ТЕПЛОВОЙ ПОЖАРНЫЙ ИЗВЕЩАТЕЛЬ Российский патент 2002 года по МПК G08B17/06 

Изобретение относится к технике пожарной сигнализации, а именно к тепловым пожарным извещателям максимального действия.

Известен тепловой пожарный извещатель [1], содержащий основание с выходными электрическими контактами, надетую на него защитную крышку с отверстиями и чувствительный элемент, состоящий из двух контактных упругих пластин, одними концами соединенных между собой с помощью вставки из легкоплавкого электропроводного материала, а другими концами закрепленных на основании и подключенных к выходным электрическим контактам извещателя.

При работе извещатель включается последовательно в двухпроводную электрическую цепь (шлейф сигнализации), его нормально замкнутое состояние свидетельствует об отсутствии пожара на контролируемом объекте.

При превышении температуры окружающей среды температуры плавления легкоплавкого материала он переходит в жидкое состояние, под действием упругих сил пружинящие пластины расходятся, размыкая электрическую цепь и вызывая срабатывание системы пожарной сигнализации.

Температура плавления вставки, выполненной на основе олова (сплава Вуда), является температурой срабатывания теплового извещателя. Нормативными документами [2], в зависимости от температуры срабатывания, устанавливается 8 температурных классов тепловых извещателей.

Недостатком теплового извещателя [1] является его низкая надежность. Поверхность вставки не защищена от воздействия среды. В процессе эксплуатации при наличии агрессивных паров и газов химический состав материала вставки может измениться (например, "заболеть оловянной чумой"). На поверхности вставки может осесть пыль, краска и т.п., что приведет к нарушению работоспособности извещателя. При этом выявить такое нарушение практически невозможно, поскольку в извещателе не обеспечивается контроль его работоспособности.

Частично этот недостаток устранен в извещателе [3] - прототипе заявляемого теплового пожарного извещателя.

Тепловой пожарный извещатель содержит основание с выходными электрическими контактами, надетую на него защитную крышку с отверстиями и чувствительный элемент, состоящий из магнитоуправляемого герметизированного контакта, на котором размещены постоянный магнит и теплоизолированный от него ферритовый сердечник, армированный по объему плоскими металлическими теплоприемниками. Выходы герметизированного магнитоуправляемого электрического контакта подключены к выходным электрическим контактам теплового пожарного извещателя с помощью жестких электрических проводников, удерживающих чувствительный элемент в рабочем положении.

Температура окружающего воздуха, равная точке Кюри, является пороговой температурой срабатывания теплового пожарного извещателя, при которой магнитные свойства термомагнитного ферритового сердечника исчезают и ранее замкнутый магнитоуправляемый электрический контакт размыкается.

В извещателе-прототипе [3] для повышения надежности электрический контакт защищен от воздействия среды стеклянной колбой. Извещатель допускает проверку работоспособности в процессе эксплуатации, так как после воздействия повышенной температуры магнитные свойства термомагнитного ферритового сердечника восстанавливаются и магнитоуправляемый электрический контакт вновь замыкается.

Однако максимальное количество таких проверок ограничено механическими характеристиками электрического контакта. Переходное сопротивление электрического контакта зависит от силы контактного нажатия, создаваемого магнитным полем, и может со временем изменяться. Кроме того, при длительном нахождении под током в результате процессов диффузии возможно "слипание" пластин электрического контакта.

Следует добавить, что в современных системах пожарной сигнализации для повышения достоверности принимаемой информации формирование управляющего сигнала на включение систем пожаротушения происходит только после срабатывания не менее двух извещателей [4] . Поэтому в шлейф сигнализации параллельно контактам теплового пожарного извещателя устанавливается постоянный резистор сопротивлением до нескольких кОм. Определение состояния шлейфа и количества сработавших извещателей в этом случае происходит по изменению его входного сопротивления [5]. Подключение дополнительного элемента путем механического соединения "под винт" к основанию извещателя снижает общую надежность работы системы пожарной сигнализации.

Указанные недостатки снижают надежность теплового извещателя [3].

Целью заявляемого устройства является повышение надежности теплового извещателя, достигаемое изменением принципа действия и конструкции чувствительного элемента.

Поставленная цель достигается тем, что в известный тепловой пожарный извещатель [3], содержащий основание с выходными электрическими контактами, надетую на него защитную крышку с отверстиями, жесткие металлические проводники, подключенные одними концами к выходным электрическим контактам, введен чувствительный элемент в виде трехслойной пластины, подключенный в торцевых частях к другим концам жестких металлических проводников, имеющих электрическое соединение по крайней мере со вторым средним слоем чувствительного элемента, выполненного из сверхпроводящего материала.

Первый слой чувствительного элемента (изолятор) выполнен из материала с высокой теплопроводностью и большим удельным электрическим сопротивлением, например Аl₂О₃. Второй средний слой (сверхпроводник) выполнен из материала YBа₂Me₃Se₇ со сверхпроводящими свойствами, например YBa₂Ag₃Se₇, многократно, на 5-6 порядков увеличивающего сопротивление при превышении температуры порогового значения 99±1^oС. Третий слой (пассиватор) выполнен из материала с большим удельным сопротивлением, устойчивого к агрессивному воздействию внешней среды, например SiO₂.

В заявляемом устройстве все известные элементы могут быть выполнены идентично устройству-прототипу [3].

На фиг.1 изображен заявляемый тепловой пожарный извещатель.

Устройство содержит основание 1 с выходными электрическими контактами 2, крышку 3 с отверстиями, чувствительный элемент 4, жесткие электрические проводники 5.

Жесткие электрические проводники 5 соединяют чувствительный элемент 4 и выходные электрические контакты 2, закрепленные на закрытом крышкой 3 основании 1 и одновременно удерживают чувствительный элемент 4 в рабочем положении.

Чувствительный элемент 4 выполнен в виде трехслойной пластины, первый слой которой выполнен из материала с высокой теплопроводностью и большим удельным электрическим сопротивлением, например Аl₂О₃. Второй средний слой выполнен из материала со сверхпроводящими свойствами, например YBa₂Ag₃Se₇. Третий слой выполнен из материала с большим удельным сопротивлением, устойчивого к агрессивному воздействию внешней среды, например SiO₂.

Электрические проводники 5 в торцевых частях пластины имеют электрический контакт по крайней мере со вторым средним слоем чувствительного элемента 4.

Тепловой извещатель работает следующим образом.

При нормальной (рабочей) температуре электрическое сопротивление чувствительного элемента, подключаемого между контактами извещателя, имеет низкое значение. При работе извещатель включается последовательно в двухпроводную электрическую цепь (шлейф сигнализации) и его нормально низкое сопротивление свидетельствует об отсутствии пожара на контролируемом объекте.

При возникновении пожара и повышении температуры окружающей среды в месте установки извещателя выше 100^oС сопротивление извещателя резко и многократно увеличивается [6]. При этой температуре в кристаллической решетке материала возникает селенид-ион Se₂ ^2-, который разрушает эффект бездиссипативного переноса носителей заряда через композиционную структуру Y-Ba- Me-Se. Наличие этого физического эффекта и определяет изменение сопротивления всей структуры чувствительного элемента извещателя. В качестве элемента - металла может быть использовано серебро (Ag) или золото (Аu), а также другие металлы. Физические процессы, происходящие в материале, соотношение ингридиентов, способ изготовления соединения, также технология формирования электрических контактов идентичны описанному в [6] для соединения YBa₂Cu₃Se₇, в котором в качестве металла используется медь (Cu).

Поскольку в извещателе отсутствуют механические движущиеся части, его надежность значительно выше, чем извещателей - аналога и прототипа.

Конструкция чувствительного элемента заявляемого теплового пожарного извещателя приведена на фиг.2. Электрическая эквивалентная схема чувствительного элемента теплового пожарного извещателя приведена на фиг.3. Зависимость общего сопротивления теплового пожарного извещателя от температуры приведена на фиг.4.

Общее сопротивление чувствительного элемента извещателя R является практически сопротивлением параллельно подключенных проводников первого R₁ и второго R₂ слоев. При нормальной температуре сопротивление R определяется малым сопротивлением второго слоя R₂. После превышения температуры порогового значения и резкого увеличения сопротивления R₂ определяющим для R становится сопротивление первого слоя R₁. Значение R₁ зависит от толщины слоя, его формы и устанавливается при изготовлении чувствительного элемента. Таким образом, в системе сигнализации может быть исключен резистор, подключаемый параллельно контактам извещателя. Это дополнительно увеличивает надежность извещателя при работе в системе сигнализации.

Небольшие размеры чувствительного элемента определяют малую инерционность теплового пожарного извещателя, что позволяет эффективно использовать его на различных объектах.

В процессе разработки был изготовлен экспериментальный образец заявляемого теплового пожарного извещателя. Испытания подтвердили его работоспособность в соответствии с представленным выше описанием.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР 1203563, кл. МКИ G 08 В 17/06, 1984.

2. НПБ 76-98 Извещатели пожарные. Общие технические требования. Методы испытаний.

3. Авторское свидетельство СССР 1244686, кл. МКИ G 08 В 17/06, 1984.

4. СНИП 2.04.09-84 Пожарная автоматика зданий и сооружений.

5. Приемно-контрольные приборы систем охранно-пожарной сигнализации: А. Н.Членов, А.Б.Мосягин - М., 1998. - 81 с.

6. Шабетник В. А. , Бутузов С. Ю. , Плаксий В.И. Высокотемпературное сверхпроводящее соединение YВа₂Cu₃Se₇ с Т_c=371 К. //Письма в ЖТФ, т. 21., вып. 10, 1995.

Изобретение относится к технике пожарной сигнализации, а именно к тепловым пожарным извещателям максимального действия, и может быть использовано для обнаружения пожара по повышению температуры окружающей среды в месте установки извещателя. Технический результат - повышение надежности теплового пожарного извещателя, достигаемое изменением принципа действия и конструкции чувствительного элемента. Чувствительный элемент извещателя выполнен в виде трехслойной пластины и подключен в торцевых частях к жестким металлическим проводникам, имеющим электрическое соединение с выходными электрическими контактами извещателя. Особенностью извещателя является применение в чувствительном элементе специального сверхпроводящего материала YBa₂Ag₃Se₇, при температуре 99±1^oС значительно - на 5-6 порядков изменяющего свою электропроводность. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Тепловой извещатель, содержащий основание с выходными электрическими контактами, надетый на него защитный кожух с отверстиями, жесткие металлические проводники, подключенные одними концами к выходным электрическим контактам, а также чувствительный элемент, отличающийся тем, что чувствительный элемент выполнен в виде трехслойной пластины и подключен в торцевых частях к другим концам жестких металлических проводников, имеющих электрическое соединение по крайней мере со вторым слоем чувствительного элемента, выполненным из материала YBa₂Ме₃Se₇, многократно увеличивающего электрическое сопротивление при превышении температурой определенного порогового значения, а первый и третий слои чувствительного элемента выполнены из материала с большим удельным сопротивлением, где Ме - металл золото (Аu) или серебро (Аg). 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что первый слой чувствительного элемента выполнен из Аl₂О₃, второй слой выполнен из материала со сверхпроводящими свойствами, YBa₂Ag₃Se₇, многократно увеличивающего электрическое сопротивление при превышении температуры 99±1^oС, третий слой выполнен из SiO₂.