KR830001927B1 - 저온 공기 샘플러 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

저온 공기 샘플러

제1도는 본 발명에 따른 장치의 단면을 지닌 정입면도.

제2도는 제1도의 장치의 상부 평면도.

제3도는 본 발명에서 사용되는 저온 냉동기의 좌측 입면도.

본 발명은 공기와 같은 환경 가스의 샘플을 수집하고 저장하는 장치에 관한 것이다. 날마다, 인간은 그의 환경 특히 숨쉬는 공기에 점차로 관심을 두게 되었다. 공기의 양을 검출하기 위하여, 공기 샘플링 장치가 저장용기에 담기는 공기의 양을 흡입하고 가스분석기에 의해서 유독성 요소를 검출하는 실험실의 저장용기로 배출시키는데 사용된다.

본 발명은 "환경가스를 수집하고 저장하는 방법 및 장치"라는 명칭의 1980년 4원 1일자 특허된 미합중국 특허 제4,195,524호에 발표된 장치를 개선한 것이다. 이러한 장치에는, 샘플병이 그 속에 부분 진공을 만들도록 저온 냉동기에 의해서 냉각되어, 공기 샘플이 병이 채워질 때까지 공기 샘플이 응축되고 냉각되는 샘플병 속으로 미터링 오리피스(밸브)를 통하여 흡입된다. 병이 가득찬 후에, 전체 장치가 샘플병이 데워지고 샘플이 분석되기 위해서 배출되는 실험실로 보내진다. 저온 냉동기가 병에 고정되었기 때문에 전체 장치가 실험실로 보내진다.

이러한 장치는 샘플 용기 속에 압력 하에 환경가스를 밀어 넣기 위해 종래의 압축기를 사용하는 환경가스를 채집하는 가장 흔한 방법을 개선시킨 것이었다.

용기 속에 환경가스 샘플을 밀어넣는 압축기 방법의 한 문제점은 샘플이 압축기 속의 기름이나 다른 윤활제의 사용에 기인하여 오염될 수 있다는 것이다.

본 발명에 따른 장치는, 병 내부에 가스를 주입시키도록 액체 한제욕탕 속에 담겨져서 냉각되어 가스가 응축되고 저장되는 병 속에 가스를 흡입시키기 위해 병의 내측에 부분 진공을 야기시키는 미터링 오리피스를 샘플병을 지닌다. 액체 한제를 비등 제거하여 농축시키도록 액체 한제 상의 빈 공간 속에 위치되며 샘플 병의 온도를 유지시키는 저온 냉동기가 장치의 일부로서 포함되었다. 본 발명의 다른 특징으로는, 저온 냉동 공간은 작업 온도까지의 빠른 냉각에 유효한 장치를 작동시키는 동안에는 비울 수 있는 것이다.

제1도를 참조하면, 도면번호 (10)는 최대 200기압의 작업 압력과 표준 온도 및 압력에서 7리터의 빈체적을 지니는 샘플병 또는 용기를 표시한다.

이후에 더욱 상세하게 설명되는 것처럼 지지로드(24)를 유지시키고 유체가 원반(14)를 통과하게 하는 다수의 구멍(도시 안됨)을 지니는 지지 원반(14)이 샘플병(10)의 목부(12)를 둘러싼다. 병(10)이 적당한 너트(22)에 의해서 원반(14)에 채결되도록 스트랩(16)의 자유 단위에 도면번호(20)으로 그 하나가 도시된 한 쌍의 볼트를 지니는 u형으로 형성된 얇은 금속 스트립(예를 들어 스테인레스강)으로 이루어진 한쌍의 병지지부(16) 및 (18)에 의해서 원반(14)에 부착되어서 원반(14)가 샘플병(10)에 견고하게 당겨진다. 변호(26)으로 도시된 것 같은 볼트로 원반(14)에 부착되는 다수의 지지 다리부(하나가 (24)로 도시됨)가 원반(14(로부터 상부로 돌출한다. 차례로, 다리부(24)는 나선부(28) 또는 이 분야에 잘 알려진 유사한 체결구의 사용을 통하여 플렌지(30)에 고정된다. 이러한 스테인레스강과 같은 낮은 열전도 물질로 된 도관(32)이 샘플병(10)의 목부(12)로부터 연장한다. 도관(32)은 O링(36)과 같은 적당한 밀봉장치에 의해서 유체밀폐관계를 유지하여 플렌지(30) 위에 설치된 매니폴드(34)에서 종료된다. 매니폴드(34)가 수집된 가스샘플의 제거를 허락하도록 도관(32)에 매니폴드(34)를 통하여 연결되는 적당한 밸브(38)를 지닌다. 또한, 호스 또는 다른 장치가 적당한 인입 연결 고정구에 부착되게 하는 적당한 인입 연결고정구(42)를 지니는 미터링 오리피스 밸브 조립체(40)가 매니폴드(34) 위에 설치된다. 부가해서, 매니폴드(34)가 지나친 압력에서 샘플병(10)을 비우게 하도록 예정된 압력에서 개방되도록 조정된 압력 릴리이프 밸브(44)를 지닌다. 매니폴드(34)는 샘플병(10)의 파괴 압력보다 매우 낮은 압력에서만 안전 릴리이프 밸브(44)를 열리게하는 것보다 높은 압력에서 파괴되게 조절된 파괴 안전 장치인 파괴원반(46)을 지닌다. 파이프 플러그(48)(제2도)가 부가되는 부속품의 설치를 허락하고 청소와 그와 유사한 작업을 위해 매니폴드(34)의 접근을 제공하도록 매니폴드(34) 위에 설치된다.

제1도를 다시 참조하면, 병 지지부(16) 및 (18), 지지원반(14), 도관(32) 및 지지부(24)를 지니는 병(10)이 진공 자켓용기(50) 속에 끼워맞게 구성되어 용기(50)가 액체 한체(51) (예를 들어, 공기가 채취되는 경우에는 액체 질소)의 표면(53) 아래에 병(10)을 수용한다. 용기(50)가 폐쇄단부(52)와 플랜지(56)를 지니는 개방단부(54)을 지닌다. 플랜지(56)가 플랜지(30)을 위치시키기 위한 위치핀(도시 안됨)을 수용하기 위한 다수의 방사상으로 위치된 구멍(58)을 지닌다. 플랜지(56)가 O링(60)과 같은 적당한 밀봉장치를 수용하는 환상홈을 지닌다. O링(60)이 플랜지(56(에 판(30)의 진공 기밀 밀봉을 허락하여서 하기에서 잘 설명되듯이 용기(50)의 내부의 빈 공단을 허락한다.

제1도, 제2도 및 제3도에서 도시된 것 같이, 판(30)이 저온 냉동기(70)을 그 위에 설치하였다. 냉동기(70)는 시일드(74)를 그 위에 지니는 단부(72)를 갖춘 원격 압축기(도시 안됨)에 의해서 작동되는 단상의 여과 및 팽창 형태의 냉동기이다. 미합중국 펜실바니아주 앨린 타운시에 위치한 에어프로덕트스 앤드 캐미칼즈 인 코오포레이티드에서 제작한 모델 D.E 102는 이러한 장치를 위해서 사용되어 있다. 밀폐된 공급통로(80)(제3도)을 통하여 연장하는 전기도선(78)에 의해서 냉동기(70)의 상부 위에 설치된 압력 제어 스위치(82)에 연결된 작은 전기저항 가열기(76)가 시일드(74)에 땜질되거나 또는 영구적으로 부착된다. 압력 제어 스위치(82)가 적당한 T형(84)를 통하여 진공 차단기 밸브(86)의 도관(88)에 연결된다. 도관(88)이 도관 또는 통로(92)에 매니폴드 또는 T형(90)을 통하여 연결되며, 통로(92)는 냉동기가 판(30)에 설치되고 판(30)이 용기(50) 위에 위치되면 용기(50)의 내부에 연결된다. 제어밸브(94)가 T형 요소부(90)에 연결되며, 제어밸브의 작용이 이후에 상세하게 설명된다.

냉동기(70)가 (96) 및 (98) (제2도)로 도시되는 것 같은 스프링클램프 조립체에 의해서 플랜지(30)에 유지된다.

마지막으로, 플랜지(30)가 손잡이(100) 및 (102)를 지녀서 연결된 매니폴드(34)와 그 보조 조립체 도관(32) 및 샘플통(10)과 함께 플랜지(30)는 용기(50)로부터 제거될 수 있다.

냉동기(70)가 그속에 정규작업 유체를 주입시키고 제거시키는 가스 연결부(106) 및 (108)과 내부 밸브 모우터를 가동시키는 필요한 전기 연결부(104)를 지닌다.

사용하는 데 있어서, 장치가 공기를 체취하기 위해서 샘플병을 10내지 77도(K)로 냉각시키기 위하여 플랜지(30) 속의 냉동기 포트(31)를 통하여 용기(50) 속으로 주입되는 액체질소(51)의 공급부와 도시된 것 같이 연결된다. 다시 말해서, 액체질소는 용기(50) 속에 채워지고 병(10)이 용기 속에 수용된 욕탕 속으로 천천히 내려 앉아서 샘플병(10)의 온도와 그 부수적인 지지물이 주위온도로부터 77˚K로 냉각된다.

액체 질소(51)와 병(10)이 용기 속에 주입된 후에, 냉동기(70)가 설치된 플랜지(30) 위에 위치되고 작동된다. 부가해서, 77˚K에서 73˚이하로의 빠른 냉각을 실시하기 위하여 작은 진공 펌프가 밸브(94)에 연결되어 용기(50) 속의 액체 질소(51) 위의 공간이 빨리 비워진다. 냉동기(70)에 의한 냉동과 용기(50)의 빈 공간 작용에 따라, 15분 이하의 기간 중에 용기 내측에 73˚K 이하의 작업 온도를 이룰 수 있다. 매니폴드(34)의 냉동을 방지하기 위한 이산화탄소 및 수집되는 샘플로부터 수분을 제거하기 위한 적당한 건조제(도시 안됨)를 수용하는 긴 도관이 연결고정구(42)에 고정된다. 건조제의 도관헤드가 샘플이 얻어지는 면적 부속에 위치된다. 미합중국 특허원 제956,312호의 명세서에 설명되듯이, 샘플병(10)의 냉동이 병(10) 속의 부분 진공을 야기시키고, 따라서 공기가 샘플병(10) 속으로 미터링 오리피스 밸브(40)을 통하여 흡입되게 한다. 액체 질소 때문에 공기 샘플이 병(10) 속에서 응축된다.

이 분야에서 공지된 것 같이, 액체질소가 용기(50)를 통한 열침투 때문에 비등 제거되기 시작한다. 냉동기(70)가 질소를 농축시키도록 73˚K 이하의 온도를 연속적으로 제공한다. 냉동기가 77˚K 이하에서 작동하기 때문에, 질소가 냉동기(70)의 단부(72) 상에서 응축된다. 가열기(76)가 냉동기(70)의 냉각단부(72) 상에서 질소가 얼지 않도록 하기 위해서 설치되며 액체 질소 상의 진공 공간 내측에서 압력 감소를 감지하는 압력 스위치(82)에 의해서 작동된다.

용기(50) 내측의 진공이 플랜지(34)에 대한 판(30)을 밀봉을 야기시키기 때문에 판(30)이 플랜지(56)에 볼트로 체결될 필요가 없다. 또한, 압력이 용기(50) 내측에서 증가하면 판(30)이 용기(50) 내측의 가스 질소의 증가된 압력에 의해서 이동될 수 있기 때문에 이러한 진공 밀봉이 안전 릴리이프 밸브로서 작동한다.

본 발명에 따른 장치는 18센티미터의 내부 직경과 91센티미터 깊이를 지니는 내부 용기를 갖춘 용기(50)를 사용하게 구성되어 있다. 용기 (50)가 냉각 중에 약 3 리터의 손실을 허락하는 높이까지 질소로 테워진다. 정격 7 리터의 샘플병(10)에 대하여, 분당 25ml 내지 200ml의 샘플유량이 사용된다. 21℃의 1400 표준 리터의 총 체적이 수집되었다. 1400 표준 리터의 수집은, 샘플병(10)과 그 부수된 조립체가 용기(50)으로부터 제거될 때, 압력 릴리이프 밸브(44)와 파열원반(46)을 작동시키지 않는다. 결국, 병(10)은 실험실로 돌아올 때까지 액체 질소를 수용한 용기 속에서, 유지되며 2,000 표준 리터를 수집할 수 있다.

설치되고 시험되는 장치 속에서, 압력 스위치(82)가 냉동기(70)의 단부(72) 위의 가열기(76)가 용기 압력이 24CmHg 이하로 강하하면 작동하도록 조정되어 있다. 용기 내측의 압력이 30CmHg의 값으로 상승하면 가열기(76)가 꺼져서 액체 한제 위의 공간 속의 온도를 70 내지 73˚K 사이로 유지시킨다. 액체 질소에 대한 압력 온도 관계는 이미 알려져 있다.

200 작업 기압을 지니는 병을 사용하는 본 발명에 따른 장치에 대해서 복귀 가능한 압력 릴리이프 밸쇄(44)가 200기압에서 개방하게 조정되고 파열원반(46)이 220기압에서 파괴되게 조정되며, 이들 모두는 200기압병(10)과 연결도관(32) 및 (34)의 파열강도 이하이다.

본 발명을 상기에 설명하였으며, 본 발명의 청구 사항이 수반된 청구 범위에 언급된다.

Claims (1)

1. 환경 가스의 샘플을 수집하고 저장하는 장치에 있어서, 액체 한제(51)의 욕탕 내에 놓이고 환경 가스가 들어오는 미링터 오리피스(40)를 지닌 샘플병(10)을 제거 가능하게 제한하고 액체 한제(51)를 비등 제거시키고 그 속에 제한되는 상기의 샘플병 위의 빈 공간을 지니는 장치(14, 16, 18, 20, 24, 30)와, 비등제거되는 한제를 응축시켜 샘플병을 액체 한제의 정상 비등 온도 바로 이하의 온도로 유지시키는 장치 및 샘플병을 빨리 냉각시키는 장치(70)로 구성되는 저온 공기 샘플터.

Images