устройство для принудительного газообмена в герметичном контейнере

Формула изобретения

Устройство для принудительного газообмена в герметичном контейнере, содержащее блок управления, сформированный по заранее заданному алгоритму, построенному на логической связи электрических параметров элементов автоматизированной системы, который включает источник электропитания, аналого-цифровой преобразователь информационных и силовых управляющих сигналов в виде блока преобразования интерфейсов, датчики, регистрирующие параметры автоматизированной системы, средства коммутации информационных и силовых управляющих сигналов в виде блока ввода-вывода интерфейсов, электрически связанные с цифровым электронно-вычислительным устройством и подключенные к электроприводу регулируемого исполнительного устройства, собственно исполнительное устройство и электропривод регулируемого исполнительного устройства, пневмомагистраль, соединяющую исполнительный механизм с герметичным контейнером, отличающееся тем, что в качестве исполнительного устройства содержит электропневмоклапан, подключенный непосредственно к одному из двух выходов герметичного контейнера и связанный пневмомагистралью с дополнительно установленными фильтром и микронасосом на выходе из пневмомагистрали, сообщающимися с внешней средой, датчик кислорода и дополнительно микрокомпрессор установлены непосредственно на втором выходе герметичного контейнера, датчик кислорода, микронасос, микрокомпрессор и электропневмоклапан имеют прямые и обратные электрические связи с блоком управления по цепям управления и питания для управления изменением положения рабочего органа электропневмоклапана, алгоритм, по которому сформирован блок управления, построен на логической связи (линейной, полиноминальной, экспоненциальной) исходных показаний и результатов текущих измерений концентрации кислорода от промежутка времени, за который произойдет допустимый расход кислорода в герметичном контейнере.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к средствам принудительного газообмена в герметичных контейнерах и может быть использовано для автоматического регулирования процесса принудительной вентиляции в герметичных контейнерах.

Известно устройство автоматизированной системы управления степенью герметичности защитной оболочки на судах (патент РФ № 02151383, МПК G01M 3/00, публ. 20.06.2000 г.), содержащее блок управления, сформированный по заранее заданному алгоритму, построенному на логической связи электрических параметров элементов автоматизированной системы, который включает источник электропитания, аналого-цифровой преобразователь информационных и силовых управляющих сигналов, датчики, регистрирующие параметры автоматизированной системы, средства коммутации информационных и силовых управляющих сигналов, электрически связанные с цифровым электронно-вычислительным устройством и подключенные к электроприводам регулируемых рабочих органов исполнительных устройств, составляющие систему исполнительных механизмов, собственно исполнительные устройства и электроприводы регулируемых рабочих органов группы исполнительных устройств, пневмомагистрали, соединяющие датчики с исполнительными механизмами и с объектом регулирования.

Недостатком известного устройства является отсутствие возможности регулирования принудительного газообмена в герметичном контейнере, в котором происходит каталитическое окисление водорода кислородом воздуха.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка простого устройства для автоматического регулирования принудительного газообмена в герметичном контейнере, в котором происходит каталитическое окисление водорода кислородом воздуха.

Новый технический результат, обеспечиваемый при использовании предлагаемого устройства для принудительного газообмена в герметичном контейнере, заключается в упрощении устройства и минимизации габаритно-массовых характеристик, в обеспечении возможности управления газообмена его с внешней средой путем принудительной вентиляции герметичного контейнера, в котором происходит каталитическое окисление водорода кислородом воздуха, обеспечения регулируемого притока кислорода из воздуха в указанный контейнер с размещенными в нем источниками водорода и других газов, доступ к которому ограничен, в обеспечении восстановления работоспособности катализатора.

Указанные задача и технические результаты обеспечиваются тем, что устройство для принудительного газообмена в герметичном контейнере, содержащее блок управления, сформированный по заранее заданному алгоритму, построенному на логической связи электрических параметров элементов автоматизированной системы, который включает источник электропитания, аналого-цифровой преобразователь информационных и силовых управляющих сигналов в виде блока преобразования интерфейсов, датчики, регистрирующие параметры автоматизированной системы, средства коммутации информационных и силовых управляющих сигналов в виде блока ввода-вывода интерфейсов, электрически связанные с цифровым электронно-вычислительным устройством и подключенные к электроприводу регулируемого исполнительного устройства, собственно исполнительное устройство и электропривод регулируемого исполнительного устройства, пневмомагистраль, соединяющую исполнительный механизм с герметичным контейнером, согласно изобретению в качестве исполнительного устройства содержит электропневмоклапан, подключенный непосредственно к одному из двух выходов герметичного контейнера и связанных пневмомагистралью с дополнительно установленными фильтром и микронасосом на выходе из пневмомагистрали, сообщающимися с внешней средой, датчик кислорода и дополнительно микрокомпрессор установлены непосредственно на втором выходе герметичного контейнера, датчик кислорода, микронасос, микрокомпрессор и электропневмоклапан имеют прямые и обратные электрические связи с блоком управления по цепям управления и питания для управления изменением положения рабочего органа электропневмоклапана, алгоритм, по которому сформирован блок управления, построен на логической связи (линейной, полиноминальной, экспоненциальной) исходных показаний и результатов текущих измерений концентрации кислорода от промежутка времени, за который произойдет допустимый расход кислорода в герметичном контейнере.

Предлагаемое устройство поясняется следующим образом.

На фиг.1 представлен общий вид устройства для принудительного газообмена в герметичном контейнере (1), где 2 - датчик кислорода, 3 - микрокомпрессор, 4 - блок управления, содержащий: 5 - источник электропитания, 6 - блок ввода-вывода интерфейсов, 7 - блок преобразования интерфейсов; 8 - микронасос, 9 - пневмомагистраль, 10 - фильтр, 11 - электропневмоклапан.

Предлагаемое устройство предусмотрено для принудительного газообмена в герметичном контейнере, в котором имеется источник водорода и происходит каталитическое окисление водорода, поступающего из этого источника, кислородом воздуха.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

В начальный момент через блок управления автоматизированной системы производится опрос показаний датчика кислорода 2 на содержание кислорода в герметичном контейнере 1, который будет проводиться в режиме текущего времени. Датчик кислорода 2 задействуется от источника электропитания 5. При достижении критического значения концентрации кислорода подается управляющий сигнал из блока управления 4 на открытие электропневмоклапана 11 в пневмомагистрали 9, соединяющей герметичный контейнер 1 с фильтром 10. Затем включаются микрокомпрессор 3 и микронасос 8, в результате чего осуществляется принудительный газообмен герметичного контейнера с внешней средой.

Блок управления сформирован по заранее заданному алгоритму, построенному на логической связи электрических параметров элементов автоматизированной системы, а именно на связи (линейной, полиноминальной, экспоненциальной) исходных показаний, заложенных в алгоритм, с последующим определением путем интерполяции с помощью указанных зависимостей результатов текущих измерений концентрации кислорода от промежутка времени, за который произойдет допустимый расход кислорода в герметичном контейнере. При достижении крайних заданных значений расхода кислорода производится передача сформированного управляющего сигнала по интерфейсу на соответствующее открытие электроприводом электропневмоклапана в пневмомагистрали с фильтром для запуска кислорода из воздуха внешней среды в герметичный контейнер, компенсирующего расход кислорода, или закрытие электропневмоклапана в пневмомагистрали с фильтром по завершении процесса. Результаты этих измерений фиксируются в памяти блока управления, затем преобразуются в сигнал управления и передаются по интерфейсу на электропривод исполнительного устройства (электропривод электропневмоклапана) с возможностью доведения величины концентрации кислорода в герметичном контейнере до уровня номинальной (допустимой). Особенность блока управления в предлагаемом устройстве заключается в том, что входящие в него составные части (блок питания, блок ввода-выввода интерфейсов и блок преобразования интерфейсов) выполнены в виде единого блока, что значительно минимизирует его габаритно-массовые характеристики.

Номинальным (допустимым) значением показания датчика кислорода является значение Сo₂=20,9 об.%; что соответствует содержанию кислорода в атмосфере воздуха.

Критическим (конечным) значением концентрации кислорода является значение Сo₂=10,0 об.%; что является недопустимым для герметичного контейнера, в котором происходит каталитическое окисление водорода кислородом воздуха. Сигналы, соответствующие номинальным и критическим значениям концентраций кислорода, закладываются в блок памяти в составе блока 4 и поступают в блок 6.

Соответствующие этим значениям концентраций кислорода электрические сигналы (аналоговые сигналы) датчика кислорода поступают в блок ввода-вывода интерфейсов 6 и преобразуются в цифровой сигнал аналого-цифровым преобразователем из состава блока 4. Эти значения закладываются в блок памяти в составе блока 4 и поступают в блок 7, где преобразуются в вид, необходимый для передачи по последовательной или параллельной линии внешним потребителям (ПК или оператору автоматизированной системы). Периодичность опроса текущих показаний датчика кислорода определяется в блоке управления 4 на основе построения графических зависимостей, например линейных или иных, выявленных в процессе наблюдений за изменением текущих значений концентраций кислорода, аппроксимирующих и интерполирующих зависимостей, соединяющих точки, соответствующие исходным, текущим и критическим значениям концентраций кислорода.

Последующие изменения показаний датчика кислорода (С_{текущее}) в режиме текущего времени (с учетом истечения водорода из источников водорода и расхода кислорода на каталитическое окисление водорода в герметичном контейнере) будут приближаться к критическому значению.

Процесс измерения и передачи текущих сигналов будет производиться аналогично измерению исходных значений концентраций кислорода.

Все измеренные сигналы будут заложены в блок памяти в составе блока 4.

Количество текущих измерений концентраций кислорода в период времени между исходными (номинальными) и конечными (критическими) значениями составляет 3-5 точек, что ограничено емкостью источников питания 5 при длительной эксплуатации предлагаемой системы.

В блоке управления 4 при достижении текущих значений концентраций кислорода, равных номинальному значению, формируется сигнал управления на выключение микрокомпрессора и микронасоса, закрытие электропневмоклапана в пневмомагистрали, соединяющей герметичный контейнер с фильтром 10.

В этот момент завершается газообмен герметичного контейнера с внешней средой. Процесс принудительной вентиляции герметичного контейнера может повторяться неоднократно за период времени эксплуатации.

Предлагаемое устройство предназначено для управления быстротекущих принудительных газообменных процессов.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает надежное и гибкое регулирование принудительного газообмена в герметичном контейнере, в котором происходит каталитическое окисление водорода кислородом воздуха, поступающего в герметичный контейнер из окружающей среды, для обеспечения регулируемого притока кислорода из воздуха в контейнер с размещенными в нем источниками водорода, доступ к которому ограничен, восстановление работоспособности катализатора на основе палладия.

Возможность промышленной реализации предлагаемого изобретения подтверждается следующим примером.

Пример 1. Предлагаемое устройство опробовано на действующем макете, где в качестве функциональных составляющих использованы покупные готовые изделия блоки (модуль аналогового ввода типа NL-4RTD, блок питания типа DRA18-12, блок интерфейсов типа NL-232C, электропневмоклапан типа ЭК-48, датчик кислорода типа Оксик-15, фильтр-поглотитель типа АПДС14), микронасос и микрокомпрессор типа МР2-2Г-01.

В начальный момент времени герметичный контейнер заполнен азотом в качестве инертной среды, а содержание кислорода соответствует критическому значению, электропневмоклапан закрыт.Показания датчика 2, регистрирующего концентрацию кислорода, соответствует критическому значению. Блок управления 4 формирует сигнал на открытие электропневмоклапана 11 в пневмомагистрали 9, соединенной с фильтром 10, открывается электропневмоклапан 11. Включаются микронасос 8 и микрокомпрессор 3. В этот момент происходит принудительная вентиляция герметичного контейнера за счет газообмена с внешней средой. При этом концентрация кислорода в герметичном контейнере 1 достигает номинального значения (соответствующего его содержанию в воздухе). Это фиксируется датчиком кислорода 2. После завершения процесса газообмена блок управления 4 подает сигнал на закрытие электропневмоклапана 11 и выключение микрокомпрессора 3 и микронасоса 8. В условиях примера 1 принцип работы устройства, состоящего из традиционных блоков, ограничен только возможностью реализации процесса регулирования ситуации с изменением концентраций кислорода от критической до номинальной, тогда как предлагаемое устройство обладает большим диапазоном функционирования за счет реализации с ее помощью процесса регулирования ситуации с изменением концентраций кислорода от номинальной до критической и наоборот.