PL231741B1 - Układ osuszania i oczyszczania powietrza będącego gazem nośnym w sygnalizatorach skażeń typu DMS/FAIMS - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ osuszania i oczyszczania powietrza będącego gazem nośnym w sygnalizatorach skażeń.

W przypadku detekcji substancji typu H, takich jak iperyt siarkowy, iperyt azotowy czy luizyt, szczególnie istotnym jest zachowanie bardzo niskiego stężenia pary wodnej w powietrzu. Wilgotność względna dla 30°C powinna być poniżej 1%, by można było poprawnie wykrywać te substancje. Obecność bowiem pary wodnej prowadzi do zmniejszenia czułości na badaną substancję, a nawet, do zaniku możliwości detekcyjnych przy wysokich stężeniach.

Aparatura pomiarowa, oparta o klasyczne liniowe spektrometry ruchliwości jonów, IMS, zawiera układy z dwoma obiegami powietrza tzw. zewnętrznym i wewnętrznym. Oba obiegi łączą się ze sobą w wymienniku poprzez membranę separującą.

Przepływy w obiegach są tak dobrane, by stężenie badanej próbki za membraną było wysokie i na ogół wynosiło od 0,2 do 1 l/min.

Taki sposób konstrukcji obiegów powietrza ma na celu eliminację pary wodnej po stronie detektora. Filtr zawiera sita molekularne, które pochłaniają parę wodną z powietrza, natomiast w wymienniku zastosowana jest membrana, która przepuszcza do obiegu wewnętrznego substancje, poddane badaniu (które chcemy wykrywać) i także izoluje parę wodną. Transport badanej substancji przez membranę odbywa się poprzez dyfuzję, zatem ilość medium, które może się przedostać na drugą stronę (do obiegu wewnętrznego) jest ograniczona i zależy od własności fizykochemicznych membrany. Stężenie badanej substancji po stronie obiegu wewnętrznego zależy od:

- stężenia substancji po stronie wlotu (obieg zewnętrzny);

- wielkości przepływu w obiegu wewnętrznym;

- własności fizykochemicznych membrany.

W przypadku niskich przepływów można założyć, że stężenie badanej substancji po stronie obiegu wewnętrzneg o, przed IMS-em, jest praktycznie takie samo jak w obiegu zewnętrznym - na wlocie.

Zwiększanie wartości przepływu w obiegu wewnętrznym prowadzi do rozcieńczania badanej próbki - bo badana substancja osadza się w filtrze obiegu wewnętrznego.

Prowadzi to do znacznego obniżenia progu detekcji zarówno substancji typu H jak i G (fosforoorganiczne substancje trujące).

Dla układów, gdzie przepływ przez detektor powinien wynosić ponad 1,5 l/min, rozwiązanie to nie spełnia warunków szybkości wymiany gazowej, a zatem taki rodzaj instalacji gazowej jest nieskuteczny. Tak duży przepływ spowodowałby znaczne rozcieńczenie próbki, ponieważ transport przez membranę jest ograniczony. Prowadziłoby to do dużego spadku czułości takiego analizatora. W przypadku przepływów ponad 1,5 l/min stosowane są urządzenia, których detektorem jest DMS/FAIMS. Znane rozwiązanie firmy Owlstone ma układ bez membranowy z mieszaniem obiegów. W miejsce membrany stosowany jest trójnik, a zamiast filtru stosowane są sita molekularne, które mają zadanie pochłanianie pary wodnej, bez pochłaniania badanej substancji.

Niestety rozwiązanie to w przypadku wysokiej wilgotności powietrza (powyżej 50% dla 20°C) nie jest skuteczne, ponieważ wilgotność względna w obiegu wewnętrznym przekracza dopuszczalne granice, przy których można wykrywać np. iperyt siarkowy.

Stopień rozcieńczania na ogół jest od kilku do kilkudziesięciu.

Ponieważ sita pochłaniają tylko parę wodną, wobec tego stężenie badanej substancji przed detektorem FAIMS jest praktycznie takie samo jak na wlocie, zaś stężenie pary wodnej jest istotnie niższe niż na wlocie - lecz niejednokrotnie wyższe niż konieczne do wykrywania iperytu siarkowego na niskim poziomie - ponadto takie rozwiązanie powoduje, że koniecznym jest częste wymienianie sit.

Celem wynalazku było opracowanie układu osuszania powietrza, pozbawionego opisanych wad.

Układ osuszania i oczyszczania powietrza, będącego gazem nośnym w sygnalizatorach skażeń typu DMS/FAIMS, według wynalazku, zawierający obieg zewnętrzny oraz obieg wewnętrzny, pomiędzy którymi usytuowany jest wymiennik z membraną separującą, zaś wylot obiegu wewnętrznego jest połączony z wlotem gazu do komory pomiarowej, charakteryzuje się tym, że wylot gazu z komory jest równolegle połączony z wlotem gazu do komory i z wylotem gazu z układu, przy czym pomiędzy wylotem z komory i wlotem do komory usytuowany jest filtr z sitami molekularnymi, zaś pomiędzy wylotem obiegu wewnętrznego i wlotem do komory znajduje się zwężka.

PL 231 741 B1

W korzystnym wykonaniu układu wylot gazu z komory jest połączony z wylotem gazu z układu za pośrednictwem wymiennika z membraną separującą.

W innym korzystnym wykonaniu układu na wylocie z komory usytuowane są równolegle dwie pompy, gdzie pompa zewnętrzna znajduje się na drodze do wylotu gazu z układu, zaś pompa wewnętrzna znajduje się na drodze do wlotu gazu do komory.

Korzystnie jest także, gdy wlot gazu jest połączony z wlotem wymiennika za pośrednictwem filtra przeciwpyłowego, zespołu czujników NH3, wilgoci i temperatury oraz zaworu.

Korzystnie jest również, gdy wylot wymiennika jest połączony z wylotem gazu z układu za pośrednictwem pompy oraz filtra węglowego.

Rozwiązanie powyższe stanowi układ dwustopniowego osuszania gazu, zawiera dwa obiegi wewnętrzne - jeden z sitami molekularnymi - tylko w obiegu komory FAIMS/DMS, a drugi z membraną.

Układ z membraną istotnie obniża wilgotność powietrza branego do analizy natomiast praktycznie nie zaniża stężenia substancji badanej - przy odpowiednim doborze materiału z którego wykonana jest membrana i przy zachowaniu małych przepływów powietrza. Rozwiązanie oprócz membrany ma układ rozcieńczania. Stężenie badanej substancji w wewnętrznym układzie rozcieńczania jest identyczne jak za membraną, a dzięki niewielkiemu przepływowi stężenie za membraną jest praktycznie takie samo jak na wlocie do urządzenia.

Zatem dzięki takiemu - podwójnemu obiegowi wewnętrznemu - mamy:

• Stężenie badanej substancji przed detektorem typu FAIMS/DMS praktycznie takie samo jak na wlocie (tylko procesy membranowe nieco ograniczają to stężenie);

• Stężenie pary wodnej przed detektorem jest bardzo niskie na poziomie kilkudziesięciu ppm. co umożliwia wykrywanie różnych substancji na bardzo dobrym poziomie (dla bardzo niskich stężeń na wlocie do urządzenia).

Wynalazek został przedstawiony w przykładzie wykonania na schematycznym rysunku.

Wlot gazu 1 jest połączony poprzez filtr przeciwpyłowy 2, zespół czujników NH3, wilgoci i temperatury 3 i zawór 4 z wlotem wymiennika 5, zawierającego membranę 6. Przestrzeń za membraną połączona jest poprzez zwężkę 7 z wlotem komory detektora 8, posiadającej jonizator Ni63_9 oraz zespół czujników TGSO2, wilgotności i temperatury 10. Wylot komory połączony jest w układzie zwrotnym z jej wlotem za pośrednictwem pompki wewnętrznej 11, zapewniającej przepływ na poziomie 3,5 l/min., oraz filtra z sitami molekularnymi 12. Równolegle wylot komory jest połączony z wymiennikiem 6 za pośrednictwem pompki zewnętrznej 13, zapewniającej przepływ rzędu 0,05-0,2 l/min., oraz filtr węglowy II 14. Wylot wymiennika 6 jest połączony z wylotem gazu z układu 15 poprzez pompkę 16, zapewniającą przepływ na poziomie 1 l/min. oraz filtr węglowy I 17. W całym układzie można wyodrębnić dwa bloki, czerpnię powietrza 18 i przyrząd rozpoznania skażeń 19.

Zastrzeżenia patentowe

Claims (5)

1. Układ osuszania i oczyszczania powietrza będącego gazem nośnym w sygnalizatorach skażeń typu DMS/FAIMS, zawierający obieg zewnętrzny oraz obieg wewnętrzny, pomiędzy którymi usytuowany jest wymiennik z membraną separującą, zaś wylot obiegu wewnętrznego jest połączony z wlotem gazu do komory pomiarowej, znamienny tym, że wylot gazu z komory (8) jest równolegle połączony z wlotem gazu do komory i z wylotem gazu z układu, przy czym pomiędzy wylotem z komory i wlotem do komory usytuowany jest filtr z sitami molekularnymi (12), zaś pomiędzy wylotem obiegu wewnętrznego i wlotem do komory znajduje się zwężka (7).

2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że wylot gazu z komory (8) jest połączony z wylotem gazu z układu (15) za pośrednictwem wymiennika (5) z membraną separującą (6).

3. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że na wylocie z komory (8) usytuowane są równolegle dwie pompy, gdzie pompa zewnętrzna (13) znajduje się na drodze do wylotu gazu z układu (15), zaś pompa wewnętrzna (11) znajduje się na drodze do wlotu gazu do komory (8).

4. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że wlot gazu (1) jest połączony z wlotem wymiennika (5) za pośrednictwem filtra przeciwpyłowego (2), zespołu czujników NH3, wilgoci i temperatury (3) i zaworu (4).

5. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że wylot wymiennika (5) jest połączony z wylotem gazu z układu (15) za pośrednictwem pompy (16) oraz filtra węglowego (17).