л а изобретения1, Устройство для отбора проб воздуха с примесями, содержащее конденсирующий элемент с заливным газоотводным,вспомогательным и выходным патрубками, наружный ограничительный сосуд с21 сорбционно- фильтрующей насадкой наФвходе и приемную емкость, установленную в термосе с жидким азотом, о т -л и ч а ю щ е е с я тем, что, с цельюполучения высококонденсированной и25представительной пробы воздуха, обеспечения непрерывного пробоотбора с сохранением его постоянной скорости, конЛенсирующий элемент выполнен в видедвухслойного сосуда, а выходной патруЗО бок, выполнен в виде двух двухслойныхсоосных цилиндров,2. Устройство по и. 1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что выходное отверстие внутреннего двухслойного цилинд 35 ра расположено над выходным отверстиемнаружного двухслойного цилиндра.3,Устройство по п. 1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что конденсирующийэлемент выполнен из тонкой металличес4 О кой фопьги с высокой теплопроводностью.Источники информациипринятые во внимание при экспертизе1. Технический сборник научных трудов ВЦ НИИОТ "Средства контроля сос 45 тава воздушной производственноц средыв СССР и эа рубежом". М 1974.2, Патент Франции М 2178554,кл, б 01 й 1/00, 1973 (прототип),/34ЦНИИПИ Госпо дедам5; Москва,Тираж 1019дарственного козоб и от дитета СССытийаб д 4/