ГАЗООБМЕННЫЙ ФИЛЬТР С ФУНКЦИЕЙ ОГНЕПРЕГРАДИТЕЛЯ И ВЗРЫВОЗАЩИТЫ
GAS EXCHANGE FILTER WITH FLAME ARRESTOR AND EXPLOSION PROTECTION FUNCTION

Изобретение относится к промышленным устройствам, предназначенным для применения в конструкции взрывозащищенных газоанализаторов и сенсоров.
В качестве огнепреградительных фильтров могут быть использованы гофрированная металлическая лента, проволочные и сетчатые фильтры, фильтры из спеченных металлических и металлокерамических шариков [Stanley S. Grossel, Deflagration and Detonation Flame Arrester Technology. In: Deflagration and Detonation Flame Arresters. New York: American Institute of Chemical Engineers, 2010. DOI: 10.1002/9780470935651.ch5]. Каждый из типов фильтров обладает тем или иным недостатков. Так, например фильтры из гофрированной металлической ленты обладают низкой механической прочностью по отношению к внешним ударным нагрузкам.  Замятие ленты приводит к снижению функции огнепреградителя. Сетчатые многослойные фильтры не позволяют точно контролировать зазор между слоями сетки, что приводит к разбросу характеристик фильтров в различных партиях. Кроме того, сетка обладает низкой механической прочностью по отношению к воздействию взрывной волны. Спеченные металлические и металлокерамические фильтры имеют большое сопротивление воздушному потоку и не позволяют использовать защищаемые приборы в режиме принудительной подачи газовоздушной смеси, так как малый размер пор обеспечивает только диффузный обмен с внешней средой.
Известен пламегаситель для протекающего взрывчатого газа (патент US 7.241,137 B2), имеющий огнезащитный барьер с большим количеством определенных проходных зазоров, поперечное сечение которых устанавливается с учетом свойств протекающего газ. Фильтр изготавливается из двух типов стальных гофрированных лент, уложенных кольцеобразно. Газ эффективно охлаждается и защищается от вспышки благодаря тому, что половина зазоров, имеет меньшее поперечное сечение. Недостатком указанного пламегасителя является низкая стойкость к ударным нагрузкам. При замятии части пластин в результате удара возможен проскок пламени. Пламегаситель не обеспечивает фильтрацию от пыли.
Известен огнепреградительный фильтр (см. патент US 2012/0189966 A1), состоящий из внешнего цилиндра, внутреннего цилиндра и переходной области, образованной спиральной проволочной конструкцией. Переходная область расположена в контейнере между внутренним цилиндром и внешним цилиндром для обеспечения турбулентности и большой площади поверхности. Спиральная проволочная конструкция действует как теплоотвод, что препятствует распространению пламени. Спиральная конструкция или ряд проволочных колец образуют матрицу, которая ослабляет поток и создает турбулентность, что способствует гашению фронта пламени. Недостатком такого пламегасителя является слабая степень фильтрации газовоздушного потока от пыли, сложность очистки конструкции от загрязнений.
Известно взрывозащищенное устройство контрольно-измерительной аппаратуры (патент на полезную модель RU 169 978 U1, МПК G12B 17/08 (2006.01), G08B 17/00 (2006.01), H05K 5/06 (2006.01), H02K 5/136 (2006.01)). Взрывозащищенное устройство контрольно-измерительной аппаратуры содержит соединенные между собой прочный корпус и крышку, внутри которого установлена контрольно-измерительная аппаратура в виде датчиков давления и температуры, и выполненное в днище одно сквозное отверстие для кабельного ввода. Крышка и стенки корпуса снабжены сквозными отверстиями, оснащенными сетчатыми фильтрами. Недостаток данного устройства - низкая прочность сетчатых фильтров по отношению к ударным нагрузкам, воздействию как внутреннего, так и внешнего взрыва.
Известен фильтр из спеченных металлических шариков (патент EP 0819459 A1). Спеченный пористый металлический фильтр, позволяет проходить через него газам, содержит фильтрующий участок, имеющий определенные поры для улавливания пыли,  и опорный участок для уменьшения потери давления обрабатываемого газа. Часть опорного участка содержит частицы металла малого диаметра, другая часть содержит металлические частицы, имеющие больший диаметр, чем фильтрующий участок, Фильтр изготавливается спеканием двух видов металлических частиц горячим изостатическим прессованием. Недостатком данного фильтра является то, что газообмен осуществляется практически только за счет молекулярной диффузии, что затрудняет использование таких фильтров при принудительной подаче газовой смеси. При работе в запыленной атмосфере поры фильтра забиваются. Очистка такого фильтра затруднена.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является «Огнепреградитель» (патент RU 2296603 C1, МПК A62C 4/00). Задачей изобретения является увеличение способности огнепреградителя локализовать пламя. Поставленная задача решается тем, что в конструкцию огнепреградителя введена хотя бы одна теплоотводящая насадка, выполненная из высокотеплопроводного и теплоемкого материала и установленная на огнепреграждающем элементе или корпусе огнепреградителя, перфорированная по всей площади. Огнепреграждающий элемент выполнен в виде рулона гофрированной и плоской лент, спирально навитых вокруг стального стержня, а теплоотводящая насадка выполнена в виде пластины круглой формы, диаметр которой совпадает с диаметром поперечного сечения огнепреграждающего элемента.  Огнепреградитель обладает повышенной огнестойкостью за счет интенсивного теплоотвода, обеспечиваемого теплоотводящей насадкой. Однако, такой огнепреградитель не предназначен для фильтрации газовоздушной смеси от пыли. При воздействии взрыва возможно замятие пластин, что приводит к потере огнепреграждающих свойств.
Задачей является создание фильтра, который в отсутствии аварийных ситуаций (взрыв, пожар) обеспечивал защиту измерительной аппаратуры, например газовых датчиков, от влияния пыли и скорости воздушных потоков. При этом фильтр должен обеспечивать скорость газообмена, достаточную для срабатывания газоанализатора в соответствии с ГОСТ Р 52350.29.1-2010 (МЭК 60079-29-1:2007) «Взрывоопасные среды. Часть 29-1. Газоанализаторы. Общие технические требования и методы испытаний газоанализаторов горючих газов». При взрыве газовоздушной смеси внутри газоанализатора или во внешней среде фильтр должен ограничивать распространение пламени и взрыва. Конструкция фильтра должна выдерживать максимальное давление взрыва при взрыве газовоздушной смеси.
Технический результат, который может быть получен при использовании заявляемого изобретения, заключается в повышении быстродействия взрывозащищенных газовых датчиков, повышении устойчивости к ударным нагрузкам, воздействию пламени. Фильтр допускает очистку от пыли.
Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что газообменный фильтр с функцией огнепреградителя содержит корпус, два внешних диска, диск внутренний, закрепленные в корпусе так, что между внешним диском и внутренним проложен слой мелкоячеистой металлической сетки. Внешний диск и внутренний диск имеют перфорированные отверстия, выполненные так, что при наложении дисков эти отверстия не совпадают.
На чертеже представлен вариант исполнения фильтра: 1a - общий вид фильтра; 1б - вид спереди, 1в - поперечное сечение. Конструкция перфорированных дисков: диск внешний (1г), диск внутренний (1д).
Позициями на чертеже обозначены:
1 - корпус фильтра,
2 - диск внешний,
3 - диск внутренний,
4 - сетка.
Газообменный фильтр состоит из трех перфорированных дисков, изготовленных из нержавеющей стали или другого промышленного металла с подходящей прочностью на растяжение. Вариант изготовления фильтра показан на фиг.1. В корпус фильтра (фиг. 1б) устанавливается последовательно: диск внешний, сетка, вырезанная по площади диска, диск внутренний, затем снова сетка, которая закрывается диском внешним. Края корпуса завальцовываются, обеспечивая закрепление конструкции из трёх дисков, между которыми проложена сетка. Может быть использована бронзовая сетка, сетка из нержавеющей стали. Шаг сетки должен бить достаточно малым, чтобы обеспечить требуемую производительность фильтра, фильтрацию газо-воздушной смеси, а также выдерживать заданное разрушаюшее давление изделия.
Перфорация дисков (фиг. 1г,д) выполнена так, что при соединении дисков их отверстия не перекрываются. Таким образом, при взрыве внутри защищаемой конструкции или вовне, сетка не испытывает ударных нагрузок и её прорыв происходит только при полном разрушении конструкции. Прочность фильтра определяется прочностью стальных дисков, а не сетки, что выгодно отличает предложенную конструкцию от «огнепреградителя» (патент RU 2296603 C1, МПК A62C 4/00). Кроме того, теплоотвод от сетки производится по всей её площади, что препятствует её расплавлению и разрушению. От ударных воздействиий сетка защищена металлическими дисками.
В варианте исполнения, показанном на фиг.1 корпус фильтра (фиг. 1а) накручивается на трубку, содержащую газовый датчик. Корпус фильтра может быть выполнен как в виде накидной гайки (с внутренней резьбой, фиг. 1а), так и в виде заглушки с наружной резьбой. Соединение газообменного фильтра с другими элементами конструкции камеры осуществляется с соблюдением требований Правил изготовления взрывозащищенного электрооборудования, потому что газообменный фильтр служит не только для сообщения газового датчика с анализируемой средой, но и является средством взрывозащиты. Толщина стенок газообменного фильтра, количество и размер отверстий в дисках выбираются из условия обеспечение необходимой проницаемости, достаточно высокого гидравлического сопротивления и удовлетворительной прочности фильтра.
Таким образом, хотя изобретение было описано в данном документе со ссылкой на определенный вариант осуществления, этот вариант был представлен только в качестве примера, а не для ограничения объема изобретения. Возможны альтернативные варианты осуществления без отклонения от идеи изобретения, как определено в формуле изобретения.