СИСТЕМА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ Российский патент 1997 года по МПК G01W1/02 

Изобретение относится к экологическим информационным системам, а именно к системам автоматического контроля физико-химического, радиационного состояния атмосферного воздуха.

Особенно актуально применение подобных систем в районах нефтегазовых месторождений, металлургических, химических производств, атомных производств и т.п.

Создание эффективных автоматических средств контроля, работающих в сложных климатических условиях без участия человека при резком перепаде температур, влажности, давлений, является сложной проблемой, решение которой является предметом интереса во всем мире.

Такие системы, созданные с той или иной степенью автоматизации, используются, например, в США (Чикаго, Лос-Анжелес, Нью-Йорк), Японии (префектура Гума, г. Нагоя), Великобритании (станции фирмы "Тельстор"), Польше (Горносилезский промышленный округ) и т.д.

Например, автоматизированная система контроля г. Питтсбург, графство Аллегени, США (Щербань А.Н. Примак А.В. Копейкин В.И. Автоматизированные системы контроля загрязненности воздуха, Техника г. Киев, 1979 с. 54) содержит корпус, измерительную аппаратуру, устройства обработки и передачи информации, устройство управления.

Подобная схема используется на автоматической системе контроля загрязнения воздушного бассейна г. Санкт-Петербурга (Щербань А.Н. Примак А.В. Копейкин В.И. Автоматизированные системы контроля загрязненности воздуха, Техника. г. Киев, 1979 с. 150).

Наиболее близкой по исполнению и достигаемому эффекту является система экологического контроля окружающей среды АНКОМ-АМ ("Проблемы экологии Москвы. Сеть наземных измерений" Под ред. Е.И. Пупырева, М. 1992, Московское отделение гидрометеоиздата, с. 144 146), выбранная в качестве прототипа.

Известная система содержит корпус, опорную раму, метеокомплекс, измерительную аппаратуру загрязненности воздуха, пробозаборники воздуха, блоки диагностики, управления и передачи информации, кондиционер и нагреватель, датчики температуры нагретого и холодного воздуха.

Общие недостатки аналогов и прототипа заключаются в том, что они не обеспечивают стабильности характеристик измерительной аппаратуры в течение длительного времени эксплуатации в экстремальных условиях эксплуатации, например в удаленных районах при низких и высоких температурах, высокой относительной влажности без возможности оперативного доступа человека к измерительной аппаратуре.

Задачей изобретения является обеспечение стабильности характеристик измерительной аппаратуры в широком диапазоне изменения внешних воздействий (температуры, влажности, давления) в течение длительного времени эксплуатации при полной автономности работы системы экологического контроля (без участия человека).

На данную систему накладываются упомянутые требования в связи с тем, что используемая измерительная аппаратура по существу является сверхчувствительной газоаналитической аппаратурой, т.к. необходимо проводить измерения загрязненности воздуха на уровне 0,1 0,5 среднесуточной ПДК (предельно-допустимой концентрации), что является не простой задачей и для лабораторных условий по многим загрязнителям воздуха, не говоря уже о полевых условиях.

Поставленная задача решается тем, что в системе экологического контроля окружающей среды, содержащей корпус с днищем, блоки диагностики и управления, датчики температуры нагретого и холодного воздуха, измерительную аппаратуру, корпус выполнен герметичным в виде цилиндрической обечайки с полусферической крышкой и снабжен опорной юбкой, под которой установлен наружный вентилятор, на оси симметрии корпуса установлен внутренний воздуховод с внутренним вентилятором, введена термоэлектрическая батарея, верхняя поверхность теплообменника которой сообщена с внутренним воздуховодом и через распределитель воздушного потока с объемом измерительной аппаратуры, нижняя поверхность теплообменника термоэлектрической батареи сообщена с наружным воздуховодом, который также сообщен с пробозаборниками воздуха, а в корпусе установлены осушители воздуха.

Предложенное изобретение представлено на фиг. 1 и 2, где 1 корпус, 2 - цилиндрическая бечайка, 3 полусферическая обечайка, 4 днище, 5 опорная юбка, 6 наружный воздуховод, 7 отверстия наружного воздуховода, 8 - пробозаборники, 9 наружный вентилятор, 10 внутренний вентилятор, 11 - внутренний воздуховод, 12 термоэлектрическая батарея (ТЭБ), 13 верхняя поверхность теплообменника ТЭБ, 14 нижняя поверхность теплообменника ТЭБ, 15 распределитель воздушного потока, 16 измерительная аппаратура, 17 блок диагностики, 18 блок управления, 19 выносная штанга, 20 метеокомплекс, 21 теплоизоляция, 22 датчики температуры нагретого воздуха, 23 датчики температуры холодного воздуха, 24 осушители воздуха.

Предлагаемая система состоит из корпуса 1 с цилиндрической обечайкой 2, полусферической крышкой 3 и днищем 4. Под днищем 4 установлена опорная юбка, под которой размещен наружный вентилятор 9. На оси симметрии корпуса расположен внутренний воздуховод 11 с внутренним вентилятором 10. Верхняя поверхность теплообменника 13 термоэлектрической батареи 12 сообщена с внутренним воздуховодом 11 и через распределитель воздушного потока 15 с объемом с измерительной аппаратуры 16, блоками диагностики 17 и управления 18.

Нижняя поверхность теплообменника 14 термоэлектрической батареи 12 сообщена с наружным воздуховодом 6 через отверстия 7. Наружный воздуховод 6 сообщен пробозаборниками 8 воздуха окружающей среды с измерительной аппаратурой 16.

Метокомплекс 20 установлен на выносной штанге 19, закрепленной на корпусе системы.

Внутренние поверхности корпуса 1 и днища 4 накрыты теплоизоляцией 21.

Внутренние поверхности корпуса 1 и днища 4 накрыты теплоизоляцией 21.

Датчики температуры нагретого и холодного воздуха установлены соответственно в зоне измерительной аппаратуры 16 и распределителя потока 15. Внутри корпуса 1 в зоне измерительной аппаратуры 16 установлены осушители воздуха 24.

Система экологического контроля параметров окружающей среды работает следующим образом.

При превышении температуры в зоне измерительной аппаратуры допустимого значения по сигналу датчика температуры нагретого воздуха 22 включаются внутренний вентилятор 10, наружный вентилятор 9 и термоэлектрическая батарея в режим охлаждения. Нагретый воздух от аппаратуры из-под полусферической крышки 3 по внутреннему воздуховоду 11 поступает на верхнюю поверхность теплообменника ТЭБ, где он охлаждается и через распределитель потока 15, выполненный, например, в виде мембраны с отверстиями, направляется на обдув аппаратуры. Атмосферный воздух по наружному воздуховоду 6 направляется на обдув горячей нижней поверхности 14 теплообменника ТЭБ 12, где он нагревается и выбрасывается в атмосферу.

При падении температуры в объеме, где установлена аппаратура, до допустимого значения внутренний вентилятор 10, наружный вентилятор 9 и ТЭБ 12 отключаются.

При падении температуры в зоне измерительной аппаратуры 16 ниже допустимой по сигналу датчика температуры холодного воздуха 23 вновь включаются внутренний вентилятор 10 и ТЭБ 12 в режим нагрева.

При этом с верхней поверхности 13 теплообменника ТЭБ 12 горячий воздух через отверстия распределителя потока 15 направляется для подогрева аппаратуры.

Герметичный корпус с цилиндрической обечайкой, полусферической крышкой и герметичной термоэлектрической батареей обеспечивает отсутствие во внутреннем объеме пыли и влаги из окружающей среды, что с введением во внутренний объем осушителями воздуха гарантирует отсутствие выпадения конденсата в течение всего времени эксплуатации.

Это позволит обеспечить необходимую стабильность работы измерительной аппаратуры и длительный ресурс ее работы без участия человека.

Наличие внутреннего вентилятора, установленного по вертикальной оси системы, полусферической крышки и распределителя воздушного потока обеспечивает отсутствие застойных зон и равномерное поле температур во внутреннем объеме. Это исключает локальные перегревы измерительной аппаратуры и связанные с этим дополнительные погрешности и нестабильность работы аппаратуры с возможным преждевременным выходом ее из строя.

Наружный воздуховод с внешним вентилятором обеспечивают охлаждение нижней поверхности термоэлектрической батареи и с помощью термоэлектрической батареи отвод избыточного тепла из внутреннего объема конструкции для создания требуемых условий работы измерительной аппаратуры.

Опорная юбка является несущим элементом конструкции и одновременно обеспечивает непопадание в наружный воздуховод посторонних предметов из окружающей среды, что также обеспечивает стабильность параметров измерительной аппаратуры.

Предлагаемая система контроля может быть реализована промышленным путем из производимых промышленностью комплектующих, таких как стандартные датчики температуры, измерительная аппаратура, вентиляторы, термоэлектрические батареи, воздуховоды, блоки управления и диагностики, метеокомплекс, осушители воздуха.

Корпус может быть выполнен из алюминиевых сплавов, цилиндрическая обечайка- из листового алюминия, полусферическая крышка методом штамповки, соединены клепано-сварными соединениями. Опорная юбка закатанный алюминиевый лист, укрепленный набором стрингеров по образующей поверхности, соединены в верхнем и нижнем поясах со шпангоутами алюминиевого стандартного профиля. В качестве теплоизоляции может быть использован, например, пенопласт ППУ-4.

Использование: в системах автоматического контроля радиационного и физико-химического состояния атмосферного воздуха, в частности в экологических информационных системах в районах нефтегазовых месторождений, металлургических и химических производств, санитарных и жилых зон. Сущность изобретения: система экологического контроля окружающей среды содержит корпус с днищем, размещенные в корпусе блоки диагностики и управления, датчики температуры нагретого и холодного воздуха, измерительную аппаратуру для измерения загрязненности воздуха с пробозаборником воздуха и средство для кондиционирования воздуха. Система снабжена осушителями воздуха, установленными в корпусе, который выполнен герметичным из цилиндрической обечайки, полусферической крышки и закрепленной на днище опорной юбки. Средство для кондиционирования воздуха включает в себя термоэлектрическую батарею с верхней поверхностью теплообменника, являющейся одной из поверхностей внутреннего воздуховода, установленного на оси симметрии корпуса вместе с внутренним вентилятором. Нижняя поверхность теплообменника является одной из поверхностей наружного воздуховода с наружным вентилятором. Внутренний воздуховод через распределитель воздушного потока сообщен с объемом измерительной аппаратуры, а наружный воздуховод - с пробозаборником воздуха. Система обеспечивает стабильность характеристик измерительной аппаратуры в широком диапазоне внешних температур и влажности в течение длительного времени эксплуатации без участия человека. 2 ил.

Система экологического контроля окружающей среды, содержащая корпус с днищем, размещенные в корпусе блоки диагностики и управления, датчики температуры нагретого и холодного воздуха, измерительную аппаратуру для измерения загрязненности воздуха, измерительную аппаратуру для измерения загрязненности воздуха с пробозаборником воздуха, а также средство для кондиционирования воздуха, отличающаяся тем, что она снабжена осушителями воздуха, установленными в корпусе, который выполнен герметичным из цилиндрической обечайки, полусферической крышки и закрепленной на днище опорной юбки, средство для кондиционирования воздуха включает в себя термоэлектрическую батарею с верхней поверхностью теплообменника, являющейся одной из поверхностей внутреннего воздуховода, установленного на оси симметрии корпуса вместе с внутренним вентилятором, и с нижней поверхностью теплообменника, являющейся одной из поверхностей наружного воздуховода с наружным вентилятором, при этом внутренний воздуховод через распределитель воздушного потока сообщен с объемом измерительной аппаратуры, а наружный воздуховод с пробозаборником воздуха.