ГЕНЕРАТОР АЭРОЗОЛЯ Российский патент 1999 года по МПК A62C13/22 

Изобретение относится к области пожаротушения, а именно к устройствам, генерирующим огнетушащую газо-аэрозольную смесь, образующуюся в результате горения пиротехнического заряда и струйно выбрасываемую в защищаемый объем.

Из патентной литературы известны устройства для объемного тушения пожаров, включающие средство воспламенения пиротехнической шашки, установленной в теплоизолированном корпусе с выходными соплами (12 мм в диаметре количеством 8 шт.), и соосный цилиндр блока охлаждения. [1, 2]
При горении пиротехнической композиции шашки выделяется газо-аэрозольная смесь, включающая как газообразные соединения, так и высокодисперсные твердые частицы - эффективные ингибиторы горения, подавляющие очаги пожара. Получаемая при сжигании пиротехнической композиции огнетушащая смесь содержит преимущественно соли окислов щелочных и щелочноземельных металлов, нейтральные газы и является экологически безопасной.

Указанные конструкции имеют ограниченное применение из-за высокой температуры генерируемой газо-аэрозольной смеси (до 1000^oC) и большой градиент температур в огнетушащем потоке, выбрасываемом через выходное сопло, сохраняемый на удалении от генератора по причине пассивного перемешивания газов. На расстоянии 1 м от генератора температура генерируемого аэрозоля составляет 320 - 360^oC, который эффективно подавляет пожар за счет обрыва в зоне горения органических веществ цепного механизма воспроизводства активных радикалов (активных центров).

Однако прямое воздействие струи газо-аэрозольного потока на материальный объект, расположенный в непосредственной близости от генератора, может вызвать его возгорание, прожоги, коробление и служить источником вторичного возгорания.

Отмеченный недостаток устранен в конструкциях генераторов аэрозоля, где между пиротехнической шашкой и выходным отверстием корпуса блока охлаждения размещен слой гранул /таблеток охлаждающего вещества с высокой теплопоглощающей и газовыделяющей способностью, преимущественно карбонатов, гидроксилатов, гидратов солей. Причем газообразные продукты термораспада этих абляционных веществ (углекислый газ и водяной пар) нетоксичны и не поддерживают горение. [3 - 6]
Температура огнетушащей смеси на выходе из генератора описанных конструкций 500 - 600^oC, что выше температуры воспламенения органических соединений, но газо-аэрозольный поток распределен в защищаемом объеме в виде отдельных струй, однороден по составу и температуре, так как хорошо охлаждается воздухом защищаемого объема и перемешивается, распространяясь.

Недостатком этих устройств, которые характеризуют уровень техники, является неудовлетворительная эффективность использования генерируемого аэрозоля потому, что на развитой поверхности насыпных элементов блока охлаждения осаждается конденсированная фаза аэрозоля, скорость подачи которого в защищаемый объем ограничена большим гидродинамическим сопротивлением слоя гранул/таблеток, что снижает КПД при пожаротушении и величину защищаемого объема.

Более совершенным является аэрозоль, содержащий средство воспламенения, закрытый крышкой теплоизолированный корпус, соосно которому с кольцевым зазором смонтирован цилиндр блока охлаждения с абляционным материалом и распределенными по периферии пиротехническими шашками. [7]
Пространственное расположение и геометрические соотношения корпуса пиротехнических шашек и цилиндра блока охлаждения образуют лабиринтный ресивер повышенного объема с кольцевым выходным отверстием, что служит динамичному горению аэрозольобразующего пиротехнического состава шашек по развитой поверхности, эффективному охлаждению огнетушащей газо-аэрозольной смеси при перемешивании внутри генератора для равномерного истечения в защищаемый объем с температурой до 250^oC.

Однаконедостатком известного генератора, выбранного в качестве ближайшего аналога по числу совпадающих признаков, является громоздкость сложной конструкции, технологически определяемая большим лабиринтным ресивером, что увеличивает себестоимость работ по профилактике пожаробезопасности охраняемых помещений, изделий и закрытых полевых объемов.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение эффективности пожаротушения и снижение удельных финансовых и материальных затрат на защиту замкнутых объемов от пожаров.

Требуемый технический результат достигается тем, что в известном генераторе аэрозоля, содержащем соосные, смонтированные с кольцевым зазором цилиндр охлаждения с выходными отверстиями и закрытый крышкой, снабженный изнутри теплоизолирующей оболочкой корпус, имеющий сопловые отверстия и средство воспламенения распределенных по периферии пиротехнических шашек, примыкающих к ресиверу, согласно изобретению, теплоизолирующая оболочка корпуса выполнена в виде монолитного блока из гипса, в форкамерах которого, сообщающихся с ресивером, автономно укреплены пиротехнические шашки, а ресивер с цилиндром охлаждения связаны посредством сопловых отверстий крышки.

Выполнение теплоизоляции корпуса из гипса упрощает технологию изготовления генератора и повышает его конструкционную прочность, так как является несущим элементом и еще дополнительно служит средством крепления шашек по периферии корпуса.

Кроме того, форкамеры монолитного блока теплоизолирующей оболочки обеспечивают автономное равномерное горение каждой шашки и порционное предварительное охлаждение генерируемого аэрозоля водой структуры гипса.

Объем форкамер при равномерном выгорании шашек увеличивается пропорционально выделяемой при этом энергии и количественному росту газо-аэрозольной смеси, поступающей в ресивер.

Струйное истечение тушащего состава из форкамер в ресивер создает турбулентность их активного перемешивания, при котором выравнивается температура и повышается давление, так как отводящие сопловые отверстия крышки значительно меньше поперечного сечения форкамер. При повышении давления в ресивере на 0,3 - 0,6 атм обеспечивается увеличение скорости горения аэрозольобразующих шашек, но главное - снижается вдвое температура газо-аэрозольного потока (см. научно-технический журнал Пожаровзрывобезопасность, изд. Ассоциация "Пожнаука", N 2-98, Д.А.Корольченко, "Новое поколение аэрозольных генераторов", с. 71 - 74, рис. 7).

Отличительные признаки обеспечивают двойное образование струйных потоков газообразных продуктов горения пиротехнических шашек с последовательным их перемешиванием в ресивере и цилиндре охлаждения, что улучшает эффективность основного действия генератора.

Каждый существенный признак необходим, а их устойчивая взаимосвязь в совокупности является достаточной для достижения новизны качества, то есть нового технического результата - эффекта суммы признаков, не присущего признаками в их разобщенности.

Сущность изобретения иллюстрируется и поясняется чертежом, где схематично изображен предлагаемый генератор:
на фиг. 1 - общий вид;
на фиг. 2 - разрез по А-А на фиг. 1;
на фиг. 3 - разрез по Б-Б на фиг. 1;
на фиг. 4 - график распределения температуры тушащей смеси вдоль потока.

Пиротехнические шашки 1 распределены по периферии корпуса 2 и залиты строительным гипсом 3 (CaSO₄•2H₂O), быстросхватывающимся и твердеющим на воздухе вяжущим материалом, который образует монолитный блок с форкамерами 4, где укреплены шашки 1.

Корпус 2 закрыт крышкой 5, в которой концентрично выполнены сопловые отверстия 6 диаметром 8 мм в количестве 8 шт. и устранено устройство 7 воспламенения.

Свободный объем корпуса 2 между крышкой 5 и блоком 3 образует ресивер 8, сообщающийся с открытыми форкамерами 4.

На корпусе 2 с кольцевым эжекционным зазором 9 смонтирован полый цилиндр 10 охлаждения.

Работает генератор следующим образом. При возникновении пожара автоматически от преобразователя системы охранно-пожарной сигнализации или вручную приводится в действие устройство 7 воспламенения, форс пламени которого поджигает пиротехнический состав шашек 1. При торцевом горении шашек 1 образуется аэрозоль, истекающий струйно из форкамеры 4 в ресивер 8, заполняя его.

Горячие газообразные продукты горения пиротехнического состава шашек 1 выпаривают воду, связанную с сульфатом кальция гипса блока 3, которая охлаждает аэрозоль. Низкая теплопроводность гипса блока 3 практически исключает теплопередачу корпусу 2, который за время работы генератора в течение 90 с не нагревается выше 45^oC.

Газо-аэрозольная смесь в ресивере 8 перемешивается, при этом выравнивается температура и давление, которое повышается на 0.3 - 0.6 атм, потому что расход сопловые отверстия 6 идет с дефицитом.

Генерируемая тушащая смесь через отверстия 6 крышки 5 корпуса 2 высокоскоростными газовыми струями выбрасывается в цилиндр 10, кинетическая энергия которых создает разряжение, следствием которого является всасывание через зазор 9 более холодного воздуха защищаемого объема внутрь цилиндра 10. Струйные потоки тушащей смеси и инжектируемого воздуха в цилиндре 10 расширяются в объеме и активно перемешиваются, в результате чего температура на выходном срезе цилиндра 10 (выходном его отверстии) не превышает 260^oC, а на расстоянии 1.4 метра снижается ниже 80^oC (см. фиг. 4), что сопоставимо с прототипом.

При этом дополнительный технический результат заключается в том, что удельная эффективность пожаротушения (отношение массы генератора к защищаемому объему) предложенного генератора заметно выше, чем у известных (см. таблицу).

Предложенный аэрозольный быстродействующий генератор аэрозоля характеризуется простотой конструкции повышенной прочности и технологией изготовления, меньшей себестоимостью при повышенной эффективности пожаротушения.

Испытания опытных образцов на полигоне ВНИИПО МВД РФ в режиме тушения пожаров в закрытых объемах твердых и жидких горючих веществ, а также электрооборудования, в том числе находящегося под напряжением, подтвердили соответствие требованиям международного стандарта YSD/CD21/SC2 N 146E по классам A, B, C и E "Борьба с пожарами. Переносные огнетушители. Эксплуатация и конструкция."
Предложенная совокупность существенных признаков не известна из доступных источников информации уровня техники, из которого явным образом не следует для специалиста пожарной техники, и может быть серийно воспроизведена в производстве, то есть соответствует критериям патентноспособности.

Использованная литература
1. Патент РФ N 2008045 от 28.02.94, кл. A 62 C 3/00.

2. Патент РФ N 2073515, опубл. 20.03.97 в бюл. N 8, кл. A 62 C 3/00.

3. Патент РФ N 2116090, опубл. в бюл. N 21-98, кл. A 62 C 3/00.

4. Патент РФ N 2072194, опубл. 10.01.96 в бюл. N 1, кл. A 62 C 3/00.

5. Патент РФ N 2082470, опубл. 27.06.97 в бюл. N 18, кл. A 62 C 3/00.

6. Патент РФ N 2083244, опубл. 10.07.97 в бюл. N 19, кл. A 62 C 3/00.

7. Патент РФ N 2108824, от 20.04.98, кл. A 62 C 13/22 -прототип.

Изобретение относится к области пожаротушения, к устройствам, генерирующим газоаэрозольную смесь ингибиторов горения, струйно выбрасываемую в защищаемый объем. Генератор содержит соосные, установленные с кольцевым зазором корпус, закрытый крышкой, и цилиндр охлаждения с выходным отверстием, причем корпус имеет теплоизолирующую изнутри оболочку, сопловые отверстия и средство воспламенения распределенных по периферии пиротехнических шашек, примыкающих к ресиверу. Новым является то, что теплоизолирующая оболочка корпуса выполнена в виде монолитного блока из гипса, в форкамерах которого, сообщающегося с ресивером, автономно укреплены пиротехнические шашки, а ресивер с цилиндром охлаждения связан посредством сопловых отверстий крышки. Изобретение обеспечивает снижение затрат на профилактику пожаробезопасности охраняемых помещений за счет сокращения стоимости генератора аэрозоля, характеризуется простотой в изготовлении и надежностью конструкции в эксплуатации, имеющей повышенную эффективность основного действия. 1 табл., 4 ил.

Генератор аэрозоля, содержащий соосные, смонтированные с кольцевым зазором цилиндр охлаждения с выходным отверстием и корпус, закрытый крышкой и снабженный изнутри теплоизолирующей оболочкой, и средство воспламенения распределенных по периферии корпуса пиротехнических шашек, примыкающих к ресиверу, отличающийся тем, что теплоизолирующая оболочка корпуса выполнена в виде монолитного блока из гипса, в сообщающихся с ресивером форкамерах которого автономно укреплены пиротехнические шашки, а ресивер связан с цилиндром охлаждения посредством сопловых отверстий крышки.