TW388790B - An automatic sampling method and facility for the heterogeneous materials - Google Patents

Description

五、發明說明（1) 本發明係有關非均勻固體物料之取樣方法與裝 I 一種可從密閉桶裝非均質固體物料中依序自動取樣尤 法及其所用之裝置。 保之方 申請人一核研所早期從磷酸提鈾工廠提鍊多 ^鍵（簡稱AIIT)，存於Pvc塑膠桶，考慮其長久貯^'的= 膠桶漸老化有可能破裂，而造成環境污染。因此得： 式烘乾換桶，作乾燥處理（在低於155 〇c加熱3〇小時）。 乾後之AUT含大小不同之塊狀固體與粉體，且鈾含量也’、 二，。物理形狀與化學組成具非均勻性。烘乾後之Αυτ經 簡單捣碎程序，分別貯存於容量為55加侖之鐵桶内每 淨重皆為數百公斤。 依據我國與國際原子能總署（簡稱ΙΑΕΑ)協定，對持有 之核物料，需建立可靠鈾物料帳目。對眾多桶Αϋτ之確實 含轴量’得取樣分析’定出轴含量。但因其具非均勻性， 極難取得具代表性之樣品。除非花費大筆經費/人力建立 研磨均勻化及相關防塵設備處理之。因而造成申請人與 IAEA所取樣品’分析結果，具相當之差異值，無法獲得共 識與認同。因此’必須在最小投資原則下，研究一套雙方 皆可接受的方法與設備，解決本問題》 基於此需要’申請人乃自行研發適用於Αυτ，進而可 擴及適用於其他一般粉體/粒狀農工非均勻固體物料之取 樣方法及裝置。 因此’本發明之目的在提供一種非均勻固艘物料之取 樣方法’係將密封桶裝含粉粒結塊體之非均勻固體物料自

五、發明說明（2) 桶上依預定分佈之多個取樣點及深度直接 所取得之樣品混合研磨均勻化處理 或可接受性樣品，以供^測ί理後’即可取得具代表性 事置本有提供一種非均勻固體物料之取樣 衮置’係由 具有排風機及逸裹虚捶讯1 容設於密閉煙櫃内而可自外部自動$之密閉煙櫃，及 機所構成，而螺旋取樣作之螺旋取樣 統，能依所定不同位置及縱深自動，，木自動控制系 基座之密封物料桶上讀取樣：自動從載置於螺旋取樣機之 ( 本發明之另一目的在坦板__ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^在美供一種手握移動式螺旋取樣器 適於依前述取樣方法以手動操作作多點取樣。 本發明之再一目的在描松—^ 方也、兔^ 在知供種非均勻固趙物料之取樣 境安全與工業物料之取樣而符合輕射防護及環 方沐ΐϊ:之又一目的在提供一種非均勻固體物料之取樣 得思可在開放空間對非放射性物料之取樣，而取 侍符合統計學上認可之代表性樣品。

本發明之其他目的；5胜 , A 明hI 特可由以下配合圖面之本發 月實施例之詳細說明而獲得彰顯。 首，請參照第-圖所示本發明非均勻固體物料之取樣 '之h程圏’圖中A表示非均句固艘物料此物料事先 襄入例如55加会桶笨拍心絮> +

Jf · 桶等並加蓋之密封容器内，此方便搬運處 ，驟時，將此桶裝物料A入閉煙 將此物料桶安置於設置在煙櫃内之取樣機基座上予以^

以完成C之步驟；繼之’進行D之步称，將物料桶之 開，，裝配合取樣機取樣之專用桶蓋；錢， ，取樣管並：整取樣深度之後，關閉煙櫃如步驟E所示;： 次’利用取樣機藉自動或手動操作，依序自定位 =料桶經由專_蓋1取樣品，並㈣取樣 桶在：同位置取樣多個如步称F所示；將所取得之樣品： 入混合裝置内加以均勻混合並經研磨裝置加以研磨均勻;匕 如G步驟所示之後，即可取得具代表性之樣品h。 上述流程係對具放射性物料如ΑϋΤ等物料之取樣過程„ 而加以說明，因必須符合輻防操作法規及環保、工安法規 要求而在密封煙櫃内進行，唯該料如為非放射性物料，即 不必在密閉煙櫃内進行取樣操作，亦即可在任何室内或開 放空間進行上述取樣，因此可將物料4跳過步驟8直接進行 C至G之步驟而取得樣品Η。此時步錄£中的關閉煙榧動作即 不再有。 為實施上述取樣方法，本發明特別設計相關之設備， 尤其是螺旋取樣機組，將於下文中詳述。 第二圖表示螺旋取樣機組之側視圖；第三圖表示螺旋 取樣機組之俯視圖》第四圖為其局部切除之正視圖。螺旋 取樣機組10係由機座（基座）〗，豎立於機座丨後部上面之支 柱2，設於支柱2上端之懸臂組3，設於支柱2上端用來驅動 支枉内所設習知螺旋驅動機構（未圖示）以使懸臂組3沿支 柱上下移動之懸臂媒動馬達Ml，設於懸臂組3上之分割器4 用來驅動此分割器依一定角度旋轉換位之馬達M2，設於懸

第6頁 五、發明說明（4) 臂組3前方之螺旋取樣器5及用來驅動此取樣器5之馬達M3 所構成》 機座1係採用由鋼板及槽鋼等構成之方型或圓型等之 板狀結構體，用來承載裝有被取樣物料之鐵桶6 ,鐵桶6與 機座1之間最好介置有棧板8以便堆高機搬運。支柱2之近' 下部位置設有開口向前之V字型定位臂2 1，用來保持鐵桶6-定位’支枉2之上半段連接具有縱向（軸向）導槽22之上柱 23 ’懸臂組3係由基套31，第一懸臂32及第二懸臂33構 成，此懸臂組3藉嵌套於上柱部23上端部而具有嵌合子喪 入上柱内之螺旋驅動機構（未圖示）之基套31可循導槽22上< 下移動地呈懸臂狀支持於支柱2上。 分割器4係用來驅動支持螺旋取樣器5之前臂（即第二 懸臂）3 3能對一垂直中心軸線χ-χ做一定角度之間歇性旋 轉。此分割器4可採用習知之由星形間歇齒輪與凸輪組成 之間歇運動分割機構；最好使用可隨意調節任何等分割角 度之分割器以配合需要控制鑽取器5之取樣點數及其水平 位置。在本實施例中’因採取五等分取樣為例，故舉使用 星形間歇齒輪機構之五等分固定式分割器之特例來加以說 明之。第五圖即表示五等分分割器之底視圖，此分割器4 設於第一懸臂32之下面並包括：以轴41旋轉之旋轉臂42， 設在此旋轉臂42 —端之滾輪43，設在旋轉臂42另一端且與 旋轉臂同軸固定之凸輪44及可由旋轉臂42經由滾輪43及凸 輪44驅動而產生間歇性定角轉動之星形間歇齒輪杜所構 成。由於本實施例為五等分割器，所以星形齒輪45上形成

第7頁 五'發明說明（5) 有五道供滾輪滑行之導槽46及五個供凸輪44嵌合轉動之弧 形凹部47 ’同時，此齒輪45係以轴48為中心旋轉。 第六圖為螺旋取樣器5之詳細構造圖，取樣器5係由藉 耳葬轴器51聯結於變速馬達M3之輸出轴81之螺旋轴52，一上 部形成可容納鑽取樣料之斗狀部53且下部形成包圍螺旋軸 52之螺旋段54的圓筒部55之外殼56，及一連設在外殼56之 上面包圍聯柄器51及螺旋軸52上端部且頂面用來安置馬達 M3之頂部圓筒57所構成。外殼56之頂面設有排氣口 58，側 面則設有排料口 59。又，螺旋轴52最好設為兩段可拆卸 式，方便更換螺旋段54。 又’第一圈中以假想線表示者為密閉煙櫃7，為對放 射性物料或有污染環境之慮之物料取樣時採密閉室操作之 際使用。該密閉煙櫃7下方正面具有可開閉以供物料桶6進 出之門扉71，頂面設有一通風口 72及排風機73，以便將於 塵等污染氣體排出。自通風口 72排出之氣體經排氣導管^ 導至絕對過濾器7 5加以過濾淨化之後排出去。如取樣之 料並非放射性或污染物料，即無需設此密閉煙櫃7。此 密閉煙櫃7設有照明視窗設備及套手箱設備（均未圖示），’ 以便自煙櫃7外部操作。 第七圖表示手提移動式螺旋取樣器之一實施例之 剖開側視圖。S前述實施例中，螺旋取樣機組1Q係採用: ，座1支枉2、懸臂3、分割器4及螺旋取樣器5等組成 疋式螺旋取樣機組，而可達成自動鑽取取樣之目的， 在本實施例中，則係藉手提及手動操作達成取樣，^而

五、發明說明（6) 此取樣器5A實質上相當於前述取樣器5，為設計成方便手 提及操作。螺旋取樣器5A係由：具有握把h及手開關s之馬 達M3、設有手把hi之聯轴器51，螺旋轴52及具有出料口 59 之護套（即外殼）56所構成。使用時，操作者直接用雙手握 持機器操作。 以下就使用上述螺旋取樣設備對桶裝物料之取樣過程 之一操作例詳細說明如下： 首先舉對放射性物料AUT為例之自動取樣過程說明 之。第一步驟為啟開密閉煙櫃7之門71與逸氣（排氣）處理 系統；然後將桶裝（一般為55加侖桶）物料6以堆高機等搬 運裝置送入煙櫃7内，並定位於取樣機10之機座1上；接著 打開桶蓋， 取樣操作專 整取樣深度 動或手動操 料’此樣品 内之樣品物 依五等分分 所取得的多 混合’再經 即可取得最 含量，在本 〔實驗例] 更換成 用桶蓋 ，並關 作，依 物料在 料自排 割器而 瓶樣品 適當之 具代表 實施例 上面設有預定數鑽頭導引筒或導引孔之 之後’定位取樣器5之取樣管位置及調 閉煙櫃7，啟開排氣系統；繼之，以自 序在桶上所設定採樣點鑽取樣品Αυτ物 取樣管退出桶之後，以逆向旋轉而將管 料口 59卸於取樣瓶内；以本裂置而言， 可自每桶物料上取樣5瓶。將從同一桶 藉適當之手動或電動混合裝置加以均勻 手動或電動研磨裝置研磨均勻化之後， 性之樣品，裝瓶即可供分析測定其成分 中則特別指鈾含量。 ^ 本發明之取樣程序與裝置應用於申請人即核研所 之

第9頁 五、發明說明（7) AUT核物料取樣及鈾含量測定，自每桶所鑽取之每瓶樣品 重量介於0. 33〜0. 23公斤，操作係以箱上手套進行，避免 輻射粉體之污染或外逸，由五瓶樣品混合研磨均勻化後所 得之代表性試樣，經分析測定，其平均鈾含量值為 X-48.62C重量％)(標準誤差511 = 1.87)。而與一般隨意取樣 方法所得試樣比對，其平均含董值為χ = 55 38 (重量％)(標. 準誤差5n = 3.35)，兩者相差6.76(重量％)(約139%偏差）， 相去甚遠。若以本方法統—分析數據當可解決〖AEA與核研 所之遇知差異’而現在已獲一致結果並肯定本取樣方法合 符統計上取樣精度。 前述例子係對放射性物料之取樣例加以說明，如取樣 物料為非放射性’自無需在密閉煙櫃内進行取樣作業。 又’如使用第七圖所示手提螺旋取樣器5A取樣時，則利用 手操作啟動取樣器並依多從桶蓋上多個取樣點鑽取樣品， 其後混合及研磨均勻化以獲得代表性試樣之步驟同上例。 上述自動螺旋取樣機可配合一般可程式控制器（PLC) 以控制及記憶多點取樣順序、定取樣點及開關啟閉動作； 又鑽取深度可由預設之極限開關設定取樣器升降行程而控 制之；取樣器馬達M3宜採用可逆式無段變速單向交流馬 達，以適應取樣物料之特性選擇適合的轉速，並逆轉控制 以行卸料；取樣器馬達輸出轴最好設有扭力限制器，以控 制取樣進行之際阻力（扭力）過大或卡住時，使傳動軸打滑 而保護馬達及鑽機；再者，物料桶之定位可藉觸控型極限 開關連結警示器以作警報與定位控制；分割器除採用定角

五、發明說明（8) 定數分割器之外’最好採用可隨意調節變化角度與 之分割器以擴大彈性運用，且可連接自動控制系統而$ 自動化。以上均為可配合應用之習知之技術故不另 述。 貫 此外’上述桶裝物料不限於55加侖桶，任何大小， 狀之容器均可用來容裝該物料，專用蓋則可配合容器之形 狀而改變。上述物料除放射性物料之外，顯然可包含結 性一般農工非均勻固狀粉粒體物料之有效取樣。如= 料之容器小，取樣點之數目可減至單點，但必須從多個容 器取樣並依前述方法混合研磨使之均勻化之後， , 表性樣品。 ~ 本發明方法及裝置因具有如上述之構成，而具下列優 ，點 . (1) f密閉煙櫃内透過套手箱式運作，具自動控制設計及 操作’防止粉塵污染物外洩減少操作人員接受輻射劑 量，確保合乎放射性物料處理法規及ALARA(AS Uw As

Reasonably Achievable)精神。 (2) 對於桶裝非均勻核物料固體，具自動定點、縱深定位 與點數選擇之功能，能有效採取所需之具代表性樣 品。 (3) 取樣之螺旋取樣管前進鑽取、後退卸料，操作阻力最 小，加上物料之含於螺旋套管内，將粉塵產生機會降 至最低。 (4) 取樣量有效控制使具一致性。

五、發明說明（9) 只要具密閉煙櫃與逸氣處理系 (5)設備精緻，機動性大 & ’即可按置使用。 (6) =結塊性之非均勾固體粒狀粉趙，皆可使用本 備，作取樣事宜。 (7) 對非放射性無公害物料之取樣可在開放室内進 取得代表性樣品。 ^ 以上之說明係僅就本發明較佳實施例加以敘述並 意味任何限制’顯然、熟姐 1於本技術人士在無違本發明精戸 及原理之下，尚可做種種均等性之修飾、變更與置換， 此種種均應視為涵蓋在本案下文所載申請專利範圍 此附帶聲明。 〔圖式簡單說明〕 第一圖為本發明取樣方法之流程圖； 第二圖為本發明螺旋取樣裝置一實施例之侧視圖； 第三圖為第二圖所示取樣裝置之俯視圖； 第四圖為第二圖所示取樣裝置之局部切除後之正視 圖； 第五圖為本發明取樣裝置所用分割器一實施例之底視 圖； 第六圖為本發明取樣裝置所用取樣器一實施例之構造 圖； 第七圖為本發明之手提螺旋取樣器〜實施例之構造 圖。 〔符號說明〕

發明說明 (10) 10 螺旋取樣機組（裝置） 1 機座 2 支柱 3 懸臂組 4 分割器 5, 5A 螺旋取樣器 6 桶裝物料 7 密閉煙櫃

Ml,M2,M3 馬達

第13頁

Claims (1)

1. 含、下列步驟： 容器、h )安置於螺旋 六、申請專利範圍 1. 一種非均勻固體物料之取樣方法，包 (1)將裝有非均勻固體物料之物料桶（ 取樣機之機座上預定位置； (3) (2)卸下桶（容器）蓋，換置適於取樣操作 自專用、蓋上預先分佈設定之至少兩個=專用蓋； 旋取樣器依預苳之取樣深度鑽取桶内，點，藉螺 於至少兩個取樣瓶内； 料分別卸裝 同一容器内加 化而取得具代 (4)將上述至少兩個取樣瓶内之樣品倒出 以均勻混合後，將此混合物研磨均勾 表性最終樣品。 2·依申請專利範圍第1項之取樣方法，該非 之取樣過程係在具排氣及絕對過濾裝置I勻固體物料 閉煙櫃内實施者。 夂逸氣系統之密 3. 依申請專利範圍Η項之取樣方法’該非均句固體物料 之取樣過程係在室内之開放空間實施者。 4. 依申請專利範圍第1項之取樣方法，其中該非均勻固艎 物料為具結塊性粉料狀非均句放射性固趙物料。 5. 依申請專利範圍第1項或第4項之取樣方法，其中該非 均勻固體物料為具結塊性粉料狀一般非放射性農工均勻 固體物料。 _ 6· ~種非均勻固體物料之取樣裝置，係由： 一機座’供安置盛裝有欲取樣之非均勻固體物料之物料 桶（容器）及承載取樣機組； 一支桎’豎設於械座後部而上段具有懸臂昇降導引裝

   第14頁 六、申請專利範圍 置，下段具有物料桶定位臂； 一水平懸臂組’包含前臂及後臂，並可藉設在支柱頂端 之馬達驅動而循上段支柱之導引裝置昇降移動； 一分割器，設於懸臂組之前、後臂之間，且藉設在後臂 上之馬達驅動而可使剛臂以垂直轴為中心依所定等分 圓心角行間歇性轉位；及 Θ 一螺旋取樣器，設在前臂之前端呈垂直向下延伸，而藉 固定在前臂上之馬達驅動可行鑽取物料桶内之物料及 逆轉卸料所構成。 7.依申請專利範圍第6項之取樣裝置，其中該螺旋取樣器 係由一可逆式變速馬達，一藉.聯轴器與該馬達之輸出軸 連結傳動之螺旋軸，一上部形成擴徑之容料段且下部形 成圍住螺旋軸之圓筒形護套段之取樣器外殼，及一設在

   '' ' ........ ^，τ ι跖之至艰間歇齒輪與凸稱攝 成之定角定點式分割器。

   意自單點至多點調節轉動角度之分割器。 其中該分割器係為 分割器。

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