KR820001721B1 - 대기(大氣)를 포집, 저장하는 방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

대기(大氣)를 포집, 저장하는 방법

본 발명을 구체적으로 표현한 실시상태도.

본 발명은 대기(大氣), 예를 들면 공기의 시료(試料)를 포집하여 보관하는 방법으로서, 시료용기나 병을 대기의 응집온도 이하로 냉각함으로서 용기 내에서 생기는 부분적 진공으로 대기가 주입, 응집되게 하여 공기와 같은 대기의 시료를 포집하여 보관하는 방법에 관한 것이다. 과거 수십년이 지나도록 인류는 자기의 환경과 특히 호흡하는 기에 대하여 더욱 관심을 갖게 되었다.

산업혁명의 출현으로 공기오염의 새 원천이 생기어 유해한 물질을 대기에 배출하게 되므로서 지구의 대기를 감시하는 것이 더욱더 중요하게 되었다. 이것은, 특히 핵폭발장치가 시험되고 원자력 발전소가 가동되며 기타 고도로 집결된 산업환경인 지역에서 절실하다. 대기의 시료를 채취하는 한가지 방법은 공기의 시료를 축적하여 이것을 액화되는 장소에 농축시키는 것과 그 다음이 액체시료를 증발시켜 이것을 여러가지 성분에 대한 시험을 하기 위하여 가스분석기를 통과시키는 것이다.

공기와 같은 대기의 시료를 채취하는 가장 일반적인 방법은 공기를 압력하에 시료용기에 압입하는 전형적인 압축기를 사용하여 왔다. 이 방법과 관련된 문제들 중의 하나는 이 공기압축기 내의 오일과 그 외의 윤활유의 사용으로 인한 시료의 오염 가능성이다. 공기시료는 미리 냉각한 용기의 내측에서 공기를 응집시키도록 액화가스를 사용하여서 포집하였다. 그 다음 이 공기시료를 전기한 용기가 주위 온도를 가열되게 하여서 이 액체를 가스상태로 재증발케 하는 실험실에 보내지고, 그 다음 이 가스상 시료는 필요한 분석기에 통과되었다.

본 발명은 종전기술의 여러 문제를 극복하고 시료를 계속하여 분석되게 농축, 저장하기 위해 저온냉각기를 사용하여서 자연스럽게 오염된 시료를 포집하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 시료용기를 사용할 경우 용기의 내측에 부분적 진공을 생기게하여 포집한 시료를 액체상으로 유지하기 위해 78.8˚K 이하로 냉각한다.

그리하여서 대기의 시료를 포집하여 보관하는 방법을 제공하는 것이 본 발명의 제 1 목적이다. 시료로 채취한 공기를 처리하는 방법을 제공하는 것이 본 발명의 다음 목적이다.

또 공기의 농축으로 공기시료를 포집하기 위해 저온냉동기를 사용하는 방법을 제공하는 것이 본 발명의 다른 목적이다. 또 오염되지 않은 대기의 시료를 포집하여 보관하는 방법을 제공하는 것이 본 발명의 그 외의 목적이다.

도면에서 보면, 번호(10)은 환저(環底)형의 시료용기나 병을 표시한다. 이 병(10)은 열전도지지체(16)의 주위에 지지된 2개의 반구체(半球體)부분(12) 및 (14)로 조립되어 있고 기둥(16)은 적당한 것으로는 동(銅)과 같은 양질의 열전도체로 만들고, 이것의 한쪽 끝에는 아래에서 보다 상세하게 설명하는 냉각기와 결합하는 연결구(18)를 가지고 있다. 도시한 본 발명의 실시예에는 주입구의 역할을 하는 제 1 단부(端部)(22)를 가진 제 1, 혹은 주입도관(20)과 시료포집기, 즉 병(10) 안에 배치된 개구에 달하는 제 2 단부(24)가 놓여있다. 도관(20)은 본 기술에서 잘 알려진 바와 같은 용접이나 납땜으로 병(10)에 고착할 수 있다.

도관(20)의 주입구 쪽에 차단밸브(27)와 계량공구(計量孔口) 밸브(28)가 있는데, 이들의 목적은 이하에 더 상세하게 설명한다. 또한 주입구와 연결된 것은 주입하는 공기를 미리 건조하는 임의건조기(26)이다.

배출도관(30)은 수집한 시료를 배출하는 기구와 환기공(換氣孔)으로서의 역할을 한다. 도관(30)은 도관(20)과 전형적으로 동일하고 동일한 방법으로 병(10)에 부착되어 있다. 도관(30)의 배출구 쪽에 시료배출밸브(32)와 압력방출밸브(34)가 놓여있다.

시료수집기(10)를 냉각하기 위해 펜실바니아주, 알렌타운 소지 공기생산, 화학 주식회사(Air Prducts and Chemicals, Inc.)에서 공급하는 모델 DE 102와 같은 저온냉각기(40)을 사용한다.

냉각기(40)는 원력압축기로 조작되는 단일(單一) 단계 변위팽창형 냉각기인데, 시료용기(10)와 양호한 열접촉을 이루기 위해 열전도 및 지지기둥(16)의 연결구(18)와 결합하는 콜드슈우(Cold Shoe)(42)를 가진 냉단(冷端)을 가지고 있다.

도면에 나타낸 바와 같이, 시료병(10)의 대부분, 주입도관(20), 배출도관(30)과 저온냉각기(40)의 냉간(冷幹)을 합성발포체(52)와 같은 적당한 단열제로 충진한 지지감합체(50) 안에 배치할 수 있다.

시료병(10)과 도관(20) 및 (30)은 스테인레스강과 같은 것으로 구성된 재료로 적당하게 조립하여 경량으로 되게 만들 수 있다.

경량구조를 이루기 위해서는 상술한 저온냉각기가 적당하다. 그러나 저온냉각기는 원격압축기를 상용하는 형으로 하는 것은 필요하지 않다. 그렇게 하는 것만이 전체 장치의 중량을 최소한으로 하는 것이다.

계량공구(28)는 병(10)에 시료가 인입되는 비율을 조정하기 위해 주입관에 설치되어 있다. 그리하여, 도면에 나타낸장치는, 켈빈(°K) 75도 이하의 온도에서 냉각물을 생성할 수 있는 압축기에서 분리된 냉단(冷端)(엑스펜더)를 가진 저온냉각기로 되어있다.

가스 시료병(10)은 액체상으로 시료화하는 가스의 규정량을 수용할 정도의 크기로 되어있다. 이 장치는 주입구에 가스계량공구(28)가 달린 적당한 스테인레스강으로 된 주입관과 압력방출밸브(34)를 가진 별개의 스테인레스강 분기관(30)을 포함한다.

상술한 도면과 같은 본 장치를 도입한 후, 이를 다음과 같이 조작될 수 있다. 먼저, 시료병(10)을 비우고, 필요하면 오염물들을 배출하기 위해 대략 150℉로 가열한다. 절연물(52)의 성질에 따라서 이것을 병이 가열되는 동안 제거하여야만 한다. 이러한 경우에는 병(10)을 주위온도로 냉각한후 단열제를 병의 주위에서 옮긴다. 그 다음 냉각기(40)를 작동하고 본 장치를 냉각되게 한다. 이 장치가 75℉ 이하로 냉각되면 대기의 시료(예를 들어, 공기)가 부분적으로 배출되므로 주입중단밸브(27)가 열리여 전기한 시료가 시료용기(10)에 인입(引

)하게 된다.

75℉ 이하의 온도로 된 시료포집기(10)는 공기시료를 응집하게 되고 그리하여서 용기(10)안에 보관된다. 시료가 분석될때에 본 장치는 냉각기가(40) 차단되고 시료는 밸브(32)를 통하여 인출되고 분석기를 통과시켜 주위온도에 이르게 한다.

위에서 설명한 바와 같이, 본 장치는 가스를 시료로 하여 액화하는 경우에는 공기를 78.8K 이하로 하여 상기 원리로 조작한다. 이러한 온도로 냉각한 시료포집기(10)는 주위공기의 시료를 병에 인입하여 응집하게 하는 병에 부분적인 진공을 일으킨다. 이 병은 처음부터 깨끗하게 시작하므로, 상기한 바와 같이 포집한 시료는 오염되지 않고 이 시료는 압축장치를 통과하지 않았다. 잘 알려진 바와 같이 시료병(10) 안의 압력이 구멍에 대한 임계압력 이하인한 병의 구멍을 통과하는 가스의 유속(流速)은 일정하게 될 것이다.

임계압력에 대한 방정식은,

Pc = 구멍의 하류 임계압력

P = 구멍에 대한 주입구의 주위압력

k = 가스에 대한 비열의 비율.

공기는 k=1.4의 치를 가지고 있다. 그리하여서 시료병 안의 압력은 입정하게 되는 유속에 대한 주위 공기압력의 53% 이하라야 한다. 해면상태에 대해서는 시료병 안의 액체의 온도는 증기압을 53 절대대기 이하로 하기위해서 약 73°K 이하라야 한다.

시료가 냉동되지 않게 최소한의 병온도를 한정하는 것이 또한 소망스럽다. 이것은 시료가 냉동된 후 용해할때에 병이 파열하는 가능성을 피하기 위해 한 것이다. 공기에 대해서는 시료의 동결을 피하는데 약 65°K의 최저온도를 요한다. 65°K 내지 73°K의 온도조절은 열손실이 냉동률에 필적하게 단열제의 량을 조정하여 완성할 수 있다. 바람직하기로는 본 기술에서 잘 알려진 바와 같이 온도감지기/제어기로 결합된 전기가열기를 사용하여 실시할 수 있다.

사용하는데는 병(10)이 액체로 가득하게 되고 또 액체가 주입관(20)에 차기 시작하면, 주입관(20)에서 액체의 표면이 적어도 78.8°K의 온도로 가열하게 되어서 주입관의 압력이 대등하게 되고 그리하여 주입관의 압력이 계량공구(28)에 걸친 것과 동일하게 되므로 시료는 더 주입하지 않게 된다.

본 발명은 도면의 전기한 설명에 의하여 유일한 것이어서 이제까지 일반에게 알려지지 않은 것으로 확신되는 특징을 포함하고 있다.

(a)의 병의 압력이 대략 73K에서 0.5 대기 이하인 것으로 인정하며, 시료가 인입되는 비율을 설정하기 위해 주입관에 설치한 계량공구(28).

(b) 중량 및 원가를 최소한으로 유지하기 위해 사용하는 발포 단열제(52).

(c) 전력을 사용하는 어느 장소에서든지 감시원 없이 전체의 장치를 조작할 수 있다.

(d) 주입 및 분기의 관은 열의 누출을 최소한으로 하기위해 스테인레스강으로 만든다. 시료로 하는 가스의 동결로 인한 어떠한 폐색이라도 제거하기 위해 열을 공급하는 전기리이드납을 관에 착설하거나 관을 통과하게 할 수 있다.

(e) 시료는 오염의 원천이 될 수 있는 압축기나 그 외의 장치로 통과하지 않으므로 오염되지 않는다.

(f) 시료병은 경량으로 되어서 진공에서 15psig 까지의 압력용으로 설계되어 있다. 병과 함께 중앙지지 기둥을 사용하여서 냉각기에서 시료용기까지 열전달에 또한 도움이 된다.

(g) 장치의 감시원 없는 조작으로 위험한 환경에서 시료채취를 가능하게 한다.

상술한 여러 특징의 견지에서 본 장치는 경량으로 설계되어서 예를 들어 30분 정도의 신속한 냉각으로 휴대할 수 있게 된다. 이러한 것은, 냉각기를 단절하고 시료는 가열되어 증발하게 하고 중간에서의 억제가 필요없이 가스분석기에 직접 유입할때에 그 이상 오염되는 기회를 방지하는 것이 가능하다. 별개의 회수/분기의 관은 안전한 특징을 더하게 비치되어 있다. 내부 보강기둥(16)은 시료에 대한 농축면을 이루어서 균등한 온도유지에 도움이 되고 시료용기(10)에 대한 내부 구성 지지체를 이루게 한다.

최종으로 전기리이드를 포함하여서 본 장치에 동결이 생기는 경우에 폐색물을 제거하는 기구를 이용할 수 있다. 상술한 바와 같이 본 발명의 장치를 시료공기에 사용하는 경우에 시료용기가 65°K 내지 78.8°K의 온도를 유지하라는 한 수집된 시료는 액화를 지속하게 된다. 용기(10)가 채월질때까지 시료용기(10) 안에 부분적 진공이 이루게 되어서 수집조작을 계속하고 계량공구(28)는 공구설치에 의하여 시료의 유입을 계속하게 된다.

본 발명은 용기(10)의 내측에서 시료를 액체상으로 유지하게 하는 범위의 온도로 냉각기가 조작되게 설치되어 있는 한 그 외의 기체상태의 대기를 시료로 포집하는데 적용할 수 있다.

Claims (1)

1. 대기를 주입하는 계량공구(28)가 달리고 경량금속으로 구성되며 합성발포체로 된 단열제로 둘러쌓인 시료병을 이용하여 시료병에 부분적 진공을 생기게 하여 여기에 대기를 주입, 농축시키기 위해 대기의 농축 온도인 73°켈빈 이하, 65°켈빈 이상의 온도로 시료병을 냉각하되 이와 연결, 분리가 가능한 저온냉각기로 냉각하고 여기에 수집된 시료의 증발, 동결을 방지하기 위하여 상기 병을 임계압력에 대응하는 포화온도 이하로 시료가스를 동결하는 온도 이상으로 유지하여 소망하는 시료가 포집되어 병에 충만할때까지 일정한 율로 계속하여 포집 저장함을 특징으로 한 대기를 포집, 저장하는 방법.

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