Результат интеллектуальной деятельности: АВТОМАТИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР ОГНЕТУШАЩЕГО АЭРОЗОЛЯ

Изобретение относится к противопожарной технике, а более конкретно, к автоматическим устройствам, действие которых основано на использовании в качестве ингибиторов горения высокодисперсные твердые частицы и аэрозоль, образующиеся при горении функционального пиротехнического снаряжения, которые внутри эффективно охлаждаются, и направленным потоком выбрасываемых в закрытый объем для подавления очага возгорания.

Уровень данной области техники характеризует автоматический генератор аэрозольного тушения пожара марки «Агат-2а», описанный в www.technomash.com.ru/production.catalog. в котором соосно закреплены трубчатый теплообменник, закрытый вышибной мембраной, и собственно генератор, в цилиндрическом корпусе которого через ресивер размещена пиротехническая шашка, при горении образующая огнетушащий аэрозоль.

Для инициирования воспламенения и горения пиротехнической шашки по всей открытой поверхности на торце корпуса установлен воспламенитель, связанный с блоком внешнего управления от импульса сработавшего при превышении заданного уровня температуры в охраняемом помещении датчика системы противопожарной сигнализации.

Запуск генератора в работу осуществляется автоматически, при этом генерируемый аэрозоль накапливается и перемешивается в ресивере, где поднимается давление, под действием которого аэрозоль распределяется и продавливается по стальным трубкам теплообменника, где охлаждается за счет отбора тепловой энергии и теплопередачи.

При горении пиротехнической шашки по всей открытой поверхности образуется высокий удельный расход генерируемого аэрозоля для эффективного пожаротушения.

Для заданного охлаждения генерируемого аэрозоля в теплообменнике его стальные трубки выполнены протяженными (втрое больше высоты корпуса).

Протяженность описанного генератора ограничивает его использование в стесненных объемах приборных отсеков, электронных блоков управления и проч.

Более совершенным является устройство для объемного аэрозольного тушения пожара по патенту RU 139360 U1, А62С 13/22, 2013 г., которое по технической сущности и числу совпадающих признаков выбрано в качестве наиболее близкого аналога предложенному генератору.

Известное устройство (автоматический генератор аэрозоля) содержит соосные, закрепленные с инжекционным зазором цилиндр охлаждения и корпус с теплозащитной прослойкой внутри, закрытый крышкой с воспламенителем внешнего инициирования и распределенными по периферии выпускными отверстиями, под которой через кольцевую обечайку, локализирующую камеру сгорания (ресивер), закреплена функциональная пиротехническая шашка.

Функциональная шашка горит по открытому со стороны воспламенителя в крышке торцу, так как с боковой поверхности она бронирована термоизолирующей прослойкой из пропитанного жидким стеклом картона, установленной с кольцевым зазором относительно корпуса, образуя застойную воздушную зону, экранирующую передачу тепловой энергии поперек генератора, защищая корпус от прогаров.

Особенностью известного генератора является то, что через инжекционный зазор между корпусом и трубчатым теплообменником активно всасывается окружающий воздух, который разбавляет и охлаждает генерируемый аэрозоль, динамично передаваемый в осевом направлении.

Внутри цилиндра охлаждения смонтирован многотрубчатый диспергатор тушащего потока, который за счет локализованного в трубках теплообмена обеспечивает более эффективный отбор тепла.

Корпус шарнирно закреплен в кронштейне, что позволяет ориентировать продольную ось генератора на очаг возгорания.

В известном генераторе конструктивно обеспечено многоступенчатое охлаждение генерируемого аэрозоля: камера сгорания с трубчатым теплообменником сообщается последовательно через ресивер под крышкой, распределенные выпускные отверстия, диспергирующие аэрозоль, инжекционный зазор, в котором происходит смешивание с пульверизируемым воздухом, при заметном снижении температуры аэрозоля и образованием тушащей смеси, поступающей в сотовый теплообменник, где она распределяется на многочисленные локализованные в трубках потоки, эффективно охлаждаемые.

Продолжением отмеченных достоинств известного генератора огнетушащего аэрозоля является присущий недостаток - громоздкость конструкции, выполненной по схеме линейного последовательного структурирования автономных элементов, что надежно функционирует, но имеет ограниченное использование только в помещениях со свободными пространствами.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является усовершенствование известного генератора, выполнив его компактным и с более эффективной тушащей способностью.

Требуемый технический результат достигается тем, что в известном автоматическом генераторе огнетушащего аэрозоля, содержащем аксиальные трубчатый теплообменник и цилиндрический корпус, внутри которого через термоизолирующую прослойку установлена пиротехническая шашка торцевого горения в локализованной камере сгорания, сообщающейся с выпускными отверстиями крышки и трубчатым теплообменником, и воспламенитель внешнего инициирования, согласно изобретению камера сгорания с теплообменником связана непосредственно через расширительную форкамеру над дополнительным кожухом, в котором пиротехническая шашка закреплена посредством прослойки строительного гипса, при этом торцы закрепленного в кожухе трубчатого теплообменника оснащены газораспределительными решетками, верхняя из которых коммутируется через ресивер с выпускными отверстиями крышки, а воспламенитель снабжен автономным инициирующим устройством - термохимическим шнуром.

Другой особенностью предложенного генератора является то, что трубки теплообменника выполнены из алюминия, меди или стали, имеющих максимальную среди металлов теплоемкость, причем самый теплоемкий алюминий используется в генераторах, время работы которых не превышает 20 с, чтобы не допустить расплавления, а сталь - в генераторах с повышенной удельной тепловой нагрузкой.

Отличительные признаки предложенного технического решения обеспечили многоступенчатое охлаждение внутри компактного генератора функционального аэрозоля, диспергируемого в защищаемый объем в форме распределенных тонких струй, с температурой не выше 90°С на расстоянии 100 мм от выходных отверстий крышки, что способствует повышению эффективности пожаротушения.

Снабжение воспламенителя пиротехнической шашки дополнительным альтернативным инициирующим устройством в виде термохимического шнура повышает функциональную надежность генератора, работа которого осуществляется автономно от превышения заданной температуры в охраняемом помещении, что происходит независимо от команды датчиков противопожарной сигнализации и более оперативно, предотвращая развитие пожара.

Размещение пиротехнической шашки внутри дополнительного металлического кожуха, который жестко связан с теплообменником и посредством строительного гипса - монолитно с корпусом и крышкой, повысило несущую жесткость конструкции, обеспечив локализацию камеры сгорания и формирование реверсивного расширительного канала в форме форкамеры для распределения генерируемого аэрозоля непосредственно под трубчатым охладителем, что обеспечило эффективный теплоотвод и охлаждение горячего аэрозоля внутри устройства.

При этом снижена тепловая нагрузка непосредственно на теплообменник, охлаждающий аэрозоль до более низкой температуры.

Связь камеры сгорания с трубчатым теплообменником посредством расширительной форкамеры, реверсирующей генерируемый аэрозоль, обеспечила компактность генератору при дополнительном его охлаждении от торможения потока при развороте и перемешивании аэрозоля.

Оснащение торца теплообменника, примыкающего к форкамере, газораспределительной решеткой необходимо для первичного отбора тепловой энергии при диспергировании аэрозоля и последующей его струйной подачи в трубки локального транспортирования с сопутствующим теплоотбором.

При этом на газораспределительной решетке механически задерживается и оседает конденсированная фаза аэрозоля, полностью догорающая в форкамере, чем заметно уменьшена тепловая нагрузка на теплообменник, в результате чего на выходе достигается более низкая температура аэрозоля.

Газораспределительная решетка на выходе из трубчатого теплообменника представляет собой большое аэродинамическое сопротивление, которое тормозит струйное истечение аэрозоля, сопровождающееся дополнительным отбором тепла, фильтрует и диспергирует аэрозоль, который расширяется в примыкающем ресивере, где перемешивается, при выравнивании температуры и давления с формированием распределенных струй огнетушащего потока в защищаемый объем.

Строительный гипс, характеризующийся низкой теплопроводностью, использован для формирования термоизолирующей прослойки, бронирующей шашку, потому что при сборке он представляет собой вязкотекучий технологичный материал, который затем отверждается, обеспечивая жесткую связь примыкающих конструктивных элементов в выбранном взаиморасположении.

Связь трубчатого теплообменника с выпускными отверстиями на периферии крышки через ресивер, где аэрозоль активно перемешивается, при выравнивании температуры и давления, дополнительно охлаждаясь, предотвращает прямой вынос в защищаемый объем конденсированной фазы аэрозоля, которая оседает на корпусе и полностью догорает внутри ресивера.

Выполнение трубок теплообменника из разных высокотеплоемких алюминия, меди или стали расширяет технологические возможности выбора материала, в соответствии с термодинамическими нагрузками на теплообменник и временем функционирования генератора, позволяя кратно снизить его габариты, пригодные для противопожарной защиты ограниченных объемов.

Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность в устойчивой взаимосвязи являются достаточными для достижения новизны качества, неприсущей признакам в разобщенности, то есть поставленная в изобретении техническая задача решена не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы признаков.

Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого изобретение явным образом не следует для специалиста по стационарным автоматическим устройствам для пожаротушения, показал, что оно неизвестно, а с учетом возможности промышленного серийного изготовления генераторов аэрозоля на действующем пиротехническом производстве можно сделать вывод о соответствии условиям патентоспособности.

Сущность предложенного технического решения поясняется чертежом, который имеет чисто иллюстративное назначение и не ограничивает объема притязаний совокупности существенных признаков формулы.

На чертеже схематично изображен автоматический генератор аэрозольного пожаротушения по изобретению.

Тарельчатой формы корпус 1 и крышка 2 отбортовками встречно соединены в монолит посредством приклеенной прокладки 3 из паронита (ГОСТ 481-80), изолируя внутренний объем генератора, где размещен несущий кожух 4, в котором установлен несущий кожух 4.

В кожухе 4 через термоизолирующую прослойку 5 из строительного гипса закреплена пиротехническая шашка 6, при горении которой образуется функциональный огнетушащий аэрозоль.

Шашка 6 выполнена с открытым торцом горения, обращенным в камеру 7 сгорания, которая соединена с расширительной форкамерой 8, расположенной под теплообменником 9, составляющие трубки которого (в количестве 260-420 шт. в зависимости от модификации) выполнены из теплоемких алюминия или термостойкой стали.

В корпусе 1 соосно камере 7 сгорания установлен воспламенитель 10, электрически связанный с датчиками противопожарной системы сигнализации (условно не показано) и оснащенный термохимическим шнуром 11 автономного воспламенения, выполняющего функции дополнительного альтернативного инициирующего устройства. Оснащение воспламенителя 10 генератора по изобретению термохимическим шнуром 11 обеспечивает ему автономность действия при достижении в охраняемом помещении установленной температуры его воспламенения и, следовательно, автоматического запуска генератора в работу без дополнительного внешнего средства инициирования, то есть в помещении, не оборудованном системой противопожарной сигнализации, что расширяет область применения автоматического генератора с автономным запуском.

Торцы закрепленного на кожухе 4 трубчатого теплообменника 9 перекрыты газораспределительными сетчатыми решетками 12 и 13, соответственно на входе и выходе теплообменника 9.

Между примыкающими кожухом 4 и связанными между собой корпусом 1 и крышкой 2 помещена прослойка 14 строительного гипса, обеспечивая термоизоляцию генератора и повышение его несущей способности, конструкционной жесткости.

Между решеткой 13 на выходе теплообменника 9 и кожухом 4 сформирован ресивер 15, который сообщается с выпускными отверстиями 16, распределенными по периферии крышки 2.

Генератор снабжен кронштейном 17 для крепления на опорных поверхностях охраняемого помещения.

Функционирует предложенный генератор следующим образом.

При возникновении в защищаемом объеме пожара сигналом сработавшего температурного и/или дымового датчика противопожарной сигнализации запускается воспламенитель 10, который альтернативно может запускаться от горящего термохимического шнура 11, автономно инициируемого от превышения температуры его воспламенения.

Форсом огня от сработавшего воспламенителя 10 поджигается пиротехническая шашка 6, которая горит с открытого торца с образованием функционального аэрозоля, включающего как газообразные ингибиторы горения, так и твердые частицы, обладающие большой поверхностной энергией, которые являются эффективными ингибиторами горения.

Газоаэрозольные продукты горения шашки 6 в расширительной форкамере 8, перемешиваясь, накапливаются, при этом выравниваются их температура и давление.

Функциональный аэрозоль из форкамеры 8 через газораспределительную решетку 12 поступает в трубки теплообменника 9, где происходит активный теплообмен с отбором тепловой энергии через алюминиевые или стальные трубки на кожух 4, корпус 1 и крышку 2, в результате чего диспергированные струи аэрозоля на выходе теплообменника 9 заметно охлаждаются.

При этом на газораспределительной решетке 12 оседает конденсированная фаза аэрозоля, где полностью догорает.

Газораспределительная решетка 13 на выходе теплообменника 9 тормозит тонкие струи аэрозоля из его трубок, формируя ламинарное истечение диспергированных потоков в ресивер 15, в котором происходит перемешивание и расширение аэрозоля с дополнительным отбором тепла.

Из ресивера 15 возросшим давлением аэрозоль тонкими струями выбрасывается из периферийных выпускных отверстий 16 в защищаемый объем помещения, заполняя его.

В результате многоступенчатого охлаждения генерируемого аэрозоля внутри генератора температура тушащей смеси на расстоянии от его крышки 2, как показали натурные испытания, составляет не более 90°С.

В зоне пожара горение органических веществ под действием ингибиторов горения, доставляемых аэрозолем, прекращается, так как происходит обрыв цепного механизма воспроизводства активных радикалов, и при достижении в защищаемом объеме необходимой концентрации (75-100 г/см³) ингибиторов горения очаг воспламенения подавляется.

Испытания опытных образцов генераторов по изобретению показали высокую скорость тушения пожаров при динамичном создании в замкнутом объеме тушащей концентрации ингибиторов горения в структуре генерируемого аэрозоля, эффективно охлаждаемого внутри компактной конструкции.