SU920439A1

SU920439A1 - Cryogenic condensating device for sampling air with impurities

Info

Publication number: SU920439A1
Application number: SU802977925A
Authority: SU
Inventors: Юрий Иванович Гаврилин; Валерий Тихонович Хрущ
Original assignee: Предприятие П/Я В-2343
Priority date: 1980-08-25
Filing date: 1980-08-25
Publication date: 1982-04-15

Description

(З) КРИОГЕННО-КОНДЕНСАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА ПРОБ ВОЗДУХА С ПРИМЕСЯМИ(3) CRYOGENIC-CONDENSATION DEVICE FOR AIR TESTING WITH IMPURITIES

Изобретение относитс к физике , в частности к исследованию физических и химических свойств вещества, а более конкретно, к получению и под готовке образцов при иселедовании газовых смесей и аэрозолей и может, быть использовано при изучении загр знений воздушной среды. Известно устройство дл отбора проб воздуха с несколькими параллельно включенными ветв ми аспирации, содержащее побудитель расхода, общую камеру разрежени , поглотительные приборы, счетчик времени и измерите ли расхода, подключенные к побудителю расхода последовательно через поглотительный прибор и общую камеру разрежени 1 . Недостатками данного устройства вл ютс недостаточна эффективность пробоотбора, а также неопределенность в оценке коэффициенда проскока и боль шие потери на стенках воздуховодов и собирающих емкостей. Наиболее близким по технической сущности к изобретению вл етс криогенно-конденсационное устройство дл отбора проб воздуха с примес ми, содержащее пробоотборник с входными и выходными патрубками и сорбционнофильтрующей насадкой на входе, заполненный жидким азотом и св занный трубопроводом с пробоотборником сосуд Дьюара и систему регулировани уровн жидкого азота в. пробоотборнике , состо щую из контактного датчика уровн , подключенного через свой нормально закрытый контакт к программному реле, соедине.нному с размещенным , в сосуде Дьюара регулируемым электронагревателем , подключенным к источнику питани 2 . Недостатком известного устройства вл етс низка эффективность, обусловленна переменной скоростью пробоотбора , в результате чего на охлаждаемой поверхности образуетс слой кристаллов. Цель изобретени - повышение эффективности пробоотбора за счет обес печени проведени процесса пробоотбора с посто нной скоростью и исключени образовани кристаллов на охла даемой поверхности во врем переходн процессов, а также снижение мощности потребл емой при этом электроэнергии . Указанна цель достигаетс тем, что устройство снабжено теплообменником , электрообогреваемой ампулой с жидким кислородом (воздухом), размещенной в сосуде Дьюара и св занной через теплообменник с входом пробоот борника, дополнительным, контактным датчиком уровн жидкого азота, установленным ниже основного датчика уровн , электромагнитным клапаном, установленным в патрубе выхода газообразного азота и св занным с программным реле через нормально открытый контакт дополнительного датчика уровн , элементом задержки и электромагнитным реле, обмотка которого через нормально закрытый контакт дополнительного датчика уровн соеди нена с программным реле, при этом источник питани подключен к обмотке электромагнитного клапана и к элемен ту задержки через соответствующие группы контактов электромагнитного реле. На чертеже изображена блок-схема криогенно-конденсационного устройства дл отбора проб воздуха с примес ми . Устройство состоит из пробоотборника 1 с входными патрубками: дл воздуха 2, дл кислорода 3 дл ввода ЖИДКОГОазота k и выходными патрубками : газообразного азота 5, и жидкого воздуха 6. На входе пробоотборника 1 установ;рена сорбционнсзфильтрующа насадка 7. В патрубке 5 выхода газообразного азота установле электромагнитный клапан 8, Пробоотборник 1 соединен трубопроводом Э, на котором установлен теплообменник 10, с ампулой 11, размещенной в сосуде Дьюара 12 и заполненной жидким кислородом (воздухом) 13. Ампула 11 обогреваетс спиралью Н, подключенной через ключ 15 к источнику 16 питани . Кроме того устройство состоит из элемента 17 задержки, электромагнитного реле 18 с первой группой 19 и второй группой 20 нормально открытых контактов и группой 21 нормально закрытых контактов, системы 22 регулировани уровн жидкого азота в пробоотборнике 1, состо щей из основного датчика 23 уровн с нормально закрытыми контактами 2, дополнительного датчика 25 уровн с группой нормально открытых контактов 26 и группой нормально закры- тых контактов 27) программного реле 28, подключенного через свой нормально открытый контакт 29 и через реле 30 к электронагревателю 31 жидкого азота в сосуде Дьюара 12. Подача жидкого азота из сосуда Дьюара в пробоотборник 1 осуществл етс по трубопроводу 32. Обмотка 33 электромагнитного клапана 8 св зана с элементом 17 задержки и с источником 16 питани через первую группу нормально открытых контактов 19 и через ключ 15. Устройство работает следующим образом . При замкнутых контактах 27 замыкаютс контакты 29 программного реле 28; и срабатывает реле 30, которое замыкает цепь электронагревател 31 через нормально закрытые контакты 2k основного датчика 23 уровн . Жидкий азот под действием собственных паров по трубопроводу 32 поступает в пробоотборник 1 через патрубок k до тех пор, пока не достигнет основного датчика 23 уровн . Дополнительный датчик 25 уровн расположен несколько ниже основного датчика 23 уров и поэтому срабатывает раньше него при повышении уровн жидкого азота в пробоотборнике 1. До момента срабатывани дополнительного датчика 25 уровн часть газообразного азота, образующегос в пробоотборнике 1 из жидкого азота в основном за счет теплообмена с засасываемым воздухом, пocfyпaюu йм из патрубка 5 через открытый электромагнитный клапан 8, заполн ет пробоотборник 1 газообразным азотом, не конденсирующимс при температуре кипени жидкого азота (-19бС) при нормальном давлении. Тем самым вход патрубка 2 блокируетс некоторым избыточным давлением газообразного азота и атмосферный воздух не поступает в пробоотборник через сорбционно-фильтрующую насадку 7.The invention relates to physics, in particular to the study of the physical and chemical properties of a substance, and more specifically, to the preparation and preparation of samples for testing gas mixtures and aerosols, and can be used in the study of air pollution. A device for sampling air with several parallel-connected aspiration branches is known, comprising a flow booster, a common vacuum chamber, absorption devices, a time counter, and measure the flow rate connected to the flow booster sequentially through an absorption device and a common vacuum chamber 1. The disadvantages of this device are insufficient sampling efficiency, as well as uncertainty in estimating the leakage coefficient and large losses on the walls of the ducts and collecting vessels. The closest in technical essence to the invention is a cryogenic condensation device for sampling air with impurities, containing a sampler with inlet and outlet nozzles and a sorption filter nozzle at the inlet, filled with liquid nitrogen and connected to the sampler by a Dewar vessel and a liquid level control system nitrogen c. the sampler, which consists of a contact level sensor, connected through its normally closed contact to a program relay connected to an adjustable electric heater connected to a power source 2 located in a Dewar vessel. A disadvantage of the known device is the low efficiency due to the variable sampling rate, with the result that a layer of crystals is formed on the cooled surface. The purpose of the invention is to increase the efficiency of sampling due to the need to carry out the sampling process at a constant speed and eliminate the formation of crystals on the cooled surface during transitional processes, as well as to reduce the power consumed by this electric power. This goal is achieved by the fact that the device is equipped with a heat exchanger electrically heated with an ampoule of liquid oxygen (air) placed in a Dewar vessel and connected through a heat exchanger to the sampling inlet of a liquid nitrogen level installed below the main level sensor with a solenoid valve installed in the nitrogen gas outlet and connected to a program relay through the normally open contact of an additional level sensor, a delay element and electromagnetic a relay coil which through normally closed contact additional sensor layer Cpd Nena with program switch, with a power supply connected to the coil of the solenoid valve and to the delay elements through corresponding groups of electromagnetic relay. The drawing shows a block diagram of a cryogenic condensing unit for sampling air with impurities. The device consists of a sampler 1 with inlets: for air 2, for oxygen 3 for introducing liquid K and liquid and outlet pipes: gaseous nitrogen 5, and liquid air 6. At the inlet of the sampler 1 there is a recharge sorption filter 7. In the nozzle 5 of the gaseous nitrogen output the solenoid valve 8 is installed; Sampler 1 is connected by pipe E, on which heat exchanger 10 is installed, with an ampoule 11 placed in a Dewar 12 and filled with liquid oxygen (air) 13. Ampoule 11 is heated by a spiral H, connected via key 15 to power supply 16. In addition, the device consists of a delay element 17, an electromagnetic relay 18 with a first group 19 and a second group 20 normally open contacts and a group 21 normally closed contacts, a system 22 for regulating the level of liquid nitrogen in the sampler 1, consisting of a primary level sensor 23 with normally closed contacts 2, an additional sensor 25 with a group of normally open contacts 26 and a group of normally closed contacts 27) of program relay 28 connected via its normally open contact 29 and through relay 30 to this a liquid nitrogen electric heater 31 in Dewar 12. Liquid nitrogen is supplied from the Dewar vessel to the sampler 1 via pipeline 32. The coil 33 of the solenoid valve 8 is connected to the delay element 17 and to the power source 16 via the first group of normally open contacts 19 and through a key 15. The device operates as follows. When contacts 27 are closed, contacts 29 of program relay 28 are closed; and the relay 30 is activated, which closes the electric heater circuit 31 through the normally closed contacts 2k of the main level sensor 23. Liquid nitrogen under the action of its own vapor through the pipeline 32 enters the sampler 1 through the pipe k until it reaches the main level sensor 23. The additional level sensor 25 is located slightly below the main level sensor 23 and therefore it is activated before it when the level of liquid nitrogen in sampler 1 rises. Until the additional level sensor 25 is triggered, part of the gaseous nitrogen formed from liquid nitrogen in sampler 1 is mainly due to heat exchange with the aspirated gas. with air, a vacuum from the nozzle 5 through the open solenoid valve 8, fills the sampler 1 with nitrogen gas that does not condense at the boiling point of liquid nitrogen (-19 bC ) under normal pressure. Thus, the inlet of the pipe 2 is blocked by some excessive pressure of gaseous nitrogen and atmospheric air does not enter the sampler through the sorption-filtering nozzle 7.

При достижении жидким азотом дополнительного датчика 25 уровн , контакты 26 запирают обмотку электромагнитного реле 18,.которое своими нормально открытыми контактами 19 подключит обмотку 33 электромагнитного клапана 8 к источнику 16 питани При этом клапан 8 перекрывает патрубок 5 выхода газообразного азота на вход патрубка 3 и газообразный азот поступает только в атмосферу.When liquid nitrogen reaches the additional sensor 25, the contacts 26 lock the winding of the electromagnetic relay 18, which by its normally open contacts 19 connects the winding 33 of the solenoid valve 8 to the power source 16. At the same time, the valve 8 blocks the outlet 5 of the nitrogen gas to the inlet of the pipe 3 and the gas nitrogen only enters the atmosphere.

Одновременно через ключ 15 включаетс электронагревательна спираль Жидкий кислород (воздух) в ампуле 11 испар етс и под действием собственных паров по трубопроводу 9 посту-, пает в теплообменник 10, где испар етс за счет энергии окружающей среды и теплоемкости стенок камеры и газообразный кислород (воздух) поступает на вход патрубка 3 пробоотборника 1 в течение заданного времени , определ емого временем разр дки емкости элемента 17 задержки на управл ющий электрод ключа 15 через ;нормально открытые контакты 20 при срабатывании электромагнитного реле 18. Емкость элемента 17 задержки зар жаетс от источника 16 питани через нормально замкнутые контакты 21 электромагнитного реле 18 в его отключенном состо нии. Подаваемые Таким образом на вход патрубка 3 пор ,ции газообразного кислорода (воздуха ) перемешиваютс в пробоотборнике 1 с газообразным азотом, что ведет к прогрессирующей конденсации газовой смеси и, следовательно, к понижению давлени в пробоотборнике 1, за счет чего блокировка входа 2 снймаетс и атмосферный воздух поступает через сорбционно-фильтрующую насадку 7 на вход патрубка 3, начи-, наетс пробоотбор. Сжиженный воздух вместе с примес ми выливаетс через патрубок 6 выхода жидкого воздуха. At the same time, an electric heating coil is switched on via switch 15. Liquid oxygen (air) in ampoule 11 evaporates and, under the effect of its own vapor, enters pipeline 9 into heat exchanger 10, where it evaporates due to environmental energy and heat capacity of the chamber walls and gaseous oxygen (air ) arrives at the inlet of the nozzle 3 of the sampler 1 for a predetermined time determined by the time of discharge of the capacitance of the delay element 17 to the control electrode of the switch 15 through the normally open contacts 20 when the electromechanism triggers a rotary relay 18. The capacitance of the delay element 17 is charged from the power source 16 through the normally closed contacts 21 of the electromagnetic relay 18 in its disconnected state. Thus supplied to the inlet of the nozzle 3 pores, the gaseous oxygen (air) is mixed in the sampler 1 with gaseous nitrogen, which leads to a progressive condensation of the gas mixture and, consequently, to a decrease in pressure in the sampler 1, due to which blocking the inlet 2 is removed and atmospheric air enters through the sorption filter nozzle 7 at the inlet of the nozzle 3, starting with sampling. The liquefied air along with the impurities is discharged through the outlet 6 of the liquid air outlet.

Пробоотбор осуществл етс до тех пор, пока с программного реле 28 не поступает команда на отключение электронагревател 31 и уровень жидкого азота в пробоотборнике 1 падает ниже дополнительного датчика 25 уровн , контакты 26 которого при этом размыкаютс , электромагнитное реле 18 отключаетс , при этом контакты 20 разрывают цепь разр дки емкости элемента 17 задержки, а контакты 21 замыкают цепь зар дки емкости элемента 17 задержки, электромагнитныйThe sampling is carried out until the program relay 28 sends the command to turn off the electric heater 31 and the level of liquid nitrogen in the sampler 1 drops below the additional level sensor 25, whose contacts 26 are open, the electromagnetic relay 18 is turned off, and the contacts 20 open the discharge circuit of the capacitance of the delay element 17, and the contacts 21 close the capacitance charging circuit of the delay element 17, the electromagnetic

клапан 8 открываетс и часть газосйбразного азота блокирует вход патрубка 2.the valve 8 opens and a portion of the gas-free nitrogen blocks the inlet of the nozzle 2.

В случае необходимости, замыкание контактов 29 программного реле 28 может осуществл тьс операторами,что обеспечивает ручное управление пробоотбором при автоматической работе всех систем криогенно-конденсационного пробоотборника.If necessary, the closure of the contacts 29 of the program relay 28 can be carried out by operators, which ensures manual control of the sampling during the automatic operation of all systems of the cryogenic condensation sampler.

Дл обеспечени ждущего режима работы , когда заполненный хладагентом пробоотборник 1 в те-1ение необходимого времени не производит отбор про-, бы, контакты 27 в цепи обмотки электромагнитного реле 18 управл ютс либо программным реле 28 по заданной программе, либо вручную.In order to provide a standby mode, when the sampler 1 filled with refrigerant does not select the required time during the required time, the contacts 27 in the winding circuit of the electromagnetic relay 18 are controlled either by a program relay 28 according to a predetermined program or manually.

Применение изобретени позвол ет исключить возможность образовани кристаллов на охлаждаемой поверхности в межцикловые интервалы времени , избавитьс от дополнительных сорбционно-фильтрующих насадок, через которые принудительным движителем прот гиваетс воздух, необходимый дл разбавлени газообразного.азота, и ликвидировать взрывоопасность, так как подача необходимых порций кислорода на вход пробоотборника, осуществл ема через тонкий трубопровод под действием давлени собственных паров, образующихс при нагревании электроспирали , требует не более 0,5 Вт мощности электротока при отсутствии каких-либо клапанов.The application of the invention makes it possible to eliminate the possibility of the formation of crystals on the cooled surface in interframe intervals, to get rid of the additional sorption filtering nozzles through which the air required for the dilution of the gaseous nitrogen is drawn by the forced propeller, and the necessary amounts of oxygen are supplied to the inlet of the sampler, carried out through a thin pipeline under the action of the pressure of its own vapors formed during the heating of the electric irali, requires no more than 0.5 watts of electric power in the absence of any valves.

Claims

1. USSR author's certificate №, cl. G 01 N 1/22, 197.

2. USSR author's certificate as per W 25189bb1 / 25-2b,

cl. G 01 N 1/22, 1977.