RU2685315C1 - Способ криогенного отбора пробы газовой смеси - Google Patents
Способ криогенного отбора пробы газовой смеси Download PDFInfo
- Publication number
- RU2685315C1 RU2685315C1 RU2018109805A RU2018109805A RU2685315C1 RU 2685315 C1 RU2685315 C1 RU 2685315C1 RU 2018109805 A RU2018109805 A RU 2018109805A RU 2018109805 A RU2018109805 A RU 2018109805A RU 2685315 C1 RU2685315 C1 RU 2685315C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas mixture
- air
- sampling
- heat exchanger
- cryogenic
- Prior art date
Links
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 52
- 238000005070 sampling Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 53
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 26
- 238000009835 boiling Methods 0.000 claims abstract description 21
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims abstract description 20
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000003570 air Substances 0.000 description 53
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 6
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 4
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 4
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 4
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 244000309464 bull Species 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000003256 environmental substance Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000002828 fuel tank Substances 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 229910052743 krypton Inorganic materials 0.000 description 1
- DNNSSWSSYDEUBZ-UHFFFAOYSA-N krypton atom Chemical compound [Kr] DNNSSWSSYDEUBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003915 liquefied petroleum gas Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
- G01N1/02—Devices for withdrawing samples
- G01N1/22—Devices for withdrawing samples in the gaseous state
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области машиностроения, использующей взятие образцов из газовой смеси - воздуха. Способ криогенного отбора пробы газовой смеси заключается в том, что отбираемую газовую смесь воздух сжижают во внутренних полостях теплообменника посредством охлаждения наружной поверхности теплообменника криогенной жидкостью, имеющей свойство температуры кипения, не превышающей 77.36 K при нормальном значении давления атмосферы на нулевой высоте, и сохраняют в резервуаре в виде жидкой пробы, отличающийся тем, что до начала возникновения контакта криогенной жидкости с наружными поверхностями теплообменника его внутренние полости и ёмкость резервуара заполняют инертным газом или смесью инертных газов со свойством температуры кипения, превышающей температуру кипения отбираемой газовой смеси, под давлением, превышающим давление газовой смеси в месте отбора пробы. Технические результаты - снижение инерционности криогенной системы, предназначенной для отбора газовой смеси – воздуха, и повышение достоверности отбираемой пробы газовой смеси (воздуха). 1 ил.
Description
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области машиностроения, использующей взятие образцов из газовой смеси (воздуха) посредством наполнения резервуара (сосуда) сжиженной пробой газовой смеси (воздуха) и может быть использовано в технологических системах контроля качества газовых смесей или атмосферного воздуха или воздуха рабочих помещений.
Уровень техники
Примеси, содержащиеся в атмосферном воздухе или газовых смесях технологических систем рабочих помещений, могут оказывать неблагоприятное воздействие на состояние здоровья человека. Поэтому контроль окружающей воздушной среды имеет первостепенное значение. Наибольшие трудности возникают при контроле примесей, содержащихся в виде газов или аэрозолей с малым аэродинамическим диаметром (d<<1 мкм).
Из существующего уровня техники известны авторские свидетельства СССР на изобретения SU 920429 A1 “Криогенно-конденсационное устройство для отбора проб воздуха с примесями” (опубл.15.04.1982 г.), SU 1057797 A1 “Устройство для отбора проб воздуха” (опубл. 30.11.1983 г.) и SU 1469290 A1 “Устройство для отбора проб воздуха” (опубл.30.03.1989 г.), в которых реализован способ замещения газообразного воздуха приемной емкости сжиженной пробой воздуха с температурой близкой к температуре кипения жидкого азота 77.36 K (-195,6°С).
Также существуют способы отбора пробы и подачи ее в анализирующее устройство с использованием поршня, управляемого подаваемым в один из отсеков инертным газом, или вытеснения из сосуда пробы газа посредством закачки в сосуд заданной газовой смеси, которые заявлены в авторском свидетельстве SU 1624240 A1 “Способ вытеснения газа из сосуда и устройство для его осуществления” (опубл.30.01.1991 г.) или использованы в описании полезной модели к патенту RU 165514 U1 “Устройство для отбора пробы сжиженного газа” (опубл.20.10.2016, бюллетень №29), в свою очередь, ссылающееся на патенты США US 3123982 (опубл. 10.03.1964 г.) и US 8210058 В2 (опубл. 03.07.2012 г.).
Известны иные способы, которые также можно было бы использовать при отборе проб газовой среды (воздуха). Это изобретение RU 2237833 С1 “Способ заправки баллонов и сосудов сжиженным нефтянным газом” (опубл. 10.10.2004, Бюл. №28), реализующий способ вытеснения из цистерны сжиженный газ сжатым инертным газом по жидкостному трубопроводу через газораздаточные колонки в заправляемые баллоны или сосуды и освобождение емкости от газовой смеси из паров сжиженного и инертного газов после опорожнения цистерны. И изобретение RU 2267693 С2 “Способ и устройство для уплотнения жидкости” (опубл. 10.01.2006, Бюл. №1), которое использует уплотнение рабочей жидкости (топлива) посредством понижения ее температуры через более холодный первичный инертный компонент, охлаждаемый в свою очередь еще более холодным вторичным компонентом вспрыскиваемым по потребности.
Недостатками данных технических решений, в одних случаях (SU 920429 A1, SU 1057797 A1, SU 1469290 A1), является инерционность криогенной системы, обусловленная тепловым взаимодействием замещаемого воздуха (температура кипения воздуха 78.8 K) в приемной емкости с жидкой пробой воздуха, и снижением достоверности пробы воздуха, связанная с возможным изменением химической формы примесей вследствие реакции с веществами паразитного объема воздуха приемной емкости.
В других способах (RU 165514 U1, RU 2237833 С1, RU 2267693 С2), недостатками является сложность способа отбора сжиженного газа, связанная с наличием движущих частей (поршня) в условиях низких температур, и/или, как минимум, двух отсеков с изменяемыми уровнями давлений для подачи либо сжатого инертного газа либо криогенной жидкости.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ, реализованный в “Способе отбора проб воздуха с примесями”, в котором посредством охлаждения жидким азотом теплообменника производится сжижение пробы воздуха и последующий ее сбор в приемной емкости в виде жидкости. Внутренний объем теплообменника и приемной емкости до начала отбора пробы содержит воздух (авторское свидетельство SU 920439 A1, опубл.15.04.1982 г., бюл. №14). Недостатками данного способа являются инерционность, обусловленная тем, что прежде, чем начнется процесс отбора и сжижения газообразной пробы происходит сжижение паразитного объема воздуха, находящегося во внутренних полостях теплообменника. Из-за того, что удельные теплоемкости азота и воздуха приблизительно равны, а разница температур кипения азота и воздуха (температура кипения воздуха 78.8 K = -194.2°С) незначительна и составляет примерно 1.4 K, режим отбора и сжижения газообразной пробы осуществляется с определенной временной задержкой с момента подачи жидкого азота на внешнюю поверхность теплообменника. К еще одному недостатку способа SU 920439 A1 можно отнести снижение достоверности пробы воздуха, связанное с возможным последующим изменением физико-химической формы примесей, содержащихся в газообразной пробе, вследствие их взаимодействия с веществами и аэрозолями паразитного объема воздуха приемной емкости и внутренней полости теплообменника.
Задачами, на решение которых направлен предлагаемый способ, являются:
- снижение инерционности криогенной системы, предназначенной для отбора газовой смеси (воздуха), и
- повышение достоверности отбираемой пробы газовой смеси (воздуха).
Данные задачи решаются за счет того, что предложенный способ криогенного отбора пробы газовой смеси заключается в том, что отбираемую газовую смесь (воздух) сжижают во внутренних полостях теплообменника посредством охлаждения наружной поверхности теплообменника криогенной жидкостью, имеющей свойство температуры кипения не превышающей 77.36 K при нормальном значении давления атмосферы на нулевой высоте, и сохраняют в резервуаре в виде жидкой пробы, отличающийся тем, что до начала возникновения контакта криогенной жидкости с наружными поверхностями теплообменника его внутренние полости и емкость резервуара заполняют инертным газом или смесью инертных газов со свойством температуры кипения, превышающей температуру кипения отбираемой газовой смеси, под давлением, превышающим давление газовой смеси в месте отбора пробы.
Техническим результатом предлагаемого способа криогенного отбора проб газовой смеси является снижение инерционности криогенной системы при отборе пробы газовой смеси (воздуха) и сокращение времени отбора пробы в результате более резкого изменения (понижения) давления в емкости теплообменника вследствие сжижения инертного газа, а также повышение достоверности отбираемой пробы газовой смеси (воздуха), обеспечиваемое тем, что конденсат инертного газа, образовавшийся на внутренних поверхностях теплообменника и резервуара, препятствует взаимодействию веществ пробы газовой смеси (воздуха) с материалом поверхности теплообменника и резервуара.
Раскрытие сущности изобретения
Способ криогенного отбора пробы газовой смеси основан на применении криогенной жидкости с температурой кипения ниже температур кипения контролируемой газовой смеси (воздуха) для сжижения пробы газовой смеси (воздуха) и сохранения ее в виде жидкости в резервуаре.
Для снижения инерционности криогенной системы до начала отбора газовой смеси (воздуха) производят замещение воздуха, содержащегося во внутреннем объеме теплообменника и резервуара, посредством заполнения резервуара и внутренних полостей теплообменника инертным газом (например: аргон, ксенон, криптон или их смесь), имеющего температуру кипения более высокую, чем температура кипения отбираемой газовой смеси (воздуха).
Заполнение внутреннего объема теплообменника и резервуара инертным газом под давлением, превышающим давление контролируемой газовой среды, гарантирует полное вытеснение паразитного объема воздуха из резервуара и теплообменника и предотвращает диффузию веществ внешней среды в теплообменник и резервуар.
Высокая, по сравнению с воздухом, температура кипения инертного газа (их смеси) обеспечивает его более быстрый переход в жидкое состояние при охлаждении криогенной жидкостью с температурой кипения не более 77.36 K (-195.8°С).
В результате охлаждения во внутренних полостях теплообменника возникает резкое понижение давления. Благодаря понижению давления во внутренних полостях теплообменника начинается всасывание в теплообменник пробы контролируемой газовой смеси (воздуха) и ее сжижение вследствие охлаждения. Сжиженная проба газовой смеси (воздуха) поступает в резервуар. Впоследствии сжиженная проба газовой смеси (воздуха) либо извлекается из резервуара для ее анализа либо непосредственно в резервуаре осуществляют аналитические процедуры по определению качественных и количественных показателей контролируемой смеси.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 представлена принципиальная схема устройства, в котором реализуется способ криогенного отбора пробы газовой смеси. На принципиальной схеме отображен пример криогенной системы, состоящей из сосуда Дьюара с жидким азотом (температура кипения 77.36 K = -195.8°С) с устройством для поддержания уровня жидкого азота в криостате, баллона с инертным газом ксеноном (температура кипения 165.05 K = -108°C), и системы отбора атмосферного воздуха (позиции 1-8).
На фиг. 1 отмечены:
позиция 1 - аэрозольный фильтр;
позиция 2 - выпускной клапан (для сброса избыточного давления при заполнении теплообменника и резервуара-криостата инертным газом);
позиция 3 - выпускной клапан (для сброса избыточного давления при расхолаживании криостата);
позиция 4 - крышка криостата;
позиция 5 - теплообменник Коллинза;
позиция 6 - криостат;
позиция 7 - местоположение сжиженной пробы газовой смеси (воздуха);
позиция 8 - резервуар;
позиция V1 - ограничительный клапан;
позиции V2-V4 - запорные клапаны.
Осуществление изобретения
Способ криогенного отбора пробы газовой смеси осуществляют следующим образом:
1) Исходное состояние криогенной системы (фиг.1) - клапаны V1-V4 закрыты.
2) Затем, перед началом процедуры отбора пробы газовой смеси (воздуха), открывают клапан V2 и заполняют резервуар (позиция 8) и теплообменник (позиция 5) инертным газом (например, ксеноном) до тех пор, пока не сработает выпускной клапан (позиция 2), отрегулированный на определенное давление (выше давления окружающей среды).
3) После заполнения резервуара (позиция 8) и теплообменника (позиция 5) инертным газом клапан V2 переводят в состояние закрыто. Криогенная система готова к отбору проб газовой смеси (воздуха).
4) Далее открывают клапаны V1 и V4 и начинают заполнять емкость криостата (позиция 6) охлаждающей криогенной жидкостью (например, жидким азотом). В результате охлаждения теплообменника (позиция 5) происходит ожижение находящегося в нем инертного газа (ксенона). Возникающее уменьшение давления внутри теплообменника обусловливает поступление через аэрозольный фильтр (позиция 1) пробы газовой смеси (воздуха) из окружающей среды (атмосферного воздуха). Проба газовой смеси (воздуха) в теплообменнике (позиция 5) сжижается и накапливается в объеме резервуара (позиция 8).
5) По мере отбора достаточного, для анализа, количества пробы газовой смеси (воздуха) клапаны V1 и V4 переводят в состояние закрыто. Процесс отбора пробы газовой смеси (воздуха) завершен.
6) При завершении отбора пробы газовой смеси (воздуха) можно производить ее анализ либо непосредственно в резервуаре (позиция 8) либо перевести клапан V3 в состояние открыто и осуществить слив жидкой пробы газовой смеси (воздуха) для анализа в каких-либо других аналитических системах.
Способ предназначен для использования в технологических системах контроля за качеством окружающей воздушной среды, воздуха рабочих помещений и газовых смесей, образующихся (возникающих) в результате производства, а также может применяться для оперативной подачи сжиженных газов в резервуары и топливные емкости.
Claims (1)
- Способ криогенного отбора пробы газовой смеси, заключающийся в том, что отбираемую газовую смесь - воздух сжижают во внутренних полостях теплообменника посредством охлаждения наружной поверхности теплообменника криогенной жидкостью, имеющей свойство температуры кипения, не превышающей 77.36 K при нормальном значении давления атмосферы на нулевой высоте, и сохраняют в резервуаре в виде жидкой пробы, отличающийся тем, что до начала возникновения контакта криогенной жидкости с наружными поверхностями теплообменника его внутренние полости и ёмкость резервуара заполняют инертным газом или смесью инертных газов со свойством температуры кипения, превышающей температуру кипения отбираемой газовой смеси, под давлением, превышающим давление газовой смеси в месте отбора пробы.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018109805A RU2685315C1 (ru) | 2018-03-21 | 2018-03-21 | Способ криогенного отбора пробы газовой смеси |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018109805A RU2685315C1 (ru) | 2018-03-21 | 2018-03-21 | Способ криогенного отбора пробы газовой смеси |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2685315C1 true RU2685315C1 (ru) | 2019-04-17 |
Family
ID=66168464
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018109805A RU2685315C1 (ru) | 2018-03-21 | 2018-03-21 | Способ криогенного отбора пробы газовой смеси |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2685315C1 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0031148A2 (en) * | 1979-12-21 | 1981-07-01 | Air Products And Chemicals, Inc. | Cryogenic air sampler |
| SU920439A1 (ru) * | 1980-08-25 | 1982-04-15 | Предприятие П/Я В-2343 | Криогенно-конденсационное устройство дл отбора проб воздуха с примес ми |
| SU974198A1 (ru) * | 1977-03-29 | 1982-11-15 | Феб Геофизик Лейпциг (Инопредприятие) | Способ отбора пробы почвенного воздуха и устройство дл его осуществлени |
| US5161381A (en) * | 1991-03-20 | 1992-11-10 | Praxair Technology, Inc. | Cryogenic liquid sampling system |
| US5501080A (en) * | 1994-12-14 | 1996-03-26 | Lockheed Idaho Technologies Company | Self-contained cryogenic gas sampling apparatus and method |
-
2018
- 2018-03-21 RU RU2018109805A patent/RU2685315C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU974198A1 (ru) * | 1977-03-29 | 1982-11-15 | Феб Геофизик Лейпциг (Инопредприятие) | Способ отбора пробы почвенного воздуха и устройство дл его осуществлени |
| EP0031148A2 (en) * | 1979-12-21 | 1981-07-01 | Air Products And Chemicals, Inc. | Cryogenic air sampler |
| SU920439A1 (ru) * | 1980-08-25 | 1982-04-15 | Предприятие П/Я В-2343 | Криогенно-конденсационное устройство дл отбора проб воздуха с примес ми |
| US5161381A (en) * | 1991-03-20 | 1992-11-10 | Praxair Technology, Inc. | Cryogenic liquid sampling system |
| US5501080A (en) * | 1994-12-14 | 1996-03-26 | Lockheed Idaho Technologies Company | Self-contained cryogenic gas sampling apparatus and method |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| MORIMOTO ET AL., JOURNAL OF ATMOSPHERIC AND OCEANIC TECHNOLOGY, v. 26 C. 2182-2191, 10.2009. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6591393B2 (ja) | 複合ガスサンプリングシステム | |
| CN102435632B (zh) | 研究低温流体流动沸腾传热特性与压降特性的试验系统 | |
| JP2021177088A (ja) | 液化水素貯留方法および液化水素貯留システム | |
| US7490635B2 (en) | Method for filling a pressure vessel with gas | |
| CN101318557B (zh) | 液氮抽吸制冷稀薄空气冷凝捕集装置 | |
| US7500497B2 (en) | Method of filling compressed-gas containers with gas | |
| EP2567159A2 (en) | Gas liquefaction system and method | |
| EP0010832B1 (en) | Method and apparatus for collecting and storing environmental gases | |
| RU2685315C1 (ru) | Способ криогенного отбора пробы газовой смеси | |
| KR0156731B1 (ko) | 저온성 액체를 샘플링하는 방법 및 장치 | |
| US3938391A (en) | Sampling device for liquefied gases | |
| US20100050687A1 (en) | Liquefaction of gaseous carbon-dioxide remainders during anti-sublimation process | |
| JP2020521120A (ja) | 解析対象液体の処理装置 | |
| US3487692A (en) | Method and apparatus for sampling refrigerated volatile liquids | |
| US6516619B2 (en) | Method of storing a gas | |
| JPH0533911Y2 (ru) | ||
| CN2715136Y (zh) | 融化－再凝结冰芯包裹气体提取装置 | |
| US4214473A (en) | Gaseous trace impurity analyzer and method | |
| Klier et al. | A new cryogenic high-pressure H2 test area: First results | |
| CN106769524A (zh) | 低温爆破试验装置 | |
| KR20070049622A (ko) | 극저온 추진제 속 비응축성 가압용 가스량 측정방법 및측정장치 | |
| US20220205877A1 (en) | Low pressure cryogenic fluid sampling system | |
| Liu et al. | A Separated two stage helium liquefier using a 4 K GM cryocooler | |
| RU222482U1 (ru) | Устройство для отбора пробы криогенной жидкости | |
| CN117147745A (zh) | 一种液氢固空制备及测试装置及其方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200322 |