Генератор аэрозоля

 

Изобретение относится к области пожаротушения, к устройствам, генерирующим газоаэрозольные ингибиторы горения, образующиеся при сгорания пиротехнического состава и организованно направляемые в защищаемый объект. Генераторы предназначены для использования как в автономных, так и в автоматических системах пожаротушения, могут применяться при тушении пожара вручную и в структуре стационарных установок. Генератор аэрозоля содержит соосно смонтированные узел инициирования, шашку пиротехнического состава, установленную через зазор, заполненный гипсом, в перфорированном корпусе, совмещенном с ресивером, который сообщается с реверсивным кольцевым каналом между коаксиальным теплообменником, выполненным в виде заполненной гипсом двойной оболочки, внутренняя из которых снабжена коммуникационными отверстиями, и закрепленную на выступающем торце корпуса крышку, сообщающуюся с атмосферой. Новым является то, что крышка представляет собой двухслойный с гипсовой прокладкой стакан, внутренняя перфорированная поверхность которого охватывает теплообменник, образуя кольцевой выходной канал противного направления. Предложенное техническое решение обеспечило дополнительную степень охлаждения генерируемой газоаэрозольной смеси и лабиринтную ловушку для горячей конденсированной ее фазы внутри генератора, что расширяет технологические возможности устройства тушения пожаров и повышает его эффективность. 1 ил.

Изобретение относится к области пожаротушения, к устройствам генерирующим газоазрозольные ингибиторы горении, образующиеся при сгорании пиротехнического состава и организованно направляемые в защищаемый объем. Генераторы предназначены для использования как в автономных, так и в автоматических системах пожаротушении, могут применяться при тушении пожара вручную и в структуре стационарных установок.

Уровень техники данной области характеризует генератор аэрозоля по патенту RU 2108824, А 62 С 13/22, 1998 г., содержащий воспламенитель пиротехнических шашек, блок охлаждения, выполненный в виде жестко связанных через кольцевой зазор перфорированных цилиндров и концентрично смонтированный корпус, снабженные теплозащитным слоем в оболочках, крышку с выходными отверстиями, между которыми сформирован ресивер.

Воспламенитель закреплен на цилиндрической крышке, которая с кольцевым зазором смонтирована на стакане, закрывающем со щелью над теплозащитной прослойкой дна выход цилиндров блока охлаждения. Пиротехнические шашки равнораспределены в кольцевом зазоре между блоком охлаждении и корпусом, закрепленным на крышке.

Абляционные теплозащитные прослойки выполнены из насыпного бикарбоната натрия, который эндотермически теплом горящих шашек разлагается с образованием нейтральных газообразных продуктов.

Генерируемый аэрозоль и газообразные ингибиторы горения от абляционных теплозащитных оболочек активно перемешиваются в лабиринтных каналах и ресивере конструкции и охлаждаются до истечения в защищаемый объем ниже температуры воспламенения органических материалов.

Однако практическое применение описанного генератора ограничено из-за относительно высокой удельной себестоимости, которая определяется его конструкционной и технологической сложностью, а также громоздкости больших габаритов.

Функциональным недостатком указанного генератора аэрозоля является неравномерное горение пиротехнических шашек из-за замедленного опосредственного последовательного воспламенения разнесенных но периферии корпуса шашек вокруг центрального блока охлаждении от смещенного узла инициирования. Образование тушащей смеси при этом происходит нединамично, что снижает оперативность и эффективность пожаротушения.

Отмеченные недостатки устранены в выбранном в качестве наиболее близкого аналога предложенному генераторе аэрозоля, описанном в изобретении по патенту RU 2164808, А 62 С 13/22, 1999 г., который содержит узел инициировании, шашку пиротехнического состава, установленную через зазор, заполненный гипсом, в перфорированном корпусе, совмещенном с ресивером, который сообщается с реверсивным кольцевым каналом между коаксиальным теплообменником, выполненным в виде заполненной гипсом двойной оболочки, внутренняя из которых снабжена коммуникационными отверстиями, и закрепленную на выступающем торце корпуса крышку, сообщающуюся выходными отверстиями с атмосферой.

Новые взаимосвязь и форма выполнения известных признаков позволили кратно сократить габариты генератора равной производительности, повысив его конструкционную жесткость, так как при многоступенчатом охлаждении генерируемой газо-аэрозольной смеси не происходит механического разрушения несущих гипсовых теплозащитных оболочек при выпаривании из их структуры присоединенной воды.

Схема выполнения генератора обеспечила пространственное совмещение ресивера с объемом блока охлаждения, внутри которого соосно узлу инициирования помещена центральная пиротехническая шашка, и функциональное совмещение металлических перфорированных цилиндров корпуса и теплообменника как в качестве аккумулятора энергии продуктов горении шашек, так и в качестве радиаторов выпаривания накопленной и связанной воды из гипса теплозащитных слоев конвективной теплопередачей.

Эти эффективные тепло- и массоперенос внутри генератора обеспечили отбор большей части тепловой энергии от генерируемых газоаэрозольных продуктов тушащей смеси при горении пиротехнической композиции шашки.

Закрепление крышки непосредственно на выступающем торце корпуса упростило конструкцию за счет исключении промежуточных узлов и деталей без снижении функциональности.

Охлаждение продуктов сгорании пиротехнического состава шашки происходит активно за счет теплообмена при частичном поглощении энергии на выпаривание связанной и накопленной гипсом воды, которая струйно в виде пара смешивается с газоаэрозольным потоком на всей длине поперек кольцевого реверсивного канала, снижая температуру и разбавляя смесь, являясь дополнительным экологически чистым ингибитором горения. Причем этот же эффект происходит и со стороны корпуса, который кроме несущих функций выполняет дополнительно функции теплообменника.

Совмещение корпуса с осевым ресивером упрощает конструкцию, обеспечивает равномерное торцевое горение шашки и практически постоянный расход тушащей смеси в процессе действия генератора.

Коаксиальная установка теплообменника относительно шашки обеспечивает компактность устройству и повышение его механической прочности.

Использование двух гипсовых прослоек с обеих сторон кольцевого выходного канала в качестве активного охладителя позволило пиротехническую композицию шашки выполнить более продуктивной, исключив из ее состава охладитель, чти повышает стабильность горении шашки и эффективность пожаротушении.

Однако недостатки известного генератора являются продолжением его достоинств. Так через выходные отверстия крышки, аксиально расположенные кольцевому выходному каналу теплообменника, неизбежно дискретно выбрасывается в защищаемый объем высокотемпературная конденсированная фаза продуктов горения, которая может служить очагами вторичного возгорании, что недопустимо требованиями пожарной безопасности.

Кроме того, создаваемый крышкой газодинамический подпор является причиной повышения температуры тушащей смеси при торможении, что создает эксплуатационные ограничения генератора.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение функциональной надежности генератора при конструктивном снижении температуры тушащей смеси и предотвращении выброса в защищаемый объем коденсированной фазы.

Требуемый технический результат достигается тем, что в известном генераторе аэрозоля, содержащем соосно смонтированные узел инициирования, шашку пиротехнического состава, установленную через зазор, заполненный гипсом, в перфорированном корпусе, совмещенном с ресивером, который сообщается с кольцевым каналом перфорированного теплообменника, установленного в цельнометаллическом кожухе через прослойку гипса, и закрепленную на выступающем торце корпуса крышку, сообщающуюся с атмосферой, согласно изобретению крышка представляет собой двухслойный с гипсовой прокладкой стакан, внутренний перфорированная поверхность которого охватывает перфорированный теплообменник, образуя кольцевой выходной канал, сообщающийся с кольцевым каналом перфорированного теплообменника.

Отличительные признаки обеспечили дополнительную степень охлаждения аэрозоля и лабиринтную ловушку для горячей конденсированной фазы, которая гравитационно оседает на глухое дно генератора, что исключает возникновение вторичных очагов возгорании в защищаемом помещении.

Зигзагообразная траектория движения аэрозоля внутри генератора создает торможение тушащего потока при реверсировании, где происходит его активная турбулезация - перемешивание структурных составляющих, но сопровождающаяся ростом температуры.

Объем крышки вокруг корпуса, образованный выступом торца корпуса, создает емкий кольцевой ресивер в качестве дополнительного средства охлаждения накапливающейся газоаэрозольной смеси, где происходит ее практически полное разделение с конденсированной фазой.

В дополнительном реверсивном кольцевом выходном канале между теплообменником и охватывающим его стаканом крышки, снабженным гипсовым аккумулятором спреерно выпариваемой воды, происходит активное охлаждение тушащей смеси перед выбросом ее в защищаемый объем.

Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность в устойчивой взаимосвязи является достаточной для достижения новизны качества как нового эффекта суммы, а не суммы эффектов, неприсущей признакам в разобщенности.

Сопоставительный анализ с выявленными аналогами уровня техники, из которого предложенное решение явным образом не следует для специалиста противопожарной техники, показал, что оно не известно, а с учетом возможности промышленного серийного производства можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором схематично изображен предлагаемый генератор аэрозоля.

Продольная центральная шашка 1 посредством прослойки 2 строительного гипса закреплена внутри металлического перфорированного корпуса 3, который торцом опирается в дно коаксиального теплообменника 4, смонтированного с гарантированным зазором, образующим кольцевой канал 5.

Перфорированный металлический теплообменник 4 установлен в цельнометаллическом кожухе 6 через прослойку 7 строительного гипса, при этом совокупность прослойки 7, наружного цилиндра теплообменника 4, канала 5, цилиндра корпуса 3 и прослойки 2 образуют структурное и функциональное единство - блок охлаждения.

Свободный от шашки 1 объем перфорированного корпуса 3 образует ресивер 8, который свободно сообщается с кольцевым каналом 5 посредством своих перфораций.

В донной части кожуха 6 соосно шашке 1 установлен узел 9 инициировании для воспламенения ее пиротехнической композиции, связанный с внешней системой запуска.

Противный ресиверу 8 торец цилиндра корпуса 3 выполнен выступающим над открытыми торцами цилиндров кожуха 6 и теплообменника 4, а также выходом кольцевого реверсивного канала 5.

На выступающем глухом торце цилиндра корпуса 3 установлена крышка 10 в форме стакана, частично охватывающего кожух 6, выполненная из двух конгруэнтных металлических оболочек: цельнометаллической внешней 11 и перфорированной внутренней 12, между которыми закреплена прокладка 13, сформированная заливкой строительного гипса.

Цилиндрическая часть внутренней оболочки 12 крышки 10 смонтирована с кольцевым зазором относительно охватываемого корпуса 6, образуя выходной кольцевой канал 14 противного каналу 5 направления. Каналы 14 и 5 сообщаются посредством ресивера 15, образованного свободным кольцевым объемом крышки 10 вокруг выступающего торца цилиндра корпуса 3.

Для силового замыкания конструкции к кожуху 6 приварены резьбовые штыри 16, на которых установлен монтажный кронштейн 17, прижатый посредством гаек 18 к крышке 10, фиксируя на торце цилиндра корпуса 3.

Перед заливкой водного раствора строительного гипса-шликера химической формулы CaSO₄ 0,5H₂О для формирования прослоек 2, 7 и прокладки 13, перфорации корпуса 3, теплообменника 4 и оболочки 12 крышки 10 соответственно закрывают полиэтиленовой пленкой, чтобы предотвратить его вытекание до затвердевания, после чего они представляют собой несущие конструкции в жесткой связи с сопрягаемыми поверхностями. При этом застывший гипс прослоек 2, 7 и прокладки 13 имеет развитую пористую поверхность, то есть представляет собой губчатый материал, который является физическим накопителем воды.

Функционирует генератор следующим образом. Узел 9 инициирования запускается автоматически от системы пожарной сигнализации, срабатывая от превышении порога допустимой температуры воздуха в защищаемом замкнутом объеме, вручную с пульта или автономно при обнаружении очага возгорания.

Тепловой импульс узла 9 воспламеняет шашку 1, при горении пиротехнического состава которой образуется газоаэрозольная смесь, включающая в себя как газообразные соединении, так и высокодисперсные конденсированные частицы.

В ресивере 8 активно образующаяся газоаэрозольная смесь накапливается, при этом выравниваются колебания давления от неравномерного горении шашки 1, и через перфорации корпуса 3 поступает в кольцевой канал 5, по которому транспортируется к ресиверу 15. При этом металлические перфорированные цилиндры корпуса 3 и теплообменника 4 аккумулируют тепло продуктов газоаэрозольной смеси, разогреваются и конвективно излучают теплоту внутрь гипса прослойки 2, откуда выпаривается накопленная при сборка вода. Технологическая полиэтиленовая пленка практически мгновенно сгорает и не перекрывает перфораций корпуса 3 и теплообменника 4.

Пары воды через перфорации цилиндров 3, 4 блока охлаждении поперечными струями с двух сторон выбрасываются под давлением в канал 5, где активно смешиваются с транспортируемыми газоаэрозольными продуктами, разбавляя и охлаждая их. Таким образом осуществляется абляционный тепло- и массоперенос, причем вода является экологически чистым продуктом и служит дополнительным ингибитором горения в очаге пожара.

Далее в рессивере 15 происходит реверсирование газоаэрозольного потока и практически полное разделение с конденсированной фазой, которая гравитационно скапливается на дне теплообменника 4. Тушащая смесь тормозится на крышке 10 в ресивере 15 при реверсировании для движения на выход из устройства по каналу 14 и активно перемешивается турбулентными завихрениями при расширении в объеме кольцевого ресивера 15.

Дополнительное охлаждение продуктов тушащей смеси в кольцевом канале 14 осуществляется выпариванием воды из гипса прокладки 13 в стакане крышки 10 через перфорации внутренней ее оболочки 12 всего до четверти массы гипса.

Конструкция предложенного генератора позволяет монтировать его над защищаемыми объектами дли подачи тушащей смеси из кольцевого канала l4 вниз, исключающей выброс горячих конденсированных частиц, которые сепарируются в восходящем канале 5 блока охлаждения, что принципиально повышает мобильность и эффективность подавления очага возгорания.

При введении в зону горения газоаэрозольной смеси происходит обрыв цепного механизма воспроизводства активных радикалов, в результате чего пожар подавляется.

На выходе из канала 14 практически отсутствует высокотемпературная струя, средняя температура тушащей смеси сопоставима с прототипом, но главное - отсутствует выброс горячих конденсированных частиц, поэтому исключено возникновение вторичных очагов возгорания, то есть достигнут желаемый технический результат.

Температура на расстоянии 0,5 м от крышки 10 генератора аэрозоля не превышает 100^oС.

Предложенная конструкции генератора аэрозоля компактна, производительна, надежна в работе с гарантированным функционированием структурных элементов.

Генератор аэрозоля предназначен для монтажа в производственных, служебных и складских помещениях, объектах энергетики, на транспортных средствах.

В связи с тем, что тепло от горячей тушащей смеси практически не передается на кожух 6 устройства, его можно использовать в случае необходимости дли тушении пожара вручную, направляя струю непосредственно в очаг возгорания.

Предложенное техническое решение представляет собой устойчивое единство конструкторской формы и функциональности, обеспеченное совокупностью существенных признаков формулы.

Формула изобретения

Генератор аэрозоля, содержащий соосно смонтированные узел инициирования, шашку пиротехнического состава, установленную через зазор, заполненный гипсом, в перфорированном корпусе, совмещенном с ресивером, который сообщается с кольцевым каналом перфорированного теплообменника, установленного в цельнометаллическом кожухе через прослойку гипса, и закрепленную на выступающем торце корпуса крышку, сообщающуюся с атмосферой, отличающийся тем, что крышка представляет собой двухслойный с гипсовой прокладкой стакан, внутренняя перфорированная поверхность которого охватывает перфорированный теплообменник, образуя кольцевой выходной канал, сообщающийся с кольцевым каналом перфорированного теплообменника.

РИСУНКИ

Рисунок 1