ПРОБООТБОРНАЯ СИСТЕМА СТАНЦИИ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ Российский патент 2003 года по МПК G01W1/02 

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

Создание эффективных автоматических средств контроля, работающих в сложных климатических условиях без участия человека при резком перепаде температур, влажности, давлений, представляет собой сложную проблему, 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 фермы "Тельстор"), Польше (Горносилезский промышленный округ) и т. д.

Известна пробоотборная система (линия транспортирования воздушного потока) станции экологического контроля окружающей среды (см. , например, "Проблемы экологии Москвы. Сеть наземных измерений", под ред. Е.И.Пупырева, Московское отделение Гидрометеоиздата, 1992, с.144-146, 148,149), содержащая пробозаборники воздуха, нагреватель, датчики температуры нагретого и холодного воздуха и распределитель воздушного потока по измерительным и контрольным приборам системы. В пробоотборной системе станции экологического контроля установлены малоэффективные нагреватели, имеющие неравномерное распределение тепла по контактирующей с воздухом поверхности, а также большую инерционность нагрева и охлаждения.

Недостатками известных пробоотборных систем станций экологического контроля являются низкая эффективность работы нагревателя из-за малоэффективного нагрева.

Известна также пробоотборная система станции экологического контроля (см., например, патент РФ 2078357, МПК G 01 W 1/02, 1997г.), выбранная в качестве прототипа и содержащая пробозаборник воздуха с первым пылевым фильтром, входящим, как правило, в состав любого пробозаборника, используемого в аналогичных системах, электронагреватель воздушной пробы и распределитель воздушного потока, подключенный к насосу (вентилятору). В данном устройстве пробозаборники воздуха окружающей среды сообщены с наружным воздухопроводом и измерительной аппаратурой. Нагрев атмосферного воздуха (воздушной пробы), подводимого к измерительным и контрольным приборам системы, осуществляют посредством термоэлектрических батарей, имеющих малоэффективный нагрев и большую инерционность нагрева. Кроме того, воздушная проба недостаточно защищена от попадания в нее посторонних предметов из окружающей среды, что ухудшает качество и стабильность параметров измерительной аппаратуры.

Недостатком известной пробоотборной системы станции экологического контроля является невысокое качество подготовки воздушной пробы из-за низкой эффективности нагрева электронагревателя и недостаточной чистоты воздушной пробы.

Задачей настоящего изобретения является создание пробоотборной системы станции экологического контроля с повышенным качеством подготовки воздушной пробы за счет увеличения эффективности нагрева электронагревателя и улучшения чистоты воздушной пробы.

Поставленная задача решается тем, что в пробоотборной системе станции экологического контроля, содержащей пробозаборник воздуха с первым пылевым фильтром, электронагреватель воздушной пробы и распределитель воздушного потока, подключенный к насосу, в отличие от известной электронагреватель выполнен в виде обмотки, закрепленной на корпусе и соединенной с источником тока, причем на наружной стороне корпуса выполнена многозаходная спиральная канавка, в которой размещены обмотки, прямой и обратный конец каждой обмотки в спиральной канавке смещены относительно друг друга на половину шага, при этом электронагреватель снабжен наполнителем, размещенным в спиральной канавке, и включен в воздухопровод на выходе из аллонжа со вторым пылевым фильтром, который дополнительно введен в состав проотборной системы подготовки воздушной пробы.

Техническое решение в части выполнения на наружной стороне корпуса электронагревателя многозаходной спиральной канавки, в которой размещены обмотки и наполнитель, смещение прямого и обратного концов каждой обмотки относительно друг друга на половину шага и включение нагревателя в воздухопровод на выходе из аллонжа с пылевым фильтром, который дополнительно введен в состав проотборной системы подготовки воздушной пробы, а также конструктивная взаимная связь всех составных элементов проотборной системы обеспечивает повышение эффективности нагрева за счет равномерного распределения температурного поля по всей теплообменной поверхности и повышает качество подготовки воздушной пробы, что подтверждено испытаниями опытных образцов, изготовленных с использованием предлагаемого технического решения.

Выполнение в электронагревателе многозаходной спиральной канавки и заполнение спиральной канавки наполнителем, обеспечивающим тепловой контакт между обмоткой и корпусом, позволяют равномерно распределить температурное поле по всей теплообменной поверхности при исключении осаждения микрочастиц на нее за счет прохождения воздушного потока через аллонж, повысить эффективность нагрева и, тем самым, выполнить поставленную задачу.

Использование предлагаемой пробоотборной системы станции экологического контроля, например, в устройствах автоматического контроля радиационного и физико-химического состояния атмосферного воздуха для экологических информационных систем, устанавливаемых в районах нефтегазовых месторождений, металлургических, химических, атомных производств, санитарных и жилых зон, позволит дать значительный экономический эффект за счет качества подготовки воздушной пробы, забираемой из окружающей среды, в связи с повышением эффективности нагрева.

Сущность изобретения поясняется фигурами 1, 2:
на фиг. 1 приведена схема пробоотборной системы станции экологического контроля,
на фиг.2 изображен выносной элемент А.

Предлагаемая пробоотборная система станции экологического контроля состоит из следующих основных узлов и деталей: пробозаборник воздуха 1 с первым пылевым фильтром 2, входящим, как правило, в состав любого пробозаборника, используемого в аналогичных системах, электронагреватель 3 воздушной пробы и распределитель воздушного потока 4, подключенный к насосу 5. Электронагреватель 3 выполнен в виде обмотки 6, закрепленной на корпусе 7 и соединенной с источником тока, при этом предлагается выполнить корпус в форме трубы. На наружной стороне 8 корпуса 7 выполнена многозаходная спиральная канавка 9, в которой размещены обмотки 6, прямой конец 10 и обратный конец 11 каждой обмотки 6 в спиральной канавке 9 смещены относительно друг друга на половину шага, при этом электронагреватель 3 снабжен наполнителем 12, размещенным в спиральной канавке 9. Электронагреватель 3 включен в воздухопровод 13 на выходе 14 из аллонжа 15 со вторым пылевым фильтром 16, который дополнительно введен в состав проотборной системы подготовки воздушной пробы. Распределитель воздушного потока 4 содержит отводящие трубки 17. Пылевой фильтр 2 выполнен в виде сетки из нержавеющей стали 12Х18Н10Т-ТУ14-41561-89. Второй пылевой фильтр 16 выполнен из фильтрующей бумаги, закрепленной в средней части аллонжа 15 между сетками 18 из нержавеющей стали. В качестве обмотки 6 используют, например, нихромовую проволоку Х20Н80-ГОСТ8803-89, а в качестве наполнителя 12 используют, например, окись алюминия. Обмотки 6 электронагревателя 3 соединяются с источником тока посредством клемм 19. Отводящие трубки 17 концами 20 пристыковываются к измерительным и контрольным приборам Электронагреватель 3 снаружи содержит теплоизоляцию 21. Электронагреватель 3 имеет, например, три обмотки 6, обозначенные позициями 22, 23, 24 и соответственно имеющие три прямых конца 10 и три обратных конца 11, при этом на чертеже соответственно указан шаг шести заходов. Для повышения чистоты забираемой воздушной пробы все внутренние поверхности, соприкасающиеся с воздушной пробой: воздухопровода 13, пробозаборника воздуха 1, аллонжа 15, электронагревателя 3 и распределителя воздушного потока 4 - имеют фторопластовое покрытие, например из фторопласта Ф-4Д ГОСТ 10007-80. Отводящие трубки 17 также выполнены из фторопласта Ф-4.

Работает пробоотборная система станции экологического контроля следующим образом. Воздух (воздушную пробу) из окружающей среды посредством насоса 5 засасывают через пробозаборник воздуха 1 с пылевым фильтром 2, аллонж 15 со вторым пылевым фильтром 16 и электронагреватель 3 в распределитель воздушного потока 4, подключенный к насосу 5. Из распределителя воздушного потока 4 воздух по отводящим трубкам 17 распределяется по измерительным и контрольным приборам системы измерения и контроля. Процесс подготовки воздушной пробы происходит в следующей последовательности: при прохождении пылевого фильтра 2 воздух предварительно очищается от относительно крупных частиц пыли и далее поступает в воздухопровод 13, содержащий аллонж 15 со вторым пылевым фильтром 16 и электронагреватель 3, включенный на выходе 14 из аллонжа 15. Проходя через аллонж 15, воздух фильтруется до необходимой чистоты посредством второго пылевого фильтра 16 и поступает в полость электронагревателя 3, где происходит его нагревание (подогрев) до заданной температуры. Очищенный и подогретый воздух (воздушная проба) поступает в распределитель воздушного потока 4 и далее распределяется по измерительным и контрольным приборам системы.

Дополнительное введение аллонжа 15 со вторым пылевым фильтром 16 воздушной пробы, вызванное необходимостью сохранения сопротивления магистрали за счет увеличения площади проходного сечения фильтрующего элемента аллонжа, и включение электронагревателя 3 на выходе 14 из аллонжа 15 позволяет значительно повысить качество очистки воздуха от пыли и исключить осаждение микрочастиц пыли на теплообменной поверхности электронагревателя, что повышает его эффективность теплообмена. Выполнение электронагревателя 3 в виде трубчатого устройства с многозаходной спиральной канавкой 9 и заполнение спиральной канавки 9 наполнителем 12, обеспечивающим тепловой контакт между обмоткой 6 и корпусом 7, позволяют равномерно распределить температурное поле по всей теплообменной поверхности, что повышает эффективность нагрева и позволяет выполнить поставленную задачу.

Использование: в системах автоматического контроля физико-химического, радиационного состояния атмосферного воздуха. Сущность: пробоотборная система станции экологического контроля содержит пробозаборник воздуха с первым пылевым фильтром, электронагреватель воздушной пробы и распределитель воздушного потока, подключенный к насосу. Электронагреватель выполнен в виде обмотки, закрепленной на корпусе и соединенной с источником тока. На наружной стороне корпуса выполнена многозаходная спиральная канавка, в которой размещены обмотки. Прямой и обратный конецы каждой обмотки в спиральной канавке смещены относительно друг друга на половину шага. Электронагреватель снабжен наполнителем, размещенным в спиральной канавке, и включен в воздухопровод на выходе из аллонжа с пылевым фильтром. Технический результат: повышение качества подготовки воздушной пробы за счет увеличения эффективности нагрева электронагревателя и улучшения чистоты воздушной пробы. 2 ил.

Пробоотборная система станции экологического контроля, содержащая пробозаборник воздуха с первым пылевым фильтром, электронагреватель воздушной пробы и распределитель воздушного потока, подключенный к насосу, отличающаяся тем, что электронагреватель выполнен в виде обмотки, закрепленной на корпусе и соединенной с источником тока, причем на наружной стороне корпуса выполнена многозаходная спиральная канавка, в которой размещены обмотки, прямой и обратный концы каждой обмотки в спиральной канавке смещены относительно друг друга на половину шага, при этом электронагреватель снабжен наполнителем, размещенным в спиральной канавке, и включен в воздухопровод на выходе из аллонжа со вторым пылевым фильтром.