CN220583887U - 一种具有反吹功能的空气中氚碳采样器 - Google Patents

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屈凡周
邵连维
迟方圆
易雅谊
王宏亮
吕卫涛
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何春雷
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本实用新型提出一种具有反吹功能的空气中氚碳采样器,包括采样气路,所述采样气路包括经气管依次连接的进气口、第一收集瓶、第二收集瓶、催化炉、第三收集瓶、第四收集瓶、流量计、三通电磁阀、第一三通接头、抽气泵及排气口,第一三通接头经第一两通电磁阀连接至接气口,三通电磁阀连接至反吹口,反吹口与排气口之间活动连接有软管。本实用新型设置反吹管支路,可实现设备自身的反吹功能,无需借助外部外吹设备即可实现对管路的清洗,可有效解决氢氧化钠溶液析出颗粒物阻塞管路的问题。

Description

一种具有反吹功能的空气中氚碳采样器
技术领域
本实用新型属于氚碳核素采样领域,尤其涉及一种具有反吹功能的空气中氚碳采样器。
背景技术
核电站等核设施会产生不同形态的气态含3H和14C两种放射性核素的物质,这些物质会对环境造成不同程度的污染,同时会对人体造成危害。鉴于国家核电技术发展以及国际核辐射安全不确定性因素的要求,亟需加强监测性建设、加强辐射环境质量能力建设、加强应急响应能力建设。目前,对这两种核素的收集设备多采用鼓泡法设计,即将待测气流通过鼓泡器,使空气中的氚或碳14收集到收集瓶内,收集瓶内装有相对应的吸收溶剂。此方法简单、高效,因此在市场上广泛应用。但目前现有的设备往往会出现收集瓶管路被碱性溶液析出的颗粒阻塞的问题,导致无法持续采样,设备维护成本高。
实用新型内容
本实用新型针对现有空气中氚碳采样器的收集瓶管路会被碱性溶液析出物阻塞的问题,提出一种具有反吹功能的空气中氚碳采样器。
为了达到上述目的,本实用新型采用的技术方案为:
一种具有反吹功能的空气中氚碳采样器,包括采样气路,所述采样气路包括经气管依次连接的进气口、第一收集瓶、第二收集瓶、催化炉、第三收集瓶、第四收集瓶、流量计、三通电磁阀、第一三通接头、抽气泵及排气口,第一三通接头经第一两通电磁阀连接至接气口,三通电磁阀连接至反吹口,反吹口与排气口之间活动连接有软管。
作为优选,接气口与第一两通电磁阀之间设置有第二三通接头,第二三通接头的第三接口通过第二两通电磁阀连接至催化炉和第二收集瓶之间的管路上。
作为优选,所述进气口与第一收集瓶之间还连接有初效冷凝管、集水瓶和温湿度传感器。
作为优选,还包括冷却支路和换热器,所述初效冷凝管包括内管和外管,四个收集瓶内均安装有螺旋制冷管;所述冷却支路包括盛有冷却液的水箱水泵一体机,水箱水泵一体机包括第一出水口、第一回水口、第二出水口和第二回水口,第一出水口经水管依次连接换热器、四个收集瓶的螺旋制冷管、初效冷凝管的外管及第一回水口。
作为优选,催化管包括催化内管和催化外管,内管连通催化管进气口,内管侧壁设置侧孔,外管连通催化管出气口,所述催化内管和催化外管顶部均设置有过滤网。
作为优选,所述第四收集瓶与三通电磁阀之间还设置有干燥筒和过滤器。
作为优选,四个收集瓶内均设置有发泡装置,所述发泡装置包括进气管和连接在进气管下端的发泡件,所述发泡件为中空结构,发泡件侧壁设置有上下两层出气孔。
作为优选,所述集水瓶上连接有排水泵。
作为优选,还包括固定板,固定板上设置有四个收集瓶固定件,收集瓶拧接在收集瓶固定件上。
与现有技术相比,本实用新型的优点和积极效果在于:
1、设置反吹管支路,可实现设备自身的反吹功能,无需借助外部外吹设备即可实现对管路的清洗,可有效解决氢氧化钠溶液析出颗粒物阻塞管路的问题。
2、设置冷却支路对抽取的气体进行冷凝,有效防止第一收集瓶中会被冷凝水填满的风险,同时冷凝出的水由抽水泵定期抽走,可使采样器满足在高湿环境下长期采样的要求。
3、接气口的引入可快速对流量计处的传感器进行泄压,让停止或暂停采样后可短时间内立即重新启动采样,传感器可以得到及时的标定,不会造成流量不准的问题。
4、设置防倒吸气路,可有效防止溶液回流倒吸,避免停机时液体回流,影响检测结果,损坏器件。
附图说明
图1为本发明空气中氚碳采样器的管路连接原理图;
图2为本发明空气中氚碳采样器的初效冷凝管的剖视图;
图3为本发明空气中氚碳采样器的催化管的剖视图;
图4为本发明空气中氚碳采样器的收集模块的结构示意图;
图5为本发明空气中氚碳采样器的收集模块的剖视图;
图6为本发明空气中氚碳采样器的收集模块的另一剖视图;
图7为本发明空气中氚碳采样器的发泡件的结构示意图;
以上各图中:1、进气口;2、初效冷凝管;3、内管;4、外管;5、集水瓶;6、排水泵;7、温湿度传感器;8、第一收集瓶;9、第二收集瓶;10、螺旋制冷管;11、进气管;12、发泡件;13、出气孔;14、催化炉;15、催化管;16、加热装置;17、催化外管;18、催化内管;19、侧孔;20、过滤网;21、第一三通接头;22、第三收集瓶;23、第四收集瓶;24、干燥筒;25、过滤器;26、温度传感器;27、流量计;28、气容;29、排气口;30、水箱水泵一体机;31、换热器;32、换热管;33、制冷机;34、第二两通电磁阀;35、三通电磁阀;36、第一两通电磁阀;37、收集瓶固定板;38、收集瓶固定件;39、密封垫;40、第二三通接头;41、抽气泵;42、O型圈;43、软管、44、反吹口;45、接气口。
具体实施方式
为了更好的理解本实用新型,下面结合附图和实施例做具体说明。
实施例:如图1所示,一种具有反吹功能的空气中氚碳采样器,包括采样气路、冷却支路和反吹气路,采样气路用于输送待测气体并收集含有氚和碳14核素的物质,冷却支路用于冷却待测气体和收集瓶内溶液,反吹气路用于吹扫收集瓶内发泡件上的碱性析出颗粒物。
所述采样气路包括进气口1,进气口1经气管依次连接初效冷凝管2、集水瓶5、温湿度传感器7、第一收集瓶8、第二收集瓶9、催化炉14、第三收集瓶22、第四收集瓶23、干燥筒24、过滤器25、三通电磁阀35、第一三通接头21、温度传感器26、流量计27、气容28及抽气泵41,抽气泵41的出气端连接排气口29将气体排出。干燥筒24可去除气流中的水分,过滤器25可过滤气体中的杂质,温度传感器26安装于流量计27附近用于检测此处的气体温度,并且在流量计27下游设置气容28使气流稳定,四者配合可保证流量计27精确检测气体流量,从而精确计量采样气体的体积,提高该采样设备的精确度。
所述初效冷凝管2可对采样气体进行初步的冷却,如图2所示,其结构包括内管3和套装在内管3外层的外管4,内管3用于容纳经进气口1流入的待测气体;外管4上设置有进口和出口,外管4用于容纳冷却液。优选的,内管3的内径是气管内径的2-5倍,内管3体积增大可作为气容稳定气流并且可增加气体在内管3中的停留时间,增加冷却效果。初效冷凝管2的下游连接集水瓶5,由集水瓶5收集冷凝水,有效防止了第一收集瓶8中会被冷凝水填满的风险。在高湿的环境下收集瓶会很快被水填满,这也是目前市场上现有设备不能在高湿环境下长时间采样的主要原因。同时集水瓶5上连接有排水泵6,由排水泵6及时将冷凝水抽走,可使采样器满足在高湿环境下长期采样的要求。
四个收集瓶内均安装有螺旋制冷管10,所述催化炉14包括装有催化剂的催化管15和加热装置16。所述冷却支路包括盛有冷却液的水箱水泵一体机30,水箱水泵一体机30包括第一出水口和第一回水口,第一出水口经水管依次连接换热器31、四个收集瓶的螺旋制冷管10、初效冷凝管2的外管4及第一回水口,形成循环回路。换热器31包括换热管32和为换热管32提供冷源的制冷机33。引入初效冷凝管2和集水瓶5对抽取的气体进行冷凝,有效防止第一收集瓶8中会被冷凝水填满的风险,同时冷凝出的水由抽水泵定期抽走,可使采样器满足在高湿环境下长期采样的要求。
经过冷凝后的气体进入第一收集瓶8和第二收集瓶9,两个收集瓶中可放入不同溶剂,用于吸收不同气体。当采集14CO2时第一收集瓶8和第二收集瓶9内均装NaOH溶液;当采集氚化水时,第一收集瓶8和第二收集瓶9内均装蒸馏水。之后气体经过催化炉14的高温催化,催化炉14可将CO、CH4等气体氧化成CO2,将氢气、CH4氧化成氚化水,催化后的气体再经过第三收集瓶22和第四收集瓶23彻底吸收。同样的,当采集14CO2时第三收集瓶22和第四收集瓶23内均装NaOH溶液,当采集氚化水时,第三收集瓶22和第四收集瓶23内均装蒸馏水。冷却支路可使收集瓶内的溶液温度保持在5~8℃,防止收集瓶中溶液因温度过高气化被抽走,导致测试数据出现误差。
如图3所示,催化炉14的催化管15包括催化外管17和催化内管18,催化外管17上端连通催化管进气口,内管下端的侧壁上设置多个侧孔19,催化内管18上端连通催化管出气口。催化外管17和催化内管18内均填充有氧化铝载铂或氧化铝载钯催化剂,加热装置16包括为催化管高温加热的加热丝,可将CO、CH4等气体氧化成CO2,将氢气、CH4等气体氧化成氚化水。催化外管17和催化内管18内部均填充催化剂,在催化炉14整体长度一定的情况下,气体经过催化炉14的路程增加了一倍,保证了充分的催化氧化时间。所述催化外管17和催化内管18顶部均设置有过滤网20,防止催化剂被气流带出。
在收集C14的时候,收集瓶中的吸收液是NaOH溶液,NaOH溶液在长时间使用中会析出晶状颗粒,此颗粒物极易在收集瓶的出气口处富集,因此本实施例还设置有反吹气路,具体的第一三通接头21经第一两通电磁阀36连接至接气口,三通电磁阀35连接至反吹口44,反吹口44与排气口之间活动连接有软管43。当需要反吹时,先把四个收集瓶中吸收液排空,然后通过软管接通反吹口44和排气口29,启动抽气泵41。气流经三通电磁阀35切入到下气路,打开第一两通电磁阀36,为第一两通电磁阀36为常闭型两通电磁阀,那么就会实现以下的反吹气路:干净的空气由接气口45进入第二三通接头40,然后经第一两通电磁阀36流入到第一三通接头21,气体沿着温度传感器、流量计、气容、抽气泵、排气口29、反吹口44再次进入三通电磁阀35,依次流入干燥筒4#至1#收集瓶,将富集在收集瓶出气口的颗粒物吹出,最后沿着温湿度传感器、初效冷凝管,由进气口排入大气。反吹气路的引入可实现设备自身的反吹功能,无需借助外部外吹设备,即可实现对管路的清洗。
接气口还有一个重要作用是当停止或暂停采样时,第一两通电磁阀36通电打开,大气便会由接气口快速进入采样气路中,对气路进行泄压,以便采样前流量计连接的压力传感器校零。停止或暂停采样后可短时间内立即重新启动采样,传感器可以得到及时的标定,不会造成流量不准的问题。
为防止四个收集瓶因瓶内的压力差异导致溶液回流倒吸,本实施例所述氚碳采样器设置有防倒吸气路。所述防倒吸气路包括连接至第二三通接头40的第二两通电磁阀34,第二两通电磁阀34经管路连接至催化炉和第四收集瓶之间的管路上。第二两通电磁阀34均为常闭型电磁阀。采样结束抽气泵41关闭的同时第二两通电磁阀34打开使气路连通大气,可有效防止溶液回流。
为便于更换收集瓶,如图4-6所示,本实施例所述氚碳采样器还包括收集瓶固定板37,固定板上设置有四个收集瓶固定件38,收集瓶通过螺纹拧接在收集瓶固定件38上,形成收集模块。所述固定板37与收集瓶固定件38之间设置有O型圈42,收集瓶固定件38和收集瓶之间设置有密封垫39,使气路良好的密封。四个收集瓶下方安装有一块接水板,承接从四个收集瓶内滴落的液体。
为使收集瓶内的溶液充分吸收气体,四个收集瓶内均设置有发泡装置,所述发泡装置包括进气管11和连接在进气管11下端的发泡件12。
所述发泡件12可采用PTFE材质件、不锈钢烧结滤芯和不锈钢空腔多孔发泡件12三种,本实施例采用不锈钢材质或PTFE材质的空腔多孔发泡件12,其具体结构如图7所示,其内部中空,侧壁设置有上下两层出气孔13。该发泡件相较于市面上的发泡装置,发泡孔多、孔径小,且发泡均匀,可提高溶液吸收率;相较于不锈钢烧结滤芯,可降低仪器负载。
以上所述,仅是本实用新型的较佳实施例而已,并非是对本实用新型作其它形式的限制,任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域,但是凡是未脱离本实用新型技术方案内容,依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型,仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种具有反吹功能的空气中氚碳采样器,其特征在于:包括采样气路,所述采样气路包括经气管依次连接的进气口、第一收集瓶、第二收集瓶、催化炉、第三收集瓶、第四收集瓶、流量计、三通电磁阀、第一三通接头、抽气泵及排气口,第一三通接头经第一两通电磁阀连接至接气口,三通电磁阀连接至反吹口,反吹口与排气口之间活动连接有软管。
2.根据权利要求1所述的具有反吹功能的空气中氚碳采样器,其特征在于:接气口与第一两通电磁阀之间设置有第二三通接头,第二三通接头的第三接口通过第二两通电磁阀连接至催化炉和第二收集瓶之间的管路上。
3.根据权利要求1所述的具有反吹功能的空气中氚碳采样器,其特征在于:所述进气口与第一收集瓶之间还连接有初效冷凝管、集水瓶和温湿度传感器。
4.根据权利要求3所述的具有反吹功能的空气中氚碳采样器,其特征在于:还包括冷却支路和换热器,所述初效冷凝管包括内管和外管,四个收集瓶内均安装有螺旋制冷管;所述冷却支路包括盛有冷却液的水箱水泵一体机,水箱水泵一体机包括第一出水口和第一回水口,第一出水口经水管依次连接换热器、四个收集瓶的螺旋制冷管、初效冷凝管的外管及第一回水口。
5.根据权利要求4所述的具有反吹功能的空气中氚碳采样器,其特征在于:催化管包括催化内管和催化外管,内管连通催化管进气口,内管侧壁设置侧孔,外管连通催化管出气口,所述催化内管和催化外管顶部均设置有过滤网。
6.根据权利要求1所述的具有反吹功能的空气中氚碳采样器,其特征在于:所述第四收集瓶与三通电磁阀之间还设置有干燥筒和过滤器。
7.根据权利要求1所述的具有反吹功能的空气中氚碳采样器,其特征在于:四个收集瓶内均设置有发泡装置,所述发泡装置包括进气管和连接在进气管下端的发泡件,所述发泡件为中空结构,发泡件侧壁设置有上下两层出气孔。
8.根据权利要求3所述的具有反吹功能的空气中氚碳采样器,其特征在于:所述集水瓶上连接有排水泵。
9.根据权利要求1所述的具有反吹功能的空气中氚碳采样器,其特征在于:还包括固定板,固定板上设置有四个收集瓶固定件,收集瓶拧接在收集瓶固定件上。
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