用於測量製冷劑的銷毀率的方法
2023-09-24 02:03:40 1
專利名稱：用於測量製冷劑的銷毀率的方法
技術領域：
本發明涉及一種用於計算製冷劑的銷毀率的方法。更特別地，本發明涉及通過利用標準製冷劑氣體建立校準線，並測量銷毀廢製冷劑之後排出的廢氣中殘存的製冷劑的量，來計算製冷劑的銷毀率的方法。
背景技術：
當前，在收集、回收和處置期間產生的廢製冷劑被釋放到大氣中而不經過任何適當的處理，並且大多數廢製冷劑典型地含有含氯氟烴(CFC)、臭氧消耗物質和含氫氟烴
(HFC)，其是全球變暖物質。在某些國家(諸如韓國)，還沒有能夠適當地處理並銷毀車輛、家用電器、工業用具等中使用的廢製冷劑的設施。而且，還沒有提供能夠測量廢製冷劑銷毀之後廢氣中殘存的未銷毀的製冷劑的量的方法和裝置，並且因此不能被報告製冷劑的銷毀率。作為實例，依據規定臭氧消耗物質的蒙特婁議定書，CFC的銷毀率被限定為99. 99%或更高。此外，在日本，在煙囪設施的情況下，銷毀率是99%或更高，並且廢氣中的CFC的量是Ippm或更低，而在其它設施的情況下，銷毀率為99. 9%或更高，並且廢氣中的CFC的量為15ppm或更低。此外，在韓國，「關於電動和電子設備和車輛的資源循環的法令(Act on the Resource Circulation of Electrical and Electronic Equipment andVehicles) 」已經在2008年生效，並且關於對廢製冷劑的處理的銷毀率的標準已經得到建立。因此，需要用於測量銷毀之後廢氣中殘存的處於亞ppm水平的製冷劑的量的監測方法和裝置。本背景技術部分中公開的上述信息只是為了增強對本發明的背景的理解，並且因此可能包含不構成對本領域普通技術人員而言已知的現有技術的信息。
發明內容
本發明提供了通過利用標準製冷劑氣體樣本建立校準線，從建立的校準線測量殘存在廢氣中的製冷劑的量以計算未銷毀的製冷劑的量，並使用計算的值確定製冷劑的分解水平，來計算製冷劑的銷毀率的方法。在一個方面中，本發明提供了用於計算製冷劑的銷毀率(destruction rate)的方法，該方法包括利用具有已知濃度的標準製冷劑氣體樣本來建立校準線；對在分解廢製冷劑之後最終排出的廢氣進行取樣；測量取樣的廢氣中殘存的製冷劑的濃度；以及使用廢氣中殘存的製冷劑的濃度、排出的廢氣的量、和已知的製冷劑的密度，來計算未銷毀的製冷劑的量。在優選實施例中，取樣的廢氣被饋送到處於_2°C的第一冷卻室以減少水含量，被饋送到處於_15°C的第二冷卻室以進一步減少水含量，在室溫下被排出，然後通過脫水器以去除非常少量的剩餘水。
在另一優選實施例中，通過取製冷劑的濃度作為縱軸並取製冷劑的峰面積作為橫軸，來建立校準線。在又一優選實施例中，在測量廢氣中殘存的製冷劑的濃度的過程中，通過使用氣相色譜儀/質譜儀(GC/MS)測量廢氣中殘存的製冷劑的峰面積，來從校準線計算廢氣中殘存的製冷劑的濃度。本發明的其它方面和優選實施例在下文中討論。
現在將參考通過附圖示出的本發明的某些示例性實施例來詳細描述本發明的上述及其它特徵，其中附圖將在下文中僅通過例證的方式給出，並且因此並非對本發明進行限制，其中圖I是示出製冷劑處理設施的配置的圖；圖2是示出根據本發明的說明性實施例的用於測量製冷劑的銷毀率的系統的配置的圖；圖3是示出根據本發明的說明性實施例建立的校準線的圖；圖4是示出根據本發明的說明性實施例的對銷毀廢製冷劑之後排出的廢氣進行取樣的處理的示意圖；圖5是示出在本發明中使用的多孔層開口管(PLOT)柱狀體的圖；圖6是示出根據本發明的說明性實施例的在銷毀HFC_134a製冷劑之後的廢氣中未銷毀的製冷劑的濃度的分析結果的圖；並且圖7是示出根據本發明的說明性實施例建立的HFC_134a製冷劑的校準線的圖；附圖中陳列的附圖標記包括對下面進一步討論的以下元件的引用I :製冷劑罐；2 :燃燒爐；3 :製冷劑注射裝置；4 :後處理設備；5:煙囪；6 :用於計算製冷劑銷毀率的裝置；10 :標準氣體取樣裝置；12 :標準氣體罐；20 :廢氣取樣裝置；21 :廢氣旁路管線；22 :泵；24 :第一冷卻器；25 :第二冷卻器；26 :脫水器；28 :濾塵器；30 :用於分析未銷毀的製冷劑的量的裝置；32 :質量流量控制器(MFC)；
34 :氣相色譜儀(GC)；36 :質譜儀(MS);和50 :多孔層開口管(PLOT)柱狀體。應該理解的是，附圖不一定要依比例，而是呈現出說明本發明的基本原理的各種優選特徵的稍微簡化的表示。本文中公開的本 發明的特定設計特徵，包括例如特定尺寸、方向、位置和形狀，將部分地由期望的特定應用和使用環境來確定。在附圖中，附圖標記在附圖的幾幅圖中始終指代本發明的相同或等效部分。
具體實施例方式現在將在下文中詳細參考本發明的各種實施例，其實例在附圖中示出並在下面描述。雖然將結合示例性實施例來描述本發明，但應理解的是，本說明並非旨在將本發明限於那些示例性實施例。相反，本發明旨在不僅涵蓋這些示例性實施例，而且涵蓋可包括在所附權利要求所限定的本發明的精神和範圍內的各種替代形式、改型、等效形式和其它實施例。此外，應該理解的是，本文中使用的術語「車輛」或「車輛的」或其它類似術語包括一般的機動車輛(諸如包括運動型多功能車(SUV)、公共汽車、卡車、各種商用車輛在內的客車)、包括各種艇和船在內的水運工具、飛行器等，並且包括混合動力車、電動車、插電式混合電動車、氫動力車以及其它代用燃料車(例如從除石油以外的資源中取得的燃料)。如本文中所述，混合動力車是具有兩個或更多個動力源的車輛，例如既有汽油動力又有電動力的車輛。本發明提供了通過測量銷毀廢製冷劑之後排出的廢氣中的製冷劑的濃度以計算未銷毀的製冷劑的量來計算製冷劑的銷毀率，並確定待分析的製冷劑的銷毀率的方法。如圖I所示，(來自罐I的)廢製冷劑通過製冷劑注射裝置3被注射到燃燒爐2中，從而在燃燒爐中在850°C下分解兩秒或更久，受到後處理設備4的處理從而去除有害氣體，並最終通過煙 5排出。為了確定製冷劑的分解水平，有必要測量製冷劑的銷毀率，並且相關的公式如下-製冷劑的銷毀率=[1-(未銷毀的製冷劑的量)/(注射的製冷劑的量)*100]-未銷毀的製冷劑的量=廢氣中的製冷劑的濃度*廢氣的量*製冷劑的密度注射的製冷劑的量可由冷卻劑注射裝置中的流量計或測壓元件測量。在典型的燃燒爐的情況下，實時地測量廢氣的量，並且製冷劑的密度可在文獻中被發現為在本領域是公知的。因此，為了計算未銷毀的製冷劑的量，有必要測量廢氣中的製冷劑的濃度。本發明的目的在於，通過使用氣相色譜分析/質譜儀(GC/MS)，將標準製冷劑氣體與廢氣中殘存的處於亞PPm水平的製冷劑進行比較，基於峰面積來測量製冷劑的銷毀率(通常由裝置「6」測量)。如圖2所示，根據本發明的用於測量製冷劑的銷毀率的系統(例如，圖I的裝置6)通常包括標準氣體取樣裝置10、廢氣取樣裝置20、和用於分析未銷毀的製冷劑的量的裝置30。首先，標準氣體取樣裝置10包括標準氣體罐12，例證性地，至少四種類型的具有已知濃度的氣體被注射到標準氣體罐12中，以建立校準線。圖3是示意性地示出根據本發明的建立校準線的處理和建立的校準線的示例圖。校準線按照以下方式建立。例證性地用四至五個濃度(C1-C4)製備待分析的製冷劑的標準氣體，並且將預定的量的各標準氣體引入GC/MS (34/36)中以進行分析。引入的標準製冷劑氣體樣本中製冷劑的濃度(或絕對量)在縱軸上繪出，並且其峰面積(高度，分別為A1-A4)在橫軸上繪出，由此建立校準線。換言之，在使用GC/MS進行分析之後，通過取各標準氣體的濃度作縱軸並取峰面 積作橫軸來繪製圖，並且將繪製的圖用作待分析的製冷劑的校準線。在如圖3所示建立校準線之後，在相同的條件下引入與標準氣體相同的量的(待分析的製冷劑的)目標樣本，以便使用校準線從目標樣本的(橫軸上的)峰面積估算待分析的製冷劑的(縱軸上的)濃度。S卩，把與標準氣體相同的量的待分析的製冷劑引入到GC/MS中以測量峰面積，並且把測量的峰面積代入校準線中，從而確定待分析的製冷劑的濃度。其次，為了測量廢氣中製冷劑的量，廢氣取樣裝置20用於在注射到燃燒爐2中的廢製冷劑被分解並受到後處理設備4的處理從而去除有害氣體之後，對通過煙 5最終排出的廢氣進行取樣。如圖4所示，從燃燒爐產生的預定的量的廢氣通過彎管(B卩，廢氣旁路管線21)被取樣並且被供應到廢氣取樣裝置20。參考圖2和4，廢氣取樣裝置20通過泵22取樣來自煙囪中的旁路管線的廢氣，並經由第一冷卻器24、第二冷卻器25、藉以去除水和灰塵的脫水器26和濾塵器28將取樣的廢氣供應到用於分析未銷毀的製冷劑的量的裝置30。典型地，從燃燒爐排出的廢氣具有5%到20%的水含量和100°C或更高的溫度，並且因此需要去除了水的處於室溫的氣體來在GC/MS中進行分析。從燃燒爐排出的廢氣被饋送到維持在_2°C的冷卻室(即，第一冷卻器24)中以便使水冷凝，並且被排出，由此可以將水含量減小到亞百分比水平(sub-percent level)。首先被去除了水的廢氣然後被饋送到維持在高達_15°C的冷卻室(即，第二冷卻器25)中，以進一步減小水含量，並且在室溫下被排出，由此可將水含量減小到亞ppm水平。所得到的被進一步去除了水的廢氣然後通過脫水器26 (例如，使用二氧化矽、氧化鋁等的化學阱(chemical trap))，以去除非常少量的剩餘水分，並且脫水器26充當可藉以識別水的去除和過濾器持久性的標誌。這裡，考慮到製冷劑的沸點通常是-20 0C到-30 0C (例如，HFC-134a的沸點是_26°C，並且CFC-12的沸點是_30°C )並且鑑於可冷凝氣體從氣相變化到液相的特性，第二冷卻器25的溫度被設定到_15°C。第三，用於分析未銷毀的製冷劑的量的裝置30包括質量流量控制器(MFC) 32、氣相色譜儀(GC) 34和質譜儀(MS) 36。MFC 32控制標準氣體和廢氣的流量處於恆定流量下，並將所得到的氣體注射到裝置30中，其中受控的流量從O到500ccm變化，並且受控的壓力從O到3kgf/cm2變化。GC 34通過使用柱狀體在不同時間點從氣體混合物中分離出特定氣體而允許進行定性分析。如圖5所示，多孔層開口管(PLOT)柱狀體50被用於幫助氣體分離。MS 36是利用電場或磁場使加速的離子偏轉的特性來精確地測量質量的裝置，並且利用選擇性離子監測(SIM)模式測量廢氣中製冷劑的濃度。接下來，將詳細描述根據用於測量製冷劑的銷毀率的方法來計算廢製冷劑的銷毀率的處理，但本發明不限於此。廢物處理氣化熔爐被用作燃燒爐，其中HFC_134a的流量是3kg/hr，並且廢氣的流量是 30，OOOmVhr0表I和圖6示出HFC_134a標準氣體的濃度的結果、主要用在車輛和冰箱中的製冷劑的結果、以及在銷毀廢製冷劑之後的廢氣中未銷毀的製冷劑的濃度的結果。表I
通過 GC/MS 分析 類別濃度μ
得到的峰面積
HFC-134a 標準氣體1,000 ppb81,419HFC-134a 標準氣體IOOppb8,096 HFC-134a 標準氣體 IOppb 969 HFC-134a 標準氣體 I ppb 140
製冷劑銷毀後的廢氣0.6 ppb47
如表I所示，分別製備lppb、lOppb、IOOppb和1，OOOppb的濃度的HFC_134a標準氣體，並且把預定的量的各標準氣體引入GC 34和MS 36以進行分析，並且如圖7所示建立校準線。這裡，把弓丨入的標準氣體中的待分析的HFC_134a的濃度(或絕對量)繪製在縱軸上，並且把通過GC/MS分析獲得的峰面積繪製在橫軸上。在建立校準之後，從通過在相同條件下分析銷毀製冷劑後的廢氣而獲得的峰面積47計算出HFC-134a的濃度為O. 6ppb。然後，通過以下公式計算製冷劑的銷毀率。結果，製冷劑的銷毀率是99. 997% (這顯著地滿足蒙特婁議定書和日本法規)。未銷毀的製冷劑的量=廢氣中的製冷劑的濃度*廢氣的量*製冷劑的密度= O. 6ppb*30, 000m3/hr*4. 25kg/m3= O. 0000765kg/hr製冷劑的銷毀率=[1-(未銷毀的製冷劑的量)/(注射的製冷劑的量)*100]= [I-(O. 0000765kg/hr)/ (3kg/hr)*100= 99. 997%如此，根據本發明，可通過定量分析來計算廢製冷劑的銷毀率。如上所述，根據本發明的用於測量製冷劑的銷毀率的方法可提供以下效果I.可以遵守蒙特婁議定書和關於製冷劑銷毀率的將來的法規；2.本發明的方法可以應用於廢物焚燒設施(諸如家庭廢品和工業廢品)以及製冷劑銷毀的專用處理設施；3.利用對製冷劑銷毀率的量化，可以通過控制製冷劑銷毀操作條件(諸如燃燒爐中的溫度、保留時間、蒸汽(vapor)等)來確定最佳操作條件；和4.可以通過實時地監測製冷劑的銷毀率來實現溫室氣體的減少。已經參考本發明的優選實施例對本發明進行了詳細描述。然而，本領域技術人員 應該理解的是，可以在這些實施例中做出變更而不脫離本發明的原理和精神，其中本發明的範圍在所附權利要求及其等價形式中限定。
權利要求
1.一種用於計算製冷劑的銷毀率的方法，所述方法包括 利用具有已知濃度的標準製冷劑氣體樣本來建立校準線； 取樣一定量的在分解廢製冷劑之後最終排出的廢氣； 測量取樣的廢氣中殘存的製冷劑的濃度；和 使用廢氣中殘存的製冷劑的所述濃度、排出的廢氣的量和已知的製冷劑的密度，計算未銷毀的製冷劑的量。
2.如權利要求I所述的方法，其中取樣所述廢氣包括 將所述廢氣饋送到處於_2°C的第一冷卻室中以減少水含量； 將所述廢氣饋送到處於_15°C的第二冷卻室中以進一步減少水含量； 在室溫下排出所述廢氣；以及然後 使所述廢氣通過脫水器以去除非常少量的剩餘水。
3.如權利要求I所述的方法，其中通過取製冷劑的濃度作為縱軸並取製冷劑的峰面積作為橫軸，來建立校準線。
4.如權利要求I所述的方法，其中，在測量廢氣中殘存的製冷劑的所述濃度的過程中，通過使用氣相色譜儀/質譜儀(GC/MS)測量所述廢氣中殘存的製冷劑的峰面積，來從所述校準線計算所述廢氣中殘存的製冷劑的所述濃度。
5.如權利要求I所述的方法，其中所述製冷劑是含氫氟烴(HFC)。
6.如權利要求5所述的方法，其中所述製冷劑是HFC-134a。
7.一種用於計算製冷劑的銷毀率的系統，所述系統包括 標準氣體取樣裝置，被配置成取樣多種具有已知濃度的標準製冷劑氣體樣本； 廢氣取樣裝置，被配置成取樣一定量的在分解廢製冷劑之後最終排出的廢氣；和被配置成a)利用具有已知濃度的所述標準製冷劑氣體樣本建立校準線；b)測量取樣的廢氣中殘存的製冷劑的濃度；和c)使用廢氣中殘存的製冷劑的所述濃度、排出的廢氣的量和已知的製冷劑的密度來計算未銷毀的製冷劑的量的裝置。
8.如權利要求7所述的系統，其中所述廢氣取樣裝置包括 所述廢氣被饋送到的第一冷卻室，所述第一冷卻室處於_2°C以減少水含量； 所述廢氣被饋送到的第二冷卻室，所述第二冷卻室處於_15°C以進一步減少水含量；和 脫水器，被配置成在室溫下接收從所述第二冷卻室排出的所述廢氣，然後從所述廢氣中去除非常少量的剩餘水。
9.如權利要求7所述的系統，其中所述裝置被配置成通過取製冷劑的濃度作為縱軸並取製冷劑的峰面積作為橫軸來建立所述校準線。
10.如權利要求7所述的系統，其中所述裝置被配置成通過使用氣相色譜儀/質譜儀(GC/MS)測量所述廢氣中殘存的製冷劑的峰面積，根據所述校準線進行計算，來測量所述廢氣中殘存的製冷劑的濃度。
11.如權利要求7所述的系統，其中所述製冷劑是含氫氟烴(HFC)。
12.如權利要求11所述的方法，其中所述製冷劑是HFC-134a。
13.一種用於計算製冷劑的銷毀率的系統，所述系統包括 利用具有已知濃度的標準製冷劑氣體樣本建立校準線的裝置；取樣一定量的在分解廢製冷劑之後最終排出的廢氣的裝置； 測量取樣的廢氣中殘存的製冷劑的濃度的裝置；和 使用廢氣中殘存的製冷劑的所述濃度、排出的廢氣的量和已知的製冷劑的密度，計算未銷毀的製冷劑的量的裝置。
全文摘要
本發明提供了一種用於測量製冷劑的銷毀率的方法，該方法包括利用具有已知濃度的標準製冷劑氣體樣本來建立校準線；取樣一定量的在分解廢製冷劑之後最終排出的廢氣；測量取樣的廢氣中殘存的製冷劑的濃度；和使用廢氣中殘存的製冷劑的濃度、排出的廢氣的量和已知的製冷劑的密度，計算未銷毀的製冷劑的量。
文檔編號G01N30/00GK102735741SQ20111020154
公開日2012年10月17日 申請日期2011年7月12日 優先權日2011年3月29日
發明者李晙榮, 趙鍾來, 鄭大星, 金漢錫 申請人:現代自動車株式會社