Дозатор газообразных веществ

 

Изобретение относится к технике дозирования газообразных веществ при выделении их из газообразной атмосферы. Дозатор содержит рабочую камеру переменного объема с впускным и выпускным клапанами, систему управления клапанами, канал отвода отработанной атмосферы из полости камеры, расположенный в ее нижней части. Кроме того, в устройство введены промежуточная камера с загрязненной атмосферой, соединенная каналом подвода загрязненной атмосферы через впускной клапан с рабочей камерой. Последняя соединена через выпускной клапан, канал подачи чистой среды и отвода десорбированного газа и двухпозиционный клапан с промежуточной камерой с чистой средой и газоанализатором. Рабочая камера содержит промежуточный накопитель, на котором имеются активная поверхность со слоем адсорбирующего материала и отверстие с обратным клапаном. Промежуточный накопитель может быть выполнен в виде поршня с активной поверхностью на конце поршня либо в виде сильфона с активной поверхностью на его внутренних стенках. Дозатор может быть также снабжен основным накопителем, связанным с каналом подачи чистой среды и отвода десорбированного газа. Введение в устройство специальной адсорбирующей поверхности и отверстия, в котором установлен обратный клапан, обеспечивает повышенную точность дозирования исследуемого газа, выделенного из загрязненной атмосферы. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к устройствам, дозирующим газообразные вещества при выделении их из загрязненной атмосферы.

Потребность в таких устройствах возникает, например, при обработке озоном различных мелкодисперсных материалов (мука, зерно, семена, корма). Качество обработки зависит от концентрации озона. Однако использование загрязненного газа в газоанализаторах, при измерении концентрации, приведет к выходу их из строя. При предварительной фильтрации газа озон распадается. Спектральные методы в загрязненной атмосфере дают большие погрешности.

Известен дозатор для сжиженных газов, содержащий дозирующий цилиндр с плавающим поршнем, входной и выходной каналы с клапанами и пневмоцилиндром с поршнем и штоком, пропущенным в дозирующий цилиндр [Авторское свидетельство СССР 613207, М.Кл. G 01 F 11/04, 1978].

Недостатком устройства является невысокая точность дозирования и необходимость очистки полученных доз.

Известно устройство для дозирования широкого диапазона веществ [Авторское свидетельство СССР 398824, М.Кл. G 01 F 13/00, 1972].

Недостатком устройства является невысокая точность дозирования и необходимость очистки полученных доз.

Также известно устройство, содержащее плавающий поршень, размещенный в корпусе с выходными каналами, которое перекрывается шариками из магнитного материала [Авторское свидетельство СССР 472257, М.Кл. G 01 F 11/00, 1973].

Недостатком устройства является невысокая точность дозирования и необходимость очистки полученных доз.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному является дозатор жидких, пастообразных и газообразных веществ, содержащий корпус с входными и выходными каналами, плавающий поршень и систему управления дозированием. Корпус разделен на три камеры, две крайние из которых сообщены с выходным каналом через среднюю камеру с плавающим поршнем, выполненным с дросселирующим отверстием и кольцевым уплотнением, причем средняя камера имеет подвижное седло и ее диаметр превышает диаметр плавающего поршня [Авторское свидетельство СССР 712671, М.Кл. G 01 F 11/00, 1980].

Недостатком устройства является невысокая точность дозирования и необходимость очистки полученных доз.

Задача изобретения - повышение точности дозирования исследуемого газа, выделенного из загрязненной атмосферы, за счет введения специальной адсорбирующей поверхности и отверстия, в котором установлен обратный клапан.

Поставленная задача достигается тем, что в дозатор газообразных веществ, содержащий рабочую камеру переменного объема с впускным и выпускным клапанами, систему управления клапанами, канал отвода отработанной атмосферы из полости камеры, расположенный в ее нижней части, в отличие от прототипа, в него введены промежуточная камера с загрязненной атмосферой, соединенная каналом подвода исследуемой загрязненной атмосферы через впускной клапан с рабочей камерой, которая соединена через выпускной клапан, канал подачи чистой среды и отвода десорбированного газа и двухпозиционный клапан с промежуточной камерой с чистой средой и газоанализатором, при этом рабочая камера содержит промежуточный накопитель, на котором располагается активная поверхность со слоем адсорбирующего материала и отверстие с установленным в нем обратным клапаном для отвода отработанной атмосферы из рабочей камеры, что необходимо для более чистой десорбции газа.

Поставленная задача достигается также тем, что в дозаторе газообразных веществ, в отличие от прототипа, промежуточный накопитель выполнен в виде поршня, при этом активная поверхность расположена на конце поршня.

Поставленная задача достигается также тем, что в дозаторе газообразных веществ, в отличие от прототипа, промежуточный накопитель выполнен в виде сильфона, при этом активная поверхность расположена на внутренних стенках сильфона.

Поставленная задача достигается также тем, что в дозатор газообразных веществ, в отличие от прототипа, введен основной накопитель, связанный с каналом подачи чистой среды и отвода десорбированного газа и содержащий пропускной клапан, присоединенный к газоанализатору.

Сущность устройства поясняется чертежами. На фиг.1 представлена схема дозатора газообразных веществ с промежуточным накопителем в виде поршня, на фиг. 2 - схема дозатора газообразных веществ с промежуточным накопителем в виде сильфона, на фиг.3 - схема дозатора газообразных веществ с применением основного накопителя.

Дозатор газообразных веществ с промежуточным накопителем в виде поршня содержит промежуточный накопитель, выполненный в виде штока с поршнем 1, который свободно перемещается в цилиндрической рабочей камере переменного объема 2, которая в свою очередь содержит два клапана - впускной 3, установленный в канале подвода исследуемой загрязненной атмосферы 4, и выпускной 5 - в канале подачи чистой среды и отвода десорбированного газа 6. На конце поршня располагается активная поверхность со слоем специального адсорбирующего материала 7, а в отверстии поршня - обратный клапан 8 для отвода отработанной атмосферы из рабочей камеры, что необходимо для более чистой десорбции газа. Устройство также содержит систему управления клапанами, которая управляет двухпозиционным клапаном 9, разделяющим процесс подачи и отвода газа из рабочей камеры, по сигналу с концевого выключателя 10, канал 11 для отвода отработанной атмосферы из полости камеры, расположенный в ее нижней части, промежуточные камеры с загрязненной атмосферой 12 и с чистой средой 13, газоанализатор 14, в который отводится десорбированный газ и который повышает чувствительность измерений.

Дозатор газообразных веществ с промежуточным накопителем в виде сильфона содержит промежуточный накопитель, выполненный в виде сильфона 1, который при разряжении образует цилиндрическую рабочую камеру переменного объема 2, которая в свою очередь содержит два клапана - впускной 3, установленный в канале подвода исследуемой загрязненной атмосферы 4, и выпускной 5 - в канале подачи чистой среды и отвода десорбированного газа 6. На внутренних стенках сильфона размещен слой специального адсорбирующего материала 7, а в отверстии, выполненном в его дне, - обратный клапан 8 для отвода отработанной атмосферы из рабочей камеры, что необходимо для более чистой десорбции газа. Устройство также содержит систему управления клапанами, которая управляет двухпозиционным клапаном 9, разделяющим процесс подачи и отвода газа из рабочей камеры, по сигналу с концевого выключателя 10, канал 11 для отвода отработанной атмосферы из полости камеры, расположенный в ее нижней части, промежуточные камеры с загрязненной атмосферой 12 и с чистой средой 13, газоанализатор 14, в который отводится десорбированный газ и который повышает чувствительность измерений.

Дозатор газообразных веществ с применением основного накопителя содержит промежуточный накопитель, выполненный в виде штока с поршнем 1, который свободно перемещается в цилиндрической рабочей камере переменного объема 2, которая в свою очередь содержит два клапана - впускной 3, установленный в канале подвода исследуемой загрязненной атмосферы 4, и выпускной 5 - в канале подачи чистой среды и отвода десорбированного газа 6. На конце поршня располагается активная поверхность со слоем специального адсорбирующего материала 7, а в отверстии поршня - обратный клапан 8 для отвода отработанной атмосферы из рабочей камеры, что необходимо для более чистой десорбции газа. Устройство также содержит систему управления клапанами, которая управляет двухпозиционным клапаном 9, разделяющим процесс подачи и отвода газа из рабочей камеры, по сигналу с концевого выключателя 10, канал 11 для отвода отработанной атмосферы из полости камеры, расположенный в ее нижней части, промежуточные камеры с загрязненной атмосферой 12 и с чистой средой 13, основной накопитель 14, в который отводится десорбированный газ, с пропускным клапаном 15, который выполняет функции сглаживания перепадов давления (ресивер) и при открытии которого газ подается в газоанализатор 16, который повышает чувствительность измерений.

При использовании промежуточного накопителя в виде поршня устройство работает следующим образом. В начальный момент времени поршень 1 находится в крайнем верхнем положении и начинает свое движение вниз, создавая за собой разряжение, что приводит к открыванию впускного клапана 3. Выпускной клапан 5 и обратный клапан 8 закрыты. Продолжая свое движение вниз при открытом впускном клапане, поршень засасывает по входному каналу 4 исследуемую газовую смесь из загрязненной атмосферы, в которой находится интересующий нас газ (например, озон) с парциальным давлением р. Попадая в пространство рабочей камеры 2, интересующий нас газ (например, озон) начинает адсорбироваться из загрязненного воздуха на специальную поверхность 7 (для озона ею может служить синтетическое волокно на основе активированного угля).

Зависимость количества адсорбированного вещества g_n на поверхность поршня S_n от парциального давления р газа в загрязненной газовой смеси выражается как где g₀ и b - постоянные.

Далее поршень начинает свое движение вверх, закрывает впускной клапан 3, что приводит к увеличению давления атмосферы в рабочей камере. Это приводит к открыванию обратного клапана 8 в поршне цилиндра. При достижении поршнем крайнего верхнего положения весь объем отработанного газа переходит в пространство цилиндра, находящееся под поршнем. По сигналу с концевого выключателя 10 двухпозиционный клапан 9 перекидывается в положение б, при дальнейшем опускании поршня открывается клапан 5 и засасывается чистая среда, причем газ, находящийся под поршнем, под давлением через канал 11 выбрасывается наружу. При этом обратный клапан 8 закрыт. Парциальное давление дозируемого газа при этом резко падает и в пространстве цилиндра начинается процесс десорбции. Далее двухпозиционный клапан 9 перекидывается в положение а. При очередном движении вверх поршень выталкивает чистую среду с десорбированным в нее газом в газоанализатор 14. При этом клапан 8 закрыт за счет того, что диаметр канала 6 больше диаметра отверстия в поршне.

Концентрация газа, поступившего в газоанализатор, определяется следующим соотношением: где V_ГА - объем газоанализатора.

В случае большой загрязненности исследуемой атмосферы возможно проведение разовых замеров. После них внутренние полости устройства и адсорбент следует промыть.

При использовании промежуточного накопителя в виде сильфона устройство работает следующим образом. В начальный момент времени сильфон 1 находится в сжатом состоянии и начинает свое движение вниз, создавая за собой разряжение, что приводит к открыванию впускного клапана 3. Выпускной клапан 5 и обратный клапан 8 закрыты. Продолжая свое движение вниз при открытом впускном клапане, сильфон засасывает по входному каналу 4 исследуемую газовую смесь из загрязненной атмосферы, в которой находится интересующий нас газ (например, озон) с парциальным давлением р. Попадая в пространство рабочей камеры 2, интересующий нас газ (например, озон) начинает адсорбироваться из загрязненного воздуха на специальную поверхность 7 (для озона ею может служить синтетическое волокно на основе активированного угля).

Зависимость количества адсорбированного вещества g_c на поверхность сильфона S_c от парциального давления р газа в загрязненной газовой смеси выражается как где g₀ и b - постоянные.

Далее сильфон, начиная свое движение вверх, закрывает впускной клапан 3, что ведет к увеличению давления атмосферы в рабочей камере. Это приводит к открыванию обратного клапана 8 в дне сильфона. При достижении сильфоном первоначального положения весь объем отработанного газа под давлением через канал 11 выбрасывается наружу. По сигналу с концевого выключателя 10 двухпозиционный клапан 9 перекидывается в положение б, и при дальнейшем опускании сильфона открывается клапан 5 и засасывается чистая среда. При этом обратный клапан 8 закрыт. Парциальное давление дозируемого газа при этом резко падает и в пространстве цилиндра начинается процесс десорбции. Далее двухпозиционный клапан 9 перекидывается в положение а. При очередном движении вверх сильфон выталкивает чистую среду с десорбированным в нее газом в газоанализатор 14. При этом клапан 8 закрыт за счет того, что диаметр канала 6 больше диаметра отверстия в поршне. Так как адсорбирующая поверхность у сильфона больше, чем у поршня - S_c>S_n - количество десорбированного газа также увеличивается.

Концентрация газа, поступившего в газоанализатор, определяется следующим соотношением: где V_ГА - объем газоанализатора.

В случае большой загрязненности исследуемой атмосферы возможно проведение разовых замеров. После них внутренние полости устройства и адсорбент следует промыть.

При использовании в дозаторе газообразных веществ основного накопителя устройство работает следующим образом. В начальный момент времени поршень 1 находится в крайнем верхнем положении и начинает свое движение вниз, создавая за собой разряжение, что приводит к открыванию впускного клапана 3. Выпускной клапан 5 и обратный клапан 8 закрыты. Продолжая свое движение вниз при открытом впускном клапане, поршень засасывает по входному каналу 4 исследуемую газовую смесь из загрязненной атмосферы, в которой находится интересующий нас газ (например, озон) с парциальным давлением р. Попадая в пространство рабочей камеры 2, интересующий нас газ (например, озон) начинает адсорбироваться из загрязненного воздуха на специальную поверхность 7 (для озона ею может служить синтетическое волокно на основе активированного угля).

Зависимость количества адсорбированного вещества g_n на поверхность поршня S_n от парциального давления р газа в загрязненной газовой смеси выражается как
где g₀ и b - постоянные.

Далее поршень начинает свое движение вверх, закрывает впускной клапан 3, что приводит к увеличению давления атмосферы в рабочей камере. Это приводит к открыванию обратного клапана 8 в поршне цилиндра. При достижении поршнем крайнего верхнего положения весь объем отработанного газа переходит в пространство цилиндра, находящееся под поршнем. По сигналу с концевого выключателя 10 двухпозиционный клапан 9 перекидывается в положение б, и при дальнейшем опускании поршня открывается клапан 5 и засасывается чистая среда, причем газ, находящийся под поршнем, под давлением через канал 11 выбрасывается наружу. При этом обратный клапан 8 закрыт. Парциальное давление дозируемого газа при этом резко падает и в пространстве цилиндра начинается процесс десорбции. Далее двухпозиционный клапан 9 перекидывается в положение а. При очередном движении вверх поршень выталкивает чистую среду с десорбированным в нее газом в основной накопитель 14. При этом клапан 8 закрыт за счет того, что диаметр канала 6 больше диаметра отверстия в поршне. Для увеличения концентрации газа в основном накопителе установлен пропускной клапан 15. При достижении необходимой концентрации, после выполнения поршнем нескольких циклов, клапан 15 открывается, и газ подается в газоанализатор. В отличие от предыдущего варианта чувствительность измерений повышается не за счет увеличения адсорбирующей поверхности, а за счет увеличения циклов работы.

Концентрация газа, поступившего в газоанализатор, определяется следующим соотношением:

где к - число циклов работы поршня;
V_ГА - объем газоанализатора.

В случае большой загрязненности исследуемой атмосферы возможно проведение разовых замеров. После них внутренние полости устройства и адсорбент следует промыть.

Итак, предлагаемое устройство позволяет дозировать необходимый газ при разделении или выделении его из загрязненной атмосферы без потери массы газа на разложение.

Формула изобретения

1. Дозатор газообразных веществ, содержащий рабочую камеру переменного объема с впускным и выпускным клапанами, систему управления клапанами, канал отвода отработанной атмосферы из полости камеры, расположенный в ее нижней части, отличающийся тем, что в него введены промежуточная камера с загрязненной атмосферой, соединенная каналом подвода исследуемой загрязненной атмосферы через впускной клапан с рабочей камерой, которая соединена через выпускной клапан, канал подачи чистой среды и отвода десорбированного газа и двухпозиционный клапан с промежуточной камерой с чистой средой и газоанализатором, при этом рабочая камера содержит промежуточный накопитель, на котором имеются активная поверхность со слоем адсорбирующего материала и отверстие с установленным в нем обратным клапаном.

2. Дозатор по п.1, отличающийся тем, что промежуточный накопитель выполнен в виде поршня, при этом активная поверхность расположена на конце поршня.

3. Дозатор по п.1, отличающийся тем, что промежуточный накопитель выполнен в виде сильфона, при этом активная поверхность расположена на внутренних стенках сильфона.

4. Дозатор по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что в него введен основной накопитель, связанный с каналом подачи чистой среды и отвода десорбированного газа и содержащий пропускной клапан, присоединенный к газоанализатору.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3