FI70328C - Munstycke foer avskiljning av ett representativt prov fraon entoftbemaengd gas foer analysering daerav - Google Patents

Description

1 70328

Suutin edustavan näytteen jatkuvaksi erottamiseksi pöly-pitoisesta kaasusta sen analysoimista varten Tämä keksintö kohdistuu suuttimeen edustavan näytteen erottamiseksi mahdollisesti pölypitoista kiintoainetta sisältävästä kaasuseoksesta sen analysoimista varten, jossa suuttimessa on näytteenottotilaan avautuva näytteenottoaukko ja siihen liittyvä kanava näytteen erottamiseksi ja johtamiseksi analysointiin ja toinen kanava nesteen syöttämiseksi mainittuun näyt-teenottoaukkoon sen puhdistamiseksi ja nesteen sekoittamiseksi kaasunäytteeseen.

Ennestään tunnetaan nk. kääntösuihkusondilla varustettu happi-analysaattori, jossa sondi muodostuu vesijäädytetyllä vaipalla varustetusta näytteenottotilaan avautuvasta putkesta, jossa lisäksi on toinen putki veden syöttämiseksi sondin kärjestä kaasunäytteen suuntaan näytteeseen sekoittuneena. Vesi suihkutetaan näytteenottoputken eteen, jolloin osa vedestä sekoittuu sondiin virtaavan näytekaasun joukkoon ja osa pesee sondin suuaukkoa siihen tarttuneesta pölystä. Tällaista sondia ei siten voida käyttää kiintoaineen tai kaasun absorboimiseen veteen haluttaessa kvantitatiivisesti analysoida kaasunäytteen tai suspension kaasu- tai kiintoainesisältöä. Tällaisen happi-analysaattorin näytteenottosondissa käytetyn vesisuihkun tarkoituksena onkin ainoastaan pitää näytteenottoputken suuaukko avonaisena otettaessa näytettä pölypitoisista savukaasuista. Happipitoisuus mitataan kuivatusta ja puhdistetusta kaasunäyt-teestä, jolloin näytteenottosondin aukipysymiseen käytetyn veden määrällä ei ole merkitystä analyysin kannalta.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on näin ollen aikaansaada suutin edustavan näytteen erottamiseksi pölypitoisesta kaasusta sen analysoimista varten, jossa on näytteenottotilaan avautuva näytteenottoaukko ja siihen liittyvä kanava näytteen erottamiseksi ja johtamiseksi analysointiin ja toinen kanava nesteen, edullisesti veden syöttämiseksi mainittuun näytteenottoputken 2 70328 suuaukkoon sen pitämiseksi puhtaana ja nesteen sekoittamiseksi kaasunäytteeseen, jossa kaikki pesuneste saadaan tarkkaan talteen, niin että siihen kaasusta liuenneet kiinteät ja kaasumaiset aineosaset saadaan kvantitatiivisesti analysoiduksi.

Koska analyysi suoritetaan pesunesteestä eikä kuivatuista ja puhdistetuista kaasuista, kuten edellä mainitussa ennestään tunnetussa näytteenottolaitteistossa, on erittäin tärkeää, että kaikki pesuneste saadaan kvantitatiivisesti talteen samalla kun varmistetaan näytteenottosondin aukipysyminen.

Hakemuksen selityksessä ja patenttivaatimuksissa tarkoitetaan mahdollisesti pölypitoista kiintoainetta sisältävän kaasuseoksen analysoimisella kaasuseoksen kaasumaisten komponenttien ja/tai pölymäisessä muodossa olevien eri kiintoainekomponenttien analysoimista. Kaasuseoksella vastaavasti tarkoitetaan vähintään kahta kaasumaista ainetta tai vähintään yhtä kaasumaista ainetta ja vähintään yhtä kiintoainetta sisältävää yhdistelmää.

Keksinnön pääasialliset tunnusmerkit ilmenevät oheisista patenttivaatimuksista .

Edellä mainitut päämäärät ja edut aikaansaadaan siten, että toiseen kanavaan nesteen syöttämiseksi kuuluu ainakin yksi näyt-teenottokanavan näytteenottoaukon keskiakselin ympärillä sijaitseva mainittua keskiakselia vastaan poikittaisesti oleva rako-mainen kanavan osa, josta aukon puhtaanapitävä ja kaasun sekoittava neste syötetään aukkoon poikittain kaasun virtaussuuntaa vastaan olennaisesti koko aukon ympäriltä. Käytännössä tämä saadaan aikaan yksinkertaisesti sovittamalla näytteenottoputken näytteenottopäähän hieman sen yli ulottuva olennaisesti samankeskinen holkki, johon nesteputki on yhdistetty nesteen syöttämiseksi hoikin ja näytteenottoputken välisen välitilan tai välitilojen kautta näytteenottoputken suuaukon eteen, jolloin hoikin näytteenottoputken näytteenottopään yli ulottuvan hoikin osan sisäseinämästä ulottuu sisäänpäin kaasun virtausta vastaan poikittain suunnattu rengasmainen vaste, jolloin rakomainen kanavan osa muodostuu vasteen ja näytteenottoputken pään välille .

3 70328

Hoikin näytteenottoputken näytteenottopään yli ulottuvan avoimen osan sisäseinämästä sisäänpäin kaasun virtausta vastaan poikittain suunnatun rengasmaisen vasteen ja näytteenotto-putken pituusakselin välinen kulma on kaasun virtaussuuntaan nähden edullisesti noin 90°, niin että näytteenottoputken suuaukkoon muodostuu koko putken poikkipinnan mahdollisimman hyvin täyttävä nestekalvo tai -pisarasuihku, joka näytteenotto-putkessa vallitsevan imun ansiosta tehokkaasti sekoittuu kaasuvirtaukseen.

Näytteenottoputken näytteenottopään ja hoikin kaasun virtausta vastaan suunnatun rengasmaisen vasteen välinen rako on aksiaa-lisesti mitattuna leveydeltään edullisesti 0,005-0,1 mm esimerkiksi noin 0,05 mm. Näytteenottoputken näytteenottopään ja rengasmaisen vasteen välisen raon tulee olla jatkuva ja mahdollisimman tasainen, jotta muodostuisi näytteenottoputken näyt-teenottoaukon poikkipinnan mahdollisimman hyvin peittävä pisara-suihku tai kalvo. Rako on edullisesti säädettävä, esimerkiksi siten, että holkki on aksiaalisesti siirrettävästä sovitettu näytteenottoputkeen ja sen jälkeen lukittu paikoilleen näytteenottoputken suhteen. Holkki ja näytteenottoputki voidaan lukita toistensa suhteen esimerkiksi leikkuurengasliittimellä tai muulla sopivalla tavalla pitäen raossa lukituksen aikana sovi-tuslevyä.

Näytteenottoputki ja holkki ovat edullisesti samankeskeisiä symmetrisen raon eli rakomaisen kanavan osan ja siten mahdollisimman symmetrisen nestesuihkun aikaansaamiseksi näytteenotto-putkeen ja niiden välissä on edullisesti yhtenäinen poikkileikkaukseltaan rengasmainen välitila.

Hoikin rengasmaisen vasteen muodostaman aukon halkaisija on edullisesti korkeintaan yhtä suuri kuin näytteenottoputken sisähalkaisija, eräissä tapauksissa jopa hieman pienempi kuin sen sisähalkaisija.

4 70328

Nestettä syötetään paineenalaisena hoikin ja näytteenottoputken väliseen edullisesti rengasmaiseen välitilaan ja nesteputki yhtyy edullisesti hoikkiin olennaisesti kohtisuorasti sekä tangentiaalisesti näytteenottoputkeen nähden.

Keksintöä selitetään alla lähemmin viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää kaaviomaisesti keksinnön mukaisella suuttimella varustettua kaasun analysointilaitteistoa, kuvio 2 esittää poikkileikattua sivukuvantoa kuvion 1 sondista suuremmassa mittakaavassa, kuvio 3 esittää poikkileikattua osakuvantoa kuvion 2 sondista vielä hieman suuremmassa mittakaavassa ja kuvio 4 esittää erästä keksinnön mukaista sondin sovellutus-muotoa .

Kuviossa 1 on savukaasukanava merkitty viitenumerolla 1. Näy-tekaasua 2 imetään määrätyllä nopeudella keksinnön mukaisen näytteenottosondin 4 läpi. Sondin 4 sisäpintaa pestään jatkuvalla nestesuihkulla, jolloin nesteenä on yleensä vesi. Vettä johdetaan putken 5 kautta näytteenottosondin 4 näytteenottopäähän, niin että kaikki vesi joutuu näytteenottosondin 4 sisään näyte-kaasun pesemiseksi vedellä ja sondin sisäpinnan huuhtelemiseksi tarkasti mitatulla vesimäärällä, joka tämän jälkeen johdetaan putkea 6 myöten erotuslaitteeseen 7, jossa veteen liukenemattomat kiinteät ainesosaset 8 erotetaan vesivirrasta 9, joka johdetaan seuraavaan erotuslaitteeseen 10, jossa kaasut 11 erotetaan vesivirrasta 12 ja pumpataan pois. Vesivirta 12 johdetaan mittauskennoon 13, jossa natriumionien väkevyyttä jatkuvasti mitataan natriumionispesifisen elektrodin avulla. Natrium-ionien konsentraatio havainnoidaan elektrodipotentiaalina piirturin avulla. Näytekaasumäärän 2, pesuliuosmäärän 5 ja mitatun natriumionikonsentraation avulla voidaan laskea savukaasujen glauber-suolakonsentraatio kullakin hetkellä.

Lopuksi vesivirta 14 johdetaan viemäriin tai takaisin prosessiin.

5 70328

Kuten kuviosta 2 tarkemmin nähdään, muodostuu viitenumerolla 4 yleisesti merkitty näytteenottosondi näytteenottoputkesta 6, jonka näytteenottopäässä 17 on näytteenottotilaan avautuva näytteenottoaukko 16. Näytteenottoputken 6 näytteenottopäähän 17 on sovitettu hieman sen yli ulottuva sekä sitä ympäröivä holkki 20, johon vesiputki 5 on yhdistetty veden syöttämiseksi hoikin 20 ja näytteenottoputken 6 väliseen poikkileikkaukseltaan rengasmaiseen välitilaan 19 ja siitä edelleen näytteenottoputken 6 näytteenottopään 17 ulkoseinämän 18 ja hoikin sisäseinä-män 23 välisen rengasmaisen raon kautta näytteenottoputken 6 aukon 16 eteen, kuten kuviosta 3 tarkemmin nähdään. Vesi-virtauksen suuntaamiseksi näytteenottoputken 6 aukon 16 eteen, on hoikin 20 näytteenottoputken 6 pään 17 yli ulottuvassa osassa sisäseinämästä 23 sisäänpäin kaasun virtausta vastaan poikittain suunnattu rengasmainen vaste 22, joka muodostaa kulman ot näytteenottoputken 6 näytteenottoaukon 16 keskiakselin kanssa.

Tämä kulma a on piirustuksessa esitetyssä suoritusmuodossa 90°, mutta voi olla pienempi tai suurempi.

Näytteenottoputken 6 näytteenottopään 17 ja hoikin 20 rengasmaisen vasteen 22 välisen raon mitta on suhteellisen kriittinen ja sen tulee aksiaalisesti mitattuna olla suuruusluokkaa 0,005-0,1 mm, vettä huuhtelunesteenä käytettäessä edullisesti noin 0,05 mm.

Kuten kuviosta 3 tarkemmin nähdään, on hoikin 20 rengasmaisen vasteen 22 muodostaman aukon 21 halkaisija pienempi kuin näytteenottoputken 6 sisähalkaisija, mikä seikka on edullinen vaikkakaan ei välttämätön.

Kuten kuviosta 2 nähdään, yhtyy kanavaan 5 kuuluva vesiputki hoikkiin 20 olennaisesti kohtisuorasti ja on edullisesti samalla tangentiaalinen näytteenottoputkeen 6 nähden. Esillä olevan keksinnön mukainen suutin mahdollistaa pölypitoisen kaasun jatkuvan kvantitatiivisen analyysin, koska kaikki käytetty absorptioneste saadaan mitatuksi ja lisäksi varmistetaan sondin 6 70328 aukipysyminen. Mikäli esim. tavanomaista vaikeammissa olosuhteissa näyttää siltä, että sondi kaikesta huolimatta pyrkii tukkeutumaan voidaan näytteenotto kuitenkin hetkellisesti katkaista, jolloin raosta 24 purkautuva vesivirtaus, näytteenotto-putkessa 6 näytettä otettaessa vallitsevan imun katketessa, suuntautuu suuttimesta ulospäin näytteenottotilaan ja puhdistaa tehokkaasti näytteenottoputken 6 aukon 16 ja hoikin 20 rengasmaisen vasteen 22 muodostaman aukon 21. Tällainen lyhytaikainen pesu voidaan suorittaa jaksottaisesti, niin ettei suutti-men kärki pääse likaantumaan. Kun näytettä jälleen aletaan imeä näytteenottoputkeen 6, on sen laatu heti oikea, koska sekä kaasunäytteen että pesunesteen tulo näytteenottoputkeen 6 ovat olleet keskeytyksissä edellä mainitun jaksottaisen puhdistuksen aikana.

Keksinnön toiminnan kannalta on edullista, että neste ruiskutetaan suuttimeen mahdollisimman lähellä suuttimen etureunaa, jotta likaantumaan pyrkivä näytteenottokanavan osa olisi mahdollisimman lyhyt. Tämän vuoksi on edullista muotoilla hoikin 20 vaste 22 aksiaalisuunnassa ainakin näytteenottoaukon puoleisesta reunastaan mahdollisimman ohueksi.

Edellä esitetyn keksinnön avulla saadaan aikaan suutin, jonka näytteenottoputken sisään muodostuu mahdollisimman lähelle näytteen tuloaukkoa nestekalvo, johon kaasu ja siinä oleva pöly törmäävät ja alkavat heti liueta nesteeseen. Pesuneste muodostaa suuttimen jälkeen putkessa 6 kaasun kanssa virratessaan melko tasaisin välein esiintyviä tulppia ja huuhtoo siten hyvin putken seinämiä muodostaen suuren absorptiopinnan kaasulle ja siinä olevalle kiintoaineelle.

Kuvioiden 2 ja 3 mukaan on hoikin 20 ja näytteenottoputken 6 välissä rengasmainen välitila 19, jota pitkin neste syötetään suuttimen eteen. Käytännössä suuttimen voi myös konstruoida siten, että näytteenottoputken ulkopinnalla tai hoikin sisäpinnalla on pituussuuntaisia uria, jotka ulottuvat näytteenotto-putken kärkeen tai hoikin vasteeseen asti. Tällöin ei hoikin 7 70328 ollessa paikalleen asennettuna suuttimen ja hoikin välissä olisi rengasmaista välitilaa, vaan pelkästään pitkittäissuuntaisia kanavia. Periaatteena kanavien ja suutinraon väliselle suhteelle on se, että suutinraossa tapahtuva nestevirtauksen kuristus on selvästi suurempi kuin nesteen syöttökanavien aiheuttama kuristus, jolloin suutinrako todella toimii suuttimena saaden aikaan ehjän nestekalvon.

Suutin on mahdollista konstruoida myös muilla tavoin. Holkki-rakenteen sijaan voidaan käyttää esim. kuvan 4 mukaista ratkaisua .

Kuviossa 4 on esitetty osa suuttimen päästä, jossa suuttimen runkoa on merkitty numerolla 25. Suuttimen rungossa on näyt-teenottokanava 6, joka kulkee rungon etupäähän asti. Näytteen-ottokanavan 6 ympärille rungon 25 etupäähän on muodostettu rengasmainen ura 26, johon huuhtelu- ja absorptioainetta johtava kanava 5 on yhdistetty. Rungon etupäähän on asennettu kierteillä varustettu korkkimainen kappale 28, joka kiinnitetään runkoon 25 joko rungon ulkokehälle tai kuten kuviossa 4 rengasmaiseen uraan 26 tehtyjen kierteiden avulla. Tällöin voidaan suuttimen välys eli raon 24 aksiaalinen leveys helposti asettaa muotoilemalla korkkimaiset kappaleet siten, että niissä on kiinteä vastinpinta, joka ottaa kiinni runkoon esimerkiksi numerolla 27 merkityssä kohdassa olevaan rungon vastinpintaan ja vastaavasti vastinpintaan nähden aksiaalisuunnassa jonkin matkan päässä olevan raon 24 kohdalle tuleva rajoitinpinta 29. Tekemällä eri kappaleisiin 28 vastinpinnan ja rajoitinpinnan 29 välinen aksiaalinen etäisyys eri suureksi voidaan välys helposti muuttaa ilman tarkkaa mittaustyötä, kun tiedetään rungossa olevan vastinpinnan ja rungon päätypinnan välisen etäisyyden ja vastaavasti korkkimaisen kappaleen vastinpinnan ja rajoitinpinnan välisen etäisyyden ero kussakin kappaleessa.

Keksinnön mukaisen suuttimen toimintaa voidaan joissakin olosuhteissa parantaa edelleen sijoittamalla kaksi tai useampia rako-maisia kanavan osia 24 peräkkäin näytteenottokanavan aksiaali- 8 70328 suunnassa, jolloin syntyy vastaava määrä nestekalvoja, mikä edistää sekoittumista. Tällöin voidaan myös käyttää kapeampia rakoja ja siten ohuempia vesikalvoja. Rengasmaisen raon 24 sijasta voidaan tietenkin käyttää myös loivanousuisen spiraalin muodostavaa rakoa, joka kiertää vähintään kerran näytteenotto-aukon ympäri. Tällöin muodostuu näytteenottokanavan aksiaali-suunnassa katsottuna kanavan poikkipinnan peittävä yhtenäinen nestekalvo. Käyttämällä spiraalimaista rakoa voidaan sopivalla rakenteella ja materiaalilla säätää raon leveyttä puristamalla tai venyttämällä spiraalia aksiaalisuunnassa. Edellä esitetyissä muunnoksissa on tietenkin edullista, että ensimmäinen rako tai spiraalimaisen raon alkupää on mahdollisimman lähellä näytteenottoaukon reunaa, jotta reuna ei merkittävästi pääsisi 1ikaantumaan.

Rakomaisia kanavan osia 24 voidaan myös yhdistellä esimerkiksi sijoittamalla ensimmäiseksi rengasmaisen kanavan osan ja sen jälkeen spiraalimaisen kanavan osan tai päinvastoin tai jollakin muulla tavalla. Kanavan osat voivat olla keskenään samansuuntaiset siten, että muodostuvat vesikalvot ovat suuttimen keskiakseliin nähden samansuuntaisia. Rakomaiset kanavan osat voivat myös olla toisiinsa nähden erisuuntaisia, jolloin vesi-kalvot vastaavasti ovat erisuuntaiset keskiakselin suhteen.

Claims (10)

1. Suutin edustavan näytteen erottamiseksi mahdollisesti pö-lypitoista kiintoainetta sisältävästä kaasuseoksesta sen analysoimista varten, jossa suuttimessa on näytteenottotilaan (1) avautuva näytteenottoaukko (16) ja siihen liittyvä kanava (6) näytteen (2) erottamiseksi ja johtamiseksi analysointiin (13) ja toinen kanava (5) nesteen syöttämiseksi mainittuun näytteen-ottoaukkoon (16) sen puhdistamiseksi ja nesteen sekoittamiseksi kaasunäytteeseen, tunnettu siitä, että toiseen kanavaan (5) nesteen syöttämiseksi kuuluu ainakin yksi näytteenottokana-van (6) näytteenottoaukon (16) keskiakselin ympärillä sijaitseva mainittua keskiakselia vastaan poikittaisesti oleva rako-mainen kanavan osa (24), josta aukon (16) puhtaanapitävä ja kaasuun sekoitettava neste syötetään aukkoon (16) poikittain kaasun virtaussuuntaa vastaan olennaisesti koko aukon (16) ympäriltä .

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen suutin, tunnettu siitä, että rakomaisia kanavan osia (24) on kaksi tai useampia.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen suutin, tunnettu siitä, että ainakin yksi rakomainen kanavan osa (24) on muodoltaan spiraalimainen.

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen suutin, tunnettu siitä, että ainakin yksi rakomainen kanavan osa (24) on muodoltaan rengasmainen.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen suutin, tunnettu siitä, että kanavan (6) muodostaa näytteenottoputki ja että yksi rakomainen kanavan osa (24) on muodostettu näytteenotto-putken (6) päähän sovitetun ja näytteenottoaukon (16) aksiaa-lisuunnassa hieman putken pään yli ulottuvan sekä sitä ympäröivän hoikin (20) avulla, jossa hoikissa on sen sisäpinnasta (23) sen keskiakselia kohti suuntautuva rengasmainen vaste (22), jolloin holkki (20) on sovitettu siten, että vaste (22) on aksiaalisuun-nassa etäisyyden päässä näytteenottoputken (6) päästä ja jolloin 10 7 0 3 2 8 mainittu rakomainen kanavan osa (24) muodostuu vasteen (22) ja näytteenottoputken (6) väliin.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen suutin, tunnettu siitä, että hoikin (20) ja näytteenottoputken (6) välissä on ainakin yksi välitila, joka on yhteydessä rakomaiseen kanavan osaan (24) ja joka muodostaa osan kanavasta (5) nesteen syöttämiseksi.

7. Jonkin patenttivaatimuksista 1-6 mukainen suutin, tunnettu siitä, että ainakin yksi rakomainen kanavan osa (24) on joka kohdastaan olennaisesti kohtisuorassa näytteenotto-aukon keskiakselia vastaan.

8. Jonkin patenttivaatimuksista 1-7 mukainen suutin, tunnettu siitä, että ainakin yksi rakomainen kanavan osa (24) on joka kohdastaan olennaisesti tasalevyinen.

9. Jonkin patenttivaatimuksista 1-8 mukainen suutin, tunnettu siitä, että kunkin rakomaisen kanavan osan (24) leveys on 0,005-0,1 mm, edullisesti noin 0,05 mm niin,että haluttu nestevirtaus saadaan aikaan suhteessa kaasumäärään.

9 70328

10. Jonkin patenttivaatimuksista 1-9 mukainen suutin, tunnettu siitä, että kukin rakomainen kanavan osa (24) sijaitsee olennaisen symmetrisesti näytteenottoaukon keskiakselin suhteen. 70328 1 1